1 引言
傳統(tǒng)散熱方式主要是空氣冷卻、強(qiáng)制風(fēng)冷散熱以及水冷散熱。
(1) 空氣冷卻
也稱(chēng)自然冷卻，一般是將電子元器件的發(fā)熱核心部位與型材散熱器相接觸，通過(guò)空氣的自然對(duì)流方式將熱傳導(dǎo)出來(lái)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低廉。缺點(diǎn)是散熱功率低。
(2)風(fēng)冷散熱
這是目前最普遍的散熱方式，一般是將電力電子元器件的發(fā)熱核心部位與散熱器相接觸將熱傳導(dǎo)出來(lái)，然后再通過(guò)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)加強(qiáng)空氣的流動(dòng)，通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流的方式將散熱片上的熱傳至周?chē)沫h(huán)境。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，安全可靠，技術(shù)成熟。
缺點(diǎn)：降溫的效果有限，不能達(dá)到令人滿(mǎn)意的程度，并且具有噪音，風(fēng)扇的使用壽命也有限制。
(3) 水冷散熱
其原理是利用水泵驅(qū)動(dòng)水流經(jīng)過(guò)熱源，進(jìn)行吸熱傳遞。
優(yōu)點(diǎn)：水冷散熱效率高，熱傳導(dǎo)率為傳統(tǒng)風(fēng)冷方式的20倍以上，可以解決幾百至數(shù)千瓦的散熱問(wèn)題，是風(fēng)冷效果所不能比擬的。因?yàn)榧词故巧嵝首罡叩臏u輪風(fēng)扇風(fēng)冷散熱，其溫度比水冷散熱也要高大約10℃；相比于風(fēng)冷散熱，水冷散熱因?yàn)闆](méi)有風(fēng)扇，所以不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，也無(wú)風(fēng)冷散熱的高噪音。
缺點(diǎn)：需要良好的通風(fēng)環(huán)境，并且體積大，安裝和維護(hù)不方便，容易滴漏、安全性不高，價(jià)格一般也相對(duì)較高。
(4) 熱管散熱
熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，它利用毛吸作用等流體原理，起到良好的制冷效果。具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、溫度可控制等特點(diǎn)。將熱管散熱器的基板與晶閘管、igbt、igct等大功率電力電子器件的管芯緊密接觸，可直接將管芯的熱量快速導(dǎo)出。
通過(guò)對(duì)上述幾種散熱方式的分析，我們不難看出，熱管散熱相對(duì)于其他幾種傳統(tǒng)散熱方式存在以下的優(yōu)勢(shì)：
● 熱管散熱技術(shù)具有散熱效果好，熱阻相對(duì)小，使用壽命長(zhǎng)，傳熱快的優(yōu)點(diǎn)。熱管的熱導(dǎo)系數(shù)是普通金屬的100倍以上；
● 傳熱方向可逆，不管任何一端都能成為蒸發(fā)端和冷凝端；
● 優(yōu)良的熱響應(yīng)性。熱管內(nèi)汽化的蒸汽能以接近音速的速度傳輸，從而有效的提高了導(dǎo)熱效果；
● 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，重量輕，體積小，維護(hù)方便；
● 無(wú)功耗、無(wú)噪音、符合工業(yè)“綠色”的要求；
● 可以在無(wú)重力場(chǎng)的環(huán)境下使用。
綜上所述：熱管傳熱利用熱傳導(dǎo)原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，通過(guò)熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源以外。采用熱管技術(shù)使得散熱器即便采用低轉(zhuǎn)速、低風(fēng)量電機(jī)，甚至不需風(fēng)機(jī)，完全采用自冷方式，同樣可以得到滿(mǎn)意的散熱效果，使得困擾風(fēng)冷散熱的噪音問(wèn)題以及大功率電力模塊散熱問(wèn)題得到良好解決，隨著熱管加工工藝的不斷改善，其可靠性、安全性、耐用性將會(huì)更加提高，而成本和價(jià)格也會(huì)進(jìn)一步降低。熱管散熱器將有著傳統(tǒng)散熱器所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，它的出現(xiàn)開(kāi)辟了散熱行業(yè)的新天地。
2 熱管的基本工作原理
2.1 工作原理
物體的吸熱、放熱是相對(duì)的，凡是有溫度差存在的時(shí)候，就必然出現(xiàn)熱從高溫處向低溫處傳遞的現(xiàn)象。熱傳遞有三種方式：輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)，其中熱傳導(dǎo)最快。熱管就是利用蒸發(fā)制冷，使得熱管兩端溫度差很大，使熱量快速傳導(dǎo)。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內(nèi)部被抽成負(fù)壓狀態(tài)，充入適當(dāng)?shù)囊后w（即工質(zhì)），這種液體沸點(diǎn)低，容易揮發(fā)。管壁有吸液芯，其由毛細(xì)多孔材料構(gòu)成。熱管一端為蒸發(fā)段（簡(jiǎn)稱(chēng)熱端），另外一端為冷凝段（簡(jiǎn)稱(chēng)冷端），當(dāng)熱管蒸發(fā)段受熱時(shí)，毛細(xì)管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端，并且釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)不止，熱量由熱管一端傳至另外一端。這種循環(huán)是快速進(jìn)行的，熱量可以被源源不斷地傳導(dǎo)開(kāi)來(lái)。
