7 najčešćih mitova o toplotnim cijevima

Kako elektronski uređaji nastavljaju da se razvijaju, zahtijevajući više funkcija i veću pouzdanost, prekomjerna toplina ostaje značajna prepreka razvoju aplikacija sljedeće generacije s boljim performansama i revolucionarnih inovacija. U svakoj industriji, posebno u mobilnoj, medicinskoj, telekomunikacijskoj i Internetu stvari (IoT), izazov je stvoriti nove proizvode i sisteme koji su kompaktni, multifunkcionalni i sposobni za upravljanje visokim toplinskim opterećenjem uz visoku pouzdanost. Inženjeri se suočavaju sa izazovom efikasnog rukovanja toplotom jer potrošači zahtevaju manje, tanje, moćnije uređaje sa dodatnim opcijama, karakteristikama i mogućnostima.

Dvofazno hlađenje se brzo razvija i postaje sve popularnije u rješavanju ovih izazova. Toplotne cijevi su se posebno pokazale vrlo efikasnim u postizanju bržeg hlađenja, manje težine, povećane pouzdanosti i dužeg vijeka trajanja. Međutim, njihova najznačajnija prednost leži u njihovoj fleksibilnosti dizajna, neprimetnoj integraciji u termalne sisteme kako bi se značajno povećala efikasnost i kapacitet hlađenja.

Pregled:

Komponente toplotnih cevi kombinuju zreli i pouzdani pasivni dvofazni prenos toplote sa raznim drugim tehnologijama upravljanja toplotom kako bi se stvorila efikasna, izdržljiva rešenja za hlađenje. Sa preko pedeset godina iskustva u inovacijama i proizvodnji toplotnih cijevi, Boyd je dobro opremljen za dizajn i proizvodnju efikasnih i izdržljivih rješenja za hlađenje koja mogu raditi u najzahtjevnijim uvjetima okoline.

Produžni bakreni zidovi i jezgre mogu se savijati ili spljoštiti kako bi zadovoljili termičke i geometrijske zahtjeve primjene. Ova fleksibilnost se može iskoristiti za smanjenje ukupne veličine, povećanje površinskog kontakta ili raspoređivanje toplotnih cijevi oko instaliranog hardvera. Toplotne cijevi mogu biti ugrađene u druge tehnologije kako bi se ubrzalo rasipanje topline ili iskoristile toplinske cijevi unutar sistema za prijenos topline od izvora topline do sigurne lokacije za disipaciju.

 

Zabluda 1:Ako se toplinska cijev pokvari, iz nje će curiti tekućina na moj elektronski uređaj.

istina:Toplotne cijevi rijetko, ako ikad, puknu. U krajnje malo vjerojatnim scenarijima, minimalna količina tekućine u cijevi može zasititi njeno jezgro, ali ne može kapati ili curiti na vaš elektronski uređaj. Toplotne cijevi su inherentno robusne, rade kao čisto pasivni sistem bez pokretnih dijelova koji bi se vremenom mogli istrošiti. Da bi se "slomila" dobro izrađena toplotna cev, trebalo bi da je presečete ili podvrgnete prekomernom savijanju ili savijanju. Toplotne cijevi se pune pod vakuumom, osiguravajući da volumen tekućine u cijevi ostane u obliku pare, sprječavajući bilo kakvo kapanje.

Njihova izdržljivost, veća pouzdanost i karakteristike bez curenja čine toplotne cijevi idealnim rješenjem za svemirsku, medicinsku, potrošačku elektroniku, aplikacije velike snage koje zahtijevaju visoku pouzdanost i tržišta na kojima bi curenje iz tradicionalnih tekućih rješenja moglo imati katastrofalne posljedice.

 

Zabluda 2:Toplotne cijevi su teške.

istina:Toplotne cijevi mogu smanjiti težinu više nego što dodaju komponentama.

Dok su toplotne cevi obično napravljene od bakra (relativno teškog materijala), neki pogrešno veruju da će integracija toplotnih cevi povećati težinu njihovog rešenja. Međutim, uprkos tome što su napravljene od bakra, toplotne cevi su šuplje, smanjujući težinu rastvora dok poboljšavaju toplotne performanse na različite načine. Toplotne cijevi se obično koriste za prijenos topline u područja koja su hladnija, udaljenija i otvorenija, gdje se protok zraka i prostor mogu bolje iskoristiti. Ovo omogućava dodavanje ventilatora i laganih struktura peraja u ovim prostorima, smanjujući ukupnu veličinu i težinu rashladnog rješenja.

Još jedan uobičajen primjer je zamjena tradicionalnih bakrenih hladnjaka ili većih hladnjaka s aluminijskom bazom u koju su ugrađene toplinske cijevi. Visoka efikasnost disipacije toplote toplotnih cevi ravnomerno i brzo raspoređuje toplotu po celom hladnjaku, poboljšavajući efikasnost, smanjujući veličinu hladnjaka i potrebe za materijalom, na kraju smanjujući ukupnu težinu i cenu rešenja.

 

Zabluda 3:Toplotne cijevi se mogu koristiti samo sa isparivačima i kondenzatorima na oba kraja.

istina:Toplotne cijevi rade cijelom svojom dužinom, bez obzira na njihov položaj na cijevi; dosljedno prenose toplinu iz toplijih područja u hladnija.

Toplotne cijevi su obično dizajnirane kao komponente za upravljanje toplinom za prijenos topline od izvora topline na jedan kraj na drugi radi sigurnog i efikasnog odvođenja. Iako je ova upotreba uobičajena, to nije jedini način korištenja toplotnih cijevi.

