KR100438825B1 - 단열 수단을 구비하는 열 전달 장치 - Google Patents

단열 수단을 구비하는 열 전달 장치 Download PDF

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Abstract

단열 수단을 구비하는 열 전달 장치가 개시되어 있다. 개시된 열 전달장치는 발열 요소와 접촉되고 상기 발열요소로부터 전달되는 열을 흡수한 액상 냉매의 증발이 일어나는 증발부; 상기 증발부로부터 유출되는 기체가 응축되는 응축부; 상기 증발부로부터 유출되는 기체가 상기 응축부로 유입되는 통로인 기체 유로; 상기 응축부에서 상기 증발부로 액상 냉매가 유입되는 통로이면서 상기 증발부와 접한 일부가 채널 영역으로 사용되는 액상 냉매 유로; 및 적어도 상기 기체 유로와 상기 액상 냉매 유로사이에 상기 기체 유로로부터 상기 액상 냉매 유로로 상기 액상 냉매 공급에 장애를 주는 요소가 유입되는 것을 방지하기 위한 단열 수단이 구비된 하판을 구비하고, 상기 단열 수단을 비롯해서 상기 하판의 일부 요소와 접촉된 상판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

단열 수단을 구비하는 열 전달 장치{Heat transferring device having adiabatic means}
본 발명은 열 전달장치에 관한 것으로써, 자세하게는 단열 수단을 구비하는 열 전달장치에 관한 것이다.
전자기술의 발전에 따라 전자장비의 모듈화, 소형화 및 고출력화가 급속히 이루어지고 있다. 이에 따라 전자 장비의 단위 면적당 방출되는 열, 곧 단위 면적당 열 발산율도 급속히 증가되고 있다. 따라서, 전자 장비로부터 방출되는 열을 적절하게 처리하여 전자 장비의 온도를 조절하는 것이 전자 장비의 설계 과정에서 고려해야할 주요 사항의 하나가 되고 있다.
전자 장비의 온도는 열전도, 공기의 자연 대류/복사 또는 강제 대류, 액체에 의한 냉각, 잠수 냉각(immersion), 히트 파이프(heat pipe) 등을 이용하여 조절할 수 있다.
또한, 전자 장비의 온도는 나사의 루이스 센터(NASA Lewis center)의 스텐져(Stenger)에 의해 처음 제안된 표면 장력에 의한 자연 순환 유동(capillary pumped loop flow: CPLF)을 이용하여 조절할 수도 있다. 특히, 터커만(Tuckerman)과 피이스(Pease)에 의해 미세 채널 냉각방식이 고발열 전자 장치 냉각에 이용될 수 있음이 실험적으로 증명됨으로써, 전자 장비를 구성하는 요소들 중에서 중앙처리장치(CPU)와 같은 단위 면적당 발열량이 특히 높은 요소만을 선택적으로 냉각하여 전자 장비의 전체 온도를 조절할 수 있게 되었다.
도 1은 스텐저가 제안한 모세관에 의한 열 전달 장치의 개략적 구성도로써, 이를 참조하면, 소정 크기의 작동유체 진행 경로를 가지는 파이프(1)가 루우프를 형성하고 있다. 파이프(1)에 의한 작동유체 진행 경로 상에 증발부(2)가 마련되어 있다. 증발부(2)는 외부로부터 열이 전달되는 케이스(21) 내에 다공체(22)가 구비되어 있다. 다공체(22)는 모세관 현상을 일으키는 미세한 포오(pore)를 가짐으로써, 작동유체(23)를 모세관 현상에 의해 끌어당긴다. 그리고 외부로부터 흡수된 열에 의해 포오내의 작동유체를 증발시킨다. 작동유체의 상변화에 의해 발생된 증기는 작동유체(23)의 유입방향의 반대 방향으로 배출되어 파이프(1)를 따라 진행하게 된다. 증기는 파이프(1)를 통해 진행하면서 점차적으로 열을 빼앗기게 되고, 그리고 충분히 열을 빼앗김으로써 액화된 후, 다시 상기 증발부(2) 측으로 진행한다. 이와 같은 구조에서 증기는 소정의 길이를 가지는 파이프(1)를 따라 진행하면서 액화되기 때문에 파이프(1) 중간 중간에 기포가 발생된다.
이러한 종래의 열 전달 장치는 대형화가 불가피하여, 소형의 전자장치에 대한 열 전달 장치로서는 부적절하다. 또한, 전술한 바와 같이 파이프 상에 산재하는 기포와 이들 사이에 비응축된 작동유체가 전체 작동유체의 유동에 대해 저항으로 작용한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로써, 소형 전자 장치를 냉각하는 과정에서 액상 냉매의 공급이 중단되는 것을 방지하고, 상기 액상의 냉매 공급이 순간적으로 중단된 경우에도 자동적으로 액상 냉매의 공급이 신속하게 재게되게 하며, 증발부로 액상 냉매가 항시 공급되게 하여 장치의 초기 동작이 안정되게 하는 열 전달 장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 열 전달 장치의 개략적 평면도이다.
도 2는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술로 제작된 본 발명의 제1 실시예에 의한 유리 덮개가 덮인 열 전달 장치의 평면도이다.
도 3은 도 2를 3-3'방향으로 절개한 단면도이다.
도 4는 도 2를 4-4'방향으로 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 열 전달 장치의 하판에 대한 사시도이다.
도 6은 도 5에서 하판에 구비된 패턴을 원기둥으로 대체한 경우의 사시도이다.
도 7은 도 5에서 하판에서 증발부 패턴을 원기둥으로 대체한 경우의 사시도이다.
도 8은 도 5에 도시한 하판과 짝을 이루는 상판에 대한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 의한 열 전달 장치에서 액상 냉매 유로 패턴과 상판사이에 구비된 챔버에 기포 또는 비응축가스 등이 모여 있는 경우를 보여주는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 열 전달 장치에서 단열 수단만을 분리하여 보여주는 사시도이다.
도 11 및 도 12는 도 10에 도시한 단열 수단의 변형예를 보여주는 평면도이다.
도 13은 도 11에 도시한 단열수단을 구비하는 본 발명의 제2 실시예에 의한 열 전달 장치의 평면도이다.
도 14는 도 13을 14-14'방향으로 절개한 단면도이다.
도 15는 도 13을 15-15'방향으로 절개한 단면도이다.
도 16은 도 12에 도시한 단열 수단을 구비하는 본 발명의 제3 실시예에 의한 열 전달 장치의 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시예에 의한 열 전달 장치의 평면도이다.
도 18은 본 발명의 제5 실시예에 의한 열 전달 장치의 평면도이다.
도 19는 본 발명의 제6 실시예에 의한 열 전달 장치의 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
40, 80, 130, 160, 200:열 전달 장치 42, 82, 110, 132, 162, 202:하판
60, 102, 134, 164, 204:상판 44, 112, 144, 166:증발부
46, 86, 114, 140, 168, 208:기체 유로 48, 88, 110, 142, 170, 210:응축부
50, 90, 118, 136, 172, 212 :액상 냉매 유로
52, 90, 120, 138:제1 단열 수단 54, 92, 122, 148:제2 단열 수단
56, 96, 124, 146, 176, 214:채널 영역 58:냉매 유입구
62, 64, 104, 106:챔버 70:기포 또는 비응축가스
152, 152a, 224, 226, 228, 180, 186, 188:상판에서 하판과 접촉되는 영역
230, 232, 154, 156, 182, 184:상판에서 하판과 비접촉되는 영역
176, 214:단열 수단 44a, 84a:증발부 패턴
48a, 88a:응축부 패턴
50a, 50b, 66, 90a, 90b:액상 냉매 유로 패턴
52a, 54a:제1 및 제2 단열 수단에 구비된 갭(gap)
60a:상판의 채널 영역(56)과 접촉되는 부분
60b, 60c:상판의 제2 및 제1 단열 수단(50, 54)과 접촉되는 부분
60e, 60f:상판의 리세스된 공간들 P1, P2:직육면체
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 발열 요소와 접촉되고 상기 발열요소로부터 전달되는 열을 흡수한 액상 냉매의 증발이 일어나는 증발부; 상기 증발부로부터 유출되는 기체가 응축되는 응축부; 상기 증발부로부터 유출되는 기체가 상기 응축부로 유입되는 통로인 기체 유로; 상기 응축부에서 상기 증발부로 액상 냉매가 유입되는 통로이면서 상기 증발부와 접한 일부가 채널 영역으로 사용되는 액상 냉매 유로; 및 적어도 상기 기체 유로와 상기 액상 냉매 유로사이에 상기 기체유로로부터 상기 액상 냉매 유로로 상기 액상 냉매 공급에 장애를 주는 요소가 유입되는 것을 방지하기 위한 단열 수단이 구비된 하판을 구비하고, 상기 단열 수단을 비롯해서 상기 하판의 일부 요소와 접촉된 상판을 구비하는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치를 제공한다.