2.2 組成與工作過(guò)程
典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內(nèi)抽成1.3×(10-1～10-4)pa的負(fù)壓后充以適量的工作液體（即工質(zhì)），使緊貼管內(nèi)壁毛細(xì)多孔材料中的吸液芯充滿(mǎn)液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)，根據(jù)應(yīng)用需要在兩段中間可布置絕熱段。當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)毛細(xì)芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端，放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不己，熱量由熱管的一端傳至另—端。熱管在實(shí)現(xiàn)這一熱量轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，包含了以下六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的主要過(guò)程：
(1)熱量從熱源通過(guò)熱管管壁和充滿(mǎn)工作液體的吸液芯傳遞到（液－汽）分界面；
(2)液體在蒸發(fā)段內(nèi)的（液－汽）分界面上蒸發(fā)；
(3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段；
(4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的（汽－液）分界面上凝結(jié)；
(5)熱量從（汽－液）分界面通過(guò)吸液芯、液體和管壁傳給冷源；
(6)在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。
2.3 工作條件
圖1表示了熱管管內(nèi)汽-液交界面形狀，蒸氣質(zhì)量、流量、壓力以及管壁溫度tw和管內(nèi)蒸氣溫度tv沿管長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。沿整個(gè)熱管長(zhǎng)度，汽-液交界處的汽相與液相之間的靜壓差都與該處的局部毛細(xì)壓差相平衡。
圖1 熱管管內(nèi)汽-液交界面質(zhì)量流、壓力和溫度沿管長(zhǎng)的變化示意圖
熱管正常工作的必要條件是：
△pc ≥ △pl +△pv +△pg
其中△pc：毛細(xì)壓頭—是熱管內(nèi)部工作液體循環(huán)的推動(dòng)力，用來(lái)克服蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段的壓力降△pv，冷凝液體從冷凝段流回蒸發(fā)段的壓力降△pl，和重力場(chǎng)對(duì)液體流動(dòng)的壓力降△pg（△pg可以是正值，是負(fù)值或?yàn)榱?，視熱管在重力?chǎng)中的位置而定）。
3 熱管的基本特性
熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來(lái)實(shí)現(xiàn)傳熱的傳熱元件，具有以下基本特性。
3.1 很高的導(dǎo)熱性
熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導(dǎo)熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個(gè)數(shù)量級(jí)的熱量。當(dāng)然，高導(dǎo)熱性也是相對(duì)而言的，溫差總是存在的，可能違反熱力學(xué)第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限；熱管的軸向?qū)嵝院軓?qiáng)，徑向并無(wú)太大的改善(徑向熱管除外)。
3.2優(yōu)良的等溫性
熱管內(nèi)腔的蒸汽處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)熱力學(xué)中的方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。
3.3 熱流密度可變性
熱管可以獨(dú)立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。
3.4 熱流方向可逆性
一根水平放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動(dòng)力是毛細(xì)力，因此任意一端受熱就可作為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點(diǎn)可用于宇宙飛船和人造衛(wèi)星在空間的溫度展平，也可用于先放熱后吸熱的化學(xué)反應(yīng)容器及其他裝置。
3.5 熱二極管與熱開(kāi)關(guān)性能
熱管可做成熱二極管或熱開(kāi)關(guān)，所謂熱二極管就是只允許熱流向一個(gè)方向流動(dòng)，而不允許向相反的方向流動(dòng)；熱開(kāi)關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時(shí)，熱管開(kāi)始工作，當(dāng)熱源溫度低于這一溫度時(shí)，熱管就不傳熱。
3.6 恒溫特性(可控?zé)峁?
