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KR20160097164A - 열교환 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

열교환 장치 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20160097164A
KR20160097164A KR1020160095317A KR20160095317A KR20160097164A KR 20160097164 A KR20160097164 A KR 20160097164A KR 1020160095317 A KR1020160095317 A KR 1020160095317A KR 20160095317 A KR20160095317 A KR 20160095317A KR 20160097164 A KR20160097164 A KR 20160097164A
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KR
South Korea
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wick
base
layer
cover
heat exchanger
Prior art date
Application number
KR1020160095317A
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English (en)
Inventor
장경규
이영주
이충국
정희석
Original Assignee
(주) 씨쓰리
엘지전자 주식회사
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Publication date
Application filed by (주) 씨쓰리, 엘지전자 주식회사 filed Critical (주) 씨쓰리
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Abstract

본 발명에 따른 열교환 장치는 플레이트 형상이며, 작동 유체가 기화 또는 응축되어 흐를 수 있는 내부 공간을 가지는 바디, 바디의 내부에 위치하며, 다수의 침상(針狀) 입자를 가지고, 상기 다수의 침상 입자 사이로 상기 작동 유체가 유동되는 윅(wick)을 포함한다.
본 발명의 실시형태들에 따른 열교환 장치에서는 침상 입자를 포함하는 윅을 형성하여, 종래의 그르부(groove), 메쉬(mesh) 또는 소결(sintered) 형태의 윅에 비해 윅의 기공율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 작동 유체가 윅 내부에서 유동하기가 종래에 비해 원활하기 때문에, 열교환 율 또는 열교환 성능이 향상된다.

Description

열교환 장치 및 이의 제조 방법{HEAT EXCHANGER APPARATUS AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 열교환 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 열교환 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 내부에 작동 유체의 증발 잠열을 이용하여 작은 온도차에서도 무동력으로 열을 효과적으로 이송하는 열교환 수단으로 히트 파이프(Heat pipe)가 사용되고 있다.
이러한 열교환 장치는 한국등록특허 10-0791854에도 개시된 바와 같이, 내부가 진공 상태이며 내부에 작동 유체가 유동되는 바디와, 바디 내벽에 마련되며 모세관 형상의 구조물인 윅(wick)을 포함한다. 윅은 일반적으로 구리로 이루어지며, 그르부(groove) 형태, 메쉬(mesh) 형태 및 구리 파우더를 소결하여 형성한 소결(sintered) 형태가 있다. 상기한 그르부(groove), 메쉬(mesh) 및 소결(sintered) 형태의 윅은 제조 공정이 복잡하고, 제조 원가가 높은 단점이 있다. 또한 그르부 형태의 윅을 갖는 열교환 장치는 장시간 같은 모양으로 방치할 경우, 열교환 장치의 내부가 건조해져서 열전달 특성이 현저하게 떨어지는 문제가 있고, 소결 형태의 윅의 경우, 장시간 환원 분위기에서 작업을 행하므로, 생산 단가가 높은 단점이 있다. 또한 소결 형태 및 메쉬 형태의 윅의 경우, 그 구조가 치밀하여 기공율이 작고, 이에 작동 유체가 흐름이 원활하게 이루어지지 않는 단점이 있었다.
한국등록특허 10-0791854
본 발명은 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 열교환 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 박형의 열교환 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 열교환 장치는, 작동 유체가 기화 또는 응축되어 흐를 수 있는 내부 공간을 가지는 바디; 상기 바디의 내부에 위치하며, 다수의 침상(針狀) 입자를 가지고, 상기 다수의 침상 입자 사이로 상기 작동 유체가 유동되는 윅(wick);을 포함한다.
상기 윅은, 그레인(grain) 성장에 의해 형성된 제 1 레이어; 상기 제 1 레이어 상에 형성되며, 다수의 침상(針狀) 입자로 이루어진 제 2 레이어를 포함한다.
상기 바디는 플레이트 현상이며, 상기 바디의 내부에는 복수의 가이드 블록이 마련되고, 상기 복수의 가이드 블록은 상기 바디의 수평 방향으로 상호 이격 배치되며, 상기 복수의 가이드 블록 사이의 공간에 윅이 형성된다.
상기 바디는, 플레이트 형상의 베이스 부재;
상기 베이스 부재의 상측으로 이격 설치되며, 플레이트 형상의 커버 부재;
상기 베이스 부재와 커버 부재 사이에 위치하며, 상기 베이스 부재와 커버 부재 사이의 공간에서 수평 방향으로 상호 이격 배치된 복수의 가이드 블록;을 포함한다.
상기 바디는 구리(Cu)를 포함한다.
상기 제 1 레이어 및 제 2 레이어는 구리(Cu)를 포함한다.
베이스를 마련하는 과정; 상기 베이스 상에 다수의 침상(針狀) 입자를 포함하는 윅(wick)을 형성하는 과정; 및 상기 베이스 및 윅을 덮도록 커버를 설치하는 과정;을 포함한다.