상기 증발부의 일 방향은 상기 채널 영역과 접해 있고, 나머지 방향은 모두 상기 기체 유로와 접해 있다.
상기 단열 수단은 상기 증발부와 상기 액상 냉매 유로사이로 확장되어 상기 채널 영역과 접해 있다.
상기 단열 수단은 대칭적으로 구비된 제1 및 제2 단열 수단 또는 상기 하판의 테두리와 나란하게 구비된 단일 단열 수단이다. 상기 단일 단열 수단은 굴곡된 부분을 갖다.
상기 액상 냉매 유로는 상기 채널 영역에 의해 이분되어 있다.
상기 액상 냉매 유로 중 일부는 상기 상판과 비접촉되어 있다.
상기 응축부, 상기 액상 냉매 유로, 상기 채널 영역 및 상기 증발부에 상기 응축부에서 상기 액상 냉매 유로, 상기 채널 영역 및 상기 증발부로 갈수록 상기 액상 냉매에 대한 모세관 현상이 점점 증가되게 하는 형상의 패턴들이 형성되어 있다.
상기 모세관 현상이 증가되게 하는 형상의 패턴들 중에서 상기 액상 냉매 유로의 상기 상판과 비접촉된 부분에 형성된, 상기 형상의 패턴들과 상기 상판사이에 상기 상판 안쪽의 일부가 제거된 챔버가 마련되어 있다.
상기 상판의 상기 증발부, 상기 기체 유로 및 상기 응축부에 대응되는 영역은 다른 부분에 비해 소정의 깊이로 리세스(recess)되어 있다.
상기 채널 영역은 상기 증발부와 이에 인접한 하판의 테두리사이에 구비되어 있다.
상기 응축부는 상기 단열 수단의 상단을 우회하여 상기 단열 수단과 이에 인접한 하판의 테두리사이에 구비된 액상 냉매 유로에 접해 있다.
상기 액상 냉매 유로가 상기 채널 영역에 의해 이분된 경우, 상기 단열 수단은 상기 응축부와 상기 채널 영역사이에 구비된 액상 냉매 유로와 상기 기체 유로를 차단하는 제1 단열 수단; 및 상기 제1 단열 수단과 수직한 방향으로 구비되어 상기 증발부 및 상기 기체유로와 상기 채널 영역에 의해 이분된 상기 액상 냉매 유로의 나머지 부분을 차단하는 제2 단열 수단으로 구성된다.
상기 제1 및 제2 단열 수단은 각각 갭(gap)을 갖는 구조체이거나, 모두 절연 물질로 구성된 장벽 또는 상기 제1 및 제2 단열 수단 중 어느 하나는 갭을 갖는 구조체이고, 나머지 하나는 절연물질로 구성된 장벽이다.
상기 단일 단열 수단은 갭을 갖는 구조체 또는 절연 물질로 구성된 장벽이다.
이러한 본 발명을 이용하면, 응축부에서 증발부로 액상의 냉매를 공급하는 과정에서 상기 액상의 냉매가 증발되는 것이 방지된다. 그리고 기포나 비응축 가스 등에 의해 액상 냉매의 공급이 중단되는 것이 방지된다. 또한, 상기 응축부에서 액상 냉매 유로 및 증발부까지 상기 액상의 냉매가 저절로 유입되고, 유입되는 과정에서 드라이-아웃 등에 의해 액상 냉매의 유입이 순간적으로 중단되더라도, 상기 응축부, 액상 냉매 유로 및 증발부사이에 존재하는 모세관 현상의 기울기로 인해 상기 액상 냉매의 공급이 저절로 재개된다. 이러한 모세관 현상 기울기로 인해 열 전달 장치의 동작 개시 전에 항시 증발부에 액상의 냉매가 유입될 수 있기 때문에, 열 전달 장치를 안정적으로 동작시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 열 전달 장치를 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다.
<제1 실시예>
도 2를 참조하면, 참조번호 40은 열 전달 장치를 나타내고, 42는 열 전달 장치(40)의 하판을, 60은 하판(42)과 정확하게 매칭되도록 구비된 상판, 곧 덮개를 나타낸다. 상판(60)은 유리 기판과 같이 투명한 재질이므로, 도면에는 도시하지 않았다.
열 전달 장치(40)는 CPU등과 같은 전자 장비내의 발열요소(미도시)로부터 전달되는 열을 흡수한 냉매의 증발이 일어나는 영역으로써, 그 이면이 상기 발열요소와 직접 접촉되는 증발부(44)를 구비한다. 또한, 증발부(44)로부터 이송되는 기체가 응축되는 응축부(48)를 구비한다. 증발부(44)와 응축부(48)는 상기 기체가 증발부(44)에서 응축부(48)로 이송되는 통로가 되는 기체 유로(46)로 연결되어 있다. 또한, 응축부(48)에서 응축된 기체, 곧 액상의 냉매가 증발부(44)로 유입되도록 응축부(48)와 증발부(44)사이에 액상 냉매 유로(50)가 구비되어 있다. 액상 냉매 유로(50)와 증발부(44)의 경계 영역에 상기 액상 냉매가 증발부(44)로 유입되는 통로가 되는 채널 영역(56)이 마련되어 있다.
한편, 액상 냉매 유로(50)는 증발부(44), 기체유로(46) 및 응축부(48)를 중심으로 양측에 대칭적으로 구비되어 있다. 또한, 액상 냉매 유로(50)와 증발부(44) 및 기체유로(46)사이에 단열 수단(52, 54)이 구비되어 있다. 단열 수단(52, 54)은 말 그대로 한 영역에서 다른 영역으로 열이 전달되는 것을 차단하기 위한 수단으로써, 구체적으로는 증발부(44) 및 기체유로(46)로부터 액상 냉매 유로(50)를 통해서 증발부(44)로 유입되는 액상의 냉매로 열이 전달되는 것을 차단하는 수단 또는 적어도 상기 전달되는 열량을 상기 액상의 냉매가 증발될 수 있는 최소 열량 미만으로 줄이기 위한 수단이다. 단열 수단(52, 54)은 증발부(44) 및 기체유로(46)를 중심으로 해서 대칭적으로 구비되어 있고, 채널 영역(56)의 양측과 연결되어 있다. 이렇게 해서, 채널 영역(56)은 액상 냉매 유로(50)로부터 증발부(44)로 액상의 냉매가 유입될 수 있는 유일한 통로가 된다. 단열 수단(52, 54)은 채널 영역(56)을 중심으로 좌측의 제1 단열 수단(52)과 우측의 제2 단열 수단(54)으로 구성되어 있다. 제1 및 제2 단열 수단(52, 54)은 대칭적으로 구비되어 있으므로 동일한 형상인 것이 바람직하다.
이러한 단열 수단(52, 54)으로 인해, 적어도 액상 냉매 유로(50)를 통해서 응축부(48)에서 증발부(44)로 상기 액상 냉매가 유입되는 과정에서 상기 액상 냉매가 증발되는 것이 방지된다. 단열 수단(52, 54)은 응축부(48)의 소정 영역까지 확장되어 있다. 액상 냉매 유로(50)는 액상의 냉매가 응축부(48)까지 확장된 단열 수단(52)을 우회하여 채널 영역(56)에 유입되도록 구비되어 있다. 곧, 액상 냉매 유로(50)는 순차적으로 구비된 증발부(44), 기체유로(46) 및 응축부(48)와 하판(42) 가장자리사이에서 유자(U)형으로 구비되어 있다. 이에 따라 단열 수단(52, 54)도 액상 냉매 유로(50)와 같은 유자형을 하고 있다.