普通熱管的各部分熱阻基本上不隨加熱量的變化而變，因此當(dāng)加熱量變化時(shí)，熱管各部分的溫度亦隨之變化。近年來(lái)出現(xiàn)了另一種新型熱管——可變導(dǎo)熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實(shí)現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。
3.7 環(huán)境的適應(yīng)性
熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機(jī)的轉(zhuǎn)軸、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片、鉆頭、手術(shù)刀等等，熱管也可做成分離式的，以適應(yīng)長(zhǎng)距離或沖熱流體不能混合的情況下的換熱；熱管既可以用于地面(重力場(chǎng))，也可用于空間(無(wú)重力場(chǎng))。
4 熱管的分類(lèi)
由于熱管的用途、種類(lèi)和型式較多，再加上熱管在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和工作液體等方面各有不同之處，故而對(duì)熱管的分類(lèi)也很多，常用的分類(lèi)方法有以下幾種。
(1)按照熱管管內(nèi)工作溫度可分為：低溫?zé)峁?-273～0℃)、常溫?zé)峁?0～250℃)、中溫?zé)峁?250～450℃)、高溫?zé)峁?450～1000℃)等。
(2)按照工作液體回流動(dòng)力可分為：有芯熱管、兩相閉式熱虹吸管(又稱(chēng)重力熱管)、重力輔助熱管、旋轉(zhuǎn)熱管、電流體動(dòng)力熱管、磁流體動(dòng)力熱管、滲透熱管等等。
(3)按管殼與工作液體的組合方式劃分(這是一種習(xí)慣的劃分方法)可分為：銅—水熱管、碳鋼—水熱管、銅鋼復(fù)合—水熱管、鋁—丙酮熱管、碳鋼—萘熱管、不銹鋼—鈉熱管等等。
(4)按結(jié)構(gòu)形式區(qū)分可分為：普通熱管、分離式熱管、毛細(xì)泵回路熱管、微型熱管、平板熱管、徑向熱管等。
(5)按熱管的功用劃分可分為：傳輸熱量的熱管、熱二極管、熱開(kāi)關(guān)、熱控制用熱管、仿真熱管、制冷熱管等等。
5 熱管的相容性及壽命
熱管的相容性是指熱管在預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，管內(nèi)工作液體同殼體不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)或物理變化，或有變化但不足以影響熱管的工作性能。相容性在熱管的應(yīng)用中具有重要的意義。只有長(zhǎng)期相容性良好的熱管，才能保證穩(wěn)定的傳熱性能、長(zhǎng)期的工作壽命及工業(yè)應(yīng)用的可能性。碳鋼－水熱管正是通過(guò)化學(xué)處理的方法，有效地解決了碳鋼與水的化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題，才使得碳鋼—水熱管這種高性能、長(zhǎng)壽命、低成本的熱管得以在工業(yè)中大規(guī)模推廣使用。
影響熱管壽命的因素很多，歸結(jié)起來(lái)，造成熱管不相容的主要形式有以下三方面，即：產(chǎn)生不凝性氣體，工作液體熱物性惡化，管殼材料的腐蝕、溶解。
(1)產(chǎn)生不凝性氣體
由于工作液體與熱管材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不凝性氣體，在熱管工作時(shí)，該氣體被蒸汽流吹掃到冷凝段聚集起來(lái)形成氣塞，從而使有效冷凝面積減小，熱阻增大，傳熱性能惡化，傳熱能力降低甚至失效。
(2)工作液體物性惡化
有機(jī)工作介質(zhì)在一定溫度下，會(huì)逐漸發(fā)生分解，這主要是由于有機(jī)工作液體的性質(zhì)不穩(wěn)定，或與熱管殼體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使工作介質(zhì)改變其物理性能，如甲苯、烷、烴類(lèi)等有機(jī)工作液體易發(fā)生該類(lèi)不相容現(xiàn)象。
