هیت سینک چیست؟
هیت سینک چیست و نقش مهم آن در روشنایی
یکی از اتفاقات اجتناب ناپذیر در طراحی سیستم‌های روشنایی، تولید حرارت توسط ساختار چراغ‌ها است. هیت سینک، به عنوان یک قطعه مهم، برای گردش این گرمای تولید شده طراحی شده است تا عمر مفید سیستم را افزایش دهد. در این مقاله، به بررسی نقش هیت سینک در انواع محصولات روشنایی می‌پردازیم و نشان می‌دهیم که مدیریت بهتر حرارت تولید شده توسط منابع نوری، باعث افزایش راندمان نوری، کیفیت بالاتر طیف نوری و طول عمر بیشتری در چراغ‌ها می‌شود. برای شروع، ابتدا باید به تعریف هیت سینک و اجزای سازنده آن پرداخته شود.
هیت سینک چیست؟
در بیشتر خانواده‌های چراغ و یا پنل، همراه با تولید نور و روشنایی، حرارت نیز ایجاد می‌شود. این حرارت می‌تواند مبتنی بر دلایل مختلفی باشد. به عنوان مثال، در لامپ‌های رشته‌ای، بخاطر عبور جریان برق از رشته تنگستن، منبع روشنایی به شدت داغ شده و حرارت تولید می‌کند. هیت سینک، یک قطعه در بدنه چراغ است که وظیفه تعدیل و کاهش این حرارت را دارد. این قطعه مسئول انتقال انرژی حرارتی تولید شده، توسط یک ماژول چراغ به محیط اطراف آن است، و به‌طور ویژه در ساختار چراغ‌های جدید مانند خانواده LEDها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هیت سینک و کارکرد آن
به طور اساسی، عملکرد موثر هیت سینک باید شرایطی را برای بهره‌برداری بهینه از پتانسیل LEDها ایجاد کند. با توجه به پیشرفت تکنولوژی، هنوز بخشی از انرژی در انواع مختلف چراغ به طرق مختلفی هدر می‌رود. به عنوان مثال، در خانواده‌های مختلف دیودهای نوری، با افزایش دمای محیط اتصال، نور اشعه‌ای کاهش می‌یابد؛ به اصطلاح، افت نوری رخ می‌دهد. براساس نتایج تحقیقات، با هر افزایش ۱۰ درجه سانتیگراد در دمای محیط اتصال، روشنایی تا ۳۰ تا ۵۰ درصد کاهش می‌یابد.
هیت سینک در بهره‌وری چراغ
از آنجا که بیشتر خرابی‌ها در چراغ و پنل ها، به خصوص LEDها، به افزایش دما و حرارت بستگی دارد، ضروری است که دمای اتصال نیمه‌هادی‌ها در حداقل نگه‌داشته شود. به طور کلی، در طراحی بدنه چراغ و سیستم حرارتی، نیاز است که جریان درایور، شرایط محیطی و مقاومت‌های حرارتی اجزا در نظر گرفته شوند. برای افزایش انتقال حرارت به هیت سینک، استفاده از مواد واسط حرارتی مانند گریس یا اپوکسی ضروری است. این مواد فضاهای خالی و شکاف‌های موجود را پر کرده و تجمع حرارت در چراغ LED را کاهش می‌دهند.
مکانیسم در عملکرد هیت سینک چیست؟
یک هیت سینک به گونه‌ای طراحی می‌شود که در ابتدا گرما را از محل اتصال LED به خود جذب کرده و سپس آن را به هوای اطراف منتقل کرده و تابش دهد. هیت سینک پنل از سه مکانیسم یعنی ( هدایت ، هم رفت و تابش ) برای انتقال انرژی حرارتی استفاده می‌کند.
هدایت حرارتی: این مکانیسم به معنای توانایی یک ماده در انتقال حرارت است. در ساز و کار هدایت، میزان آن به خاطر موادی است که قطعه هیت سینک از آن‌ها ساخته شده است و همچنین به ساختار هندسی هیت سینک بستگی دارد. فرآیند هدایت از محل اتصال نیمه‌هادی شروع می‌شود.
همرفت حرارتی: در این نوع فرآیند، انتقال حرارتی از طریق حرکت جرمی یک سیال یا هوا صورت می‌گیرد. در ساختار هیت سینک، مکانیزم همرفت می‌تواند به صورت طبیعی و با حضور هوای اطراف آن انجام شود. هرچه سطح هیت سینک بیشتر باشد، انتقال حرارتی بیشتر رخ می‌دهد.