이와 같이, 응축부(48)로부터 증발부(44)로 액상의 냉매가 공급되는 과정에서 증발부(44) 및/또는 기체 유로(46)로부터 전달되는 열에 의해 상기 액상의 냉매가 증발되는 것을 방지함과 동시에 증발된 기체가 액상 냉매 유로(50)로 유입되는 것을 방지하는 단열 수단(52, 54)이 구비됨으로써, 드라이 아웃(dry-out)에 의해 액상 냉매의 공급이 중단되는 것이 방지된다. 또한, 응축부(48)에서 액상 냉매 유로(50)를 거쳐 증발부(44)에 이르는 경로 상에는 증발부(44)로 갈수록 상기 액상 냉매에 대한 모세관 현상이 점차 증가되도록 하는 형상의 패턴이 형성되어 있다. 이에 대해서는 후술한다. 따라서 열 전달 장치(40)의 동작 중, 액상 냉매 유로(50) 상의 어느 한 영역에 드라이-아웃이 발생되어 응축부(48)에서 증발부(44)로 액상 냉매의 공급이 중단되는 경우에도 상기 드라이-아웃이 발생된 영역으로 향하는 모세관 현상에 의해 상기 액상 냉매의 공급이 자연적으로 재개되게 된다. 또한, 이와 같이 응축부(48)에서 액상 냉매 유로(50) 및 증발부(44)로 이어지는 모세관 현상 기울기가 존재하고, 증발부(44)에서의 모세관 현상이 가장 세기 때문에, 열 전달 장치(40)의 초기 동작시에 증발부(44)로 상기 액상 냉매가 안정적으로 공급될 수 있다. 액상 냉매 유로(50)를 사이에 두고 채널 영역(56)과 마주하는 하판(42)의 테두리에 냉매 유입구(58)가 구비되어 있다.
계속해서, 도 2와 함께 도 2를 채널 영역(56), 증발부(44), 기체유로(46) 및 응축부(48)의 중심을 가로지르는 3-3'방향으로 절개한 단면인 도 3을 참조하면, 하판(42)의 증발부(44)에 대응되는 영역 상에 액상 냉매 유로(50)로부터 증발부(44)로 액상 냉매가 유입될 수 있도록 액상 냉매 유로(50)로부터 증발부(44)를 향하는 모세관 현상을 유발시키는 증발부 패턴(44a)이 형성되어 있다. 증발부 패턴(44a)은 편의 상 블록으로 처리하였는데, 자세한 패턴 형상에 대해서는 후술한다. 액상 냉매 유로(44)에 대응하는 영역 상에 액상 냉매 유로 패턴(50a)이 형성되어 있다. 액상 냉매 유로 패턴(50a)과 증발부 패턴(44a)이 접하는 경계면 근처의 액상 냉매 유로 패턴(50a)의 일부는 상판(60)과 접촉되어 있는데, 이렇게 접촉된 부분은 채널 영역(56)에 대응된다. 하판(42)의 응축부(48)에 대응되는 영역 상에 응축부 패턴(48a)이 형성되어 있고, 응축부 패턴(48a)과 이에 인접한 하판(42) 테두리사이의 영역 상에 액상 냉매 유로 패턴(50b)이 형성되어 있다. 증발부 패턴(44a)과 이에 인접한 하판(42) 테두리사이의 액상 냉매 유로 상에 형성된 액상 냉매 유로 패턴(50a)과 응축부 패턴(48a)과 인접하게 형성된 액상 냉매 유로 패턴(50b)은 모두 응축부(48)로부터 증발부(44)로 액상 냉매를 이송하는데 기여하지만, 형성된 패턴의 형상이나 밀도는 서로 다르게 하는 것이 바람직하다. 곧, 응축부 패턴(48a)과 이에 인접한 하판(42)의 테두리사이에 형성된 액상 냉매 유로 패턴(50b)의 형상은 응축부 패턴(48a)과 동일한 것이 바람직하지만, 밀도는 응축부(48)에서 액상 냉매 유로(50)로 액상의 냉매가 흐르게 하는 모세관 현상이 상기 액상 냉매에 나타나도록 응축부 패턴(48a)의 밀도보다 크게 하는 것이 바람직하다. 다시 말하자면, 액상 냉매 유로 패턴(48a)은 응축부(48)에서보다 이에 인접한 액상 냉매 유로(50)에서 모세관 현상이 더 크게 될 수 있도록 형성되어 있다.
한편, 증발부 패턴(44a)과 이에 인접한 하판(42)의 테두리사이에 형성된 액상 냉매 유로 패턴(50a)의 경우는 응축부 패턴(48a)에 인접한 액상 냉매 유로 패턴(50b)과 달리 액상 냉매 유로(50)의 증발부(44)에 인접한 영역에서의 모세관 현상이 증발부(44)에서의 모세관 현상보다 작게 되도록 형성되어 있다. 그러나 액상 냉매 유로(50) 중에서 증발부(44)에 인접한 영역 상에 형성된 액상 냉매 유로 패턴(50a)은 그로부터 비롯되는 모세관 현상이 응축부(48) 및 액상 냉매 유로 패턴(50b) 등과 같이 액상 냉매 유로(50)의 나머지 영역 상에 형성된 액상 냉매 유로 패턴으로부터 비롯되는 모세관 현상보다 크게 되도록 형성되어 있다.
하판(42)의 테두리는 상판(60)과 밀봉 접착되어 있으나, 테두리 안쪽은 액상 냉매 유로 패턴(50a)의 채널 영역(56)에 대응되는 부분 및 응축부 패턴(48a)에 이웃하여 형성된 액상 냉매 유로 패턴(50b)을 제외하고는 상판(60)과 접촉되어 있지 않다. 곧, 액상 냉매 유로 패턴(50a) 중에서 채널 영역(56)과 냉매 유입구(58)가 형성된 하판(42)의 테두리사이에 형성된 패턴, 증발부 패턴(44a), 응축부 패턴(48a) 및 하판(42)의 기체 유로(46)는 상판(60)과 접촉되어 있지 않다. 하판(42)의 상판(60)과 접촉되지 않은 영역, 곧 기체 유로(46)로 사용되는 영역과 상판(60)사이에 상판(60)의 안쪽을 소정의 두께로 제거하여 형성한 챔버(62)가 형성되어 있다. 챔버(62)는 증발부 패턴(44a) 및 응축부 패턴(48a) 상으로 확장되어 있다. 이렇게 해서, 증발부 패턴(44a)의 모세관 현상으로 증발부(44)에 유입된 액상의 냉매가 발열요소로부터 전달되는 열을 흡수하여 증발됨으로써 발생되는 기체는 챔버(62)를 통해서 응축부(48)로 이송된다. 다른 챔버(64)가 액상 냉매 유로 패턴(50a) 중에서 상판(60)과 접촉되지 않은 영역 위에 형성되어 있다. 다른 챔버(64)는 챔버(62)와 마찬가지로 상판(60)의 안쪽을 소정 두께만큼 제거하여 형성한 것이다. 이러한 챔버들(62, 64)은 동일한 공정으로 동시에 형성된다. 다른 챔버(64)는 액상 냉매 유로(50)를 통해서 증발부(44)로 유입되는 액상 냉매 중에 기포나 비응축 가스등이 포함되어 있는 경우, 이들을 모을 수 있는 공간으로 사용될 수 있다. 이와 같이 액상 냉매 유로(50) 상에 챔버(64)를 구비하여 상기 액상 냉매에 포함된 기포나 비응축 가스등을 모을 수 있으므로, 상기 기포나 비응축 가스등에 의해 액상 냉매 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있다.
계속해서, 도 2와 함께 도 2를 제2 단열 수단(54)과 이에 인접한 하판(42)의 테두리사이의 액상 냉매 유로(50)의 중심을 세로로 가로지르는 4-4'방향으로 절개한 단면을 보여주는 도 4를 참조하면, 액상 냉매 유로(50) 중에서 제2 단열 수단(54)과 이에 인접한 하판(42)의 테두리사이에 해당되는 유로 상에 응축부(48)에서 증발부(44)로 점차적으로 증가하는 모세관 현상에 의해 액상의 냉매가 공급되도록 하는 액상 냉매 유로 패턴(66)이 형성되어 있다. 도면에서 액상 냉매 유로 패턴(66)을 상징적으로 나타낸 블록내의 점들은 응축부(48)에서 증발부(44)사이에 마련된 액상 냉매 유로(50) 상에 형성된 패턴의 밀도는 증발부(44)로 가면서 증가됨을 간접적으로 나타낸 것이다. 패턴의 밀도가 증가되면 모세관 현상이 증가하게 되므로, 응축부(48)와 증발부(44)사이에 마련된 액상 냉매 유로(50) 상에 형성된 액상 냉매 유로 패턴(66)으로 인해, 응축부(48)에서 증발부(44)로 갈수록 액상 냉매에 작용하는 모세관 현상은 점차 증가하게 된다.
