熱導管,或稱熱管,是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傳導性能;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元件。
工作原理
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
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型熱導管,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
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
分類
熱導管有不同分類方式,通常有:
優點
熱導管換熱器與常規的換熱器相比,熱管換熱器具有以下優點[2]:
- 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
- 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] (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- 热管原理热管构造热管制作[2]
相關條目
外部連結
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