7 najčastejších mýtov o tepelných trubiciach

Keďže elektronické zariadenia sa neustále vyvíjajú, vyžadujú si viac funkcií a vyššiu spoľahlivosť, nadmerné teplo zostáva významnou prekážkou pri vývoji výkonnejších aplikácií novej generácie a prevratných inovácií. V každom odvetví, najmä v oblasti mobilných zariadení, medicíny, telekomunikácií a internetu vecí (IoT), je výzvou vytvoriť nové produkty a systémy, ktoré sú kompaktné, multifunkčné a schopné zvládať vysoké tepelné zaťaženie s vysokou spoľahlivosťou. Inžinieri čelia výzve efektívneho zaobchádzania s teplom, pretože spotrebitelia požadujú menšie, tenšie a výkonnejšie zariadenia s ďalšími možnosťami, funkciami a schopnosťami.

Dvojfázové chladenie sa rýchlo vyvíja a získava na popularite pri riešení týchto problémov. Najmä tepelné trubice sa ukázali ako vysoko účinné pri dosahovaní rýchlejšieho chladenia, nižšej hmotnosti, zvýšenej spoľahlivosti a dlhšej životnosti. Ich najvýznamnejšia výhoda však spočíva v ich konštrukčnej flexibilite, ktorá sa bezproblémovo integruje do tepelných systémov, čím sa výrazne zvýši účinnosť a kapacita chladenia.

Prehľad:

Komponenty tepelných trubíc kombinujú vyspelý a spoľahlivý pasívny dvojfázový prenos tepla s rôznymi ďalšími technológiami tepelného manažmentu, aby vytvorili efektívne a odolné chladiace riešenia. S viac ako päťdesiatimi rokmi inovácií a výrobných skúseností v oblasti tepelných trubíc je spoločnosť Boyd dobre vybavená na navrhovanie a výrobu efektívnych a odolných chladiacich riešení, ktoré dokážu fungovať aj v tých najnáročnejších podmienkach prostredia.

Rozšíriteľné medené steny a jadrá môžu byť ohýbané alebo sploštené, aby vyhovovali tepelným a geometrickým požiadavkám aplikácií. Túto flexibilitu možno využiť na zmenšenie celkovej veľkosti, zvýšenie povrchového kontaktu alebo usporiadanie tepelných rúr okolo inštalovaného hardvéru. Tepelné trubice môžu byť zabudované v iných technológiách na urýchlenie odvodu tepla alebo využitie tepelných trubíc v rámci systému na prenos tepla zo zdroja tepla na bezpečné miesto pre odvod tepla.

 

Mylná predstava 1:Ak sa tepelná trubica zlomí, vytečie kvapalina na moje elektronické zariadenie.

pravda:Tepelné potrubia sa zlomia len zriedka, ak vôbec. V extrémne nepravdepodobných scenároch môže minimálne množstvo kvapaliny v potrubí nasýtiť jeho jadro, ale nemôže kvapkať ani presakovať na vaše elektronické zariadenie. Tepelné trubice sú vo svojej podstate robustné a fungujú ako čisto pasívny systém bez pohyblivých častí, ktoré by sa mohli časom opotrebovať. Na „zlomenie“ dobre vyrobenej tepelnej trubice by bolo potrebné ju rozrezať alebo ju vystaviť nadmernému ohýbaniu alebo skladaniu. Tepelné trubice sa plnia pod vákuom, čím sa zabezpečí, že objem tekutiny v trubici zostane vo forme pary, čím sa zabráni akémukoľvek kvapkaniu.

Ich odolnosť, vyššia spoľahlivosť a tesnosť robia z tepelných trubíc ideálne riešenie pre letecký priemysel, zdravotníctvo, spotrebnú elektroniku, vysokovýkonné aplikácie vyžadujúce vysokú spoľahlivosť a trhy, kde by úniky z tradičných tekutých riešení mohli mať katastrofálne následky.

 

Mylná predstava 2:Tepelné rúry sú ťažké.

pravda:Tepelné trubice môžu viac znížiť hmotnosť, ako pridať komponentom.

