KR20230087578A

KR20230087578A - 신규한 히트 파이프 구성

Info

Publication number: KR20230087578A
Application number: KR1020237016349A
Authority: KR
Inventors: 타오 리우; 용 저우; 언신 린
Original assignee: 허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2023-06-16
Also published as: CN116391450A; JP2023545434A; WO2022082067A1; TW202235803A; US20220124945A1; EP4229347A1

Abstract

기체 냉매가 응축되어 액체 냉매를 생성하는 응축기 섹션을 갖는 유형의 히트 파이프가 개시되는데, 히트 파이프는
(a) 적어도 하나의 폐쇄된 파이프 - 상기 폐쇄된 파이프는,
(i) 응축기 섹션,
(ii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하는 제1 증발기 섹션; 및
(iii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하는 적어도 제2 증발기 섹션을 포함함 -;
(b) 상기 히트 파이프 내에 포함된 냉매;
(c) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제1 부분을 상기 제1 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제1 액체 유동 경로; 및
(d) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제2 부분을 상기 제2 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로를 포함하고, 상기 제2 증발기 섹션은 상기 제1 증발기 섹션과는 상이한 위치에서 액체 냉매를 보유하는 저장소를 포함한다.

Description

신규한 히트 파이프 구성

상호 참조

본 출원은, 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함되고 2020년 10월 16일자로 출원된 PCT/CN2020/121546호의 우선권 이익을 주장한다.

기술분야

본 발명은 신규한 히트 파이프 구성에 관한 것으로, 특히 이를 이용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "히트 파이프"는, 증발 섹션 내의 액체 열 전달 유체 및 응축 섹션 내의 증기 작동 유체를 포함하며, 증기 유체를 증발 섹션으로부터 응축 섹션으로 이동시키기 위해 실질적으로 기화의 원동력을 사용하고, 액체 작동 유체를 다시 증발 섹션으로 이동시키기 위해 에너지 입력을 거의 사용하지 않거나 전혀 사용하지 않는 열 전달 디바이스를 의미한다.

가장 통상적인 유형의 히트 파이프들 중 하나가 도 a에 도시되어 있으며, 이는 통상 중력-복귀 히트 파이프 또는 열사이펀 히트 파이프로서 알려져 있다. 이러한 유형의 히트 파이프는 중력에, 적어도 부분적으로, 의존하여 액체 작동 유체를 응축 섹션으로부터 증발 섹션으로 복귀시킨다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 전형적인 구성에서, 히트 파이프는 증발 섹션이 파이프의 하부 부분에 위치되고 응축 섹션이 파이프의 상부 부분에 위치된 수직으로 배열된 밀봉형 용기이다. 증발 섹션은 냉각될 물품, 본체 또는 유체로부터 열을 흡수하고, 이에 의해 비등하여 작동 유체의 증기를 형성하는 액체 형태의 작동 유체를 포함한다. 증발 섹션 내의 작동 유체의 비등은 압력차를 야기하고 증기를 응축 섹션 내로 구동시킨다. 응축 섹션 내의 증기 작동 유체는 선택된 히트 싱크(예를 들어, 주위 공기)로 열을 방출하고, 이에 의해 응축되어 히트 파이프의 내측 표면에 또는 그에 근접하여 액체 작동 유체를 형성한다. 이어서, 이러한 액체는 중력 하에서 증발 섹션으로 복귀하고, 그에 포함된 액체 작동 유체와 합류한다.

상기에 언급된 바와 같이, 비등은 증발 섹션 내의 증기의 질량을 증가시키고, 응축 섹션 내의 증기의 질량은 감소되므로, 비등 섹션으로부터 응축 섹션으로 증기를 이동시키는 압력차가 생성되며, 따라서, 작동 유체를 증발기 섹션으로부터 응축기 섹션으로 수송하기 위해 (냉각 작동에서 흡수된 열 이외의) 에너지 입력을 필요로 하지 않는 연속적 열 전달 사이클을 생성한다.

일부 응용들에서, 히트 파이프를 수평으로 또는 경사지게 배열하는 것이 바람직하다. 히트 파이프가 완전히 수평으로 배열되어 있는 경우, 히트 파이프는 모세관-복귀 히트 파이프 또는 흡상(wicking) 히트 파이프로서 알려져 있는 것이 일반적이며, 그 예가 도 1b에 도시되어 있다.

도 1b에 도시된 유형의 배열에서, 열이 증발 섹션(도 1b의 좌측에 도시됨) 내의 액체 작동 유체 내로 흡수되어 액체가 비등하게 하며, 이는 전술된 바와 같이 증기를 응축 섹션으로 이동시키기 위한 압력차를 제공한다. 그러나, 응축 액체 작동 유체를 복귀시키기 위해 중력에만 의존하기보다는, 모세관 작용을 통해 응축 작동 유체의 유동이 응축 섹션으로부터 증발 섹션으로 복귀하게 하는 흡상 구조물이 용기 벽에 인접하게 제공된다. 도 1b의 모세관 복귀 히트 파이프가 수직 위치로 도시되어 있지만, 모세관 복귀 히트 파이프는 주어진 응용에 필요한 요구 및 특정 기하학적 구조 및 모세관력에 따라 사실상 임의의 배향으로 배향될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "모세관-복귀" 히트 파이프는, 히트 파이프의 배향과 독립적으로, 모세관 복귀력을 갖는 히트 파이프를 포함한다.

작동 유체 응축물을 증발 섹션으로 복귀시키기 위해 추가 에너지를 거의 또는 전혀 사용하지 않는 다른 히트 파이프 구성은 (동전기력을 사용하는) 전기유체역학적 히트 파이프, 전기-삼투 히트 파이프, (자기력을 사용하는) 자기유체역학적 히트 파이프, 삼투 히트 파이프 및 진동 히트 파이프를 포함한다.

비등 및 응축에 대한 매우 높은 열 전달 계수들로 인하여 히트 파이프들은 매우 효과적인 열 전도체들이다. 따라서, 히트 파이프는 많은 응용, 특히 전자 디바이스 냉각에 사용된다. 히트 파이프 냉각을 위한 하나의 중요한 응용은 인쇄 회로 보드 상에 장착된, 예를 들어 마이크로칩을 포함하는 복수의 컴포넌트로부터 열을 제거하는 것이다. 예시를 목적으로, 수직으로 장착된 인쇄 회로 보드(PCB)(C1)에는 냉각될 3개의 컴포넌트(C2, C3, C4)가 인쇄 회로 보드 상에 장착되어 있다. 컴포넌트(C2, C3, C4)는 작동 동안 열을 발생시키고, 컴포넌트(C2, C3, C4) 각각과 열 연통하여 장착되는 중력 복귀 히트 파이프(C5)에 의해 그로부터 열이 제거되게 할 필요가 있다. 종래기술의 히트 파이프와 연관된 제한으로 인해, 발열 컴포넌트들이 그들이 히트 파이프의 하부 부분에 - 이러한 부분은 작동 유체의 액체상이 대부분 존재할 곳이기 때문임 - 인접할 수 있는 것을 보장하도록 회로 보드 상에 위치되게 회로 기판의 구성을 설계하는 것이 지금까지 일반적이었다. 추가로, 종래기술의 관행에 따르면, 전체 히트 파이프 성능에 또한 중요한 응축기 섹션의 크기 및 성능을 희생시키지 않으면서 증발기 섹션의 크기를 실질적으로 증가시키는 것은 가능하지 않았다.

본 출원인은 PCB 냉각 성능의 개선, 및 PCB 레이아웃을 설계하는 공정이 본 명세서에 개시된 바와 같은 신규한 히트 파이프 구성을 이용함으로써 극적으로 개선될 수 있다는 것을 또한 이해하게 되었다. 추가로, 본 발명의 신규한 히트 파이프 구성은 PCB 및 전자 시스템 이외의 많은 유형의 디바이스 및 시스템을 냉각시키기 위해 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명은 기체 냉매가 응축되어 액체 냉매를 생성하는 응축기 섹션을 갖는 유형의 히트 파이프를 제공하는데, 상기 히트 파이프는,

(a) 적어도 하나의 폐쇄된 파이프 - 상기 폐쇄된 파이프는,

(i) 응축기 섹션,

(ii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하는 제1 증발기 섹션; 및

(iii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하는 적어도 제2 증발기 섹션을 포함함 -;

(b) 상기 히트 파이프 내에 포함된 냉매;

(c) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제1 부분을 상기 제1 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제1 액체 유동 경로; 및

(d) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제2 부분을 상기 제2 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로를 포함하고, 상기 제2 증발기 섹션은 상기 제1 증발기 섹션과는 상이한 위치에서 액체 냉매를 보유하는 저장소를 포함한다.

