均热板及使用于此的工作流体的制作方法

1.本发明涉及均热板及使用于此的工作流体。


背景技术：

2.通常，均热板导热性优秀，因此可用于各种领域，冷却诸如计算机cpu的特定位置的发热部或回收特定热的情况等。该均热板由用金属材料制成的管状外壳和容纳于外壳内部的工作流体构成。据此，在壳体一侧加热时，工作流体在该加热部的内部空间中蒸发，蒸发的蒸汽迅速移动到不加热的另一侧冷凝，从而起到将加热部(蒸发部)的热以潜热(latent heat)的形式传递于冷凝部的作用。
3.不锈钢及铜材料的均热板通常使用潜热优秀并且环保的蒸馏水作为工作流体，但是的铝的情况下，因为蒸馏水的腐蚀问题而无法使用。
4.通常在铝使用的工作流体使用氨和丙酮等，但由于毒性和易燃性问题，除了特殊环境条件以外，hfo和hfe系非易燃性工作流体是目前正在商业化使用的。然而，这些非易燃性流体的缺点是蒸发潜热明显低于丙酮，因此传热效率非常低，需要使用相对大量的流体。
5.另外，存在如下的问题：相比于使用氨和丙酮的情况，需要将均热板内部空间增加2～3倍以上才能够保障最大传热。