한편, 액상 냉매 유로 패턴(66) 중에서 응축부(48)에 인접한 부분은 상판(60)과 접착되어 있으나, 나머지 부분과 상판(60)사이에 챔버(64)가 마련되어 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 단열 수단(52, 54)은 상판(60)과 밀봉 접착되는 것이 바람직하므로, 결국 챔버(64)의 영역은 상판(60)과 단열 수단(52, 54), 하판(42) 테두리 및 액상 냉매 유로 패턴(66) 중에서 응축부(48) 부근에 형성된 패턴의 접착에 의해 정해진다. 기체유로(46)로 사용되는 챔버(62)의 영역은 상판(60)과 단열 수단(52, 54), 채널 영역(56) 상에 형성된 패턴, 응축부(48)와 이에 인접한 하판(42)의 테두리사이에 형성된 액상 냉매 유로 패턴(50b)의 접착에 의해 정해진다.
도 5는 상기한 증발부 패턴(44a), 액상 냉매 유로 패턴들(50a, 50b, 66), 응축부 패턴(48a), 단열 수단(52, 54) 및 냉매 유입구(58) 등이 구비된 하판(42)의 사시도를 나타낸 것으로써, 이를 참조하면, 단열 수단(52, 54)은 하판(42)의 테두리 표면과 동일한 높이를 갖도록 형성된 것을 알 수 있다. 따라서, 단열 수단(52, 54)과 상판(60)이 접착됨으로써, 증발부(44) 및 기체유로(46)와 액상 냉매 유로(50)는 완전히 분리될 수 있음을 알 수 있다. 또, 상기한 바와 같이, 응축부(48), 액상 냉매 유로(50) 및 증발부(44)에 대응되는 영역 상에 단열 수단(52, 54)과 동일한 높이를 갖는 동형의 패턴들이 형성된 것을 알 수 있고, 응축부(48)에서 증발부(44)로 갈수록 상기 패턴의 밀도는 증가함을 알 수 있다. 이로써, 응축부(48)에서 증발부(44)로 갈수록 모세관 현상이 증가되는 것을 인지할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 응축부(48)에는 복수의 패턴군들이 형성되어 있는데, 각 패턴군은 다시 복수의 패턴들로 구성되어 있고, 인접한 다른 패턴군과 수직으로 배열되어 있다. 상기 각 패턴군은 복수의 직육면체(P1)를 소정의 간격을 갖도록 나란히 배열한 것이고, 이에 수직한 다른 패턴군은 직육면체(P1)에 수직한 방향으로 복수의 직육면체(P2)를 소정의 간격을 갖도록 나란히 배열한 것이다. 액상의 냉매의 흐름에 방향성을 줄 수 있는 것이면, 상기 각 패턴군을 구성하는 패턴들은 직육면체와 다른 기하학적 형태일 수 있다.
예를 들면, 응축부(48)를 비롯해서 액상 냉매 유로(50) 및 증발부(44)에 형성되는 패턴들 모두를 도 6에 도시한 바와 같이 원기둥(P3)으로 대체할 수 있다. 이 경우에도 원기둥(P3)의 밀도는 응축부(48)에서 액상 냉매 유로(50) 및 증발부(44)로 갈수록 증가되게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 패턴들의 밀도가 증발부(44)로 갈수록 증가하는 경우, 패턴들 간의 간격은 증발부(44)로 갈수록 점점 좁아지게 되고, 그 결과 모세관 현상도 점점 증가하게 되어 증발부(44)에서 모세관 현상은 최대가 된다.
한편, 도 6에 도시한 바와 같이 하판(42) 상에 형성된 패턴 전체를 다른 패턴으로 대체하는 대신, 일부 패턴 만을 다른 패턴으로 대체할 수도 있는데, 도 7은 그 일 예를 보여준다.
도 7을 참조하면, 응축부(48)와 액상 냉매 유로(50) 및 채널 영역(56) 상에 형성된 패턴들은 모두 직육면체인 반면, 증발부(44)에 형성된 패턴은 원기둥인 것을 알 수 있다.
이와 같이, 액상 냉매의 흐름에 방향성을 줄 수 있으면, 하판(42) 상에 형성된 패턴을 모두 다른 패턴으로 대체할 수 있고, 적어도 어느 한 영역 상에 형성된 패턴만 나머지 영역 상에 형성된 패턴과 다른 패턴으로 대체할 수 있다.
도 8은 상판(60)의 안쪽면, 곧 하판(42)과 접촉되는 면에 대한 사시도로써, 참조부호 60a는 하판(42)의 채널 영역(56)과 접촉되는 부분을 나타내고, 참조부호 60b 및 60c는 각각 제2 단열 수단(54) 및 제1 단열 수단(52)과 접촉되는 부분을 나타낸다. 그리고 참조부호 60d는 액상 냉매 유로(50) 중에서 응축부(48)와 이에 인접한 하판(42) 테두리사이의 유로 및 단열 수단(52, 54)과 이에 인접한 하판(42) 테두리사이의 유로에서 응축부(48)에 가까운 부분과 접촉되는 면을 나타낸다. 또한, 참조부호 60e는 하판(42)의 기체 유로(46)와 상판(60)사이에 마련된 챔버(도 3의 62)로 사용되는 공간을 나타낸다. 또한, 참조부호 60f는 액상 냉매 유로(50)와 상판(60)사이에 마련되어 액상 냉매에 포함된 기포나 비응축 가스를 모으는데 사용되는 챔버(도 3 및 도 4의 64)에 대응되는 공간을 나타낸다. 따라서 챔버들(62, 64)로 사용되는 공간들(60e, 60f)들은 하판(42)의 소정 영역과 접촉되는 부분들(60a, 60b, 60c, 60d)에 비해 소정 두께 만큼 리세스(recess)된 것을 알 수 있다.
도 9는 액상 냉매 유로 패턴(66)과 상판(60)사이에 마련된 챔버(64)에 액상 냉매에 포함된 기포 또는 비응축 가스(70)가 모인 것을 보여준다. 이와 같이, 액상 냉매 유로 패턴(66)과 상판(60)사이에 마련된 챔버(64)를 이용하여 응축부(48)에서증발부(44)로 공급되는 액상 냉매에 포함된 기포나 비응축 가스(70) 등과 같은 액상 냉매 공급에 장애가 되는 요소들을 액상 냉매로부터 제거함으로써, 액상 냉매의 원활한 공급을 가능하게 한다.
한편, 액상 냉매 유로(50)와 증발부(44) 및 기체 유로(46)를 차단하는 단열 수단(52, 54)은 도 10에 도시한 바와 같이 가운데에 갭(52a, 54a)을 갖는 구조체인 것이 바람직하다. 하지만, 단열 수단(52, 54)은 가운데에 갭(52a, 54a)을 갖지 않는 단열재일 수도 있다. 단열 수단(52, 54)의 증발부(44)를 감싸는 부분은 완만하게 휘어져 있는데, 이것은 액상 냉매가 단열 수단(52, 54)을 따라 부드럽게 유입되게 하기 위함이다.
단열 수단(52, 54)은 도 10에 도시한 것과 다른 변형된 형태가 있을 수 있는데, 도 11 및 도 12는 단열 수단(52, 54)의 변형된 예들 중 일부의 평면도이다.
도 11은 상부 및 중간의 폭이 넓고 하부의 폭이 좁은 단열 수단을 보여주고, 도 12는 한쪽이 소정의 길이만큼 안쪽으로 수직하게 휘어진 단열 수단을 보여준다.
<제2 실시예>
도 13은 도 11에 도시한 단열 수단을 구비하는 제2 실시예에 의한 열 전달 장치에서 하판(82)의 평면을 보여준다. 상판 유리 기판으로써 투명하여 그 평면의 도시는 생략하였다. 또한, 냉매 유입구의 도시도 생략하였는데, 이하 모든 실시예에서 냉매 유입구의 도시는 생략하였다.
