ОХЛАЖДЕНИЕ ТЕПЛОВЫМИ ТРУБКАМИ

     интересные РАДИОСХЕМЫ самодельные


» ПОИСК СХЕМ


» РАДИОБЛОГИ
Миниатюрный транзисторный усилитель 100W RMS
Мощный самодельный радиовещательный передатчик 88-108 МГц
Электронные компоненты и детали, доставка по России в сентябре всего 99р.
Усилитель мощности на 5000 Вт с питанием от 220 В
Источник тока на ОУ и транзисторе
Миниатюрный щуп-вольтметр
Программатор ARM Cortex USB и Flash Magic
Светодиодный свет для растений

ОХЛАЖДЕНИЕ ТЕПЛОВЫМИ ТРУБКАМИ


При разработке электронных устройств наблюдается тенденция уменьшения габаритов не как самих деталей, так и схем преобразования энергии. Это проблема и для разработчиков систем охлаждения - по мере увеличения удельной мощности компонентов возрастают требования к системам отвода тепла. Классические пассивные решения, основанные только на радиаторах, во многих случаях могут оказаться недостаточными. В такой ситуации интересной альтернативой может стать тепловая трубка.

Тепловая трубка является частью пассивной системы охлаждения, она состоит из металлической трубки, заполненной испаряющейся и конденсирующейся жидкостью. Процесс испарения и конденсации нужен для передачи тепловой энергии между двумя её концами, поэтому метод можно использовать для отвода тепла. Преимуществом такого типа конструкции является высокий КПД даже при небольшой разнице температур между площадями, примерно на порядок большей, чем в случае решений основанных на обычной теплопроводности.

Внутренняя часть трубки покрыта пористой структурой, известной как фитиль. В сосуде находится достаточное количество рабочей жидкости, позволяющее полностью смочить фитиль.

Наиболее распространенная конструкция тепловых трубок включает медную трубку, фитиль из спеченного медного порошка и деминерализованную воду в качестве рабочего агента.

Принцип работы тепловой трубки

Трубки состоят из трех отдельных зон - испарителя, конденсатора и адиабатической зоны между ними. В испарителе к трубке подводится тепло, жидкость нагревается и испаряется, а в конденсаторе нагретый пар отдает тепловую энергию и конденсируется обратно в жидкую форму. Высокая температура и достаточно высокое давление заставляют пар течь из испарителя в конденсатор, расположенный в более холодной части системы. Жидкость возвращается в испаритель за счет капиллярных сил, возникающих в пористой структуре фитиля. Принцип тепловой трубы показан на рисунке. Таким образом процессы, ответственные за теплопередачу в устройствах этого типа, - это в первую очередь испарение и конвекция.

На рынке представлены тепловые трубки различных размеров и форм. Типичный размер поперечного сечения её от 2 до 12 мм. Можно выбрать такие свойства фитиля, как толщина и пористость. К наиболее важным зависимостям, связанным с конструкцией тепловой трубки, относятся:

  • Холодопроизводительность - сильно зависит от диаметра и длины тепловой трубки. Более длинные трубки и трубки большего диаметра, способны эффективнее отводить тепло в окружающую среду.
  • Емкость трубок - она является аддитивной, то есть система состоящая из двух трубок мощностью 20 Вт каждая, будет иметь общую охлаждающую способность 40 Вт.

Охлаждающая способность уменьшается если трубка изогнута, если капиллярные силы действуют против силы тяжести, по мере увеличения высоты системы относительно уровня моря и если форма трубки становится плоской.

Применение тепловых трубок

Они обычно используются в схемах с высокой мощностью, где охлаждение основанное только на радиаторах, не может эффективно снизить температуру. Теплопроводность тепловой трубки во много раз выше, чем у металлов. Для алюминия этот параметр составляет около 200 Вт / мК, для меди - около 400 Вт / мК, а для трубок достигает 6000 Вт / мК (почувствуйте разницу).

Но в отличие от однородных металлических конструкций, значение коэффициента теплопроводности двухфазных устройств сильно зависит от всей группы параметров и переменных окружающей среды. Расстояние на котором происходит теплопередача, то есть длина трубки, имеет наибольшее значение. По мере увеличения длины увеличивается эффективность теплопередачи.

Изгиб тепловой трубки снижает эффективность теплопередачи, но во многих случаях может оказаться очень полезным. Возможность адаптировать форму трубки к потребностям конструкции, позволяет обходить другие компоненты размещенные на печатной плате, облегчая проектирование устройства. Тепловые трубки со встроенным радиатором улучшают распределение тепла.

Наиболее распространенные ситуации, которые могут указывать на обоснованность использования тепловой трубки в сконструированном устройстве, перечислены ниже.

  1. Необходимо передать тепло между источником и приемником (радиатором) на расстояние более 50 мм. Для более коротких расстояний для передачи тепловой энергии также подходят трубка или стержень из однородного металла, например меди.
  2. Размер радиатора, нужного для эффективного охлаждения компонента, слишком велик - его основание во много раз превышает размер компонента или его высота не соответствует проектным требованиям. Все это затрудняет или делает невозможным размещение его без нарушения правил проектирования.
  3. Металлический радиатор отвечает тепловым требованиям и находится в пределах максимально допустимого диапазона, но не отвечает требованиям по весу или устойчивости к вибрации и ударам. Металлический радиатор всегда заметно тяжелее чем тепловая трубка с аналогичной охлаждающей способностью.

Использование тепловых трубок особенно целесообразно, если имеется очень плохая вентиляция схемы. Особенности теплового баланса - разницы между максимально допустимой температурой окружающей среды и максимально допустимой рабочей температурой системы.

Фитиль трубки чаще всего представляет собой порошкообразную медь, а рабочая жидкость - смесь воды и метанола при пониженном давлении, чтобы поддерживать температуру кипения как можно ниже.

Подведём итог

Таким образом тепловые трубки могут быть хорошим решением, когда необходимо обеспечить эффективное охлаждение элементов с высокой удельной мощностью, а также когда надо передать тепловую энергию на большое расстояние от источника тепла. Как пассивные элементы они не требуют питания и не создают шума (в отличии от вентиляторов), отличаются высокой надежностью, а по сравнению с радиаторами имеют меньший вес и лучшую устойчивость к ударам и вибрации.

   Форум




   Форум по обсуждению материала ОХЛАЖДЕНИЕ ТЕПЛОВЫМИ ТРУБКАМИ


LED CHASER: СХЕМА КОНТРОЛЛЕРА ЭФФЕКТОВ

Самодельный 8-канальный PWM MOSFET LED Chaser на микроконтроллере 16F628A.


РАБОТА ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ LM358

Теория и практика ОУ, описание работы и подключение типового операционного усилителя - микросхемы LM358.


ФМ РАДИОПЕРЕДАТЧИК С КВАРЦЕМ

Схема простого кварцованного передатчика FM диапазона на мощность до 0,2 Вт, при питании от 12 В.



Радиосхемы » Теория электроники



» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ


© 2010-2021 "Радиосхемы". Все права защищены  Почта  PDA   Группа вконтакте   Канал ютуб   Группа в фэйсбук