技术实现要素：

6.要解决的问题
7.本发明的一目的在于提供一种均热板及使用于此的工作流体，保持丙酮的高热特性的同时解决易燃性问题，进而更加安全且有效地适用于通用电子设备类和工业领域。
8.解决问题的手段
9.用于实现上述目的的本发明一方面的均热板可包括：上板，具有第一结构面；下板，具有第二结构面，所述第二结构面与所述第一结构面相互面对；气态通道，形成在所述第一结构面及所述第二结构面中的至少一个，并且形成气态的工作流体通过热能从蒸发部向冷凝部流动的通道；及液态通道，形成在所述第一结构面及所述第二结构面中的至少一个，并且形成液态的工作流体通过毛细力从所述冷凝部向所述蒸发部移动的通道；其中，所述工作流体包含丙酮和氢氟烃(hydrofluorocarbon)的混合物。
10.在此，所述氢氟烃可包含十氟戊烷。
11.在此，所述工作流体为对于所述丙酮100重量部可包含17至25重量部的十氟戊烷。
12.在此，所述气态通道和所述液态通道中的至少一个可包括通过对所述第一结构面或所述第二结构面执行蚀刻工艺而形成的沟槽。
13.本发明另一方面的均热板用工作流体作为在均热板内汽化后重新液化的同时冷却热能时使用的工作流体，包含丙酮及氢氟烃(hydrofluorocarbon)；所述氢氟烃在一个大气压状态下沸点可在50℃至60℃范围内。
14.在此，所述氢氟烃可包含十氟戊烷。
15.在此，所述工作流体对所述丙酮100重量部可包含17至25重量部的十氟戊烷。
16.发明的效果
17.根据如上述构成的本发明的均热板及使用于此的工作流体，在形成在上板和下板之间的液态通道及气态通道流动的同时传递热的工作流体由丙酮和氢氟烃的混合而成，因此保持丙酮的高热特性的同时可解决易燃性问题。据此，均热板可更加安全且有效地使用于通用电子设备类和工业领域。
附图说明
18.图1是本发明的一实施例的均热板100的概略的分解立体图。
19.图2是图1的均热板100的组装状态下的具体剖面图。
20.图3是根据图2的均热板100的一变形例制作的均热板100’的分解照片。
21.图4是示出用于形成液态通道170的灯芯种类的图片。
22.图5是根据图2的均热板100的另一变形例制作的均热板100”中的温度测量位置的相关概念图。
23.图6是示出在图5的均热板100”注入实施例的工作流体测量的温度分布的曲线图。
24.图7是示出对图5的均热板100”注入比较例的工作流体测量的温度分布的曲线图。
25.图8是示出实施例及比较例中根据功率的热阻的曲线图。
26.(附图标记说明)
27.100、100'、100"：均热板
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110：上板
28.130：下板
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150：气态通道
29.170：液态通道
具体实施方式
30.以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例的均热板及使用于此的工作流体。在本说明书中，即使是相互不同的实施例，对于相同及类似的结构赋予相同及类似的附图标记，并且说明也是由最初的说明代替。
31.参照图1，均热板100大致由上板110和下板130结合而成。
32.上板110和下板130分别由直角四边形形状的板件构成。例如，可用铝、不锈钢、钛、铜等制作。上板110和下板130是相互层叠结合的，可具有相同的尺寸和形状。
33.在上板110和下板130中相互面对的面分别为第一结构面111和第二结构面131。其中，在至少一个可通过冲压、蚀刻(etching)等的方式形成气态通道150(参照图2)。在上板110和下板130中暴露在外部的面可分别称为第一暴露面112和第二暴露面132。另外，在上板110和下板130的一角落凸出形成注入口形成部113、133。这种注入口形成部113、133在将工作流体注入于气态通道150等之后被切掉。
34.参照图2，说明这种均热板100的具体结构。
35.参照图2，为了接合上板110和下板130，沿着第一暴露面112和第二暴露面132的边缘形成有焊接槽114、134。焊接槽114、134可通过蚀刻上板110和下板130等的方式形成。通过对这种焊接槽114、134照射红外线，上板110和下板130彼此之间可通过焊接接合。通过这种焊接接合，将焊接点和周边的热变形最小化来提高焊接性的同时抑制因为热变形导致上
板110及下板130的塑性变形(软化)，将薄片型均热板100的刚性保持不变，因此相比于以往可保持更大的张力。
36.通过蚀刻第一结构面111和第二结构面131可形成气态通道150和液态通道170。气态通道150和液态通道170能够以相互并列的状态交替排列。在本实施例中，气态通道150为4个，液态通道170为在一对气态通道150之间各配置3个。
37.气态通道150是通过对第一结构面111和第二结构面131进行蚀刻而形成的空间。对于第一结构面111和第二结构面131的蚀刻深度可相同。该空间是气态的工作流体通过热能从蒸发部ez(参照图3)向冷凝部cz(参照图3)流动的通道。
38.在气态通道150内可形成有间隔保持凸起115、135。间隔保持凸起115、135在气态通道150的蚀刻工艺中，可由未被蚀刻的部分形成。间隔保持凸起115、135分别形成在上板110或下板130，并且彼此可具有相同的高度。间隔保持凸起115、135限制因为气态通道150内部的真空而向内部作用的外部力导致上板110和下板130向彼此压缩，以使气态通道150能够稳定地保持形状。在附图中间隔保持凸起115、135是概念性表示的，其具体形状可参照图3。
