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KR102091698B1 - Phase change cooling device and phase change cooling method - Google Patents

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KR102091698B1
KR102091698B1 KR1020190002330A KR20190002330A KR102091698B1 KR 102091698 B1 KR102091698 B1 KR 102091698B1 KR 1020190002330 A KR1020190002330 A KR 1020190002330A KR 20190002330 A KR20190002330 A KR 20190002330A KR 102091698 B1 KR102091698 B1 KR 102091698B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cooling
phase change
trap
channel
cooled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020190002330A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
신정헌
이공훈
손상호
김정철
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to KR1020190002330A priority Critical patent/KR102091698B1/en
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
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Abstract

One embodiment of the present invention provides a phase change cooling device and a phase change cooling method, which increase the cooling efficiency of an object to be cooled by maintaining the value of a heat transfer coefficient large when the phase of a cooling medium changes. The phase change cooling device comprises a cooling channel, a cooling medium, a trap, and a discharge channel. One side surface of the cooling channel is contacted to an objected to be cooled, and a micro hole is formed in the other side surface thereof. The cooling medium moves inside the cooling channel and absorbs the heat from the object to be cooled. The trap is provided inside the cooling channel, so that the cooling medium absorbs the heat of the object to be cooled to trap the bubbles generated as the phase changes. The discharge channel is provided on the other side surface of the cooling channel and guides the bubbles captured by the trap and flowing through the micro-hole to be discharged. In particular, the cooling medium can undergo a phase change from a liquid state to a gaseous state at the temperature range of heat generated in the object to be cooled.

Description

상변화 냉각장치 및 상변화 냉각방법{PHASE CHANGE COOLING DEVICE AND PHASE CHANGE COOLING METHOD}Phase change cooling device and phase change cooling method {PHASE CHANGE COOLING DEVICE AND PHASE CHANGE COOLING METHOD}

본 발명은 상변화 냉각장치 및 상변화 냉각방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각매체의 상변화 시의 열전달계수의 크기를 크게 유지시켜 피냉각체의 냉각효율을 증가시키는 상변화 냉각장치 및 상변화 냉각방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phase change cooling device and a phase change cooling method, and more specifically, a phase change cooling device and phase that increases the cooling efficiency of the object to be cooled by maintaining a large heat transfer coefficient during phase change of the cooling medium. It relates to a change cooling method.

여러 전자제품들에 수용되는 반도체, 소자 등의 부품들, 전기자동차에 이용되는 배터리팩 등은 사용하는 과정에서 열이 발생하게 된다. 이 경우에 발생되는 열을 적절한 냉각조치를 취하여 냉각 및 방열하지 않으면, 성능저하는 물론이고 심한 경우 과열로 인해 파손될 수 있다.Components such as semiconductors and devices accommodated in various electronic products, battery packs used in electric vehicles, and the like generate heat during use. If the heat generated in this case is not cooled and dissipated by taking appropriate cooling measures, the performance may deteriorate, and in severe cases, damage may occur due to overheating.

이러한 부품, 배터리팩, 즉 피냉각체의 과열을 방지하기 위한 냉각수단으로서, 냉각기를 설치하여 과열을 방지하는데, 냉각기의 작동방식은 일반적으로 크게 두 가지 종류로 나뉘어진다.As a cooling means for preventing overheating of the components, the battery pack, that is, the object to be cooled, a cooler is installed to prevent overheating, and the operation method of the cooler is generally divided into two types.

하나는 팬을 이용하여 부품 표면에 공기를 순환시킴으로써 냉각 및 방열을 행하는 공냉식 냉각기이며, 다른 하나는 냉매 역할을 하는 유체를 피냉각체 표면으로 유동시켜 냉각 및 방열을 행하는 수냉식 냉각기가 있다.One is an air-cooled cooler that cools and dissipates heat by circulating air on the surface of a component using a fan, and the other is a water-cooled cooler that cools and dissipates heat by flowing a fluid serving as a refrigerant to the surface of the object to be cooled.

상술한 각 냉각방식에는 장단점이 각각 있는데, 공냉식 냉각의 경우 설치비용은 저렴하나 수냉식에 비하여 냉각효율이 떨어지며, 수냉식의 경우는 냉각 효율은 매우 좋으나 설치비용이 공냉식에 비하여 높다는 것이 단점이다. 따라서, 수냉식 냉각기는 주로 높은 냉각 효율을 필요로 하는 피냉각체에 적용되고 있다.Each of the above-mentioned cooling methods has advantages and disadvantages, but the installation cost is low for air-cooled cooling, but the cooling efficiency is low compared to water-cooled, and the cooling efficiency is very good for water-cooled, but the installation cost is high compared to air-cooled. Therefore, water-cooled coolers are mainly applied to objects to be cooled that require high cooling efficiency.

이러한 수냉식 냉각기의 대표적인 예로 냉각 재킷이 있다. 종래의 냉각 재킷은 일반적으로 냉각유로가 구부러진 형태로 마련되고, 냉각액이 냉각유로의 내부를 유동하면서 피냉각체의 열을 흡수한다. 이것은 재킷 내부의 냉각유로 길이를 가능한 한 길게 함으로써, 냉각액과 재킷 내부 벽면의 접촉 면적을 늘려 피냉각체로부터의 열을 효율적으로 냉각액으로 전달시키고자 하는 방법이다.A representative example of such a water-cooled cooler is a cooling jacket. Conventional cooling jackets are generally provided in a form in which the cooling flow path is bent, and the cooling liquid absorbs heat of the object to be cooled while flowing inside the cooling flow path. This is a method to increase the contact area between the coolant and the inner wall of the jacket by increasing the length of the coolant passage inside the jacket as much as possible to efficiently transfer heat from the object to be cooled to the coolant.

그러나 종래의 냉각 재킷은 냉각액이 피냉각체의 열을 흡수하면서 온도가 변하게 된다. 냉각액이 냉각유로의 내부를 유동하는 동안 온도가 점점 상승하는 것이다. 따라서, 냉각유로의 입구 쪽에 가까운 피냉각체의 일측면과 냉각 재킷과의 온도차보다 냉각유로의 출구 쪽에 가까운 피냉각체의 타측면과 냉각 재킷과의 온도차가 더 낮게 된다.However, in the conventional cooling jacket, the temperature is changed while the cooling liquid absorbs the heat of the object to be cooled. The temperature gradually increases while the coolant flows through the inside of the cooling passage. Therefore, the temperature difference between the cooling surface and the other side of the body to be cooled closer to the outlet side of the cooling flow passage is lower than the temperature difference between the cooling jacket and one side of the body to be cooled close to the inlet side of the cooling flow passage.

이로 인해, 피냉각체의 일측면이 타측면보다 냉각되는 정도가 더 커져 피냉각체가 전체적으로 불균일하게 냉각될 수밖에 없었다.Due to this, the degree of cooling of one side of the object to be cooled is greater than that of the other side, and the object to be cooled has to be cooled unevenly as a whole.

