(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2016년07월25일
(11) 등록번호 10-1642625
(24) 등록일자 2016년07월19일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F28D 15/04 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2014-7026089
(22) 출원일자(국제) 2013년04월16일
심사청구일자 2014년09월18일
(85) 번역문제출일자 2014년09월18일
(65) 공개번호 10-2014-0136455
(43) 공개일자 2014년11월28일
(86) 국제출원번호 PCT/JP2013/061256
(87) 국제공개번호 WO 2013/157535
국제공개일자 2013년10월24일
(30) 우선권주장
JP-P-2012-092664 2012년04월16일 일본(JP)
(56) 선행기술조사문헌
JP2010151353 A*
JP2011075259 A*
KR1020110106851 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
일본국 도쿄도 치요다쿠 마루노우치 2쵸메 2반 3
고
(72) 발명자
이나가끼, 요시까쯔
일본 1008322 도꾜도 지요다꾸 마루노우찌 2쪼메
2-3 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 내
사까이, 히로시
일본 1008322 도꾜도 지요다꾸 마루노우찌 2쪼메
2-3 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 내
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
장수길, 박충범
전체 청구항 수 : 총 5 항 심사관 : 박행란
(54) 발명의 명칭 히트 파이프
(57) 요 약
본 발명은 박형화에 적합하고, 열 수송 성능이 높은 히트 파이프를 제공한다. 본 발명의 히트 파이프(1)는 작동
액과, 상기 작동액을 봉입하는 용기(2)와, 상기 용기(2)의 내측의 적어도 대향하는 2면에 접하도록 배치된 메쉬
부재(3)를 갖고, 상기 메쉬 부재(3)는 복수의 메쉬(31, 32)가 적층되어 이루어지며, 상기 메쉬(31, 32)가 상기
용기(2)와 접하는 부분의 공극률보다도, 상기 메쉬(31, 32)끼리가 접하는 부분의 공극률이 낮은 것을 특징으로
한다.
대 표 도 - 도1
등록특허 10-1642625
- 1 -
(72) 발명자
아오끼, 히로후미
일본 1008322 도꾜도 지요다꾸 마루노우찌 2쪼메
2-3 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 내
스기무라, 마사노부
일본 1008322 도꾜도 지요다꾸 마루노우찌 2쪼메
2-3 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 내
등록특허 10-1642625
- 2 -
명 세 서
청구범위
청구항 1
작동액과,
상기 작동액을 봉입하는 용기와,
상기 용기 내측의 적어도 대향하는 2면에 접하도록 배치된 메쉬 부재를 갖고,
상기 메쉬 부재는 복수의 메쉬가 서로 밀착하여 적층되어 이루어지며, 상기 메쉬 부재의 상기 용기 내측에 접하
는 적어도 한쪽 면에 있어서의 상기 메쉬 부재를 구성하는 금속 세선, 및 상기 메쉬끼리가 접하는 면에 있어서
의 상기 메쉬 부재를 구성하는 금속 세선 중 적어도 어느 한쪽이, 상기 메쉬 부재의 두께 방향으로 찌부러져 있
고,
상기 금속 세선은, 단면이 원형의 일부가 평탄해져 있는 형상을 갖고,
상기 메쉬가 상기 용기와 접하는 부분의 공극률보다도, 상기 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률이 낮은 것을 특
징으로 하는 히트 파이프.
청구항 2
제1항에 있어서,
상기 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률이 0.11 내지 0.62인 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
청구항 3
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용기 내면에는 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
청구항 4
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 메쉬 부재는 상기 용기 내부의 폭 방향의 일부에 배치되어 있고, 상기 용기 내부에는 공동부가 형성되어
있는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
청구항 5
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 메쉬 부재는 상기 용기의 길이 방향을 따라 직선형으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
청구항 6
삭제
청구항 7
삭제
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 히트 파이프에 관한 것이며, 특히 히트 파이프에 내부 삽입되는 위크(wick)의 구조에 특징이 있는 히[0001]
트 파이프에 관한 것이다.
등록특허 10-1642625
- 3 -
배 경 기 술
최근 들어, 노트북 컴퓨터를 대표로 하는 전자 기기의 소형화, 고성능화가 현저하며, 그에 탑재되는 MPU 등의[0002]
발열 부품을 냉각하기 위한 냉각 기구의 소형화, 공간 절약화가 강하게 요망되고 있다. 따라서, 히트 파이프를
사용한 냉각 구조의 경우, 그 히트 파이프의 고성능화, 박형화도 요구되고 있다.
히트 파이프는, 진공 탈기한 밀폐 금속관 등의 용기 내의 내부에 응축성 유체를 작동액으로서 봉입한 것이며,[0003]
온도 차가 발생함으로써 자동으로 동작하여, 고온부에서 증발한 작동액이 저온부로 유동하여 방열·응축함으로
써, 작동액의 잠열로서 열을 수송한다.
