ท่อความร้อนทำงานอย่างไร

ท่อความร้อน ท่อความร้อน เป็นองค์ประกอบการถ่ายเทความร้อนชนิดหนึ่ง ซึ่งใช้หลักการการนำความร้อนอย่างเต็มที่และคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็วของตัวกลางทำความเย็น การนำความร้อน

 

 

ในปี 1963 เทคโนโลยีท่อความร้อนถูกคิดค้นโดย George Grover จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos

 

ท่อความร้อนเป็นองค์ประกอบการถ่ายเทความร้อนชนิดหนึ่ง ซึ่งใช้หลักการการนำความร้อนและคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็วของตัวกลางทำความเย็นอย่างเต็มที่ การนำความร้อน

 

เทคโนโลยีท่อความร้อนเคยถูกนำมาใช้ในการบินและอวกาศ การทหาร และอุตสาหกรรมอื่นๆ มาก่อน นับตั้งแต่เปิดตัวในอุตสาหกรรมการผลิตหม้อน้ำ ผู้คนได้เปลี่ยนแนวคิดการออกแบบหม้อน้ำแบบเดิม และเลิกใช้โหมดกระจายความร้อนแบบเดิมๆ ที่ใช้พัดลมที่มีปริมาณมากเพียงอย่างเดียวเพื่อให้กระจายความร้อนได้ดีขึ้น

 

แต่กลับใช้โหมดทำความเย็นแบบใหม่ที่มีความเร็วต่ำ พัดลมที่มีปริมาณอากาศต่ำ และเทคโนโลยีท่อความร้อน

 

เทคโนโลยีท่อความร้อนได้นำโอกาสมาสู่ยุคที่เงียบสงบของคอมพิวเตอร์ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

 

ท่อความร้อนทำงานอย่างไร

 

หลักการทำงานของท่อความร้อนคือ เมื่อใดก็ตามที่อุณหภูมิแตกต่างกัน ปรากฏการณ์การถ่ายเทความร้อนจากอุณหภูมิสูงไปยังอุณหภูมิต่ำจะเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ท่อความร้อนใช้การทำความเย็นแบบระเหยเพื่อให้อุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างปลายทั้งสองของท่อความร้อนมีขนาดใหญ่มากเพื่อให้ความร้อนดำเนินการได้อย่างรวดเร็ว ความร้อนของแหล่งความร้อนภายนอกจะเพิ่มอุณหภูมิของตัวกลางทำงานของของเหลวผ่านการนำความร้อนของผนังท่อของส่วนการระเหยและแกนดูดซับของเหลวที่เต็มไปด้วยตัวกลางทำงาน อุณหภูมิของของเหลวเพิ่มขึ้น และพื้นผิวของของเหลวระเหยจนกระทั่งถึงความดันไออิ่มตัว วิธีที่จะผ่านไปยังไอน้ำ ไอระเหยไปที่ปลายอีกด้านหนึ่งภายใต้ความแตกต่างของความดันเล็กน้อย ปล่อยความร้อนออกมา และควบแน่นเป็นของเหลวอีกครั้ง และของเหลวจะไหลกลับไปยังส่วนการระเหยไปตามวัสดุที่มีรูพรุนด้วยแรงของเส้นเลือดฝอย วงจรนี้เป็นวงจรที่รวดเร็วและสามารถพาความร้อนออกไปได้อย่างต่อเนื่อง

 

คุณลักษณะทางเทคนิคของท่อความร้อน

 

·เอฟเฟกต์การนำความร้อนความเร็วสูง น้ำหนักเบาและโครงสร้างเรียบง่าย

 

·การกระจายอุณหภูมิสม่ำเสมอ สามารถใช้สำหรับอุณหภูมิที่สม่ำเสมอหรือมีปฏิกิริยาไอโซเทอร์มอลได้·ความสามารถในการถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ ระยะการถ่ายเทความร้อนที่ยาวนาน

 

·ไม่มีส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ และไม่ใช้พลังงาน

 

·ไม่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับทิศทางการถ่ายเทความร้อน ปลายระเหยและปลายควบแน่นสามารถสับเปลี่ยนกันได้ ·ง่ายต่อการแปรรูปเพื่อเปลี่ยนทิศทางการถ่ายเทความร้อน

 

ทนทาน อายุการใช้งานยาวนาน เชื่อถือได้ จัดเก็บและเก็บรักษาง่าย เหตุใดเทคโนโลยีท่อความร้อนจึงมีประสิทธิภาพสูงเช่นนี้? เราต้องพิจารณาปัญหานี้จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์

