Kratak pregled dizajna i proizvodnje hladnjaka

Posljednje ažuriranje:09/01;Vrijeme za čitanje: 6 min

Rashladni element

Hladnjak je termodinamički uređaj koji uklanja toplinu iz mehaničkih, električnih i elektronskih sistema.U raznim uređajima i mašinama, neophodno je održavati temperaturni opseg unutar određene granice kako bi se održala funkcionalnost tog uređaja ili mašine.Ovdje dolazi do izražaja uloga hladnjaka.Na primjer, teška mašinerija vašeg laptopa u različitim industrijama treba da rasprši svoju toplinu.Zato razmislite koliko se široko koristi u današnjem svijetu tehnologije.Hladnjaci raspršuju toplinu prenoseći je na regulirani medij, kao što je zrak ili tekućina, a zatim se izbacuju iz aparata i medija za prijenos.

Ovaj članak će ukratko proći krozrad hladnjaka, koraci dizajna i proizvodni pristupi.

Rad hladnjaka

Fourierov zakon prijenosa topline, koji kaže da toplina uvijek teče s visoke temperature na medij s niskom temperaturom, pruža osnovu za funkcioniranje hladnjaka.Dok uređaji proizvode toplinu, koja je toplija od okolnog zraka ili tekućine, oni tu toplinu prenose kondukcijom, konvekcijom ili povremeno zračenjem na hladniji kontakt.

Pogledajmo dijagram toka ispod za jasnu sliku rada hladnjaka;

Dijagram toka za rad hladnjaka

·   Pasivni hladnjaci

Pasivni hladnjaci prirodno prenose apsorbiranu toplinu u okolni zrak bez prisilne konvekcije, kao što je ventilator ili cirkulacija vode oko njih.Oni su obično velikog oblika i sadrže niz peraja izložen vanjskom okruženju.

·   Aktivni hladnjak

Aktivni hladnjak se sastoji od dodatnog ventilatora ili puhala i tekućine postavljenih za uklanjanje topline osim prirodnog pristupa.Ovo dodatno podešavanje povećava proces odvođenja topline procesom prisilne konvekcije.Na primjer, kada ventilator radi, on povećava brzinu zraka i brzo prenosi toplinu iz hladnjaka u okolinu.

Proračun termičke otpornosti

Prilikom projektovanja hladnjaka, proračun ukupnog toplotnog otpora (R_hs) igra vitalnu ulogu u razumijevanju potencijalnih performansi i efikasnosti, pa da vidimo kako se može izračunati;

R_hs= (T_j-T_a/P) – (R_th-jc) – R_I

P= Ukupna disipirana toplota

T_I= Maksimalna temperatura spoja uređaja na 0C.

R_th-jc= termička otpornost spoja i kućišta

T_a= Temperatura ambijentalnog vazduha na⁰C.

R_I= Otpornost materijala interfejsa

R_I= (t/D x Š x K_I)

t = debljina materijala interfejsa

K_I=Toplotna provodljivost materijala interfejsa

L = Dužina izvora toplote

W =Širina izvora toplote

Dizajn hladnjaka

Postoji nekoliko koraka u dizajniranju.Hajde da ukratko pogledamo svaku od njih.

1.          Odabir materijala

Toplotna provodljivost je jedna od bitnih karakteristika materijala hladnjaka jer omogućava brz prijenos topline sa zagrijane komponente uređaja na odvod i okolinu.

Dva primarna materijala koja se koriste za izradu hladnjaka su legure bakra i aluminija.To je zato što imaju odlične mehaničke kvalitete kao što su čvrstoća, otpornost na koroziju, izdržljivost i visoka provodljivost topline.Međutim, iako je prilično skup, dijamant (2.000 W/m/k) može biti idealan materijal za hladnjake u elektronskim uređajima visokih performansi i preciznosti.

Pored elektronskih delova, neophodno je i litijum-jonske baterije koje proizvode rasipanje toplote.U takvoj situaciji bakar ili aluminij možda nisu optimalni materijali za hladnjak.

