열전달의 기초

히트 스프레딩

열 스프레더는 거의 움직이는 부품없이 비용 효율적이고 신뢰할 수있는 높은 열 전도성과 효능을 제공합니다.

히트 스프레더는 높은 열 플러스 밀도(높은 단위 영역당 열 흐름)를 가진 열원을 처리하는 경우 또는 2차 열 교환기 자체가 공간 제한, 에너지 사용, 비용 등의 이유로 인해 효과적인 열 분산 방식이 아닌 경우에 효과적인 솔루션입니다. 히트 스프레더는 설계자가 수냉식 대신 공냉식의 2차 열 교환기를 사용할 수 있게 해 줍니다.

대부분의 히트 스프레더는 열 교환기 기능을 하는 구리판으로 되어 있습니다. 히트 스프레더는 대개 열원과 2차 열 교환기 사이에 열을 전달합니다. 열은 열원에서 히트 스프레더를 통해 작은 단면에서 더 큰 단면(2차 열 교환기)으로 이동하면서 "분산"됩니다. 히트 스프레더의 열 흐름은 2차 열 교환기의 열 흐름과 동일하지만, 열 플럭스 밀도가 감소하므로 공기 냉각을 통한 열 분산이 더 쉬워집니다. 또한 2차 열 교환기는 열 플럭스 밀도가 낮기 때문에 보다 저렴한 재질로 제작할 수 있습니다.

Boyd는 솔루션 효과적인 열 전도성을 크게 개선하는 다양한 열 확산 기술을 제공합니다. 이러한 열 확산 기술은 다음과 같습니다.

  • 고급 고체 전도 (k 코어® / 흑연 기술)
  • 히트 파이프가 내장된 냉각판
  • 증기 챔버 조립 부품
지느러미와 베이스가 있는 구리 열 스프레더
지느러미가 있는 히트 파이프 어셈블리

열전달

히트 파이프 또는 루프 히트 파이프와 같은 피동적 장치를 사용한 원격 열 분산 방식의 열 제거는 고성능, 저중량, 저비용 및 고신뢰성을 갖춘 효율적인 열 솔루션을 제공합니다. 고장, 마모, 교체 또는 윤활을 신경써야 하는 움직이는 부품(moving parts)이 없기 때문입니다.

히트 파이프

히트 파이프는 몇 인치(>50mm)에서 3 피트 이상(> 1 미터)의 거리 범위에서 열을 이동하는 데 사용할 수 있습니다. 히트 파이프에서는 열원의 열이 히트 파이프의 증발기 쪽으로 진입하여 작업 유체의 상태가 액체에서 증기로 바뀌게 됩니다. 증기는 히트 파이프 내의 증기 공간을 통해 반대편의 콘덴서 쪽으로 이동하고 여기에서 히트 싱크 또는 다른 2차 열 분산 장치가 열 에너지를 제거합니다. 콘덴서 쪽에서 이루어지는 열 배출은 증기가 다시 액체로 응축하게 만들고, 이 액체는 모세관 심지 구조로 흡수됩니다. 히트 파이프 내부 벽에 통합된 모세관 심지 구조는 히트 파이프 내부에 응축된 액체가 모세관 작용을 통해 히트 파이프의 콘덴서 부분에서 증발기 부분으로 회수되도록 해 줍니다.

이 열 솔루션의 열 이동 효율은 심지, 사용 유체, 직경, 길이, 굴곡 및 편평도 및 방향과 같은 요소에 의해 결정됩니다.

일반적으로 상용화된 네 가지의 히트 파이프 심지 구조로는 내부 튜브 벽의 홈, 와이어 또는 스크린 메시, 소결 분말 금속 및 파이버/스프링이 있습니다. 심지에 따라 모세관 한도(작용 유체가 콘덴서에서 증발기로 이동하는 모세관 펌프 속도)가 달라집니다.

루프 히트 파이프

루프 히트 파이프(LHP) 역시 모세관 작용을 사용하여 열원에서 열을 제거하고 수동적으로 콘덴서 또는 라디에이터로 이동시키는 2상 열 전달 장치입니다. LHP는 히트 파이프와 비슷하지만 먼 거리(최대 75미터)에 걸쳐 안정적인 작동을 제공하고 중력(고중력 환경)에 대해 작동할 수 있는 기능을 제공합니다.

루프 히트 파이프에서, 심지 구조는 증발기에서만 이며 기화 된 유체는 액체에서 분리하 고 다시 증발기로 응축기를 통해 루프로 이동합니다. Boyd는 강력한 대형 LhP(>2000W)에서 부터 광범위한 항공 우주 및 지상 기반 애플리케이션에 성공적으로 고용된 소형 LhP(<100W)에 이르기까지 다양한 LhP 설계를 개발하고 제조했습니다.

작동 유체, 작동 온도 범위, 방향 및 성형

작동 유체의 유형은 또한 히트 파이프 성능에 영향을 미칩니다. 히트 파이프 또는 루프 히트 파이프는 작동 유체 온도가 동결 점 위에있을 때만 작동합니다. 온도가 작동 유체의 증기 응축 점 위에 있을 때, 증기는 액체 상으로 다시 응축되지 않으며 유체 순환이 발생하지 않습니다. 작업 유체 선택은 응용 프로그램의 작동 온도 범위를 기반으로합니다. Boyd는 극저온(<-250°C)에서 고온(>2000°C)까지 작동 온도 범위를 위한 히트 파이프 및 루프 히트 파이프를 설계하고 개발했습니다. 물은 5°C ~ 250°C의 유리한 열 특성 및 작동 온도 범위로 인해 가장 일반적인 작동 유체입니다.

