גופי חום נחושת: מוליכות תרמית, עמידות בפני קורוזיה ועיצוב

מדוע נבחרה נחושת עבור גופי קירור

גופי קירור נחושת נבחרים מסיבה דומיננטית אחת: אף מתכת הנדסית נפוצה לא מעביר חום ביעילות רבה יותר לכל יחידת חתך רוחב. לנחושת טהורה כגון C11000 יש מוליכות תרמית של בערך 385 עד 400 W/(mK) בטמפרטורת החדר, לעומת כ-200 W/(mK) לסגסוגת אלומיניום שחול טיפוסית כגון 6063 וכ-100 W/(mK) עבור{10}}סגסוגות אלומיניום נפוצות. הפער הזה של פי שניים עד ארבע מתורגם ישירות לפתרון תרמי קטן יותר, קל יותר או קריר יותר עבור אותו עומס חום, וזו הסיבה שנחושת היא החומר המועדף כאשר התקציב התרמי מצומצם.

נחושת מביאה גם יתרון שני, פחות ברור: התנגדות ההתפשטות התרמית הנמוכה שלה. כאשר מקור חום קטן יחסית לשטח הצלחת, צוואר הבקבוק אינו משטח הסנפיר אלא היכולת של הבסיס להפיץ חום הצידה. מוליכות גבוהה מפחיתה את הפרש הטמפרטורות על פני הבסיס, כך שחלק גדול יותר מאזור הסנפיר משתתף למעשה בקירור.

תכונות תרמיות ופיזיות

ההשוואה מראה גם את הפשרה-: צפופה של נחושת בערך פי 3.3 מאלומיניום, כך שגוף קירור נחושת בעל גיאומטריה זהה הוא כבד יותר ויקר יותר ליחידת שטח פנים. תרגול העיצוב מגיב על ידי שימוש במשורה ומושכלת בנחושת, למשל כבסיס נחושת או כשבלול נחושת מתחת לנקודה חמה עם סנפירי אלומיניום מחוברים למעלה, כך שהמוליכות הגבוהה נפרסת בדיוק היכן ששטף החום הוא הגבוה ביותר.

עמידות בפני קורוזיה והתנהגות סביבתית

נחושת יוצרת שכבת תחמוצת יציבה ונצמדת שמאטה התקפה נוספת באווירה פנימית רגילה, והיא עמידה בפני מים מתוקים, מי ים והרבה אמצעים ניטרליים ואלקליים עדין טוב בהרבה מפלדת פחמן. זה הופך את גופי הקירור מנחושת וצינורות קירור מסגסוגת-נחושת למתאימים לאלקטרוניקה ימית, ארונות ימיים, מעבים HVAC ומערכות מים לשתייה, שבהם חלק פלדה או אלומיניום לא מטופל יתכלה במהירות.

ההתנגדות אינה בלתי מוגבלת. נחושת מותקפת על ידי חומצות מחמצנות, אמוניה ותרכובות אמוניום, ועל ידי סביבות הנושאות גופרית-, והיא פגיעה לקורוזיה גלוונית כאשר היא מחוברת למתכת פחות אצילה בנוכחות אלקטרוליט. יש להקפיד על שני כללי עיצוב: הימנע מחיבורי אלומיניום-ל-נחושת ישירות בשירות רטוב או במלח- אלא אם המפרק מבודד או מצופה, וציין טיפול מגן על פני השטח כגון ציפוי ניקל, פח או כסף שבו החלק ייחשף לאוויר אגרסיבי.

מסלולי ייצור וצורות

פרופילים מחולצים ב-C11000 או C10200 עבור סנפירים ישרים וחתכים פשוטים, עם שיוף המשמש להעלאת צפיפות הסנפירים במקום שבו האקסטרוזיה לא יכולה להגיע לגובה הסנפיר הנדרש.

מכלולים מלוכדים ומולחמים, שבהם סנפירי נחושת מחוברים לבסיס נחושת או לצינור על ידי הלחמה או הלחמה מחדש כדי לשמור על הנתיב התרמי ללא הפרעה.