Rješenje automobilske industrije za upravljanje toplinom je materijal od karbonskih vlakana fantastične provodljivosti.

2.          Raspored peraja i protok vazduha

Drugi faktor koji utiče na performanse hladnjaka je medij rashladne tečnosti, koji značajno utiče na brzinu odvođenja toplote.Stoga, kada se pravi hladnjak, oblik, veličina i raspored peraja su važni aspekti koje treba uzeti u obzir.Korištenje tehnike parametarske optimizacije najbolja je opcija za pronalaženje idealnih vrijednosti parametara koji odgovaraju navedenim ograničenjima i postizanje ciljeva dizajna.

• Poboljšajte prostor između peraja kako biste poboljšali protok zraka i smanjili toplinski otpor.

• Budući da veća površina povećava provodljivost i konvekcijski prijenos topline, pomažući u odvođenju topline, razmislite o povećanju debljine i visine.

• Napravite manji termalni granični sloj, a smjer strujanja zraka je dizajniran pod idealnim uglom s hladnjakom kako bi se povećala efikasnost peraja.

• Nakon pripreme dizajna rebara pomoću CAD-a, možete simulirati scenarij prijenosa topline kako biste optimizirali njegovu efikasnost.

3.          Pričvršćivanje hladnjaka

Način na koji je sudoper povezan sa grejnim elementom uređaja takođe utiče na to koliko dobro radi.Odaberite najbolju metodu povezivanja koja maksimizira brzinu prijenosa topline od odstojnika, ravnih opružnih kopči, epoksida i opcija termalne trake.

4.          Termički interfejs

Defekti i hrapavost površine hladnjaka igraju ulogu u povećanju toplotnog otpora usled smanjenja površine termičkog kontakta i pritiska na sučelju.Za prevazilaženje ovog problema, materijali za termičko sučelje su najbolji izbor.Upotreba tečnih polimera, voska, aluminijuma, grafita i traka na površini hladnjaka i grejnog elementa uređaja smanjuje toplotni otpor.

5.          Simulacija

Simulacija dizajna je značajna za virtuelno uvid u performanse hladnjaka.Kompjuterska simulacija daje ideju za poboljšanje i potvrđuje dizajn da li je pogodan za tražene aplikacije ili ne.

Proces proizvodnje hladnjaka

Nakon termičke simulacije dizajna hladnjaka, sada se okreće proizvodnji.Pogledajmo detaljno različite proizvodne procese;

1.          CNC obrada

Hladnjak izrađen CNC obradom

CNC obradaje najbolji pristup za proizvodnju hladnjaka za složene oblike.Ovaj pristup dizajnerima daje veliku fleksibilnost.Cijeli blok metala se koristi za izradu sudopera gdje se potrebna rebra seku CNC mašinama i savijaju od baze bloka.Međutim, to je dugotrajna i skupa metoda.

2.          Ekstruzija

Jedan od najčešćih procesa za proizvodnju hladnjaka jeekstruzija, što uključuje prešanje vrućih gredica duktilnog materijala u čeličnu matricu visoke čvrstoće kako bi se stvorila pločasta rebra.Koriste se za većinu rashladnih aplikacija koje uključuju aluminijske hladnjake.Naravno, aluminij je najčešće korišteni materijal za proizvodnju hladnjaka.

Rashladni element napravljen ekstruzijom 

To je jeftina i jednostavna procedura.Hladnjaci se mogu koristiti u raznim radnim okruženjima.Međutim, zbog ograničenja maksimalne širine ekstruzije, ne može se koristiti s hladnjakom koji imaju široka rebra.