(3)管殼材料的腐蝕、溶解
工作液體在管殼內(nèi)連續(xù)流動(dòng)，同時(shí)存在著溫差、雜質(zhì)等因素，使管殼材料發(fā)生溶解和腐蝕，流動(dòng)阻力增大，使熱管傳熱性能降低。當(dāng)管殼被腐蝕后，引起強(qiáng)度下降，甚至引起管殼的腐蝕穿孔，使熱管完全失效。這類(lèi)現(xiàn)象常發(fā)生在堿金屬高溫?zé)峁苤小?/FONT>
6 熱管制造
熱管的主要零部件為管殼、端蓋(封頭)、吸液芯、腰板(連接密封件)四部分。不同類(lèi)型的熱管對(duì)這些零部件有不同的要求。
6.1管殼
熱管的管殼大多為金屬無(wú)縫鋼管，根據(jù)不同需要可以采用不同材料，如銅、鋁、碳鋼、不銹鋼、合金鋼等。管子可以是標(biāo)準(zhǔn)圓形，也可以是異型的，如橢圓形、正方形、矩形、扁平形、波紋管等。管徑可以從2mm到200mm，甚至更大。長(zhǎng)度可以從幾毫米到l00m以上。低溫?zé)峁軗Q熱器的管材在國(guó)外大多采用銅、鋁作為原料。采用有色金屬作管材主要是為了滿(mǎn)足與工作液體相容性的要求。
6.2 端蓋
熱管的端蓋具有多種結(jié)構(gòu)形式，它與熱管連接方式也因結(jié)構(gòu)形式而異。端蓋外圓尺寸可稍小于管殼。配合后，管殼的突出部分可作為氬弧焊的熔焊部分，不必再填焊條，焊口光滑平整、質(zhì)量容易保證。
旋壓封頭是國(guó)內(nèi)外常采用的一種形式，旋壓封頭是在旋壓機(jī)上直接旋壓而成，這種端蓋形式外型美觀，強(qiáng)度好、省材省工，是一種良好的端蓋形式。
6.3 吸液芯結(jié)構(gòu)
吸液芯是熱管的一個(gè)重要組成部分。吸液芯的結(jié)構(gòu)形式將直接影響到熱管和熱管換熱器的性能。近年來(lái)隨著熱管技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)研究者在吸液芯結(jié)構(gòu)和理論研究方面做了大量工作，下面對(duì)一些典型的結(jié)構(gòu)作出簡(jiǎn)賂的介紹。
一個(gè)性能優(yōu)良的管芯應(yīng)具有：
(1)足夠大的毛細(xì)抽吸壓力，或較小的管芯有效孔徑；
(2)較小的液體流動(dòng)阻力，即有較高的滲透率；
(3)良好的傳熱特性，即有小的徑向熱阻；
(4)良好的工藝重復(fù)性及可靠性，制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。
6.4 管芯的構(gòu)造型式
管芯的構(gòu)造型式大致可分為以下幾類(lèi)：
(1)緊貼管壁的單層及多層網(wǎng)芯
此類(lèi)管芯多層網(wǎng)的網(wǎng)層之間應(yīng)盡量緊貼，網(wǎng)與管壁之間亦應(yīng)貼合良好，網(wǎng)層數(shù)有l(wèi)至4層或更多，各層網(wǎng)的目數(shù)可相同或不同。若網(wǎng)層多，則液體流通截面大，阻力小，但徑向熱阻大；用細(xì)網(wǎng)時(shí)毛細(xì)抽吸力大但流動(dòng)阻力亦增加。如在近壁因數(shù)層用粗孔網(wǎng)，表面一層用細(xì)孔網(wǎng)，這樣可由表面細(xì)孔網(wǎng)提供較大的毛細(xì)抽吸壓力，通道內(nèi)的粗孔網(wǎng)使流動(dòng)阻力較小，但并不能改善徑向熱阻大的缺點(diǎn)。網(wǎng)芯式結(jié)構(gòu)的管芯可得到較高的毛細(xì)力和較高的毛細(xì)提升高度，但因滲透率較低，液體回流阻力較大，熱管的軸向傳熱能力受到限制。此外其徑向熱阻較大，工藝重復(fù)性差又不能適應(yīng)管道彎曲的情況，故在細(xì)長(zhǎng)熱管中逐漸由其它管芯取代。
(2)燒結(jié)粉末管芯
由一定目數(shù)的金屬粉末燒結(jié)在管內(nèi)壁面而形成與管壁一體的燒結(jié)粉末管芯，也有用金屬絲網(wǎng)燒結(jié)在管內(nèi)壁面上的管芯。此種管芯有較高的毛細(xì)抽吸力，并較大地改善了徑向熱阻，克服了網(wǎng)芯工藝重復(fù)性差的缺點(diǎn)，但因其滲透率較差，故軸向傳熱能力仍較軸向槽道管芯及干道式管芯的小。