또한, 종래의 냉각 재킷은 냉각액의 상태 변화 없이 단상 유동에 의해 열전달이 이루어지기 때문에 열전달 계수를 향상시키기 위해서는 유량을 증대시켜야만 한다. 왜냐하면, 냉각매체가 이상(two phase)으로 비등되는 과정에서의 열전달 계수에 비해 단상(single phase)의 냉각매체가 가지는 열전달 계수가 1/5 내지 1/10 정도 낮기 때문이다.In addition, in the conventional cooling jacket, since heat transfer is performed by single-phase flow without changing the state of the coolant, the flow rate must be increased to improve the heat transfer coefficient. This is because the heat transfer coefficient of a single phase cooling medium is lower than that of 1/5 to 1/10 compared to the heat transfer coefficient in the process in which the cooling medium is boiled in two phases.

결국, 피냉각체의 열유속(단위면적당 또는 단위시간당 열 전달량, heat flux)을 높이기 위해서는 냉각유량이 증대되어야 하기 때문에 펌프를 비롯한 전체 냉각 시스템이 대형화되는 문제점이 있다.As a result, in order to increase the heat flux (heat transfer amount per unit area or unit time, heat flux) of the object to be cooled, the cooling flow rate must be increased, so that the entire cooling system including the pump is enlarged.

대한민국 등록특허공보 제0610293호(2006. 08. 09. 공고)Republic of Korea Registered Patent Publication No. 0610293 (announced on Aug. 09, 2006)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 냉각매체의 상변화 시의 열전달계수의 크기를 크게 유지시켜 피냉각체의 냉각효율을 증가시키는 상변화 냉각장치 및 상변화 냉각방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, the technical problem to be achieved by the present invention is a phase change cooling device and a phase change cooling method to increase the cooling efficiency of the object to be cooled by maintaining a large size of the heat transfer coefficient during phase change of the cooling medium. Is to provide

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 일측면은 피냉각체에 접촉되고, 타측면에는 미세홀이 형성되는 냉각채널; 상기 냉각채널의 내측에서 이동하며 상기 피냉각체의 열을 흡수하는 냉각매체; 상기 냉각채널의 내부에 구비되고, 상기 냉각매체가 상기 피냉각체의 열을 흡수하여 상변화하면서 생성되는 버블을 포획하는 트랩; 그리고 상기 냉각채널의 타측면에 구비되고, 상기 트랩에 의해 포획되고 상기 미세홀을 통해 유입되는 상기 버블이 배출되도록 안내하는 배출채널을 포함하고, 상기 냉각매체는 상기 피냉각체에서 발생하는 열의 온도대에서 액체상태에서 기체상태로 상변화가 일어나는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an exemplary embodiment of the present invention includes a cooling channel in which one side is in contact with a body to be cooled and a micro hole is formed in the other side; A cooling medium that moves inside the cooling channel and absorbs heat of the object to be cooled; A trap provided inside the cooling channel and trapping bubbles generated while the cooling medium absorbs heat of the object to be cooled and changes phase; And it is provided on the other side of the cooling channel, and includes a discharge channel for guiding to discharge the bubbles trapped by the trap and flowing through the micro-hole, the cooling medium is the temperature of the heat generated in the object to be cooled It provides a phase change cooling device characterized in that the phase change occurs from the liquid state to the gas state in the stage.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 트랩은 상기 냉각채널의 높이방향으로 연장되게 형성되고, 상기 냉각매체의 이동방향의 반대방향으로 확대 형성되도록 구비되어 이동하는 상기 버블을 포획하는 오목부와, 상기 냉각매체의 이동방향으로 형성되는 첨부를 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the trap is formed to extend in the height direction of the cooling channel, and is provided to be enlarged in the opposite direction to the direction of movement of the cooling medium, and the concave portion to capture the moving bubbles, and It may have an attachment formed in the direction of movement of the cooling medium.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 트랩은 상기 냉각매체의 이동방향을 향하는 후면에 상기 냉각채널의 높이방향으로 형성되는 그루브를 더 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the trap may further have a groove formed in a height direction of the cooling channel on a rear side facing the moving direction of the cooling medium.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 미세홀은 상기 트랩의 오목부에 대응되는 영역에 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the micro-hole may be formed in a region corresponding to the recess of the trap.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 냉각채널은 상기 냉각매체의 흐름방향으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the cooling channel may be formed to have a smaller cross-sectional area toward the flow direction of the cooling medium.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배출채널은 상기 냉각매체의 흐름방향으로 갈수록 단면적이 커지도록 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the discharge channel may be formed to have a larger cross-sectional area toward the flow direction of the cooling medium.

한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 일측면은 피냉각체에 접촉되고, 타측면에는 미세홀이 형성되는 냉각채널의 내측에 냉각매체를 이동시켜 상기 피냉각체의 열을 흡수하는 열 흡수단계; 상기 냉각채널의 내부에 구비되는 트랩이 상기 냉각매체가 상기 피냉각체의 열을 흡수하여 상변화하면서 생성되는 버블을 포획하는 버블 포획단계; 그리고 상기 냉각채널의 타측면에 구비되는 배출채널이 상기 트랩에 의해 포획되고 상기 미세홀을 통해 유입되는 상기 버블이 배출되도록 하는 배출단계를 포함하고, 상기 열 흡수단계에서, 상기 냉각매체는 상기 피냉각체에서 발생하는 열의 온도대에서 액체상태에서 기체상태로 상변화가 일어나는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각방법을 제공한다.On the other hand, in order to achieve the above technical problem, in one embodiment of the present invention, one side is in contact with the object to be cooled, and the other side is moved by moving the cooling medium inside the cooling channel in which micro holes are formed. A heat absorption step of absorbing heat; A bubble trapping step in which a trap provided inside the cooling channel traps bubbles generated while the cooling medium absorbs heat of the object to be cooled and changes phase; And a discharge step in which the discharge channel provided on the other side of the cooling channel is captured by the trap and the bubbles flowing through the micro hole are discharged. In the heat absorption step, the cooling medium is It provides a phase change cooling method characterized in that the phase change occurs from a liquid state to a gaseous state at a temperature range of heat generated from the cooling body.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 트랩은 상기 냉각채널의 높이방향으로 연장되게 형성되고, 상기 냉각매체의 이동방향의 반대방향으로 확대 형성되도록 구비되는 오목부를 가지고, 상기 냉각채널에서 생성되어 이동하는 상기 버블은 상기 오목부에 의해 포획될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the trap is formed to extend in the height direction of the cooling channel, and has a concave portion provided to be enlarged in the opposite direction to the moving direction of the cooling medium, and is generated and moved in the cooling channel. The bubble may be captured by the recess.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 오목부에 의해 포획되는 상기 버블은 상기 트랩의 오목부에 대응되는 영역에 형성되는 상기 미세홀을 통해 상기 배출채널로 유입될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the bubble captured by the concave portion may be introduced into the discharge channel through the micro-hole formed in a region corresponding to the concave portion of the trap.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 트랩은 상기 냉각매체의 이동방향을 향하는 후면에 상기 냉각채널의 높이방향으로 형성되는 그루브를 더 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the trap may further have a groove formed in a height direction of the cooling channel on a rear side facing the moving direction of the cooling medium.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 따르면, 냉각채널에서 발생하는 버블을 트랩을 이용하여 효과적으로 배출챔버로 배출시킴으로써, 냉각채널에서 버블의 양을 줄여 냉각매체의 상변화가 완료되지 않고 계속해서 상변화하도록 할 수 있다. 이에 따라, 열전단계수가 높은 상태로 유지되는 시간이 늘어나도록 할 수 있으며, 이를 통해, 더욱 개선된 냉각효율 효과를 얻을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, according to the present invention, by effectively discharging the bubbles generated in the cooling channel to the discharge chamber using a trap, the amount of bubbles in the cooling channel is reduced, and the phase change of the cooling medium is not completed and continues. You can make it phase change. Accordingly, it is possible to increase the time for which the thermoelectric step number remains high, and through this, an improved cooling efficiency effect can be obtained.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 상변화 냉각장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A’선 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B’선 단면도이다.
도 4는 상변화 시에 열전달계수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1의 상변화 냉각장치의 트랩을 중심으로 나타낸 예시도이다.
도 6은 도 5의 트랩에서 버블이 생성 및 포집되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 도 5의 트랩의 다른 실시예를 나타낸 예시도이다.
도 8은 도 1의 상변화 냉각장치의 냉각채널 및 배출채널의 다른 실시예를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 상변화 냉각방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 상변화 냉각장치를 나타낸 단면예시도이다.
1 is a perspective view schematically showing a phase change cooling device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 1.
3 is a cross-sectional view taken along line B-B 'in FIG. 1.
4 is a graph showing the change in the heat transfer coefficient during phase change.
5 is an exemplary view showing a trap of the phase change cooling device of FIG. 1 as a center.
6 is an exemplary view for explaining that bubbles are generated and captured in the trap of FIG. 5.
7 is an exemplary view showing another embodiment of the trap of FIG. 5.
8 is an exemplary view showing another embodiment of a cooling channel and a discharge channel of the phase change cooling device of FIG. 1.
9 is a flowchart showing a phase change cooling method according to a first embodiment of the present invention.
10 is a sectional view illustrating a phase change cooling device according to a second embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is “connected (connected, contacted, coupled)” to another part, it is not only “directly connected”, but also “indirectly connected” with another member in between. It also includes the case where it is. Also, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further provided instead of excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, the terms “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 상변화 냉각장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A’선 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B’선 단면도이다.1 is a perspective view schematically showing a phase change cooling apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line B-B' in FIG. .

