Ένας αγωγός θερμότητας είναι μια παθητική, διφασική συσκευή μεταφοράς θερμότητας που μετατοπίζει τη θερμική ενέργεια μέσω διαρκών κύκλων εξατμίσεως και συμπύκνωσης. Σκεφτείτε το σαν το ψυγείο στο αυτοκίνητό σας.
Ένας σωλήνας θερμότητας ενσωματώνει ένα κοίλο περίβλημα / φάκελο (π.χ. σωλήνα) κατασκευασμένο από ένα θερμικά αγώγιμο υλικό (π.χ. χαλκό, αλουμίνιο), ένα υγρό εργασίας (δηλαδή ένα υγρό που μπορεί να απορροφήσει και να μεταδώσει αποτελεσματικά την ενέργεια) και μια δομή / μαζί σε ένα πλήρως κλειστό / σφραγισμένο σύστημα.
Οι σωλήνες θερμότητας χρησιμοποιούνται για συστήματα HVAC, αεροδιαστημικές εφαρμογές (π.χ. θερμικό έλεγχο για διαστημικά σκάφη) και - πιο συχνά - για την ψύξη ηλεκτρονικών θερμών σημείων. Οι θερμαντικές σωληνώσεις μπορούν να γίνουν μικρές για μεμονωμένα εξαρτήματα (π.χ. CPU, GPU ) ή / και προσωπικές συσκευές (π.χ. smartphones / tablet, φορητοί υπολογιστές, υπολογιστές) ή αρκετά μεγάλες για να χωρέσουν περιβλήματα πλήρους μεγέθους (π.χ. ράφια δεδομένων, περιβλήματα ).
Πώς λειτουργεί ένας σωλήνας θέρμανσης;
Η ιδέα πίσω από ένα σωλήνα θερμότητας είναι παρόμοια με αυτή ενός καλοριφέρ αυτοκινήτου ή ενός συστήματος ψύξης υγρών ηλεκτρονικών υπολογιστών , αλλά με μεγαλύτερα πλεονεκτήματα. Η τεχνολογία θερμικής σωλήνωσης λειτουργεί με την αξιοποίηση της μηχανικής (δηλαδή της φυσικής):
- Θερμική αγωγιμότητα
- Μεταβατική φάση
- Μεταγωγή
- Τριχοειδής δράση
Το ένα άκρο του σωλήνα θερμότητας που διατηρεί επαφή με μια πηγή υψηλής θερμοκρασίας (π.χ. CPU ) είναι γνωστή ως τμήμα εξατμιστή . Καθώς το τμήμα του εξατμιστή αρχίζει να δέχεται επαρκή εισροή θερμότητας (θερμική αγωγιμότητα), το τοπικό εργαζόμενο ρευστό που περιέχεται στη δομή φυτιλιού που καλύπτει το περίβλημα στη συνέχεια εξατμίζεται από υγρό σε αέρια κατάσταση (μετάβαση φάσης). Το καυτό αέριο γεμίζει την κοίλη κοιλότητα μέσα στο σωλήνα θερμότητας.
Καθώς η πίεση αέρα συσσωρεύεται μέσα στην κοιλότητα του τμήματος του εξατμιστή, αρχίζει να κινεί τη λανθάνουσα θερμότητα που μεταφέρει ατμό προς το ψυχρότερο άκρο του σωλήνα θερμότητας (αγωγιμότητα). Αυτό το ψυχρό άκρο είναι γνωστό ως το τμήμα του συμπυκνωτή . Ο ατμός στο τμήμα του συμπυκνωτή ψύχεται στο σημείο όπου συμπυκνώνεται πίσω σε υγρή κατάσταση (μετάβαση φάσης), απελευθερώνοντας την λανθάνουσα θερμότητα που απορροφήθηκε από τη διαδικασία εξάτμισης. Η λανθάνουσα θερμότητα μεταφέρεται στο περίβλημα (θερμική αγωγιμότητα) όπου μπορεί εύκολα να απομακρυνθεί από το σύστημα (π.χ. με ανεμιστήρα ή / και ψύκτρα).
