일본산업뉴스요약

CPU의 열 방출 효율 2배
아오야마대학, ‘히트 파이프’ 개발 / 관 구조를 변경, 압력차로 물 이동

아오야마학원대학의 후모토(麓) 교수 연구팀은 CPU(중앙연산처리장치)나 배터리 등에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하는 기술을 개발하였다. 관을 뱀이 이동하는 모습처럼 꾸불꾸불하게 만드는 등 구조를 변경, 내부를 흐르는 물에 부탄올을 섞어 쉽게 이동할 수 있도록 하였다. 스마트폰에 올릴 수 있도록 장치의 크기를 기존의 약 3분의 1로 소형화하면서 2배 정도의 효율로 열을 방출할 수 있다. 전기자동차(EV)용도 상정하고 있으며 수년 후의 실용화를 목표한다.

-- 스마트폰∙EV에 응용 --
개발한 것은 전자기기 등의 내부에서 고온이 된 CPU나 배터리를 냉각시키는 ‘히트 파이프’라고 부르는 장치다. 열을 쉽게 전달하는 동(銅)이나 알루미늄으로 만든 관의 내부를 진공으로 하여 소량의 물 등을 넣어 제작한다. 고온 부분에 닿은 물 등이 기체가 되어 열을 흡수하고, 저온 부분에서 물이 다시 액체가 되어 열을 방출한다.

관의 모양을 연구하여 열 방출 효율을 높였다. 관이 고온과 저온 부분을 구불구불 왕복하는 구조로 하여, 물의 팽창으로 발생하는 압력 차로 자연적으로 이동하도록 하였다. 지금까지는 관 내부의 미세한 요철이나 와이어를 따라서 고온 부분에 물 등을 되돌렸었다.

내부의 직경이 2mm 정도의 관을 8회 왕복시켜, 16개의 관이 늘어선 장치를 시작(試作). 열 방출 효율을 상세하게 해석하였다. 두께나 길이를 맞춘 16개 각각의 관을 묶은 기존의 장치와 비교한 결과 효율은 약 1.4배로 높아졌다.

물에 소량의 부탄올을 섞었더니 관의 내부를 쉽게 이동하게 되었다. 물만 넣은 경우와 비교하여 열을 방출하는 효율은 약 1.5배가 되었다. 물이 이동하기 어려운 좁은 관에서도 흐르기 때문에 장치를 소형화할 수도 있다.

앞으로 관의 모양과 내부에 넣는 액체를 연구하면 손바닥에 올릴 수 있는 3분의 1 정도의 크기로 2배 효율을 실현할 수 있을 것으로 보고 있다. 전자기기 등에서 열이 발생하여 고온이 되면 작동이 늦어진다. 개발한 히트 파이프를 사용하면 열을 효율적으로 방출하여 성능을 유지할 수 있다.

연구팀은 스마트폰으로 동영상을 재생하거나 여러 개의 앱을 가동시켰을 때 발생한 열을 흡수하는 신재료의 개발에도 착수한다. 스폰지 상태로 가공한 동(銅)에 흡수시킨 갈륨이 녹으면서 열을 방출시킨다. 후모토 교수는 “고속으로 작동하는 차세대 스마트폰에도 대응할 수 있다”라고 설명한다. 앞으로 전자기기 등에 실제로 탑재하여 성능 등을 자세히 해석한다.

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