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 在冷柜中,如果传热效果不好,那么冷柜制冷速度就会变得很慢,甚至产生不制冷的现象。这是因为冷柜内部热量出不去,导致这样的结果。那么冷柜中那个部件起到传热作用呢?那就是蒸发器。下面就让冷柜价格来讲述它在冷柜中的作用吧。

相对传统光源,LED具有的技术优点还包括长寿命、响应快、潜在高光效、体积小以及窄光谱等优点。但究其本质,在这众多的优点中,潜在的高光效、体积小和窄光谱这三点最为关键,这使得LED有别于传统光源,并拓宽了它在多种领域的应用。但是也正是由于其体积小、高光效的特点,使得LED仍存在应用的障碍散热问题。依照目前的半导体制造技术,大功率LED只能将约15%的输入功率转化为光能,而其余85%转化成了热能。如果没有良好的散热方法,芯片的热量散不出去,将使芯片失效。

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散热成LED开发必须解决难题

家用冰箱节能研究新进展(上)—-制冷系统部件节能的研究随着家用电器的普及,家用电器的节能问题越来越受到关注。在欧洲,家用制冷设备消耗了欧洲总发电量的4%[1]。由于家用冰箱日益普及,产品也向大容量、多间室和方便使用的方向发展,将来冰箱能耗占家庭总能耗的比例会越来越高。这表明,21世纪的能源危机中,冰箱是否节能对于能源安全具有重要的意义。冰箱在生产、使用和最后的报废过程均对环境产生污染。近几年,人们进一步认识到,冰箱在长期使用过程中耗电的间接影响是最大的。由于耗电产生的间接有害物占生产、使用、报废全过程中所产生的有害物的90%左右,因此冰箱的节能不仅对经济而且对环境保护也有深远的意义。提高冰箱能效比,已经受到世界各国政府和冰箱生产企业的普遍重视。为了鼓励企业和用户生产、购买节能冰箱,世界各国采取了一系列措施。据统计,到2001年,已经有37年国家和地区实施了能源效率新标准,如欧洲的节能计划,美国能源部、环保署和工业介共同发起的能源之星计划等。这些标准的实施有效地推动了冰箱节能的进程。1、箱体保温层的研究和改进[2]对于家用冰箱,箱体的漏热和压缩机运行能耗对整机的能耗高低,起着决定性作用。因此研究者在不断改进压缩机性能,提高压缩机效率的同时,对提高冰箱箱体的隔热性能也做了不懈的努力。到目前为止,PU发泡材料仍然被视为最流行的隔热材料之一广泛应用于冰箱、冷柜、展示柜和其它商用制冷设备中。然而,由于用于PU发泡剂中的HCFC-141b将被限制使用并将最终被淘汰,因此必须研究其他合适的隔热材料。基于环保和节能的考虑,先进的真空绝热板不仅符合未来环保的要求,也具备了良好的隔热性能。Yen-Ming
Chang等[2]测试了两台冰箱样机,均为上冷冻室双门结构,总有效容积为480升,并具有“四星级”冰箱的冷冻能力.其中一台冷冻室箱体隔热层的58%采用真空绝热板,冷藏室箱体的21%采用真空绝热板,其他隔热结构采用PU发泡材料填充;另一台冰箱样机箱体保温层全部采用PU发泡材料。实验测量表明,各间室的总体换热系数对于箱体和环境之间的温差不敏感,而在相同的环境下,使用真空绝热板的箱体比PU发泡材料具有更好的隔热性能。在不同的箱体内外温差下,箱体的漏热系数没有明显的变化,而随着温差的增大,总体换热系数也逐渐增大。