다시 말해 히트 파이프의 내부에는 작동액의 유로로 되는 공간이 형성되고, 그 공간에 수용된 작동액이 증발,[0004]
응축 등의 상변화나 이동을 함으로써, 열의 이동이 행하여진다. 히트 파이프의 흡열측에 있어서, 히트 파이프
를 구성하는 용기의 재질을 통하여 열전도되어 전달되어 온 피냉각 부품의 열에 의하여 작동액이 증발하고, 그
증기가 히트 파이프의 방열측으로 이동한다. 방열측에 있어서는, 작동액의 증기는 냉각되어 다시 액상 상태로
복귀된다. 그리고, 액상 상태로 복귀된 작동액은 다시 흡열측으로 이동(환류)한다. 이러한 작동액의 상변화나
이동에 의하여 열의 이동이 행하여진다.
상술한 방열부에서 응축한 작동액이 흡열부로 복귀되지 않으면, 히트 파이프의 작동은 계속되지 않는다. 따라[0005]
서, 방열부에서 응축한 작동액을 신속히 흡열부로 환류시킬 필요가 있다. 따라서 히트 파이프의 용기 내에 모
세관 작용을 발현시키는 위크(시트형 위크나 와이어 등)를 배치하거나, 용기 내벽에 미세한 홈을 형성하거나 하
는 방법이 알려져 있다. 또한, 열 수송 성능을 향상시키기 위하여, 메쉬 부재를 적층한 히트 파이프가 알려져
있다(예를 들어 특허문헌 1, 특허문헌 2).
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 일본 특허 공개 제2010-151353호 공보 [0006]
(특허문헌 0002) 일본 특허 공개 제2011-75259호 공보
발명의 내용
해결하려는 과제
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 히트 파이프에서는, 히트 파이프의 박형화가 진행되면 증기류의 압력 손실이[0007]
과대해지기 때문에 작동액의 이동이 행하여지지 않아, 히트 파이프가 작동하지 않게 된다는 문제가 있었다. 특
히, 열 수송 성능 유지를 위하여, 내부 전체에 메쉬를 충전했을 경우, 증기류의 압력 손실이 현저하였다.
또한, 상기 특허문헌 2에 기재된 히트 파이프보다, 한층 더한 열 수송 성능의 향상이 요구되고 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 박형화에 적합하고, 열 수송 성능이 높은 히트 파이프를 제공하는 데 있다.[0008]
과제의 해결 수단
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 히트 파이프는 작동액과, 상기 작동액을 봉입하는 용기와, 상[0009]
기 용기 내측의 적어도 대향하는 2면에 접하도록 배치된 메쉬 부재를 갖고, 상기 메쉬 부재는 복수의 메쉬가 적
층되어 이루어지며, 상기 메쉬가 상기 용기와 접하는 부분의 공극률보다도, 상기 메쉬끼리가 접하는 부분의 공
극률이 낮은 것을 특징으로 한다. 본원에서, 메쉬는 금속 철망을 의미한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 히트 파이프는 작동액과, 상기 작동액을 봉입하는 용기[0010]
와, 상기 용기 내측의 적어도 대향하는 2면에 접하도록 배치된 메쉬 부재를 갖고, 상기 메쉬 부재는 복수의 메
쉬가 서로 밀착하여 적층되어 이루어지며, 상기 메쉬 부재의 상기 용기 내측에 접하는 적어도 한쪽 면에 있어서
의 상기 메쉬 부재를 구성하는 금속 세선, 및 상기 메쉬끼리가 접하는 면에 있어서의 상기 메쉬 부재를 구성하
는 금속 세선 중 적어도 어느 한쪽이, 상기 메쉬 부재의 두께 방향으로 찌부러져 있는 것을 특징으로 한다.