이러한 도 13을 참조하면, 제2 실시예에 의한 열 전달 장치(80)는 증발부(84) 및 응축부(88)를 구비한다. 이들사이에 증발부(84)로부터 발생된 기체가 응축부(88)로 이송되는 통로인 기체 유로(86)가 구비되어 있다. 또한, 응축부(88)로부터 증발부(84)로 액상의 냉매를 공급하기 위한 액상 냉매 유로(90)가 응축부(88)와 증발부(84)사이에 구비되어 있다. 기체 유로(86)와 액상 냉매 유로(90)가 증발부(84) 및 응축부(88)를 연결하는 경로는 서로 다르다. 증발부(84)와 기체유로(86)를 결합한 영역과 액상 냉매 유로(90)사이에 도 11에 도시한 바와 같은 제1 및 제2 단열 수단(92, 94)이 구비되어 있다. 제1 및 제2 단열 수단(92, 94)의 간격이 좁은 부분은 증발부(84)와 액상 냉매 유로(90)사이를 차단하고, 간격이 넓은 부분은 기체유로(86)와 액상 냉매 유로(90)사이를 차단한다. 제1 및 제2 단열 수단(92, 94)의 간격이 넓은 부분은 응축부(88)까지 소정 길이만큼 확장되어 있다. 따라서, 기체 유로(86)에 접하는 응축부(88)의 소정 영역과 액상 냉매 유로(90)도 제1 및 제2 단열 수단(92, 94)에 의해 차단된다. 응축부(88)의 나머지 영역은 액상 냉매 유로(90)와 오픈되어 있다. 제1 및 제2 단열 수단(92, 94)의 간격이 좁은 부분과 간격이 넓은 부분은 기체 유로(86)와 증발부(84)사이의 경계와 평행한 연결부분을 통해서 연결되어 있다. 액상 냉매 유로(90) 중에서 제1 및 제2 단열 수단(92, 94)의 간격이 좁은 부분과 이에 인접한 하판(82)의 테두리, 곧 증발부(84)와 이에 인접한 하판(82)의 테두리사이의 유로는 상판(미도시)과 접촉되어 채널 영역(96)이다.
도 13에서 빗금친 영역들, 곧 증발부(84) 및 기체 유로(86) 전체와 응축부(88)의 일부 영역과 액상 냉매 유로(90)에서 증발부(84) 및 채널 영역(96)의 양측에 구비된 소정 영역들(98, 100)을 제외한 하판(82)의 나머지 부분들, 곧 채널영역(96), 액상 냉매 유로(90)의 나머지 부분, 응축부(88) 중에서 액상 냉매 유로(90)와 오픈된 부분은 상판과 접촉되어 있다. 특히, 하판(82)의 테두리와 제1 및 제2 단열 수단(92, 94)은 상판과 밀봉되게 접촉된 것이 바람직하다.
도면에서 화살표는 기체가 흐르는 방향 또는 액상 냉매가 흐르는 방향을 나타낸다. 하판(82)을 구성하는 각 영역에 대한 패턴 구성은 제1 실시예와 동일한 것이 바람직하다. 곧, 응축부(88)에서 액상 냉매 유로(90)를 거쳐 증발부(84)로 갈수록 모세관 현상이 증가하도록 하판(82)의 각 영역 상에 패턴을 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, 채널 영역(96)을 포함하는 액상 냉매 유로(90), 증발부(84) 및 응축부(88)에 형성되는 패턴들의 형상은 동일할 수 있으나, 그 밀도는 다른 것이 바람직하다.
도 13과 함께 도 13을 채널 영역(96), 증발부(84), 기체 유로(86) 및 응축부(88)의 중심을 지나는 14-14'방향을 따라 절개한 단면을 보여주는 도 14를 참조하면, 채널 영역(96) 상에 유입되는 액상의 냉매를 증발부(84)로 유입시키기 위한 모세관 현상을 유발하는 소정의 패턴(96a, 이하 채널 영역 패턴(96a)이라 한다)이 형성되어 있고, 증발부(84)에 채널 영역(96)을 통해서 유입되는 액상의 냉매를 증발부(84)의 각처에 고루 공급하기 위한 소정의 패턴(84a, 이하, 증발부 패턴(84a)이라 한다)이 형성되어 있다. 증발부 패턴(84a)은 상기 액상 냉매에 대해 채널 영역 패턴(96a)에 의해 유발되는 모세관 현상보다 큰 모세관 현상을 유발하도록 형성되어 있다. 이렇게 해서, 채널 영역(96)을 통해서 증발부(84)로 액상의 냉매가 저절로 유입되고, 증발부(84)에 유입된 상기 액상의 냉매는 증발부(84) 이면에 접촉된 발열요소(미도시)로부터 전달되는 열을 흡수하여 증발된다. 증발부(84)와 기체 유로(86)에 해당되는 간격만큼 이격되어 증발부(84)로부터 이송되는 기체를 응축시키는 응축부(88) 상에도 소정의 패턴(88a, 이하 응축부 패턴(88a)이라 한다)이 형성되어 있다. 응축부 패턴(88a)은 하판(82) 상에 형성되어 있는 패턴들 중에서 상대적으로 패턴 밀도가 가장 낮은 패턴이다. 응축부(84)에 인접한 하판(82)의 테두리사이의 액상 냉매 유로(90) 상에 형성된 소정의 패턴(90a, 이하, 액상 냉매 유로 패턴(90a)라 한다)은 응축부 패턴(88a)이 유발하는 모세관 현상보다 큰 모세관 현상을 유발하므로, 응축부(84)에서 액상 냉매 유로(90)로의 액상 냉매 공급은 저절로 이루어진다.
하판(82)의 테두리와 접착된 상판(102)은 채널 영역 패턴(96a) 및 액상 냉매 유로 패턴(90a)과 접촉된 반면, 증발부 패턴(84a) 및 응축부 패턴(88a)과는 접촉되어 있지 않다. 상판(102)의 채널 영역 패턴(96a) 및 액상 냉매 유로 패턴(90a)과 접촉되는 부분사이에 하판(82)의 증발부(84), 기체 유로(86) 및 응축부(88)를 덮는 챔버(104)가 마련되어 있다. 챔버(104)는 제1 실시예의 챔버(도 3의 62)와 동일하다. 챔버(104)는 증발부 패턴(84a) 및 응축부 패턴(88a) 상으로 확장되어 있기 때문에, 증발부(84)에서 발생된 기체가 응축부(88)로 유입되는 통로로 사용될 수 있다.
도 13과 함께 도 13을 15-15'방향으로 절개한 단면을 보여주는 도 15를 참조하면, 제1 및 제2 단열 수단(94)과 이에 인접한 하판(82) 테두리사이의 액상 냉매 유로 상에도 소정의 패턴(90b, 이하 액상 냉매 유로 패턴(90b)라 한다)이 형성되어 있다. 액상 냉매 유로 패턴(90b)은 아래쪽 일부를 제외하고는 상판(102)과 접촉되어 있다. 액상 냉매 유로 패턴(90b)의 상판(102)과 접촉되지 않은 부분과 상판(102)사이에 챔버(106)가 형성되어 있다. 챔버(106)는 제1 실시예의 챔버(도 3 및 도 4의 64)와 동일한 방식으로 형성된 것이고 동일한 역할을 한다. 챔버(106)는 도 13에서 증발부(84) 및 채널영역(96) 우측의 빗금친 부분(100)에 대응된다. 액상 냉매 유로 패턴(90b)은 제1 실시예의 액상 냉매 유로 패턴(도 4의 66)과 마찬가지로 패턴 밀도를 갖는다. 곧, 액상 냉매 유로 패턴(90b)의 밀도는 위쪽에서 아래쪽으로 갈수록 점점 높아진다. 그 결과 모세관 현상도 점점 증가된다. 이에 따라, 응축부(88)로부터 액상 냉매 유로(90)에 유입된 액상 냉매는 중단됨이 없이 채널 영역(96)으로 유입된다. 드라이-아웃 등에 의해 액상 냉매의 공급이 일시 중단되는 경우에도 상기한 바와 같이 액상 냉매 유로(90)는 증가하는 모세관 현상 기울기를 갖고 있기 때문에 바로 액상 냉매의 공급이 재게 될 수 있다. 도면에서 화살표는 액상의 냉매 또는 기체가 흐르는 방향을 나타낸다.