同时对比两冰箱样机的测量结果可以明显看出,采用真空绝热板的冰箱的漏热系数比使用传统的PU发泡材料的冰箱降低了10%,如果不考虑冷冻室冷藏室之间的温度梯度,采用真空绝热板的冰箱的热负荷也降低了10%。在较大温差下,两台冰箱冷冻室和冷藏室的总体换热系数相差不大。当冷冻室温度达到-18℃同时冷藏室温度达到以3℃时,采用PU发泡材料的冰箱样机的热负荷为78W,使用真空绝热板的冰箱样机热负荷为72W。这说明采用真空绝热板可以降低热负荷。同时采用红外温度成像仪测得冰箱样机表面的温度分布表明,采用PU发泡材料的冰箱样机表面与环境之间的温差大于采用真空绝热板的冰箱样机。因此采用真空绝热板的冰箱样机。因此采用真空绝热板的冰箱具有较小的漏热系数和更好的隔热性能。冰箱的运行试验结果还表明,采用真空绝热板的冰箱样机的开停周期较长,然而其功率比采用PU发泡材料的冰箱高出4.2%,但是其压缩机开机时间较短,因此在长期运行时采用真空绝热板的冰箱总体能耗较低。2、采用新型制冷剂的换热器设计由于CFC类制冷剂替代日期日益临近,各国学者和生产商对于替代制冷剂做了大量的研究,目前碳氢化合物及其混合物在冰箱中的应用取得了突破性进展。在20世纪90年代初期,德国和瑞典的制造商将采用HC-600a或HC-290/HC600a混合物作为制冷剂的的家用冰箱推向市场,与采用HCFC制冷剂的冰箱相比,这些冰箱具有高可靠性和低能耗的特点。使用适当比例的HC-290/HC600a混合物作为制冷剂有可能降低压缩机的能耗,然而由于组分在冷凝和蒸发过程中的热力性能与单一制冷剂不同,因此需要对混合物的传热条件以及换热器的结构和表现进行研究。在建立使用HC混合物的冷凝器数学模型之前,必须得到单一HC制冷剂的热力学性能。为了得到HC混全物的热力学性能,必须选择合适的管内两相流冷凝过程的模型来模拟实际的流动,也需要对许多与流动结构有关的参数,如混合物的组分和比例,混合物每一相的粘性和密度,液相的表面张力,管路的几何参数,压力等进行分析。并且要分析传热条件,例如混合物与管路内壁面的温差,每一相的流动方向,液相的换热系数,冷凝液体的流动方式和热通量等。所有这些参数都随着管路长度的不同而变化。实验结果表明,在假设的参数条件下,采用均相模型计算双组分HC混合物冷凝换热可以得到很好的结果。对于40%~60%R290和R600a的混合物,在3.3mm直径的管内冷凝时,当质量流量为0.0035kg/s~0.005kg/s时,采用Akers-Adams和Cavallini-Zeccin关联式效果最好,误差在-1%澳门新葡新京手机app下载,~+9%之间;当质量流量为0.007
kg/s~0.009
kg/s时,采用Shah关联式效果最好,误差在+2%~+12%之间。这些结论为采用HC制冷剂及其混合物的冰箱冷凝器的设计提供了依据。3、新型节流装置的采用1999年Clodic发明了使用微型透平机节流的制冷系统。制冷剂膨胀产生的机械可以驱动一个或者多个换热器的风扇。文献[3]测量了一台290升的家用风冷式冰箱,采用透平膨胀机代替毛细管。测试结果表明,在假设膨胀机效率为80%的条件下,由于采用透平膨胀机,COP提高了1.1%并产生了1.12W的机械功,因此要求透平膨胀机产生的机械功可以保证风扇产生足够的强制对流能力。为了提高透平膨胀机产生的机械力,最好的途径就是降低过冷度。