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전자제품 고장 원인 54% 발열 줄이는 새 냉각기술 개발

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2019년 06월 10일 11:06 프린트하기

올해 1월 울산 가스공장 ESS(에너지저장장치)에 발생한 화재 현장. 연합뉴스 제공
올해 1월 울산 가스공장 ESS(에너지저장장치)에 발생한 화재 현장. 연합뉴스 제공

전자제품을 사용하면 열이 발생한다. 이런 발열은 전자제품 수명과 밀접한 관련이 있다. 실제로 미국 공군 항공전자 진실성 프로그램 연구결과에 따르면 발열은 전자제품 고장 원인의 54%에 달할 정도로 전자제품의 수명과 관련이 깊다. 이런 가운데 국내연구팀이 기존보다 2배 이상 냉각성능이 뛰어난 새로운 냉각기술을 개발했다.


한국기계연구원은 이정호 에너지기계연구본부 책임연구원 연구팀이 전자제품 및 전자장비의 열관리를 위한 ‘무방향성 상변화 냉각판(TGP)’을 개발했다고 10일 밝혔다.


냉각판은 발열부에서 열이 발생하면 끓어올라 기포가 발생하며 그 압력에 의해 액체덩어리가 밀려나가며 냉각이 이뤄진다. 연구팀은 매끄러운 표면보다 요철이 있는 구조에서 물이 더 빨리 끊는다는 점에서 착안해 냉각성능을 높였다. 냉각판의 고온부 금속 표면을 다공성 구조로 가공해 상대적으로 낮은 온도에서도 쉽게 물이 끓도록 해 냉각성능을 2배 이상 끌어올렸다. 


또 냉각판 작동원리를 기존 냉각장치로 주로 쓰이던 증발방식에서 ‘비등’ 방식으로 바꿔 방향과 관계없이 작동하도록 했다. 기존 증발 방식은 금속으로 만든 심지를 따라 이동하며 냉각하기 때문에 금속 심지를 따라 정해진 방향으로만 작동한다. 

 

새로운 냉각기술을 개발한 한국기계연구원 에너지기계연구본부 에너지변환기계연구실 이정호 책임연구원 연구팀이다. 왼쪽부터 신동환 선임연구원, 김진섭 선임연구원, 이정호 책임연구원의 모습. 한국기계연구원 제공
새로운 냉각기술을 개발한 한국기계연구원 에너지기계연구본부 에너지변환기계연구실 이정호 책임연구원 연구팀이다. 왼쪽부터 신동환 선임연구원, 김진섭 선임연구원, 이정호 책임연구원의 모습. 한국기계연구원 제공


반면 물이 1기압 100℃에서 끓어서 증발하는 것을 뜻하는 비등 방식은 발열부와 맞닿은 부분에서 기포가 발생하며 기포가 압력에 의해 액체를 사방으로 밀어내면서 냉각이 이뤄진다. 연구팀은 “압력에 의한 이동이기 때문에 작동 방향의 변화와 관계없이 냉각성능을 지속적으로 유지할 수 있다”고 설명했다. 


이 연구원은 “전자제품 및 전자 장비 뿐 아니라 방열 및 냉각을 해야하는 많은 산업 분야에 확대 적용할 수 있을 것”이라며 “특히 고발열 냉각이 필요한 고출력 전자 장비를 비롯해 최근 크게 배터리 화재로 이슈가 된 ESS 배터리, 전기자동차 배터리의 냉각, 고출력 LED 등의 열관리분야에 직접 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

 

연구팀은 금속 표면을 다공성 구조로 가공을 했을 때 끓는 현상이 훨씬 잘 일어나는 것을 보여주기 위해 표면처리하지 않은 구리와 다공성 구조 가공을 한 구리의 끓는 속도를 비교하는 실험을 했다. 은 온도의 조건에서 다공성 구조 가공을 한 오른쪽 표면은 물이 끓어오르는 현상이 일어나지만 왼쪽에서는 변화가 없음을 볼 수 있다. 기계연 제공
연구팀은 금속 표면을 다공성 구조로 가공을 했을 때 끓는 현상이 훨씬 잘 일어나는 것을 보여주기 위해 표면처리하지 않은 구리와 다공성 구조 가공을 한 구리의 끓는 속도를 비교하는 실험을 했다. 은 온도의 조건에서 다공성 구조 가공을 한 오른쪽 표면은 물이 끓어오르는 현상이 일어나지만 왼쪽에서는 변화가 없음을 볼 수 있다. 기계연 제공

 

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