3.          Casting

Rashladni element napravljen sa Castingom

Ulivenjehladnjaka,aluminijum, bakar ili cink su uobičajeni materijali.U ovom procesu, ingoti odabranih materijala se prvo tope i ubrizgavaju u matricu hladnjaka uz određeni pritisak.Nakon što se ubrizgani tečni materijal očvrsne u kalupu, on se oslobađa, a dalja minimalna obrada se radi kako bi se eliminisala bilo kakva površinska nesavršenost.Najbolje je dobiti složene oblike sa visokim stepenom tačnosti.

4.          Hladno kovanje

Rashladni element izrađen od hladnog kovanja

To je još jedan visokoprecizan proizvodni pristup za hladnjake pogodne za aluminij i njegove legure.Iako je primjenjiv i za bakar i bronzu.Hladno kovanje koristi ekstremni pritisak i deformiše metalni oblik na sobnoj temperaturi kako bi se stvorile okrugle i eliptične igle za hladnjak.Osim toga, koristi se za proizvodnju peraja velike gustine, što će poboljšati prijenos topline u uvjetima velike brzine strujanja zraka.

5.          3D štampanje

3D štampani hladnjak

Razvoj 3D štampe kao metode za proizvodnju hladnjaka je rezultat tehnološkog napretka.Fuzija u sloju praha i tehnologije usmjerenog taloženja energije dvije su najpopularnije metode u štampanju hladnjaka.

6.          Štancanje

Hladnjak napravljen hladnim štancanjem 

TheštancanjeMetoda se koristi tamo gdje je potrebno napraviti toplinske cijevi unutar rebara.Zatim se pritiskom na metalne trake proizvode peraje.U slučajevima kada se koristi tehnologija brzog štancanja, posebno je efikasna za masovnu proizvodnju.Ipak, cijena je visoka.

Zaključak

Hladnjaci su neophodni u mehaničkim, električnim i elektronskim uređajima.U ovom članku sam pregledao detaljan proces dizajna i proizvodnje fokusiran na elektronske uređaje.Dizajn hladnjaka jako utiče na brzinu disipacije toplote, tako da je svaki korak dizajna ključan za optimizaciju performansi.Nadalje, termalna simulacija nakon projektovanja pomaže u razumijevanju praktičnog radnog scenarija i poboljšanju dizajna.

Ovdje u ProleanHub-u imamo dizajnere s više od decenije iskustva i napredne proizvodne jedinice.Pružamo vrhunske usluge dizajna i proizvodnje hladnjaka.Osim toga, naši mašinski inženjeri simuliraju dizajn kako bi poboljšali funkcionalnost i performanse.Konačno, naš odjel za kontrolu kvalitete prati svaki korak proizvodnje, tako da ne morate praviti kompromise s našom kvalitetom usluge, ako vam je potrebna proizvodnja hladnjaka, samoKontaktiraj nas.

FAQ's

Kako mogu poboljšati efikasnost hladnjaka?

Efikasnost se može povećati na nekoliko načina, uključujući smanjenje otpornosti na toplotu, optimizaciju veličine, oblika i rasporeda peraja i poboljšanje interfejsa peraja.

Koji je najbolji materijal za hladnjake?

Najbolji materijali za hladnjake su legure bakra i aluminija.Ipak, opet, brzina prijenosa topline ovisi o dizajnu hladnjaka.

Kako radi hladnjak?

Hladnjaci su napravljeni od materijala visoke toplotne provodljivosti kao što su bakar i aluminijum sa rebrima.Pričvršćuje se na zagrijane komponente i apsorbira toplinu.Tada se apsorbirana toplina raspršuje u okolnom okruženju kroz provodljivost, konvekciju ili zračenje.

Koji su koraci dizajna hladnjaka?

Evo koraka;

1. Odabir materijala
2. fiksiranje oblika, veličine i rasporeda peraja
3. Učvršćivanje priključka (rashladni element i komponenta uređaja)
4. Termičko povezivanje peraja
5. Termička simulacija CAD dizajna

Koji su uobičajeni proizvodni pristupi za hladnjak?

CNC obrada, livenje, kovanje, štancanje i 3D štampa su uobičajeni pristupi.