熱導管

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索

熱導管(或稱熱管)係一種具有快速均溫特性的特殊材料,其中空的金屬管體,使其具有質輕的特點,而其快速均溫的特性,則使其具有優異的熱超導性能;熱管的運用範圍相當廣泛,最早期運用於航天領域,現早已普及運用於各式熱交換器、冷卻器、天然地熱引用…等,擔任起快速熱傳導的角色,更是現今電子產品散熱裝置中最普遍高效的導熱(非散熱)元件。

毛細式熱導管內機構與作動示意圖

工作原理[编辑]

熱導管基本上是一內含作動流體之封閉腔體,藉由腔體內作動流體持續循環的液汽二相變化,及汽&液流體於吸熱端及放熱端間汽往液返的對流,使腔體表面呈現快速均溫的特性而達到傳熱的目的;

其作動機制為,液相作動流體於吸熱端蒸發成汽相,此一瞬間在腔體內產生局部高壓,驅使汽相作動流體高速流向放熱端,汽相作動流體於放熱端凝結成液相後,藉由重力/毛細力/離心力…迴流至吸熱端,循環作動。由此可知,熱導管作動時,氣流係由氣壓壓力差驅動,液流則須依使用時之作動狀態,採用或設計適合的迴流驅動力。

熱導管理想作動時,作動流體處於液&汽兩相共存的狀態,兩相無溫差,亦即整個腔體內均處於均溫狀態,此時雖然有熱能進出此一腔體系統,但吸熱端與放熱端卻是等溫,形成等溫熱傳的熱超導現象。

管體結構[编辑]

熱導管須藉由管體結構形成封閉腔體,管體既須具有承受內外壓差的結構功能,亦是熱傳入與傳出腔體的介質材料,因此除演示用熱導管,會以玻璃材質以展示其內部作動現象外,其它實用熱導管之管體材料均為金屬。另有重力熱管,它僅由管殼和工作介質兩部分組成。由於重力熱管結構簡單,因而是餘熱回收中應用的主要型式[1]

運用於電子散熱業界的小形熱導管,其管體材質大多為銅,亦有因重量考量而採用鋁管或鈦管。

不凝結氣體[编辑]

熱導管中若存在作動流體以外的雜質氣體(如空氣),因這些雜質氣體並不參與蒸發-冷凝循環,而被稱做不凝結氣體,不凝結氣體除了會造成啟動溫度升高外,在熱導管作動時,會被汽相作動流體壓縮至冷凝端,而佔據一定的腔體空間,造成應該均溫的管體,在有效作動段與不凝結氣體段有一顯著溫差,而嚴重影響其導熱效能;這些不凝結氣體可能來自於:

  • 熱導管製程中抽真空不完全
  • 管體隙縫空氣洩入
  • 腔體不潔,與作動流體或管壁反應產生

熱導管分類[编辑]

熱導管有不同分類方式,通常有:

  • 依液相迴流方式:熱虹吸式、毛細式…
  • 依工作溫度:
工作溫度 主要的作動流體
極低溫(-273~-70℃) 甲烷
低溫(-70~200℃) 氟利昂丙酮甲醇乙醇庚烷
中溫(200~500℃) 、Dowtherm、thermex、水銀
高溫(500~1000℃)
極高溫(>1000℃)

熱導管的優點[2][编辑]

  • 傳熱效率高,用於熱回收時的回收率高
  • 傳熱量大,在較小溫差下傳送較多的熱量
  • 體積小、重量輕、結構緊湊
  • 冷、熱流體相互隔絕,相互間無洩漏
  • 能防止和減輕低溫腐蝕
  • 適用溫度範圍廣
  • 熱流密度可調
  • 熱源不受限制
  • 工質循環無功率消耗
  • 可提高壁溫,減輕低溫腐蝕

參考資料[编辑]

  • Yunus A. Cengel,Heat Transfer:A Pratical Approach,NewYork:McGraw-Hill
  • 依日光編著,熱管技術理論實務,台南市-復漢.2000
  • Amir Faghri, Heat Pipe Science and Technology, Taylor and Francis 1995[1]
  • 热管原理热管构造热管制作[2]

相關條目[编辑]

外部連結[编辑]