히트파이프(Heat pipe)의 원리와 적용분야
히트파이프란 무엇인가,
스마트폰에 적용된 히트파이프
▶ 히트파이프란 ?
▶ 이미 여러 곳에서 잘 알려져 있겠지만 간단히 언급하자면, 내부가 진공처리되어있고 적정량의 액체(작동유체)가 들어있는 금속관 형태의 물건을 히트파이프라고 합니다. 아래 그림처럼 한쪽 끝(왼쪽)에 열이 가해지면 내부의 작동유체가 증발하게 되고, 압력차로 인해 반대쪽(오른쪽)으로 이동하게 됩니다. 오른쪽은 차갑기 때문에 증발된 작동유체가 품고 있던 열을 빼앗기게 되고, 기체는 다시 액체로 변하게 됩니다. 히트파이프 내에서 액체-기체 상태를 반복하며 계속 순환하죠. 액체로 변한 작동유체는 히트파이프 내부 표면의 윅(Wick, 심지)를 따라 원래 있던 위치로 복귀하게 됩니다. 액체-기체 간의 상변화가 일어날 때 열전달이 활발하게 이뤄지는 현상을 응용한 제품입니다.
우리가 일반적으로 사용하는 에어컨도 이런 상변화를 응용한 제품입니다. 구리관 속에서 압력변화에 따라 냉매가 순환하며 액체-기체 상태를 반복하며 열을 전달합니다. 그림에는 붉은 색과 파란색으로 나타났는데, 뜨겁고 차가운 정도를 표현하기 위한 것일 뿐 실제로는 금속의 색깔을 띠고 있습니다.
[히트파이프의 원리]
[히트파이프 애니메이션]
▼ 윅(Wick)의 종류는 대표적으로 3가지가 있습니다. 왼쪽은 소결(Sintered)형으로, 금속분말을 이용하여 제작하고, 방향성과 성능이 가장 좋은 편에 속합니다. 가운데는 그루브(Groove, 홈)형으로, 성능은 괜찮으나 방향에 따른 제약이 있습니다. 오른쪽은 메시(Mesh, 그물)형으로, 성능과 방향성이 중간정도라고 알려져 있습니다.
[Wick의 종류, 출처-써모랩]
▶ 히트파이프 응용분야
굳이 따로 설명하지 않아도 이미 수많은 곳에서 사용되고 있는 히트파이프는, 대표적으로 컴퓨터 CPU와 그래픽카드(VGA)등의 열밀도가 높은 부품들을 냉각하는데 사용됩니다. 아래 사진에 보이는 CPU 쿨러는 우리나라 CPU 쿨러 제조사들의 대표적인 제품들입니다. 히트파이프에 알루미늄 Fin(휜)을 접합하여 방열효과를 높인 제품들이죠. 컴퓨터 냉각 외에도, Heatflux가 높은 LED 조명등을 냉각할 때도 사용됩니다.
▼ 삼성 갤럭시 S7과 LG G6 스마트폰 또한 히트파이프를 적용한 방열설계로 많은 유저분들의 관심을 모았었습니다. 아래 사진처럼 아주 작고 얇은 형태의 히트파이프가 설치되어 있습니다. 겉으로 보기에 납작하다고 해서 구리박판이 아닙니다. 내부에 윅(Wick)과 작동유체가 들어있습니다. 물론 스마트폰에 히트파이프를 적용한 건 이번이 첫 시도는 아닙니다. 수 년전부터 이미 적용된 스마트폰들이 있습니다.