상기 베이스 상에 윅을 형성하기 전에, 상기 베이스 상에 상기 윅이 형성될 공간을 확보하도록 홈을 형성하는 과정을 포함한다.
상기 베이스 상에 다수의 침상(針狀) 입자를 포함하는 윅(wick)을 형성하는 과정에 있어서, 펄스 파형의 전류를 공급하는 전해 도금 방법을 이용하여 형성한다.
펄스 파형의 전류를 공급하는 전해 도금 방법을 이용하여 상기 베이스 상에 다수의 침상(針狀) 입자를 포함하는 윅(wick)을 형성하는 과정에 있어서,
직류 전류를 공급하여 상기 베이스 상에 그레인(grain) 성장에 의한 제 1 레이어를 형성하는 과정; 정방향의 전류와 역방향의 전류를 주기적으로 교번하여 공급하는 바이폴라 펄스 파형의 전류를 공급하여 상기 제 1 레이어 상에 다수의 침상(針狀) 입자로 이루어진 제 2 레이어를 형성하는 과정; 역방향 전류를 펄스화하여 공급하는 유니폴라 펄스 파형의 전류를 공급하여, 상기 제 2 레이어를 상기 제 1 레이어 상에 고정시키는 과정;을 포함한다.
상기 제 1 레이어를 형성하기 위한 직류 파형의 전류 밀도에 비해 상기 제 2 레이어를 형성하기 위한 역방향 펄스 파형 및 정방향 전류 펄스 파형의 전류 밀도가 크다.
상기 바이폴라 펄스 파형의 전류를 공급하여 제 2 레이어를 형성하는 과정에 있어서, 상기 역방향 전류의 펄스 출력 시간이 정방향 전류의 펄스 출력 시간에 비해 길다.
상기 베이스 및 커버는 구리(Cu)를 포함한다.
상기 제 1 레이어 및 제 2 레이어를 형성하는 과정에 있어서, 전해 구리 도금액을 마련하여, 상기 전해 구리 도금액에 상기 베이스를 침지시켜 전해 도금하여 상기 제 1 레이어 및 제 2 레이어를 형성한다.
본 발명의 실시형태들에 따른 열교환 장치에서는 침상 입자를 포함하는 윅을 형성하여, 종래의 그르부(groove), 메쉬(mesh) 또는 소결(sintered) 형태의 윅에 비해 윅의 기공율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 작동 유체가 윅 내부에서 유동하기가 종래에 비해 원활하기 때문에, 열교환 율 또는 열교환 성능이 향상된다.
또한, 플레이트 형상의 바디 및 윅을 제조함으로써, 박형의 열교환 장치의 제조가 가능한 장점이 있다.
본 발명의 실시형태들에 따른 열교환 장치에서는 침상 입자를 포함하는 윅을 형성하여, 종래의 그르부(groove), 메쉬(mesh) 또는 소결(sintered) 형태의 윅에 비해 윅의 기공율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 작동 유체가 윅 내부에서 유동하기가 종래에 비해 원활하기 때문에, 열교환 율 또는 열교환 성능이 향상된다.
또한, 플레이트 형상의 바디 및 윅을 제조함으로써, 박형의 열교환 장치의 제조가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 윅이 복수개로 마련된 열교환 장치를 나타낸 입체 도면이며, 베이스, 복수의 윅 및 커버를 분리하여 도시한 분해도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도로서, 도 1의 A - A'를 따라 절단한 단면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도로서, 도 1의 B - B'를 따라 절단한 단면도
도 4는 다수의 침상 입자를 포함하는 제 2 레이어를 확대 도시한 사진이다. 도 5는 본 발명에서 윅 형성시에 사용되는 전류 파형을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 장치의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환 장치의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 장치의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면
이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 윅이 복수개로 마련된 열교환 장치를 나타낸 입체 도면이며, 베이스, 복수의 윅 및 커버를 분리하여 도시한 분해도이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도로서, 도 1의 A - A'를 따라 절단한 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도로서, 도 1의 B - B'를 따라 절단한 단면도이다. 도 4는 다수의 침상 입자를 포함하는 제 2 레이어를 확대 도시한 사진이다. 도 5는 본 발명에서 윅 형성시에 사용되는 전류 파형을 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도이다. 도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도이다. 도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 열교환 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환 장치는 플레이트 형상이며, 작동 유체가 기화 또는 응축되어 흐를 수 있는 내부 공간을 가지는 통체 형상의 바디(100), 바디(100) 내부에 위치하며, 다수의 침상(針狀) 입자를 포함하여, 상기 다수의 침상 입자 사이로 작동 유체가 유동되는 윅(wick)을 포함한다. 여기서 바디(100)의 내부는 후술되는 복수의 가이드 블록(112)에 의해 복수의 공간으로 분할되며, 분할된 복수의 공간 각각에 윅이 형성 또는 마련된다.
