소개글
"히트파이프"에 대한 내용입니다.
목차
1. 히트파이프 기술 개요
1.1. 히트파이프의 역사
1.2. 히트파이프의 원리 및 작동 메커니즘
1.3. 히트파이프의 분류
1.4. 히트파이프의 응용 분야
2. 히트파이프의 구조와 제작
2.1. 히트파이프의 구조
2.2. 히트파이프 제작 공정
2.3. 히트파이프 성능 평가
3. 스마트폰의 발열 문제와 해결 방안
3.1. 스마트폰 발열의 원인
3.2. 전자기기의 방열 기술
3.3. 스마트폰 냉각 장치의 종류
3.4. 방열 소재 및 특성 분석
4. 스마트폰 발열 저감을 위한 설계 개선
4.1. 스마트폰 설계 변화
4.2. 히트싱크 핀 배열 최적화
4.3. 히트싱크 두께 및 핀 개수에 따른 방열 성능
4.4. 히트싱크 소재 선정
5. 결론
6. 참고 문헌
본문내용
1. 히트파이프 기술 개요
1.1. 히트파이프의 역사
히트파이프(Heat pipe)의 역사는 미국, 일본 등 선진국에서 오랜 기간 동안 활발하게 연구가 진행되었다"이다. 히트파이프에 관한 연구는 석유파동 이후 에너지 절약을 위한 노력의 일환으로 1980년대부터 본격적으로 이루어졌다. 이 시기에 폐열회수 장치가 많이 개발되면서 히트파이프를 전열소자로 사용한 폐열회수 장치가 상당히 늘어났고, 이에 따라 히트파이프의 생산량도 급격한 신장세를 보였다. 히트파이프는 응답성이 좋고, 구조가 간단하며, 전열성이 뛰어난 장점으로 인해 많은 연구가 이루어졌다. 하지만 국내에서는 국가 차원의 전략적 계획이 수립되지 않아, 소수의 전문가들이 중심이 되어 기존 민수용 산업에 히트파이프 기술을 접목하는 연구가 진행되었다. 최근에는 관련 벤처기업들이 설립되어 제품을 생산하고, 열처리 전문 업체들이 히트파이프를 LCD시장에 적용하는 등 급속한 성장을 보이고 있다.
1.2. 히트파이프의 원리 및 작동 메커니즘
히트파이프의 원리 및 작동 메커니즘은 다음과 같다.
히트파이프는 밀폐용기 내부의 작동유체가 연속적으로 기체와 액체간의 상변화 과정을 통하여 용기 양단 사이에 열을 전달하는 장치로, 잠열을 이용하여 열을 이동시킴으로써 단일상의 작동유체를 이용하는 통상적인 열전달 기기에 비해 매우 큰 열전달 성능을 발휘한다.
히트파이프의 기본적인 구조는 밀폐용기, 작동유체와 용기내부의 wick(모세관)으로 이루어지며, 외벽의 재료 및 작동유체의 종류, 모세관 구조물의 종류, 액체의 귀환방법, 내부의 기하학적 형태, 작동온도 등에 따라 다양하게 분류된다.
히트파이프의 작동 원리는 다음과 같다. 증발부에 열이 가해지면 외벽을 통해 열전도에 의해 열이 전달되고, 용기내부에 있는 액상의 작동유체로 전달된다. 이때 액체는 wick표면에서 증발을 일으키고 증발부의 증기영역은 증기밀도와 압력을 증가시킨다. 이 결과 용기 중심부 증기통로에는 상대적으로 밀도와 압력이 낮은 응축부 방향으로 압력구배가 생성되어 증기가 이동하게 된다. 증기는 상대적으로 온도가 낮은 응축부 내벽에서 냉각되어 열을 방출하고 액상으로 돌아간다. 액상인 동작유체는 wick내부 기공을 통하여 wick의 모세압 또는 중력에 의해 증발부 쪽으로 귀환을 하게 된다. 이러한 과정을 반복하면서 열을 증발부에서 응축부로 이송하게 된다.
이러한 히트파이프의 작동 원리는 열역학, 유체역학, 열전달의 원리에 기반한다. 구체적으로는 히트파이프 내부의 기체-액체 상변화와 관련된 열역학적 평형 상태, 증기와 액체의 유동 및 압력 평형, 전도, 대류, 복사 열전달 등의 기본 원리에 따라 작동된다.
