In this study, a method of fabricating a polymer-based flexible pulsating heat pipe (FPHP) packaged with a metal layer is introduced. In addition, experimental works were conducted to evaluate the thermal performance and long-term reliability of the FPHP. The FPHP consisted of a polycarbonate sheet and a flexible clad copper laminate (FCCL). The width, length and thickness of the FPHP were respectively 53.4 mm, 85.5 mm and 0.64 mm, and HFE-7000 was used as the working fluid. The channels were dual-diameter channels with widths of 1.5 mm and 0.5 mm and a thickness of 0.5 mm. In order to prevent the penetration of non-condensable gases (NGCs) from the outside, the upper and lower sides of the channel wall were encapsulated with the FCCL film using a silane coupling agent, and the flanges of the FPHP were bonded using a tinning and heat-sealing method. The highest effective thermal conductivity of the FPHP was 1028 W/m·K, which is about 2.6 times higher than that of copper in a vertical orientation. The effective thermal conductivities of the FPHP decreased by 6.6% and 35.7%, for a 45 degree bent condition and a horizontal orientation, respectively, compared to those in the vertical orientation. The lifetime of the FPHP was evaluated in terms of long-term reliability. The thermal performance of the FPHP was measured for 40 days in an atmospheric-pressure environment, and it was confirmed that the thermal performance of the FPHP was well maintained during that period. The method proposed in this study enables the fabrication of a thin and flexible pulsating heat pipe with high thermal performance and long-term reliability.
본 연구에서는 금속으로 패키징된 폴리머 기반 연성 평판형 진동형 히트파이프 (FPHP) 의 제작 방법이 제시되었다. 또한, 제작된 FPHP의 열성능과 장기간 작동 신뢰성에 대해서 평가하였다. FPHP는 폴리카보네이트 판과 복합층 구리 필름으로 구성되었다. FPHP의 너비, 길이 그리고 두께는 각각 53.4 mm, 85.5 mm 그리고 0.64 mm 이며, 작동유체는 HFE-7000를 사용하였다. 채널은 이중 채널이 적용되었으며 각각 1.5 mm 와 0.5 mm 의 폭과 0.5 mm 의 두께를 가진다. 외부로부터의 비응축 가스의 침투를 차단하기 위해서 채널 벽의 위쪽과 아래쪽에 실란을 코팅하여 복합층 구리 필름과 접합하였으며, 가장자리 부분은 유연납을 이용하여 열접착하였다. 수직 방향에서는 FPHP가 최대 유효 열전도도 1028 W/m·K 를 가지며, 이는 구리와 비교하였을 때 2.6배 높은 값이다. FPHP 가 45도 굽힘 조건과 수평 방향에 있을 때, 수직 방향일 때와 비교하여 유효 열전도도가 각각 평균 6.6% 와 35.7% 감소하였다. FPHP의 수명은 장기간 작동 신뢰성의 관점에서 평가되었다. 상압에서 40일 동안 열성능을 측정하였으며, FPHP의 열성능이 안정적으로 유지되는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 제안한 제작 방법은 높은 열성능과 장기간 작동 신뢰성을 가지는 연성 박막 방열 장치의 제작을 가능하게 한다.