상기 히트 파이프는, 상기 금속 세선이, 단면이, 원형의 일부가 평탄해져 있는 형상을 갖는 것이 바람직하다.[0011]
등록특허 10-1642625
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상기 히트 파이프는, 상기 용기 내면에 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.[0012]
또한 상기 히트 파이프는, 상기 메쉬 부재가 상기 용기 내부의 폭 방향의 일부에 배치되어 있고, 상기 용기 내[0013]
부에는 공동부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기 히트 파이프는, 상기 메쉬 부재가 상기 용기의 길이 방향을 따라 직선형으로 배치되어 있는 것이 바[0014]
람직하다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 메쉬 부재의 표면에 있어서는 작동액의 투과율이 높고, 메쉬 부재의 내부에 있어서는 모세관[0015]
력이 높기 때문에, 방열부에서 응축한 작동액을 신속히 흡열부로 환류시킬 수 있어, 열 수송 성능을 향상시킬
수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 히트 파이프의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.[0016]
도 2의 (a)는, 본 발명의 실시 형태에 따른 히트 파이프의 메쉬 부재의 용기와 접하는 부분의 구조를 모식적으
로 도시하는 평면도이고, 도 2의 (b)는 본 발명의 실시 형태에 따른 히트 파이프의 메쉬 부재의 제1 메쉬와 제2
메쉬가 접하는 부분의 구조를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 따른 히트 파이프의 열 수송 성능을 설명하기 위한 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
본 발명의 히트 파이프는 작동액과, 용기와, 메쉬 부재를 포함하는 히트 파이프로서, 상기 용기의 내부에는 상[0017]
기 작동액이 봉입되어 있고, 상기 메쉬 부재는 상기 용기 내측면 중, 대향하는 한쪽 면과 다른 한쪽 면에 접하
도록 배치되어 있으며, 상기 메쉬 부재는 복수의 메쉬가 적층되어 이루어지고, 상기 복수의 메쉬는 상기 한쪽
면과 접하는 메쉬와, 상기 다른 한쪽 면과 접하는 메쉬를 가지며, 상기 한쪽 면과 접하는 메쉬가 상기 한쪽 면
과 접하는 부분에 있어서의 공극률, 또는 상기 다른 한쪽 면과 접하는 메쉬가 상기 다른 한쪽 면과 접하는 부분
에 있어서의 공극률보다도, 상기 복수의 메쉬가 서로 접하는 부분에 있어서의 공극률이 낮은 것을 특징으로 한
다. 상기 복수의 메쉬가 서로 접하는 부분의 공극률이 0.11 내지 0.62인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 히트 파이프는 작동액과, 용기와, 메쉬 부재를 포함하는 히트 파이프로서, 상기 용기의 내부에[0018]
는 상기 작동액이 봉입되어 있고, 상기 메쉬 부재는 상기 용기 내측면 중, 대향하는 한쪽 면과 다른 한쪽 면에
접하도록 배치되어 있으며, 상기 메쉬 부재는 복수의 메쉬가 서로 접하여 적층되어 이루어지고, 상기 복수의 메
쉬는 금속 세선을 포함하며, 상기 복수의 메쉬는 상기 한쪽 면과 접하는 메쉬와, 상기 다른 한쪽 면과 접하는
메쉬를 갖고, 상기 한쪽 면과 접하는 메쉬가 상기 한쪽 면과 접하는 부분의 금속 세선, 또는 상기 다른 한쪽 면
과 접하는 메쉬가 상기 다른 한쪽 면과 접하는 부분의 금속 세선, 또는 상기 복수의 메쉬가 서로 접하는 부분의
금속 세선 중 적어도 어느 한쪽이, 상기 메쉬 부재의 두께 방향으로 찌부러져 있는 부분을 갖는 것을 특징으로
한다. 상기 금속 세선 중 찌부러져 있는 부분은, 단면이, 원형의 일부가 평탄해져 있는 형상을 갖는 것이 바람
직하다.
상기 용기의 내면에는 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.[0019]
또한, 상기 메쉬 부재는 상기 용기 내부의 일부에 배치되어 있고, 상기 용기 내부에는 공동부가 형성되어 있는[0020]
것이 바람직하다.
또한, 상기 메쉬 부재는 상기 용기의 길이 방향을 따라 직선형으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.[0021]
이하에, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 히[0022]
트 파이프(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 2의 (a)는, 본 발명의 실시 형태에 따른 히트 파
이프(1)의 메쉬 부재(3)의 용기(2)와 접하는 부분의 구조를 모식적으로 도시하는 평면도이고, 도 2의 (b)는, 본
발명의 실시 형태에 따른 히트 파이프(1)의 메쉬 부재(3)의 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 접하는 부분의 구조
를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 또한 도 2의 (b)에 있어서는, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)를 구별하여
보기 쉽게 하기 위하여, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)에 상이한 해칭을 하여 도시하였다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 의한 히트 파이프(1)는, 구리나 구리 합금 등의, 열전도성이[0023]
등록특허 10-1642625
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우수한 금속을 포함하는 관형 용기(2)의 내부에, 진공 탈기된 상태에서, 예를 들어 순수, 알코올 등의 응축성
유체를 작동액으로서 봉입하여 이루어진다. 작동액은 상변화에 의하여 열을 수송한다. 또한 히트
파이프(1)는, 원관형 히트 파이프의 상하를 찌부러뜨려 편평 가공된 편평형 히트 파이프(1)이다.
용기(2)의 대략 중앙부에는, 단면 직사각형의 메쉬 부재(3)가, 용기(2)의 내측의 대향하는 2면에 접하도록 배치[0024]
되어 있다. 용기(2)의 내측의 대향하는 2면은, 도 1에 있어서 용기(2)의 상측 내벽면과 하측 내벽면이다. 또
한 메쉬 부재(3)는, 도시하지 않은 용기(2)의 길이 방향을 따라 직선형으로 배치되어 있다.
메쉬 부재(3)는, 용기(2)의 상측 내벽면과 하측 내벽면에 의하여 끼워지며, 도 1에 있어서 메쉬 부재(3)의 상면[0025]
과 용기(2)의 상측 내벽면, 메쉬 부재(3)의 하면과 용기(2)의 하측 내벽면이 각각 밀착하여 고정되어 있다. 메
쉬 부재(3)의 양측면과 용기(2)의 내벽 사이에는 공동부(4)가 형성되어 있다.