1.3. 히트파이프의 분류
히트파이프는 작동유체의 귀환 방법에 따라 다양한 종류로 분류된다. 모세관력에 의해 작동유체의 귀환이 이루어지는 "표준형 히트파이프(Standard heat pipe)"가 가장 일반적이다. 히트파이프 내부에는 금속 메시 또는 그루브 형태의 모세관 구조물인 "wick"이 장착되어 있어, 이 wick 구조를 통해 작동유체가 증발부로 귀환한다. 이와 달리 "열사이폰(Thermosyphon)"은 중력을 이용하여 작동유체가 귀환하는 타입으로, wick이 없이 단순한 구조를 가진다. 따라서 열사이폰은 증발부가 응축부보다 반드시 아래쪽에 위치해야 한다는 제약이 있다.
또한 히트파이프에는 "회전 히트파이프(Rotating heat pipe)"와 같이 원심력을 이용하여 작동유체를 귀환시키는 방식도 있다. 이 경우 wick 없이 회전에 따른 원심력으로 작동유체가 이동한다. 그 밖에 정전기력, 자기력, 삼투압 등을 이용하여 작동유체를 귀환시키는 전기동력식, 자기동력식, 삼투압식 히트파이프 등이 존재한다.
히트파이프는 작동온도 범위에 따라서도 극저온용, 저온용, 중온용, 고온용, 초고온용으로 분류된다. 사용하는 작동유체의 종류가 달라지며, 극저온에서는 헬륨, 아르곤, 질소 등이, 저온에서는 물, 암모니아, 에탄올 등의 작동유체가 사용된다. 고온용에는 세슘, 나트륨 등, 초고온용에는 리튬, 납 등의 작동유체가 적용된다.
이처럼 히트파이프는 작동유체 귀환 방식과 온도 범위에 따라 다양한 종류로 분류되며, 다양한 응용분야에 적용되고 있다.
1.4. 히트파이프의 응용 분야
히트파이프는 다양한 분야에서 응용되고 있다. 인공위성을 시작으로 폐열회수 용 열교환기, 전기장치 및 전자소자의 냉각, 음향기기의 냉각, 태양열과 지열의 유효이용, 플라스틱 금형의 냉각, 공작기계의 주축 냉각, 포장기계, 주방기기, 전력케이블의 냉각, 엔진 및 브레이크의 냉각 등 광범위한 응용분야를 가지고 있다""
우주항공 분야에서는 인공위성의 열제어에 히트파이프가 널...
참고 자료
서승규(2016), 최신 스마트폰에서 발열을 고려한 성능 및 전력 개선에 대한 사례 연구
권민성(2017), 휴대용 SSD 외장 하드드라이브 발열문제 개선을 위한 디자인개발 연구
기초과학연구원, 권예슬, “스마트폰 발열이 배터리 수명 줄이는 원인 규명”, https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000735/selectBoardArticle.do?nttId=19022.
이재욱(2015), 모바일 장치에서의 표면온도 인지를 통한 발열 관리 기법
가부시키가이샤후지쿠라, 베이퍼 챔버, KR20180048972A, filed May 10, 2018, and issued June 22, 2017
윤준규(2020), 히트싱크의 형상변화에 따른 테스크탑 PC용 CPU냉각의 열전달특성에 관한 연구
조재웅, 한문식(2011), 팬의 위치에 따른 컴퓨터 본체 내부의 공기유동에 관한 시뮬레이션 해석
Soowon Kang 외 5, Fire in Your Hands: Understanding Thermal Behavior of Smartphones
방열소재 및 방열접착 기술시장동향 및 사업화 이슈분석, 한국과학기술정보연구원, 2013
유영은 외 3(2016), 열전도성 고분자 복합소재/금속 소재 하이브리드 구조의 방열기구 설계 및 방열특성에 관한 연구
이황래 외 3, 열전도성 고분자 복합재료의 최신 연구동향
윤여성 외 5, 전기자동차 배터리 하우징용 열전도성 고분자 복합재료
한국과학기술연구원, 열전도성 고분자 복합소재 및 이의 제조방법, 10-2014-0032793, fi led September 7,2012, and issued March 17, 2014.
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