Zatiaľ čo tepelné trubice sú zvyčajne vyrobené z medi (pomerne ťažký materiál), niektorí sa mylne domnievajú, že integrácia tepelných trubíc zvýši hmotnosť ich riešenia. Napriek tomu, že sú tepelné trubice vyrobené z medi, sú duté, čím sa znižuje hmotnosť roztoku a zároveň sa rôznymi spôsobmi zvyšuje tepelný výkon. Tepelné trubice sa bežne používajú na prenos tepla do oblastí, ktoré sú chladnejšie, vzdialenejšie a otvorenejšie, kde sa dá lepšie využiť prúdenie vzduchu a priestor. To umožňuje pridať do týchto priestorov ventilátory a ľahké rebrové konštrukcie, čím sa zníži celková veľkosť a hmotnosť chladiaceho riešenia.

Ďalším bežným príkladom je nahradenie tradičných medených chladičov alebo väčších chladičov hliníkovou základňou s tepelnými trubicami. Vysoká účinnosť odvodu tepla tepelných trubíc rovnomerne a rýchlo rozdeľuje teplo cez celý chladič, čím sa zlepšuje účinnosť, znižuje sa veľkosť chladiča a požiadavky na materiál, čím sa v konečnom dôsledku znižuje celková hmotnosť a náklady na riešenie.

 

Mylná predstava 3:Tepelné trubice je možné použiť len s výparníkmi a kondenzátormi na oboch koncoch.

pravda:Tepelné rúrky fungujú po celej dĺžke bez ohľadu na ich polohu na potrubí; dôsledne prenášajú teplo z teplejších oblastí do chladnejších.

Tepelné rúrky sú zvyčajne navrhnuté ako komponenty tepelného manažmentu na prenos tepla zo zdroja tepla na jednom konci na druhý, aby sa zabezpečilo bezpečné a efektívne odvádzanie tepla. Aj keď je toto použitie bežné, nie je to jediný spôsob, ako použiť tepelné trubice.

Knôtová štruktúra tepelných trubíc im umožňuje pracovať v akomkoľvek smere, často po celej dĺžke trubice. Teplo sa svojou povahou presúva z horúceho do studeného a tepelné trubice nie sú výnimkou. Bez ohľadu na to, kde je teplo umiestnené pozdĺž potrubia, bude vždy prúdiť zo zdroja tepla smerom ku kondenzačnému bodu a potom späť cez jadro. To zvyšuje flexibilitu dizajnu a možnosti použitia tepelných trubíc, čo umožňuje inovatívnejšie a nákladovo efektívnejšie tepelné riadenie. Jednou z takýchto aplikácií je vkladanie tepelných rúrok na šírenie tepla namiesto prenosu tepla. Keď sú tepelné trubice vložené do spodnej časti chladiča, teplo sa distribuuje po celej dĺžke tepelnej trubice a nekondenzuje v pevnej oblasti. Napríklad integrácia tepelných trubíc do vzduchom chladených chladičov na rozšírenie vysokého výkonu, čím sa zníži potreba kvapalných systémov pri chladení vysokovýkonných IGBT.

 

Mylná predstava 4:Tepelné trubice môžu šíriť teplo iba v priamom smere. Ak chcem rozložiť teplo po celej základni, potrebujem rozdeľovač tepla.

pravda:Tepelné trubice sa dajú ohýbať, správajú sa podobne ako rozdeľovač tepla, ale s integrovanejšou štruktúrou.

Keď boli tepelné trubice pôvodne predstavené a integrované s inými technológiami, boli vložené do priamych línií. Na dosiahnutie rovnomernejšieho odvodu tepla inžinieri použili rozdeľovače tepla. Zatiaľ čo rozvádzače tepla dokážu efektívne dosiahnuť rovnomernú difúziu tepla, prichádzajú s vlastným súborom výziev v oblasti dizajnu, ktoré nemusia byť vhodné pre každú aplikáciu.