Struktura fitilja toplotnih cijevi omogućava im da rade u bilo kojem smjeru, često prelazeći cijelu dužinu cijevi. Toplota, po svojoj prirodi, prelazi sa toplog na hladno, a toplotne cevi nisu izuzetak. Bez obzira na to gdje je toplina smještena duž cijevi, ona će uvijek teći od izvora topline prema mjestu kondenzacije, a zatim natrag kroz jezgro. Ovo povećava fleksibilnost dizajna i mogućnosti za korištenje toplotnih cijevi, omogućavajući inovativnije i isplativije upravljanje toplinom. Jedna od takvih aplikacija je ugradnja toplotnih cijevi za širenje topline umjesto prijenosa topline. Kada su toplotne cijevi ugrađene na dno hladnjaka, toplina se distribuira duž cijele dužine toplinske cijevi umjesto da se kondenzuje u fiksnom području. Na primjer, integracija toplotnih cijevi u hladnjake sa zračnim hlađenjem radi proširenja performansi velike snage, smanjujući potrebu za tekućim sistemima pri hlađenju IGBT velike snage.

 

Zabluda 4:Toplotne cijevi mogu širiti toplinu samo pravolinijski. Ako želim širiti toplinu po cijeloj bazi, treba mi raspršivač topline.

istina:Toplotne cijevi se mogu savijati, ponašajući se slično kao i raspršivač topline, ali s integriranijom strukturom.

Kada su toplotne cevi prvobitno uvedene i integrisane sa drugim tehnologijama, one su bile ugrađene u prave linije. Kako bi postigli ravnomjernije rasipanje topline, inženjeri su koristili raspršivače topline. Dok raspršivači toplote mogu efikasno postići jednoliku difuziju toplote, oni dolaze sa sopstvenim skupom dizajnerskih izazova koji možda nisu prikladni za svaku primenu.

Iako toplotne cijevi pokreću toplinu samo duž svoje ose, os se može savijati ili koristiti s više toplotnih cijevi kako bi djelotvorno djelovala kao planarni mehanizam difuzije sličan raspršivaču topline. Toplotne cijevi su isplativije, strukturno su robusnije i mogu biti dizajnirane da oponašaju funkciju i performanse raspršivača topline. Ako su pravilno ugrađene, toplotne cijevi mogu izdržati značajnu silu montaže u aplikacijama gdje bi parna komora mogla biti previše krhka.

 

Zabluda 5:Toplotne cijevi moraju biti vrlo vruće da bi funkcionirale.

istina:Tehnologija proizvodnje omogućava da toplotne cijevi funkcioniraju čak i uz malu temperaturnu razliku.

Budući da se toplinske cijevi oslanjaju na isparavanje i kondenzaciju da bi funkcionirale, postoji uobičajena zabluda da mora postojati velika temperaturna razlika ili visoka temperatura da bi toplotne cijevi bile korisne. Međutim, kako se toplotne cevi pune vakuumom pre zatvaranja, fluid unutar njih postoji istovremeno u tečnom i parnom obliku na svojoj tački zasićenja. Ovo je slično ključanju tečnosti na nižim temperaturama pod sniženim pritiskom, kao što je na većim visinama i nižim pritiscima. Molekuli zahtijevaju manje topline da bi bili dovoljno uzbuđeni da pređu iz tekućine u paru. Stoga, temperatura izvora toplote ne mora da dostigne standardnu ​​tačku ključanja sobne temperature da bi se pokrenula promena faze. U stvari, samo nekoliko stepeni razlike između "vruće" i "hladne" oblasti toplotne cevi je dovoljno da ona funkcioniše. Ovo je jedna od primarnih prednosti korištenja toplotnih cijevi, jer može smanjiti toplinski otpor rješenja.

 

Zabluda 6:Toplotne cijevi se ne mogu koristiti u uslovima smrzavanja.

istina:Toplotne cijevi se mogu razviti za rad u ekstremno teškim uvjetima, kao što su okruženja sa smrzavanjem.

Način rada toplotnih cijevi u uvjetima okoline ovisi o materijalima i dizajnu. Dok je bakar/voda najpopularnija kombinacija, drugi materijali se mogu koristiti za specifične zahtjeve. Tečnosti poput amonijaka, metanola i acetona mogu se kombinovati sa kompatibilnim metalima kako bi se formirale toplotne cijevi koje rade na temperaturama daleko ispod -60 stepeni.

Zabluda 7:Toplotne cijevi su skupe.

istina:Dodavanje toplotnih cijevi može smanjiti ukupne troškove rješenja.

Duktilnost bakra omogućava ekonomičnu proizvodnju, pouzdano zaptivanje i lako savijanje i presovanje u specifične geometrijske oblike. Boyd je usavršio proizvodne procese i tehnologiju dizajna toplotnih cijevi za proizvodnju isplativih bakar/voda toplinskih cijevi visokih performansi. Toplotne cijevi omogućavaju inženjerima da koriste aluminijske i ugrađene toplotne cijevi u aplikacijama koje zahtijevaju baze s bakrenim rebrima, smanjujući troškove. Takođe mogu eliminisati potrebu za ventilatorima ili drugim komponentama, štedeći novac i težinu.

U zaključku, toplotne cijevi su svestrane i vrlo korisne u upravljanju toplinom, razbijajući razne zablude. Ove zablude često proizlaze iz nerazumijevanja mogućnosti i primjena tehnologije. Sa sposobnošću da poboljšaju efikasnost hlađenja, smanje težinu i rade u različitim uslovima, toplotne cevi predstavljaju pouzdano i isplativo rešenje u okruženju elektronskih aplikacija i aplikacija velike snage koje se stalno razvijaju.