또한, 이러한 열교환 장치의 바디(100) 내부의 일측 단부는 증발기의 역할을 하는 증발부, 타측 단부는 응축기 역할을 하는 응축부이며, 중단은 작동 유체가 증발부로부터 응축부로 또는 응축부로부터 증발부로 유동 또는 이동하는 통로 역할이다. 이때, 열교환 장치가 설치되는 장치 또는 제품의 위치에 따라 증발부 및 응축부가 정해지며, 작동 유체는 윅(200)을 구성하는 다수의 침상 입자 사이의 공간 또는 침상 입자 일측에 마련된 공간인 유로(230)를 통해 증발부로부터 응축부로 또는 응축부로부터 증발부로 유동된다.
제 1 실시예에 따른 열교환 장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 홈이 마련된 베이스(110), 베이스(110)에 마련된 복수의 홈 각각에 형성된 윅(200), 베이스(110) 상에 위치하여 베이스(110) 및 윅(200)을 덮는 커버(120)를 포함한다. 베이스(110)에 마련된 복수의 홈은 윅(200)이 형성되는 공간으로서, 일측 즉, 커버(120)가 위치한 방향이 개구된 형상이다. 보다 구체적으로 베이스(110)에 마련된 홈(200)은 상측이 개구된 형상이며, 윅(200)과 동일한 크기 또는 상기 윅(200) 보다 큰 체적을 가지도록 형성된다.
제 1 실시예에 따른 베이스(110)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 베이스(110)는 플레이트 형상의 베이스 부재(111), 베이스 부재(111) 상부면에서 상호 이격되도록 배치된 복수의 가이드 블록(112)을 포함한다. 설명의 편의를 위하여 베이스(110)를 베이스 부재(111) 및 복수의 가이드 블록(112)으로 나누어 설명하였지만, 상기 베이스 부재(111)와 복수의 가이드 블록(112)은 일체형이다. 즉, 제 1 실시예의 경우, 베이스(110) 자체를 에칭하는 공정을 통해 윅(200)이 수용될 수 있는 복수의 홈을 마련하며, 홈과 홈 사이의 벽이 가이드 블록(112)이다.
베이스 부재(111)는 전해 도금을 통해 복수의 홈에 윅(200)의 형상이 가능하도록 금속으로 제조되며, 윅과 동일한 재료로 제조되는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 전해 도금 방법으로 구리를 도금하여 침상 구조의 윅(200)을 형성하기 위해, 구리를 포함하는 베이스(110)를 마련한다. 보다 구체적으로는, 적어도 윅이 형성될 베이스의 상부면이 구리로 이루어진 베이스(110)를 마련한다.
베이스 부재(111) 및 커버(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 예컨대 그 단면의 형상인 4각형인 플레이트 형상일 수 있다. 물론 베이스 부재(111) 및 커버(120)의 형상은 상술한 4각형에 한정되지 않고, 열교환 장치를 설치하고자 하는 장치에 따라 다양하게 변경 가능하며, 예컨대 다양한 다각형 또는 원형의 플레이트 형상일 수 있다.
복수의 가이드 블록(112)은 바디(100) 내부에서 상기 바디(100)의 수평 방향으로 상호 이격 배치되며, 가이드 블록(112)과 가이드 블록(112) 사이의 공간에 윅(200)이 형성된다. 보다 구체적으로는 복수의 가이드 블록(112)은 커버(120)와 베이스 부재(111) 사이의 공간에 위치하며, 상기 커버(120)와 베이스 부재(111)의 수평 방향으로 이격 배치된다. 이러한 가이드 블록(112)은 일 방향으로 연장된 바(bar) 형상일 수 있으며, 전해 도금으로 윅(200)의 형성이 가능한 금속으로 제조되는데, 윅(200)과 동일한 재료로 제조되는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 전해 도금 방법으로 구리를 도금하여 침상 구조의 윅(200)을 형성하기 위해, 구리를 이용한 가이드 블록(112)을 마련한다.
실시예에 따른 복수의 가이드 블록(112) 각각은 도 1b에 도시된 바와 같이,베이스 부재(111)의 장변 방향으로 연장 형성되어, 상기 베이스 부재(111)의 단변 방향으로 나열되어 등간격으로 이격 배치된다. 하지만, 가이드 블록(112)의 형상 및 복수의 가이드 블록(112)의 나열 방향 및 길이 등은 본 발명에 따른 열 교환 장치를 설치하고자 하는 기기 및 제품에 따라 다양하게 변경 가능하다.
다시 열교환 장치의 바디(100)로 돌아가, 상술한 바와 같이 제 1 실시예에 따른 바디(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 부재(111)와, 베이스 부재(111) 상부면에서 상호 이격 배치된 복수의 가이드 블록(112)과, 베이스 부재(111), 복수의 가이드 블록(112) 및 복수의 가이드 블록(112) 사이에 형성된 복수의 윅(200)을 덮는 커버(120)를 포함한다. 즉, 제 1 실시예에 따른 바디(100)는 베이스(110) 상에 윅(200)이 형성되는 복수의 홈이 마련되며, 상기 복수의 홈은 가이드 블록(112)에 의해 구획된다.