도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 상변화 냉각장치는 냉각채널(100), 냉각매체(200), 트랩(300) 그리고 배출채널(400)을 포함할 수 있다.1 to 3, the phase change cooling device may include a cooling channel 100, a cooling medium 200, a trap 300, and a discharge channel 400.

냉각채널(100)은 일측면이 피냉각체(10)에 접촉되도록 구비될 수 있다.The cooling channel 100 may be provided so that one side contacts the object to be cooled 10.

냉각채널(100)은 열전도성이 뛰어난 소재로 이루어질 수 있다. 냉각채널(100)의 일측면은 피냉각체(10)와 접촉하면서 열을 전달받을 수 있도록 설치될 수 있다. The cooling channel 100 may be made of a material having excellent thermal conductivity. One side of the cooling channel 100 may be installed to receive heat while contacting the object to be cooled 10.

피냉각체(10)는 열원으로써, 예를 들어 PC에 내장되는 CPU, 그래픽 칩셋, 전기자동차에 장착되는 배터리팩과 같이 열을 발생하는 발열체를 의미할 수 있다.The object to be cooled 10 is a heat source, and may mean a heating element that generates heat, such as a CPU built in a PC, a graphic chipset, and a battery pack mounted in an electric vehicle.

냉각채널(100)은 냉각매체(200)가 유입되는 입구(110)와, 냉각매체(200)가 배출되는 출구(120)를 구비하며, 입구(110) 및 출구(120)에는 각각 냉각매체(200)의 이동을 안내하는 제1연결관(130)이 결합될 수 있다. 입구(110)에 연결되는 제1연결관(130)에는 냉각매체(200)의 유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브(미도시)가 추가로 구비될 수 있다.The cooling channel 100 includes an inlet 110 through which the cooling medium 200 is introduced, and an outlet 120 through which the cooling medium 200 is discharged. The cooling medium 100 is provided at the inlet 110 and the outlet 120, respectively. 200) may be coupled to the first connector 130 to guide the movement. The first connection pipe 130 connected to the inlet 110 may further be provided with a flow control valve (not shown) that can control the flow rate of the cooling medium 200.

냉각매체(200)는 냉각채널(100)의 내측에서 이동하며 피냉각체(10)의 열(H)을 흡수할 수 있다.The cooling medium 200 moves inside the cooling channel 100 and can absorb heat H of the object to be cooled 10.

냉각매체(200)는 상변화 물질(Phase Change Material)이라고 불리기도 하며, 상태 변화가 일어나는 포화점의 온도가 낮고, 비체적이 작은 물질 즉, 동일한 질량에 많은 열을 흡수할 수 있는 물질이 유리하다. The cooling medium 200 is also called a phase change material, and a material having a low saturation temperature at which a state change occurs is low and a specific volume is small, that is, a material capable of absorbing a lot of heat in the same mass is advantageous. .

특히, 냉각매체(200)는 피냉각체(10)에서 발생하는 열(H)의 온도대에서 액체상태에서 기체상태로 상변화가 일어나는 물질이 사용될 수 있다. 냉각매체(200)는 피냉각체(10)에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 피냉각체(10)가 CPU, GPU와 같이 고집적 칩셋인 경우, 냉각매체(200)는 이러한 고집적 칩셋이 작동하면서 발생하는 열의 온도대에서 액체상태에서 기체상태로 상변화가 일어나는 물질이 선택될 수 있다. 냉각매체(200)로는 물, 프레온 가스, 과불화탄소액(Perfluoro carbon liquid) 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는 것은 물론이다.In particular, the cooling medium 200 may be a material that undergoes a phase change from a liquid state to a gas state at a temperature range of heat H generated from the object to be cooled 10. The cooling medium 200 may be appropriately selected according to the object to be cooled 10. For example, when the object to be cooled 10 is a high-density chipset such as a CPU or a GPU, the cooling medium 200 is a substance that undergoes a phase change from a liquid state to a gaseous state at a temperature range of heat generated while the high-density chipset is operating. Can be selected. As the cooling medium 200, water, freon gas, perfluoro carbon liquid, or the like may be used, but of course, the present invention is not limited thereto.

도 4는 상변화 시에 열전달계수의 변화를 나타낸 그래프인데, 도 4의 (a)는 일정한 열유속 값에서 관류 시스템의 열전달계수의 변화를 나타낸 것이다. Figure 4 is a graph showing the change in the heat transfer coefficient at the time of phase change, Figure 4 (a) shows the change in the heat transfer coefficient of the perfusion system at a constant heat flux value.