סלילי צינורות נחושת ב-C12200, C44300, C68700 ו-C70600 לפלטות קירור נוזלי, מעבים ומחלפי חום, כאשר הסגסוגת נבחרת בהתאם לאגרסיביות של מצע הקירור.

רצועה וגיליון נמשכים ומגולגלים בקור שניתן לחורר, לקפל או לזייף לתוך מפזרי חום, קליפות תאי אדים וחלקי מיגון.

בלוקים מעובדים ומחורצים עבור מודולי הספק-גבוהים שבהם יש צורך בממשק שטוח, מכוסה ובסיס עבה כדי להתמודד עם שטף חום מרוכז.

קל להצטרף לנחושת גם בהלחמה והלחמה, מוליכה זרם כמו גם מוליכת חום וניתנת לציפוי ללא הכנה מיוחדת, כל אלו מפשטים את השילוב של פונקציות תרמיות וחשמליות באותו חלק.

יישומים אופייניים

קירור מעבד, כרטיס גרפי וזיכרון במחשבים ושרתים, שבהם בסיסי נחושת, צינורות חום ותאי אדים מעבירים חום מקובייה קטנה לאזור סנפיר גדול יותר.

אלקטרוניקת כוח, לרבות ממירים, ממירים, כונני מנוע ומודול מתיחה בכלי רכב חשמליים, שבהם מצעים מבודדים מחוברים ללוח בסיס נחושת.

תאורת LED ומודולי לייזר, שבהם צפיפות שטף גבוהה וחיי שירות ארוכים דורשים טמפרטורות צומת נמוכות.

ארונות טלקומוניקציה, מכשירי רדיו בתחנות בסיס ויחידות מכ"ם שחייבים להישאר בגבולות הטמפרטורה בתנאי חוץ.

מחליפי חום, מעבים ומאיידים בתחנות קירור, HVAC ותחנות כוח, תוך שימוש בצינורות נחושת או-סגסוגת נחושת עבור השילוב שלהם בין מוליכות ועמידות בפני קורוזיה.

רשימת בחירה ועיצוב

שאלות נפוצות

ש: האם נחושת טובה יותר מאלומיניום עבור גופי קירור?
נחושת מוליכה חום בערך פי שניים יותר מאלומיניום שחולף וכפי ארבע כמו אלומיניום יצוק-, אבל היא צפופה פי 3.3 ויקרה יותר, כך שהבחירה תלויה בשטף החום ובתקציב המשקל.

ש: מהי המוליכות התרמית של גוף קירור נחושת?
דרגות נחושת טהורה כגון C11000 מגיעות לכ-385 עד 400 W/(mK) בטמפרטורת החדר, נתון שציפוי או ממשק מלוכד יכולים להפחית בשירות.

ש: האם נחושת קורוזיה במערכות קירור?
הנחושת מתנגדת היטב למים מתוקים ומי ים ויוצרת תחמוצת הגנה, אך היא מותקפת על ידי אמוניה, חומצות מחמצנות וסביבות גופרתי, וחייבת להיות מבודדת מאלומיניום בשירות רטוב.

ש: האם ניתן להשתמש בנחושת ובאלומיניום באותו גוף קירור?
כן, והשילוב נפוץ, אבל יש לציפוי, לבודד או לשמור על המפרק יבש, אחרת קורוזיה גלוונית תתקוף את האלומיניום בנקודת המגע.

ש: אילו דרגות נחושת משמשות לגוף קירור וצינורות קירור?
C11000 ו-C10200 עבור צלחות ומלאי סנפירים, וציוני C12200 או נחושת-כגון C70600 עבור צינורות לטיפול במים, עיבוי או מי ים.

ש: כיצד מייצרים גוף קירור מנחושת?
המסלולים הרגילים הם שחול וחיפוי עבור פרופילים עם סנפירים, הלחמה או הלחמה חוזרת למכלולים מלוכדים, ומשיכה או גלגול קר עבור רכיבי פס, צינור ומפזר חום.