편의상, 본 문단에 따른 히트 파이프는 본 명세서에서 히트 파이프 1로 지칭된다.

(a) 적어도 하나의 폐쇄된 파이프 - 상기 폐쇄된 파이프는,

(i) 응축기 섹션,

(ii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하는 제1 증발기 섹션; 및

(b) 상기 히트 파이프에 포함된 냉매 - 히트 파이프는 중력을 사용하여 적어도 부분적으로 냉매 액체를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제1 및 상기 제2 증발기 섹션으로 복귀시키도록 구성됨 -;

(d) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제2 부분을 상기 제2 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로를 포함하고, (i) 상기 제2 액체 유동 경로는 하나 이상의 장애물을 포함하고, 상기 장애물은 수직 방향에 대해 일정 각도로 배향되고 상기 액체 냉매의 적어도 일부를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제2 증발기를 향해 전환(divert)시키며, 상기 제2 증발기 섹션은 상기 제1 증발기 섹션과는 상이한 위치에서 액체 냉매를 보유하는 저장소를 포함한다.

편의상, 본 문단에 따른 히트 파이프는 본 명세서에서 히트 파이프 2로 지칭된다.

(a) 적어도 하나의 폐쇄된 파이프 - 상기 폐쇄된 파이프는,

(i) 응축기 섹션으로서, 중력을 사용하여 적어도 부분적으로 냉매 액체를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 증발기 섹션으로 복귀시키는, 상기 응축기 섹션;

(ii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하는 제1 증발기 섹션;

(iii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하고 상기 제1 증발기 섹션과 상기 응축기 섹션의 중간에 위치된 제2 증발기 섹션; 및

(iv) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하고 상기 제1 증발기 섹션과 상기 응축기 섹션의 중간에 위치된 적어도 제3 증발기 섹션을 포함함 -;

(b) 상기 히트 파이프에 포함된 냉매 - 히트 파이프는 중력을 사용하여 적어도 부분적으로 냉매 액체를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제1, 제2 및 제3 증발기 섹션들 각각으로 복귀시키도록 구성됨 -;

(c) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제1 부분을 상기 제1 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제1 액체 유동 경로;

(d) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제2 부분을 상기 제2 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로 - (i) 상기 제2 액체 유동 경로는 하나 이상의 장애물을 포함하고, 상기 장애물은 수직 방향에 대해 일정 각도로 배향되고 상기 액체 냉매의 적어도 일부를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제2 증발기를 향해 전환시키며, 상기 제2 증발기 섹션은 상기 제1 증발기 섹션과는 상이한 위치에서 액체 냉매를 보유하는 저장소를 포함함 -; 및

(e) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제3 부분을 상기 제3 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제3 액체 유동 경로를 포함하고, (i) 상기 제3 액체 유동 경로는 하나 이상의 장애물을 포함하고, 상기 하나 이상의 장애물은 수직 방향에 대해 일정 각도로 배향되고 상기 액체 냉매의 적어도 일부를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제3 증발기를 향해 전환시키며; 상기 제3 증발기 섹션은, 상기 제1 증발기 섹션과 상이하고 상기 제2 증발기 섹션과 상이한 위치에 액체 냉매를 보유하는 저장소를 포함한다. 편의상, 본 문단에 따른 히트 파이프는 본 명세서에서 히트 파이프 3으로 지칭된다.

(a) 적어도 하나의 폐쇄된 파이프 - 상기 폐쇄된 파이프는,

(i) 응축기 섹션,

(ii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하는 제1 증발기 섹션; 및

(b) 상기 히트 파이프 내에 포함된 냉매;

(d) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제2 부분을 상기 제2 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로를 포함하고, 상기 제2 증발기 섹션은 상기 제1 증발기 섹션과는 상이한 위치에서 액체 냉매를 보유하는 저장소를 포함하고, 상기 제2 증발기 섹션은 총 부피가 제1 증발기 섹션의 부피보다 약 70% 이하, 또는 약 60% 이하, 또는 약 50% 이하, 또는 약 40% 이하이다.

편의상, 본 문단에 따른 히트 파이프는 본 명세서에서 히트 파이프 4로 지칭된다.

본 발명은 인쇄 회로 보드(PCB)를 제공하는데, 상기 인쇄 회로 보드는,

(a) 제1 위치에서 PCB에 장착된 적어도 제1 발열 컴포넌트;

(b) 상기 제1 위치와는 상이한 제2 위치에서 PCB에 장착된 적어도 제2 발열 컴포넌트; 및

(c) 폐쇄된 파이프를 포함하는 적어도 하나의 히트 파이프를 포함하고, 상기 폐쇄된 파이프는,

(i) 상기 히트 파이프의 외측에 위치된 냉각 유체와 열 연통하는 응축기 섹션,

(ii) 상기 제1 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매를 포함하는 제1 저장소를 포함하는 제1 증발기 섹션;

(iii) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제1 부분을 상기 제1 증발기 섹션 내의 상기 저장소로 안내하는 제1 액체 유동 경로;

(iii) 상기 제1 저장소와는 상이한 상기 히트 파이프를 따른 위치에 있고 상기 적어도 상기 제2 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매의 제2 부분을 포함하는 제2 저장소를 포함하는 적어도 제2 증발기 섹션; 및

(iv) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 상기 제2 부분을 상기 제2 증발기 섹션 내의 상기 저장소로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로를 포함한다.

편의상, 본 문단에 따른 PCB는 본 명세서에서

PCB 1로 지칭된다.

(a) 제1 위치에서 PCB에 장착된 적어도 제1 발열 컴포넌트;

(c) 폐쇄된 파이프를 포함하는 히트 파이프를 포함하고, 상기 폐쇄된 파이프는,

(i) 상기 히트 파이프의 외측에 위치된 냉각 유체와 열 연통하고 증기 냉매가 액체 냉매로 응축되는 응축기 섹션;

(ii) 상기 제1 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매를 포함하는 제1 저장소를 포함하는 제1 증발기 섹션(상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매를 상기 제1 증발기 섹션으로 복귀시키는 힘의 적어도 일부를 중력이 제공함);

(iii) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제1 부분을 상기 제1 증발기 섹션 내의 상기 저장소로 안내하는 적어도 제1 액체 유동 경로;

(iii) 상기 제1 저장소와는 상이한 상기 히트 파이프를 따른 위치에 있고 상기 적어도 상기 제2 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매의 제2 부분을 포함하는 제2 저장소를 포함하는 적어도 제2 증발기 섹션(상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매를 상기 제2 증발기 섹션으로 복귀시키는 힘의 적어도 일부를 중력이 제공함); 및

편의상, 본 문단에 따른 PCB는 본 명세서에서 PCB 2로 지칭된다.

(a) 제1 위치에서 PCB에 장착된 적어도 제1 발열 컴포넌트;

(b) 상기 제1 위치 위의 제2 위치에서 PCB에 장착된 제2 발열 컴포넌트;

(c) 상기 제1 위치 위의 제3 위치에서 PCB에 장착된 적어도 제3 발열 컴포넌트; 및

(d) 폐쇄된 파이프를 포함하는 히트 파이프를 포함하고, 상기 폐쇄된 파이프는,

(ii) 상기 응축기 섹션 아래에 위치되고 상기 제1 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매를 포함하는 제1 저장소를 포함하는 제1 증발기 섹션(상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매를 상기 제1 증발기 섹션으로 복귀시키는 힘의 적어도 일부를 중력이 제공함);

(iii) 상기 제1 저장소 위의 상이한 상기 히트 파이프를 따른 위치에 있고 상기 제2 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매의 제2 부분을 포함하는 제2 저장소를 포함하는 제2 증발기 섹션(상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매를 상기 제2 증발기 섹션으로 복귀시키는 힘의 적어도 일부를 중력이 제공함);

(iv) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 상기 제2 부분을 상기 제2 증발기 섹션 내의 상기 저장소로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로;

(v) 상기 제1 저장소 위의 상이한 상기 히트 파이프를 따른 위치에 있고 상기 제3 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매의 제3 부분을 포함하는 제3 저장소를 포함하는 적어도 제3 증발기 섹션(상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매를 상기 제3 증발기 섹션으로 복귀시키는 힘의 적어도 일부를 중력이 제공함); 및

(vi) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 상기 제3 부분을 상기 제3 증발기 섹션 내의 상기 저장소로 안내하는 적어도 제3 액체 유동 경로를 포함한다.

