2단계 냉각에는 여러 가지 냉각 기술이 포함되므로 열 전문가 중 한 명과 함께 자주 묻는 질문에 답했습니다. LinkedIn의 Ask an Expert 시리즈 중 첫 번째 시리즈에서는 사람들에게 가장 인기 있는 열 기술 중 하나인 2상 냉각에 대한 질문을 제출하도록 요청했습니다. 몇 가지 질문을 받았기 때문에 열 전문가 중 한 명인 David Miller와 이야기를 나누어 아래에서 답변했습니다.
"2상" 냉각을 만드는 이유는 무엇입니까?
기본적으로 "2상"은 액체에서 증기로 유체의 상 변화가 발생함을 의미합니다. 이러한 상 변화는 잠열이라고 하는 열의 실질적인 변형을 일으킵니다. 히트 파이프에서는 매우 적은 양의 순수한 물(또는 기타 액체)이 내부의 심지를 포화시킵니다. 그 히트 파이프가 한 영역에서 열에 노출되면 그 액체가 증발하여 물이 증기로 상 변화합니다. 이 물을 증기로 바꾸면 열이 응축되는 더 시원한 지역으로 빠르게 전달됩니다. 이러한 열의 이동은 구리와 같은 고체 물질을 통한 전도보다 훨씬 더 높은 유효 열전도율을 갖습니다.
공랭식에 비해 2상 냉각의 이점은 무엇입니까?
모든 열 관리 시스템에서 열은 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동해야 하므로 한 위치에서 다른 위치로 열을 이동할 수 있는 방법이 필요합니다. 히트 파이프, 증기 챔버 및 열사이펀은 모두 구리 또는 알루미늄과 같은 기존의 고체 금속 도체보다 더 효율적으로 이를 수행하는 구성 요소입니다. 이러한 2상 냉각 방법에서 발생하는 상 변화로 인해 열전도율은 구리의 100-200배입니다. 이것은 냉각 시스템의 총 열 저항과 한 지점에서 다른 지점으로의 온도 차이(Δt)를 감소시킵니다. 이 모든 것을 말하더라도 여전히 공기가 필요합니다. 공랭식 장치를 히트 파이프만으로 교체할 수는 없습니다. 히트 파이프는 확장된 표면적(FINS) 및 일종의 공기 이동 시스템(또는 자연 대류)과 함께 사용합니다. 그러나 열 저항이 낮을수록 열이 더 빨리 전달되므로 동일한 양의 전력에 대해 2상 강화 냉각 시스템으로 장치에서 공기까지의 온도 차이가 낮아집니다.
열사이펀, 히트 파이프 및 증기 챔버는 언제 사용합니까?
우리는
웹 사이트에서 이들 각각이 어떻게 작동하는지에 대한 많은 정보를 가지고 있으며, 이는 좋은 출발점입니다. 대부분의 응용 분야는 고유하기 때문에 BOYD 연락하여 당사의 응용 프로그램 또는 설계 엔지니어 중 한 명과 협력하여 최적화된 냉각 솔루션을 개발하는 것이 가장 좋습니다.
2상 냉각 시스템 구현과 관련된 몇 가지 과제는 무엇입니까?
2단계 시스템이 무엇인지에 따라 다릅니다. 비용은 사용되는 기술에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 히트 파이프의 최대 길이에도 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 매우 먼 거리를 가로질러 열을 이동해야 하는 경우 히트 파이프의 길이가 제한될 수 있습니다. 히트 파이프 또는 증기 챔버의 물리적 크기도 문제가 될 수 있는데, 사용 가능한 툴링에 따라 제조할 수 있는 것에 제한이 있기 때문입니다. 마지막으로, 환경이 요인이 될 수 있습니다. 영하로 떨어지는 환경은 구리-물 기반 히트 파이프가 영하 온도에서만 작동하기 때문에 문제가 될 수 있습니다. 이제 장거리를 위해
Thermosiphon 을 사용하거나 영하의 온도에서 작동하기 위해 히트 파이프에 물 대신 메탄올을 사용하는 등 이러한 각 문제를 해결할 수 있는 방법이 있습니다. 궁극적으로 가장 좋은 방법은 특정 프로젝트 요구 사항을 당사에 보내는 것이며, 당사는 가장 적합한 냉각 방법을 결정하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
히트 파이프와 루프 히트 파이프의 차이점은 무엇입니까?
기존의 히트 파이프는 심지와 내부에 특정 양의 유체가 있는 구리 튜브로 생각하십시오. 한쪽 끝을 가열하면 내부의 물이 증발하여 다른 쪽 끝으로 이동하여 냉각됩니다. 그런 다음 액체는 응축되어 모세관 작용에 의해 동일한 파이프를 따라 가열된 끝으로 다시 이동합니다. 루프 히트 파이프는 연속 루프로 실행됩니다. 물이 증기로 변하는 시작점(증발기)이 있습니다. 증기는 파이프를 따라 응축기로 이동하고, 여기서 액체는 재응축되어 별도의 라인을 따라 이동하여 증발기로 다시 돌아갑니다. 루프 히트 파이프의 작동을 구동하는 많은 물리학이 있습니다. 루프 히트 파이프의 일반적인 용도는 열을 더 먼 거리로 이동해야 하는 우주선 응용 분야를 냉각하는 것입니다(일반적으로 내부 열 전달 유체로 암모니아를 사용함). 고정되고 알려진 중력 방향 또는 유리한 중력 방향이 있는 경우 루프 열사이펀이 더 경제적이면서 유사한 방식으로 사용될 수 있습니다.