Boyd는 27가지 이상의 작업 유체를 사용하여 히트 파이프를 설계, 개발 및 제조했습니다.

중력에 대한 히트 파이프의 상대 방향과 심지 구조는 성능에 있어 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 홈 심지는 모세관 한도가 가장 낮지만 증발기가 콘덴서 아래에 위치한 중력 보조 조건에서 가장 잘 작동합니다. 루프 히트 파이프는 방향에 덜 민감하며 증발기의 고성능 모세관 펌프 심지에 의존하여 성능을 제공합니다.

히트 파이프는 조립하여 통합하는 것을 염두에 두고 성형(플랫형 또는 굴곡형)을 할 수 있습니다. 히트 파이프를 평평하게 또는 굴곡되게 성형하면 전송 가능한 열 최대량이 감소할 수 있습니다. 이러한 한계를 피하는 것은 설계 고려 사항 중 하나입니다.

히트 파이프 적용 분야

산업, 전자, 항공 우주 및 기타 응용 분야에서 열을 이동하기 위해 히트 파이프 및 루프 히트 파이프는 일반적으로 열 하위 시스템에 통합되어 열원에서 원격 영역으로 열을 운반합니다. 히트 파이프는 열원과 열에 민감한 부품에서 다른 위치에 있는 지느러미 어레이 또는 방열판으로 열을 운반하는 데 효과적입니다.

고용량 출력의 전자 제품 냉각기는, 열원 바로 옆에 핀형 히트 싱크를 장착하기에는 공간이 부족한 열 솔루션의 한 예입니다. 대신, 고용량 히트 파이프가 핀 배열로 열을 이동하여 여기에서 강제 대류를 통해 열 에너지가 배출됩니다. 이러한 방식으로 수백 와트의 에너지를 배출할 수 있습니다.

히트 파이프 및 루프 히트 파이프의 혜택

히트 파이프 및 루프 히트 파이프를 열 솔루션에 통합하면 다음과 같은 다양한 혜택을 얻을 수 있습니다.

  • 고유효 열 전도도(>5000 W/m•K)
  • 긴 거리의 열 이동 가능
  • 뛰어난 신뢰성
  • 움직이는 부품이 없음
  • 뛰어난 비용 효과
  • 피동성 - 움직이는 부품이 없음 그리고 이로 인해 보수 관리가 쉬움

또한, 히트 파이프와 루프 히트 파이프는 히트 파이프 수명에 영향을 미칠 수 있는 기계적 충격, 진동, 충격력, 열 충격/사이클링 및 부식성 환경과 같은 다양한 외부 환경 요소에 맞추어 설계될 수 있습니다.

열 분산

방열판, 히트 파이프, 증기 챔버, 루프 히트 파이프, K-Core®, 액체 냉판 및 열 교환기와 같은 Boyd의 열 용액 기술을 사용하여 설계자는 폐열을 공기 (자연 또는 강제 대류), 액체 (물, 물 / 글리콜, PAO)로 방출하거나 우주로 방출하도록 선택할 수 있습니다.

대기로 열 배출

많은 응용 분야에서 열 관리의 바람직한 방법은 대류 냉각 공기, 특히 전자 냉각 응용 분야입니다. Boyd의 방열판, 히트 파이프 어셈블리 및 열 스프레더 기술을 통해 폐열은 일반적으로 열 발생 장치(예: 전자 시스템 내의 전기 부품(예: 컴퓨터 및 데이터 센터)에서 흡수된 다음 자연 또는 강제(팬 에어 무버 사용)를 통해 주변 공기로 방출되거나 확산됩니다. 원격 히트 파이프 어셈블리 및 증기 챔버와 같은 Boyd의 열 기술을 통해 설계자는 고열 플럭스 구성 요소에서 더 큰 표면적 (일반적으로 플레이트 지느러미 또는 접힌 지느러미)이있는 위치로 열을 이동하고 주변 공기로 방출하기위한 낮은 열 플럭스를 사용할 수 있습니다.

액체로 열 배출

군사 레이더 나 전력 전자 장치와 같은 큰 열 부하가있는 응용 프로그램은 종종 궁극적 인 열 방출을위한 보조 시스템의 액체 냉각수 (물, 물 / 글리콜, PAO)로 방출되는 폐열을 필요로합니다. Boyd의 히트 파이프 냉판과 액체 냉면 플레이트를 통해 설계자는 열 발생 장치에서 이차 시스템에서 순환되는 냉각수로 열을 이동할 수 있습니다.

복사를 통한 열 배출

위성이 더 많은 전자 장치로 포장됨에 따라 제한된 표면적을 통해 열을 거부하는 문제가 커집니다. 보이드의 저온, 축축하게 그루브 히트 파이프 (암모니아 / 알루미늄, 에탄 / 알루미늄) 및 루프 히트 파이프 기술은 발사를 위해 저장된 라디에이터 패널을 통해 열을 거부 할 수 있게 한 다음 위성이 궤도를 달성 할 때 위성에서 배포 할 수 있습니다. 우리의 저온 축축한 홈 히트 파이프는 위성 전자 제품에서 라디에이터 패널로 열을 확산하여 폐열을 우주로 방출합니다. 그리고 우리의 루프 히트 파이프 기술은 수송하고 2,000 W 보다 큰 W의 수백W에서 열 부하를 거부 할 수 있습니다.

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