หม้อน้ำมีหน้าที่อะไร?

หม้อน้ำเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากวัสดุที่นำความร้อนได้ดีและมักติดอยู่กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อกระจายความร้อนที่ไม่ต้องการ ใช้เพื่อระบายความร้อนส่วนประกอบของวงจรโดยการกระจายความร้อนส่วนเกินเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป ความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร และเพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของส่วนประกอบ

การทำงานของเครื่องทำความร้อนจะขึ้นอยู่กับกฎความร้อนของฟูริเยร์ เมื่อใดก็ตามที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิในวัตถุ ความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากอุณหภูมิที่สูงกว่าไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำลง การถ่ายเทความร้อนมีสามวิธีที่แตกต่างกันคือการแผ่รังสี การพาความร้อน หรือโดยการนำ

การนำความร้อนเกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่วัตถุสองชิ้นที่มีอุณหภูมิต่างกันมาสัมผัสกัน สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการชนกันระหว่างโมเลกุลที่เร็วจากวัตถุที่ร้อนกว่าและโมเลกุลที่ช้ากว่าจากวัตถุที่เย็นกว่า ส่งผลให้เกิดการถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุร้อนไปยังวัตถุที่เย็นกว่า แผ่นระบายความร้อนจึงถ่ายเทความร้อนโดยการนำและการพาความร้อนจากส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ทรานซิสเตอร์ ไปยังตัวกลางที่มีอุณหภูมิต่ำ เช่น อากาศ น้ำมัน น้ำ หรือตัวกลางอื่นๆ ที่เหมาะสม

หม้อน้ำคืออะไร

หม้อน้ำมีสองประเภทคือหม้อน้ำแบบพาสซีฟและหม้อน้ำแบบแอคทีฟ

1. แผงระบายความร้อนแบบแอคทีฟใช้พัดลมระบายความร้อนหรือเครื่องเป่าลมเพื่อกระจายความร้อนออกจากแผงระบายความร้อน สิ่งเหล่านี้มีคุณสมบัติในการระบายความร้อนที่ดีเยี่ยม แต่ต้องมีการบำรุงรักษาเป็นประจำเนื่องจากชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

2. แผงระบายความร้อนแบบพาสซีฟไม่ใช้พัดลมและไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ทำให้เชื่อถือได้มากขึ้น

หม้อน้ำสามารถจำแนกเพิ่มเติมตามการออกแบบทางกายภาพและรูปร่าง วัสดุที่ใช้ ฯลฯ หม้อน้ำทั่วไปคือ:

หม้อน้ำทำหน้าที่เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อน และมักจะได้รับการออกแบบให้มีพื้นที่ผิวสูงสุดในการสัมผัสกับตัวกลางทำความเย็น เช่น อากาศ ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น วัสดุที่ใช้ การรักษาพื้นผิว การออกแบบที่ยื่นออกมา ความเร็วการไหลของอากาศ และวิธีการเชื่อมต่อ แผ่นระบายความร้อน สารประกอบ และเทปนำไฟฟ้าคือวัสดุบางส่วนที่ใช้ระหว่างพื้นผิวแผ่นระบายความร้อนของส่วนประกอบกับพื้นผิวแผ่นระบายความร้อน เพื่อปรับปรุงการถ่ายเทความร้อน และส่งผลให้ประสิทธิภาพของแผ่นระบายความร้อนดีขึ้น

โลหะที่มีค่าการนำความร้อนดีเยี่ยม เช่น เพชร ทองแดง และอะลูมิเนียม เป็นตัวระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงสุด อย่างไรก็ตาม อลูมิเนียมมักถูกใช้มากกว่าเนื่องจากมีต้นทุนที่ต่ำกว่า

ปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของหม้อน้ำ ได้แก่:

