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半导体制冷散热系统的研究

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1引言

散热效果的好坏直接影响着半导体制冷系统的性能,半导体制冷系统相较于空气压缩机的制冷效率来说较低,由于制冷片制冷的环保、便捷等特点被各种便携式制冷设备广泛应用,所以设计一种高效的散热系统对制冷片制冷系统来说至关重要。

2空气对流散热

空气对流散热主要是利用散热片作为热交换部件,通过与大气的温度差和空气对流把热量带走,达到降低发热部件温度的目的。这种方式的散热效果取决于三大因素。一是散热片的热传导性能,热传导好的散热片能最大限度地将发热部件的热量及时传导出来与空气接触;二是空气的流动速度,空气流动速度快能加速散热的效果,所以大部分空气对流散热系统的设计在散热片上都会加一个风扇,加大空气流动速度,加快空气带走散热片热量的速度,从而提升散热效果;三是空气本身的温度,不难发现,冬季空气温度相对较低,散热效果较好,在夏季空气温度相对较高,散热效果较差。由于这种散热方式的太多不确定性,导致其散热效果的不稳定,且自身的散热效率较低。

3水冷散热

水冷散热是一种相对比较新颖、应用比较广泛的散热方式,这种方式是利用冷却液在水泵的作用下在一个封闭的管道中循环流动,从而带走发热部件的热量。水冷散热在散热效率上比较空气对流散热要好很多,相较主动的风扇散热和被动的散热片散热两种方式来说,水冷散热的散热效果大约是它们的100倍以上,散热效率高,同时噪音小,在很多机械运动部件上广泛应用。现在常见的水冷散热器还增加了风扇,利用了空气对流散热的优点,加速散热效果。由于水冷散热方式需要用到水泵、较长的水管、电源等部件,操作也相对复杂,维护不太方便,在很多的应用场合具有一定的局限性,在散热系统的简洁、便携和环保上考虑,不太适合要求体积较小、便于安装携带、节能等场合的应用。

4热管散热

热管是一种具有快速均温特性的特殊材料制成的中空封闭的金属管体,它主要由液态工质、管芯和管壳组成。管壳内壁上粘附着毛细结构的管芯,管芯上浸湿着液态工质,利用管内液态工质的汽化、液化和循环流动来达到传递热量的目的。液态工质具有较高的汽化潜热、良好的导热系数、适中的沸点、较低的粘度等特点,通过不断地气化和液化循环变换达到热传导的效果,在热管热传导中起关键作用。管芯是通常用多层金属丝网或纤维等以衬里形式紧贴内壁的毛细结构,以减小接触热阻。管壳主要起支撑与密闭作用,承受管内受热液态工质的液化、气化和循环流程等过程所产生的压力。同时管壳具有一定的可塑性,可以设计成任何适合的几何形状,方便空间的利用。

热管散热器的工作过程是:将热管的一端连接发热部件,另一端连接散热片,当连接发热部件一端受热到一定程度,管内的液态工质就会被气化,并且在管内压力差的作用下往另一端流动,带走热量,气化的工质在温度较低的一端又会被液化,释放热量,热量在散热片和风扇的作用下传递到空气中,液化的工质管芯毛细力的作用下又回到连接发热部件的一端,如此循环,实现了热量从热管的一端传递到另一端,达到散热的目的。

热管散热是利用热管优异的热超导性能发明的散热方式。热管散热器是基于新型的热管导热技术再集成了空气对流散热的优势设计的一款新型的散热器,它主要由热管、散热片、风扇等部件组成,热管是热传导的主要部件,散热片主要是将热管传导出来的热量传递到空气中,风扇是加速空气对流,加快散热片的热传递。所以热管散热器是在空气对流散热方式的基础上进行改进的散热方式,具有质轻、散热效率高、噪音小、几乎无损耗等特点,适合在各种要求散热速度快、绿色环保、占用空间小、便于携带等设备的散热场合。

5结语

随着碎片化的生活时代的来临,人们对便携式设备的要求越来越广,由于温室效应的不断加剧,人们在制冷技术方面进行了大量的研究与实践,各种新型的制冷方式得以开发与应用,制冷片制冷技术就是其中比较突出的一个,而电子设备的散热问题依然是各种高新技术研发的瓶颈。因此,对制冷技术和能源利用效率的不断追求过程中,散热技术已经成为一个重要的局限因素,设计一种高效、便捷、环保的散热器具有十分重要现实意义。

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