[논문]진동세관형 히트파이프를 이용한 전자기기 냉각에 대한 연구

김종수; 하수정

문제 정의

본 연구에서는 OCHP를 이용한 전자기기냉각시 스템의 냉매 충진량과 가열부 경사각에 따른 방열 특성을 알아보았다. Fig.
본 연구에서는 진동 세관형 히트파이프의 가열부 경사각 변화에 대한 열전달 특성과 그 최적의 냉매 충진량을 알아봄으로써, 현재의 방열성능의 향상 및 설치 공간의 확대를 통해 방열 효율성을 증대시키는데 이 실험의 목적이 있다.

가설 설정

OCHP는 내부 작동유체의 현열 및 잠열 수송 과 자체 재질을 통한 열전도에 의해 열전달이 일어나지만 열전도에 의한 열전달은 작동유체에 의 한 열전달에 비해 아주 미미하다. 따라서 OCHP 를 통한 열전달은 모두 작동 유체에 의해 일어나는 것으로 가정하고 고체의 전도율의 개념을 도입 한 것이 유효 열전도율이다. 물질의 고유 물성치인 열전도율은 온도에 대한 함수로서 결정되지만 OCHP에서의 유효 열전도율은 함수 관계가 훨씬 복잡하다.

제안 방법

%) 와 Methanol, R234a의 방열 성능 의 차를 비교해 보았다. Methanol, R-134a를 R-141b와 동일한 방법으로 40(voL%)로 냉매를 충전하여 항온 25℃에서 실험을 수행하였다. 써모 사이폰의 방식과 동일한 경사각 +90°(bottom heating mode)에서는 Methanol과 R-134a가 RT41b와 비교시 15% 방열성능이 우수하게 나 타났다.
OCHP을 이용한 전자기기냉각시스템은 가열부에 설치된 히터의 가변조절을 통하여 가열부 최 대허용표면온도를 75(℃)로 제어하였으며, 시험부의 가열부, 단열부, 응축부, 히터 표면온도와 외기 측정을 위하여 챔버 내부에 15개의 T형 열전대(ψ 0.2, 오차±0.2%)를 OCHP의 표면에 설치 · 측정하여, 측정된 온도는 Yokogawa사의 DR230 Hybrid recorder# 통해 PC에서 처리되도록 하였다. 그 평균값을 데이터 처리에 이용하였다.
0×10-torr까지 진공하여 2시간 유지하였다. 냉매 충전실린더를 사용하여 R-141b, R-134a, Methanol을 체적비에 대한 35, 40, 45. 60(vol.
제작된 OCHP를 이용한 전자냉각시스템은 항온항습기에 장착하여 항온 25℃에서 각 경사각에 대한 가열부의 허용 표면 온도 75℃에 이르는 입열량에 대한 실험 후. 봉입량에 대한 최적의 상태를 나타내는 OCHP를 선정하여 R-134a와 Methanol과 방열 성능 비교 실험을 수행하였다.
Methanol과 R-134a는 R-141b보다 높은 Merit 수를 가진다. 앞서 수행 된 실험에서 최적의 상태를 보인 R-141b, 40(vol.%) 와 Methanol, R234a의 방열 성능 의 차를 비교해 보았다. Methanol, R-134a를 R-141b와 동일한 방법으로 40(voL%)로 냉매를 충전하여 항온 25℃에서 실험을 수행하였다.

대상 데이터

9xlmm. 40턴의 알루미늄 압출관을 사용하였다. 실험에 사용된 OCHP를 경사각 -90° (top heating mode)장착한 것을 Fig.
항온항습기 내에 경사각 제어를 위해 지그를 제작하여 히트파이프를 장착하였으며, 히트 파이프의 가열부는 100mm의 단열재로 마감하였다. 실험에 사용된 OCHP는 W50x L300의 내 경 0.9xlmm. 40턴의 알루미늄 압출관을 사용하였다.
실험장치는 크게, 외기의 온습도를 일정하게 유 지시켜주는 항온항습기, OCHP 및 데이터 처리 시스템으로 구성되어 있다. 가열부 온도를 일정하 게 제어하기 위해 판형 히터 (50x100mm)를 설치하였다.

데이터처리

2%)를 OCHP의 표면에 설치 · 측정하여, 측정된 온도는 Yokogawa사의 DR230 Hybrid recorder# 통해 PC에서 처리되도록 하였다. 그 평균값을 데이터 처리에 이용하였다.

성능/효과

(1) R-141b, 40%일 때, OCHP를 이용한 전자 기기냉각 시스템은 가열부와 냉각부의 온도차 11 ℃로 가장 작게 나타났으며, 이 때 방열성능은 20W로 가장 우수하게 나타났다.
(2) 실험을 통해 항온 25℃에서 OCHP는 모든 경사각에서 원활하게 작동함을 확인할 수 있었다. 그러나, 챔버 내부의 온도가 항온 60℃시 실험 조건에 대해 비슷한 입열량을 가지는 것으로 나타났다.
(3) 동일한 조건에서 경사각 -90°(top heating mode) 은 경사각 +90°(bottom heating mode)보다 표면온도가 3~4℃로 낮게 나타내었으며, 정상 온도까지 도달하는 시간은 유사하다. 그러나 경사각 -90°에서 입열량의 변동이 심한 것은 OCHP의 진동이 간헐적으로 이루어지는 것으로 보아진다.
(4) 최적의 방열성능을 가지는 R-141b, 40% (Vol.) 는 경사각 -90° (top) 에서 R-141b는 90°(bottom)의 80% 방열성능을 가지는 것으로 나타났다.
(5) + 90°(bottom) 에서는 Methanol 과 R-134a가 R- 141b보다 우수한 방열 성능을 보이나 경사각 변화시 R-141b, 40%(Vol)가 실험 범위 내에서 안정적으로 작동하는 것으로 나타났 다.
Table 2는 각 실험조건에 대한 실험값을 정리한 것이다. 경사각 변화를 통해 R-141b, 40(Vol.%)일 때 방열 성능이 가장 우수함을 알 수 있었다. Fig.
Methanol, R-134a를 R-141b와 동일한 방법으로 40(voL%)로 냉매를 충전하여 항온 25℃에서 실험을 수행하였다. 써모 사이폰의 방식과 동일한 경사각 +90°(bottom heating mode)에서는 Methanol과 R-134a가 RT41b와 비교시 15% 방열성능이 우수하게 나 타났다. 그러나 경사각 변화시는 그 방열 성능이 현저히 떨어지는 경향을 보이고 있다.

후속연구

를 OCHP에 적용시킬 경우 성립하지 않는 몇 가지 문제점을 확인할 수 있었다. 따라서, OCHP의 물성치 혹은 채널 수 및 포화증기압과의 관계 규명을 통해 OCHP에 적용할 수 있는 평가 지수의 연구에 대한 연구가 요 구된다.
그러나 상변화에 관련된 물리적 현상의 복잡 성과 제작 공정시 까다로움 등으로 인해 아직까지 상용화 단계에 도달하지 못하고 있다. 따라서, 히트파이프를 통신 분야에 응용하기 위해서는 지속적으로 연구가 이루어지고 신뢰성 있는 히트 파이 프의 제작 기술, 작동 시험 성능 해석에 관한 기초 기술의 확보, 열전달 성능을 개선할 수 있는 형상의 개발 등 보다 많은 연구가 필요하다.

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