7 افسانه رایج در مورد لوله های حرارتی

همانطور که دستگاه‌های الکترونیکی به تکامل خود ادامه می‌دهند و نیاز به ویژگی‌های بیشتر و قابلیت اطمینان بالاتر دارند، گرمای بیش از حد یک مانع مهم برای توسعه برنامه‌های کاربردی نسل بعدی با عملکرد بهتر و نوآوری‌های پیشگامانه باقی می‌ماند. در هر صنعت، به ویژه در موبایل، پزشکی، مخابرات و اینترنت اشیا (IoT)، چالش ایجاد محصولات و سیستم‌های جدید است که فشرده، چند منظوره و قادر به مدیریت بارهای حرارتی بالا با قابلیت اطمینان بالا هستند. مهندسان با چالش مدیریت موثر گرما روبرو هستند زیرا مصرف کنندگان دستگاه های کوچکتر، نازکتر و قدرتمندتر با گزینه ها، ویژگی ها و قابلیت های اضافی را می خواهند.

خنک کننده دوفاز به سرعت در حال تکامل است و در پرداختن به این چالش ها محبوبیت پیدا می کند. لوله‌های حرارتی، به‌ویژه، در دستیابی به خنک‌سازی سریع‌تر، وزن سبک‌تر، افزایش قابلیت اطمینان و طول عمر طولانی‌تر بسیار مؤثر بوده‌اند. با این حال، مهم‌ترین مزیت آن‌ها در انعطاف‌پذیری طراحی آنها نهفته است، که به طور یکپارچه در سیستم‌های حرارتی ادغام می‌شوند تا راندمان و ظرفیت خنک‌کننده را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.

نمای کلی:

اجزای لوله حرارتی انتقال حرارت دو فاز غیرفعال بالغ و قابل اعتماد را با سایر فن آوری های مدیریت حرارتی ترکیب می کنند تا راه حل های خنک کننده موثر و بادوام تولید کنند. بوید با بیش از پنجاه سال نوآوری و تجربه تولید در راه حل های لوله های حرارتی، مجهز به طراحی و تولید راه حل های خنک کننده کارآمد و بادوام است که می تواند تحت سخت ترین شرایط محیطی کار کند.

دیوارها و هسته های مسی قابل گسترش را می توان خم یا مسطح کرد تا نیازهای حرارتی و هندسی کاربردها را برآورده کند. از این انعطاف‌پذیری می‌توان برای کاهش اندازه کلی، افزایش تماس با سطح یا چیدمان لوله‌های حرارتی در اطراف سخت‌افزار نصب شده استفاده کرد. لوله‌های حرارتی را می‌توان در فناوری‌های دیگر تعبیه کرد تا اتلاف گرما را تسریع کند یا از لوله‌های حرارتی در یک سیستم برای انتقال گرما از منبع گرما به محل اتلاف ایمن استفاده کرد.

 

تصور غلط 1:اگر یک لوله حرارتی بشکند، مایع به دستگاه الکترونیکی من نشت می کند.

حقیقت:لوله های حرارتی به ندرت، اگر هرگز، شکسته می شوند. در سناریوهای بسیار بعید، مقدار حداقلی از مایع در لوله ممکن است هسته آن را اشباع کند، اما نمی تواند چکه کند یا به دستگاه الکترونیکی شما نشت کند. لوله‌های حرارتی ذاتاً قوی هستند و به‌عنوان یک سیستم کاملاً غیرفعال و بدون قطعات متحرک عمل می‌کنند که ممکن است در طول زمان فرسوده شوند. برای "شکستن" یک لوله حرارتی که به خوبی ساخته شده است، باید آن را باز کرد یا در معرض خم شدن یا تا شدن بیش از حد قرار داد. لوله‌های حرارتی تحت خلاء پر می‌شوند و این اطمینان حاصل می‌شود که حجم سیال در لوله به شکل بخار باقی می‌ماند و از هر گونه چکیدن جلوگیری می‌کند.

دوام، قابلیت اطمینان بالاتر و ویژگی‌های بدون نشتی، لوله‌های حرارتی را به راه‌حلی ایده‌آل برای هوافضا، پزشکی، لوازم الکترونیکی مصرفی، کاربردهای پرقدرت که به قابلیت اطمینان بالا نیاز دارند و بازارهایی که نشت از محلول‌های مایع سنتی می‌تواند عواقب فاجعه‌باری داشته باشد، تبدیل می‌کند.

 

تصور غلط 2:لوله های حرارتی سنگین هستند.