열전달계수는 상변화가 일어나게 되면 높아질 수 있는데, 도 4의 (a)에서 보는 바와 같이, 열전달계수(α)는 포화수(Saturated Water)가 되는 제1지점(P1)의 근방에서 급격하게 높아지게 된다. 열전달계수(α)는 낮은 열유속(Low Heat Flux)에서는 제1곡선(C1)의 형태를 가지지만, 중간 열유속(Medium Heat Flux)에서는 제2곡선(C2)의 형태를 가지면서 낮은 열유속에서보다 높아지게 된다. 그리고, 높은 열유속(High Heat Flux)에서는 제3곡선(C3)의 형태를 가지면서 가장 높아지게 된다. 따라서, 피냉각체(10)의 열을 흡수하여 피냉각체(10)를 더욱 효과적으로 냉각시키기 위해서는 열전달계수(α)가 제3곡선(C3) 형태를 가지는 것이 바람직하다. 그러나, 열전달계수(α)가 제3곡선(C3)의 형태를 가지게 되면, 열전달계수(α)가 높은 상태로 유지되는 시간이 줄어들게 된다. 즉, 열전달계수(α)가 제1곡선(C1)의 형태를 가지는 경우에는 포화증기(Saturated Steam)가 되는 제2지점(P2)의 근방에서까지 열전단계수가 높은 상태로 지속될 수 있지만, 제2곡선(C2)의 형태 또는 제3곡선(C3)의 형태로 갈수록 열전달계수(α)가 높은 상태로 지속될 수 있는 시간은 감소하게 된다. 따라서, 피냉각체(10)의 냉각 효율이 증가하도록 하기 위해서는 열전달계수(α)가 제3곡선(C3)의 형태를 가지면서도 그 지속시간이 길어지도록 하는 것이 가장 바람직하다.The heat transfer coefficient may be increased when a phase change occurs, as shown in FIG. 4 (a), and the heat transfer coefficient α is rapidly increased in the vicinity of the first point P1 that becomes saturated water. . The heat transfer coefficient (α) has the shape of the first curve (C1) at low heat flux (Low Heat Flux), but has a shape of the second curve (C2) at medium heat flux (Medium Heat Flux) and is higher than at low heat flux. do. And, at a high heat flux (High Heat Flux) it has the shape of the third curve (C3) is the highest. Therefore, in order to absorb the heat of the body 10 to cool the body 10 more effectively, it is preferable that the heat transfer coefficient α has a third curve C3. However, when the heat transfer coefficient α has the shape of the third curve C3, the time for which the heat transfer coefficient α is maintained high is reduced. That is, when the heat transfer coefficient (α) has a form of the first curve (C1), the thermoelectric step number may be maintained in a high state until the vicinity of the second point (P2) which becomes saturated steam. As the shape of the curve C2 or the shape of the third curve C3 increases, the time that the heat transfer coefficient α can be maintained in a high state decreases. Therefore, in order to increase the cooling efficiency of the object to be cooled 10, it is most preferable that the heat transfer coefficient α has the shape of the third curve C3, but the duration thereof becomes long.

제1곡선(C1), 제2곡선(C2) 및 제3곡선(C3) 각각에서, 열전달계수가 가장 높은 상태에서 낮아지게 되는 지점을 연결하면 번아웃 곡선(Burnout Curve)인 제4곡선(C4)으로 나타낼 수 있다.In each of the first curve (C1), the second curve (C2), and the third curve (C3), when a point at which the heat transfer coefficient is lowered is connected, a fourth curve (C4) which is a burnout curve ).

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 냉각매체(200)가 냉각채널(100)의 입구(110)로 유입되어 냉각채널(100)을 따라 이동하게 되면, 냉각매체(200)는 피냉각체(10)의 열(H)을 흡수하여 비등하게 되고, 그러면 버블(210)이 발생하게 된다. 이러한 버블(210)은 피냉각체(10)의 열(H)을 흡수하는 시간이 길어질수록, 즉, 냉각채널(100)의 후방으로 갈수록 많이 발생하게 된다.Referring to FIGS. 1 to 3 again, when the cooling medium 200 flows along the cooling channel 100 by flowing into the inlet 110 of the cooling channel 100, the cooling medium 200 is the object to be cooled ( 10) by absorbing heat (H) to boil, then the bubble 210 is generated. The bubbles 210 are generated as the time for absorbing the heat H of the object to be cooled 10 increases, that is, toward the rear of the cooling channel 100.

앞에서 살펴본 바와 같이, 열원이 액체를 증발시켜야 액체에서 기체로 상변화가 이루어지게 되고, 이러한 상변화에 의해 높은 열전달 계수가 실현되고 유지될 수 있다. 그런데, 버블(210)이 생기는 순간 버블(210)은 냉각매체(200)와 섞이게 되고, 따라서 버블(210)이 많아질수록 열원과 냉각매체(200)가 접촉되는 면적은 줄어들게 된다. 그리고, 버블(210)이 열원과 많이 접촉하게 되면 기상(단상(One Phase))이 되기 때문에, 열전달 효과는 상변화 열전달에 비해 줄어들 수 있다.As described above, when the heat source evaporates the liquid, a phase change is carried out from the liquid to the gas, and a high heat transfer coefficient can be realized and maintained by the phase change. However, the moment the bubble 210 occurs, the bubble 210 mixes with the cooling medium 200, and thus, as the number of the bubbles 210 increases, the area where the heat source and the cooling medium 200 contact each other decreases. And, when the bubble 210 comes into contact with a heat source a lot, it becomes a gas phase (one phase), so the heat transfer effect can be reduced compared to a phase change heat transfer.

다르게 표현하여, 열원이 면적의 형태일 때, 열원이 액체와 접촉되어 액체가 기체로 상변화를 일으키게 되면 열전달계수가 커지면서 높은 열전달 효과를 가질 수 있지만, 열원이 버블과 접촉되어 단상이 일어나게 되면 열전달계수가 낮아지고 낮은 열전달 효과를 야기할 수 있다. 따라서, 버블을 열원으로부터 분리하는 것이 높은 열전달계수 유지에 도움이 되며, 본 발명에서는 버블을 열원으로부터 효과적으로 분리하기 위해서 트랩(300)이 마련된다.In other words, when the heat source is in the form of an area, when the heat source is in contact with the liquid and the liquid causes a phase change to gas, the heat transfer coefficient may increase and have a high heat transfer effect. However, when the heat source contacts the bubble, a single phase occurs, thereby causing heat transfer. The coefficient is lowered and may cause a low heat transfer effect. Therefore, separating the bubble from the heat source helps to maintain a high heat transfer coefficient, and in the present invention, a trap 300 is provided to effectively separate the bubble from the heat source.

트랩(300)은 냉각채널(100)의 내부에 구비되고, 냉각매체(200)가 피냉각체(10)의 열(H)을 흡수하여 상변화하면서 생성되는 버블(210)을 포획할 수 있다. 버블(210)의 효과적인 포획을 위해, 트랩(300)은 냉각채널(100)의 크기가 커지면 다수개가 구비될 수 있다.The trap 300 is provided inside the cooling channel 100, and the cooling medium 200 can absorb the heat (H) of the object to be cooled 10 to capture the bubbles 210 generated while changing phase. . For effective trapping of the bubble 210, a plurality of traps 300 may be provided when the size of the cooling channel 100 increases.

