Heatspreader bieten eine kosteneffiziente, zuverlässige hohe Wärmeleitfähigkeit und Wirksamkeit mit fast keinen beweglichen Teilen. Ein Heatspreader ist eine effektive Lösung für den Umgang mit Wärmequellen, die eine hohe Wärmestromdichte haben (hoher Wärmestrom pro Flächeneinheit) und bei denen der sekundäre Wärmetauscher an sich keine effektive Methode zur Verteilung von Wärme darstellt (aufgrund von Platzbeschränkungen, Energieverbrauch, Kosten usw.). Heatspreader können es Konstrukteuren ermöglichen, einen luftgekühlten, statt eines flüssigkeitsgekühlten sekundären Wärmetauschers zu verwenden. Die meisten Heatspreader sind Kupferplatten, die als Wärmetauscher fungieren. Heatspreader transportieren Wärme zwischen ihrer Quelle und (im Allgemeinen) einem sekundären Wärmetauscher. Die Wärme „verbreitet sich" von der Wärmequelle durch den Heatspreader aus und bewegt sich so von einer kleineren zu einer größeren Querschnittsfläche (dem sekundären Wärmetauscher). Während der Wärmestrom im Heatspreader derselbe ist wie im sekundären Wärmetauscher, wird die Wärmestromdichte reduziert, wodurch die Wärme leichter über Luftkühlung abgeführt werden kann. Die geringere Wärmestromdichte erlaubt es auch, den sekundären Wärmetauscher aus kostengünstigeren Materialien herzustellen. Boyd bietet eine Vielzahl von Wärmeverteilungstechnologien, die eine signifikante Verbesserung der effektiven Wärmeleitfähigkeiten der Lösung bieten. Zu diesen Wärmeverteilungstechnologien gehören:
Heatpipes können verwendet werden, um Wärme über Entfernungen von wenigen Zoll (>50 mm) bis mehr als 3 Fuß (> 1 Meter) zu bewegen. In einer Heatpipe tritt Wärme aus einer Wärmequelle in das Verdampferende der Heatpipe ein, wodurch der Zustand des Arbeitsmediums sich von Flüssigkeit in Dampf ändert. Der Dampf wandert durch den Dampfraum innerhalb der Heatpipe zum anderen Ende, dem Kondensator, wo ein Kühlkörper oder eine andere sekundäre Wärmeabfuhrvorrichtung die Wärmeenergie abführt. Durch die Freisetzung von Wärme im Kondensatorbereich kondensiert der Dampf wieder zu Flüssigkeit, die in eine kapillare Dochtstruktur aufgenommen wird. Die in die Innenwände einer Heatpipe eingebauten Kapillardochtstrukturen ermöglichen es dem flüssigen Kondensat im Inneren der Heatpipe, durch Kapillarwirkung vom Kondensatorbereich der Heatpipe in den Verdampferbereich zurückzukehren. Die Wärmeübertragungseffizienz dieser Wärmelösung wird durch Faktoren wie Docht, Arbeitsmedium, Durchmesser, Länge, Biegung, Abflachung und Ausrichtung bestimmt. Die vier üblichen, kommerziell hergestellten Heatpipe-Dochtstrukturen sind Rillen in der Rohrinnenwand, Draht- oder Siebgewebe, gesintertes Metallpulver und Faser/Feder. Verschiedene Dochte haben unterschiedliche Kapillargrenzen (die kapillare Pumprate, mit der das Arbeitsmedium vom Kondensator zum Verdampfer fließt).
Loop-Heatpipes
Ein Loop-Heatpipe (LHP) ist ebenfalls eine Zwei-Phasen-Wärmetransportvorrichtung, die die Kapillarwirkung nutzt, um Wärme von einer Quelle abzuführen und sie passiv zu einem Kondensator oder Heizkörper zu bewegen. LHP sind ähnlich wie Heatpipes, haben aber den Vorteil, dass sie über große Entfernungen (bis zu 75 Metern) zuverlässig funktionieren und gegen die Schwerkraft arbeiten können (Umgebungen mit hohem g-Wert). Bei einer Loop-Heatpipe befindet sich die Dochtstruktur nur im Verdampfer, und die verdampfte Flüssigkeit wird von der Flüssigkeit getrennt und wandert in einer Schleife durch den Kondensator zurück zum Verdampfer. Boyd hat verschiedene Designs von LHPs entwickelt und hergestellt, die von leistungsstarken, großformatigen LHPs (>2000W) bis hin zu Miniatur-LHPs (<100W) reichen, die erfolgreich in einer Vielzahl von Luft- und Raumfahrt- und Bodenanwendungen eingesetzt wurden.