윅(200)은 다수의 침상(針狀) 입자를 포함하여, 다수의 침상 입자 사이 즉, 기공으로 작동 유체가 유동 된다. 보다 구체적으로 윅(200)은 도 2에 도시된 확대도와 같이, 베이스(110)의 상부면에서 그레인(grain) 성장에 의해 형성된 제 1 레이어(210), 제 1 레이어(210) 상에 형성되며, 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 침상(針狀) 입자로 이루어진 제 2 레이어(220)를 포함한다. 여기서, 제 2 레이어(220)는 제 1 레이어(210)에 비해 두께가 두꺼우며, 바람직하게는 제 2 레이어(220)의 두께는 제 1 레이어에 비해 10배 내지 30배의 두께를 가진다.
제 1 레이어(210)는 그 상부에 다수의 침상 입자를 가지는 제 2 레이어(220)가 형성되기 위한 용이한 조건을 만드는 하지층이다. 이러한 제 1 레이어(210)는 전해 도금 방법으로 형성되는데, 역방향(-)에서 직류 전류를 공급하는 직류 파형의 전류를 이용한다(도 5a 참조). 제 2 레이어(220)는 다수의 침상 입자를 가지는 형태로서, 제 2 레이어(220) 역시 전해 도금 방법으로 형성되는데, 전류 방향을 주기적으로 변화시켜 전해하는 PR 도금법(Periodic Reverse Current Plating) 또는 바이 폴라 펄스 전류(bipolar pulse current)를 이용하여 형성한다(도 5b 및 도 5c 참조). 이때 제 2 레이어(220)를 구성하는 복수의 침상 입자의 장 방향의 길이는 10㎛ 내지 50㎛ 이다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 제 2 레이어(220)는 침상 입자, 보다 구체적으로는 침상 구리 입자로 이루어지기 때문에, 종래의 그르부(groove), 메쉬(mesh) 또는 소결(sintered) 형태의 윅(200)에 비해 기공율이 크다. 따라서, 작동 유체가 윅(200) 내부에서 유동하기가 종래에 비해 원활하기 때문에, 열교환 율 또는 열교환 성능이 향상되는 효과가 있다.
또한, 가이드 블록(112)과 가이드 블록(112) 사이에 마련된 홈에 윅(200)이 형성되는데 있어서, 상기 윅(200)이 홈(113) 전체를 채우지 않고, 상기 홈(113)의 일부를 채우도록 형성된다. 예컨대, 도 2 및 도 3에 도시된 확대도와 같이, 가이드 블록(112)의 상하 방향의 높이에 비해 윅(200)의 높이가 낮으며, 윅(200)의 하부면이 베이스 부재(111)에 접촉되고, 상기 윅(200)의 상부면이 커버(120)와 이격되도록 형성하여, 윅(200)의 상부면과 커버(120)의 하부면 사이에 빈 공간을 마련하도록 형성할 수 있다. 가이드 블록(112)과 가이드 블록(112) 사이에 마련된 홈을 기준으로 설명하면, 홈의 상하 방향의 높이에 비해 윅(200)의 높이가 낮도록 형성하여, 홈의 상측 공간이 빈 공간이 되도록 윅(200)을 형성할 수 있다. 여기서, 윅(200)과 커버(120) 사이의 빈공간 또는 홈의 상측 빈 공간은 작동 유체가 흐르는 유로(230)의 역할을 하며, 이에 따라 작동 유체의 흐름이 보다 활발해지는 효과가 있다.
물론, 윅(200)이 홈(113) 전체 또는 일부를 채우고 커버(120)에 홈을 형성할 수 있다. 예컨대, 커버(120)의 홈이 윅(200)의 상부면과 이격 되도록 하여, 커버(120)의 홈에 빈 공간을 마련하도록 형성할 수 있으며 상기 빈 공간은 작동 유체가 흐르는 유로(230)의 역할을 한다.
후술되겠지만, 가이드 블록은 베이스(110)를 식각하여 마련된 베이스(110)의 구성이거나(제 1 실시예, 도 3 및 도 9 참조), 커버(120)에 마련된 커버(120)의 구성이거나(제 2 실시예, 도 6, 도 10), 베이스(110) 및 커버(120)와는 별도로 마련된 구성(제 3 실시예, 도 7, 도 11)일 수 있다. 다른 말로 설명하면, 가이드 블록은 베이스(110) 자체에 마련되거나(제 1 실시예, 도 3 및 도 9 참조), 커버(120) 자체에 마련되거나(제 2 실시예, 도 6, 도 10), 베이스(110) 및 커버(120)와는 별도로 마련된 구성일 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위하여, 베이스(110) 상에 마련된 가이드 블록을 도면부호 112, 커버(120) 상에 마련된 가이드 블록을 도면부호 122, 베이스(110) 및 커버(120)와는 별도로 마련된 가이드 블록을 도면부호 130으로 지칭한다.