도 5는 도 1의 상변화 냉각장치의 트랩을 중심으로 나타낸 예시도이고, 도 6은 도 5의 트랩에서 버블이 생성 및 포집되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.5 is an exemplary view showing the trap of the phase change cooling device of FIG. 1 as a center, and FIG. 6 is an exemplary view for explaining that bubbles are generated and captured in the trap of FIG. 5.

도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 트랩(300)은 냉각채널(100)의 높이방향으로 연장되게 구비될 수 있다. 일 예로, 트랩(300)의 하단부는 냉각채널(100)의 하면에 밀착되고 상단부는 냉각채널(100)의 상면에 밀착될 수 있다. 5 and 6, the trap 300 may be provided to extend in the height direction of the cooling channel 100. For example, the lower end of the trap 300 may be in close contact with the lower surface of the cooling channel 100 and the upper end may be in close contact with the upper surface of the cooling channel 100.

트랩(300)은 냉각매체(200)의 이동방향(FD)의 반대방향으로 확대되도록 형성될 수 있으며, 오목부(310) 및 첨부(320)를 가질 수 있다. 오목부(310)는 냉각매체(200)의 이동방향의 반대방향으로 확대 형성되는 부분으로서 냉각매체(200)와 섞여 이동하는 버블(210)을 포획할 수 있다. 그리고, 첨부(320)는 냉각매체(200)의 이동방향(FD)으로 형성될 수 있다.The trap 300 may be formed to be enlarged in a direction opposite to the moving direction FD of the cooling medium 200, and may have a concave portion 310 and an attachment 320. The concave portion 310 is a portion that is enlarged and formed in a direction opposite to the direction in which the cooling medium 200 moves, and may mix and move the bubble 210 mixed with the cooling medium 200. In addition, the attachment 320 may be formed in the moving direction FD of the cooling medium 200.

트랩(300)이 냉각매체(200)의 이동방향(FD)의 반대방향으로 확대되도록 형성됨에 따라 트랩(300)의 후면(301)에서는 압력 강하가 발생하게 되고, 따라서, 트랩(300)의 후면(301)에서는 비등에 의한 버블의 발생이 용이해질 수 있다.As the trap 300 is formed to expand in the opposite direction to the moving direction FD of the cooling medium 200, a pressure drop occurs at the rear surface 301 of the trap 300, and thus, the rear surface of the trap 300 In 301, bubbles may be easily generated due to boiling.

트랩(300)의 후면(301)에 생성되는 버블은 크게 두 가지 형태로 이동할 수 있다. 즉, 일부의 버블(210a)은 이동하는 냉각매체(200)에 의해 트랩(300)의 후면(301)에서 떨어져 냉각매체(200)의 이동방향(FD)을 따라 바로 이동할 수 있다. 그리고, 또 다른 일부의 버블(210b)은 표면장력에 의해 트랩(300)의 후면(301)을 따라 이동할 수 있다. 버블(210b)이 트랩(300)의 후면(301)을 따라 이동하는 경우, 트랩(300)의 첨부(320)까지 이동되는 버블(210b)은 첨부(320)에서 떨어져 냉각매체(200)의 이동방향(FD)을 따라 이동할 수 있다. Bubbles generated on the rear surface 301 of the trap 300 can be largely moved in two forms. That is, some of the bubbles 210a may move directly along the moving direction FD of the cooling medium 200 away from the rear surface 301 of the trap 300 by the moving cooling medium 200. Then, another portion of the bubble 210b may move along the rear surface 301 of the trap 300 by surface tension. When the bubble 210b moves along the rear 301 of the trap 300, the bubble 210b moved to the attachment 320 of the trap 300 moves away from the attachment 320 and moves the cooling medium 200 It can move along the direction FD.

트랩(300)의 후방에 첨부(320)가 형성됨으로써, 트랩(300)의 후면(301)을 따라 이동하는 버블은 더욱 용이하게 트랩(300)으로부터 이탈될 수 있다.By attaching 320 to the rear of the trap 300, bubbles moving along the back 301 of the trap 300 can be more easily disengaged from the trap 300.

전방의 트랩(300a)에서 떨어져 이동하는 버블(210b)은 후방의 트랩(300b)의 오목부(310)에 포획될 수 있다. 이때, 후방의 트랩(300b)에서도 전술한 바와 같은 방식으로 새로운 버블(210c)이 생성될 수 있고, 이렇게 생성되는 버블(210c)은 더 후방에 마련되는 트랩으로 이동되어 포획될 수 있다.The bubble 210b moving away from the front trap 300a may be captured in the recess 310 of the rear trap 300b. At this time, in the trap 300b at the rear, a new bubble 210c may be generated in the same manner as described above, and the bubble 210c generated in this manner may be moved to a trap provided at the rear and captured.

한편, 냉각채널(100)의 타측면(101)에는 미세홀(102)이 형성될 수 있다. 여기서, 냉각채널(100)의 타측면(101)은 냉각채널(100)의 상면일 수 있다.Meanwhile, a micro hole 102 may be formed on the other side 101 of the cooling channel 100. Here, the other side 101 of the cooling channel 100 may be an upper surface of the cooling channel 100.

미세홀(102)은 트랩(300)의 오목부(310)에 대응되는 영역에 집중적으로 형성될 수 있고, 트랩(300)의 크기에 따라 미세홀(102)의 개수는 가감될 수 있다. 더하여 미세홀(102)은 이에 한정되지 않고 냉각채널(100)의 타측면(101)에 전체적으로 형성될 수도 있다. 또한, 미세홀(102)은 가공에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각채널(100)이 공극을 가지는 소재로 이루어지는 경우, 미세홀(102)은 이러한 공극일 수도 있다.The micro-hole 102 may be intensively formed in an area corresponding to the concave portion 310 of the trap 300, and the number of the micro-holes 102 may be adjusted according to the size of the trap 300. In addition, the micro-hole 102 is not limited to this, and may be formed entirely on the other side 101 of the cooling channel 100. In addition, the micro-hole 102 may be formed by processing, but is not limited thereto, and when the cooling channel 100 is made of a material having a void, the micro-hole 102 may be such a void.

버블은 냉각매체(200)보다 밀도가 작기 때문에 트랩(300)의 오목부(310)에 포획된 버블은 미세홀(102)을 통해 배출될 수 있다. 냉각매체(200)는 버블보다 밀도가 크고 일정한 속도로 이동하기 때문에 미세홀(102)의 크기를 충분히 작게 형성하면 냉각매체(200)는 미세홀(102)을 통해 상측으로 누출되지 않을 수 있다.Since the bubble has a smaller density than the cooling medium 200, bubbles trapped in the concave portion 310 of the trap 300 may be discharged through the micro-hole 102. Since the cooling medium 200 is denser than the bubble and moves at a constant speed, if the size of the micro hole 102 is sufficiently small, the cooling medium 200 may not leak upward through the micro hole 102.