<제3 실시예>
도 12에 도시한 단열 수단을 구비하는 열 전달 장치에 관한 것으로써, 도 16에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 단열 수단(120, 122)은 액상 냉매 유로(118)와 기체 유로(114) 사이에 구비되어 기체 유로(114)로부터 액상 냉매 유로(118)로 열 및 기체가 전달되는 것을 차단한다. 제1 및 제2 단열 수단(120, 122)은 채널 영역(124)의 양측에 접촉되어 있다. 제1 및 제2 단열 수단(120, 122)은 기체 유로(114)에 접하여 구비된 응축부(116)의 소정 영역까지 확장되어 있다. 채널 영역(124)을 통해서 액상 냉매가 유입되는 증발부(112)의 한쪽은 채널 영역(124)과 접하여 있으나, 나머지는 기체 유로(114)에 의해 둘러싸여 있다. 액상 냉매 유로(118)는 제1 또는 제2 실시예와 마찬가지로 제1 및 제2 단열 수단(120, 122), 응축부(116) 및 증발부(112)와 이들 각각에 인접한 하판(110)의 테두리사이에 구비되어 있다. 이렇게 구비된 액상 냉매 유로(118) 중에서 증발부(112)와 이에 인접한 하판(110)의 테두리사이의 유로가 채널 영역(124)이다.
하판(110)에서 빗금친 부분들, 곧 증발부(112) 및 기체 유로(114) 전체, 기체 유로(114)와 접해 있는 응축부(116)의 일부, 액상 냉매 유로(118) 중에서 채널 영역(124)과 이에 인접한 하판(110)의 테두리사이의 영역은 상판(미도시)과 접촉되지 않는 영역이고, 하판(110)의 테두리를 포함한 나머지 부분들, 특히 제1 및 제2 단열 수단(120, 122)은 상기 상판과 접촉되어 있다. 이렇게 해서, 기체 유로(114)에서 액상 냉매 유로(114)로 액상 냉매의 증발로 인해 발생된 기체가 유입되는 것이 방지된다. 상기 상판에서 하판(110)의 빗금친 부분들에 대응되는 부분은 상기 상판의 다른 부분에 비해 소정의 깊이로 리세스되어 있다. 따라서, 하판(110)의 빗금친 부분들과 상기 상판사이에 챔버(미도시)가 형성된다. 도면에서 화살표들은 액상 냉매 또는 기체의 흐름 방향을 나타낸다.
상기 챔버의 역할에 대한 기재는 앞서 상술한 실시예에서 언급하였으므로 생략한다. 같은 이유로 응축부(110)에서 액상 냉매 유로(118) 및 증발부(112)까지 액상의 냉매가 저절로 유입되도록 응축부(110), 액상 냉매 유로(118) 및 증발부(112)에 형성된 패턴들에 대한 설명도 생략한다.
계속해서, 본 발명의 제4 내지 제6 실시예에 의한 열 전달 장치에 대해 설명한다. 제4 내지 제6 실시예에 의한 열 전달 장치는 상술한 제1 내지 제3 실시예가 두 개의 단열 수단을 대칭적으로 구비한 것과 달리 하나의 단열 수단을 구비하거나 두 개의 단열 수단을 구비하더라도 비대칭적으로 구비하는데 그 특징이 있다.
제4 내지 제6 실시예에 의한 열 전달 장치에 대한 하기 설명은 단열 수단의 배치와 그 형태, 하판 각 영역에서 어느 부분이 상판과 접촉되고 어느 부분이 접촉되지 않는가에 대한 것으로 한정된다. 응축부, 일부가 채널 영역으로 사용되는 액상 냉매 유로, 증발부 등에 형성된 패턴의 유형이나 배열은 모두 응축부에서 액상 냉매 유로를 거쳐 증발부로 갈수록 모세관 현상이 점점 증가되고 그 결과 액상의 냉매가 저절로 유입되도록 정해진 것이고, 이에 대해서는 앞서 기술한 실시예에서 충분히 설명하였으므로 그에 대한 더 이상의 설명은 하기 설명에서 생략한다.
<제4 실시예>
도 17에 도시한 바와 같이, 제4 실시예에 의한 열 전달 장치(130)는 하판(132)과 상판(134)을 분리 도시하였다. 도시된 상판(134)은 하판(132)과 접촉되는 안쪽을 도시한 것이 아니라, 접촉되지 않는 윗면, 곧 상면을 도시한 것이다.
이들을 참조하면, 하판(132)은 증발부(144)와 증발부(144)의 인접한 두 방향과 접해 있는 기체 유로(140), 이에 접해 있는 응축부(142), 응축부(142)의 일부와 접해 있고 기체 유로(140)와 접촉이 차단되어 있으며, 그 일부가 기체 유로(140)와 접해 있지 않은 증발부(144)의 나머지 두 방향중 한 방향과 접해 있는 채널 영역(146)으로 사용되는 액상 냉매 유로(136)로 구성되어 있다. 그리고 액상 냉매유로(136)는 기체 유로(140)에 비해 상대적으로 폭이 좁고, 양자사이에 단열 수단(138, 148)이 구비되어 있다. 단열 수단(138, 148)은 모두 하판(132)의 테두리와 평행하게 구비되어 있다. 단열 수단(138, 148) 중에서 제1 단열 수단(138)은 액상 냉매 유로(136)의 채널 영역(146)이 시작되는 부분에서 시작해서 응축부(142) 방향으로 구비되어 있고, 그 일부가 응축부(142)와 액상 냉매 유로(136)사이로 확장되어 있다. 곧, 액상 냉매 유로(136)와 응축부(142)의 기체 유로(140)에 접해 있는 일부 영역은 제1 단열 수단(138)에 의해 차단된다. 응축부(142)의 일부는 이러한 제1 단열 수단(138)을 우회하여 액상 냉매 유로(136)가 접해 있는 하판(132) 테두리 중에서 액상 냉매 유로(136)와 접해 있지 않은 부분의 일부와 접해 있고 액상 냉매 유로(136)와도 접해 있다. 액상 냉매 유로(136)는 채널 영역(146) 및 채널 영역(146)을 중심으로 분할된 두 부분으로 구성되어 있다. 상기 두 부분 중에서 한 부분은 제1 단열 수단(138)과 이에 인접한 하판(132)의 테두리사이에 부분이고, 나머지 한 부분(150)은 증발부(144) 및 기체 유로(140)와 이웃한 부분으로써, 제2 단열 수단(148)에 의해 증발부(144) 및 기체 유로(140)와 접촉이 차단되어 있다. 제2 단열 수단(148)은 채널 영역(146)과 증발부(144)의 접경지역의 채널 영역(146) 측에서 시작하여 채널 영역(146)과 반대 방향이면서 제1 단열 수단(138)과는 수직한 방향으로 구비되어 있다. 제2 단열 수단(148)은 증발부(144)의 기체 유로(140)와 접촉되지 않은 두 방향 중에서 나머지 한 방향과 접해있다.
하판(132)은 빗금친 부분들, 곧 증발부(144), 기체 유로(140) 및 응축부(142) 전체와 액상 냉매 유로(136)의 증발부(144) 및 기체 유로(140)와 이웃한 부분(150)을 제외하고는 상판(134)과 접촉된다. 상판(134)에서 하판(132)의 상기 빗금친 부분들에 대응되는 부분들(154, 156)은 다른 부분에 비해 소정의 깊이로 리세스된 부분들이다. 상판(134)의 상기 부분들(154, 156) 중에서 액상 냉매 유로(136)의 증발부(144) 및 기체 유로(140)와 이웃한 부분(150)에 대응되는 부분(156)과 상기 부분(150)에 형성된 패턴(미도시)사이에 형성된 챔버는 여분의 액상 냉매 저장과 함께 액상 냉매 유로(136)에 유입된 액상 냉매에 기포 또는 비응축 가스등이 포함된 경우에 이를 모아 두기 위한 저장소로 사용된다. 상판(134)에서 참조번호 152는 제1 단열 수단(138), 액상 냉매 유로(136) 중에서 제1 단열 수단(138)과 이에 인접한 하판(132)의 테두리사이에 해당되는 부분 및 채널 영역(146)과 접촉되는 부분을 나타낸다. 그리고 152a는 제2 단열 수단(148)과 접촉되는 부분을 나타낸다.