편의상, 본 문단에 따른 PCB는 본 명세서에서 PCB 3으로 지칭된다.

(a) 제1 위치에서 PCB에 장착된 적어도 제1 발열 컴포넌트;

(iii) 상기 제1 저장소와는 상이한 상기 히트 파이프를 따른 위치에 있고 상기 적어도 상기 제2 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매의 제2 부분을 포함하는 제2 저장소를 포함하고, 총 부피가 제1 증발기 섹션의 부피보다 약 70% 이하, 또는 약 60% 이하, 또는 약 50% 이하, 또는 약 40% 이하인 적어도 제2 증발기 섹션; 및

편의상, 본 문단에 따른 PCB는 본 명세서에서

PCB 4로 지칭된다.

본 발명은 기체 냉매가 응축되어 액체 냉매를 생성하는 응축기 섹션을 갖는 유형의 히트 파이프를 포함하는 열을 전달하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은,

(a) 폐쇄된 히트 파이프를 제공하는 단계 - 상기 폐쇄된 히트 파이프는,

(i) 히트 파이프의 외측에 위치된 히트 싱크와 열 전달 연통하는 응축기 섹션;

(ii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하고 액체 냉매를 포함하는 제1 저장소를 포함하는 제1 증발기 섹션;

(iii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하고 액체 냉매를 포함하는 제2 저장소를 포함하는 적어도 제2 증발기 섹션;

(iv) 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제1 저장소로 이어지는 적어도 제1 액체 유동 경로; 및

(v) 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제2 저장소로 이어지는 적어도 제2 액체 유동 경로를 포함함 -;

(b) 상기 제1 저장소 내의 상기 액체 냉매와 열 접촉함으로써 제1 컴포넌트 또는 디바이스를 냉각시켜 상기 응축기 섹션으로 이동하는 냉매 증기를 생성하는 단계;

(c) 상기 제2 저장소 내의 상기 액체 냉매와 열 접촉함으로써 제2 컴포넌트 또는 디바이스를 냉각시켜 상기 응축기 섹션으로 이동하는 냉매 증기를 생성하는 단계; 및

(d) 응축기 섹션에서 냉매 증기를 응축시켜 응축 액체 냉매를 생성하고, 상기 제1 액체 유동 경로를 통해 상기 응축 액체 냉매의 제1 부분을 상기 제1 저장소로 복귀시키고 상기 제2 액체 유동 경로를 통해 상기 응축 액체 냉매의 제2 부분을 상기 제2 저장소로 복귀시키는 단계를 포함한다.

편의상, 본 문단에 따른 열 전달 방법은 본 명세서에서 열 전달 방법 1로 지칭된다.

본 발명은 열을 전달하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은,

(i) 히트 파이프의 외측에 위치된 히트 싱크와 열 전달 연통하고 증기 냉매가 액체 냉매로 응축되는 응축기 섹션;

(iii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하고 액체 냉매를 포함하는 제2 저장소를 포함하는 제2 증발기 섹션;

(v) 상기 응축 액체 냉매의 적어도 일부를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제1 저장소로 안내하는 적어도 제1 액체 유동 경로(상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매를 상기 제1 증발기 섹션으로 복귀시키는 힘의 적어도 일부를 중력이 제공함);

(vi) 액체 냉매의 적어도 일부를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제2 저장소로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로(상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매를 상기 제2 증발기 섹션으로 복귀시키는 힘의 적어도 일부를 중력이 제공함)를 포함함 -;

(c) 상기 제2 저장소 내의 상기 액체 냉매와 열 접촉함으로써 적어도 제2 컴포넌트 또는 디바이스를 냉각시켜 상기 응축기 섹션으로 이동하는 냉매 증기를 생성하는 단계; 및

(e) 응축기 섹션 내의 냉매 증기를 응축시켜 상기 응축 액체 냉매를 생성하는 단계를 포함한다.

편의상, 본 문단에 따른 열 전달 방법은 본 명세서에서 열 전달 방법 2로 지칭된다.

본 발명은 열을 전달하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은,

(iv) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하고 액체 냉매를 포함하는 제3 저장소를 포함하는 적어도 제3 증발기 섹션;

(vi) 액체 냉매의 적어도 일부를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제2 저장소로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로(상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매를 상기 제2 증발기 섹션으로 복귀시키는 힘의 적어도 일부를 중력이 제공함);

(vii) 액체 냉매를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제3 저장소로 안내하는 적어도 제3 액체 유동 경로(상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매를 상기 제3 증발기 섹션으로 복귀시키는 힘의 적어도 일부를 중력이 제공함)를 포함함 -;

(c) 상기 제2 저장소 내의 상기 액체 냉매와 열 접촉함으로써 적어도 제2 컴포넌트 또는 디바이스를 냉각시켜 상기 응축기 섹션으로 이동하는 냉매 증기를 생성하는 단계;

(d) 상기 제3 저장소 내의 상기 액체 냉매와 열 접촉함으로써 적어도 제3 컴포넌트 또는 디바이스를 냉각시켜 상기 응축기 섹션으로 이동하는 냉매 증기를 생성하는 단계; 및

편의상, 본 문단에 따른 열 전달 방법은 본 명세서에서 열 전달 방법 3으로 지칭된다.

(iii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하고 액체 냉매를 포함하는 제2 저장소를 포함하고, 총 부피가 제1 증발기 섹션의 부피보다 약 70% 이하, 또는 약 60% 이하, 또는 약 50% 이하, 또는 약 40% 이하인 적어도 제2 증발기 섹션;

편의상, 본 문단에 따른 열 전달 방법은 본 명세서에서 열 전달 방법 4로 지칭된다.

도 1a는 중력-복귀-복귀 히트 파이프의 개략도이다.
도 1b는 모세관-복귀 히트 파이프의 개략도이다.
도 1c는 3개의 발열 컴포넌트를 포함하는 인쇄 회로 보드의 개략도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 히트 파이프의 개략도이다.
도 3a는 실시예 1에 사용된 히트 파이프의 단면의 개략도이다.
도 3b는 실시예 1에 사용된 히트 파이프의 단면의 개략도이다.
도 4a은 종래기술의 히트 파이프를 나타내는 히트 파이프의 개략도이다.
도 4b는 비교예 1에 사용된 히트 파이프의 단면의 개략도이다.
도 4c은 비교예 2에 사용된 히트 파이프의 단면의 개략도이다.
도 4d는 비교예 3에 사용된 히트 파이프의 단면의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 히트 파이프의 개략도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 히트 파이프의 개략도이며, 그의 성능이 실시예 2A에 설명되어 있다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 히트 파이프의 개략도이며, 그의 성능이 실시예 2B에 설명되어 있다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시 형태에 따른 히트 파이프의 개략도이다.
도 8는 본 발명의 실시 형태에 따른 히트 파이프 및 본 발명의 범주 내에 있지 않은 히트 파이프의 사진이다.

출원인은 예상 밖으로, 본 명세서에 기재된 바와 같은 히트 파이프, 디바이스, 시스템 및/또는 방법의 사용에 의해, 특히 상기에 언급된 요구 및 이점이 달성될 수 있고/있거나 저비용으로 냉각 효율 및 유효성이 얻어질 수 있다는 것을 밝혀내었다.

히트 파이프

본 발명은 탁월한 열 성능 및 바람직한 실시 형태에서는 상이한 위치에 위치된 적어도 2개의 열원을 효율적이고 효과적으로 냉각시키는 능력을 제공하는 히트 파이프를 포함한다. 예로서, 대체적으로 10으로 나타낸, 히트 파이프의 단면을 개략적으로 도시하는 본 명세서의 도 2을 참조한다. 히트 파이프(10)가 직사각형 단면을 갖는 것으로 개략적으로 도시되어 있지만, 당업자는 매우 다양한 내부 및 외부 형상 및 치수가 본 명세서의 교시와 일치하여 사용될 수 있고, 모든 그러한 형상 및 치수가 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 이해할 것이다.