용기(2)의 내벽에는 메쉬 부재(3)과 함께, 방열부에서 응축한 작동액을 신속히 흡열부로 환류시키기 위한 미세[0026]
한 홈(도시 생략)이 형성되어 있어도 된다.
메쉬 부재(3)는, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 적층되어 압접되고, 서로 밀착하여 접합된 상태로 되어 있다.[0027]
제1 메쉬(31) 및 제2 메쉬(32)는, 예를 들어 구리, 인청동, 알루미늄, 은, 스테인레스, 몰리브덴, 또는 이들의
합금에 의하여 구성된다. 메쉬 부재(3)는 2매의 메쉬를 적층시켜도 되고, 1매의 메쉬를 절곡하여 적층시켜도
된다. 또한, 메쉬는 2장 이상 적층시켜도 된다.
메쉬 부재(3)의 용기(2)의 내측에 접하는 면은, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 메쉬 부재(3)를 구성하는 금속[0028]
세선(30)이 메쉬 부재(3)의 두께 방향으로 찌부러져 있다. 한편, 메쉬 부재(3)의 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(3
2)가 접하는 면은, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 메쉬 부재(3)를 구성하는 금속 세선(30)이 찌부러져 있지
않다. 또한 메쉬 부재(3)는, 용기 내측면 중 어느 한쪽 면과 접하는 메쉬 부재만이 두께 방향으로 찌부러져 있
어도 되고, 용기 내측의 대향하는 면의 각각과 접하는 각 메쉬 부재가 모두 두께 방향으로 찌부러져 있어도 된
다.
이와 같이 금속 세선(30)이, 메쉬 부재(3)의 용기(2)의 내측에 접하는 면측만 메쉬 부재(3)의 두께 방향으로 찌[0029]
부러짐으로써, 금속 세선(30)의 단면은, 원형의 일부가 평탄해져 있는 형상, 소위 반월형인 것이 바람직하다.
제1 메쉬(31)가 용기(2)와 접하는 부분 및 제2 메쉬(32)가 용기(2)와 접하는 부분에 있어서는, 도 2의 (a)에 도[0030]
시한 바와 같이, 찌부러뜨려진 금속 세선(30) 사이에 공극(33)이 형성되어 있다. 또한, 제1 메쉬(31)와 제2 메
쉬(32)가 접하는 부분에 있어서는, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 압접되어 서로 접합됨으로써, 도 2의 (b)에
도시한 바와 같이, 제1 메쉬(31)의 금속 세선(30) 사이의 공극과 제2 메쉬(32)의 금속 세선(30) 및／또는 제1
메쉬(31)의 금속 세선(30)과 제2 메쉬(32)의 금속 세선(30) 사이의 공극이 중첩되어, 공극(33')이 형성되어 있
다.
여기서, 메쉬 부재(3)의 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 접하는 부분의 유효 세공 반경은, 제1 메쉬(31) 및 제2[0031]
메쉬(32)의 유효 세공 반경보다도 작다. 이에 비하여, 단순히 메쉬끼리를 중첩시킨 상태에서는 메쉬의 유효 세
공 반경은 변화하지 않는다. 보다 상세하게는, 메쉬의 유효 세공 반경을 r, 두께를 d, 중첩하는 매수를 N, 적
층, 압접한 후의 메쉬 부재(3)의 두께를 d'라고 하면, 적층, 압접한 후의 메쉬와 메쉬가 접하는 부분의 유효 세
공 반경 ｒ'은 ｒ'=d'／(Nd)×r로 결정된다. 메쉬를 단순히 중첩시킨 것만으로는 d'=Nd로 되므로 유효 세공 반
경은 변화하지 않으며, 압접했을 시에 d'
률 및 제2 메쉬(32)가 용기(2)와 접하는 부분의 공극률보다도 낮아져 있다. 또한, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬
(32)가 접하는 부분의 공극률은, 제1 메쉬(31)가 용기(2)와 접하는 부분의 공극률 및 제2 메쉬(32)가 용기(2)와
접하는 부분의 공극률의 어느 한쪽보다도 낮아져 있어도 된다.
여기서 공극률이란, 메쉬(31, 32)에 대한 공극(33, 33')의 비율이며, 보다 상세하게는 다음과 같이 구해진다.[0033]
(메쉬가 용기(2)와 접하는 부분의 공극률)[0034]
제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)를 적층하여 압접 변형시킨 후, 서로를 떼어 내어 1매의 메쉬의 상태로 하고, 이[0035]
메쉬의 용기(2)와 접하는 면, 다시 말해 금속 세선(30)이 찌부러뜨려진 상태로 되어 있는 면에 대하여, SEM(주
사형 전자 현미경)을 사용하여 얻어진 화상으로부터 공극(33)의 면적 Sh1을 구하고, 다음의 수학식 1에 의하여
메쉬가 용기(2)와 접하는 부분의 공극률 ε1을 산출한다.