도 2 및 도 3을 통해 상술한 제 1 실시예에서는 윅(200)이 베이스(110)에 마련된 홈에 수용되도록 형성되는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 윅(200)이 수용되는 홈이 커버(120)에 마련할 수도 있다.
도 6을 참조하여 설명하면, 제 2 실시예에 따른 열교환 장치의 윅(200)은 베이스(110), 베이스(110) 상측에 위치하며, 베이스(110) 상에 형성된 복수의 윅(200)이 수용될 수 있는 홈을 가지는 커버(120)를 포함한다. 여기서 커버(120)에 마련된 홈은 일측 즉, 하측이 개방된 형상이다. 즉, 커버(120)는 플레이트 형상의 커버 부재(121), 커버 부재(121) 하부면에서 상호 이격되도록 배치된 복수의 가이드 블록(122)을 포함한다. 설명의 편의를 위하여 커버(120)를 커버 부재(121) 및 복수의 가이드 블록(122)으로 나누어 설명하였지만, 상기 커버 부재(121)와 복수의 가이드 블록(122)은 일체형이다. 즉, 제 2 실시예에 따른 커버(120)는 프레싱과 같은 가공 공정으로 커버(120) 자체를 가공하여, 윅(200)이 수용될 수 있는 복수의 홈을 마련하며, 홈과 홈 사이의 벽이 가이드 블록(122)이다.
이때, 커버(120)에 마련된 홈의 깊이는 윅(200)의 높이 보다 깊게 형성된다. 따라서, 윅(200)과 홈 사이에 빈 공간이 마련되며, 이는 작동 유체가 이동하는 유로(230) 역할을 한다.
또한, 도 7에 도시된 제 3 실시예에 도시된 바와 같이 가이드 블록(130)이 베이스(110) 및 커버(120)와 별개로 마련될 수도 있다. 제 3 실시예에 따른 열교환 장치는 베이스(110), 베이스(110) 상부면에서 상호 이격 배치된 복수의 가이드 블록(130), 복수의 가이드 블록(130)에 의해 구획된 복수의 공간에 형성된 윅(200), 복수의 가이드 블록(130) 및 복수의 윅(200)의 상부를 덮도록 설치된 커버(120)를 포함한다. 여기서 별도로 마련되는 가이드 블록(130)은 구리로 마련되는 것이 바람직하다. 이때, 유로(230)는 가이드 블록(130)에 의해 구획된 복수의 공간 일부에 윅(200)을 채우거나, 커버(120)에 홈을 형성하여 마련될 수 있다.
또 다른 예로서, 도 8에 도시된 제 4 실시예에서와 같이 별도의 커버(120)를 마련하지 않고, 내부에 윅(200)이 수용된 2개의 베이스(110a, 110b)를 마련하고, 각각의 윅(200a, 200b)이 상호 접촉되도록 결합된 구조일 수 있다. 보다 구체적으로, 상측 베이스(110b)는 상측 베이스 부재(111b), 상기 상측 베이스 부재(111b) 상에서 상호 이격되도록 마련된 복수의 상측 가이드 블록(112b)을 포함하며, 상기 복수의 상측 가이드 블록(112b) 사이의 빈 공간이 홈이다. 또한, 하측 베이스(110a)는 하측 베이스 부재(111a), 상기 하측 베이스 부재(111a) 상에서 상호 이격되도록 마련된 복수의 하측 가이드 블록(112a)을 포함하며, 상기 복수의 하측 가이드 블록(112a) 사이의 빈 공간이 홈이다. 이러한 하측 및 상측 베이스(110a, 110b) 각각의 홈에 윅(200a, 200b)을 채우고, 홈에 윅(200a, 200b)이 수용된 베이스(110a, 110b)를 상하 방향으로 접합시키는데, 이때 상측 베이스(110a)에 수용된 윅(200a)의 하부면과 하측 베이스(110b)에 수용된 윅(200b)의 상부면이 상호 접촉되도록 상기 상측 베이스(110a)와 하측 베이스(110b)를 결합한다. 베이스(110a, 110b)에 마련된 홈에 윅(200a, 200b)이 형성되는 데 있어서, 상측에 빈 공간이 마련되도록 형성할 수 있다. 이후 이를 상호 결합시키면, 하부에 위치한 윅(200a)과 상부에 위치한 윅(200b) 사이에 빈 공간이 마련되며, 상기 빈 공간은 작동 유체가 이동하는 유로(230a, 230b)이다.
물론, 베이스(110a, 110b)에 마련된 홈에 윅(200a, 200b)이 형성되는 데 있어서, 베이스(110a, 110b)에 마련된 홈 중 어느 하나에만 빈 공간이 마련할 수도 있다. 이후 이를 상호 결합시키면,하부에 위치한 윅(200a)과 상부에 위치한 윅(200b) 사이에 빈 공간이 마련되며, 이는 작동 유체가 이동하는 유로(230a, 230b) 역할을 한다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 장치의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다. 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환 장치의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다. 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 장치의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 장치를 제조하는 방법을 설명한다.
