01 Ágrip
Við notkun, þegar raforku eða annars konar orku er breytt í ljósorku í leysi, myndast óhjákvæmilega mikið magn af hita. Ef ekki er hægt að dreifa slíkum hita tímanlega og á áhrifaríkan hátt mun hitastig leysisins hækka, sem mun hafa slæm áhrif á framleiðsla hans, gæði geisla og bylgjulengdarstöðugleika. Í alvarlegum tilfellum geta leysir flís og innri sjón íhlutir jafnvel skemmst. Þess vegna er skilvirk og áreiðanleg hitaleiðni ein af lykiltækni til að tryggja stöðugan árangur og lengja endingartíma leysigeisla. Með stöðugri aukningu leysirafls og stækkun notkunarsviða er hitaleiðnitækni einnig í stöðugri þróun og nýsköpun. Þessi grein kynnir helstu hitaleiðniaðferðir fyrir leysigeisla og eiginleika þeirra.
02 Rannsóknarbakgrunnur
Ár 1960–1970
Á fyrstu stigum leysirþróunar var úttaksaflið almennt lágt (wattastig eða undir). Náttúruleg varmaleiðni og geislunarhitaleiðni var aðallega tekin upp á þessu tímabili, með einfaldri og áreiðanlegri uppbyggingu. Þar sem kraftur samfelldra -bylgjugasleysa (eins og CO₂-leysis) og snemma fast-leysis jókst í tugi wötta, var einföld þvinguð loftkæling smám saman beitt. Viftur voru settar upp á leysiskelina til að fjarlægja hita í gegnum þvingaða loftræstingu, sem markar fyrsta skrefið í hitaleiðnitækni frá óvirkri í virka kælingu.
Ár 1980–1990
Vatnskælikerfi í hringrás urðu staðlað uppsetning fyrir há-afl leysira á þessum tíma. Rannsóknir beindust að því að hámarka hönnun flæðirása á köldum plötum, bæta vatnsgæði (t.d. afjónað vatn) til að koma í veg fyrir hreistur og tæringu, og þróa-afkastamikla ytri varmaskipta (svo sem kæliturna og þurrkælara). Á sama tíma var nákvæm hitastýringarkerfi með þjöppukælingu beitt á hita-viðkvæmar hálfleiðuradælugjafa og vísindalega-lasa sem krefjast lágs hávaða.
Ár 2000 til dagsins í dag
Rannsóknarmörkin hafa færst yfir í skilvirkari fasa-breytinga kælitækni:
Úðakæling: Kælivökvinn er úðaður og úðaður á yfirborð hitagjafans til að fjarlægja gríðarlegan hita í gegnum dropaárekstur og duldan varma fasabreytinga; hitaleiðnigetu yfir 1000 W/cm² hefur náðst á rannsóknarstofum.
Suðukæling á örrásum: Stýrð fasabreyting (suðu) kælivökvans er framkölluð inni í örrásum, sem bætir til muna hitaleiðnimörkin með því að nýta dulda uppgufunarhitann.
03 Aðferðir við hitaleiðni
Náttúruleg kæling
Það er einfaldasta og áreiðanlegasta hitaleiðniaðferðin, sem byggir á náttúrulegri varma- og varmageislun milli leysiskeljunnar og umhverfisloftsins. Það þarf ekki utanaðkomandi aflbúnað, framleiðir engan hávaða og þarfnast lágmarks viðhalds. Hins vegar er hitaleiðnigeta hans takmörkuð og hún á aðeins við um lág-aflleysistæki með litla hitamyndun.
Loftkæling
Viftur þvinga loft til að flæða í gegnum kæliugga eða hitakökur leysisins til að bæta mjög skilvirkni hitaleiðni með þvinguðum convection. Með tiltölulega einfaldri uppbyggingu og litlum tilkostnaði hentar hann fyrir meðalstóra og-mikla leysigeisla. Ókostir þess eru meðal annars viftuhljóð, ryksöfnun og takmarkaður endingartími viftu.