39.在气态通道150中，最外廓通道可称为外廓散热通道155。在外廓散热通道155中气态的工作流体可有效向外部散发热能，为了将这种散热最大化，外廓散热通道155至少可占据最外廓通道的一部分。
40.液态通道170也是通过蚀刻第一结构面111和第二结构面131而形成的空间。对于液态通道170的情况，蚀刻第一结构面111和第二结构面131的深度也可相同。该空间形成液态的工作流体通过毛细力从冷凝部cz返回蒸发部ez的通道。为使这种毛细力顺利起到作用，相比于气态通道150具有宽度更小的沟槽。通过这种毛细力，液态的工作流体可不受重力影响地移动于沟槽内。在本实施例中，在一个液态通道170形成有2个至5个沟槽。
41.现在，参照图3，举例实际制作的产品的均热板100’说明附加性的结构。
42.参照图3，在上板110和下板130分别为具有四个边的四边形时，外廓散热通道155对于上板110或下板130的四个边可将最外廓通道全部占据。据此，液态通道170像岛一样存在于被外廓散热通道155包围的区域内。因此，在位于各个边的外廓散热通道155可向外部有效散发气态的工作流体的热能。
43.在气态通道150内可具有多个间隔保持凸起115、135。间隔保持凸起115、135大致可具有圆柱形状、四边形柱形状、半球形状等的形状。这种间隔保持凸起115、135可单向排列成锯齿形状或网格状。据此，气态的工作流体不受气态通道150延伸的方向的限制，而且也能够以与该方向交叉的方向扩散。另外，间隔保持凸起115、135具有圆柱等的断续性的形状，而不是连续延伸的壁，因此相比于形成壁的方式还可确保更多的空间。
44.与上述不同，液态通道170也可通过吸液芯(wick)形成。参照图4，吸液芯可具有纤维、烧结芯块或网格形状。作为纤维可使用二氧化硅纤维或芳纶纤维。作为网格可使用不锈钢。不锈钢也可用作烧结芯块。
45.现在，参照图5至图8，说明在气态通道150和液态通道170内流动来散热的工作流体。
46.工作流体是基于丙酮(c3h6o)的混合物。对丙酮混合的物质为氢氟烃(hydrofluorocarbon)。具体地说，在氢氟烃中十氟戊烷(decafluoropentane,c5h2f
10
)可与
丙酮混合。
47.选择十氟戊烷也是考虑了其沸点。优选为，待与丙酮混合成分与丙酮的沸点相近。这使混合物在预定温度下一同被汽化，也可一同被液化。具体地说，丙酮的沸点在一个大气压状态下是55至57℃。考虑到这一点，氢氟烃的沸点优选为在一个大气压状态在50至60℃范围内。优选为，氢氟烃的沸点可以是丙酮沸点的5％范围以内。十氟戊烷的沸点为55℃，符合该标准。
48.作为十氟戊烷，具体地可使用vertrel xf(以下，也称为“xf”)。vertrel xf是由作为美国材料化学公司的chemours company制造的特殊溶液。xf最少含有99.9重量％的十氟戊烷，沸点为55℃，表面张力为0.0141n/m。
49.对于工作流体，丙酮和十氟戊烷的成分比如下。具体地说，对于丙酮100重量部，十氟戊烷混合17至25重量部。在混合超过26重量部的十氟戊烷的情况下，工作流体可出现易燃性的问题，对此本发明人已进行了确认。
50.对于上述成分比的工作流体的工作特性已通过实验确认。具体地说，实施例的工作流体是对于丙酮100重量部混合十氟戊烷20重量部。与此相反地，在比较例中对于丙酮100重量部混合十氟戊烷16重量部。
51.在表1及表2显示了将这些分别注入于均热板内进行散热实验的结果。表1是实施例的实验结果，表2是比较例的实验结果。如图5所示，在各个表显示了在均热板100”的上板110对应的15个点(1至15)的温度测量值。在此，均热板100”与上述实施例的均热板100大致相同，但是与适用对象相对应形成长条形状。在下表中，自然对流是指均热板100”处于冷却扇未工作的状态下的情况，与此相反地强制对流是指处于冷却扇工作的环境下的状态。
52.表1
[0053][0054][0055]
参照表1及图6，在实施例中相比于工作流体只由丙酮本身构成的情况，对于丙酮100重量部混合xf 20重量部的情况下，得出了在14个点降低温度的结果。对此，自然对流和强制对流都显示出相同的结果。但是在15号点则与这些不同，出现温度上升，但是这是因为1至14号点的热有效移动至15号点而升高了温度。
[0056]
表2
[0057][0058]
参照表2及图7，在比较例中相比于工作流体只由丙酮本身构成的情况，在丙酮100重量部混合xf 16重量部的情况下，得出在15个点测量温度全部上升的结果。对此，自然对流和强制对流都显示出相同的结果。对于比较例的情况，工作流体在非易燃性方面是优选的，但是存在热性能降低了10至15％的问题。
[0059]
从以上的实验中，如图8计算实施例和比较例的最大传热量。
[0060]
最大传热量是指在均热板内部的工作流体蒸发/冷凝的同时能够将发热元件的热传递到周围的最大传热量。确认的常用方法是确认热阻急剧变化的点。热阻(thermal resistance)是用发热元件和均热板表面的温度除以发热量w的值表示。
[0061]
均热板的热阻值几乎是恒定值，但若输入热量过高，工作流体全部汽化全部变为气体，就会出现热阻值急剧变化的点。该点表示为干透点，将之前一阶段的值表示为最大传热值。
[0062]
从图8中可以看出，丙酮的最大传热量最高，是1,500w/
㎡
。实施例的最大传热量是
1,200至1,300w/
㎡
水准，相反地确认到比较例的最大传热量为降低约50％的700w/
㎡
水准。
[0063]
再则，实施例相比于丙酮本身具有更大的毛细力。实验结果，丙酮的毛细力高度为300mm，相反地在实施例测量出350至400mm。
[0064]
如上所述的均热板不限于在以上说明的实施例的结构和工作方式。所述实施例也可选择性组合各个实施例的全部或者一部分以实现各种变形。