먼저, 구리를 이용하여 플레이트 형상의 베이스(110)를 마련하고(도 9a), 베이스(110)에 윅(200)이 형성될 공간을 확보하도록 마스크 패턴(10)을 형성한다(도 9b, 9c). 이를 위해, 먼저 도 9b에 도시된 바와 같이 베이스(110) 상면에 마스크 패턴(10) 형성을 위한 층(이하 마스크층(11))을 마련하는데, 마스크층(11)은 예컨대 베이스(110) 상에 포토레지스트(PR)를 도포하여 형성할 수 있다. 그리고, 마스크층(11) 상측에 포토 마스크(M)를 배치하고, 상기 포토 마스크(M)의 상측에서 광 예컨대 UV를 조사하는 노광 공정을 실시한 후, 현상한다. 이에, 도 9c와 같이 포토 마스크(M)의 하측 영역에 대응하는 마스크층(11) 영역이 제거된 마스크 패턴(10)이 형성된다.
상기에서는 마스크 패턴(10)을 형성하는 원료로 포토레지스트(PR)을 이용하였으나, 테이프를 이용할 수도 있다.
이후, 마스크 패턴(10)이 형성된 베이스(110)를 세척한다. 예컨대, 탈지액을 이용하여 베이스(110) 표면에 존재하는 이물질을 제거하고, 10% 황산을 이용하여 베이스(110)를 중화시키면서, 표면에 있는 산화막을 제거한다. 이러한 세척 공정 중에 마스크 패턴(10)이 베이스(110)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해, 탈지액으로 산성 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 상면에 마스크 패턴(10)이 형성된 베이스(110)에 대해 에칭 공정을 실시하면, 도 9d와 같이 마스크 패턴(10)이 형성되지 않은 베이스(110) 영역이 에칭되어, 복수의 홈(113)이 마련된다. 에칭 공정이 종료되면, 스트립 공정을 실시하여 마스크 패턴(10)을 제거한다(도 9e). 이에 따라, 도 9e에 도시된 바와 같이 상호 이격 형성된 복수의 홈(113)을 가지는 베이스(110)가 제조된다. 다시 설명하면, 베이스 부재(111), 베이스 부재(111) 상부면에서 상호 이격 배치된 복수의 가이드 블록(112), 복수의 가이드 블록(112)에 의해 구획된 복수의 홈(113)을 구비하는 베이스(110)가 제조된다.
다음으로, 도 9f와 같이 베이스(110)에 마련된 복수의 홈(113) 각각에 윅(200)을 형성하는데, 전해 도금 방법으로 먼저 그레인(grain) 성장에 의한 제 1 레이어(210)를 형성하고, 이후 다수의 침상 입자로 이루어진 제 2 레이어(220)를 형성한다. 이를 위해, 황산 구리, 황산, 염소 및 기타 첨가제를 함유하는 전해 구리 도금액을 마련하고, 상기 도금액에 구리로 이루어진 베이스(110)와 양극판을 침지 시킨다. 이후, 전원 공급부(미도시)로부터 베이스(110) 및 양극판 각각에 전원을 인가하여 상기 베이스(110)에 마련된 홈(113)에 먼저 제 1 레이어(210)를 형성하는데, 일정한 크기의 직류 전류를 공급하는 직류 파형의 전류를 공급한다. 따라서, 전해 구리 도금액 내의 구리가 석출되어 홈(113)의 바닥으로부터 성장하는데, 이때 그레인(grain) 성장에 의한 제 1 레이어(210)가 형성되며(도 2 확대도 참조), 예컨대 2㎛ 내지 3㎛의 두께로 형성한다. 제 1 레이어(210)의 형성이 종료되면, 전류 방향을 주기적으로 변화시켜 전해하는 PR 전해 도금 방법(Periodic reverse current plating)으로 제 1 레이어(210) 상에 다수의 침상 입자로 이루어진 제 2 레이어(220)를 형성한다. 즉, 전류 방향을 정방향(+)의 직류 전류와 역방향(-)의 직류 전류를 주기적으로 교번하여 공급하는 바이 폴라 펄스 파형의 전류를 공급하면, 제 1 레이어(210) 상에 구리 석출물 결정이 도금되며, 최초 결정으로부터 발달하여 침상 또는 수지상의 석출물 성장 된다.
한편, 제 2 레이어(220)를 형성하기 위한 바이 폴라 펄스 파형의 전류를 공급하는데 있어서, 도 5b와 같이 오프(off) 타임을 가지는 파형의 전류 및 도 5c와 같이 오프(off) 타임을 가지지 않는 파형의 전류 중 적어도 어느 하나를 이용한다. 즉, 도 5b와 같이 전류가 정방향에서 역방향, 역방향에서 정방향으로 전환될 때, 그 사이에 어느 극성으로도 전류가 인가되지 않는 오프(off) 타임을 가지는 바이 폴라 펄스 파형의 전류를 공급하여 제 2 레이어(220)를 형성하거나, 도 5c와 같이 오프(off) 타임을 가지지 않는 바이 폴라 펄스 파형의 전류를 공급하여 제 2 레이어(220)를 형성한다. 또는 오프(off) 타임을 가지지 않는 바이 폴라 펄스 파형(도 5b)의 전류와, 오프(off) 타임을 가지는 바이 폴라 펄스 파형의 전류(도 5c)를 모두 사용하여 제 2 레이어(220)를 형성할 수도 있다.