한편, 도 7은 도 5의 트랩의 다른 실시예를 나타낸 예시도인데, 도 7에서 보는 바와 같이, 트랩(300b)은 그루브(350)를 더 가질 수 있다. 그루브(350)는 트랩(300b)의 후면(301)에 냉각채널(100)의 높이방향으로 형성될 수 있다. Meanwhile, FIG. 7 is an exemplary view showing another embodiment of the trap of FIG. 5, as shown in FIG. 7, the trap 300b may further have a groove 350. The groove 350 may be formed in the height direction of the cooling channel 100 on the rear surface 301 of the trap 300b.

트랩(300b)의 후면(301)에 그루브(350)가 더 형성되면 그루브(350)가 캐비티(Cavity)를 형성하여 주변보다 낮은 압력이 형성되기 때문에, 쉽게 상변화가 일어날 수 있고 버블 생성을 더욱 효과적으로 유도할 수 있다.When the groove 350 is further formed on the rear surface 301 of the trap 300b, since the groove 350 forms a cavity and a lower pressure is formed than the surroundings, phase change can easily occur and bubble generation is more likely. It can be induced effectively.

배출채널(400)은 냉각채널(100)의 타측면(101)에 구비되고, 트랩(300)에 의해 포획되고 미세홀(102)을 통해 유입되는 버블(210)이 배출되도록 안내할 수 있다.The discharge channel 400 is provided on the other side 101 of the cooling channel 100 and can be guided to discharge the bubble 210 captured by the trap 300 and flowing through the micro-hole 102.

냉각채널(100)의 타측면(101)은 냉각채널(100)의 상면이 됨과 동시에 배출채널(400)의 하면이 될 수 있다. 따라서, 미세홀(102)으로 배출되는 버블(210)은 곧장 배출채널(400)로 유입될 수 있다. The other side 101 of the cooling channel 100 becomes the upper surface of the cooling channel 100 and may be the lower surface of the discharge channel 400. Therefore, the bubble 210 discharged to the micro hole 102 may be directly introduced into the discharge channel 400.

배출채널(400)의 후방에는 출구(410)가 마련될 수 있다. 배출채널(400)로 유입되는 버블(210)은 출구(410)를 통해 바로 대기 중으로 배출될 수 있다. 또는, 출구(410)에는 제2연결관(420)이 결합될 수 있고, 제2연결관(420)에는 배출채널(400) 내부의 버블(210)을 흡입하기 위한 별도의 석션부(미도시)가 더 연결될 수도 있다. An outlet 410 may be provided at the rear of the discharge channel 400. The bubble 210 flowing into the discharge channel 400 may be discharged directly into the atmosphere through the outlet 410. Alternatively, a second connection pipe 420 may be coupled to the outlet 410, and a separate suction unit (not shown) for sucking the bubble 210 inside the discharge channel 400 may be coupled to the second connection pipe 420. ) May be further connected.

앞에서는 배출채널(400)을 통해 버블(210)이 배출된다고 하였으나, 이는 편의상 이렇게 설명한 것이며, 실제로는 버블(210)은 배출채널(400)로 유입되는 순간 버블의 형태가 아니라 증발기체(Evaporated Gas)의 상태일 수 있다.In the foregoing, it was said that the bubble 210 is discharged through the discharge channel 400, but this is described for convenience, and in reality, the bubble 210 is not the shape of the bubble when it enters the discharge channel 400, but the evaporated gas. ).

본 발명에 따르면, 냉각채널(100)에서 발생하는 버블(210)을 트랩(300)을 이용하여 효과적으로 배출채널(400)로 배출시킴으로써, 버블(210) 생성으로 인한 냉각채널(100) 내부의 압력강하를 방지할 수 있고, 냉각채널(100)에서 버블(210)의 양을 줄여 냉각채널(100)의 전체 구간에서 냉각매체(200)의 상변화가 완료되지 않고 냉각매체(200)가 계속해서 상변화하도록 할 수 있다.According to the present invention, by effectively discharging the bubble 210 generated in the cooling channel 100 to the discharge channel 400 using the trap 300, the pressure inside the cooling channel 100 due to the creation of the bubble 210 It is possible to prevent the drop, and by reducing the amount of the bubble 210 in the cooling channel 100, the phase change of the cooling medium 200 is not completed in the entire section of the cooling channel 100, and the cooling medium 200 continues. You can make it phase change.

도 4의 (b)는 본 발명에 따른 냉각매체의 상변화 시에 열전달계수의 변화를 나타낸 것인데, 전술한 바와 같이, 냉각매체의 상변화가 완료되지 않고 냉각매체가 계속해서 상변화하도록 함으로써, 도 4의 (b)에서 보는 바와 같이, 열전달계수(α)가 제3곡선(C3’)의 형태를 가지도록 할 수 있다. 즉, 열전달계수(α)가 높은 상태가 되도록 하면서도 이러한 상태를 유지하는 시간도 더욱 연장되도록 변화할 수 있다. 이에 따라, 제4곡선(C4’)은 제2지점(P2) 방향으로 더 연장된 위치에 형성될 수 있다. Figure 4 (b) shows a change in the heat transfer coefficient when the phase change of the cooling medium according to the present invention, as described above, the phase change of the cooling medium is not completed by allowing the cooling medium to continuously phase change, As shown in FIG. 4 (b), the heat transfer coefficient α may have a shape of a third curve C3 '. That is, the time for maintaining the state while maintaining the high heat transfer coefficient (α) can be changed to be extended. Accordingly, the fourth curve C4 'may be formed at a position extending further in the direction of the second point P2.

이처럼, 본 발명에 따르면, 버블(210)을 제거하여 냉각매체(200)의 상변화가 완료되지 않고 상변화가 계속되도록 유도하여 열전단계수가 높은 상태로 유지되는 시간을 늘릴 수 있으며, 이를 통해, 더욱 높은 냉각효율 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, by removing the bubble 210, the phase change of the cooling medium 200 is not completed and the phase change can be continued to increase the time for which the thermoelectric step number is kept high, through which A higher cooling efficiency effect can be obtained.

한편, 도 8은 도 1의 상변화 냉각장치의 냉각채널 및 배출채널의 다른 실시예를 나타낸 예시도인데, 도 8에서 보는 바와 같이, 냉각채널(100)은 냉각매체(200)의 흐름방향으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성될 수 있다. 그리고, 배출채널(400)은 냉각매체(200)의 흐름방향으로 갈수록 단면적이 커지도록 형성될 수 있다.On the other hand, Figure 8 is an exemplary view showing another embodiment of the cooling channel and the discharge channel of the phase change cooling device of Figure 1, as shown in Figure 8, the cooling channel 100 is the flow direction of the cooling medium 200 It may be formed to have a smaller cross-sectional area. In addition, the discharge channel 400 may be formed to have a larger cross-sectional area toward the flow direction of the cooling medium 200.