图1给出了透平膨胀样机产生的机械功和制冷量随过冷度变化的曲线。过冷度的提高可以提高产生的机械功但是降低了制冷量,也因此降低了系统的COP。在这种情况下,系统的节能来源于用机械功代替了电能来驱动风扇。图2给出了不同过冷度下能耗计算结果与参照系统能耗的对比。其中模拟结果1为相对于参照过冷度节能10%。模拟计算2、3和4分别将过冷度降低为23.7、20.7和19.7K,分别节能9%、8.5%和8%。模拟计算4种透平膨胀机产生的机械功驱动风扇时,在循环COP降低的同时节能也是可能的。欧洲及美国、日本和许多其他国家都制定了法规来降低家用电器尤其是家用制冷装置的能耗。由于这些法规的制定,设备和部件的设计者不得不改进设计来提高它们产品的能效比。对于制冷装置能效比提高的可行方案进行的技术评测表明,全封闭压缩机引入的许多技术革新已经将其能效比提高了约60%;通过增加保温层厚度来减少漏热,保温层的厚度已经增加了20~30%;在无霜制冷装置和冰箱中由电机驱动的风扇的效率也由于技术进步有了提高,电子控制的引入可以更好地控制设备的温度并减小了家用压缩机开/停的高效和低效的差别;换热器的优化提高了蒸发温度并降低了冷凝温度。许多制造商都采用了这些措施使得它们的产品达到了欧洲A级标准,但是新的能耗限制标准的引进对能耗提出了更高的要求,因此生产厂家需要用更先进的方法使制冷装置达到更好的运行性能。1、制冷系统模型研究随着计算机技术的发展,制冷系统的计算模拟已经成为冰箱节能研究的重要手段之一,因此不断地研究制冷系统计算模型并提高其预测的准确性已经成为一项重要课题。在冰箱制冷系统计算模拟中,有限元法,有限差分法、有限容积法以及计算流体动力学等方法得到了广泛地应用,然后这些模型均比较复杂,也运用不够灵活,同时需要比较长的求解时间。为了得到一个简单且方便实用的集中参数模型,Giovanni
Cerri等人[1]对一台冰箱样机在无负载条件下进行动态性能实验研究,将冰箱一个运行周期分成若干时间段,研究了每个特征时间段冰箱运行的特点以及与总体能耗的关系,提出了研究冰箱动态运行性能的模型。该模型的计算结果与实验结果吻合良好,说明该模型可以很好地体现冰箱的实际运行性能,是研究冰箱在一段时间内温度和能耗随时间变化的有力工具,并将为冰箱性能的改进提供依据。2、影响冰箱能耗的因素从工作环境进入冰箱内的水蒸气是冰箱的主要负荷之一。在冰箱门处于关闭状态时,水蒸气通过门封和壁面渗透进入冰箱内。当冰箱门打开时,大量流入的空气携带的水蒸气造成了冰箱内水的凝结。Cemil
Inan等人[2]分析了冰箱门处于开启和关闭两种状态下,冰箱内部与环境之间的湿交换。在冰箱门处于关闭状态时,提出了两个理想模型和一个经验模型。第一个理想模型就是简单的水蒸气扩散模型来描述水蒸气通过门封的传递。另一个理想模型将冰箱视为定压而不是定容系统,在冰箱制冷系统的一个开停循环中,间室内温度的变化引起压力的变化,使得冰箱内部压力与环境压力存在压差变化,造成水蒸气的渗入,该模型被形象地称为间室呼吸模型。经验模型是基于一系列实验数据提出的。当冰箱门处于开启状态时,由于冰箱内冷空气与环境空气的密度差造成内外空气自然对流。实验研究表明此时的内外空气交换可以分为两个基本阶段,初始阶段和稳定阶段。初始阶段时间在10秒以内,10秒后空气交换进入稳定阶段。由于不知道箱内空气和环境空气的混合情况,因此很难给出精确描述初始阶段的模型,而给出了一个简化的空气流量模型。