(3)軸向槽道式管芯
在管殼內(nèi)壁開(kāi)軸向細(xì)槽以提供毛細(xì)壓頭及液體回流通道，槽的截面形狀可為矩形、梯形、圓形及變截面槽道，槽道式管芯雖然毛細(xì)壓頭較小，但液體流動(dòng)阻力甚小，因此可達(dá)到較高的軸向傳熱能力，徑向熱阻較小，工藝重復(fù)性良好，可獲得精確的幾何參數(shù)，因而可較正確地計(jì)算毛細(xì)限，此種管子彎曲后性能基本不變，但由于其抗重力工作能力極差，不適于傾斜(熱端在上)工作，對(duì)于空間的零重力條件則是非常適用的，因此廣泛用于空間飛行器。
(4)組合管芯
一般管芯往往不能同時(shí)兼顧毛細(xì)抽吸力及滲透率。為了有高的毛細(xì)抽吸力，就要選用更細(xì)的網(wǎng)或金屬粉末，但它的滲透率較差，組合多層網(wǎng)雖然在這方面有所提高，可是其徑向熱阻大。組合管芯能兼顧毛細(xì)力和滲透率，從而能獲得高的軸向傳熱能力，而且大多數(shù)管芯的徑向熱阻甚小。它基本上把管芯分成兩部分。一部分起毛細(xì)抽吸作用，另一部分起液體回流通道作用。
7 制造工藝
如前所述，構(gòu)成熱管的三個(gè)主要組成部分是管殼、管芯和工質(zhì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)管殼和管芯的材料進(jìn)行合理的選擇后就可以開(kāi)始制作。通常熱管的制造過(guò)程包括下面的主要工藝操作，并按一定的程序進(jìn)行:
熱管的機(jī)械加工及清洗→管芯制作及清洗→冷端封口→熱端旋封→檢漏→注入工質(zhì)→封頭→檢漏→縮徑→性能測(cè)試。
實(shí)際制造的時(shí)候工序要復(fù)雜的多。這里只是列出最簡(jiǎn)單的一些必須工序。
8 適用范圍和散熱功率
熱管技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，下面著重談一下在電力電子領(lǐng)域的適用范圍和散熱功率。
一般來(lái)說(shuō)，電力電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，電力電子模塊的溫升應(yīng)控制在40～45℃，如果超出這個(gè)范圍，則功率的耗散就會(huì)造成器件內(nèi)部芯片有源區(qū)溫度上升及結(jié)溫升高，從而導(dǎo)致器件的性能隨結(jié)溫升高而降低，甚至?xí)斐善骷苯訜龤У暮蠊?。因此不論采用何種散熱方式，都有其散熱功率的限制。
空氣冷卻或強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù)大多應(yīng)用在低功耗或中等功耗的器件或電子設(shè)備中。目前，采用先進(jìn)風(fēng)扇和優(yōu)化大面積熱沉，空氣冷卻技術(shù)的冷卻能力可達(dá)50w/cm2。
水冷散熱效率高，熱傳導(dǎo)率為傳統(tǒng)風(fēng)冷方式的20倍以上，目前可以解決幾百至數(shù)千瓦的散熱問(wèn)題。
熱管是一種傳熱效率極高的換熱元件，它的當(dāng)量熱導(dǎo)率可達(dá)金屬的103～104倍。目前已知的用于大功率電子元件散熱的熱管式散熱器最高散熱功率已達(dá)到200w/cm2。
下面是不同類(lèi)型的熱管散熱器的適用范圍和散熱功率：
8.1功率模塊用熱管散熱器
(1)適用范圍
● 通訊電源；中、小功率變頻器；電力開(kāi)關(guān)設(shè)備等；
● 大功率igbt模塊；skiip模塊；整流模塊等。
(2)散熱功率
● 自然冷卻式散熱功率：100w～3500w；
● 強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱功率：500w～12000w。
8.2 平板器件用熱管散熱器
(1)適用范圍
電力變頻調(diào)速裝置；整流裝置；無(wú)功功率補(bǔ)償裝置；大功率電解電鍍電源。
(2)散熱功率
● 自然冷卻式散熱功率：100w～2000w；
● 強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱功率：400w～9000w。