등록특허 10-1642625
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수학식 1
[0036]
여기서 S는 메쉬의 면적이다.[0037]
(메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률)[0038]
메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률 ε2는 다음의 수학식 2에 의하여 구해진다.[0039]
수학식 2
[0040]
여기서 Vh2는 메쉬끼리가 접촉하고 있는 부분의 공극(33')의 체적이며, V2는 메쉬끼리가 접촉하고 있는 부분의[0041]
메쉬의 체적이다. V2는 메쉬끼리가 접촉하고 있는 부분의 높이를 측정하여, 메쉬의 면적 S와 적산함으로써 구해
진다. Vh2는 다음의 수학식 3에 의하여 구해진다. 여기서 메쉬끼리가 접촉하고 있는 부분이란, 제1 메쉬(31)
의 하면(메쉬의 정점)이 제2 메쉬(32)의 간극에 인입되고, 제2 메쉬(32)의 하면(메쉬의 정점)이 제1 메쉬(31)의
간극에 인입되어 메쉬끼리가 중첩되어 있는 부분, 다시 말해 메쉬끼리가 파고든 상태에서 중첩되어 있는 부분이
며, 메쉬 부재(3)를 두께 방향으로 절단한 단면을 관찰함으로써 인정할 수 있다.
수학식 3
[0042]
여기서 Vh1은 메쉬끼리가 접촉하고 있지 않은 부분의 공극의 체적이며, 다음의 수학식 4에 의하여 구해진다.[0043]
Vh는 메쉬 부재(3) 전체의 공극의 체적이며, 다음의 수학식 5에 의하여 구해진다.
수학식 4
[0044]
여기서 V1은 메쉬끼리가 접촉하고 있지 않은 부분의 메쉬의 체적이며, 메쉬 부재(3)의 메쉬끼리가 접촉하고 있지[0045]
않은 부분의 높이를 측정하여, 메쉬의 면적 S와 적산함으로써 구해진다. 여기서 메쉬끼리가 접촉하고 있지 않
은 부분이란, 메쉬 부재(3)에 있어서 메쉬끼리가 접촉하고 있는 부분 이외의 부분을 말한다.
수학식 5
[0046]
여기서 ε은 메쉬 부재(3) 전체의 공극률이며, 다음의 수학식 6에 의하여 구해진다. V는 메쉬 부재(3) 전체의[0047]
체적이며, 메쉬 부재(3)의 높이를 측정하여, 메쉬의 면적 S와 적산함으로써 구해진다.
등록특허 10-1642625
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수학식 6
[0048]
여기서 ρmesh는 메쉬 부재(3)의 밀도이며, 메쉬 부재(3) 전체의 중량을 측정하여, 메쉬 전체의 체적 V로 제산[0049]
함으로써 구해진다. ρcu는 메쉬 부재(3)를 구성하는 금속 세선(30)의 재료의 밀도이다.
제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)는 적층, 압접한 후의 용기(2)와 접하는 부분의 공극률이 0.4 내지 0.9로 되고, 메[0050]
쉬끼리가 접하는 부분의 공극률이 0.11 내지 0.62로 되도록 적절히 선택하면 된다.
본 실시 형태에 따른 히트 파이프(1)에 있어서, 용기(2)의 일단부 하측(흡열부)에는, 도시하지 않은 발열 부품[0051]
이 열적으로 접속되어 배치된다.
발열 부품의 열은 용기(2)의 재질을 통하여 전달되어, 용기(2) 내의 작동액을 증발시킨다. 증발한 작동액은 공[0052]
동부(4)를 통하여 방열측으로 이동한다. 동시에, 용기(2)의 재질을 통하여 전달된 열의 일부는, 메쉬 부재(3)
를 통하여 전달되어 용기(2)의 하측으로부터 상측, 즉 발열 부품과 접촉하는 측으로부터 반대측의 벽면으로 이
동한다. 따라서, 용기(2)의 반대측 벽면을 향하여 열의 확산이 효과적으로 행하여진다. 또한, 용기(2)의 방열
부에서 열을 방출하여 액상으로 복귀된 작동액은, 높은 모세관력을 갖는 메쉬 부재(3)를 통하여 신속히 흡열측
으로 환류된다.
여기서, 일반적으로 모세관력이 높다는 것은, 모세관 반경이 작다고 하는 것이며, 작동액의 저항으로 되기 때문[0053]
에 작동액의 투과율이 낮다. 따라서, 모세관력을 높이기 위하여 메쉬 부재(3) 전체의 공극률을 낮게 했을
경우, 작동액을 도입할 수 있는 양이 적어지고, 결과적으로 열 수송 성능이 저하되어 버리기 때문에, 메쉬 부재
(3) 전체의 공극률을 낮게 하여 열 수송 성능을 향상시키는 것에는 한계가 있었다.
그러나, 본 발명의 실시 형태에 따른 히트 파이프(1)에 있어서는, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 접하는 부분[0054]
의 공극률은, 제1 메쉬(31)가 용기(2)와 접하는 부분의 공극률 및 제2 메쉬(32)가 용기(2)와 접하는 부분의 공
극률보다도 낮아져 있기 때문에, 메쉬 부재(3)의 표면에서는 투과율을 유지한 채, 메쉬 부재(3)의 내부에서는
모세관력이 높아져 있다. 이로 인하여, 메쉬 부재(3) 내부의 높은 모세관력에 의하여 작동액이 곧바로 내부에
널리 퍼져, 메쉬 부재(3) 표면에서는 작동액을 윤택하게 도입할 수 있어, 열 수송 성능이 향상된다.