<제5 실시예>
도 18에 도시한 바와 같이, 제5 실시예에 의한 열 전달 장치(160)는 하판(162)에 하판(162)의 테두리 중 어느 하나와 나란하게 형성된 단열 수단(176)을 구비한다. 단열 수단(176)은 굴곡된 부분을 갖는다. 상기 굴곡된 부분은 단열 수단(176)의 상기 테두리에 평행한 부분과 수직으로 굴곡된 것이 바람직하지만, 경사지게 굴곡된 부분이라도 무방하다. 이러한 단열 수단(176)의 양단은 인접한 하판(162)의 테두리와 소정 간격 이격되어 있다. 편의 상, 상기 굴곡된 부분을 경계로 단열 수단(176)을 상부 및 하부로 구분하여 설명한다. 단열 수단(176)의 상부의 길이는 하부에 비해 상대적으로 길다. 또한, 단열 수단(176)의 상부와 이에 인접한 하판(162)의 테두리사이의 간격은 그 하부와 이에 인접한 하판(162)의 테두리사이의 간격보다 좁다. 그러나 단열 수단(176)과 나란하지만 인접하지 않은 하판(162)의 테두리와 단열 수단(176)의 상부 및 하부사이의 간격은 반대 상황이 된다.
이러한 단열 수단(176)을 경계로 단열 수단(176)과 이에 인접한 하판(162)의 테두리사이에 응축부(170)와 연결되어 채널 영역(174)을 거쳐 증발부(166)로 액상의 냉매가 이송되는 통로인 액상 냉매 유로(172)가 마련되어 있고, 단열 수단(176)과 나란하지만 인접하지 않은 하판(162)의 테두리와 단열 수단(176)사이에 아래에서 위로 채널 영역(174)을 비롯해서 증발부(166), 기체 유로(168) 및 응축부(170)가 순차적으로 구비되어 있다. 채널 영역(174)과 증발부(166)는 단열 수단(176)의 하부와 상기 인접하지 않은 하판(162)의 테두리사이에 구비되어 있고, 기체 유로(168) 및 응축부(170)는 단열 수단(176)의 상부와 상기 인접하지 않은 하판(162)의 테두리사이에 구비되어 있다. 응축부(170)의 일부는 단열 수단(176)의 상부를 우회하여 액상 냉매 유로(172)와 접해 있다. 액상 냉매 유로(172) 중에서 단열 수단(176)의 하부와 인접한 하판(162)의 테두리사이의 부분(178)은 단열 수단(176)의 하부를 우회하여 채널 영역(174)까지 확장되어 있다.
하판(162)에서 빗금친 부분들(166, 168, 170, 178)은 상판(164)과 접촉되지 않는 부분들이고, 상판(164)에서 이들 부분들에 대응되는 영역들(182, 184)은 다른 영역에 비해 소정의 깊이로 리세스되어 하판(162)의 빗금친 부분들(166, 168, 170, 178)에 형성된 미소 패턴들(미도시)과 상판(164)의 영역들(182, 184)사이에 챔버가형성된다. 상판(164)에서 참조번호 180은 액상 냉매 유로(172) 중에서 단열 수단(176)의 상부와 이에 인접한 하판(162)의 테두리사이에 형성된 부분과 단열 수단(176)의 상부와 접촉되는 영역을 나타낸다. 그리고 참조번호 188은 단열 수단(176)의 상기 굴곡된 부분 및 하부와 접촉되는 영역을, 186은 채널 영역(174)과 접촉되는 영역을 나타낸다.
<제6 실시예>
도 19를 참조하면, 열 전달 장치(200)의 하판(202)은 단열 수단(214)을 구비하고, 단열 수단(214)과 이에 인접한 하판(202)의 테두리사이에 액상 냉매 유로(212)를 구비하며, 단열 수단(214)과 나란하기는 하나 인접하지 않은 하판(202)의 테두리사이에 액상 냉매 유로(212)의 일부인 채널 영역(216), 증발부(206), 기체 유로(208) 및 액상 냉매 유로(212)의 확장된 부분을 사이에 두고 하판(202)의 테두리와 이웃하는 응축부(210)를 구비한다. 단열 수단(214), 채널 영역(216), 증발부(206) 및 기체 유로(208)는 제5 실시예에 의한 열 전달 장치(160)의 하판(162)에 구비된 것들과 동일하다. 응축부(210)와 액상 냉매 유로(212)로 제5 실시예에 의한 것들과 대부분이 동일하나, 응축부(210)는 단열 수단(214)의 상단을 경계로 단열 수단(214)의 상부 안쪽으로 구비되어 있고, 액상 냉매 유로(212)는 단열 수단(214)의 상단을 우회하여 응축부(210)와 이에 인접한 하판(202)의 테두리사이로 확장되어 있다. 또한, 액상 냉매 유로(212)는 아래로 단열 수단(214)의 하단을 우회하여 채널 영역(216)과 이에 인접한 하판(202)의 테두리사이로 확장되어 있다. 전체적으로 볼 때, 액상 냉매 유로(212)는 사각형의하판(202)에서 액상 냉매 유로(212)를 제외한 나머지 영역의 삼면을 둘러싼 "ㄷ"자 형태이다.
한편, 하판(202)에서 테두리 전체, 채널 영역(216), 단열 수단(214) 중에서 응축부(210)와 액상 냉매 유로(212)사이를 차단하는 부분(218)을 제외한 전 부분 및 액상 냉매 유로(212)의 일부 영역만 상판(204)과 접촉되고, 나머지 영역은 모두 접촉되지 않는다. 하판(202)에서 빗금친 부분들은 상판(204)과 접촉되지 않는 부분을 나타내고, 상판(204)에서 빗금친 부분들(230, 232)은 다른 부분에 비해 소정의 깊이로 리세스된 부분으로써, 하판(202)의 상기 빗금친 부분들과 각각 대응된다. 액상 냉매 유로(212)는 기체 유로(208)와 이웃한 부분만 상판(204)과 접촉되고 상기한 응축부(210)에 이웃한 부분 및 단열 수단(214)의 하부와 이에 인접한 하판(202) 테두리사이에 구비되어 있고 채널 영역(216)과 이에 인접한 하판(202) 테두리사이로 확장된 부분(220)은 상판(204)과 접촉되어 있지 않다.
상판(204)에서 참조번호 222로 나타낸 영역은 액상 냉매 유로(212) 중에서 응축부(210)와 이에 인접한 하판(202)의 테두리사이로 확장된 부분과 접촉되는 영역이다. 그리고 224로 나타낸 영역은 액상 냉매 유로(212) 중에서 기체 유로(208)와 이웃하는 부분과 접촉되는 영역이다. 또한, 228로 나타낸 영역은 단열 수단(214)의 굴곡된 부분 및 하부 일부와 접촉되는 영역이고, 226으로 나타낸 영역은 단열 수단(214)의 하부의 채널 영역(216)과 접하는 부분 및 채널 영역(216)과 접촉되는 영역이다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 모세관 현상을 유발하는 미소 패턴들을 하판 상에 구비하는 대신, 상판 안쪽의 대응되는 영역에 구비할 수도 있을 것이다. 또한, 단열 수단을 하판 대신에 상판의 상응하는 위치에구비할 수도 있을 것이다. 또한, 기체 유로에 증발부와 응축부를 잇고 기체 유로를 몇 개의 경로로 구분하는 얇은 박막을 구비할 수도 있을 것이다. 또한, 적어도 기체 유로와 액상 냉매 유로를 차단하는 다양한 형태의 단열 수단이 대칭 또는 비대칭적 형태로 구비할 수 있을 것이다. 또한, 채널 영역에 미소 패턴을 구비하는 대신에 포오(pore)를 점점 작게 한 다공성 매질을 구비할 수도 있을 것이다. 아울러, 본 발명에 응축부로부터 열을 빼앗을 수 있는 흡열 수단을 결합한 소정의 냉각 장치를 구성할 수도 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 열 전달 장치는 기체 유로에서 액상 냉매 유로로 기체가 유입되는 것과 열이 전달되는 것을 차단하기 위해 상기 기체 유로와 상기 액상 냉매 유로사이에 단열 수단을 구비한다. 따라서 응축부에서 증발부로 액상의 냉매를 공급하는 과정에서 상기 액상의 냉매가 증발되는 것이 방지된다. 아울러, 액상 냉매 유로의 일부와 상판사이에 상기 액상의 냉매에 포함된 기포 또는 비응축 가스를 모을 수 있는 챔버가 마련되어 있어, 기포나 비응축 가스 등에 의해 액상 냉매의 공급이 중단되는 것이 방지된다. 또한, 응축부, 채널 영역을 포함하는 액상 냉매 유로 및 증발부에 상기 액상 냉매에 대한 모세관 현상이 증발부로 갈수록 점점 증가되게 하는 미소 패턴들이 형성되어 있기 때문에, 상기 응축부에서 액상 냉매 유로 및 증발부까지 상기 액상의 냉매가 저절로 유입되고, 유입되는 과정에서 드라이-아웃 등에 의해 액상 냉매의 유입이 순간적으로 중단되더라도, 상기 응축부, 액상 냉매 유로 및 증발부사이에 존재하는 모세관 현상의 기울기로 인해 상기 액상 냉매의 공급이 저절로 재개되게 된다. 또, 이러한 모세관 현상 기울기로 인해 열 전달 장치의 동작 개시 전에 항시 증발부에 액상의 냉매가 유입될 수 있기 때문에, 열 전달 장치를 안정적으로 동작시킬 수 있다.

