250 W hladilniki s toplotnimi cevmi/parno komoro

V različnih aplikacijah so lahko inženirske odločitve glede optimalne rešitve za toplotne odvode odvisne od stroškov in zmogljivosti. V teoriji se zdi enostavno pridobiti izdelek z najnižjo ceno, ki izpolnjuje zahteve glede zmogljivosti. Dejansko se stranke pogosto odločijo, da bodo spremenile specifikacije zmogljivosti (z uporabo različnih čipov) ali žrtvovale nekaj zmogljivosti (kot je slabša zmogljivost čipov glede na pogoje), ko se soočajo z visokimi cenami.

Ta članek primerja več hladilnih teles, ki temeljijo na toplotnih ceveh/parni komori, za kazalnike učinkovitosti in stroškov:
Zmogljivost: Uporabite programski paket FloTHERM CFD za izračun celotne zmogljivosti hladilnega telesa Δ T.
Stroški: Ob predpostavki, da je velikost serije dovolj velika, se stroški naložbe v trdi kalup ne bodo odražali v ceni na enoto. Poleg tega je cena na enoto relativna glede na najnižjo stroškovno rešitev (1-krat, 1,1-krat itd.), saj bo povečanje velikosti serije znižalo stroške na enoto.

Parametri zasnove hladilnika
Moč toplotnega vira: 250 vatov
Velikost toplotnega vira: 30 x 30 mm
Najvišja temperatura okolja: 25 stopinj
Pretok zraka: 40 kubičnih čevljev na minuto (CFM)
Kondenzator: zaskočna velikost rebra 115 * 85 * 65 mm

Začnimo z najosnovnejšim dizajnom in se postopoma poglobimo v kompleksne procese, da vidimo, kako dizajn vpliva na zmogljivost in stroške.
1. Hladilnik toplotne cevi na osnovi aluminija ali bakra

Hladilnik toplotne cevi z aluminijasto osnovo v obliki črke U

To je najbolj tradicionalna zasnova radiatorja s toplotnimi cevmi. Štiri toplotne cevi v obliki črke U so privarjene na aluminijasto ali bakreno podlago in nato v stiku z virom toplote. Toplota mora najprej preiti skozi podlago, nato pa lahko dosežejo toplotno cev.
Razen upogibanja na štirih 6 mm toplotnih ceveh niso bile izvedene nobene druge sekundarne operacije, čeprav je kontaktna površina med toplotnimi cevmi in podnožjem v tem primeru nekoliko ravna.
 

CFD radiatorja toplotne cevi z aluminijasto osnovo

Model FloThermal kaže, da je temperatura hladilnega telesa 53,9 stopinj višja od temperature okolja (78,9 stopinj -25 stopinj =referenčna najvišja temperatura – temperatura okolja), in to temperaturo uporabljamo kot merilo uspešnosti, z stroškovno merilo, opredeljeno kot 1-krat.
Če je potrebna višja zmogljivost, lahko namesto aluminijastega podstavka uporabite bakreno podlago. Toplotna prevodnost bakrene podlage je dvakrat večja od aluminijaste podlage, zato je učinkovitost bakrene podlage izboljšana za 2,3 stopinje. Zasnova bakrenega podnožja zviša stroške za 5 % v primerjavi z aluminijastim podnožjem, nekoliko pa se poveča tudi teža.

2. Radiator toplotne cevi z neposrednim kontaktom
 

Radiator s toplotno cevjo z neposrednim kontaktom

Ta zasnova omogoča neposreden stik med virom toplote in toplotno cevjo, s čimer se odpravi podlaga, ki absorbira toploto, in vmesnik materialov (spajka, ki se uporablja za pritrditev toplotne cevi na podlago). Da bi dosegli potrebno gladkost površine, je treba toplotno cev strojno obdelati (sekundarna operacija).