在稳定阶段,流入冰箱内的空气气流的面积大于流出箱内气流面积,而其速度相对较小。文献中给出了质量传递系数的一个估算公式。冰箱间室内外水蒸气的传递影响了冰箱蒸发器的结霜和除霜过程,也从而影响了系统能耗。为了更准确得出冰箱内外水蒸气的传递规律,需要进行进一步的研究工作。例如,进行热质传递模型的验证来确定基于自然对流的质量传递模型是否可行,研究当食品暂时从间室内取出时对于冰箱湿负荷的影响,进一步研究冰箱内外水蒸气传递的现象和机理等。为了更详细了解冰箱内自然对流换热和空气流动情况,Sami
Ben
Amara等人[3]对一台直冷冰箱样机在环境温度20℃±0.2℃条件下空箱状态安装食品层架和不安装食品层架的运行性能进行了实验研究,测量了箱内空气温度分布。同时采用CFD软件对箱内空气流动和换热情况进行了数值模拟。数值模拟的结果表明,箱内温度从底部到顶部逐渐升高。在没有层架时,同一高度上温度分布大致是均匀的,热边界层的厚度在蒸发器的顶部较小并且逐渐增大一直到蒸发器的底部,平均厚度约1.5cm。在安装了透明层架时,温度层分布与没有层架类似,且温度边界层基本相同,但是在两个层架之间温度分布相对均匀。尽管在两种情况下冰箱上半部的温度接近,但是下半部的温度比没有层架时低。层架的存在将平均温度提高了约0.5℃。速度场的计算结果表明,在没有层架时,冷空气以加速度沿着蒸发器壁面向下流动,直到蒸发器底部速度矢量达到最大,然后空气沿着门的壁面以减速向上流动,而由通过门的传热使空气温度上升。冰箱顶部空气几乎不流动,这也是造成顶部温度高的原因。当安装了层架时,空气在沿着蒸发器壁面和门流动的同时在层架之间有回流产生。回流在地层最明显而其他各层更加混乱。最大流速低于没有层架时的最大流速。与实验结果相比,在没有安装层架时,计算结果中温度普遍高于实验测量温度,尤其在顶部更加明显。这可能是由于在计算模型中没有考虑壁面辐射造成的。因此在进一步的研究中需要考虑箱体各壁面之间的辐射换热对于箱内温度分布的影响。而在安装了层架的情况下,温度预测与实验测量更加接近,这可能是由于层架起到了阻隔辐射作用的结果。这些研究结果对于设计者和用户都有很好的指导作用。冰箱使用环境如房间的温度和湿度,也是影响冰箱能耗的重要因素。Yamina
Saheb等人[4]在假定制冷剂流动为一维牛顿稳态流动,制冷剂在任何横截面上均匀分布,两相流处于动态平衡状态,液体和蒸汽均匀混合且速度相同等条件下,分析并得出了毛细管、换热器和压缩机的模型,构造了制冷系统和工作环境的耦合模型,并预测了厨房温度对于冰箱能耗的影响。同时对处于不同环境下的两台冰箱样机进行了实验研究,得出了环境条件变化对于冰箱能耗影响的实验数据。研究结果表明,所构建的厨房环境和家用冰箱的耦合模型可以用来预测厨房温度对冰箱能耗和家庭总能耗的影响。同时用稳态模型预测了制冷系统各个部件中的制冷剂参数如压力、温工和速度等,预测结果与以前文南中给定的一致。实验结果表明随着室内温度的不同,冰箱的能耗也将发生变化。节能、环保和方便使用将是冰箱发展的主要方向,而其中节能将是冰箱产品竞争力中的最主要因素。我国冰箱行业起步较晚,虽然发展很快,但是与世界先进水平仍然存在一定的差距。不断获取和应用国内外先进的技术和经验,提高产品的质量,是当前国内冰箱企业面临的重要任务,也只有这样才能在国际市场竞争中取得一定的位置。