Arbeitsflüssigkeiten, Betriebstemperaturbereiche, Orientierung und Formherstellung
Auch die Art der Arbeitsflüssigkeit beeinflusst die Leistung der Heatpipes. Eine Heatpipe oder Loop-Heatpipe funktioniert nur, wenn die Temperatur des Arbeitsmediums über seinem Gefrierpunkt liegt. Wenn die Temperatur über dem Dampfkondensationspunkt des Arbeitsfluids liegt, kondensiert der Dampf nicht zurück in den flüssigen Zustand und es findet keine Flüssigkeitszirkulation – und somit keine Kühlung – statt. Die Auswahl des Arbeitsmediums richtet sich nach dem Betriebstemperaturbereich der Anwendung. Boyd hat Heatpipes und Loop Heatpipes für Betriebstemperaturbereiche von Kryogen (<-250 °C) bis Hochtemperatur (>2000 °C) entworfen und entwickelt. 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. Die Ausrichtung einer Heatpipe relativ zur Schwerkraft, kombiniert mit seiner Dochtstruktur, spielt ebenfalls eine wichtige Rolle für ihre Leistung. Der Rillendocht beispielsweise verfügt über den niedrigsten Kapillargrenzwert, funktioniert jedoch am besten unter Zuhilfenahme der Schwerkraft, wenn der Verdampfer unter dem Kondensator platziert ist. Loop-Heatpipes sind hinsichtlich der Ausrichtung weniger empfindlich und sind für eine Leistungssteigerung auf einen Pumpdocht mit hoher Kapillarleistung im Verdampfer angewiesen. Heatpipes können zur Integration in eine Baugruppe geformt (abgeflacht oder gebogen) werden. Das Abflachen oder Biegen einer Heatpipe reduziert die maximale Wärmemenge, die transportiert werden kann. Die Vermeidung dieser Einschränkung ist eine konstruktive Überlegung.
Anwendung von Heatpipes
Für die Wärmeübertragung in der Industrie, Elektronik, Luft- und Raumfahrt und anderen Anwendungen werden Heatpipes und Loop-Heatpipes in der Regel in ein thermisches Subsystem integriert, um die Wärme von der Wärmequelle in entlegene Bereiche zu transportieren. Heatpipes sind wirksam, um Wärme von Wärmequellen und wärmeempfindlichen Komponenten zu einer Rippenanordnung oder einem Kühlkörper an einem anderen Standort abzuführen. Ein Hochleistungselektronikkühler ist ein Beispiel für eine Wärmelösung, bei der der Platz oft nicht ausreicht, um einen Rippenkühlkörper direkt neben der Wärmequelle zu montieren. Stattdessen leiten Hochleistungs-Heatpipes die Wärme zur Rippenanordnung, welche die Wärmeenergie durch erzwungene Konvektion abführt. Auf diese Weise können hunderte Watt abgeleitet werden.
Vorteile von Heatpipes und Loop-Heatpipes
Die Integration von Heatpipes und Loop -Heatpipes in eine Wärmelösung bietet viele Vorteile, unter anderem:
Hohe effektive Wärmeleitfähigkeit (>5000 W/m•K)
Wärmetransport über lange Strecken
Hohe Zuverlässigkeit
Keine beweglichen Teile
Kosteneffizienz
Passiv – keine beweglichen Teile und andere ähnliche potenzielle Wartungsherausforderungen erforderlich
Darüber hinaus können Heatpipes und Loop-Heatpipes für eine Vielzahl von externen Umgebungsfaktoren wie mechanische Stöße, Vibrationen, Kraftstöße, Temperaturschock/Zyklen und korrosive Umgebungen entwickelt werden, die die Lebensdauer von Heatpipes beeinflussen können.
Wärmeableitung
Mit thermischen Lösungstechnologien von Boyd wie Kühlkörpern, Heatpipes, Dampfkammern, Loop-Heatpipes, k-Core®, Flüssigkeitskühlplatten und Wärmetauschern können Konstrukteure wählen, ob sie Abwärme in Luft (natürliche oder erzwungene Konvektion), in Flüssigkeit (Wasser, Wasser / Glykol, PAO) ableiten oder in den Weltraum abstrahlen möchten.