 

การดูดซับความร้อนและการปล่อยความร้อนของวัตถุมีความสัมพันธ์กัน และเมื่อใดก็ตามที่มีอุณหภูมิแตกต่างกัน ปรากฏการณ์การถ่ายเทความร้อนจากอุณหภูมิสูงไปยังอุณหภูมิต่ำจะเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

 

การถ่ายเทความร้อนมีสามวิธี: การแผ่รังสี การพาความร้อน และการนำความร้อน โดยวิธีใดที่การนำความร้อนจะเร็วที่สุด

 

ท่อความร้อนใช้การทำความเย็นแบบระเหยเพื่อทำให้อุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างปลายทั้งสองของท่อความร้อนมีขนาดใหญ่มาก เพื่อให้สามารถดำเนินการความร้อนได้อย่างรวดเร็ว

 

 

ท่อความร้อนทั่วไปประกอบด้วยเปลือกท่อ ไส้ตะเกียง และฝาปิดปลาย

 

วิธีการผลิตคือการปั๊มด้านในของท่อให้มีแรงดันลบ 1.3×(10-1~10-4)Pa จากนั้นเติมของเหลวที่ใช้งานในปริมาณที่เหมาะสม เพื่อให้เส้นเลือดฝอย วัสดุที่มีรูพรุนของแกนดูดซับของเหลวใกล้กับผนังด้านในของท่อเต็มไปด้วยของเหลวแล้วปิดผนึก

 

จุดเดือดของของเหลวจะลดลงภายใต้แรงดันลบ และระเหยได้ง่าย ผนังท่อมีไส้ตะเกียงดูดซับของเหลวซึ่งประกอบด้วยวัสดุที่มีรูพรุนของเส้นเลือดฝอย

 

วัสดุท่อความร้อนและสารทำงานทั่วไป

 

ปลายด้านหนึ่งของท่อความร้อนคือปลายระเหย และอีกปลายหนึ่งคือปลายควบแน่น

 

เมื่อส่วนหนึ่งของท่อความร้อนได้รับความร้อน ของเหลวในเส้นเลือดฝอยจะระเหยอย่างรวดเร็ว และไอจะไหลไปยังอีกปลายหนึ่งภายใต้ความแตกต่างของความดันเล็กน้อย ปล่อยความร้อนออกมา และควบแน่นเป็นของเหลวอีกครั้ง

 

ของเหลวจะไหลกลับไปยังส่วนการระเหยไปตามวัสดุที่มีรูพรุนด้วยแรงของเส้นเลือดฝอย และวงจรจะไม่มีที่สิ้นสุด ความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากปลายด้านหนึ่งของท่อความร้อนไปยังปลายอีกด้านหนึ่ง วงจรนี้ดำเนินไปอย่างรวดเร็วและสามารถให้ความร้อนได้อย่างต่อเนื่อง

 

กระบวนการถ่ายเทความร้อนที่เกี่ยวข้องหกกระบวนการในท่อความร้อน

 

1. ความร้อนถูกถ่ายโอนจากแหล่งความร้อนไปยังส่วนต่อประสาน (ของเหลว-ไอ) ผ่านผนังของท่อความร้อนและไส้ตะเกียงที่เต็มไปด้วยของเหลวทำงาน

 

2. ของเหลวจะระเหยบนส่วนต่อประสาน (ของเหลว-ไอ) ในส่วนการระเหย และ 3. ไอน้ำในห้องอบไอน้ำจะไหลจากส่วนการระเหยไปยังส่วนการควบแน่น

 

4. ไอน้ำควบแน่นบนส่วนต่อประสานระหว่างไอและของเหลวในส่วนการควบแน่น

 

5. ความร้อนถูกถ่ายโอนจากส่วนต่อประสาน (ไอ-ของเหลว) ไปยังแหล่งความเย็นผ่านไส้ตะเกียง ของเหลว และผนังท่อ

 

6. ในไส้ตะเกียง ของเหลวทำงานที่ควบแน่นจะถูกส่งกลับไปยังส่วนการระเหยเนื่องจากการกระทำของเส้นเลือดฝอย

 

โครงสร้างภายในของท่อความร้อน

 

ชั้นที่มีรูพรุนบนผนังด้านในของท่อความร้อนมีหลายรูปแบบ โดยทั่วไปได้แก่ การเผาผนึกผงโลหะ ร่อง ตาข่ายโลหะ ฯลฯ

