평판형 PHP에서 기반물질로의 전도 열전달이 열성능에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

최근 전자 제품의 성능 향상으로 발열량이 기하급수적으로 증가하고 전자장치의 소형화o박막화 추세로 인해 냉각기술이 전자장치의 성능을 좌우하게 되었다. 진동형 히트파이프(Pulsating Heat Pipe)는 윅구조 없이 단순한 채널 구조를 가지면서 높은 열성능을 가지므로 그 방안으로 제시되고 있다. PHP는 제작방법에 따라, 튜브를 구부려 만드는 Tubular PHP 와 기판에 채널을 식각한 Flat Plate PHP(FP-PHP) 로 나눌 수 있다. FP-PHP의 경우, Tubular PHP와는 다르게 기판에서의 전도 열전달을 무시할 수 없다. 따라서 FP-PHP에는 기판에서의 축방향 전도 열전달과 작동유체의 자가진동에 의한 열전달의 두가지 열전달 메커니즘이 존재한다. 하지만 채널 벽을 따라 횡방향 전도 열전달도 일어나며 이 전도 열전달이 작동유체의 자가진동에 의한 열전달에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 이웃한 채널 사이의 전도 열전달을 억제하면 작동유체의 운동 양상이 바뀌면서 더 높은 성능을 지니는 것을 실험으로 확인하였다. 이러한 열성능 향상은 기판에서의 온도 균일화를 막아 유체의 운동이 원활히 이루어졌기 때문이다. 채널 사이를 절단한 FP-PHP는 내부 작동유체가 더 큰 진폭으로 진동하며 큰 입열량에서는 확연한 순환운동도 관찰되었다. 또 더 낮은 입열량에서 안정적으로 진동운동을 하고, 최고온도도 낮으며 30%이상의 열성능 향상을 보였다.본 연구를 통해 열성능 향상시킬 수 있는FP-PHP 디자인 개선 방안을 제시하였다.