히트 파이프(10)는 바람직하게는 파이프 벽 외부 표면(11A) 및 파이프 벽 내부 표면(11B)을 포함하는 파이프 벽(들)(11)에 의해 경계지어지는 봉쇄된 영역을 포함한다. 히트 파이프는 히트 파이프의 일 단부에 위치된 제1 증발기 섹션(12A) 및 히트 파이프의 반대편 단부에 위치된 응축기 섹션(13)을 포함한다. 증발기 섹션(12A)이 히트 파이프의 일 단부에 있는 것으로 예시되어 있고 응축기 섹션이 히트 파이프의 다른 단부에 있는 것으로 예시되어 있지만, 본 발명에 따르면 이들 섹션이 히트 파이프의 양 단부에 위치될 필요는 없다는 것이 이해될 것이다.

히트 파이프(10)는 응축기 섹션 및 제1 증발기 섹션에 대해 중간에 위치된 적어도 제2 증발기 섹션(12B)을 포함한다. 다시 한번, 당업자는, 도 2에 예시된 히트 파이프(10)가 실질적으로 직선인 측벽을 갖는 것으로 도시되어 있고 그에 따라서 증발기 섹션(12B)이 제1 증발기 섹션(12A) 위에 그리고 응축기 섹션(13) 아래에 위치되지만, 이러한 배열이 반드시 필요한 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 도 2에 예시된 구성의 경우, 제1 증발기 섹션(12A)의 상단은 히트 파이프의 대략 30 부피%에 위치된 수평 라인(30)으로 표현되지만, 이러한 위치는 예시의 목적을 위한 것이며 반드시 제한하려는 것이 아님을 당업자는 이해할 것이다. 추가로, 라인(30)은 히트 파이프가 작동하지 않을 때 히트 파이프에서 대략적인 액체 레벨 - 이는 본 명세서에서 충전(charge) 레벨로 지칭됨 - 을 나타내지만, 작동 시 액체 레벨이 이러한 위치에 대응하지 않을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 작동 시, 열은 제1 열원(히터 1)으로부터 파이프 벽(11)을 통해 그리고 제1 증발기 섹션(12A) 내의 액체 냉매의 저장소 내로 전달되어 냉매 증기를 생성할 것이며, 이는 도 2에서 냉매 버블(21)로서 도시되고 응축기 섹션(13)으로 대체로 상향으로 유동한다.

응축기 섹션(13)에서, 히트 파이프의 외부 표면은, 응축기 섹션(13) 내의 히트 파이프 벽(11)의 내부 표면(11B)과 접촉하는 냉매 증기를 냉각 및 응축하는 히트 싱크의 비교적 냉각 온도(예를 들어, 도 2에 개략적으로 예시된 바와 같이 히트 파이프의 상단을 가로질러 송풍되는 주위 공기)에 노출된다. 응축 냉매 액체의 제1 부분이, 예를 들어, 제1 증발기 섹션(12A)에 포함된 저장소로 복귀하기 위해, 대체적으로 경로(14A)로 표시되는 제1 유동 경로를 따른다. 당업자는, 응축기 섹션으로부터 증발기 섹션(12A)으로 이어지는 다수의 유동 경로가 본 발명에 따른 많은 히트 파이프 구성에 존재할 것이고, 유동 경로(14A)는 존재할 수 있는 단지 하나의 대체적인 유동 경로로서 도시되어 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 가능한 유동 경로는 14B로 나타낸 바와 같은 대체적인 경로를 포함할 수 있다. 따라서, 많은 다양한 유동 경로가 냉매 액체의 이러한 적어도 제1 부분에 의해 그의 제1 증발기 섹션으로의 복귀 시 취해질 수 있는 것으로 고려되지만, 제1 유동 경로는 단순히, 응축기 섹션(13)으로부터 제1 증발기 섹션(12A)으로 중력의 영향 하에서 낙하하는 일련의 액체 소적을 포함할 수 있다.

본 발명의 중요하고 결정적인 태양은, 예를 들어, 응축기 섹션(13)에서 응축되는 냉매 액체의 적어도 제2 부분을 증발기 섹션(12B)에 포함된 저장소로 유동하도록 안내하거나 지향시키는, 대체적으로 도면부호 15로 나타낸 제2 유동 경로를 제공하는 것이다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 응축 액체의 일부를 포획하고 이를 응축기 섹션으로부터 저장소로 경로설정하기 위해 많은 특징부가 히트 파이프에 포함될 수 있다. 하나의 그러한 특징부는, 예를 들어, 액체 냉매가 중력의 영향 하에서 응축기 섹션(13)으로부터 낙하함에 따라 액체 냉매에 의해 취해진 대체적인 유동 경로에 위치된 일련의 경사진 플랫폼들, 플레이트들, 타일들 등을 포함할 수 있다. 이러한 플랫폼들 또는 플레이트들은 그러한 소적이 히트 파이프의 내부 벽을 향해 그리고 제2 증발기 섹션(12B)에 포함된 저장소 내로 유동하게 하도록 위치되고 경사진다. 바람직한 실시 형태에서, 인접한 플랫폼들 사이, 플레이트들 사이 등의 작은 간극들이 바람직하게는 냉매 증기의 일부 상향 통과를 허용하기 위해 포함된다. 또한, 각각의 플레이트의 하부 에지는 바람직하게는 액체 유동 방향으로 다음 유동 플레이트, 플랫폼 등의 상부 에지와 중첩되도록 정렬된다. 본 출원에 포함된 교시를 고려하면, 당업자는 증발기 섹션(12B)의 저장소 내로의 냉매의 원하는 유동 및 각각의 개별 응용에 대한 원하는 수준의 냉매 증기 유동을 달성하기 위해 수직 분리 정도 및 수직 중첩 정도 둘 모두를 선택할 수 있을 것이다. 이러한 방식으로, 액체 냉매의 원하는 공급은 제1 증발기 섹션과 응축기 섹션의 중간의 지점에 제공되고, 바람직한 실시 형태에서, 제2 증발기 섹션은 냉각될 열원, 예를 들어, 도 2의 히터 2에 근접하게 위치되어, 그에 따라서 그러한 제2 열원에 예외적인 냉각을 제공하는데, 이는 제2 열원이 냉매의 상 변화 열 전달에 의해 냉각될 수 있기 때문이고, 이는 종래기술의 히트 파이프 구성에 따라 발생할 수 있었던 제2 열원으로부터의 열 전달보다 더욱 더 효율적이고 효과적이다.

당업자는, 도 2이 중력 구동형 히트 파이프를 개시하고 있지만 본 발명이 다른 힘, 또는 다수의 힘이 제1 증발기 섹션의 대체적인 방향으로 응축 액체의 복귀를 추진하게 하는 히트 파이프와 함께 사용하는 데 용이하게 구성가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은, 특히 바람직하게는 모세관 복귀 히트 파이프 및 중력/모세관 복귀 히트 파이프를 포함하는, 상기에 기재된 액체 냉매 구동력들 중 임의의 하나 또는 이들의 조합을 갖는 히트 파이프를 포함한다.

도 5는, 제1 증발기 섹션(12A)을 대체적으로 포함할 히트 파이프의 하단 영역으로부터 응축기 섹션(13)으로 냉매 증기의 자유 상향 유동을 허용하기 위한 육각형 셀의 일반적인 허니콤(honeycomb) 그리드 패턴을 갖는 히트 파이프(10)를 도시한다. 제1 증발기 섹션(12A)의 상단은 대체적으로 히트 파이프의 대략 30 부피%에 위치된 수평 라인으로 표현된다. 작동 시, 열은 열원(도시되지 않음)으로부터 파이프 벽을 통해 그리고 제1 증발기 섹션(12A) 내의 액체 냉매의 저장소 내로 전달될 것이다. 냉매 증기가 생성되어 히트 파이프 내의 개방된 수직 및 대각선 채널, 즉, 하나 이상의 타일(16)에 의해 차단되지 않는 채널을 통해 응축기 섹션(13)으로 상향으로 유동한다. 응축기 섹션(13)에서, 히트 파이프의 외부 표면은, 응축기 섹션(13) 내의 히트 파이프 벽의 내부 표면과 접촉하는 냉매 증기를 냉각 및 응축하는 히트 싱크의 비교적 냉각 온도(예를 들어, 주위 공기)에 노출된다. 응축 냉매 액체의 제1 부분은 제1 증발기 섹션(12A)에 포함된 저장소로 복귀하기 위해, 예를 들어 14A와 같은, 제1 유동 경로를 따른다. 상기에 언급된 바와 같이, 대안적인 그리고/또는 추가적인 유동 경로에는 또한, 예를 들어 유동 경로(14B, 14C)와 같은, 제1 증발기 섹션(12A)으로 복귀하는 액체 냉매가 따라갈 수 있다. 따라서, 많은 다양한 유동 경로가 냉매 액체의 이러한 제1 부분에 의해 그의 제1 증발기 섹션(12A)으로의 복귀 시 취해질 수 있는 것으로 고려되지만, 제1 유동 경로는 단순히, 응축기 섹션(13)으로부터, 예를 들어, 컬럼 5와 컬럼 6 사이의 출구 및 컬럼 4와 컬럼 5 사이의 하부 부분과 같은, 하나 이상의 개방 채널 및 유동 경로(14B, 14C)로 표현되는 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 많은 다른 잠재적인 채널을 통해 제1 증발기 섹션(12A)으로 중력의 영향 하에서 낙하하는 일련의 액체 소적을 포함할 수 있다.

