半導(dǎo)體制冷散熱系統(tǒng)的研究

唐啟見

（湖南軟件職業(yè)學(xué)院 湖南 湘潭 411100）

1 引言

散熱效果的好壞直接影響著半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的性能，半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)相較于空氣壓縮機的制冷效率來說較低，由于制冷片制冷的環(huán)保、便捷等特點被各種便攜式制冷設(shè)備廣泛應(yīng)用，所以設(shè)計一種高效的散熱系統(tǒng)對制冷片制冷系統(tǒng)來說至關(guān)重要。

2 空氣對流散熱

空氣對流散熱主要是利用散熱片作為熱交換部件，通過與大氣的溫度差和空氣對流把熱量帶走，達到降低發(fā)熱部件溫度的目的。這種方式的散熱效果取決于三大因素。一是散熱片的熱傳導(dǎo)性能，熱傳導(dǎo)好的散熱片能最大限度地將發(fā)熱部件的熱量及時傳導(dǎo)出來與空氣接觸；二是空氣的流動速度，空氣流動速度快能加速散熱的效果，所以大部分空氣對流散熱系統(tǒng)的設(shè)計在散熱片上都會加一個風(fēng)扇，加大空氣流動速度，加快空氣帶走散熱片熱量的速度，從而提升散熱效果；三是空氣本身的溫度，不難發(fā)現(xiàn)，冬季空氣溫度相對較低，散熱效果較好，在夏季空氣溫度相對較高，散熱效果較差。由于這種散熱方式的太多不確定性，導(dǎo)致其散熱效果的不穩(wěn)定，且自身的散熱效率較低。

3 水冷散熱

水冷散熱是一種相對比較新穎、應(yīng)用比較廣泛的散熱方式，這種方式是利用冷卻液在水泵的作用下在一個封閉的管道中循環(huán)流動，從而帶走發(fā)熱部件的熱量。水冷散熱在散熱效率上比較空氣對流散熱要好很多，相較主動的風(fēng)扇散熱和被動的散熱片散熱兩種方式來說，水冷散熱的散熱效果大約是它們的100倍以上，散熱效率高，同時噪音小，在很多機械運動部件上廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在常見的水冷散熱器還增加了風(fēng)扇，利用了空氣對流散熱的優(yōu)點，加速散熱效果。由于水冷散熱方式需要用到水泵、較長的水管、電源等部件，操作也相對復(fù)雜，維護不太方便，在很多的應(yīng)用場合具有一定的局限性，在散熱系統(tǒng)的簡潔、便攜和環(huán)保上考慮，不太適合要求體積較小、便于安裝攜帶、節(jié)能等場合的應(yīng)用。

4 熱管散熱

熱管是一種具有快速均溫特性的特殊材料制成的中空封閉的金屬管體，它主要由液態(tài)工質(zhì)、管芯和管殼組成。管殼內(nèi)壁上粘附著毛細結(jié)構(gòu)的管芯，管芯上浸濕著液態(tài)工質(zhì)，利用管內(nèi)液態(tài)工質(zhì)的汽化、液化和循環(huán)流動來達到傳遞熱量的目的。液態(tài)工質(zhì)具有較高的汽化潛熱、良好的導(dǎo)熱系數(shù)、適中的沸點、較低的粘度等特點，通過不斷地氣化和液化循環(huán)變換達到熱傳導(dǎo)的效果，在熱管熱傳導(dǎo)中起關(guān)鍵作用。管芯是通常用多層金屬絲網(wǎng)或纖維等以襯里形式緊貼內(nèi)壁的毛細結(jié)構(gòu)，以減小接觸熱阻。管殼主要起支撐與密閉作用，承受管內(nèi)受熱液態(tài)工質(zhì)的液化、氣化和循環(huán)流程等過程所產(chǎn)生的壓力。同時管殼具有一定的可塑性，可以設(shè)計成任何適合的幾何形狀，方便空間的利用。

熱管散熱器的工作過程是：將熱管的一端連接發(fā)熱部件，另一端連接散熱片，當(dāng)連接發(fā)熱部件一端受熱到一定程度，管內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)就會被氣化，并且在管內(nèi)壓力差的作用下往另一端流動，帶走熱量，氣化的工質(zhì)在溫度較低的一端又會被液化，釋放熱量，熱量在散熱片和風(fēng)扇的作用下傳遞到空氣中，液化的工質(zhì)管芯毛細力的作用下又回到連接發(fā)熱部件的一端，如此循環(huán)，實現(xiàn)了熱量從熱管的一端傳遞到另一端，達到散熱的目的。

熱管散熱是利用熱管優(yōu)異的熱超導(dǎo)性能發(fā)明的散熱方式。熱管散熱器是基于新型的熱管導(dǎo)熱技術(shù)再集成了空氣對流散熱的優(yōu)勢設(shè)計的一款新型的散熱器，它主要由熱管、散熱片、風(fēng)扇等部件組成，熱管是熱傳導(dǎo)的主要部件，散熱片主要是將熱管傳導(dǎo)出來的熱量傳遞到空氣中，風(fēng)扇是加速空氣對流，加快散熱片的熱傳遞。所以熱管散熱器是在空氣對流散熱方式的基礎(chǔ)上進行改進的散熱方式，具有質(zhì)輕、散熱效率高、噪音小、幾乎無損耗等特點，適合在各種要求散熱速度快、綠色環(huán)保、占用空間小、便于攜帶等設(shè)備的散熱場合。

5 結(jié)語

隨著碎片化的生活時代的來臨，人們對便攜式設(shè)備的要求越來越廣，由于溫室效應(yīng)的不斷加劇，人們在制冷技術(shù)方面進行了大量的研究與實踐，各種新型的制冷方式得以開發(fā)與應(yīng)用，制冷片制冷技術(shù)就是其中比較突出的一個，而電子設(shè)備的散熱問題依然是各種高新技術(shù)研發(fā)的瓶頸。因此，對制冷技術(shù)和能源利用效率的不斷追求過程中，散熱技術(shù)已經(jīng)成為一個重要的局限因素，設(shè)計一種高效、便捷、環(huán)保的散熱器具有十分重要現(xiàn)實意義。