8.3 特殊隔爆用熱管散熱器
(1)適用范圍
礦用隔爆變頻器（絞車(chē)、皮帶機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、電瓶車(chē)等）。
(2)散熱功率
自然冷卻式散熱功率：500w～8000w。
8.4半導(dǎo)體制冷、發(fā)電用熱管散熱器
散熱功率：強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱功率：120w～1200w。
8.5大功率led器件用熱管散熱器
散熱功率：強(qiáng)制風(fēng)冷式散熱功率：60w～1000w。
9 應(yīng)用與發(fā)展
熱管又名熱導(dǎo)管或超導(dǎo)管。是美國(guó)通用發(fā)電機(jī)工程師gaugler 早在1942年就提出的理論，并且在1944年取得了專(zhuān)利。但是直到1963年，科學(xué)家george m.grover第一個(gè)發(fā)明并且成功地制造出了熱管，熱管才普遍地受到人們的重視，逐漸成為一種提高傳熱效率的元件。
在上個(gè)世紀(jì)70年代后，熱管才由理論階段進(jìn)入應(yīng)用階段，但由于技術(shù)的不成熟以及高昂的成本，當(dāng)時(shí)使用范圍僅僅限制在航天、核電等高端技術(shù)領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)在太空中運(yùn)行的航天器由于其面向太陽(yáng)和背向太陽(yáng)的部件溫差太大，導(dǎo)致其無(wú)法正常工作且容易損壞，利用熱管技術(shù)使其達(dá)到熱平衡良好地解決了這個(gè)問(wèn)題。
進(jìn)入80年代后，隨著技術(shù)的不斷完善，以及成本的降低，熱管技術(shù)開(kāi)始廣泛的進(jìn)入大專(zhuān)院校、科研院所、民用工業(yè)、大型工業(yè)設(shè)備以及生產(chǎn)上。
在大專(zhuān)院校、科研院所的電力電子產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)過(guò)程中，散熱設(shè)計(jì)是其要解決的核心技術(shù)之一，采用熱管散熱技術(shù)既可避免風(fēng)冷散熱的降溫效果有限，噪音大，風(fēng)扇使用壽命短的缺點(diǎn)。又可避免水冷散熱體積大、安裝和維護(hù)不方便，容易滴漏、安全性不高，價(jià)格相對(duì)較高的缺點(diǎn)。 可以大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、節(jié)約設(shè)備投資、降低研發(fā)經(jīng)費(fèi)，提高產(chǎn)品的性能和科技含量。
又如在高原地帶鋪設(shè)石油管道或鐵路，使用熱管可以防止凍土層被破壞。利用熱管組成換熱器來(lái)回收工業(yè)生產(chǎn)中的廢熱可節(jié)約大量的能源。
在電力電子行業(yè)，因?yàn)闊峁茏岳渖嵯到y(tǒng)無(wú)需風(fēng)扇、沒(méi)有噪音、免維修、安全可靠、使用壽命長(zhǎng)，熱管風(fēng)冷甚至自冷可以取代水冷系統(tǒng)，節(jié)約水資源和相關(guān)的輔助設(shè)備投資。此外，熱管散熱還能將發(fā)熱件集中，甚至密封，而將散熱部分移到外部或遠(yuǎn)處，能防塵、防潮、防爆，提高電器設(shè)備的安全可靠性和應(yīng)用范圍。因而廣泛應(yīng)用在工業(yè)變流技術(shù)、軟啟動(dòng)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)等電力半導(dǎo)體分立器件、模塊和組件等電力電子設(shè)備上?？梢哉f(shuō)熱管散熱器的出現(xiàn)，是解決電力電子裝置散熱問(wèn)題的重大突破。
以下是熱管散熱器在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例：
(1)1974年北京變壓器廠和中國(guó)電科院力學(xué)研究所研制出500a晶閘管熱管風(fēng)冷散熱器；