   
(1)霜层及污垢等对传热的影响。蒸发器是通过金属表面对空气进行热交换的。金属的导热率很高,例如:铝的导热系数为203W/(m.K),铜为380W/(m·K),但冰和霜的导热系数分别为2.3W/(m·K)和0.58W/(m·K),要比铜和铝低数百倍。冷柜价格所以蒸发器往面结有较厚的冰或霜时,传热效率就要大为降低。尤其是强近对流的翅片盘管蒸发器,霜层的积蓄将导致翅片间隙缩小甚至堵塞风道,使冷风不能循环,会导致冷柜工作失常。

如果LED芯片的热量不能散出去,会加速芯片的老化,还可能导致焊锡的融化,使芯片失效。

   
另外,冷柜中蒸发器的传热表面如黏附有污物,也会造成很大的热阻力,影响制冷剂液体润滑表面能力,使传热效率下降。另外,如制冷剂中带有润滑油,也会影响传热。

LED发光是靠电子在能带间跃迁产生的,其光谱中不含红外光,LED的热量不能靠辐射散出,因此LED被称为冷光源。LED一般采用环氧树脂封装,环氧树脂的导热能力非常差,热量只能靠芯片下面的引脚散出。传统亮度的LED因为发光功率小,热量也不大,故没有散热问题。而功率型LED用在照明上需要将多颗LED组成光源模块以达到所需的光通量。对于大功率器件来说,其输入功率1W,而芯片尺寸则为lmmlmm~2.5mm2.5mm之间,芯片的功率密度很大,因此必须在较小的LED封装中处理极高的热量。目前LED的取光效率仅能达到10%~20%,还有80%~90%的能量转换成了热能。如果LED芯片的热量不能散出去,会加速芯片的老化,还可能导致焊锡的融化,使芯片失效,具体表现为:

   
(2)空气对流速度对传热的影响。通过蒸发器表面的空气流速越高,传热效率越高。直冷式冷柜是靠空气自然对流冷却,如果食品之间和食品与柜内壁之间没有适当的间隙,而挤得很满、很紧,空气就不能正常对流,因而降低了蒸发器传热效率。强迫对流冷却的蒸发器,风速过低或风道不畅都会使传热效率越低。

一是发光强度降低。随着芯片结温的升高,芯片的发光效率也会随之降低,芯片结温越高,发光强度下降越快。

   
(3)传热温差对传热效率的影响。蒸发器与周围空气的温差越大,蒸发器的传热效率越高:当温差相同时,冷柜内温度越高,传热效率越低。

二是发光主波长偏移,致使光转换效率下降。

   
(4)制冷剂特性对蒸发器传热影响。制冷剂沸腾(汽化)时的散热强度、制冷剂的导热系数大小及流速都会直接影响蒸发器的传热性能。制冷剂沸腾时散热强度随受热表面温度与饱和温度之差的增大而增高。K值增大则传热面积可相应减小。冷柜中制冷剂流速大则传热系数也大。R134a传热效率比R12差,也稍差于R600a,而R12的传热效率最好。

三是加速LED的光衰,严重降低LED的寿命。

 

所以,功率型LED芯片散热问题成为当前LED技术在照明工程中应用的障碍。

为保证功率型LED的正常工作,需通过有效的散热设计,保证LED的工作结温在允许温度范围内。散热能力越强,结温越低。

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LED照明系统的散热问题主要有两个方面:一是LED功率芯片内的散热(导热),涉及到器件的封装技术;二是LED功率芯片的外部散热,主要涉及基板导热、翅片散热器及其与环境空气的对流换热。目前,在解决功率型LED照明系统的散热问题上主要采用的方法有:调整LED的间距、自然对流散热、加装风扇或是水冷强制散热、热管和回路热管散热等。

在现今LED集成高密度,产热量高热流量的发展趋势下,借助热管的高效输热来实现快速散热就变得非常必要。另外,现有散热装置强调热传导环节、忽视对流散热环节,尽管众多的厂家考虑了各种各样的措施来改善热传导环节:如采用热管、加导热硅脂等,却没有意识到热量最终还是要依靠灯具的外表面带走,忽视了传热的均衡性,如果翅片的温度分布严重不均匀,将会导致其中部分翅片(温度较低的部分)效率大大降低。现有针对LED照明的散热装置仍局限于功率较低LED照明元件,并且效果不明显,成本高,不易应用于实际生产。

内外部散热相互作用决定LED散热性能

用于加快芯片热量散发的方法包括采用倒装焊、使用导热性能良好的粘接材料、使用散热器等。

LED散热技术主要包括两个方面:一是LED功率芯片的内部传热,涉及器件的封装技术,因为封装必然产生内部热阻,这个热阻的大小决定了结温与金属底座(支架)的温差(在给定功率条件下);二是LED功率芯片的外部散热,也就是LED产生的热最终必然要散发到空气中去,需要基板导热、翅片散热器及其与环境空气的对流换热。外部散热与内部散热相互作用决定了LED照明器具的散热性能。