이어서, 본 발명의 실시 형태에 따른 히트 파이프(1)의 제조 방법을 설명한다. 우선, 시트형 메쉬를 절곡하거[0055]
나, 또는 복수 매의 시트형 메쉬를 중첩시킴으로써, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 적층되도록 하고, 상하 방
향으로부터 가압하여 메쉬 부재(3)를 형성한다. 가압은, 제1 메쉬(31) 및 제2 메쉬(32)가 압축되어 메쉬의 눈
이 밀하게 되는 정도뿐만 아니라, 제1 메쉬(31) 및 제2 메쉬(32)를 구성하는 금속 세선(30)의 단면이 반월형으
로 되고, 제1 메쉬(31) 및 제2 메쉬(32)가 압접되어 서로 접합된 상태로 되기까지 행한다. 메쉬끼리가 접하는
부분의 공극률이 0.11 내지 0.62로 되도록 하기 위해서는, 예를 들어 메쉬의 압축률이 0.25 내지 0.6으로 되도
록 가압하면 된다. 여기서 메쉬의 압축률은, 압축 후의 메쉬의 두께÷압축 전의 메쉬의 두께로 정의된다.
이어서 원관형 용기 소관의 공동부(4) 내를 세정하고, 용기 소관 내에 메쉬 부재(3)를 삽입함과 함께, 작동액을[0056]
적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기(2)의 양단부를 용접 밀봉하여 히트 파이프화한 후, 편평 가공을 실시하여
편평형 히트 파이프(1)을 제작한다. 또한, 편평 가공은 히트 파이프화 공정에 앞서, 용기 소관에 실시해도 된
다.
또한 본 실시 형태에 있어서는, 메쉬 부재(3)를 용기(2) 내부의 폭 방향의 일부에 배치하도록 하였지만, 용기[0057]
(2) 내부의 폭 방향 전역에 걸쳐 배치하도록 해도 된다. 통상, 증기 유로로 되는 경로에 메쉬 부재(3)를 배치
하면, 증기류의 압력 손실이 과대해지기 때문에 작동액의 이동이 행하여지지 않아, 히트 파이프(1)가 작동하지
않게 된다. 그러나, 본원 발명의 실시 형태에 있어서는, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 적층되어 압접되어 있
기 때문에, 높은 증기 압력 손실을 극복하는 모세관 압력이 얻어지므로 열 수송 성능이 향상된다. 또한, 제1
메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 적층되어 압접되어 있기 때문에, 메쉬 부재(3) 내부의 세공 반경이 작아지기 때문에
작동액을 메쉬에 보유 지지하는 힘이 향상되어, 기상과 액상의 계면에서 작동액이 증기에 비산되기 어려워진다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 메쉬 부재(3)의 용기(2)의 내측에 접하는 면에 있어서의 메쉬 부재(3)를 구성[0058]
하는 금속 세선(30)이 찌부러져 있고, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 접하는 면에 있어서의 메쉬 부재(3)를 구
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성하는 금속 세선(30)이 찌부려져 있지 않도록 구성했지만, 압접에 의하여 메쉬 부재(3)의 두께가 감소하고 있
으면 되고, 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 접하는 면에 있어서의 메쉬 부재(3)를 구성하는 금속 세선(30) 쪽이
찌부러져 있어도 되며, 메쉬 부재(3)의 용기(2)의 내측에 접하는 면에 있어서의 메쉬 부재(3)를 구성하는 금속
세선(30) 및 제1 메쉬(31)와 제2 메쉬(32)가 접하는 면에 있어서의 메쉬 부재(3)를 구성하는 금속 세선(30) 양
쪽이 찌부러져 있어도 된다.
<실시예>[0059]
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은[0060]
아니다.
하기와 같이 히트 파이프를 제작하여 그 성능을 평가하였다.[0061]
(히트 파이프의 제작)[0062]
[실시예 1][0063]
구리제이고 메쉬의 슬릿 폭이 2㎜인 시트형 메쉬를 2장 중첩하고, 시트 평면에 수직인 방향으로부터 압력을 가[0064]
하여 압접 가공하여, 100㎜×75㎜의 메쉬 부재를 형성하였다. 이 압접 가공에 의하여 2매의 메쉬는 서로 접합
된 상태, 다시 말해 서로 접착되어, 박리하는 힘을 가하지 않는 한 이격되지 않는 상태로 되어 있다. 메쉬가
용기와 접하는 부분의 공극률은 0.6, 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률은 0.2였다. 이어서, 110㎜×80㎜의 동
판 2장에 의하여 2매의 메쉬를 끼우고, 작동액을 적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기의 단부를 용접 밀봉하여
두께 0.5㎜의 편평형 히트 파이프를 제작하였다.