본 발명의 중요하고 결정적인 태양은, 응축기 섹션(13)에서 응축되는 냉매 액체의 적어도 제2 부분을 증발기 섹션(12B)에 포함된 저장소(12B')로 유동하도록 지향시키는, 대체적으로 도 5에서 도면부호 15로 나타낸 적어도 제2 유동 경로를 제공하는 것이다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 응축 액체의 일부를 포획하고 이를 응축기 섹션으로부터 저장소로 경로설정하기 위해 많은 구조가 히트 파이프에 포함될 수 있다. 하나의 그러한 구조는, 예를 들어, 대체적으로 유동 경로(14)를 따라 액체 냉매가 중력의 영향 하에서 응축기 섹션(13)으로부터 낙하함에 따라 액체 냉매에 의해 취해진 대체적인 유동 경로에 위치된 일련의 경사진 플랫폼들, 플레이트들, 타일들 등을 포함할 수 있다. 이러한 플랫폼들 또는 플레이트들은 바람직하게는 그러한 소적이 히트 파이프의 내부 벽을 향해 그리고 제2 증발기 섹션(12B)에 포함된 저장소(12B') 내로 유동하게 하도록 위치되고 경사지며, 달리 구성된다. 바람직한 실시 형태에서, 냉매 증기의 일부 상향 통과를 허용하기 위해 플랫폼들 또는 플레이트들 사이에 작은 수직 간극이 포함되고, 인접한 플랫폼들 또는 플레이트들 사이의 작은 수직 중첩이 포함되어 액체 냉매를 원하는 유동 경로를 따라 증발기 섹션(12B)의 저장소 내로 지향시키는 것을 돕는다. 이러한 방식으로, 액체 냉매의 원하는 공급이 제1 증발기 섹션과 응축기 섹션의 중간의 적어도 하나의 지점에 제공되고, 바람직한 실시 형태에서, 제2 열원(도시되지 않음)이 이러한 제2 증발기 섹션 부근에 위치될 수 있으며, 그에 따라서, 특히 그리고 바람직하게는 제2 열원이 냉매의 상 변화 열 전달에 의해 냉각될 수 있기 때문에 제2 열원이 존재할 때, 본 발명의 히트 파이프에 예외적인 냉각 성능을 제공할 수 있으며, 이는 종래기술의 히트 파이프 구성에 따라 발생할 수 있었던 열 전달보다 더욱 더 효율적이고 효과적이다.

따라서, 히트 파이프 1 내지 히트 파이프 4를 포함한 본 발명의 히트 파이프의 바람직한 태양에서, 히트 파이프의 내부는, 완전히 균질하지 않지만 그 대신, 예를 들어, 그리드 구조 내로 형성된 하나 이상의 경사진 타일, 플레이트, 플랫폼 또는 유사한 장애물 - 이는 응축 냉매 액체의 적어도 일부를 제2 증발기 섹션으로 이어지는 유동 경로를 따라 지향시키는 경향이 있음 - 로서, 그리드 구조에 대한 일련의 변형을 포함하는 허니콤 그리드를 포함한다. 예를 들어, 그러한 예시적인 구조는 응축 액체 냉매의 일부를 제2 증발기 섹션으로 안내하는 유동 경로 또는 채널을 형성하도록 배열된다. 특히, 도 5에 개시된 일반적인 허니콤 패턴은 액체가 주위에서 대체적으로 하향으로 유동할 육각형 셀 또는 섬(island)(20)의 6개의 컬럼을 포함하는데, 이때 셀의 컬럼들 사이의 공간은 대체적으로 액체의 유동 및 증기의 상향 유동을 허용한다. 예를 들어, 로우(Row) 5 및 로우 6 위로부터 유동하는 액체는 히트 파이프의 하단으로 제1 증발기 섹션으로 유동할 수 있을 것이다. 모든 로우 및 공간이 종래기술의 히트 파이프에 따라 실질적으로 동일한 경우, 모든 액체는 히트 파이프의 하단에서 제1 증발기 섹션으로 이러한 방식으로 유동할 것이다. 그러나, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 몇몇 로우는 허니콤 구조 내에 구축된 중첩되고 경사진 타일들 또는 플레이트들에 의해 중단된다. 예를 들어, 도 5의 컬럼 4와 컬럼 5 사이에서 하향으로 유동하는 액체 냉매의 일정 부분은 셀의 9번째 로우에서 경사진 타일 또는 플레이트와 만날 것이고, 그에 따라서 제1 증발기 섹션 위에서 히트 파이프의 측부를 향해, 바람직하게는 제2 열원과 인접한 히트 파이프의 내부 표면과 열 전달 접촉하는 선택된 양의 액체 냉매를 보유하도록 제2 저장소가 위치되는 곳으로 냉매 액체의 적어도 일부를 전환한다.

셀 또는 섬, 증기 채널, 타일 또는 플랫폼, 및 저장소에 대해 상이한 형상 및 크기를 갖는 대안적인 히트 파이프 구성이 도 7a 내지 도 7e 각각에 예시되어 있다.

도 7a에서는, 직사각형 그리드 배열로 알려진 것으로 정렬되고 로우 내의 각각의 셀이 수직으로 정렬되고 컬럼 내의 각각의 셀이 수평으로 정렬되며 일련의 경사진 플레이트들 또는 타일들(16)을 포함하는 육각형 셀들(20)의 로우가, 응축 냉매 유체의 일부를 중간 증발기(12B) 내의 저장소로 채널링한다.

도 7b에서는, 허니콤 그리드 배열로 알려진 것으로 정렬되고 일련의 경사진 플레이트들 또는 타일들(16)을 갖는 육각형 셀들(20)의 로우가, 응축 냉매 유체의 일부를 중간 증발기(12B) 내의 저장소로 채널링하는 데 사용된다.

도 7c에서는, 일련의 경사진 플레이트들 또는 타일들(16)을 갖는 원형 셀들(20)의 로우가, 응축 냉매 유체의 일부를 중간 증발기(12B) 내의 저장소로 채널링하는 데 사용된다.

도 7d에서는, 일련의 경사진 플레이트들 또는 타일들(16)을 갖는 정사각형 셀들(20)의 로우가, 응축 냉매 유체의 일부를 중간 증발기(12B) 내의 저장소로 채널링하는 데 사용된다.

도 7e에서는, 일부가 도 7f와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이 절두형인 경사지고 중첩된 직사각형 셀들(20)의 컬럼이, 응축 냉매 유체를 중간 증발기 섹션 내의 몇몇 중간 저장소로 안내하는 유동 경로를 생성하는 데 사용된다. 본 실시 형태에서 알 수 있는 바와 같이, 경사진 직사각형 셀은, 도 7f와 관련하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 필수적인 중간 냉매 유동 경로를 제공하기 위해 선반(ledge), 타일, 플레이트 등을 제공한다.