حقیقت:لوله های حرارتی بیش از آنکه به قطعات اضافه کنند وزن را کاهش می دهند.

در حالی که لوله های حرارتی معمولاً از مس (یک ماده نسبتاً سنگین) ساخته می شوند، برخی به اشتباه معتقدند که یکپارچه سازی لوله های حرارتی باعث افزایش وزن محلول آنها می شود. با این حال، علیرغم اینکه لوله های حرارتی از مس ساخته شده اند، توخالی هستند و وزن محلول را کاهش می دهند و در عین حال عملکرد گرمایی را به روش های مختلف افزایش می دهند. لوله‌های حرارتی معمولاً برای انتقال گرما به مناطقی که خنک‌تر، دورتر و بازتر هستند، استفاده می‌شود، جایی که جریان هوا و فضا می‌تواند بهتر استفاده شود. این امکان اضافه کردن فن‌ها و ساختارهای باله‌ای سبک را در این فضاها فراهم می‌کند و اندازه و وزن کلی محلول خنک‌کننده را کاهش می‌دهد.

نمونه رایج دیگر جایگزینی هیت سینک های مسی سنتی یا هیت سینک های بزرگتر با پایه آلومینیومی تعبیه شده با لوله های حرارتی است. راندمان اتلاف حرارت بالا لوله های حرارتی به طور مساوی و سریع گرما را در کل هیت سینک توزیع می کند، کارایی را بهبود می بخشد، اندازه هیت سینک و نیاز به مواد را کاهش می دهد و در نهایت وزن و هزینه کلی محلول را کاهش می دهد.

 

تصور غلط 3:لوله های حرارتی را فقط می توان با اواپراتور و کندانسور در دو انتها استفاده کرد.

حقیقت:لوله های حرارتی در تمام طول خود بدون توجه به موقعیت آنها روی لوله کار می کنند. آنها به طور مداوم گرما را از مناطق گرمتر به مناطق سردتر منتقل می کنند.

لوله های حرارتی معمولاً به عنوان اجزای مدیریت گرما برای انتقال گرما از یک منبع گرما در یک انتها به سر دیگر برای اتلاف ایمن و مؤثر طراحی می شوند. در حالی که این استفاده رایج است، تنها راه استفاده از لوله های حرارتی نیست.

ساختار فیتیله ای لوله های حرارتی به آنها اجازه می دهد تا در هر جهتی کار کنند و اغلب تمام طول لوله را طی می کنند. گرما به طبع خود از گرم به سرد منتقل می شود و لوله های حرارتی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. صرف نظر از جایی که گرما در طول لوله قرار می گیرد، همیشه از منبع گرما به سمت نقطه تراکم جریان می یابد و سپس از طریق هسته باز می گردد. این انعطاف‌پذیری طراحی و گزینه‌های استفاده از لوله حرارتی را افزایش می‌دهد و امکان مدیریت حرارتی نوآورانه‌تر و مقرون به صرفه‌تر را فراهم می‌کند. یکی از این کاربردها تعبیه لوله های حرارتی برای انتشار گرما به جای انتقال گرما است. هنگامی که لوله های حرارتی در پایین یک هیت سینک تعبیه می شوند، گرما به جای متراکم شدن در یک منطقه ثابت، در تمام طول لوله حرارتی توزیع می شود. به عنوان مثال، ادغام لوله‌های حرارتی در هیت سینک‌های خنک‌کننده با هوا برای افزایش عملکرد پرقدرت، کاهش نیاز به سیستم‌های مایع در هنگام خنک‌کردن IGBT با توان بالا.

 

تصور غلط 4:لوله های حرارتی فقط می توانند گرما را در یک خط مستقیم پخش کنند. اگر بخواهم گرما را در کل پایه پخش کنم، به یک پخش کننده حرارتی نیاز دارم.

حقیقت:لوله های حرارتی می توانند خم شوند و رفتاری مشابه با پخش کننده حرارت داشته باشند اما ساختار یکپارچه تری دارند.

هنگامی که لوله های حرارتی در ابتدا معرفی و با سایر فناوری ها ادغام شدند، در خطوط مستقیم تعبیه شدند. برای دستیابی به اتلاف یکنواخت گرما، مهندسان از پخش کننده های حرارتی استفاده کردند. در حالی که پخش کننده های حرارتی می توانند به طور موثر به انتشار گرما یکنواخت دست یابند، آنها مجموعه ای از چالش های طراحی خود را دارند که ممکن است برای هر کاربرد مناسب نباشد.

