ESS(에너지저장장치) 배터리 등 높은 열이 생기는 전자제품이나 장비를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 새로운 방식의 냉각 기술이 개발됐다.
한국기계연구원은 이정호 박사 연구팀이 물이 끓는 '비등' 원리를 이용해 방향에 상관없이 2배 이상의 냉각 성능을 지닌 '무방향성 상변화 냉각판(TGP)'을 개발했다고 10일 밝혔다.
이 냉각판은 고온부 금속 표면을 다공성 구조로 가공해 상대적으로 낮은 온도에서도 쉽게 물이 끓도록 해 냉각 성능을 2배 이상 높였다. 매끄러운 표면보다 요철이 있는 구조에서 물이 더 빨리 끓는다는 점에서 착안했다.
연구팀은 냉각판의 작동 원리를 기존 냉각장치에 쓰던 '증발' 방식이 아닌 액체가 끓는 현상 '비등(물이 1기압 100℃에서 끓어 증발하는 현상)' 방식으로 바꿔 방향과 관계없이 작동하도록 설계했다. 증발을 이용하는 경우 중력 방향에 따라 일정한 방향으로만 냉각이 가능한 반면 비등 방식은 방향성에 구애받지 않고 보다 효과적으로 열을 식힐 수 있다.
이렇게 개발된 냉각판을 고온이 발생하는 부품에 부착하면 발열부와 맞닿은 부분에서 기포가 발생하는 데, 이 기포는 압력에 의해 액체를 사방으로 밀어내면서 이동한다. 이 때문에 작동 방향과 관계없이 우수한 냉각 성능을 발휘하게 된다고 연구팀은 설명했다.
현재 냉각장치로 주로 쓰이는 히트파이트 등은 액체가 내부에서 모세관힘에 의해 이동하며 냉각하는 방식이어서 정해진 방향에서만 냉각이 이뤄졌다. 항공기와 같은 위치가 자주 바뀌거나 정밀한 제어가 필요한 전자장비에서는 냉각 성능이 떨어지는 이유다.
이정호 기계연 박사는 "전자제품 장비뿐 아니라, 방열 및 냉각이 필요한 많은 분야에서 확대 적용할 수 있다"며 "최근 배터리 화재로 이슈가 된 ESS 배터리나, 전기차 배터리, 고출력 LED 등의 열관리 분야에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr
이정호 기계연 박사 연구팀이 개발한 '무방향성 상변화 냉각판' 시제품으로, 비등 방식을 적용해 냉각 성능이 우수하고 작동 방향과 관계없이 냉각 효과를 거둘 수 있다.
기계연 제공
무방향성 상변화 냉각판의 원리를 나타낸 개념도로, 고온의 발열부에서 열이 발생하면 끓어 올라 기포가 발생하고, 압력에 의해 액체 덩어리가 밀려 나가며 냉각이 이뤄지는 원리다.