도 7f는 도 7e에 도시된 히트 파이프의 상단 부분의 확대된 도면을 제공하는데, 경사진 직사각형 셀들(20)의 5개의 컬럼은 좌측에서 우측으로, 응축 냉매 유체를 중간 증발기 섹션 내의 몇몇 중간 저장소로 안내하는 유동 경로를 생성하는 데 사용되는 컬럼(20A 내지 20E)으로 라벨링되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 로우들(20A, 20E)은 히트 파이프의 좌측 및 우측에 있고, 이들 직사각형 셀 각각은 각각 좌측 에지 및 우측 에지를 따라서 부분적으로 절두형으로 되어 있다. 작동 시, 로우들(20A, 20B) 사이의 히트 파이프의 상단에서 응축된 냉매의 대부분, 및 로우들(20B, 20C) 위에서 응축된 냉매의 일부는 증발기(12B)의 저장소 내로 유동 경로(15A)를 따르는 경향이 있을 것이다. 유사하게, 로우들(20B, 20C) 사이의 히트 파이프의 상단에서 응축된 냉매의 대부분, 및 로우들(20C, 20D) 위에서 응축된 냉매의 일부는 증발기(12C)의 저장소 내로 유동 경로(15B)를 따르는 경향이 있을 것이다. 이러한 설명을 고려하면, 당업자는 도 7e의 구성이 일련의 중간 증발 섹션(12B 내지 12J)으로 이어지는 일련의 다수의 유동 경로를 제공한다는 것을 이해할 것이다.

각각의 히트 파이프 1 내지 히트 파이프 4, 및 PCB 1 내지 PCB 4 및 열 전달 방법 1 내지 열 전달 방법 4 각각에 포함된 히트 파이프의 각각을 포함한, 본 발명의 히트 파이프에 사용되는 타일 및 플레이트가 매우 다양한 각도에 걸쳐 경사질 수 있는 것으로 고려되지만, 바람직한 실시 형태에서, 타일은, 중력 복귀 히트 파이프를 수반하는 많은 응용에서 수평에 대한 것인, 응축기 섹션으로부터 제1 증발기 섹션으로의 냉매 액체의 대체적인 유동 방향에 수직한 평면에 대해 약 10° 내지 약 70°의 각도를 갖는다.

본 발명은 각각의 히트 파이프 1 내지 히트 파이프 4, 및 PCB 1 내지 PCB 3 및 열 전달 방법 1 내지 열 전달 방법 4 각각에 포함된 히트 파이프의 각각을 포함한, 본 발명의 히트 파이프에 사용되는 타일 및 플레이트를 포함하는데, 이는, 중력 복귀 히트 파이프를 수반하는 많은 응용에서 수평에 대한 것인, 응축기 섹션으로부터 제1 증발기 섹션으로의 냉매 액체의 대체적인 유동 방향에 수직한 평면에 대해 약 20° 내지 약 50°의 각도를 갖는다. 히트 파이프 4, 및 열 전달 방법 4, 및 PCB 4의 바람직한 실시 형태에서, 제2 증발기 섹션은, 도 6b에 예시된 바와 같이, 다른 증발기 섹션으로 이어지는 어떠한 유동 경로 또는 채널도 포함하지 않는다.

각각의 히트 파이프 1 내지 히트 파이프 4, 및 PCB 1 내지 PCB 4 및 열 전달 방법 1 내지 열 전달 방법 4 각각에 포함된 히트 파이프의 각각을 포함한, 본 발명의 히트 파이프에 사용되는 충전 비가 다양하게 변할 수 있는 것으로 고려되지만, 바람직한 실시 형태에서, 충전 비는 약 20 부피% 내지 약 90 부피%이다.

각각의 히트 파이프 1 내지 히트 파이프 4, 및 PCB 1 내지 PCB 4 및 열 전달 방법 1 내지 열 전달 방법 4 각각에 포함된 히트 파이프의 각각을 포함한, 본 발명의 히트 파이프에 사용되는 충전 비는, 바람직한 실시 형태에서, 약 20 부피% 내지 약 60 부피%의 범위 내에 있다.

디바이스 및 시스템

본 발명은 작동 동안 냉각을 필요로 하는 PCB 1 내지 PCB 4 각각을 포함하는 디바이스 및 시스템을 포함한다.

본 발명은, PCB 1 내지 PCB 4 각각을 포함한, 인쇄 회로 보드를 포함하는 전기통신 디바이스 및 시스템을 포함한다.

본 발명은 5G 칩을 포함하는, PCB 1 내지 PCB 4 각각을 포함한, 인쇄 회로 보드를 포함하는 전기통신 디바이스 및 시스템을 포함한다.

본 발명은, 히트 파이프 1 내지 히트 파이프 4 각각을 포함한, 본 발명의 히트 파이프에 의해 냉각되는 5G 칩을 포함한다.

본 발명은, 히트 파이프 1 내지 히트 파이프 4 각각을 포함한, 본 발명의 히트 파이프를 포함하는 시스템 또는 디바이스를 포함한다.

방법

본 발명은 열 전달 방법 1 내지 열 전달 방법 4 각각을 포함한, 본 발명의 방법을 사용하여 디바이스 또는 시스템, 또는 디바이스 또는 시스템의 컴포넌트를 냉각시키기 위한 방법을 포함한다.

본 발명은, 열 전달 방법 1 내지 열 전달 방법 4 각각을 포함한, 본 발명의 방법을 사용하여 전기통신 디바이스 또는 시스템을 냉각시키기 위한 방법을 포함한다.

본 발명은, 열 전달 방법 1 내지 열 전달 방법 4 각각을 포함한, 본 발명의 방법을 사용하여 5G 칩을 포함하는 전기통신 디바이스 및 시스템을 냉각시키는 방법을 포함한다.

본 발명은 인쇄 회로 보드의 적어도 일부를 냉각시키는 방법을 포함하고, 본 방법은 상기 인쇄 회로 보드의 적어도 일부를, 히트 파이프 1 내지 히트 파이프 4 각각을 포함한, 본 발명의 히트 파이프와 접촉시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 5G 칩을 포함하는 인쇄 회로 보드의 적어도 일부를 냉각시키는 방법을 포함하고, 본 방법은 상기 5G 칩을, 히트 파이프 1 내지 히트 파이프 5 각각을 포함한, 본 발명의 히트 파이프와 접촉시키는 단계를 포함한다.

실시예

비교예 1A 내지 비교예 1F

도 4a에 도시된 바와 같은 2개의 히터 대신 총 3개의 히터 밴드가 사용된 것을 제외하고, 본 명세서의 도 4a에 대체적으로 대응하는 히트 파이프를 2개의 알루미늄 플레이트로 형성하였다. 3개의 히터 각각은 13.33 와트의 출력을 가져서 40 와트의 총 출력을 생성하였다. 본 실시예의 배열은, 예를 들어, 인쇄 회로 보드 상의 이러한 위치에서 수직으로 배열되고 냉각되는 3개의 컴포넌트가 존재하는 경우에 존재할 상황을 시뮬레이션한다. 히트 파이프의 바닥으로부터 수직으로 측정된 하기 위치에서 히트 파이프 벽 상의 위치에 열전쌍을 제공하였다: 70 mm, 150 mm, 210 mm, 270 mm 및 330 mm.

하기 표 C1에 나타낸 바와 같이, 실시예에서 설명되는 히트 파이프 구성을 사용하여 6개의 상이한 히트 파이프 충전 비를 시험하였다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 히트 파이프의 단면은, 2개의 알루미늄 플레이트 사이의 채널이 실질적으로 균일한 허니콤 구성을 갖고, 그 결과, 작동 동안, 증발 섹션의 저장소에 포함된 작동 유체 R-1233zd(E)가 가열되고, 기화되어, 대체적으로 히트 파이프를 통해 응축기 섹션으로 상향으로 유동한다. 작동 유체가 응축기 섹션에서 응축됨에 따라, 이는 액체 작동 유체를 포함하는 증발기 섹션으로 다시 단지 대체적으로 하향으로 유동한다. 히트 파이프를 약 23.7℃의 실온에서 작동시켰고, 평형 상태에서, 측정된 온도가 하기 표 C1에 기록되어 있다.

[표 C1]

실시예 1A 내지 실시예 1F

히트 파이프의 단면이 대체적으로 도 2과 관련하여 설명되고 구체적으로 도 3a에 예시된 바와 같은 것을 제외하고, 비교예 1에 설명된 바와 동일한 전체 치수와 동일한 히터 및 열전쌍을 갖는 히트 파이프를 형성한다. 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예에서 설명되는 히트 파이프 구성을 사용하여 6개의 상이한 히트 파이프 충전 비를 시험하였다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 히트 파이프의 단면은, 2개의 알루미늄 플레이트 사이의 채널이, 응축 액체의 일부를 포획하여 이를 응축기 섹션으로부터 증발기 섹션(12B 내지 12E) 각각의 저장소로 경로설정하는 허니콤 구성을 갖는 것을 예시한다. 냉매가 응축기 섹션에서 응축됨에 따라, 응축 작동 유체 액체의 일부가 증발기 섹션(12B 내지 12E) 각각으로 하향으로 유동한다.