[실시예 2][0065]
구리제이고 메쉬의 슬릿 폭이 2㎜인 시트형 메쉬를 2장 중첩하고, 시트 평면에 수직인 방향으로부터 압력을 가[0066]
하여 압접 가공하여, 100㎜×75㎜의 메쉬 부재를 형성하였다. 이 압접 가공에 의하여 2매의 메쉬는 서로 접합
된 상태, 다시 말해 서로 접착되어, 박리하는 힘을 가하지 않는 한 이격되지 않는 상태로 되어 있다. 메쉬가
용기와 접하는 부분의 공극률은 0.66, 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률은 0.16이었다. 이어서, 110㎜×80㎜의
동판 2장에 의하여 2매의 메쉬를 끼우고, 작동액을 적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기의 단부를 용접 밀봉하
여 두께 0.5㎜의 편평형 히트 파이프를 제작하였다.
[실시예 3][0067]
구리제이고 메쉬의 슬릿 폭이 2㎜인 시트형 메쉬를 2장 중첩하고, 시트 평면에 수직인 방향으로부터 압력을 가[0068]
하여 압접 가공하여, 100㎜×75㎜의 메쉬 부재를 형성하였다. 이 압접 가공에 의하여 2매의 메쉬는 서로 접합
된 상태, 다시 말해 서로 접착되어, 박리하는 힘을 가하지 않는 한 이격되지 않는 상태로 되어 있다. 메쉬가
용기와 접하는 부분의 공극률은 0.66, 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률은 0.39였다. 이어서, 110㎜×80㎜의
동판 2장에 의하여 2매의 메쉬를 끼우고, 작동액을 적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기의 단부를 용접 밀봉하
여 두께 0.5㎜의 편평형 히트 파이프를 제작하였다.
[실시예 4][0069]
구리제이고 메쉬의 슬릿 폭이 3.5㎜인 시트형 메쉬를 2장 중첩하고, 시트 평면에 수직인 방향으로부터 압력을[0070]
가하여 압접 가공하여, 100㎜×75㎜의 메쉬 부재를 형성하였다. 이 압접 가공에 의하여 2매의 메쉬는 서로 접
합된 상태, 다시 말해 서로 접착되어, 박리하는 힘을 가하지 않는 한 이격되지 않는 상태로 되어 있다. 메쉬가
용기와 접하는 부분의 공극률은 0.66, 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률은 0.16이었다. 이어서, 110㎜×80㎜의
동판 2장에 의하여 2매의 메쉬를 끼우고, 작동액을 적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기의 단부를 용접 밀봉하
여 두께 0.5㎜의 편평형 히트 파이프를 제작하였다.
[실시예 5][0071]
구리제이고 메쉬의 슬릿 폭이 3.5㎜인 시트형 메쉬를 2장 중첩하고, 시트 평면에 수직인 방향으로부터 압력을[0072]
가하여 압접 가공하여, 100㎜×75㎜의 메쉬 부재를 형성하였다. 이 압접 가공에 의하여 2매의 메쉬는 서로 접
합된 상태, 다시 말해 서로 접착되어, 박리하는 힘을 가하지 않는 한 이격되지 않는 상태로 되어 있다. 메쉬가
용기와 접하는 부분의 공극률은 0.66, 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률은 0.39였다. 이어서, 110㎜×80㎜의
동판 2장에 의하여 2매의 메쉬를 끼우고, 작동액을 적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기의 단부를 용접 밀봉하
여 두께 0.5㎜의 편평형 히트 파이프를 제작하였다.
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[실시예 6][0073]
구리제이고 메쉬의 슬릿 폭이 2㎜인 시트형 메쉬를 2장 중첩하고, 시트 평면에 수직인 방향으로부터 압력을 가[0074]
하여 압접 가공하여, 100㎜×75㎜의 메쉬 부재를 형성하였다. 이 압접 가공에 의하여 2매의 메쉬는 서로 접합
된 상태, 다시 말해 서로 접착되어, 박리하는 힘을 가하지 않는 한 이격되지 않는 상태로 되어 있다. 메쉬가
용기와 접하는 부분의 공극률은 0.66, 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률은 0.58이었다. 이어서, 110㎜×80㎜의
동판 2장에 의하여 2매의 메쉬를 끼우고, 작동액을 적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기의 단부를 용접 밀봉하
여 두께 0.5㎜의 편평형 히트 파이프를 제작하였다.
[실시예 7][0075]
구리제이고 메쉬의 슬릿 폭이 2㎜인 시트형 메쉬를 2장 중첩하고, 시트 평면에 수직인 방향으로부터 압력을 가[0076]
하여 압접 가공하여, 100㎜×75㎜의 메쉬 부재를 형성하였다. 이 압접 가공에 의하여 2매의 메쉬는 서로 접합
된 상태, 다시 말해 서로 접착되어, 박리하는 힘을 가하지 않는 한 이격되지 않는 상태로 되어 있다. 메쉬가
용기와 접하는 부분의 공극률은 0.66, 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률은 0.44였다. 이어서, 110㎜×80㎜의
동판 2장에 의하여 2매의 메쉬를 끼우고, 작동액을 적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기의 단부를 용접 밀봉하
여 두께 0.5㎜의 편평형 히트 파이프를 제작하였다.