Το ψυγμένο εργαζόμενο υγρό εμποτίζεται από τη δομή του φυτιλιού και διανέμεται προς τα πίσω προς το τμήμα του εξατμιστή (τριχοειδής δράση). Μόλις το ρευστό φτάσει στο τμήμα του εξατμιστή, εκτίθεται στην είσοδο θερμότητας, η οποία συνεχίζει ξανά τον κύκλο.
Για να απεικονίσετε το εσωτερικό ενός σωλήνα θέρμανσης σε ενέργεια, φανταστείτε ότι αυτές οι διαδικασίες λειτουργούν ομαλά σε έναν κύκλο:
- Το αέριο που ρέει μέσα από την κοίλη κοιλότητα από τα θερμά σε ψυχρά τμήματα
- Υγρό που κινείται μέσω της δομής φυτιλιού από κρύο σε θερμό τμήμα
Οι αγωγοί θερμότητας μπορούν να μεταφέρουν τη θερμότητα μόνο όταν η κλίση της θερμοκρασίας πέσει εντός της περιοχής λειτουργίας του συστήματος - τα αέρια δεν θα συμπυκνώνονται όταν οι θερμοκρασίες υπερβαίνουν το σημείο συμπύκνωσης του στοιχείου, τα υγρά δεν θα εξατμιστούν όταν οι θερμοκρασίες υπολείπονται του σημείου εξάτμισης του στοιχείου. Ωστόσο, δεδομένης της ποικιλίας των αποτελεσματικών υλικών και των διαθέσιμων ρευστών εργασίας, οι κατασκευαστές είναι σε θέση να συντονίσουν το σχεδιασμό των σωλήνων θερμότητας και να εγγυηθούν την απόδοση.
Πλεονεκτήματα και οφέλη των σωληνώσεων θερμότητας
Παρά τις συμβατικές μεθόδους ηλεκτρονικής ψύξης, οι σωλήνες θερμότητας προσφέρουν σημαντικά οφέλη (με λίγους περιορισμούς):
- Παθητική ψύξη: Οι σωλήνες θερμότητας δεν χρειάζονται χειροκίνητο διακόπτη ή ηλεκτρικό ρεύμα για να λειτουργήσουν. Το μόνο που απαιτείται είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των τμημάτων του εξατμιστή και του συμπυκνωτή.
- Καμία συντήρηση: Οι σωληνώσεις θερμότητας είναι πλήρως κλειστές / σφραγισμένες με μηδενικά μηχανικά / κινούμενα μέρη.
- Ευέλικτη σχεδίαση: Οι σωλήνες θερμότητας μπορούν να κατασκευαστούν με πάχος / διάμετρο τόσο λεπτό όσο 3 mm, να σχηματίζονται σε σχήματα σ-στύλους αρκετά σφιχτά ώστε να περιστρέφονται γύρω από την άκρη μιας δεκάρας και να λειτουργούν σε οποιαδήποτε κατεύθυνση / προσανατολισμό (δηλαδή δεν εξαρτώνται από τη βαρύτητα) . Αυτές οι ευέλικτες πτυχές σχεδιασμού επιτρέπουν στους σωλήνες θερμότητας να ικανοποιούν συγκεκριμένα σχήματα και / ή απαιτήσεις.
- Υψηλή αγωγιμότητα: Οι σωληνώσεις θερμότητας κατασκευάζονται με υλικά ικανά να χειρίζονται θερμοκρασίες μέχρι και πάνω από 1000 βαθμούς C. Η επιλογή των υλικών περιβλήματος, των υγρών εργασίας και των κατασκευών φυτιλιού επιτρέπει στους σχεδιαστές να ρυθμίζουν τις θερμοκρασίες λειτουργίας.
- Αξία: Οι σωληνώσεις θερμότητας τείνουν να είναι μικρότερες, ελαφρύτερες, πιο αποτελεσματικές και οικονομικότερες για να παράγουν παρά συγκρίσιμα είδη συστημάτων ψύξης.