이어서, 한 극성, 즉 역방향(-)에서 직류 전류를 펄스화하여 공급하는 유니 폴라 펄스 파형의 전류를 공급하여(도 5d 참조), 상기 제 2 레이어(220)를 상기 제 1 레이어(210) 상에 고정시킨다.
이와 같은 전해 도금 방법에 의해 베이스(110)에 마련된 복수의 홈(113)에 제 1 레이어(210) 및 제 2 레이어(220)가 적층된 윅(200)이 형성된다. 윅(200)을 형성하는 공정이 종료되면, 도 9g와 같이 베이스(110) 및 윅(200)의 상부를 덮도록 커버(120)를 부착한다.
이하, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환 장치를 제조하는 방법을 설명한다. 이때, 상술한 제 1 실시예에 따른 열교환 장치 제조 방법과 중복되는 설명은 생략하거나, 간략히 설명한다.
먼저, 구리를 이용하여 플레이트 형상의 베이스(110)를 마련하고(도 10a), 베이스(110) 상에 마스크 패턴(10)을 형성한다(도 10b, 10c). 이후, 산성의 탈지액 및 10%의 황산 용액을 이용하여 마스크 패턴(10)이 형성된 베이스(110)를 세척하고, 산화막을 제거한다.
베이스(110)의 세척이 종료되면, 마스크 패턴(10) 사이에 마련된 공간(113) 즉, 홈(113)에 구리 전해 도금 방법으로 제 1 레이어(210) 및 제 2 레이어(220)를 형성한다. 이때, 상술한 바와 같이 제 1 레이어(210)는 일정한 크기의 역방향(-)의 직류를 공급하여 형성하며, 제 2 레이어(220)는 정방향의 전류 역방향의 전류를 주기적으로 교번하여 공급하는 바이 폴라 펄스 파형의 전류를 공급하여 형성한다. 이후, 역방향의 직류 전류를 펄스화하여 공급하는 유니 폴라 펄스 파형의 전류를 공급하여 상기 제 2 레이어(220)를 상기 제 1 레이어(210) 상에 고정시킨다. 이러한 구리 전해 도금 공정에 의해 도 10d에 도시된 바와 같이 마스크 패턴(10)에 의해 구획된 베이스 상부의 복수의 공간(113) 또는 홈(113) 제 1 레이어(210) 및 제 2 레이어(220)가 적층된 윅이 형성된다.
다음으로, 스트립 공정을 실시하여 마스크 패턴(10)을 제거(도 10e)하고, 베이스(110) 및 복수의 윅(200)의 상부를 덮도록 커버(120)를 부착한다. 여기서, 커버(120)의 하부에는 베이스(110) 상에서 상호 이격 형성된 복수의 윅(200)이 수용되는 복수의 홈이 마련된 형상이다.
이하, 도 11을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 장치를 제조하는 방법을 설명한다. 이때, 상술한 제 1 및 제 2 실시예에 따른 열교환 장치 제조 방법과 중복되는 설명은 생략하거나, 간략히 설명한다.
먼저, 구리를 이용하여 플레이트 형상의 베이스(110) 및 가이드 블록(130)을 제조하기 위한 부재(이하, 가이드 부재(131))를 마련하고, 베이스(100) 상에 가이드 부재(131)를 부착한다. 그리고, 가이드 부재(131) 상에 마스크 패턴(10)을 형성한다(도 10b, 10c). 이후, 산성의 탈지액 및 10%의 황산 용액을 이용하여 마스크 패턴(10)이 형성된 베이스(111) 및 가이드 부재(131)를 세척하고, 산화막을 제거한다.
이어서, 상면에 마스크 패턴이 형성된 가이드 부재(131)에 대해 에칭 공정을 실시하면, 도 11d와 같이 마스크 패턴(10)이 형성되지 않은 가이드 부재(131) 영역이 에칭되어, 복수의 홈(113)이 마련된다. 에칭 공정이 종료되면, 스트립 공정을 실시하여 마스크 패턴(10)을 제거한다(도 10e). 이에 따라, 도 10e에 도시된 바와 같이 베이스(100) 상부에서 상호 이격 배치된 가이드 블록(130)이 형성되며, 복수의 가이드 블록(130) 사이의 공간이 이후 윅(200)이 형성될 공간(113) 또는 홈(113)이다.
