비등 원리 이용해 전자제품 과열 막아주는 냉각판 개발

국내 연구진이 전자제품이나 전자장비에서 발생하는 열을 관리하기 위한 새로운 방식의 냉각기술을 개발해 주목받고 있다.

한국기계연구원 에너지변환기계연구실 연구진은 전자제품과 전자장비의 발열 현상을 효과적으로 관리할 수 있는 새로운 냉각기술인 ‘무방향성 상변화 냉각판’(TGP) 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.

컴퓨터를 비롯해 최근 전자장비들은 고집적화, 고출력화되면서 사용시간이 길어지면 발열량도 많아진다. 이 때문에 열관리, 냉각기술의 필요성이 커지고 있는 상황이다. 실제로 전자제품 고장원인의 54%가 발열 때문이며 발열 관리가 안될 경우 전자장비의 수명도 짧아지는 것으로 보고 되고 있다. 반도체의 경우 발열온도가 70도를 넘게 되면 제대로 작동하지 않는 것으로도 알려져 있다.

기존의 열파이프나 증기챔버 방식은 액체가 내부 금속으로 만든 파이프를 따라 움직이며 냉각하기 때문에 발열 전자부품 전체를 냉각시키기는 쉽지 않다는 문제가 있다. 실제로 기존 전자 제품 냉각판들은 일정한 방향으로만 냉각이 가능했지만 TGP는 방향성과 상관없이 모든 방향을 냉각시킬 수 있다는 장점이 있다. 이것이 가능한 것은 냉각 방식을 기존의 증발방식에서 끓는(비등) 방식으로 바꿨기 때문이다.액체가 기체로 상전이 하는 방법으로는 증발과 끓음(비등)이 있는데 증발은 액체 표면 분자들이 주위로부터 열에너지를 흡수해 서서히 기체로 바뀌는 현상이다. 반면 비등은 흔히 ‘끓는다’고 부르는 현상으로 외부에서 열에너지가 충분히 공급되면서 표면 분자 뿐만 아니라 표면 아래 액체 내부 분자들도 기화되는 것이다.

이번에 개발한 냉각판을 전자제품 내부 발열이 심한 부품에 부착하면 발열부와 맞닿은 부분에서 기포가 발생한다. 발열판과 전자부품이 결합된 압력 때문에 발생한 기포는 사방으로 밀려나가면서 냉각시키는 방식이다.

특히 냉각판의 표면을 매끄러운 것이 아니라 다수의 요철이 있는 다공성 구조로 만들어 냉각 속도를 높였다. 매끄러운 표면보다 요철구조에서 물이 더 빨리 끓는다는 점에서 착안한 이번 아이디어 덕분에 냉각성능은 기존보다 2배 이상 향상된 것으로 알려졌다.

이정호 기계연 박사는 “이번 기술은 최근 잇따른 화재가 발생하는 에너지저장장치(ESS) 배터리는 물론 전기자동차 배터리 냉각, 고출력 발광다이오드(LED) 등의 열관리분야에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr