إن أنبوب الحرارة هو جهاز نقل حراري ذو مرحلتين والذي ينقل الطاقة الحرارية من خلال دورات دائمة للتبخر والتكثيف. فكر في الأمر مثل المبرد في سيارتك.
يشتمل أنبوب الحرارة على غلاف / غلاف مجوف (مثل أنبوب) مصنوع من مادة موصلة حرارياً (مثل النحاس والألمنيوم) وسائل عامل (أي سائل يمكنه امتصاص الطاقة ونقلها بشكل فعال) وبنية / بطانة فتية معا في نظام مغلق تماما / مختوم.
تستخدم أنابيب الحرارة لأنظمة HVAC والتطبيقات الفضائية (على سبيل المثال التحكم الحراري للمركبات الفضائية) ، والأكثر شيوعًا ، تبريد النقاط الساخنة الإلكترونية. يمكن جعل أنابيب الحرارة صغيرة للمكونات الفردية (مثل وحدة المعالجة المركزية ، GPU ) و / أو الأجهزة الشخصية (مثل الهواتف الذكية / الأجهزة اللوحية ، أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، أجهزة الكمبيوتر) ، أو كبيرة بما يكفي لاستيعاب العبوات كاملة الحجم (مثل البيانات أو الشبكة أو رفوف الخادم / مرفقات ).
كيف يعمل أنبوب الحرارة؟
يشبه المفهوم الكامن وراء الأنبوب الحراري جهاز المبرد الآلي أو نظام التبريد السائل للكمبيوتر ، ولكن بمزايا أكبر. تعمل تقنية أنابيب الحرارة من خلال تسخير الآليات (أي الفيزياء) من:
- توصيل حراري
- المرحلة الانتقالية
- الحمل الحراري
- عمل شعري
يعرف أحد طرفي أنبوب الحرارة الذي يحافظ على الاتصال بمصدر درجة الحرارة العالية (مثل وحدة المعالجة المركزية ) باسم قسم المبخر . عندما يبدأ قسم المبخر بتلقي كمية كافية من الحرارة (الموصلية الحرارية) ، يتم تبخير مائع العمل المحلي الموجود في هيكل الفتيل المبطّن للغلاف من سائل إلى حالة غازية (انتقال الطور). يملأ الغاز الساخن التجويف المجوف داخل أنبوب الحرارة.
عندما يتراكم ضغط الهواء داخل تجويف قسم المبخر ، فإنه يبدأ في دفع الحرارة الكامنة - التي تحمل الحرارة - نحو الطرف الأكثر برودة للأنبوب الحراري (الحمل الحراري). هذه النهاية الباردة تعرف باسم قسم المكثف . يبرد البخار في قسم المكثف إلى النقطة التي يتكثف فيها مرة أخرى إلى حالة سائلة (مرحلة الانتقال) ، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة الكامنة التي تم امتصاصها من خلال عملية التبخير. تنقل الحرارة الكامنة إلى الغلاف (الموصلية الحرارية) حيث يمكن إزالتها بسهولة من النظام (على سبيل المثال مع مروحة و / أو بالوعة الحرارة).
يتم امتصاص سائل العمل المبرد عن طريق بنية الفتيل وتوزيعه مرة أخرى نحو قسم المبخر (عمل شعري). بمجرد وصول السائل إلى قسم المبخر ، فإنه يتعرض لمدخل الحرارة ، والذي يستمر في الدورة مرة أخرى.
لتصور داخل أنبوب الحرارة في العمل ، تخيل هذه العمليات تعمل بسلاسة في دورة:
- يتدفق الغاز عبر التجويف المجوف من الأقسام الساخنة إلى الباردة
- السائل يتحرك من خلال الهيكل الفتيل من المقاطع الباردة إلى الساخنة
لا تستطيع الأنابيب الحرارية نقل الحرارة إلا عندما يقع تدرج درجة الحرارة ضمن نطاق تشغيل النظام - لن تتكثف الغازات عندما تتجاوز درجات الحرارة نقطة تكثف العنصر ، ولن تتبخر السوائل عندما تنخفض درجات الحرارة عن نقطة تبخير العنصر. ولكن بالنظر إلى تنوع المواد الفعالة وسوائل العمل المتاحة ، يستطيع المصنعون ضبط تصميم أنابيب الحرارة وضمان الأداء.
مزايا وفوائد أنابيب الحرارة
بالمقارنة مع الطرق التقليدية للتبريد الإلكتروني ، توفر أنابيب الحرارة فوائد مهمة (مع بعض القيود):
- التبريد السلبي: لا تحتاج أنابيب الحرارة إلى مفتاح يدوي أو كهرباء من أجل العمل. كل ما هو مطلوب هو اختلاف في درجة الحرارة بين أقسام المبخر والمكثف.
- لا توجد صيانة: إن أنابيب الحرارة هي أنظمة مغلقة / مغلقة تمامًا مع أجزاء ميكانيكية / متحركة.
- تصميم مرن: يمكن تصنيع أنابيب الحرارة بسمك / قطر رقيق يصل إلى 3 مم ، ويتم تشكيله بأشكال U مشددة بما فيه الكفاية لفائف حول حافة بنس ، ويعمل في أي اتجاه / اتجاه (أي لا يعتمد على الجاذبية) . تسمح جوانب التصميم المرنة هذه للأنابيب الحرارية بتلبية الأشكال و / أو المتطلبات الخاصة.
- الموصلية العالية: تصنع أنابيب الحرارة من مواد قادرة على التعامل مع درجات حرارة تصل إلى أكثر من 1000 درجة مئوية. يسمح اختيار مواد التغليف والسوائل العاملة والهياكل الفتية للمصممين بضبط مدى درجة حرارة التشغيل.
- القيمة: تميل أنابيب الحرارة إلى أن تكون أصغر حجماً وأخف وزناً وأكثر فاعلية وأكثر قدرة على الإنتاج من الأنواع المماثلة من أنظمة التبريد.