CFD radiatorja s toplotnimi cevmi z neposrednim kontaktom

Zaradi neposrednega stika med toplotno cevjo in virom toplote je bila zmogljivost te zasnove hladilnega telesa izboljšana na 49,3 stopinje, kar je 4,6 stopinje več od primerjalne vrednosti in 2,3 stopinje višje od zasnove z bakreno osnovo. Zahteva pa dodatno obdelavo podlage (vdelava utorov toplovodne cevi) in obdelavo toplovodne cevi, kar je 1,1-kratnik cene primerjalne zasnove (10% dražje).

3. Hladilno telo plošče z enotno temperaturo v obliki črke U

Hladilno telo z enotno temperaturno ploščo v obliki črke U

Ta rešitev nadomešča štiri 6 mm toplotne cevi z eno samo parno komoro v obliki črke U. Z vidika zasnove je najbolj podoben toplotnemu odvodu toplotne cevi z neposrednim stikom, pri čemer oba omogočata CPU vira toplote, da pride v neposreden stik z dvofaznimi komponentami. Pomemben dejavnik pri izbiri te zasnove je, ali lahko dobavitelj hladilnega telesa izdela integrirano parno komoro, saj tradicionalnih dvodelnih zasnov ni mogoče upogniti v U-obliko.

CFD hladilnega telesa z enotno temperaturno ploščo v obliki črke U

V primerjavi z zasnovo toplotne cevi z neposrednim kontaktom se je zmogljivost rešitve hladilnika vc izboljšala za 21,5 % (11,6 stopinj), medtem ko so se stroški povečali le za 4,55 %. Vendar pa je povečanje debeline stene hladilnika vc povzročilo povečanje teže radiatorja hladilnika za približno 75 g.

4. 3D plošča za enotno temperaturo hladilnika

3D enotno temperaturno hladilno telo

Pri tej zasnovi je spodnja plošča, ki absorbira toploto, parna komora, ki si deli prehod za paro z navpično toplotno cevjo kondenzatorja. Med fazo izdelave je 8 toplotnih cevi odprtega tipa spajkanih v ploščo parne komore z odprtinami; Parna komora je v neposrednem stiku z virom toplote, enakomerno porazdeli toploto vzdolž ravnine XY in razprši toploto na rebra skozi navpične toplotne cevi.

CFD 3D hladilnega telesa s parno komoro

Ta oblika ima najboljšo zmogljivost, vendar je strošek visok. V primerjavi z njegovim najbližjim konkurentom, zasnovo plošče hladilnika v obliki črke U, se je njegova temperatura znižala za skoraj 2 stopinji (zmogljivost se je povečala za 4,9 %), vendar se je njegova cena podvojila (zvišala za 117 %).
Vendar je treba opozoriti, da ta primer ni v celoti poudaril potencialnih prednosti zasnove 3D parne komore. Ko se zahtevana velikost spodnje plošče poveča, se poveča tudi razlika v zmogljivosti med to rešitvijo in ploščo s parno komoro v obliki črke U.

povzetek
Spodnja tabela kaže, da je mogoče s spremembo materiala ali dvofaznih komponent hladilnega telesa doseči znatno izboljšanje delovanja. Od primerjalnega hladilnega telesa na osnovi aluminija do rešitve plošče hladilnega telesa 3D vc je bila zmogljivost izboljšana za 17 stopinj, vendar so se stroški povečali za 150 %.
 

Primerjava delovanja radiatorja in stroškov

Z zamenjavo osnove z bakrenim materialom z večjo toplotno prevodnostjo ali vzpostavitvijo toplotne cevi v neposrednem stiku z virom toplote je mogoče doseči zmerno izboljšanje zmogljivosti za približno 7 % -15 % in povečanje stroškov (glede na primerjalno vrednost). .
Zasnova z najboljšo skupno vrednostjo glede na parametre uporabe je lahko hladilno telo s parnimi komorami. Čeprav je 15 % dražji od primerjalne cene, se je njegova zmogljivost izboljšala za 28 % (za 15,2 stopinje).

Priljubljena oznake: 250 W hladilniki s toplotnimi cevmi/parno komoro, Kitajska, dobavitelji, proizvajalci, tovarna, po meri, brezplačen vzorec, izdelano na Kitajskem