2상 냉각은 항상 액체에서 기체로 이루어집니까? 아니면 고체에서 액체로 용액이 있습니까?
예, 종종 "상 변화 물질(PCM)"이라고 합니다. PCM의 한 예는 전기 자동차의 리튬 이온 배터리와 함께 에너지 저장에 사용되는 파라핀 왁스입니다. 배터리는 왁스에 내장될 수 있으며, 왁스는 가열되어 왁스를 녹여 열을 저장합니다. 고체 PCM이 녹는 동안 온도가 안정화되어 전력 스파이크가 흡수된 다음 더 오랜 시간 동안 소산될 수 있습니다. PCM 또는 기타 2상 냉각 기술을 고려하고 있는 응용 분야의 경우 당사에 연락하면 당사 전문가가 최적의 냉각 방법을 조언하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
내 응용 프로그램 내에서 히트 파이프를 어떻게 시뮬레이션할 수 있습니까?
CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석을 수행하는 많은 사람들은 일반적인 경험 법칙을 사용하여 히트 파이프 또는 증기 챔버의 등가 열전도율을 모델링합니다. 기하학적 제한 및 방향은 히트 파이프를 정확하게 모델링하는 기능을 제한하며, 결과에는 중력 또는 히트 파이프의 굽힘 및 평평화와 같은 요소가 고려되지 않습니다. 또한 히트 파이프의 한계 또는 과도하게 설계되었는지 여부를 예측할 수 없습니다.
Boyd SmartCFD 는 히트 파이프 및 증기 챔버와 같은 복잡한 2상 냉각 구성 요소를 정확하게 모델링하고, 활용 용량을 정량화하고, 건조를 경고하는 유일한 소프트웨어 도구입니다. 이 소프트웨어는 히트 파이프 또는 증기 챔버를 시뮬레이션할 때 이러한 모든 요소를 허용합니다. 히트 파이프 또는 증기 챔버가 있는 냉각 시스템의 성능을 다른 CFD 프로그램보다 훨씬 정확하게 예측하는 데 도움이 되므로 저는 SmartCFD의 열렬한 지지자입니다.
지금까지 작업한 가장 극단적인 2상 냉각 응용 분야는 무엇입니까?
극한의 온도를 위해 우리는 이전에 0°C 미만의 응용 분야를 위한 히트 파이프를 만들었으며, 이는 메탄올을 유체로 사용하여 수행할 수 있었습니다. 하이엔드에서는 약 1000°C까지 올라가는 응용 분야를 보았습니다(일반적으로 전자 냉각을 위해 150°C 안팎의 응용 분야에서 사용하려고 하지만). 극단적인 규모 측면에서, 저는 수 미터 길이의 지열 응용 분야를 위한 Thermosiphon을 개발했습니다. 우리는 2단계 솔루션으로 해결할 수 있는 매우 흥미로운 응용 프로그램을 보고 있습니다. 우리는 고객이 기회에 대해 저희에게 연락할 것을 강력히 권장합니다. 우리는 항상 요구 사항을 검토하고 권장 사항을 제시하게 되어 기쁩니다.
2상 냉각의 미래는 무엇입니까?
열 관리 분야의 2단계 솔루션에는 전통적인 기업 및 소비자 응용 분야부터 eMobility, 의료 및 재생 에너지 산업의 새로운 용도에 이르기까지 무한한 기회가 있습니다. 우리는 최근에 전체 방열판을 통해 균일한 온도를 원하는 매우 높은 열 플럭스 응용 분야를 위한
3차원 히트 파이프 및 증기 챔버 를 만드는 작업을 했습니다. 일반적으로 히트 파이프 또는 증기 챔버를 방열판 바닥에 배치하여 뜨거운 장치에 닿고, 열이 퍼지고, 핀으로 전달되고, 자연 또는 강제 대류를 통해 소멸됩니다. 3차원 Vapor Chamber를 사용하면 히트 파이프에서 단단한 핀으로 이동할 때 열 저항에 타격을 입을 필요가 없습니다. 대신, 증기가 가열된 장치에서 핀 부피로 직접 이동하기 때문에 열 저항이 크게 감소합니다. 또 다른 흥미로운 분야는 스마트폰 및 태블릿과 같은 냉각 장치에 흥미로운 가능성을 제공하는
초박형 증기 챔버를 사용하는 것입니다. 열부하가 지속적으로 증가하고 있으며, 종래에 사용되던 흑연은 효과적인 열 방열체로서 한계에 도달하고 있습니다. 당사의 초박형 증기 챔버는 매우 얇은 영역(두께 0.25mm의 얇은 두께)에서 훨씬 더 많은 양의 열을 매우 효율적으로 이동할 수 있습니다. 질문을 보내주신 모든 분들께 감사드립니다! 당사의 기능에 대해 자세히 알아보거나 귀하의 응용 분야에 적합한 2상 냉각 솔루션을 알아보려면
당사 전문가에게 문의하십시오.