Vatnskæling
Kælivökvi í hringrás (venjulega afjónað vatn eða blanda af vatni og etýlen glýkóli) streymir í gegnum vatnsrásir eða kaldar plötur í náinni snertingu við hitagjafa til að flytja varma frá sér. Vatnskælikerfi eru með ofur-háa hitaleiðnigetu og mikilli hitastýringarnákvæmni, sem getur í raun viðhaldið stöðugu hitastigi kjarna leysihluta. Þau eru mikið notuð í há-afl og-orku leysikerfum. Gallarnir eru flókin kerfissamsetning (þarfnast vatnsdælur, vatnstanka, leiðslna og ytri kælibúnaðar eins og þurrkæla eða kæliturna), hár viðhaldskostnaður og hugsanleg hætta á vatnsleka.
Þjöppukæling
Með því að samþykkja sömu vinnureglu og loftræstingar og ísskápar til heimilisnota, knýja þjöppur kælivökvaflæði til að gleypa hita frá leysikælirásinni í uppgufunartækjum og gera sér grein fyrir virkri kælingu. Þessi aðferð getur lækkað vinnsluhitastig leysisins niður fyrir umhverfishita og veitt afar stöðugt kæliumhverfi við lágt-hitastig. Það er sérstaklega hentugur fyrir hita-viðkvæma hálfleiðara leysira og notkunarsviðsmyndir með ofur-miklum stöðugleikakröfum. Það hefur flóknustu uppbyggingu, mikið magn, mikla orkunotkun og hæsta kostnað.
Háþróuð hitaleiðnitækni
Til að mæta hitaleiðni áskorunum vegna meiri hitaflæðisþéttleika (svo sem há-afl hálfleiðara leysistangir), heldur iðnaðurinn áfram að kanna skilvirkari kælitækni:
· Örrásakæling: Vökvarásir með stærðina tugir til hundruð míkrona eru framleiddar inni í hitaköfum. Kælivökvinn flæðir í þessum örsmáu rásum og nær því ofur-mikilli varmaskiptaskilvirkni vegna mikils tiltekins yfirborðs.
· Spray Cooling: Kælivökvinn er úðaður í örsmáa dropa og úðað beint á yfirborð hitagjafans. Mikill hiti er fjarlægður með dropaáhrifum, útbreiðslu og uppgufunarfasabreytingum, með hitaleiðni sem er langt umfram hefðbundna varmakælingu.
· Varma rafkæling (hálfleiðarakæling): Byggt á Peltier áhrifum, gerir jafnstraumur aðra hlið hálfleiðara hitastöngarinnar til að gleypa hita og hina losar hita, sem gerir sér grein fyrir nákvæmri staðbundinni virkri hitastýringu. Það er almennt notað fyrir punkthitastýringu lítilla-afltækja.
· Fasa-breyting á kælingu: Hita er dreift með því að nýta eiginleikann að efni (ákveðnir málmar eða vökvar) gleypa mikið magn af duldum hita við fasaskipti.
Þessi háþróaða tækni skilar meiri hitaleiðni og fyrirferðarmeiri uppbyggingu, en samt er hún með flókið handverk og tiltölulega háan kostnað.
Niðurstaða
Í stuttu máli taka leysir upp fjölbreytt úrval af varmaleiðnilausnum og mynda fullkomið tæknikerfi, allt frá einfaldri náttúrulegri kælingu til háþróaðrar kælingar á þjöppu og ýmissa háþróaðra-háþróaðrar kælitækni. Í hagnýtri notkun skal velja ákjósanlega lausn á grundvelli alhliða íhugunar á afli leysisins, uppbyggingarformi, frammistöðukröfum, rekstrarumhverfi og fjárhagsáætlun. Þar sem leysitækni þróast í átt að meiri krafti, meiri birtustigi og minni stærð, mun þróun skilvirkari, fyrirferðarlítilla og áreiðanlegra hitaleiðnilausna áfram vera mikilvægt rannsóknarefni í leysigeiranum og grunnábyrgð til að stuðla að víðtækri notkun leysis á ýmsum sviðum.