Hoci tepelné trubice prenášajú teplo iba pozdĺž svojej osi, os možno ohnúť alebo použiť s viacerými tepelnými trubicami, aby účinne fungovala ako mechanizmus rovinnej difúzie podobný rozdeľovaču tepla. Tepelné trubice sú nákladovo efektívnejšie, štrukturálne robustnejšie a môžu byť navrhnuté tak, aby napodobňovali funkciu a výkon rozdeľovača tepla. Ak sú tepelné trubice správne vložené, vydržia značnú montážnu silu v aplikáciách, kde môže byť parná komora príliš krehká.

 

Mylná predstava 5:Tepelné trubice musia byť veľmi horúce, aby fungovali.

pravda:Technológia výroby umožňuje fungovanie tepelných trubíc aj pri malom teplotnom rozdiele.

Keďže tepelné trubice fungujú pri vyparovaní a kondenzácii, existuje všeobecná mylná predstava, že na to, aby boli tepelné trubice prospešné, musí existovať veľký teplotný rozdiel alebo vysoká teplota. Keďže sú však tepelné trubice pred utesnením naplnené vákuom, tekutina v nich existuje súčasne v kvapaline a vo forme pary v bode jej nasýtenia. Je to podobné vareniu kvapaliny pri nižších teplotách za zníženého tlaku, napríklad vo vyšších nadmorských výškach a nižších tlakoch. Molekuly vyžadujú menej tepla, aby boli dostatočne vzrušené, aby sa zmenili z kvapaliny na paru. Preto teplota zdroja tepla nemusí dosiahnuť štandardný bod varu pri izbovej teplote, aby sa spustila zmena fázy. V skutočnosti len niekoľko stupňov rozdielu medzi "horúcou" a "studenou" oblasťou tepelnej trubice postačuje na jej fungovanie. Toto je jedna z primárnych výhod použitia tepelných trubíc, pretože môže minimalizovať tepelný odpor riešenia.

 

Mylná predstava 6:Tepelné trubice sa nemôžu používať v mrazivých podmienkach.

pravda:Tepelné trubice môžu byť vyvinuté tak, aby fungovali v extrémne náročných podmienkach, ako je mrazivé prostredie.

Prevádzkový režim tepelných rúr v podmienkach prostredia závisí od materiálov a konštrukcie. Zatiaľ čo najpopulárnejšou kombináciou je meď/voda, pre špecifické požiadavky možno použiť aj iné materiály. Kvapaliny ako čpavok, metanol a acetón je možné kombinovať s kompatibilnými kovmi a vytvoriť tak tepelné trubice, ktoré fungujú pri teplotách hlboko pod -60 stupňov.

Mylná predstava 7:Tepelné trubice sú drahé.

pravda:Pridanie tepelných trubíc môže znížiť celkové náklady na riešenie.

Ťažnosť medi umožňuje ekonomickú výrobu, spoľahlivé tesnenie a ľahké ohýbanie a lisovanie do špecifických geometrických tvarov. Spoločnosť Boyd zdokonalila výrobné procesy a technológiu návrhu tepelných rúrok na výrobu cenovo efektívnych vysokovýkonných tepelných rúrok z medi/vody. Tepelné trubice umožňujú inžinierom používať hliníkové a zabudované tepelné trubice v aplikáciách vyžadujúcich medené rebrované základne, čím sa znižujú náklady. Môžu tiež eliminovať potrebu ventilátorov alebo iných komponentov, čím ušetria peniaze a hmotnosť.

Záverom možno povedať, že tepelné trubice sú všestranné a veľmi prospešné v tepelnom manažmente, čím vyvracajú rôzne mylné predstavy. Tieto mylné predstavy často pramenia z nedostatočného pochopenia schopností a aplikácií technológie. So schopnosťou zvýšiť účinnosť chladenia, znížiť hmotnosť a pracovať v rôznych podmienkach predstavujú tepelné trubice spoľahlivé a nákladovo efektívne riešenie v neustále sa vyvíjajúcom prostredí elektronických a vysokovýkonných aplikácií.