[실시예 8][0077]
구리제이고 메쉬의 슬릿 폭이 3.5㎜인 시트형 메쉬를 2장 중첩하고, 시트 평면에 수직인 방향으로부터 압력을[0078]
가하여 압접 가공하여, 100㎜×75㎜의 메쉬 부재를 형성하였다. 이 압접 가공에 의하여 2매의 메쉬는 서로 접
합된 상태, 다시 말해 서로 접착되어, 박리하는 힘을 가하지 않는 한 이격되지 않는 상태로 되어 있다. 메쉬가
용기와 접하는 부분의 공극률은 0.66, 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률은 0.58이었다. 이어서, 110㎜×80㎜의
동판 2장에 의하여 2매의 메쉬를 끼우고, 작동액을 적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기의 단부를 용접 밀봉하
여 두께 0.5㎜의 편평형 히트 파이프를 제작하였다.
[실시예 9][0079]
구리제이고 메쉬의 슬릿 폭이 3.5㎜인 시트형 메쉬를 2장 중첩하고, 시트 평면에 수직인 방향으로부터 압력을[0080]
가하여 압접 가공하여, 100㎜×75㎜의 메쉬 부재를 형성하였다. 이 압접 가공에 의하여 2매의 메쉬는 서로 접
합된 상태, 다시 말해 서로 접착되어, 박리하는 힘을 가하지 않는 한 이격되지 않는 상태로 되어 있다. 메쉬가
용기와 접하는 부분의 공극률은 0.66, 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률은 0.44였다. 이어서, 110㎜×80㎜의
동판 2장에 의하여 2매의 메쉬를 끼우고, 작동액을 적당량 주입하여 탈기를 행하고, 용기의 단부를 용접 밀봉하
여 두께 0.5㎜의 편평형 히트 파이프를 제작하였다.
[실시예 10][0081]
메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률을 0.62로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하다.[0082]
[실시예 11][0083]
메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률을 0.62로 한 것 이외에는 실시예 3과 동일하다.[0084]
[실시예 12][0085]
메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률을 0.20으로 한 것 이외에는 실시예 3과 동일하다.[0086]
[실시예 13][0087]
메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률을 0.11로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하다.[0088]
[비교예 1][0089]
시트형 메쉬가 1장인 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 편평형 히트 파이프를 제작하였다.[0090]
[비교예 2][0091]
메쉬의 슬릿 폭이 3.5㎜인 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여 편평형 히트 파이프를 제작하였다.[0092]
[비교예 3][0093]
시트형 메쉬가 1매인 상태에서 시트형 메쉬에 압축 가공을 실시한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 편[0094]
등록특허 10-1642625
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평형 히트 파이프를 제작하였다.
[비교예 4][0095]
메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률을 0.08로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하다.[0096]
[비교예 5][0097]
시트형 메쉬에 압축 가공을 실시하지 않고, 그에 따라 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률이 0.66으로 된 것 이외[0098]
에는 실시예 2와 동일하다.
[비교예 6][0099]
시트형 메쉬에 압축 가공을 실시하지 않고, 그에 따라 메쉬끼리가 접하는 부분의 공극률이 0.66으로 된 것 이외[0100]
에는 실시예 3과 동일하다.
(성능 평가 시험)[0101]
상기 실시예 및 비교예에 따른 히트 파이프의 하면에 4 내지 8W의 열원을 접속하고, 히트 파이프의 작동 온도를[0102]
항상 50℃로 되도록 방열부를 조정한 상태에서 증발열 전달률을 구하였다. 또한 증발열 전달률은, 1／((열원
온도-입열 개소 온도)／열량)／면적으로 표현된다. 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에 대하여, 그 결과를 도 3에
나타낸다.
또한, 실시예 1 내지 13, 비교예 4 내지 6에 대하여, 압접 가공을 행하고 있지 않은 경우를 최대 열 수송량 100[0103]
％로 하고, 그에 대하여 최대 열 수송량이 110％ 이상인 것을 ◎, 최대 열 수송량이 100％ 초과 110％ 미만이었
던 것을 ○, 최대 열 수송량이 100％ 이하인 것을 △로 평가하였다. 그 결과를 표 1, 2에 나타낸다.
표 1
[0104]
표 2
[0105]
도 3 및 표 1, 2에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따른 히트 파이프는, 메쉬를 압축 변형시킴으로써 특성이 향상[0106]
되었다. 그에 비하여 비교예에 따른 히트 파이프는 특성이 떨어졌다.
부호의 설명
1: 히트 파이프[0107]
2: 용기
3: 메쉬 부재
30: 금속 세선
31: 제1 메쉬
32: 제2 메쉬
33, 33': 공극
등록특허 10-1642625
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4: 공동부
도면
도면1
도면2
등록특허 10-1642625
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도면3
등록특허 10-1642625
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히트 파이프(HEAT PIPE)
2018. 4. 17. 21:05