基本介紹
- 中文名：微熱管陣列
- 外文名： Micro heat pipearray
- 套用：LED散熱、光伏、暖氣片、集熱器
- 創始人：趙耀華
- 國家：中國
產生背景,基本簡介,工作原理,微熱管優勢,微熱管套用,
產生背景
1944年Gaugler第一次提出了熱管的工作原理；1963年美國《套用物理》雜誌報導了世界上的第一根熱管；1984年T.P Cotter等人提出了熱管微型化的構想，為微熱管的研究開闢了道路；在1984年T.P Cotter在第五屆國際熱管會議上首次提出了“微型熱管”的概念，並提出微熱管在用於電子晶片冷卻散熱領域具有廣闊的套用前景。
自Cotter在1984年提出“微型熱管”的概念以來，微型熱管的結構， 經歷了重力型、具有毛細芯的單根熱管，到具有一簇平行獨立微槽道的平板熱管，進而發展到內部槽道簇之間通過蒸汽空間相互連通的形式。 近十幾年來，微熱管技術用於冷卻電子元器件得到了很大的發展，國內外有許多學者進行了研究。其中，趙耀華教授的微熱管陣列，可以說是脫穎而出的佼佼者。
基本簡介
熱管：熱管技術是1963年美國洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實驗室的喬治格羅佛(George Grover)發明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與相變介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。
微熱管：是一種等效直徑在0～4mm、結構與傳熱效果均得到強化的熱管。
微熱管陣列：一個外形為薄板狀、內部布置有多根獨立運行的微熱管的金屬體，是具有超導熱性能的導熱元件。每個微熱管陣列內部有十多個以上獨立運行的微熱管， 能夠解決利用常規圓形熱管必然出現的接觸面小或者多次接觸熱阻，極大提高了當量蒸汽的換熱面積與整體熱管的可靠性。每根微細熱管內還有強化傳熱的微翅構造。這樣的結構增大了熱管直接受熱及吸熱面積，由於微細熱管的水力直徑只有 1.0 毫米左右，管壁承壓能力極高，因而不易發生泄漏。此外，該微熱管陣列尺寸可根據實際需要靈活改變，具有目前已產業化的常規熱管不可比擬的優良特性。
工作原理
在加熱的微熱管陣列蒸發段，加熱段在下，冷卻段在上，管芯內的工作液體受熱蒸發，並帶走熱量，該熱量為工作液體的蒸發潛熱，蒸汽從中心通道流向熱管的冷凝段，凝結成液體，同時放出潛熱，依靠重力，液體回流到蒸發段。這樣，就完成了一個閉合循環，從而將大量的熱量從加熱段傳到散熱段。
微熱管優勢
從傳熱觀點看， 微細熱管與常規熱管最大的區別在於微熱管內單位蒸汽流量的壁面比表面積大大提高， 因而可以實現傳熱的強化。微熱管陣列與現有的平板熱管和單根微熱管相比，優勢在於：
- 多根微熱管並聯解決了微熱管由於微尺度造成的熱輸運能力小的問題；
- 內部的結構使得相變換熱面積大大增加。因為微熱管之間的鋁質壁面具有很好的導熱性能， 能夠將加熱面的部分熱量傳導到與其相對的微槽面上，在整個微熱管的周面都有相變發生。無論蒸發段還是冷凝段，單位蒸汽流通量的散熱能力得到極大強化；
- 微細熱管之間的間壁在結構上起到了“加強筋”的作用，大大增加了平板微熱管陣列的承壓能力；
- 平板微熱管陣列的外形扁平，能夠方便地與換熱面貼合，克服了常規的圓形截面的重力熱管需要增加特殊結構才能與換熱面緊密貼合的缺點，減少了界面接觸熱阻。
微熱管套用
大功率LED散熱的套用
隨著LED、微電子技術的發展晶片的集成度不斷提高其發熱功率不斷增加。而在一些半導體製造設備中的大功率發熱元件其熱通量甚至達到250W/cm。要有效實現這些高熱通量發熱器件的散熱不僅需要在相對低溫下的高效吸熱同時需要將吸收的熱量有效地輸運至熱沉並高效地釋放出熱量。
針對目前大功率LED燈的散熱問題，研製了高效散熱器件———平板微熱管陣列。實驗表明，平板微熱管陣列具有良好的熱輸運能力，當蒸發段表面溫度為69.5℃時，熱流密度能夠達到143.2W/cm2。利用該平板微熱管陣列設計了用於LED散熱的散熱裝置，並進行了相關的實驗測試和模擬研究。結果表明，該散熱裝置散熱效果良好，測得的光源基座處的溫度均低於70℃，大大低於對結溫的要求。模擬結果與實驗結果誤差在4%以內，模型合理，可以用於該散熱裝置的最佳化設計。
