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문제 정의
본 고에서는 이러한 목표를 달성하기 위하여 현재까지 개발되었거나 개발되고 있는 히트파이프에 대한 기술현황을 살펴보았다. 전자 제품 소형화 및 고성능화의 요구에 부응하기 위해서는 마이크로 히트파이프와 Vapor Chamber Heat Spreader의 도입 및 성능 최적화 기술의 적용이 필요하며, 뛰어난 전열성능을 가지는 나노유체 히트파이프의 상용화를 위해서는 나노유체의 부유 및 분산특성 향상이 선행되어야 할 것이다.
본 보고서에서는 가열, 냉각, 열수송 온도 및 열제어 등의 다양한분야에 응용되는 히트파이프의 최신 기술현황에 대해 기술하고자 한다.
제안 방법
사용하여 구부릴 수 있는 구조로 제작함으로써 배치와 사용상 유연성 및 융통성을 가진다. Wang and Petersonee 폴리머 재질인 폴리프로필렌(Polypropylene)으로 제작된 사각형과 사다리꼴 마이크로 채널을 가지는 Flexible polymer 마이크로 히트파이프를 개발하였으며 그림 5와 같다. 이 재료는 사각형 그루브를 가지는 형태로 압출성형을 통하여 제작하였으며 그루브 사이의 너비는 약 200㎛이다.
최근에 Do 등[6]은 그루브 윅을 가지는 평판형 마이크로 히트파이프의 성능을 정확히 예측할 수 있는 수학적 모델을 개발하였다. 이 모델은 기체-액체 경계면 전단력, 접촉각(contact angle), 작동유체의 충진량, 그리고 축 방향 벽면온도 변화 및 축방향 증발률/응축률 변화의 영향을 고려하였다. 그림 4에서 보는 바와 같이 개발된 모델이 최대 열전달량과 벽 면온도에 대한 실험결과를 최 대오차 5% 이내로 정확히 예측함을 알 수 있다.
Wang and Petersonee 폴리머 재질인 폴리프로필렌(Polypropylene)으로 제작된 사각형과 사다리꼴 마이크로 채널을 가지는 Flexible polymer 마이크로 히트파이프를 개발하였으며 그림 5와 같다. 이 재료는 사각형 그루브를 가지는 형태로 압출성형을 통하여 제작하였으며 그루브 사이의 너비는 약 200㎛이다. 그림 5에서 보는 바와 같이 큰 그루브는 마이크로 히트파이프의 외벽의 역할을 하고 작은 그루브는 모세관력을 발생시키는 액체 유로의 역할을 하게 된다.
대상 데이터
다양한 입경을 가지는 금나노 입자를 서로 다른 합성방법을 사용하여 나노유체를 제작하였으며, 제작된 나노유체는 외경 6mm, 길이 170mm, 200메쉬 스크린 윅을 가지는 원관형 히트파이프의 작동유체로 사용하였다. 열저항을 측정한 결과 그림 8에 나타난 것과 같이 나노유체를 적용한 히트파이프의 열저항이 나노유체의 합성조건에 따라 0.
마이크로 히트파이프 배열에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 작동유체는 메탄올이고 20mm의 길이와 80mm의 깊이를 가지는 삼각단면과 사각단면 마이크로 히트파이프 배열 두 종류를 제작하였으며, 삼각형과 사각형의 한 변의 길이는 각각 45㎛ 120㎛이다. 히트파이프의 성능 평가 기준으로는 유효열전도도(effective thermal conductivity)를 사용하였다.
이론/모형
작동유체는 메탄올이고 20mm의 길이와 80mm의 깊이를 가지는 삼각단면과 사각단면 마이크로 히트파이프 배열 두 종류를 제작하였으며, 삼각형과 사각형의 한 변의 길이는 각각 45㎛ 120㎛이다. 히트파이프의 성능 평가 기준으로는 유효열전도도(effective thermal conductivity)를 사용하였다. 그림 3은 유효열전도도에 대한 실험결과를 나타내고 있다.
성능/효과
그림 3은 유효열전도도에 대한 실험결과를 나타내고 있다. 그림 3의 결과에서 알 수 있듯이, 삼각단면과 사각단면 마이크로 히트파이프 배열의 성능이 마이크로 히트파이프 어레이를 사용하지 않은 것에 비해 각각 81%, 31% 증가함을 알 수 있다. 또한, 삼각단면 마이크로 히트파이프 배열이 사각단면 마이크로히트파이프 배 열에 비해 좋은 성능을 나타내고 있는데 이는 삼각단면 마이크로 히트파이프가 더 큰 모세관력을 가지기 때문이다.
나노유체를 사용하여 실험 적 연구를 수행하였다. 실험 결과로부터 나노유체를 적용한 히트파이프의 유효열저항이 일반유체를 적용한 히트파이프에 비해 35% 감소함을 알 수 있다(그림 7). 실험에 사용된 물-다이아몬드 나노유체의 경우, 분산 및 부유 특성이 좋지 않음에도 불구하고 히트파이프의 성능이 향상된다고 보고되고 있는데 그 이유는 진동 히트파이프에서 일어나는 열적 가진 모션이 다이아몬드 입자들에 Base Fluid에 부유할 수 있는 외력으로 작용하기 때문이다.
후속연구
살펴보았다. 전자 제품 소형화 및 고성능화의 요구에 부응하기 위해서는 마이크로 히트파이프와 Vapor Chamber Heat Spreader의 도입 및 성능 최적화 기술의 적용이 필요하며, 뛰어난 전열성능을 가지는 나노유체 히트파이프의 상용화를 위해서는 나노유체의 부유 및 분산특성 향상이 선행되어야 할 것이다.
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