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Heatpipes
Zhidong Xu- MB Electronic AGCoolingDay 2011

Agenda
13.05.2011Heatpipes2
Was ist eine Heatpipe?
Vorteile
Funktionsprinzip
Aufbau
Auslegungsparameter
Typische Anwendungen
Typische Bauform
Spezielle Heatpipes
Faustformel / Diskusion

Was ist eine Heatpipe?
Passives Bauteil, zum Wrmetransport von A nach B
Evakuiertes Kupferrohr mit einer integriertenKapillare, gefllt mit einer Flssigkeit, in der RegelWasser.

Vorteile
100 bis 1000facher Wrmetransport als Kupfer
Kapillarstruktur Wrmetransport gegen die Schwehrkraft
Wrmetransport ohne Schwehrkraft (z.B. Raumfahrt)
Sehr geringe Abmessungen und Gewicht.
Sehr flexibel formbar (biegen, pressen)
Geruschlos, Wartungsfrei.

Funktionsprinzip
physikalischen Effekt:
Beim Verdampfen einer Flssigkeit wird eine enorm hoheEnergiemengen aufgenommen.
Beim Kondensieren einer Flssigkeit wird eine enormhohe Energiemenge freigesetzt.

Funktionsprinzip
Medium:
Bei normalen Luftdruck verdampft das Wasser bei 100C .
Im Vakuum (ca.10-5 Bar) verdampft das Wasser bereits beietwa 5C. Dies macht man sich in der Heatpipe zu Nutze.
Der Siedepunkt wir durch Art der Flssigkeit und Innendruckgesteuert
In der Regel wird Reinstwasser als Medium eingesetzt.
Alternativen bei erweitertem Temperaturbereich:Methanol, Ethanol, le, Gas, Aceton, usw.

Funktionsprinzip
Eine Heatpipe lt sich in 3 Zonen aufteilen:
Verdampfungszone Transportzone Kondensationszone

Funktionsprinzip
Das Medium verdampft an der heien Seite undkondensiert an der kalten Seite.
Dort wird unter Abgabe der VerdampfungswrmeEnergie abgefhrt.
Das Kondensat wird von der Kapillarstrukturaufgesaugt und fliet zurck um erneut zuverdampfen.

Aufbau
Eine Heatpipe besteht aus:
Kupferrohr
Medium
Kapillarschicht

Aufbau Kapillare Schicht
Gesinterter Kupferkern
Maschengewebe
Lngsrillen
Arbeitet auch gegen dieSchwerkraft
Kann auf Vollautomaten gefertigtwerden
Reduzierte Leitungsfhigkeit
Hchstmgliche Wrme-Transportfhigkeit, solange dieKaltseite hher oder gleich hochliegt wie die Heiseite.
schwer zu biegen. Nur manuelle Fertigung mglich. Arbeitet nicht gegen dieSchwerkraft
Preiswerteste Lsung. Automaten Fertigung. leicht zu biegen.
Geringste Wrme-Transportkapazitt.
wirkt nicht gegen die Schwerkraft. vergleichsweise dickerKupfermantel

Aufbau
Temperatur-Varianten:
Low Temperature: -20 C to +150 C
Standard Temperature: + 5 C to +170 C
High Temperature: + 5 C to +270 C
Extra High Temperature: + 300 C (auf Anfragen)

Aufbau
Unterschiedliche Enden:

Auslegungsparameter
Zu bertragende Leistung
Verdampfungstemperatur(Temperatur - warmen Seite)
Kondensationstemperatur(Temperatur - kalten Seite)
Einbaulage (Gravitationen)
Entfernung des Wrmetransports
Gre - Verdampfer und Kondensator
mechanische Belastungen(Beschleunigung, Vibration)

Auslegungsparameter
bersicht:

Auslegungsparameter
Auswirkung der Gravitation auf die Kapillarwirkung:
Dreht man die Heatpipe von der horizontalen Lage in dievertikale Lage (Faktor1)
Und die Kaltseite liegt direkt ber der Heiseite (Faktor 2)
= Verdopplung des Wrmetransports
Umgekehrter Anordnung
= Halbierung des Wrmetransports

Auslegungsparameter
Auswirkungen der Bauform auf die Leistung:
Gebogene HPs haben einen geringeren Wrmetransport,Einflufaktoren:
Biegewinkel
Anzahl der Biegungen
Einbaulage.
Heatpipes knnen oval gepresst werden.

Auslegungsparameter
Auswirkungen der Verbindung auf die Leistung:
Ltverbindung: Bester Wrmebergang
Quetschen: Heatpipe wird dabei leicht verformt
Einbau in vorgebohrte Komponenten:Wrmeleitpaste verhindert den Lufteinschluss und gibtrecht guten Halt
Ziel jeder Entwicklung:bergangswiderstnde minimieren

Typische Anwendungen
Khlung von Mikroprozessoren in Computern
Khlung von Halbleitern
Khlung von Laserdioden
Khlung von IGBTs in spritzwasserdichtenAntriebssteuerungen
Wrmetauscher fr Schaltschrnke speziell bei hohenIP Anforderungen
Khlung von explosionsgeschtzten Antriebssteuerungen

Typische Bauformen
Kontaktblock > Heatpipe > Finnen

Typische Bauformen
Kontaktblock>Heatpipe> Gehuse

Typische Bauformen
Finnen > Heatpipe > Finnen als Wrmetauscher

Typische Bauformen
Kontaktblock > Heatpipe > Kontakblock

Typische Bauformen
Heatpipe als Temperaturausgleich

Typische Bauformen
Ringfrmige Heat-pipes
Heat-pipes mit baffle plates
Flexible Tubular Heat-pipes
Dioden Heat-pipes
Variable Conductance Heat-pipes

Fautregeln / Diskussion
Biegeradius: Je gro desto besser,Minimum: 3x Durchmesser
1 cm kann ca. 20W Verlustleistung aufnehmen
Fr 1 W Verlustleitung bentigt ca. 1 cm Khlflche
Die Heatpipe soll nicht lnger als 500mm sein.

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13.05.201126 Heatpipes
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