1. ความต้านทานความร้อน

2. การไหลของอากาศ

3. ความต้านทานต่อปริมาตร

4. ความหนาแน่นของครีบ

5. ระยะห่างระหว่างครีบ

6. ความกว้าง

7. ความยาว

แผงระบายความร้อนใช้เพื่อระบายความร้อนให้กับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ที่ไม่มีความสามารถในการกระจายความร้อนเพียงพอที่จะกระจายความร้อนส่วนเกินทั้งหมด อุปกรณ์เหล่านี้ได้แก่:

พาวเวอร์ทรานซิสเตอร์ ไทริสเตอร์ และอุปกรณ์สวิตชิ่งอื่นๆ

ไดโอด

วงจรรวม

โปรเซสเซอร์ซีพียู

โปรเซสเซอร์กราฟิก

หม้อน้ำมีหลายประเภทและขนาดเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน หม้อน้ำชนิดที่พบบ่อยที่สุดคือหม้อน้ำแบบครีบ ซึ่งประกอบด้วยครีบโลหะบางๆ หลายครีบเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ครีบเหล่านี้เพิ่มพื้นที่ผิวเพื่อระบายความร้อนได้ดีขึ้น แผ่นระบายความร้อนประเภทอื่นๆ ได้แก่ พินฟิน หม้อน้ำแบบครีบไขว้ หม้อน้ำแบบงัดแงะ และหม้อน้ำแบบแผ่นเรียบ

หม้อน้ำรถยนต์ทำหน้าที่เป็นทั้งกักเก็บน้ำและกระจายความร้อน หม้อน้ำเป็นส่วนสำคัญของระบบทำความเย็นและมีวัตถุประสงค์เพื่อปกป้องเครื่องยนต์จากความเสียหายที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไป หลักการของหม้อน้ำคือการใช้ลมเย็นเพื่อลดอุณหภูมิของสารหล่อเย็นที่มาจากเครื่องยนต์ในหม้อน้ำ หม้อน้ำเป็นของระบบระบายความร้อนรถยนต์ หม้อน้ำในระบบระบายความร้อนด้วยน้ำของเครื่องยนต์ประกอบด้วยสามส่วน: ช่องน้ำเข้า ช่องจ่ายน้ำ แผ่นหลัก และแกนหม้อน้ำ หม้อน้ำจะระบายความร้อนให้กับสารหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิสูง สารหล่อเย็นในหม้อน้ำจะเย็นลงเมื่อท่อและครีบของหม้อน้ำสัมผัสกับกระแสลมที่เกิดจากพัดลมระบายความร้อนและการเคลื่อนที่ของยานพาหนะ

เพื่อป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์ร้อนเกินไป ส่วนประกอบที่อยู่รอบๆ ห้องเผาไหม้ (ปลอกสูบ ฝาสูบ วาล์ว ฯลฯ) จะต้องได้รับการระบายความร้อนอย่างเหมาะสม เพื่อให้มั่นใจถึงผลการทำความเย็น โดยทั่วไประบบทำความเย็นในรถยนต์ประกอบด้วยหม้อน้ำ เทอร์โมสตัท ปั๊มน้ำ ช่องน้ำในกระบอกสูบ ช่องน้ำบนฝาสูบ พัดลม ฯลฯ หม้อน้ำมีหน้าที่ในการระบายความร้อนของน้ำหมุนเวียน ท่อน้ำและแผ่นระบายความร้อนส่วนใหญ่ทำจากอลูมิเนียม ท่อน้ำอลูมิเนียมทำเป็นรูปทรงแบนและฮีทซิงค์เป็นแบบลูกฟูก ให้ความสนใจกับประสิทธิภาพการกระจายความร้อน ทิศทางการติดตั้งจะตั้งฉากกับทิศทางการไหลของอากาศ พยายามบรรลุผล ความต้านทานลมควรน้อยและประสิทธิภาพการทำความเย็นควรสูง สารหล่อเย็นจะไหลภายในแกนหม้อน้ำ และอากาศจะไหลออกนอกแกนหม้อน้ำ สารหล่อเย็นที่ร้อนจะเย็นลงโดยการกระจายความร้อนสู่อากาศ และอากาศเย็นจะร้อนขึ้นโดยการดูดซับความร้อนที่ปล่อยออกมาจากสารหล่อเย็น ดังนั้นหม้อน้ำจึงเป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

