Thermosiphons sind passive, zweiphasige Wärmemanagementsysteme, die ohne mechanische Pumpen oder andere bewegliche Teile im Fluidkreislauf auskommen. Da kondensiertes Fluid durch die Schwerkraft zum Verdampfer zurückgeführt wird, benötigen Thermosiphons keine zusätzliche elektrische Energie für den Betrieb, wodurch sie in stationären Anwendungen zuverlässiger sind als aktive Flüssigkeitskühlkreisläufe. Mit der richtigen Auslegung können Thermosiphons durch eine höhere Gesamtsystemleistung dazu beitragen, Gewicht und Bauraum der Wärmemanagementlösung zu reduzieren.
Thermosiphons arbeiten nach demselben Prinzip wie Heatpipes: Im Verdampfer nimmt die Flüssigkeit Wärme auf und verdampft. Der Dampf wird durch den Druckunterschied zwischen warmen und kalten Bereichen transportiert und gibt seine Wärme beim Kondensieren wieder ab. Anschließend kehrt die Flüssigkeit zum Verdampfer zurück. Geringe Temperaturdifferenzen im Gesamtsystem ermöglichen eine nahezu isotherme Kühlung großer Oberflächen oder mehrerer Bauteile. Mithilfe dieser Temperaturunterschiede transportieren Thermosiphons Wärme in unterschiedlichsten Konfigurationen effizient und zuverlässig durch das gesamte Kühlsystem.
Thermosiphons ermöglichen eine kostengünstigere Zweiphasenkühlung als Heatpipes oder Vapor Chambers. Durch den Einsatz von Thermosiphons ermöglicht Eaton Kosten- und Gewichtseinsparungen, da keine Dochtstruktur erforderlich ist. Als passive Technologie ermöglichen Thermosiphons eine hohe Wärmeübertragungsleistung ohne kostspielige Pumpen mit begrenzter Lebensdauer. Gleichzeitig halten sie die Temperaturdifferenzen im Gesamtsystem gering und ermöglichen so eine nahezu isotherme Kühlung großer Flächen oder mehrerer Bauteile.
Eaton verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Zweiphasenkühlung. Wir haben vier verschiedene Thermosiphontypen entwickelt, um unseren Kunden die für ihre Anwendung optimal geeignete Thermosiphonlösung anbieten zu können. Für zusätzliche Kosteneinsparungen bietet Eaton fortschrittliche Entwicklungskompetenz und optimierte Fertigungsverfahren, die das Löten in einem einzigen Prozessschritt ermöglichen.
Das Thermosiphontechnologie-Portfolio von Eaton steht für umfassende Kompetenz und jahrzehntelange Erfahrung in der Zweiphasentechnologie. Diese Expertise unterstützt Sie dabei, in jeder Anwendung eine zuverlässige und hohe thermische Leistung zu erzielen.
Thermosiphons, die Wärme direkt von einer Wärmequelle in einen angrenzenden Bauraum ableiten, werden als 3D-Direktkontakt-Loop-Thermosiphons bezeichnet. Thermosiphons nehmen im Verdampfer große Wärmemengen auf. Durch den Auftrieb steigt der erwärmte Dampf anschließend vertikal zum Kondensator auf. Der Kondensatorbereich kann für einen vertikalen Luftstrom, wie in der obigen Abbildung, oder als horizontal angeordneter Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher ausgeführt werden.
Direktkontakt-Thermosiphonkreisläufe transportieren Wärme von einer Wärmequelle zur Luft. Dabei führen sie Wärme von thermischen Lasten ab und übertragen sie auf ein Kühlrippenpaket mit hoher Rippendichte, das die Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Präzise ausgerichtete Rohre transportieren das Arbeitsfluid des Thermosiphons zum entfernt angeordneten Kondensator beziehungsweise Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher der Baugruppe und wieder zurück. Direktkontakt-Thermosiphonkreisläufe transportieren mit weniger Rohren mehr Wärme über größere Entfernungen als vergleichbare Heatpipe-Baugruppen und reduzieren dadurch die Systemkomplexität und die Kosten. Diese Thermosiphonkonfiguration wird häufig in Enterprise-Anwendungen eingesetzt, um die Wärme leistungsstarker Komponenten wie CPUs und GPUs in einen entfernt gelegenen Bereich mit mehr verfügbarem Bauraum für die Kühlung zu transportieren.
Luft-Luft-Thermosiphonkreisläufe nutzen die hohe Wärmeübertragungsleistung von Zweiphasensystemen, um Wärme aus einem heißen Luftstrom am Verdampferregister aufzunehmen und am Kondensatorregister an einen kühleren Luftstrom abzugeben. Luft-Luft-Thermosiphonkreisläufe können in kleineren Bauräumen deutlich mehr Wärme abführen als Wärmetauscher, die auf reiner Wärmeleitung oder Heatpipes basieren. Durch den Einsatz passiver Zweiphasenkühlung sind Luft-Luft-Thermosiphonkreisläufe zuverlässiger und senken die Wartungskosten, die bei einem aktiven, pumpenbetriebenen Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher entstehen würden.
Kühlkörper mit 2D-Thermosiphon-Kühlrippen sind leichter und leistungsfähiger als vergleichbare Druckgusskühlkörper, Kühlkörper mit geklebten Kühlrippen und Strangpresskühlkörper. Konstrukteure können die Effizienz hoher Kühlrippen von mehr als 80 mm steigern, indem sie 2D-Thermosiphon-Kühlrippen einsetzen, die sowohl die Rippeneffizienz als auch die Wärmeverteilung entlang der Luftströmungsrichtung verbessern.
2D-Thermosiphon-Kühlrippen können in einen Kühlkörper mit geklebten Kühlrippen oder in ein thermisch integriertes Gehäuse integriert werden. Obwohl sie nicht dieselbe Gestaltungsfreiheit wie Vapor-Chamber-Kühlrippen bieten, können 2D-Thermosiphon-Kühlrippen die Leistung kompakter Systeme verbessern.
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