히트 파이프를 약 23.7℃의 실온에서 작동시켰고, 평형 상태에서, 측정된 온도가, 비교예 1로부터의 결과와 함께, 하기 표 1에 기록되어 있다.

[표 1]

상기 표 1에 기록된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 설명된 실시 형태에 따른 구성은 시험된 모든 충전 비에 대해 더 낮은 평균 온도 및 더 작은 온도 차이를 생성하였다. 추가로, 종래기술의 히트 파이프로부터의 가장 양호한 성능은, 평균 온도에 의해 측정될 때 80%이고 온도 차이에 의해 측정될 때 60%인 충전 비에서 발생하였다. 대조적으로, 본 발명의 히트 파이프의 가장 양호한 성능은 훨씬 더 낮은 충전 비, 즉 최저 평균 온도 및 최저 온도 차이에 대한 50%에서 발생하였다. 따라서, 본 실시예는 본 발명의 히트 파이프가 적어도 3개의 중요한 하기의 이점을 제공하는 것을 예시한다: (1) 냉각 유효성의 척도인 더 낮은 평균 온도; (2) 히트 파이프에서 원치 않는 온도 극단값(temperature extreme)을 회피하고 그에 따라서 작동성 및 장비 수명을 개선하는 것을 돕는 더 작은 온도 차이; 및 (3) 더 양호한 성능을 달성하기 위해 감소된 충전 비를 갖는 것에 의한 작동 유체의 감소된 비용.

비교예 2

도 4a에 도시된 바와 같은 2개의 히터 대신 총 5개의 히터 밴드가 사용된 것을 제외하고, 본 명세서의 도 4a에 대체적으로 대응하는 히트 파이프를 2개의 알루미늄 플레이트로 형성하였다.

히트 파이프는 하단으로부터 상단까지 대략 935 mm였고, 5개의 히터 밴드를 대략 도 4c에 나타낸 바와 같이 위치시켰다. 각각의 히터는 11 와트의 출력을 가져서 55 와트의 히트 파이프에 대한 총 전력을 생성한다. 히트 파이프의 바닥으로부터 수직으로 측정된 하기 위치에서 히트 파이프 벽 상의 위치에 열전쌍을 제공한다: 100 mm, 460 mm, 600 mm, 740 mm 및 880 mm. 본 실시예의 배열은, 예를 들어, 인쇄 회로 보드 상의 이러한 위치에서 수직으로 배열되고 냉각되는 5개의 컴포넌트가 존재하는 경우에 존재할 상황을 시뮬레이션한다. 열 입력이 히트 파이프의 본질적으로 전체 길이를 따라 존재할 것임을 고려하여, 작동 유체 R1233zd(E)의 충전 비를 대략 90%로 설정하였다. 이러한 액체 레벨은 모든 히터가 꺼진 경우에 대략 라인(12A)에 의해 나타난다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 히트 파이프의 단면은, 2개의 알루미늄 플레이트 사이의 채널이 실질적으로 균일한 허니콤 구성을 갖고, 그 결과, 작동 동안, 증발 섹션의 저장소에 포함된 작동 유체 R-1233zd(E)가 가열되고, 기화되어, 대체적으로 히트 파이프를 통해 응축기 섹션으로 상향으로 유동한다. 작동 유체가 응축기 섹션에서 응축됨에 따라, 이는 액체 작동 유체를 포함하는 증발기 섹션으로 다시 단지 대체적으로 하향으로 유동한다. 히트 파이프를 약 26.6℃의 실온에서 작동시켰고, 평형 상태에서, 측정된 온도가 하기 표 C2에 기록되어 있다.

[표 C2]

본 실시예는 100 mm 위치에서 히트 파이프의 온도가 47.4℃였고, 100 mm 위치와 460 mm 위치 사이의 차이가 3.9℃였고, 이것이 작동하는 히트 파이프에 대한 최대 측정된 온도 차이였다는 것을 보여준다.

실시예 2

히트 파이프의 단면이 대체적으로 도 2과 관련하여 설명되고 구체적으로 도 3b에 예시된 바와 같은 것을 제외하고, 비교예 2에 설명된 바와 동일한 전체 치수와 동일한 히터 및 열전쌍을 갖는 히트 파이프를 형성한다. 본 발명의 히트 파이프의 더 효율적이고 효과적인 구성 때문에, 시험을 40%의 충전 비로 수행하였고, 이는 비교예 2에서 사용된 충전 비의 절반 미만이다. 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 2개의 알루미늄 플레이트 사이의 구조는, 응축 액체의 일부를 포획하여 이를 응축기 섹션으로부터 증발기 섹션(12B 내지 12E) 각각의 저장소로 경로설정한다. 냉매가 응축기 섹션에서 응축됨에 따라, 응축 작동 유체 액체의 일부가 증발기 섹션(12B 내지 12E) 각각으로 하향으로 유동한다.

히트 파이프를 약 26.6℃의 실온에서 작동시켰고, 평형 상태에서, 측정된 온도가, 비교예 2로부터의 결과와 함께, 하기 표 2에 나타나 있다.

[표 2]

상기 표 2에 기록된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 구성은 히트 파이프를 따르는 각각의 위치에서 더 냉각된 온도를 생성하였으며, 이는 동등한 조건에 대해, 비교예 2에서 사용되는 충전 비의 1/2 미만인 충전 비를 심지어 갖는, 본 발명에 따른 히트 파이프에 의해 더 냉각되는 것이 제공되는 것을 나타낸다. 추가로, 히트 파이프의 섹션들 사이의 온도 차이는 종래기술의 히트 파이프 구성에 비해 히트 파이프의 소정 섹션에 대해 더 낮았다. 예를 들어, 온도가 100 mm 위치로부터 460 mm 위치까지 단지 3.1℃만큼만 증가한 반면, 종래기술의 히트 파이프 구성에서는 온도가 3.9°만큼 증가하고, 이는 이러한 위치들 사이의 우수한 수준의 냉각 효율을 나타낸다. 본 실시예는 실시예 1과 관련하여 전술된 동일한 이점을 나타낸다.

비교예 3A

본 발명의 도 4a에 대체적으로 대응하고 구체적으로 도 4d에서와 같은 히트 파이프는 2개의 알루미늄 플레이트로 형성하였고, 동일한 크기를 갖고 열을 발생하는 2개의 열원을 가졌으며, 이때 히터 1은 히트 파이프의 하측 반부의 일 면에 인접하게 위치하고 히터 2는 히트 파이프의 동일한 면에 인접하지만 그의 상측 반부를 따라 위치한다.

개별적인 열전쌍이 히트 파이프의 하단으로부터 상단까지 대략 균일하게 이격된 히트 파이프 벽 상의 7개의 위치 각각에 제공하였다. 히트 파이프 내의 작동 유체는 R1233zd(E)였고, 히트 파이프에서 가장 양호한 성능을 제공하는 데 필요한 R1233zd(E)의 충전은 63.1 그램인 것으로 결정하였다.

더욱이, 히트 파이프에 사용된 바와 동일한 작동 조건 하에서 1 mm 알루미늄 플레이트를 시험하였다. 이들 두 시험의 결과가 하기에 제공되어 있다.

실시예 2A 및 실시예 2B

히트 파이프의 단면이 대체적으로 도 2과 관련하여 설명되고 구체적으로 도 6a 및 도 6b에 예시된 바와 같은 것을 제외하고, 비교예 3에 설명된 바와 동일한 전체 치수와 동일한 히터 및 열전쌍을 갖는 2개의 히트 파이프를 형성한다. 특히, 도 6a에 도시된 히트 파이프는, 본 발명에 따라, 표시된 바와 같이, 9개의 증발기 섹션 및 연관된 유동 경로 채널을 가졌다. 도 6b의 히트 파이프는 도 6a의 히트 파이프의 상부 섹션으로서 본질적으로 구성된 상부 섹션을 가졌는데, 즉 도 6a 및 도 6b의 히트 파이프들 각각의 상단의 5개의 증발기 섹션 및 연관된 유동 채널들이 도시된 바와 같이 실질적으로 동일하게 치수설정 및 구성되었다. 그러나, 도 6a의 히트 파이프의 하단의 4개의 유동 경로는 도 6b의 히트 파이프에 따른 단일 증발기 섹션으로 대체하였다. 중요하게는, 이러한 단일 하부 증발기 섹션은 도 6a의 히트 파이프의 4개의 하부 증발기 섹션에 대한 총 부피의 절반 미만인 부피를 갖도록 치수설정하였다. 도 6a 및 도 6b의 히트 파이프에 대한 최적화된 충전 및 성능이, 비교예 3에 대해 기록된 결과와 함께, 하기 표에 기록되어 있다.