다음으로, 도 11f와 같이 베이스(100) 상부에 다수의 침상 입자를 가지는 윅(200)을 형성하는데, 구리 전해 도금 방법 복수의 가이드 블록(130)에 의해 마련된 공간(113) 또는 홈(113)에 제 1 레이어(210) 및 제 2 레이어(220)를 적층한다.
그리고, 복수의 가이드 블록(130) 및 복수의 윅(200)을 덮도록 커버(120)를 부착한다(도 11g).
또한, 상술한 제 1 내지 제 3 실시예에서 유로(230)에 대해서 별도로 언급하지는 않았지만 윅(200)을 일부만 채우거나 커버(120)에 홈을 마련하여 유로(230)를 형성한다.
제 4 실시예에 따른 열교환 장치의 제조 방법은 도시되지는 않았으나, 도 9에 도시된 제 1 실시예에 따른 제조 방법에서 a 내지 f 과정에 의해 제조될 수 있다. 즉, 도 9a 내지 도 9e에 도시된 제 1 실시예에 따른 방법으로 윅(200a, 200b)이 형성된 2개의 베이스(110a, 110b)를 마련한다(도 8 참조). 그리고 상측 베이스(110b)와 하측 베이스(110a)를 상호 접합시키는데, 상측 베이스(110b)에 마련된 윅(200b)의 하부면과 하측 베이스(110a)에 마련된 윅(200a)의 상부면이 상호 접촉되도록 부착시킨다. 이때, 상측 베이스(110b)에 마련된 윅(200b)과 하측 베이스(110a)에 마련된 윅(200a) 일부만을 채우거나, 상측 베이스(110b)에 마련된 윅(200b)과 하측 베이스(110a)에 마련된 윅(200a) 중 어느 하나를 일부만 채워, 유로(230a, 230b)를 형성한다.
또한, 제 4 실시예에 따른 열교환 장치를 제조하는 다른 방법으로, 도 10에 도시된 제 3 실시예에 따른 제조 방법에서 a 내지 f 과정에 의해 제조될 수 있다. 즉, 도 10a 내지 10f에 도시된 제 2 실시예에 따른 방법으로, 윅(200a, 200b)이 형성된 2개의 베이스를 마련하고, 상측 베이스(110b)에 마련된 윅(200b)과 하측 베이스(110a)에 마련된 윅(200a)이 상호 접촉되도록 부착시킴으로써, 제조될 수 있다.
이때, 상측 베이스(110b)와 하측 베이스(110a) 사이에는 별도로 마련된 가이드 블록이 결합되며, 가이드 블록(112b, 112a)의 높이를 상측 베이스(110b)에 마련된 윅(200b)과 하측 베이스(110a)에 마련된 윅(200a)을 합한 높이보다 높게하여 윅(200a, 200b) 사이에 형성되는 빈 공간이 유로(230a, 230b) 역할을 한다.
또한, 상측 베이스(110b)와 하측 베이스(110a) 사이에 마련된 가이드 블록(112b, 112a)은 윅(200a)과 윅(200) 사이에 형성된 가이드 블록(112b, 112a) 부분을 전부 또는 일부 제거하여 윅(200)과 윅(200) 사이에 형성되는 빈 공간이 유로(230) 역할을 할 수 있다.
또 다른 방법으로는 도 9a 내지 도 9e에 도시된 제 1 실시예에 따른 방법으로 윅(200)이 형성된 베이스(110)와, 도 10a 내지 도 10e에 도시된 제 2 실시예에 따른 방법으로 윅(200)이 형성된 베이스(110)를 각각 마련하고, 각각의 베이스(110)에 형성된 윅(200)이 상호 접촉되도록 부착시킴으로써, 제조될 수 있다. 이때, 가이드 블록(112)의 높이를 윅(200)보다 높게하여 유로(230)를 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 열교환 장치에서는 침상 입자를 포함하는 윅(200)을 형성하여, 종래의 그르부(groove), 메쉬(mesh) 또는 소결(sintered) 형태의 윅(200)에 비해 기공율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 작동 유체가 윅(200) 내부에서 유동하기가 종래에 비해 원활하기 때문에, 열교환 율 또는 열교환 성능이 향상된다.
또한, 플레이트 형상의 바디(100) 및 윅(200)을 제조함으로써, 박형의 열교환 장치의 제조가 가능한 장점이 있다.
100: 바디 110: 베이스
111: 베이스 부재 120: 커버
121: 커버 부재 112, 122, 130: 가이드 블록
200: 윅 210: 제 1 레이어
220: 제 2 레이어

Claims (1)

  1. 베이스를 마련하는 과정;
    펄스 파형의 전류를 공급하는 전해 도금 방법을 이용하여 상기 베이스 상에 다수의 침상(針狀) 입자를 포함하는 윅(wick)을 형성하는 과정;
    상기 베이스 및 윅을 덮도록 커버를 설치하는 과정; 및
    상기 베이스 상에 윅을 형성하기 전에, 상기 베이스와 커버 사이에 상기 윅이 형성될 공간을 확보하도록 홈을 형성하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치 제조방법.
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