Ableitung der Wärme an Luft
In vielen Anwendungsbereichen ist die bevorzugte Methode des Wärmemanagements die Konvektionskühlung zur Luft, insbesondere bei Anwendungen in der Elektronikkühlung. Bei Boyds Kühlkörpern, Heatpipe-Baugruppen und Wärmeverteilertechnologien wird die Abwärme typischerweise von einem wärmeerzeugenden Gerät (z. B. einer elektrischen Komponente innerhalb eines elektronischen Systems - d. H. Computern und Rechenzentren) absorbiert und dann zur Ableitung in die Umgebungsluft entweder durch natürliche oder erzwungene (mit einem Lüfterluftbeweger) bewegt oder verteilt. Thermische Technologien von Boyd wie Remote-Heatpipe-Baugruppen und Dampfkammern ermöglichen es dem Designer, Wärme von Komponenten mit hohem Wärmefluss an einen Ort mit einer größeren Oberfläche (typischerweise Plattenlamellen oder gefaltete Lamellen) und einem geringeren Wärmefluss zur Ableitung in die Umgebungsluft zu transportieren.
Ableitung der Wärme an Flüssigkeiten
Bei Anwendungen mit großer Wärmebelastung, wie z. B. Militärradar oder Leistungselektronik, ist es oft erforderlich, die Abwärme in die flüssigen Kühlmittel (Wasser, Wasser/Glykol, PAO) eines sekundären Systems zur endgültigen Wärmeabfuhr abzuleiten. 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.
Ableitung der Wärme durch Strahlung
Da die Satelliten mit mehr Elektronik ausgestattet sind, wird die Herausforderung, die Wärme durch die begrenzte Oberfläche abzuleiten, immer größer. Boyds axial gerillte Kühlrohre mit niedriger Temperatur (Ammoniak / Aluminium, Ethan / Aluminium) und die Loop-Heatpipe-Technologie ermöglichen es, Wärme durch Heizkörperplatten abzustoßen, die für den Start gespeichert werden, und dann vom Satelliten aus eingesetzt werden, wenn der Satellit die Umlaufbahn erreicht. Unsere axial gerillten Niedertemperatur-Heatpipes verteilen die Wärme von der Satellitenelektronik zu den Kühlerplatten und leiten die Abwärme in den Weltraum ab. Und unsere Loop-Heatpipe-Technologie ist in der Lage, Wärmelasten von Hunderten von Watt bis zu mehr als 2.000 Watt zu transportieren und abzuleiten.
Heatpipes können verwendet werden, um Wärme über Entfernungen von wenigen Zoll (>50 mm) bis mehr als 3 Fuß (> 1 Meter) zu bewegen. In einer Heatpipe tritt Wärme aus einer Wärmequelle in das Verdampferende der Heatpipe ein, wodurch der Zustand des Arbeitsmediums sich von Flüssigkeit in Dampf ändert. Der Dampf wandert durch den Dampfraum innerhalb der Heatpipe zum anderen Ende, dem Kondensator, wo ein Kühlkörper oder eine andere sekundäre Wärmeabfuhrvorrichtung die Wärmeenergie abführt. Durch die Freisetzung von Wärme im Kondensatorbereich kondensiert der Dampf wieder zu Flüssigkeit, die in eine kapillare Dochtstruktur aufgenommen wird. Die in die Innenwände einer Heatpipe eingebauten Kapillardochtstrukturen ermöglichen es dem flüssigen Kondensat im Inneren der Heatpipe, durch Kapillarwirkung vom Kondensatorbereich der Heatpipe in den Verdampferbereich zurückzukehren. Die Wärmeübertragungseffizienz dieser Wärmelösung wird durch Faktoren wie Docht, Arbeitsmedium, Durchmesser, Länge, Biegung, Abflachung und Ausrichtung bestimmt. Die vier üblichen, kommerziell hergestellten Heatpipe-Dochtstrukturen sind Rillen in der Rohrinnenwand, Draht- oder Siebgewebe, gesintertes Metallpulver und Faser/Feder. Verschiedene Dochte haben unterschiedliche Kapillargrenzen (die kapillare Pumprate, mit der das Arbeitsmedium vom Kondensator zum Verdampfer fließt). 
