Heat spreaders offer cost-effective, reliable high thermal conductivity and efficacy with almost no moving parts. Un diffuseur de chaleur est une solution efficace pour le traitement de sources de chaleur présentant une densité de flux de chaleur élevée (flux thermique élevé par unité de surface) et où l'échangeur de chaleur secondaire proprement dit n'est pas une méthode de dispersion de chaleur fiable (en raison de limitations d'espace, de la consommation énergétique, des coûts, etc.). Les diffuseurs de chaleur permettent aux concepteurs d'utiliser un échangeur de chaleur secondaire refroidi par air et non refroidi par liquide. La plupart des diffuseurs de chaleur sont des plaques en cuivre qui fonctionnent comme des échangeurs de chaleur. Les diffuseurs de chaleur transfèrent la chaleur entre sa source et (généralement) un échangeur de chaleur secondaire. La chaleur « se répand » de la source de chaleur au diffuseur de chaleur, passant ainsi d'une section transversale de petite taille à une section de plus grande taille (l'échangeur de chaleur secondaire). Si le flux de chaleur est identique dans le diffuseur de chaleur et dans l'échangeur de chaleur secondaire, la densité du flux de chaleur est réduite, ce qui permet de dissiper plus facilement la chaleur via le refroidissement par air. La densité de flux de chaleur plus faible permet à l'échangeur de chaleur secondaire d'être constitué de matériaux moins onéreux. Boyd propose une grande variété de technologies de diffusion de la chaleur qui garantissent une amélioration importante des conductivités thermiques efficaces pour les solutions. Ces technologies de diffusion de la chaleur sont les suivantes :
Conduction avancée de solides (k-Core®/ technologies du graphite)
Plaques froides pour caloduc intégrées
Ensembles de chambre à vapeur
Transfert de chaleur
Caloducs
Heat pipes can be used to move heat over distances ranges from a few inches (>50mm) to greater than 3 feet (> 1 meter). Dans un caloduc, lorsque la chaleur provenant d'une source de chaleur entre dans l'extrémité d'évaporateur du caloduc, le fluide de travail change de phase de l'état liquide à l'état vapeur. La vapeur parcourt l'espace de vapeur du caloduc jusqu'à l'autre extrémité, l'extrémité du condenseur, où un dissipateur ou tout autre dispositif de dissipation de chaleur élimine l'énergie thermique. Le dégagement de chaleur à l'extrémité du condenseur amène la vapeur à se condenser à nouveau en liquide qui est absorbé dans une structure de mèche capillaire. Les structures de mèche capillaire intégrées aux parois internes d'un caloduc permettent au liquide de se condenser à l'intérieur du caloduc pour retourner de la section de condenseur du caloduc à la section d'évaporateur par action capillaire. L'efficacité de déplacement de chaleur de cette solution thermique est déterminée par des facteurs comme la mèche, le fluide de travail, le diamètre, la longueur, le cintrage, l'aplatissement ou l'orientation. Les quatre structures de mèche de caloduc communes produites commercialement sont des rainures dans la paroi interne du tube, du fil ou de la maille d'écran, la poudre de métal fritté et la fibre/le ressort. Différentes mèches présentent des limites capillaires variables (le débit de pompage capillaire auquel le fluide de travail passe du condenseur à l'évaporateur).
Caloducs en boucle
A loop heat pipe (LHP) is also a two-phase heat transfer device that uses capillary action to remove heat from a source and passively move it to a condenser or radiator. Les LHP sont similaires aux caloducs, mais ont l'avantage d'être capables de garantir un fonctionnement fiable sur de longues distances (jusqu'à 75 mètres) et la possibilité de fonctionner contre l'effet de gravité (environnements à accélération g élevée). Dans un caloduc en boucle, la structure de mèche ne se situe que dans l'évaporateur et le fluide vaporisé est séparé du liquide et se déplace en boucle à travers le condenseur de nouveau vers l'évaporateur. Boyd a développé et fabriqué différentes conceptions de LHP, des caloducs de grande taille puissants (<2000 W) aux caloducs miniature (>100 W) qui ont été employés avec succès dans un large éventail d'applications aérospatiales et terrestres.
Fluides de travail, plages de températures de fonctionnement, orientation et formage
Le type de fluide de travail influence également les performances des caloducs. Un caloduc ou un caloduc en boucle ne fonctionne que lorsque la température du fluide est supérieure à son point de congélation. Lorsque la température est supérieure au point de condensation de vapeur du fluide de travail, la vapeur ne se recondense pas en phase liquide, et ni circulation de fluide ni refroidissement ne se produisent. La sélection du fluide de travail repose sur la plage de températures de fonctionnement de l'application. Boyd a conçu et développé des caloducs et des caloducs en boucle pour des plages de températures de fonctionnement allant de l'extrême cryogénique (<250 °C) aux températures extrêmement élevées (>2000 °C). Water is the most common working fluid due to its favorable thermal properties and operating temperature range of 5°C to 250°C. Boyd has designed, developed and manufactured heat pipes using over 27 different working fluids. L'orientation d'un caloduc par rapport à la gravité, associé à sa structure de mèche, joue également un rôle important dans ses performances. Par exemple, la mèche rainurée présente la limite de capillarité la plus faible mais fonctionne mieux dans des conditions assistées par la gravité, où l'évaporateur est situé sous le condenseur. Les caloducs en boucle sont moins sensibles à l'orientation et se basent sur une mèche de pompage capillaire élevée dans l'évaporateur pour améliorer les performances. Les caloducs peuvent être formés (aplatis ou pliés) pour une intégration dans un ensemble. Si un caloduc est aplati ou plié, il réduira la quantité maximale de chaleur susceptible d'être transportée. Éviter cette limitation est un aspect de conception à considérer.
