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냉각수 비등점 낮춰 열 식히는 신개념 냉각장치 개발
냉각 성능 두 배로, 냉각판 방향 바뀌어도 성능 유지
2019년 06월 10일 오후 16:24
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[아이뉴스24 최상국 기자] 낮은 온도에서 냉각수가 끓게 만들어 기포의 압력으로 열을 식히는 새로운 방식의 냉각판이 개발됐다.

냉각성능을 2배 이상 높이면서도 냉각판의 방향과 관계없이 성능을 유지할 수 있어 각종 전자제품, 의료장비, 배터리 등의 냉각장치에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

10일 한국기계연구원(원장 박천홍, 이하 기계연)은 에너지기계연구본부 이정호 책임연구원이 전자제품의 열관리를 위한 새로운 냉각기술인 ‘무방향성 상변화 냉각판(TGP, Direction-Free Thermal Ground Plane)’ 개발에 성공했다고 발표했다.

히트파이프나 증기챔버 같은 기존의 냉각장치는 중력에 따라 일정한 방향으로만 냉각이 가능한 반면 이 기술은 방향성에 구애받지 않고 효과적인 냉각이 가능하다.

무방향성 상변화 냉각판의 원리를 나타낸 그림. 고온의 발열부에서 열이 발생하면 끓어올라 기포가 발생한다. 기포가 발생하면 그 압력에 의해 액체 덩어리가 밀려나가며 냉각이 이뤄지는 원리다. [한국기계연구원]


TGP를 전자제품 내부 고온이 발생하는 부품에 부착하면 발열부와 맞닿은 부분에서 기포가 발생한다. 기포가 압력에 의해 액체를 사방으로 밀어내면서 냉각이 이뤄진다. 압력에 의한 이동이기 때문에 작동 방향의 변화와 관계없이 우수한 냉각성능을 유지할 수 있는 것이다. 항공기 같이 위치가 자주 바뀌거나 정밀한 제어가 필요한 전자장비에서는 방향성에 상관없이 냉각성능을 유지하는 것이 필요했다.

구리는 열전도율이 뛰어나고 가격 경쟁력이 있어 냉각판에 주로 쓰이는 소재다. 같은 온도에서 다공성 구조 가공을 한 오른쪽 표면은 물이 끓어오르는 현상이 일어나지만 왼쪽에서는 변화가 없음을 볼 수 있다. [한국기계연구원]


이 기술은 냉각판의 고온부 금속 표면을 다공성 구조로 가공해 상대적으로 낮은 온도에서도 쉽게 물이 끓도록 한 것이 핵심이다. 매끄러운 표면보다 요철이 있는 구조에서 물이 더욱 빨리 끓는 점에서 착안한 기술이다.

이정호 박사는 “전자제품 및 전자 장비 뿐만 아니라 방열 및 냉각을 해야하는 많은 산업 분야에 확대 적용할 수 있을 것”이라며 “특히 고발열 냉각이 필요한 고출력 전자 장비를 비롯해 최근 화재로 이슈가 된 ESS 배터리, 전기자동차 배터리의 냉각, 고출력 LED 등의 열관리 분야에 직접 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.


/최상국 기자 skchoi@inews24.com

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