냉각매체(200)는 피냉각체(10)의 열을 흡수하면서 증발이 계속될 수 있기 때문에, 냉각채널(100)의 후방으로 갈수록 냉각매체(200)의 유량이 줄어들어 이동속도가 감소할 수 있다. 그런데, 냉각채널(100)이 냉각매체(200)의 흐름방향으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성되면 냉각채널(100)의 후단에서도 냉각매체(200)의 이동속도가 유지되도록 할 수 있다.Since the cooling medium 200 can continue to evaporate while absorbing the heat of the object to be cooled 10, the flow rate of the cooling medium 200 decreases toward the rear of the cooling channel 100, so that the moving speed may decrease. . However, if the cooling channel 100 is formed to have a smaller cross-sectional area toward the flow direction of the cooling medium 200, the moving speed of the cooling medium 200 can be maintained even at the rear end of the cooling channel 100.

냉각채널(100)이 냉각매체(200)의 흐름방향으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성되면, 트랩(300)또한 냉각매체(200)의 흐름방향으로 갈수록 높이가 작아지도록 형성될 수 있다.When the cooling channel 100 is formed to decrease in cross-sectional area toward the flow direction of the cooling medium 200, the trap 300 may also be formed to decrease in height toward the flow direction of the cooling medium 200.

그리고, 버블(210)은 냉각채널(100)의 후단으로 갈수록 발생량이 증가하기 때문에 배출채널(400)의 전단에서보다 후단에서 더욱 많은 양의 기체가 유입되어 차압이 커질 수 있다. 그런데 배출채널(400)이 냉각매체(200)의 흐름방향으로 갈수록 단면적이 커지도록 형성되면, 이러한 높은 차압을 개선할 수 있다.In addition, since the amount of generation of the bubble 210 increases toward the rear end of the cooling channel 100, a greater amount of gas is introduced at the rear end than at the front end of the discharge channel 400, so that the differential pressure may increase. However, when the discharge channel 400 is formed such that the cross-sectional area increases toward the flow direction of the cooling medium 200, such a high differential pressure can be improved.

도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 상변화 냉각방법을 나타낸 흐름도이다.9 is a flowchart showing a phase change cooling method according to a first embodiment of the present invention.

도 9에서 보는 바와 같이, 상면화 냉각방법은 열 흡수단계(S510), 버블 포획단계(S520) 그리고 배출단계(S530)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 9, the top surface cooling method may include a heat absorption step (S510), a bubble capture step (S520), and a discharge step (S530).

열 흡수단계(S510)는 피냉각체에 일측면이 접촉되게 구비되고, 타측면에는 미세홀이 형성되는 냉각채널의 내측에 냉각매체를 이동시켜 피냉각체의 열을 흡수하는 단계일 수 있다.The heat absorption step (S510) may be a step of absorbing heat of the object to be cooled by moving the cooling medium inside a cooling channel in which a micro hole is formed on one side of the object to be cooled.

열 흡수단계(S510)에서는 냉각매체는 피냉각체에서 발생하는 열의 온도대에서 액체상태에서 기체상태로 상변화가 일어날 수 있다.In the heat absorption step (S510), the cooling medium may undergo a phase change from a liquid state to a gaseous state at a temperature range of heat generated from the object to be cooled.

버블 포획단계(S520)는 냉각채널의 내부에 구비되는 트랩이 냉각매체가 피냉각체의 열을 흡수하여 상변화하면서 생성되는 버블을 포획하는 단계일 수 있다.The bubble capturing step (S520) may be a step in which traps provided in the cooling channel capture bubbles generated while the cooling medium absorbs heat of the object to be cooled and changes phase.

트랩은 냉각채널의 높이방향으로 연장되게 형성되며, 냉각매체의 이동방향의 반대방향으로 확대 형성되도록 구비되는 오목부를 가질 수 있다. 버블 포획단계(S520)에서 냉각채널에서 생성되어 이동하는 버블은 오목부에 의해 포획될 수 있다.The trap is formed to extend in the height direction of the cooling channel, and may have a concave portion provided to be enlarged in the opposite direction to the moving direction of the cooling medium. In the bubble capturing step (S520), bubbles generated and moved in the cooling channel may be captured by the concave portion.

배출단계(S530)는 냉각채널의 타측면에 구비되는 배출채널이 트랩에 의해 포획되고 미세홀을 통해 유입되는 버블이 배출되도록 하는 단계일 수 있다.The discharging step (S530) may be a step in which the discharging channel provided on the other side of the cooling channel is captured by the trap and the bubbles flowing through the micro holes are discharged.

여기서, 미세홀은 트랩의 오목부에 대응되는 영역에 형성될 수 있으며, 오목부에 의해 포획되는 버블은 미세홀을 통해 상기 배출채널로 유입될 수 있다. Here, the micro-hole may be formed in a region corresponding to the recess of the trap, and bubbles captured by the recess may flow into the discharge channel through the micro-hole.

트랩의 후면에서는 압력 강하가 발생할 수 있기 때문에, 버블이 더욱 잘 생성될 수 있는 환경이 제공될 수 있는데, 냉각매체의 이동방향을 향하는 트랩의 후면에 냉각채널의 높이방향으로 형성되는 그루브가 더 형성되도록 하여 버블이 더욱 효과적으로 생성될 수 있는 환경을 제공할 수 있다.Since a pressure drop may occur at the rear side of the trap, an environment in which bubbles can be more easily generated may be provided. A groove formed in the height direction of the cooling channel is further formed at the rear side of the trap facing the direction of movement of the cooling medium. By doing so, it is possible to provide an environment in which bubbles can be generated more effectively.

냉각채널에서 생성되는 버블을 트랩을 이용하여 배출채널로 배출시킴으로써, 냉각채널의 전체구간에서 냉각매체의 상변화가 완료되지 못하고 계속해서 상변화가 진행되도록 함으로써, 더욱 높은 열전달계수가 유지되도록 할 수 있으며, 이를 통해 보다 높은 냉각효율을 구현할 수 있다.By discharging the bubbles generated in the cooling channel to the discharge channel using traps, the phase change of the cooling medium in the entire section of the cooling channel is not completed and the phase change continues, so that a higher heat transfer coefficient can be maintained. In this way, higher cooling efficiency can be realized.

도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 상변화 냉각장치를 나타낸 단면예시도이다. 10 is a sectional view illustrating a phase change cooling device according to a second embodiment of the present invention.

도 10에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 상변화 냉각장치에서는 냉각채널(100) 및 배출채널(400)이 피냉각체(10)의 양측에 각각 마련될 수 있다. 즉, 피냉각체(10)를 기준으로, 피냉각체(10)의 상면 및 하면에 접촉되도록 냉각채널(100)이 각각 마련되고, 다시 냉각채널(100)에는 배출채널(400)이 각각 마련될 수 있다. 이러한 배치 구조를 가지게 되면, 냉각매체(200)의 유량을 더욱 증가시켜 피냉각체(10)의 열을 더욱 많이 흡수할 수 있기 때문에, 냉각효율이 증가되도록 할 수 있다.As shown in FIG. 10, in the phase change cooling apparatus according to the present embodiment, cooling channels 100 and discharge channels 400 may be provided on both sides of the object to be cooled 10, respectively. That is, based on the object to be cooled 10, cooling channels 100 are respectively provided to contact the upper and lower surfaces of the object to be cooled 10, and again, the cooling channels 100 are provided with discharge channels 400, respectively. Can be. When this arrangement is made, the flow rate of the cooling medium 200 can be further increased to absorb more heat of the object to be cooled 10, so that the cooling efficiency can be increased.