(2)1978年重慶大學(xué)辛明道教授研制的500a晶閘管的熱管風(fēng)冷散熱器，應(yīng)用于重慶三江鋼繩廠的熱處理加熱爐電源；
(3)1978年brost報(bào)道了西德研制出用于電力機(jī)車(chē)的大功率半導(dǎo)體元件冷卻的熱管散熱器；
(4)1997年天津電氣傳動(dòng)研究所研制成采用3英寸晶閘管熱管散熱器的大功率電源；
(5)2000年北京先行新機(jī)電技術(shù)有限責(zé)任公司研制出利用熱管散熱器給變頻器的功率單元散熱的hvf2000型1000kw、10kv高壓變頻器；
(6)2008年榮信電力電子股份有限公司研制的1600a晶閘管熱管自冷散熱器應(yīng)用在福建德勝鎳業(yè)有限公司1150熱軋svc上并成功投運(yùn)；
(7)2008年榮信電力電子股份有限公司研制的功率單元采用熱管散熱器，整機(jī)功率900kw、電壓等級(jí)6kv，rrf-d90a型高壓變頻器，成功運(yùn)行在吉林通化八寶煤礦皮帶機(jī)上。其散熱功率達(dá)4000w。
圖2～圖4為榮信股份研發(fā)的svc晶閘管、大功率模塊用熱管散熱器。
圖2 svc熱管散熱器自冷閥組
圖3 svc晶閘管熱管散熱器
圖4 高壓變頻器igbt功率單元熱管散熱器
目前榮信股份的產(chǎn)品如高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置-svc、高壓大功率靜止無(wú)功發(fā)生器-bbb、高壓大功率變頻調(diào)速裝置-hvc、高壓有級(jí)變頻起動(dòng)裝置-vfs、智能瓦斯排放裝置-mabz中應(yīng)用熱管散熱器散熱的產(chǎn)品達(dá)90%以上，其散熱功率在750w～8000w之間。
進(jìn)入上個(gè)世紀(jì)90年代，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，熱管研究和應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷拓寬，熱管開(kāi)始朝著微型化、高效化發(fā)展。隨著微型熱管技術(shù)的出現(xiàn)，使得熱管在醫(yī)療手術(shù)、電子裝置芯片、筆記本電腦cpu的冷卻、電路控制板的冷卻、太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能電站、核電工程中的應(yīng)用得到了極大的發(fā)展。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著社會(huì)信息化程度的不斷提高，it產(chǎn)品得到迅速發(fā)展和快速普及，it產(chǎn)品都在朝著高集成化、高速度化、高品質(zhì)化、小型化、“綠色”化的方向發(fā)展，在提高cup的同時(shí)，如何去解決散熱上的高效率以及無(wú)風(fēng)扇的問(wèn)題，熱管技術(shù)似乎給了我們一個(gè)很好的解決方案，于是它的目標(biāo)又瞄準(zhǔn)了it行業(yè)這個(gè)巨大的市場(chǎng)。
目前熱管技術(shù)被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工、石油、化工、冶金、機(jī)械、電力、電子、煤炭、鐵路、通訊、紡織、家電、it產(chǎn)品等領(lǐng)域。
10 結(jié)束語(yǔ)
本文從熱管的基本原理、特性、類(lèi)別、相容性、熱管的制造及加工工藝和熱管的應(yīng)用與發(fā)展等幾個(gè)方面對(duì)熱管技術(shù)作一簡(jiǎn)要的闡述。熱管的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，發(fā)展前景廣闊。隨著熱管技術(shù)的不斷發(fā)展，研發(fā)水平和制造工藝的不斷提高，熱管散熱器在散熱行業(yè)中會(huì)占有非常重要的地位。
作者簡(jiǎn)介
馬永昌（1968-） 男 工程師，從事變頻器、熱管散熱器的研發(fā)、制造工作。
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