تابش حرارتی: تابش حرارتی به انتقال گرما از طریق جذب و انتشار امواج الکترومغناطیسی بدون استفاده از محیط حامل اشاره دارد. تابش فلزات می‌تواند بین ۰.۰۲ تا ۰.۰۹ بسته به آرایش هندسی و عملیات سطحی سطوح فلزی متفاوت باشد. سطوح فلزی صیقلی و براق، گرمای بسیار کمی را به خود جذب و سپس تابش می‌دهند.
مزایای مکانیزم همرفت
در طراحی یک هیت سینک، نکات گوناگونی مورد توجه قرار می‌گیرند، از جمله هزینه، محدودیت فضا، شکل چراغ، قابلیت ساخت، و شرایط جانبی هوا. با بررسی‌های انجام شده و توجه به نکات فوق، همراه با روند همرفت، یکی از مکانیسم‌های بسیار مفید در ساختار چراغ‌های LED می‌باشد. مزایای استفاده از این مکانیزم شامل سادگی ساختار با هزینه کمتر، اطمینان بالا، صدای کمتر، و استفاده از خنک‌کننده طبیعی و غیرفعال است. از طرفی، استفاده از سیستم‌های گردش طبیعی هوا ممکن است در برخی از موارد مؤثر باشد، اما در محصولاتی مانند چراغ‌های صنعتی ممکن است کارآمدی آن کمتر شود. در چنین مواردی، برای افزایش ضریب انتقال حرارت همرفتی وابسته به جریان، باید از روش‌های خنک‌کننده فعال یا فن کمکی استفاده شود.
متریال ساخت هیت سینک چیست؟
مواد سازنده هیت سینک و ناحیه رسانا بسیار مؤثر در انتقال حرارت تولید شده هستند. فلزات، آلیاژهای فلزی، برخی از اکسیدهای فلزی و سایر اشکال کربن رسانای حرارتی خوبی محسوب می‌شوند. به عنوان مثال، فلز مس تقریباً دو برابر آلومینیوم انتقال حرارتی دارد، اما هزینه‌ی آن بیشتر است. بنابراین، اکثر سازندگان برای ساخت هیت سینک، از آلومینیوم استفاده می‌کنند، به دلیل انتقال حرارتی خوب، هزینه مناسب، مقاومت در برابر خوردگی، و قابلیت تولید انبوه با انواع روش‌های مختلف. هرچند، معمولاً در این فرآیند، از آلیاژهای آلومینیوم استفاده می‌شود. این مواد افزودنی، علاوه بر افزایش ارزش افزوده، ممکن است مشکلاتی نیز ایجاد کنند. هیت سینک‌های آلومینیومی می‌توانند با استفاده از روش‌هایی مانند ریخته‌گری، اکستروژن، و ماشین‌کاری تولید شوند. علاوه بر آلومینیوم، سرامیک و فولاد نیز می‌توانند در ساخت هیت سینک مورد استفاده قرار گیرند. سرامیک رسانای حرارتی مشابهی با آلومینیوم دارد و هزینه ساخت پایینی دارد، اما بزرگترین مشکل آن شکنندگی بالای آن است.
طراحی و فرآیند تولید هیت سینک
هندسه این قطعه مستقیماً بر تخلیه حرارت تأثیرگذار است و می‌تواند فرآیند خنک‌کردن چراغ را بهبود بخشید. به عنوان مثال، سرعت عبور جریان هوا کاملاً تحت تأثیر طراحی شکل هیت سینک قرار می‌گیرد. همچنین، اندازه این محصول (سطح مفید) در کارایی آن تأثیرگذار است. اینکه آیا پره‌ها (بال) در اسکلت این محصول در نظر گرفته شده‌اند یا خیر، به منظور افزایش سطح تماس با جریان هوا، نقش مهمی دارد. فرآیند تولید، یکی از جنبه‌های حیاتی برای انتخاب مواد سازنده این محصول حرارتی و کارآمد در طراحی آن می‌باشد. امکانات موجود در کارگاه‌های تولیدی مانند روش‌های تولید، می‌توانند در تصمیم‌گیری طراحان برای طراحی شکل و فرم هیت سینک و انتخاب مواد مورد استفاده، نقش مهمی داشته باشند.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.