본 실시예에서도 냉각채널(100)에 마련되는 트랩(300)을 통해 포획되는 버블(210)이 배출채널(400)을 통해 배출되는 과정은 전술한 제1실시예와 동일하다.In this embodiment, the process of discharging the bubble 210 captured through the trap 300 provided in the cooling channel 100 through the discharge channel 400 is the same as the first embodiment described above.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration only, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.

10: 피냉각체
100: 냉각채널
102: 미세홀
200: 냉각매체
210: 버블
300: 트랩
310: 오목부
320: 첨부
350: 그루브
400: 배출채널
10: object to be cooled
100: cooling channel
102: micro hole
200: cooling medium
210: bubble
300: trap
310: recess
320: Attach
350: Groove
400: discharge channel

Claims (10)

일측면은 피냉각체에 접촉되고, 타측면에는 미세홀이 형성되는 냉각채널;
상기 냉각채널의 내측에서 이동하며 상기 피냉각체의 열을 흡수하는 냉각매체;
상기 냉각채널의 내부에 구비되고, 상기 냉각매체가 상기 피냉각체의 열을 흡수하여 상변화하면서 생성되는 버블을 포획하는 트랩; 그리고
상기 냉각채널의 타측면에 구비되고, 상기 트랩에 의해 포획되고 상기 미세홀을 통해 유입되는 상기 버블이 배출되도록 안내하는 배출채널을 포함하고,
상기 냉각매체는 상기 피냉각체에서 발생하는 열의 온도대에서 액체상태에서 기체상태로 상변화가 일어나는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각장치.
One side is in contact with the body to be cooled, the other side is a cooling channel in which micro holes are formed;
A cooling medium that moves inside the cooling channel and absorbs heat of the object to be cooled;
A trap provided inside the cooling channel and trapping bubbles generated while the cooling medium absorbs heat of the object to be cooled and changes phase; And
It is provided on the other side of the cooling channel, and includes a discharge channel that guides the bubbles trapped by the trap and introduced through the micro-hole to discharge,
The cooling medium is a phase change cooling device, characterized in that the phase change occurs from the liquid state to the gaseous state at a temperature range of heat generated from the object to be cooled.
제1항에 있어서,
상기 트랩은 상기 냉각채널의 높이방향으로 연장되게 형성되고, 상기 냉각매체의 이동방향의 반대방향으로 확대 형성되도록 구비되어 이동하는 상기 버블을 포획하는 오목부와, 상기 냉각매체의 이동방향으로 형성되는 첨부를 가지는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각장치.
According to claim 1,
The trap is formed to extend in the height direction of the cooling channel, and is provided to be enlarged in a direction opposite to the moving direction of the cooling medium, to form a concave portion for capturing the moving bubbles, and to be formed in the moving direction of the cooling medium. Phase change cooling device, characterized in that it has an attachment.
제2항에 있어서,
상기 트랩은 상기 냉각매체의 이동방향을 향하는 후면에 상기 냉각채널의 높이방향으로 형성되는 그루브를 더 가지는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각장치.
According to claim 2,
The trap is a phase change cooling device characterized in that it further has a groove formed in the height direction of the cooling channel on the rear facing the moving direction of the cooling medium.
제2항에 있어서,
상기 미세홀은 상기 트랩의 오목부에 대응되는 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각장치.
According to claim 2,
The fine hole is formed in the region corresponding to the recess of the trap phase change cooling device, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 냉각채널은 상기 냉각매체의 흐름방향으로 갈수록 단면적이 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각장치.
According to claim 1,
The cooling channel is a phase change cooling device, characterized in that formed in such a way that the cross-sectional area becomes smaller toward the flow direction of the cooling medium.
제1항에 있어서,
상기 배출채널은 상기 냉각매체의 흐름방향으로 갈수록 단면적이 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각장치.
According to claim 1,
The discharge channel is a phase change cooling device characterized in that the cross-sectional area is formed to increase toward the flow direction of the cooling medium.
일측면은 피냉각체에 접촉되고, 타측면에는 미세홀이 형성되는 냉각채널의 내측에 냉각매체를 이동시켜 상기 피냉각체의 열을 흡수하는 열 흡수단계;
상기 냉각채널의 내부에 구비되는 트랩이 상기 냉각매체가 상기 피냉각체의 열을 흡수하여 상변화하면서 생성되는 버블을 포획하는 버블 포획단계; 그리고
상기 냉각채널의 타측면에 구비되는 배출채널이 상기 트랩에 의해 포획되고 상기 미세홀을 통해 유입되는 상기 버블이 배출되도록 하는 배출단계를 포함하고,
상기 열 흡수단계에서, 상기 냉각매체는 상기 피냉각체에서 발생하는 열의 온도대에서 액체상태에서 기체상태로 상변화가 일어나는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각방법.
A heat absorbing step of absorbing heat of the object to be cooled by moving a cooling medium inside a cooling channel in which one side is in contact with the object to be cooled and a micro hole is formed on the other side;
A bubble trapping step in which a trap provided inside the cooling channel traps bubbles generated while the cooling medium absorbs heat of the object to be cooled and changes phase; And
And a discharge step in which the discharge channel provided on the other side of the cooling channel is captured by the trap and the bubbles flowing through the micro hole are discharged.
In the heat absorption step, the cooling medium is a phase change cooling method characterized in that the phase change occurs in a liquid state to a gaseous state at a temperature range of heat generated in the object to be cooled.
제7항에 있어서,
상기 트랩은 상기 냉각채널의 높이방향으로 연장되게 형성되고, 상기 냉각매체의 이동방향의 반대방향으로 확대 형성되도록 구비되는 오목부를 가지고, 상기 냉각채널에서 생성되어 이동하는 상기 버블은 상기 오목부에 의해 포획되는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각방법.
The method of claim 7,
The trap is formed to extend in the height direction of the cooling channel, and has a concave portion provided to be enlarged in a direction opposite to the moving direction of the cooling medium, and the bubbles generated and moved in the cooling channel are moved by the concave portion. A phase change cooling method characterized by being captured.
제8항에 있어서,
상기 오목부에 의해 포획되는 상기 버블은 상기 트랩의 오목부에 대응되는 영역에 형성되는 상기 미세홀을 통해 상기 배출채널로 유입되는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각방법.
The method of claim 8,
The bubble trapped by the concave portion is a phase change cooling method, characterized in that flowing into the discharge channel through the micro-hole formed in the region corresponding to the concave portion of the trap.
제8항에 있어서,
상기 트랩은 상기 냉각매체의 이동방향을 향하는 후면에 상기 냉각채널의 높이방향으로 형성되는 그루브를 더 가지는 것을 특징으로 하는 상변화 냉각방법.
The method of claim 8,
The trap is a phase change cooling method characterized in that it further has a groove formed in the height direction of the cooling channel on the rear facing the moving direction of the cooling medium.
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