 

1. โครงสร้างตะกรันร้อน

 

 

แท้จริงแล้ว โครงสร้างภายในของท่อความร้อนนี้เหมือนกับถ่านอัดก้อนหรือตะกรันร้อน

 

ในผนังด้านในที่ดูหยาบกร้าน มีรูเล็กๆ ทุกชนิด เป็นเหมือนเส้นเลือดฝอยในร่างกายมนุษย์ ของเหลวในท่อความร้อนจะกระเด็นเข้าไปในรูเล็กๆ เหล่านี้ ทำให้เกิดแรงกาลักน้ำที่แข็งแกร่ง

 

ที่จริงแล้ว กระบวนการสร้างท่อความร้อนนั้นค่อนข้างซับซ้อน ผงทองแดงถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด ก่อนที่มันจะละลายจนหมด ขอบหน้าผากของอนุภาคผงทองแดงจะละลายและเกาะติดกับผงทองแดงที่อยู่รอบๆ ก่อน จึงก่อตัวเป็นสิ่งที่คุณเห็นในขณะนี้ ไปจนถึงโครงสร้างกลวง

 

 

จากภาพอาจจะคิดว่ามันอ่อนมาก แต่จริงๆ แล้วตะกรันร้อนนี้ไม่ได้อ่อนหรือหลวม แต่แข็งแรงมาก

 

เนื่องจากเป็นสารที่ได้รับความร้อนด้วยผงทองแดงที่อุณหภูมิสูง หลังจากที่เย็นตัวลง ก็จะคืนสภาพพื้นผิวแข็งแบบเดิมของโลหะ

 

นอกจากนี้ จากมุมมองการผลิต ต้นทุนการผลิตท่อความร้อนด้วยกระบวนการและโครงสร้างนี้ค่อนข้างสูง

 

2. โครงสร้างร่อง

 

 

โครงสร้างภายในของท่อความร้อนนี้ได้รับการออกแบบให้เป็นร่องลึกขนานกัน

 

นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เหมือนเส้นเลือดฝอย และของเหลวที่ไหลกลับจะถูกดำเนินการอย่างรวดเร็วในท่อความร้อนผ่านร่องเหล่านี้

 

อย่างไรก็ตาม ตามความแม่นยำและความละเอียดของช่อง ตามระดับกระบวนการและทิศทางของร่อง ฯลฯ จะมีผลกระทบอย่างมากต่อการกระจายความร้อนของท่อความร้อน

 

จากมุมมองของต้นทุนการผลิต การผลิตท่อความร้อนนี้ค่อนข้างง่าย ผลิตง่ายกว่า และค่อนข้างถูกในการผลิต

 

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการประมวลผลของร่องท่อความร้อนนั้นมีความต้องการมากกว่า โดยทั่วไปแล้ว มันเป็นการออกแบบที่ดีที่สุดในการปฏิบัติตามทิศทางของของเหลวที่ไหลกลับมา ดังนั้นในทางทฤษฎีแล้ว ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนจึงไม่สูงเท่ากับรุ่นก่อน

 

3. ตาข่ายโลหะหลายอัน

 

หม้อน้ำท่อความร้อนที่พบบ่อยมากขึ้นเรื่อยๆ ใช้การออกแบบตาข่ายโลหะหลายชนิดนี้ จากภาพจะเห็นได้ง่ายว่าสิ่งที่ตกตะกอนภายในท่อความร้อนนั้นเหมือนกับหมวกฟางที่แตกหัก

 

- โดยทั่วไป ด้านในของท่อความร้อนนี้เป็นผ้าโลหะที่ทำจากลวดทองแดง มีช่องว่างมากมายระหว่างสายทองแดงเส้นเล็ก แต่โครงสร้างของผ้าจะไม่ยอมให้ผ้าเคลื่อนตัวและปิดกั้นท่อความร้อน

 

จากมุมมองของต้นทุน โครงสร้างภายในของท่อความร้อนนี้ค่อนข้างเรียบง่าย และยังผลิตได้ง่ายกว่าอีกด้วย

 

จำเป็นต้องใช้ท่อทองแดงธรรมดาเพียงเส้นเดียวในการเติมผ้าตาข่ายโลหะหลายชนิดเหล่านี้ ตามทฤษฎีแล้ว ผลการกระจายความร้อนไม่ดีเท่าสองประการก่อนหน้านี้