对于LED功率芯片的内部传热,增强功率型LED散热能力的核心目标是降低LED结温,一般要控制在85℃以下。

LED功率芯片的内部传热主要是从LED内部热阻计算入手来进一步探讨和改进LED封装技术。LED作为半导体器件,主要以结温和内部热阻来体现它的热学特性。

在LED芯片的制作与封装方面,用于加快芯片热量散发的方法包括采用倒装焊、使用导热性能良好的粘接材料、使用散热器等。

倒装焊芯片结构的出现很大提高了功率型LED的散热能力和出光效率。

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无论采用哪种焊接方式,芯片都需通过粘接材料粘接到金属热沉上,所以粘接材料不仅要热导率更高,更要厚度小才能显著降低倒装焊LED的热阻,提高器件的散热能力。近年来封装结构良好的功率型LED元件,其总热阻已经降为6℃~10℃/W。

对于LED功率芯片的外部散热,目前常用电子器件的散热技术按从热沉带走热量的方式分为自然风冷、强制风冷、强制液冷。

由于LED散热的特殊性(高价值、维护成本高、工作时间长、防护等级高等),目前LED通过热沉散热的主要方式最可靠的是自然风冷。但由于自然风冷的换热系数较低,为了满足大功率LED的散热,通常只能通过加大与空气换热的热沉表面积(翅片面积)来实现换热量的提高。另外由于电子器件的温度不高,无论使用何种表面材料(辐射率最高为接近于1),辐射散热在相对好的自然散热模组中最大不会超过总换热量的10%左右,且技术相对单一且成熟,在此不讨论。

从理论上讲,如果使用每颗功率较低的分散LED且每颗LED热沉的散热面积足够大,则LED照明系统的散热就不成为技术问题。但由此会产生LED的重量、配光、造型等各方面的实际问题,因此,对于超大功率LED(尤其是聚光灯、工矿灯及大功率路灯),散热就成为了LED照明系统的主要技术问题。

当不考虑LED内部热阻时,一个有效的LED外部散热器(或称散热模组)需要解决三个层次的传热问题:一是要将大功率集中发热体(高热流密度)的热量通过基座低热阻有效吸收与扩散形成相对低热流密度的热量;二是将相对低热流密度的热量能尽可能有效地传输到散热模组的本体,使得本体表面温度尽可能均匀一致(使得翅片效率接近于1);三是散热模组的自然空气对流散热要优化。

针对第一个传热问题,传统上低热阻有效吸收与扩散高热流密度发热体热量的最简单方法就是利用高导热材料如铜、铝材料做基材(支架或热沉基座),但当热流密度较高时,发热体中心热量还是很难有效扩散开来,造成中心部温度过高。对于超大功率的集成LED光源,传统的金属导热无法解决其中心温度过高的难题。针对第二个传热问题,目前最通常的办法是采用铝翅片来实现模组本体内部的导热。很显然,为了达到翅片有效导热(高翅片效率),铝翅片的厚度要求厚,使得高度受到很大的限制(过高翅片效率降低),造成散热模组的重量大,单位重量的散热量小,最关键的是无法解决集成光源中心部位温度过高的难题。因此,近年来发展出了VC(蒸汽腔,又名均温板,最初主要用于CPU的散热)、微槽群蒸发器、热柱等来替代支架、热沉本体导热的相变技术及其功能性传热器件。针对第三个问题,目前对于全翅片式散热器(主要用于分散光源),可采用小模块组合式解决整体式模组中心部位散热不利的问题。而用于超大功率或者集中光源的散热模组,目前采用VC、微槽群蒸发器、热柱等散热模组都没有或者很难实现理想的空气对流模式。

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微热管可实现传热强化

微细热管与常规热管最大区别在于微热管内单位蒸汽流量的壁面比表面积提高,因而可实现传热的强化。

出于为电子器件冷却的目的,Cotter在1984年提出微型热管的概念以来,微型热管的结构经历了重力型、具有毛细芯的单根热管,到具有一簇平行独立微槽道的平板热管,进而发展到内部槽道簇之间通过蒸汽空间相互连通的形式。近十几年来,用于冷却电子元器件的微热管技术得到了很大的发展,国内外有许多学者进行了研究。但至今没有成熟的技术与产业化产品。

