Introduction

 

1. Pulsating Heat Pipes (PHPs) PHP 소개 영상

   최근 다양한 전자 장치의 소형화와 집적화로 인해 단위 제곱 센티 미터당 열 발생량이 수백 와트에 이르고 있다. 이러한 열을 효과적으로 방출시키고 국부 발열 점을 제거하기 위해서는 높은 열전도도를 갖는 냉각 장치가 필요하다. 다양한 냉각 장치 중에서 히트 파이프(heat pipe)는 아주 높은 열전도도를 갖기 때문에 활발히 쓰이고 있다. 이러한 히트 파이프의 특성은 내부 윅(wick) 구조에 기인한 것인데, 이 윅 구조를 형성하기 위한 제조 공정이 복잡하며 소형화와 집적화에 어려움이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 제시된 것이 진동형 히트 파이프(Pulsating Heat Pipe)이다. 진동형 히트 파이프에서 액상과 기상이 번갈아 나타나는 슬러그 유닛(slug-unit)은 모세관력에 기인한 것이기 때문에 작은 관의 직경을 가져야 한다. 윅 구조가 없는 진동형 히트 파이프에서는 액상과 기상이 자가 진동하며 증발부의 열을 응축부로 이동시키게 된다. 이러한 진동형 히트 파이프에 연성을 더해주면 연성 디스플레이를 위한 냉각 장치, 태양광 전지, 인공 위성 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

 

 

2. Critical Heat Flux (CHF) Mechanism in Pool Boiling

   임계 열 유속은 풀 비등(pool boiling) 현상에서 가장 높은 냉각 성능을 갖는 최대 열 유속이다. 기존의 연구들에서는 비등이 일어난 벽면의 국부적 열 분포 측정의 어려움과 자세한 기포 거동 관측의 어려움으로 임계 열 유속 메커니즘의 규명에 어려움이 있었다. 이번 연구에서는 이러한 어려움을 IR 카메라를 이용해 극복하였으며, 이를 통해 국부적인 온도 분포와 열 유속을 측정하였다. 또한 The wetted area fraction (WF), the contact line length density (CLD), dry-out 발생 지점 사이의 주파수, dry patch의 수명, advancing and receding contact lines의 속도, 표면에서 dry patch 크기의 분포, 액상으로 덮인 부분에서의 열전달 등을 측정하였다. 이렇게 얻은 실험 데이터를 통해 열 유속에 WF를 가중시킴으로써 비등 선도를 쉽게 얻을 수 있음을 밝혔다. 뿐만 아니라 본 연구에서 제안한 임계 열 유속 메커니즘을 실험적 관측을 통해 얻은 결과와 비교하였다.

 

 

3. Topology Optimized Heat Sink

   히트 싱크는 fin을 사용하여 열 교환 면적을 넓힌 냉각 장치로, 고 발열 전자장치를 냉각하기 위해 널리 사용되어왔다. 하지만 전자장치의 소형화로 히트 싱크를 적용할 공간이 좁고 복잡해짐에 따라, 기존의 정형화된 형태의 fin이 달린 히트 싱크로는 최적 형상을 제안하기 어려워졌으며 성능 향상에도 한계가 존재하였다. 본 연구단에서는 형상의 제한을 없애 기존의 성능의 한계를 뛰어 넘는 최적의 히트 싱크를 제안하기 위해, 히트 싱크의 설계에 위상 최적화 기법을 적용하였다. 위상 최적화 기법은 계산 영역을 수 많은 요소들로 나누고, 각 요소 내에 구조물의 존재 여부를 변수로 함으로써 구조물의 형상에 극한의 자유도를 주고, 주어진 시스템의 조건에 맞추어 목적 함수를 최적화하는 방향으로 구조물의 형상이 스스로 변하도록 하는 기법이다. 이러한 위상 최적화 기법을 통해 시스템의 형상과 발열 조건에 맞는 최적의 냉각 성능을 가지는 자연대류 히트 싱크를 제안한 바 있으며, 위상 최적화 기법을 강제 대류 히트 싱크, 열 교환기 내의 히트 싱크, (상 변화 냉각 장치) 등 다양한 냉각 장치에 적용하여 최적의 냉각 성능을 갖는 냉각 장치들을 제안하고자 한다.

 

 

 

 

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