Elektronik cihazların soğutulmasında ısı borusu ve faz değişim malzemesi kullanımının incelenmesi
Investigation of the use of heat pipe and phase change material in cooling of electronic devices
Yazar: CEREN ÇETİN
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET KAYFECİ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Elektronik cihazlarda enerji tüketiminin neden olduğu ısınma önemli bir problemdir. Cihazların soğutulmasında birçok yöntem kullanılmaktadır. 

Bu çalışmada, ısı borusu ve faz değişim malzemesi (FDM) kullanımı ile elektronik cihazların soğutulması incelenmiştir. Tek bileşen olan ısı borusu üzerinde evaporatör ve kanatçık, ısı borusunun iki ucunda yer almaktadır. Bakır bir ısı borusu kullanılmış ve içinde 1/3 oranında sıvı etanol bulunmaktadır. Evaporatör kısmı, cam yünü malzeme ile yalıtılmış ve üzerinde 23,04 Ω dirençli ve 1,47 m uzunluğunda direnç teli sarılıdır. FDM depo tankı, ısı borusunun ortasında yer almakta ve içi paraffin ile dolu olup, evaporatör ile kanatçık arasında kalır. Kanatçık, ısı borusunun diğer ucunda yer almakta ve alüminyum malzemeden yapılmıştır.

Sisteme farklı güçler verildiğinde, evaporatör ve kanatçık sıcaklıkları değişiklik göstermiştir. 12 W güç ile çalıştırıldığında fansız evaporatör sıcaklığı 52,2 °C, FDM ortamındaki sıcaklık 35,5 °C ve kanatçık sıcaklığı 32,7 °C olarak ölçülmüştür. 32 W güç ile çalıştırıldığında ise evaporatör sıcaklığı 74,3 °C, FDM ortamındaki sıcaklık 40,6 °C ve kanatçık sıcaklığı 36,6 °C olarak ölçülmüştür.
Bu tezin amacı, elektronik cihazların sıcaklığını düşürmek için kullanılan ısı borusu teknolojisinde FDM malzeme kullanımının avantajlarını araştırmak ve incelemektir. FDM, bir faz değiştirici malzemedir ve ısı boruları içinde kullanılarak ısı transferi sağlar. Etanol akışkanlı ısı borusu ve FDM nin birleştirilmesiyle elde edilir ve buda daha yüksek ısı transfer performansı sağlar. Bu durumda elektronik cihazların soğutulması için iyi bir yöntem sunmaktadır.

Sonuç olarak, bu çalışma ısı boruları ve FDM malzemelerinin kullanımının elektronik cihazların soğutulmasında etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir. Bu yöntem, yüksek sıcaklık performansı ve yüksek ısı transfer kapasitesi ile önemli avantajlar sağlamaktadır.

Abstract:
Electronics devices generate heat due to energy consumption, which is an important problem. Various methods are used for cooling devices.

In this study, the cooling of electronic devices using a heat pipe and phase change material (PCM) was investigated. The single-component heat pipe consists of an evaporator and a fin on either end. A copper heat pipe was used and contains liquid ethanol. The evaporator section is insulated with glass wool material and has a resistance wire of 23.04 Ω and 1,47 m in length wound around it. The PCM storage tank is located in the middle of the heat pipe and is filled with paraffin, and is located between the evaporator and the fin. The fin is located at the other end of the heat pipe and is made of aluminum.

When different powers were supplied to the system, the temperatures of the evaporator and condenser varied. When operated with 12 W of power, the temperature of the fanless evaporator was measured at 52,2 °C, the temperature in the PCM was 35,5 °C, and the temperature of the condenser was 32,7 °C. When operated with 32 W of power, the temperature of the evaporator was measured at 74,3 °C, the temperature in the PCM was 40,6 °C, and the temperature of the condenser was 36,6 °C.

The purpose of this thesis is to investigate and examine the advantages of using PCM materials in heat pipe technology used to lower the temperature of electronic devices. PCM is a phase change material and is used inside heat pipes to provide heat transfer. This is achieved by combining an ethanol fluid heat pipe with PCM, resulting in higher heat transfer performance. This provides a good method for cooling electronic devices.

In conclusion, this study demonstrates that the use of heat pipes and PCM materials can be effectively used for cooling electronic devices. This method provides significant advantages with high temperature performance and high heat transfer capacity.