اگرچه لوله‌های حرارتی گرما را فقط در امتداد محور خود حرکت می‌دهند، محور را می‌توان خم کرد یا با لوله‌های حرارتی متعدد استفاده کرد تا به طور موثر به عنوان یک مکانیسم انتشار مسطح مشابه یک پخش کننده حرارت عمل کند. لوله های حرارتی مقرون به صرفه تر، از نظر ساختاری قوی تر هستند و می توانند به گونه ای طراحی شوند که عملکرد و عملکرد یک پخش کننده حرارت را تقلید کنند. اگر لوله های حرارتی به درستی تعبیه شوند، می توانند نیروی نصب قابل توجهی را در کاربردهایی که محفظه بخار ممکن است خیلی شکننده باشد، تحمل کنند.

 

تصور غلط 5:لوله های حرارتی برای کارکرد باید بسیار داغ باشند.

حقیقت:فناوری ساخت لوله‌های حرارتی را قادر می‌سازد حتی با اختلاف دما کمی کار کنند.

از آنجایی که لوله های حرارتی برای عملکرد به تبخیر و تراکم متکی هستند، یک تصور غلط رایج وجود دارد که برای مفید بودن لوله های حرارتی باید اختلاف دما زیاد یا درجه حرارت بالا وجود داشته باشد. با این حال، از آنجایی که لوله های حرارتی قبل از آب بندی با خلاء پر می شوند، سیال درون آنها به طور همزمان به صورت مایع و بخار در نقطه اشباع خود وجود دارد. این شبیه به جوشاندن یک مایع در دماهای پایین تر تحت فشار کاهش یافته است، مانند در ارتفاعات بالاتر و فشارهای پایین تر. مولکول ها به حرارت کمتری نیاز دارند تا برانگیخته شوند تا از مایع به بخار تبدیل شوند. بنابراین، دمای منبع حرارت برای شروع تغییر فاز نیازی به رسیدن به نقطه جوش استاندارد دمای اتاق ندارد. در واقع، تنها چند درجه اختلاف بین مناطق "گرم" و "سرد" لوله حرارتی برای عملکرد آن کافی است. این یکی از مزایای اصلی استفاده از لوله های حرارتی است، زیرا می تواند مقاومت حرارتی محلول را به حداقل برساند.

 

باور غلط 6:لوله های حرارتی را نمی توان در شرایط انجماد استفاده کرد.

حقیقت:لوله های حرارتی را می توان برای کار در شرایط بسیار سخت مانند محیط های یخبندان توسعه داد.

حالت عملیاتی لوله های حرارتی در شرایط محیطی به مواد و طراحی بستگی دارد. در حالی که مس/آب محبوب ترین ترکیب است، مواد دیگر را می توان برای نیازهای خاص استفاده کرد. مایعاتی مانند آمونیاک، متانول و استون را می‌توان با فلزات سازگار ترکیب کرد تا لوله‌های حرارتی را تشکیل دهند که در دمای بسیار کمتر از -60 درجه کار می‌کنند.

تصور غلط 7:لوله های حرارتی گران هستند.

حقیقت:افزودن لوله های حرارتی می تواند هزینه های کلی محلول را کاهش دهد.

شکل پذیری مس امکان ساخت مقرون به صرفه، آب بندی قابل اعتماد و خم شدن و فشار دادن آسان به شکل های هندسی خاص را فراهم می کند. بوید فرآیندهای تولید و فن‌آوری طراحی لوله‌های حرارتی را برای تولید لوله‌های حرارتی مسی/آب با کارایی بالا و مقرون‌به‌صرفه تکمیل کرده است. لوله‌های حرارتی مهندسان را قادر می‌سازد تا از لوله‌های حرارتی آلومینیومی و تعبیه‌شده در کاربردهایی که به پایه‌های پره‌دار مسی نیاز دارند، استفاده کنند و هزینه‌ها را کاهش دهند. آنها همچنین می توانند نیاز به فن یا سایر قطعات را از بین ببرند و در هزینه و وزن صرفه جویی کنند.

در نتیجه، لوله های حرارتی همه کاره هستند و در مدیریت حرارتی بسیار مفید هستند و تصورات غلط مختلف را از بین می برند. این تصورات غلط اغلب ناشی از عدم درک توانایی ها و کاربردهای فناوری است. لوله های حرارتی با توانایی افزایش راندمان خنک کننده، کاهش وزن و عملکرد در شرایط مختلف، به عنوان یک راه حل قابل اعتماد و مقرون به صرفه در چشم انداز همیشه در حال تحول کاربردهای الکترونیکی و پرقدرت هستند.