基于回路热管散热器的大功率整流装置研讨.pdfVIP

基于回路热管散热器的大功率整流装置研究 王波张敬周 宇顾宏进 (宜昌市能达通用电气股份合作公司，湖北宜昌443002) 【摘要】本文简单地介绍了热管技术的发展及现状，分析了回路热管的原理和回路热管散热器的技术特点，并 展示了采用回路热管散热器的大功率整流柜的散热效果。 【关键词】整流柜回路热管热管散热器自冷 1概述 传导原理与制冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过 任何已知金属[1]。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使人们改 变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电动机来获得更好散热效果的单一散热模式。采用热 管技术，使得散热器即便采用低转速、低风量风机，同样也可以得到满意效果。如果设计合理，还可以做 到完全自冷散热，取消强迫制冷风机，使得困扰风冷散热的噪声以及灰尘等问题得到了良好解决，开辟了 散热器行业的新天地。 我国自20世纪70年代开始就开展了热管的传热性能研究，以及热管在电子器件冷却及空间飞行器方 面的应用研究。我国是一个发展中的国家，能源的综合利用水平较低，因此自80年代初，我国的热管研 究及开发的重点转向节能及能源的合理利用【2J，随着科学技术水平的不断提高，热管研究和应用的领域也 不断扩展，如电子装置芯片冷却、笔记本电脑CPU冷却以及大功率晶体管(IGBT)、晶闸管元件、工业锅 炉等的散热冷却，随着化工、动力、冶金、玻璃、轻工、陶瓷等领域的高效传热设备的开发，都将促进热 管技术的进一步发展。 2热管工作原理 从热力学的角度看，物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在，就必然出现热从高温处向低温 处传递的现象。热的传递有三种方式i辐射、对流、热传导，其中热传导最快。热管就是通过工质的汽液 相变实现热量的快速传导。 适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。如图1所示，管的一端为 蒸发段(加热段)，另一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受 热时，毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在压差作用下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料 靠毛细力的作用流回蒸发段，如此往复循环，将热量由热管的一端传至另一端。热管在实现这一热量转移 的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程[3]： (1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液一汽分界面。 (2)液体在蒸发段内的液一汽分界面上蒸发。 (3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段。 (4)蒸汽在冷凝段内的汽一液分界面上凝结。 (5)热量从汽一液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源。 (6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。 907 第一届水力发电技术国际会议论文集(第二卷) l l l f f I髟勿所／f |化飞—终泓严予哞| i 蒸气流 一 { ≥ 一 { 洲履历办乃影谚羟勿刃形哕形形侈∥{l久。仄庆≥乃仄鏊舅雾易黝| 毛细现象 图1热管工作原理 3回路热管散热器 Heat 回路热管(Loop 蒸发器内的毛细芯产生的毛细力驱动回路运行，利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，因此能够在小温差、 长距离下传递大量的热量，是一种高效的两相传热装置。 回路热管由蒸发器、蒸汽段、冷凝段、回流段、补偿室五个部分组成，如图2所示。其中，在蒸 发器内部有一组毛细结构(Wick Structure)。在蒸发器内壁或者毛细结