แผงระบายความร้อนคืออุปกรณ์ที่ใช้จัดการความร้อนที่เกิดจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ มักทำจากโลหะหรืออลูมิเนียมและจุดประสงค์หลักคือเพื่อกระจายความร้อนออกจากองค์ประกอบที่เชื่อมต่ออยู่ แผงระบายความร้อนได้รับการออกแบบให้มีครีบ ช่อง หรือร่องเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวเพื่อช่วยถ่ายเทความร้อนจากส่วนประกอบไปยังสภาพแวดล้อมโดยรอบ หม้อน้ำมีหลายขนาดและรูปทรงเพื่อให้เหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน

แผงระบายความร้อนเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของระบบอิเล็กทรอนิกส์ใดๆ เนื่องจากช่วยให้ระบายความร้อนได้ดีขึ้นและปรับปรุงประสิทธิภาพ ด้วยการกระจายความร้อนออกจากองค์ประกอบ องค์ประกอบจึงสามารถคงความเย็นและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดโดยไม่ต้องกลัวความเสียหายจากความร้อนสูงเกินไป หม้อน้ำยังช่วยลดระดับเสียงและการสั่นสะเทือนโดยการขจัดความร้อนออกจากส่วนประกอบและสู่สิ่งแวดล้อม

หม้อน้ำเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์ บทบาทหลักของมันคือการกระจายสารป้องกันการแข็งตัวและน้ำให้ทั่วครีบ ซึ่งระบายความร้อนของเครื่องยนต์บางส่วนขณะรับอากาศเย็นก่อนที่จะผ่านส่วนที่เหลือของเครื่องยนต์ต่อไป

หม้อน้ำคือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้ในการถ่ายเทพลังงานความร้อนจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางเพื่อวัตถุประสงค์ในการทำความเย็นและทำความร้อน หม้อน้ำส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้ในรถยนต์ อาคาร และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

หม้อน้ำมักเป็นแหล่งความร้อนต่อสิ่งแวดล้อม แม้ว่าอาจมีวัตถุประสงค์เพื่อให้ความร้อนแก่สิ่งแวดล้อม หรือเพื่อระบายความร้อนของของเหลวหรือสารหล่อเย็นที่จ่ายให้กับสภาพแวดล้อม สำหรับการทำความเย็นเครื่องยนต์ของยานยนต์และหอทำความเย็นแบบแห้งของ HVAC แม้จะมีชื่อนี้ แต่หม้อน้ำส่วนใหญ่จะถ่ายเทความร้อนส่วนใหญ่ผ่านการพาความร้อนแทนการแผ่รังสีความร้อน

ในการใช้งานบางประเภท หม้อน้ำอาจมีราคาแพงและยากต่อการติดตั้ง นอกจากนี้ หากขนาดไม่เหมาะสมกับการใช้งาน แผงระบายความร้อนอาจไม่สามารถกระจายความร้อนทั้งหมดที่เกิดจากส่วนประกอบได้อย่างเหมาะสม สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือส่วนประกอบบางอย่างไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ดังนั้นจึงต้องระมัดระวังเมื่อเลือกตัวระบายความร้อนสำหรับส่วนประกอบประเภทเหล่านี้

พูดง่ายๆ ก็คือ หม้อน้ำคือวัตถุที่กระจายความร้อนจากแหล่งความร้อน นอกจากนี้ยังติดตั้งบนคอมพิวเตอร์ เครื่องเล่นดีวีดี และอุปกรณ์พกพาอื่นๆ อีกด้วย เมื่อนึกถึงกลไกง่ายๆ ที่แสดงให้เห็นวิธีการทำงานของหม้อน้ำ คุณสามารถจินตนาการถึงหม้อน้ำที่ติดตั้งอยู่บนรถยนต์ได้ หม้อน้ำจะดึงความร้อนออกจากเครื่องยนต์ของรถคุณ ในทำนองเดียวกัน แผงระบายความร้อนจะดึงความร้อนออกจาก เช่น CPU ของพีซีของคุณ กลไกการทำงานของหม้อน้ำมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการนำความร้อน ตราบใดที่วัตถุสองชิ้นที่มีอุณหภูมิต่างกันสัมผัสกัน การนำความร้อนจะเกิดขึ้น

สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการชนกันระหว่างโมเลกุลที่เร็วของวัตถุที่ร้อนกว่ากับโมเลกุลที่เคลื่อนที่ช้ากว่าของวัตถุที่เย็นกว่า นอกจากนี้ยังส่งผลให้เกิดการถ่ายโอนพลังงานจากวัตถุร้อนไปยังวัตถุเย็นอีกด้วย ดังนั้น แผ่นระบายความร้อนจึงถ่ายเทความร้อนจากส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิสูง (เช่น ทรานซิสเตอร์) ไปยังตัวกลางที่มีอุณหภูมิต่ำ (เช่น อากาศ น้ำมัน น้ำ หรือตัวกลางอื่น ๆ ที่เหมาะสม) โดยผ่านการนำและการพาความร้อน

แผงระบายความร้อนมีตัวนำความร้อนที่นำความร้อนจากแหล่งความร้อนไปยังครีบหรือหมุด ทำให้มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่เพื่อให้ความร้อนกระจายไปทั่วส่วนที่เหลือของคอมพิวเตอร์ นี่คือเหตุผลว่าทำไมแผงระบายความร้อนจึงได้รับการออกแบบเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวในการสัมผัสกับตัวกลางทำความเย็นโดยรอบให้สูงสุด ดังนั้น ประสิทธิภาพของหม้อน้ำจึงขึ้นอยู่กับความเร็วลม วัสดุ การออกแบบส่วนที่ยื่นออกมา และการรักษาพื้นผิว ข้อเท็จจริงนี้ผลักดันให้เราคิดค้นประเภท วัสดุ และโครงสร้างของหม้อน้ำ

หม้อน้ำท่อความร้อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย หม้อน้ำชนิดนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนของอุปกรณ์และอุปกรณ์กำลังสูงจำนวนมากได้ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายและสามารถใช้ใน SVG, ตัวแปลงความถี่, อินเวอร์เตอร์, แหล่งพลังงานใหม่ ฯลฯ

ทองแดงมักถูกใช้เป็นวัสดุแกนกลาง และค่าการนำความร้อนของทองแดงนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าอลูมิเนียมถึงสองเท่า โดยมีค่าการนำความร้อนประมาณ 400W/mK เนื่องจากทองแดงมีคุณสมบัติในการระบายความร้อนที่ดีเยี่ยมในแง่ของการนำความร้อนและความต้านทานการกัดกร่อน จึงทำให้กระจายความร้อนได้ดีเยี่ยม รวดเร็ว และมีประสิทธิภาพ แต่ข้อเสียทองแดงจะหนักกว่าอลูมิเนียมถึง 3 เท่าและราคาค่อนข้างสูง นอกจากนี้ยังสร้างได้ยากกว่าอะลูมิเนียมอีกด้วย

อะลูมิเนียมเป็นวัสดุที่เบามากและราคาถูกซึ่งมีการนำความร้อนสูง ทำให้เหมาะสำหรับแผงระบายความร้อนส่วนใหญ่ อลูมิเนียมอาจเป็นโลหะที่มีโครงสร้างแข็งแรงกว่าเมื่อใช้เป็นแผ่นบาง แต่ความสามารถของอลูมิเนียมในการนำความร้อนหรือที่เรียกว่าการนำความร้อนนั้นมีค่าประมาณครึ่งหนึ่งของทองแดง ข้อเสียนี้จะจำกัดระยะทางที่ความร้อนสามารถเคลื่อนที่หรือนำจากแหล่งความร้อนที่ด้านล่างของหม้อน้ำ