Applications de caloduc
For moving heat in industrial, electronic, aerospace and other applications, heat pipes and loop heat pipes are generally integrated into a thermal subsystem to transport heat from the heat source to remote areas. Les caloducs sont efficaces pour transporter la chaleur de sources de chaleur et de composants sensibles à la chaleur vers une batterie à ailettes ou un dissipateur situé à un autre emplacement. Un refroidisseur électronique de puissance haute capacité est un exemple de solution thermique où l'espace est souvent insuffisant pour le montage d'un dissipateur à ailettes juste à côté de la source de chaleur. Á la place, les caloducs haute capacité transfèrent la chaleur vers la batterie à ailettes, qui dissipe l'énergie thermique par convection forcée. Des centaines de watts peuvent être dissipés de cette manière.
Avantages des caloducs et des caloducs en boucle
L'intégration de caloducs et de caloducs en boucle dans une solution thermique offre de nombreux avantages, parmi lesquels :
Conductivité thermique très efficace (>5000 W/m•K)
Transport de chaleur sur de longues distances
Haute fiabilité
Aucune pièce mobile
Économique
Passifs , ils ne requièrent aucune pièce mobile et d'autres défis de maintenance potentiels similaires
En outre, les caloducs et caloducs en boucle peuvent être conçus pour une grande variété de facteurs environnementaux externes comme les chocs mécaniques, les vibrations, la force d'impact, les chocs/cycles thermiques, et l'environnement corrosif qui peut affecter la durée de vie des caloducs.
Dispersion de chaleur
Grâce aux technologies de solutions thermiques de Boyd comme les dissipateurs, les caloducs, les chambres à vapeur, les caloducs en boucle, k-Core®, les plaques de refroidissement par liquide et les échangeurs thermiques, les concepteurs peuvent, s'ils le souhaitent, dissiper la chaleur perdue en air (naturel ou convection forcée), en liquide (eau, eau/glycol, PAO) ou la rayonner vers l'espace.
Dissipation de chaleur en air
Dans de nombreuses applications, la méthode préférée de gestion thermique est le refroidissement par convection d'air, notamment dans les applications de refroidissement de composants électroniques. Avec le dissipateur, les assemblages de caloducs et les technologies de diffuseur de chaleur de Boyd, la chaleur perdue est généralement absorbée par un dispositif générateur de vapeur (par ex., un composant électrique dans un système électronique, comme des ordinateurs et des centres de données), puis transportée ou diffusée en vue de sa dissipation dans l'air ambiant par un moyen naturel ou forcé (à l'aide d'un appareil de ventilation). Les technologies thermiques de Boyd comme les assemblages de caloducs et les chambres à vapeur permettent au concepteur de transporter la chaleur des composants à flux de chaleur élevés vers un emplacement présentant une plus grande superficie (généralement des ailettes de plaque ou des ailettes pliées) et un flux de chaleur inférieur en vue d'une dissipation dans l'air ambiant.
Dissipation de chaleur en liquide
Les applications à charge thermique élevée comme les radars militaires ou les composants électroniques de puissance requièrent souvent la dissipation d'une chaleur perdue en liquides de refroidissement (eau, eau/glycol, PAO) d'un système secondaire pour une dissipation de chaleur optimale. Boyd's heat pipe cold plates and liquid cold plates allow designers to move heat from a heat generating device into a coolant being circulated from a secondary system.
Dissipation de chaleur par rayonnement
Les satellites contenant une plus grande quantité de composants électroniques, la difficulté de rejeter la chaleur dans la surface limitée devient plus importante. Les caloducs à cannelures axiales basse température (ammoniac/aluminium, éthane/aluminium) et la technologie de caloduc en boucle de Boyd permettent de rejeter la chaleur à travers des panneaux de radiateur qui sont stockés en vue de son lancement, puis déployés à partir du satellite lorsque celui-ci atteint l'orbite. Nos caloducs à cannelures axiales basse température diffusent la chaleur entre les composants électroniques du satellite et les panneaux de radiateur, dissipant la chaleur perdue dans l'espace. Et notre technologie de caloduc est capable de transporter et de rejeter les charges thermiques de quelques centaines de W à plus de 2000 W.