Claims (37)

  1. 발열 요소와 접촉되고 상기 발열요소로부터 전달되는 열을 흡수한 액상 냉매의 증발이 일어나는 증발부;
    상기 증발부로부터 유출되는 기체가 응축되는 응축부;
    상기 증발부로부터 유출되는 기체가 상기 응축부로 유입되는 통로인 기체 유로;
    상기 응축부에서 상기 증발부로 액상 냉매가 유입되는 통로이면서 상기 증발부와 접한 일부가 채널 영역으로 사용되는 액상 냉매 유로; 및
    적어도 상기 기체 유로와 상기 액상 냉매 유로사이에 상기 기체 유로로부터 상기 액상 냉매 유로로 상기 액상 냉매 공급에 장애를 주는 요소가 유입되는 것을방지하기 위한 단열 수단이 구비된 하판을 구비하고,
    상기 단열 수단을 비롯해서 상기 하판의 일부 요소와 접촉된 상판을 구비하는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단열 수단은 상기 채널 영역과 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 증발부의 일 방향은 상기 채널 영역과 접해 있고, 나머지 방향은 모두 상기 기체 유로와 접해 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단열 수단은 상기 증발부와 상기 액상 냉매 유로사이로 확장되어 상기 채널 영역과 접해 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 단열 수단은 상기 응축부와 상기 액상 냉매 유로사이로 확장된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 응축부와 이에 인접한 상기 하판의 테두리사이로 상기 액상 냉매 유로가 확장된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 단열 수단은 대칭적으로 구비된 제1 및 제2 단열 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 단열 수단은 상기 하판의 테두리와 나란하게 구비되어 있고, 굴곡된 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단열 수단과 이에 인접한 하판의 테두리사이에 마련된 상기 액상 냉매 유로의 폭은 상기 굴곡된 부분을 경계로 다른 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 단열 수단의 굴곡된 부분의 아래쪽과 이에 인접하지 않은 상기 하판의 테두리사이에 상기 채널 영역 및 증발부가 순차적으로 구비된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 액상 냉매 유로는 상기 채널 영역과 이에 인접한 하판의 테두리사이로 확장되어 상기 채널 영역과 접해 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 액상 냉매 유로 중에서 상기 응축부에 이웃한 영역은 상기 상판과 비접촉된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 액상 냉매 유로 중에서 상기 단열 수단의 굴곡된 부분 아래쪽과 이에 인접한 하판의 테두리사이의 부분과 이 부분이 확장된 부분은 상기 상판과 비접촉된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 단열 수단 중에서 상기 응축기와 이에 이웃한 상기 액상 냉매 유로를 차단하는 부분은 상기 상판과 비접촉된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 응축부, 상기 액상 냉매 유로, 상기 채널 영역 및 상기 증발부에 상기 응축부에서 상기 액상 냉매 유로, 상기 채널 영역 및 상기 증발부로 갈수록 상기 액상 냉매에 대한 모세관 현상이 유지되도록 하는 형상의 패턴들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 모세관 현상이 유지되도록 하는 형상의 패턴들 중에서 상기 액상 냉매 유로 중에서 상기 상판과 비접촉된 부분에 형성된, 상기 형상의 패턴들과 상기 상판사이에 상기 상판 안쪽의 일부가 제거된 챔버가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 상판의 상기 증발부, 상기 기체 유로 및 상기 응축부에 대응되는 영역은 다른 부분에 비해 리세스(recess)된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  18. 제 7 항에 있어서, 상기 채널 영역은 상기 증발부와 이에 인접한 하판의 테두리사이에 구비된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 액상 냉매 유로 중에서 일부 영역은 상기 상판과 비접촉된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 응축부, 상기 액상 냉매 유로, 상기 채널 영역 및 상기 증발부에 상기 응축부에서 상기 액상 냉매 유로, 상기 채널 영역 및 상기 증발부로 갈수록 상기 액상 냉매에 대한 모세관 현상이 유지되도록 하는 형상의 패턴들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 모세관 현상이 유지되도록 하는 형상의 패턴들 중에서 상기 액상 냉매 유로의 상기 상판과 비접촉되는 상기 채널 영역 양측에 형성된, 상기 형상의 패턴들과 상기 상판사이에 상기 상판 안쪽의 일부가 제거된 챔버가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 상판의 상기 증발부, 상기 기체 유로 및 상기 응축부에 대응되는 영역은 다른 부분에 비해 리세스(recess)된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  23. 제 5 항에 있어서, 상기 응축부는 상기 단열 수단의 상단을 우회하여 상기 단열 수단과 이에 인접한 하판의 테두리사이에 구비된 액상 냉매 유로에 접해 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 단열 수단은 인접한 하판의 테두리와 나란하게 구비되어 있되, 굴곡된 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 액상 냉매 유로의 일부는 상기 상판과 비접촉된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 응축부, 상기 액상 냉매 유로, 상기 채널 영역 및 상기 증발부에 상기 응축부에서 상기 액상 냉매 유로, 상기 채널 영역 및 상기 증발부로 갈수록 상기 액상 냉매에 대한 모세관 현상이 유지되도록 하는 형상의 패턴들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 모세관 현상이 유지되도록 하는 형상의 패턴들 중에서 상기 액상 냉매 유로의 상기 상판과 비접촉된 부분에 형성된, 상기 형상의 패턴들과 상기 상판사이에 상기 상판 안쪽의 일부가 제거된 챔버가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  28. 제 23 항에 있어서, 상기 액상 냉매 유로는 상기 채널 영역을 중심으로 이분된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 단열 수단은 상기 응축부와 상기 채널 영역사이에 구비된 액상 냉매 유로와 상기 기체 유로를 차단하는 제1 단열 수단; 및
    상기 제1 단열 수단과 수직한 방향으로 구비되어 상기 증발부 및 상기 기체유로와 상기 채널 영역에 의해 이분된 상기 액상 냉매 유로의 나머지 부분을 차단하는 제2 단열 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 채널 영역에 의해 이분된 상기 액상 냉매 유로의 나머지 부분은 상기 상판과 비접촉된 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 응축부, 액상냉매유로, 채널영역 및 증발부에는 상기 응축부에서 상기 액상냉매유로, 채널영역을 거쳐 상기 증발부로 상기 액상냉매가 흐를 수 있도록, 상기 액상냉매에 대한 모세관 현상을 유지하도록 하는 형상의 패턴들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 모세관 현상이 유지되도록 하는 형상의 패턴들 중에서 상기 액상 냉매 유로의 상기 상판과 비접촉된 부분에 형성된, 상기 형상의 패턴들과 상기 상판사이에 상기 상판 안쪽의 일부가 제거된 챔버가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  33. 제 7 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단열 수단은 각각 갭(gap)을 갖는 구조체인 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  34. 제 7 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단열 수단은 모두 절연물질로 구성된 장벽인 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  35. 제 7 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단열 수단 중 어느 하나는 갭을 갖는 구조체이고, 나머지 하나는 절연물질로 구성된 장벽인 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  36. 제 8 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 단열 수단은 갭을 갖는 구조체인 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
  37. 제 8 항 또는 제 24 항에 있어서, 상기 단열 수단은 절연 물질로 구성된 장벽인 것을 특징으로 하는 열 전달 장치.
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