Một ống dẫn nhiệt là một thiết bị truyền nhiệt hai pha thụ động di chuyển năng lượng nhiệt qua các chu kỳ bốc hơi vĩnh viễn và ngưng tụ. Hãy nghĩ về nó giống như bộ tản nhiệt trong xe của bạn.
Ống dẫn nhiệt kết hợp vỏ bọc / phong bì rỗng (ví dụ ống) được làm bằng vật liệu dẫn nhiệt (ví dụ: đồng, nhôm), chất lỏng hoạt động (nghĩa là chất lỏng hấp thụ và truyền năng lượng hiệu quả) và cấu trúc bấc / lớp lót cùng nhau trong một hệ thống đóng kín hoàn toàn.
Ống dẫn nhiệt được sử dụng cho các hệ thống HVAC, các ứng dụng hàng không vũ trụ (ví dụ: kiểm soát nhiệt cho tàu vũ trụ), và - phổ biến nhất - làm mát các điểm nóng điện tử. Ống dẫn nhiệt có thể được chế tạo nhỏ cho các thành phần riêng lẻ (ví dụ CPU, GPU ) và / hoặc các thiết bị cá nhân (ví dụ như điện thoại thông minh / máy tính bảng, máy tính xách tay, máy tính) hoặc đủ lớn để chứa các thùng có kích thước đầy đủ (ví dụ: dữ liệu, mạng hoặc giá đỡ máy chủ / vỏ bọc ).
Làm thế nào để một ống dẫn nhiệt hoạt động?
Khái niệm đằng sau ống dẫn nhiệt tương tự như ống tản nhiệt ô tô hoặc hệ thống làm mát chất lỏng của máy tính , nhưng có lợi thế lớn hơn. Công nghệ ống dẫn nhiệt hoạt động bằng cách khai thác các cơ chế (ví dụ vật lý) của:
- Dẫn nhiệt
- Giai đoạn chuyển tiếp
- Đối lưu
- Hành động mao dẫn
Đầu một của ống dẫn nhiệt duy trì tiếp xúc với nguồn nhiệt độ cao (ví dụ CPU ) được gọi là phần thiết bị bay hơi . Khi phần thiết bị bay hơi bắt đầu nhận đủ nhiệt đầu vào (dẫn nhiệt), chất lỏng hoạt động cục bộ chứa trong cấu trúc bấc lót vỏ sau đó được bốc hơi từ chất lỏng thành trạng thái khí (chuyển pha). Khí nóng lấp đầy khoang rỗng bên trong ống dẫn nhiệt.
Khi áp suất không khí tích tụ bên trong khoang của phần thiết bị bay hơi, nó bắt đầu điều khiển hơi nóng tiềm ẩn của hơi - hướng tới đầu lạnh hơn của ống dẫn nhiệt (đối lưu). Kết thúc lạnh này được gọi là phần bình ngưng . Hơi trong phần ngưng tụ nguội đi đến điểm mà nó ngưng tụ trở lại trạng thái lỏng (chuyển pha), giải phóng nhiệt tiềm ẩn được hấp thụ bởi quá trình bay hơi. Sự chuyển nhiệt ẩn sang vỏ bọc (dẫn nhiệt), nơi nó có thể dễ dàng được tháo ra khỏi hệ thống (ví dụ với quạt và / hoặc tản nhiệt).
Các chất lỏng làm mát được làm mát được ngâm lên bởi cấu trúc bấc và phân phối trở lại đối với phần thiết bị bay hơi (hành động mao dẫn). Một khi chất lỏng đến phần thiết bị bay hơi, nó trở nên tiếp xúc với đầu vào nhiệt, tiếp tục chu kỳ một lần nữa.
Để hình dung bên trong ống dẫn nhiệt đang hoạt động, hãy tưởng tượng các quy trình này hoạt động trơn tru trong một chu kỳ:
- Khí chảy qua khoang rỗng từ các phần nóng đến lạnh
- Chất lỏng di chuyển qua cấu trúc bấc từ các phần lạnh đến nóng
Ống dẫn nhiệt chỉ có thể di chuyển nhiệt khi gradient nhiệt độ nằm trong phạm vi hoạt động của hệ thống - các khí sẽ không ngưng tụ khi nhiệt độ vượt quá điểm ngưng tụ của nguyên tố, chất lỏng sẽ không bốc hơi khi nhiệt độ rơi ngắn. Nhưng với nhiều loại vật liệu hiệu quả và chất lỏng hoạt động có sẵn, các nhà sản xuất có thể tinh chỉnh thiết kế của ống dẫn nhiệt và đảm bảo hiệu suất.
Ưu điểm và lợi ích của ống dẫn nhiệt
So với các phương pháp làm mát bằng điện tử thông thường, ống dẫn nhiệt cung cấp các lợi ích đáng kể (với một số hạn chế):
- Làm mát thụ động: Ống dẫn nhiệt không cần chuyển đổi bằng tay hoặc điện để hoạt động. Tất cả những gì cần thiết là sự chênh lệch nhiệt độ giữa thiết bị bay hơi và các bộ phận ngưng tụ.
- Không bảo dưỡng: Ống dẫn nhiệt là hệ thống đóng kín / đóng kín hoàn toàn với các bộ phận cơ khí / chuyển động bằng không.
- Thiết kế linh hoạt: Ống dẫn nhiệt có thể được làm với độ dày / đường kính mỏng đến 3 mm, được tạo thành trong hình chữ U đủ để cuộn quanh mép của đồng xu và làm việc theo bất kỳ hướng / hướng nào (tức là không phụ thuộc vào lực hấp dẫn) . Các khía cạnh thiết kế linh hoạt này cho phép ống dẫn nhiệt đáp ứng các hình dạng và / hoặc yêu cầu cụ thể.
- Độ dẫn cao: Ống dẫn nhiệt được làm bằng vật liệu có thể xử lý nhiệt độ lên tới hơn 1000 độ C. Việc lựa chọn vật liệu vỏ, chất lỏng làm việc và cấu trúc bấc cho phép các nhà thiết kế tinh chỉnh các dải nhiệt độ hoạt động.
- Giá trị: Ống dẫn nhiệt có xu hướng nhỏ hơn, nhẹ hơn, hiệu quả hơn và giá cả phải chăng hơn để sản xuất so với các loại hệ thống làm mát tương đương.