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 6a의 히트 파이프가 가장 양호하게 작동하였는데, 이때 평균 온도 차이가 33.4℃에서 가장 낮았고, 가장 낮은 최대 온도 상승은 단지 5.4℃였다. 이러한 성능은 비교예 C3의 대상인 도 4d에 도시된 바와 같은 1 mm 알루미늄 플레이트 및 비교예 히트 파이프에 비해 예상 밖으로 탁월하다. 추가로, 도 6b의 히트 파이프는 또한 도 4c의 히트 파이프보다 예상 밖으로 더 양호하게 작동하였으며, 이때 평균 온도 차이는 34℃였고, 최대 온도 차이는 8℃였으며; 이들 값 둘 모두는 도 4d의 히트 파이프보다 예상 밖으로 우수하다. 더욱이, 도 6b에 의해 표현된 유형의 실시 형태에 따른 온도 차이에 의해 측정된 성능이 도 6a만큼 상당히 양호하지는 않지만, 그럼에도 불구하고 그 성능은, 특히 최적의 충전이 상기 표의 모든 히트 파이프와 비교하여 도 6b 실시 형태에 대해 실질적으로 더 적다는 것에 비추어 고려될 때, 예상 밖으로 우수하다. 도 6b에 도시된 유형의 본 발명의 이러한 히트 파이프는 그러한 탁월한 열 전달 성능을 달성하는 데 필요한 낮은 충전으로 인해 비교적 낮은 비용으로 탁월한 열 전달 성능을 달성하는 능력을 갖는다.

Claims

기체 냉매가 응축되어 액체 냉매를 생성하는 응축기 섹션을 갖는 유형의 히트 파이프로서,
(a) 적어도 하나의 폐쇄된 파이프 - 상기 폐쇄된 파이프는,
(i) 응축기 섹션,
(ii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하는 제1 증발기 섹션; 및
(iii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하는 적어도 제2 증발기 섹션을 포함함 -;
(b) 상기 히트 파이프 내에 포함된 냉매;
(c) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제1 부분을 상기 제1 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제1 액체 유동 경로; 및
(d) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제2 부분을 상기 제2 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로를 포함하고, 상기 제2 증발기 섹션은 상기 제1 증발기 섹션과는 상이한 위치에서 액체 냉매를 보유하는 저장소를 포함하는, 히트 파이프.
제1항에 있어서, 히트 파이프는 중력을 사용하여 적어도 부분적으로 냉매 액체를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제1 및 상기 제2 증발기 섹션으로 복귀시키도록 구성되는, 히트 파이프.
제1항에 있어서, 상기 제2 액체 유동 경로는 상기 히트 파이프 내에 하나 이상의 장애물을 포함하고, 상기 장애물은 수직 방향에 대해 일정 각도로 배향되고 상기 액체 냉매의 적어도 일부를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제2 증발기를 향해 전환(divert)시키는, 히트 파이프.
제1항에 있어서, 상기 제2 증발기 섹션은 상기 제1 증발기 섹션과는 상이한 위치에서 액체 냉매를 보유하는 저장소를 포함하는, 히트 파이프.
제1항에 있어서, 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제3 부분을 상기 제3 증발기 섹션으로 안내하는 적어도 제3 액체 유동 경로를 추가로 포함하고, (i) 상기 제3 액체 유동 경로는 하나 이상의 장애물을 포함하고, 상기 하나 이상의 장애물은 수직 방향에 대해 일정 각도로 배향되고 상기 액체 냉매의 적어도 일부를 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제3 증발기를 향해 전환시키며; (ii) 상기 제3 증발기 섹션은, 상기 제1 증발기 섹션과 상이하고 상기 제2 증발기 섹션과 상이한 위치에 액체 냉매를 보유하는 저장소를 포함하는, 히트 파이프.
제5항에 있어서, 상기 제2 증발기 섹션 및/또는 상기 제3 증발기 섹션 중 적어도 하나는 제1 증발기 섹션의 부피의 약 0.7배(약 70%) 이하인 총 부피를 갖는, 히트 파이프.
제1항에 있어서, 상기 액체 냉매는 R-1233zd(E)로 본질적으로 이루어진, 히트 파이프.
인쇄 회로 보드(PCB)로서,
(a) 제1 위치에서 PCB에 장착된 적어도 제1 발열 컴포넌트;
(b) 상기 제1 위치와는 상이한 제2 위치에서 PCB에 장착된 적어도 제2 발열 컴포넌트; 및
(c) 폐쇄된 파이프를 포함하는 적어도 하나의 히트 파이프를 포함하고, 상기 폐쇄된 파이프는,
(i) 상기 히트 파이프의 외측에 위치된 냉각 유체와 열 연통하는 응축기 섹션,
(ii) 상기 제1 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매를 포함하는 제1 저장소를 포함하는 제1 증발기 섹션;
(iii) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 제1 부분을 상기 제1 증발기 섹션 내의 상기 저장소로 안내하는 제1 액체 유동 경로;
(iii) 상기 제1 저장소와는 상이한 상기 히트 파이프를 따른 위치에 있고 상기 적어도 상기 제2 발열 컴포넌트와 열 전달 접촉하는 액체 냉매의 제2 부분을 포함하는 제2 저장소를 포함하는 적어도 제2 증발기 섹션; 및
(iv) 상기 응축기 섹션에서 응축된 액체 냉매의 상기 제2 부분을 상기 제2 증발기 섹션 내의 상기 저장소로 안내하는 적어도 제2 액체 유동 경로를 포함하는, 인쇄 회로 보드.
제8항의 PCB를 포함하는 전기통신 디바이스로서, 상기 제1 또는 제2 발열 컴포넌트들 중 적어도 하나는 상기 PCB 상의 5G 칩인, 전기통신 디바이스.
기체 냉매가 응축되어 액체 냉매를 생성하는 응축기 섹션을 갖는 유형의 히트 파이프의 사용을 포함하는 열을 전달하는 방법으로서,
(a) 폐쇄된 히트 파이프를 제공하는 단계 - 상기 폐쇄된 히트 파이프는,
(i) 히트 파이프의 외측에 위치된 히트 싱크와 열 전달 연통하는 응축기 섹션;
(ii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하고 액체 냉매를 포함하는 제1 저장소를 포함하는 제1 증발기 섹션;
(iii) 상기 응축기 섹션과 유체 연통하고 액체 냉매를 포함하는 제2 저장소를 포함하는 적어도 제2 증발기 섹션;
(iv) 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제1 저장소로 이어지는 적어도 제1 액체 유동 경로; 및
(v) 상기 응축기 섹션으로부터 상기 제2 저장소로 이어지는 적어도 제2 액체 유동 경로를 포함함 -;
(b) 상기 제1 저장소 내의 상기 액체 냉매와 열 접촉함으로써 제1 컴포넌트 또는 디바이스를 냉각시켜 상기 응축기 섹션으로 이동하는 냉매 증기를 생성하는 단계;
(c) 상기 제2 저장소 내의 상기 액체 냉매와 열 접촉함으로써 제2 컴포넌트 또는 디바이스를 냉각시켜 상기 응축기 섹션으로 이동하는 냉매 증기를 생성하는 단계; 및
(d) 응축기 섹션에서 냉매 증기를 응축시켜 응축 액체 냉매를 생성하고, 상기 제1 액체 유동 경로를 통해 상기 응축 액체 냉매의 제1 부분을 상기 제1 저장소로 복귀시키고 상기 제2 액체 유동 경로를 통해 상기 응축 액체 냉매의 제2 부분을 상기 제2 저장소로 복귀시키는 단계를 포함하는, 방법.