从传热观点看,微细热管与常规热管最大的区别在于微热管内单位蒸汽流量的壁面比表面积大大提高,因而可以实现传热的强化。平板微热管阵列(micro-heatpipearray),即将多个同时形成的、彼此完全独立的微细热管组合在一起(而不仅仅是微通道阵列热管),各个微细热管间不连通,且每个微热管内表面可带有微槽群等强化换热的微结构。这样的平板微热管阵列与现有的平板热管和单根微热管相比,特点在于:第一,多根微热管并联解决了微热管由于微尺度造成的热输运能力小的问题;第二,内部的结构使得相变换热面积大大增加。因为微热管之间的铝质壁面具有很好的导热性能,能够将加热面的部分热量传导到与其相对的微槽面上,在整个微热管的周面都有相变发生。无论蒸发段还是冷凝段,单位蒸汽流通量的散热能力得到极大强化。第三,微细热管之间的间壁在结构上起到了加强筋的作用,大大增强了平板微热管阵列的承压能力。第四,平板微热管阵列的外形扁平,能够方便地与换热面贴合,克服了常规圆形截面的重力热管需要增加特殊结构才能与换热面紧密贴合的缺点,减小了界面接触热阻。

平板微热管阵列材料为铝合金,宽度、长度、厚度可任意调整,内部有一定数量和尺寸相同的、并排排列彼此独立的微细热管,每个微热管内有微槽群结构。这种结构使得平板微热管阵列具有很高的可靠性,即使出现其中某个微热管损坏的情况,其他独立的微热管仍然可以正常工作,因此平板微热管阵列的可靠性远远高于连通结构热管的可靠性。

平板微热管阵列是种具有超导热性能的导热元件,其表观热传导率是同样金属材质热传导率的5000倍以上,是具有同样断面积的传统圆形热管的换热能力的10倍。利用平板微热管阵列技术,每平米为200~400根,独立运行的微热管是高传热性、高可靠性;微热管阵列应具有承压能力强、能够与换热表面很好贴合、热输运能力强、性价比高等特点。能够解决目前电子芯片散热、LED灯散热等领域内高热流密度的散热问题。

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微热管阵列具有高效吸热性

微热管阵列因为同时具有高效吸热、传输及高效放热特性,因此可以基本解决各种LED的散热难题。

热管的性能表观评价方法主要是测量热管沿轴向的温度均匀性。热管的响应时间则取决于其材料(包括金属材料及工质)的热容。为了评价制作的平板微热管阵列,用50cm长的热管进行了均温性及热响应时间的测试。实验时在热管垂直方向布置4根T型热电偶,分别位于热管的蒸发段、绝热段和冷凝段。

实验数据表明,平板微热管阵列具有很好的均温性。从蒸发段到冷凝段的温度差在1℃以内,热响应时间在80s以内。

通过对基于平板微热管阵列的功率型LED照明装置的几种不同组合形式进行试验测试,分析了平板微热管阵列与散热器的接触面积、微热管阵列热运输长度、接触热阻对基于平板微热管阵列的功率型LED照明散热装置的影响,包括管板接触面积对装置的传热影响、接触热阻对平板微热管阵列LED传热装置的传热影响和U形平板微热管阵列的LED照明散热装置的性能。

微热管可以随意组合成一定宽度的平板微热管阵列,且微热管可以任意弯折,且传热效果在较低的热流密度下无明显变化。U形微热管阵列是一种由实验证明传热性能良好的微热管阵列的弯折形式。

微热管阵列因为同时具有高效吸热、传输及高效放热特性,且可柔性变形与翅片结合,因此可以基本解决各种LED的散热难题。其特点如下:

一是微热管阵列的蒸发换热部的最大换热能力可达到200W/cm;

二是高热传导率:是实心铝材的5000倍以上;

三是高可靠性:由于平板内的每根微热管独立工作,即使有一两根微热管破坏,其他微热管照样在发挥作用而不至于影响使用。况且,其承压能力是传统圆形热管的10倍以上,根本就很难发生机械性破坏;

四是高等温性:每米温差小于1℃,几乎可以被认为是一个等温体;

五是大面积接触:由于微热管阵列的放热面积大,可实现铝翅片、基板及热管的温度基本一致,几乎完全消除了翅片效应。

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