熱管技術(shù) 熱管散熱技術(shù)

熱管技術(shù)

熱管散熱器技術(shù)原理

熱管工作狀況示意圖

PC散熱器中應(yīng)用的熱管屬常溫?zé)峁埽に嚦墒欤瑹峁軆?nèi)工質(zhì)為水。熱管一端為蒸發(fā)端，另外一端 為冷凝端。當(dāng)熱管一段受熱 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)。

理論上的導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化到散熱器設(shè)計(jì)方面，體現(xiàn)在可比同散熱水平的全銅質(zhì)散熱片大幅減輕重 量、實(shí)用型最終成品的效能領(lǐng) 先，以及更為靈活的散熱區(qū)域調(diào)整。前兩種優(yōu)勢(shì)很容易理解，更為靈活的散熱區(qū)域調(diào)整的典型實(shí)例是通過(guò)熱管將CPU熱量傳遞到稍遠(yuǎn)且不在同一平面上的機(jī)箱背部 散熱片處，由機(jī)箱風(fēng)扇負(fù)責(zé)將熱量帶走，成功減少整機(jī)風(fēng)扇數(shù)量，使機(jī)箱內(nèi)部空氣更加合理順暢。這種方案在準(zhǔn)系統(tǒng)和國(guó)外品牌整機(jī)中較為常見(jiàn)，如下圖：

更為極端的設(shè)計(jì)由散熱技術(shù)應(yīng)用先鋒Zalman制成，其CNPS系列概念機(jī)箱將整個(gè)金屬機(jī)箱 作為和空氣進(jìn)行熱交換的換熱 器，機(jī)箱內(nèi)部所有需要散熱的元件都使用熱管與機(jī)箱壁連接，將發(fā)出的熱量及時(shí)傳出：

Zalman CNPS機(jī)箱內(nèi)部細(xì)節(jié)

由熱管以及均質(zhì)金屬傳導(dǎo)出來(lái)的熱量，最終需要和空氣進(jìn)行熱交換散發(fā)出去，這項(xiàng)工作由大量金屬 散熱片來(lái)完成，我們通常形象 的稱之為“鰭片”。綜合材料的密度、熱容、延展性等本質(zhì)特性以及相關(guān)成本，金屬鋁和銅是被廣泛應(yīng)用在PC散熱器中制作散熱片的材料。鋁的密度是 2.7g/mm³,熱容是900J/kg°C，銅的這兩項(xiàng)參數(shù)分別為8.9g/mm³和390 J／kg°C，通過(guò)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算可以很容易的得出結(jié)論：相同質(zhì)量下鋁可以存儲(chǔ)更多的熱量，而在相同體積的情況下，銅在儲(chǔ)熱方面占優(yōu)；另外需要注 意的參數(shù)是導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)應(yīng)鋁和銅的數(shù)值分別為735KJ/(M.H.K)和1386KJ/(M.H.K)，這意味著銅材質(zhì)可以更快的吸收和傳導(dǎo)熱量。

理解到以上結(jié)論對(duì)散熱片進(jìn)行分析就會(huì)變得容易：在相同的條件下，熱容更大的散熱片更容易以較 低的溫度和外界達(dá)到熱平衡， 而導(dǎo)熱快的散熱片更容易較快的在散熱片局部達(dá)到熱平衡。如果不考慮重量和成本原因，純銅是理想的散熱片材質(zhì)，在相同散熱表面積（通常對(duì)應(yīng)相同體積）下有更 大的儲(chǔ)熱和導(dǎo)熱能力；鋁則是次而求其次的選擇，絕對(duì)儲(chǔ)熱能力不弱，但導(dǎo)熱能力稍差。

通常我們接觸到的熱管散熱器的基本構(gòu)造由：“儲(chǔ)熱模 塊＋導(dǎo)熱模塊＋散 熱模塊”組成。儲(chǔ)熱模塊就是我們通常說(shuō)的散熱器底座。儲(chǔ)熱模塊一般由純鋁或純銅打造。純鋁的模塊有重量輕，成本低，便于加工的優(yōu)點(diǎn)，但是熱容沒(méi)有銅高，對(duì) 于一些突發(fā)熱量非常大且散熱面積小的CPU（比如Socket A接口的Athlon XP）來(lái)說(shuō)，往往效果不理想。純銅的儲(chǔ)熱模塊熱容高，對(duì)于高熱量的CPU有較好的突發(fā)儲(chǔ)熱能力和較強(qiáng)的熱傳導(dǎo)能力，但是成本較高且分量較重。目前大多數(shù)熱 管散熱器均使用銅質(zhì)儲(chǔ)熱模塊。


導(dǎo)熱模塊就是熱管 啦。常見(jiàn)的熱管分為燒結(jié)式熱管和溝槽式熱管。雖然同為熱管，但是溝槽管的成本要比燒結(jié)管低不少，是低價(jià)散熱器中常見(jiàn)的熱導(dǎo)管。溝槽管的缺點(diǎn)非常明顯，就是 其指向性非常強(qiáng)，在直線傳導(dǎo)的時(shí)候，性能和燒結(jié)管相當(dāng)，但是每當(dāng)溝槽管彎曲90度，導(dǎo)熱性能變大大下降，甚至只能達(dá)到原來(lái)性能的1/2。部分采用溝槽管的 散熱器甚至將其彎曲180度，那樣的效果可想而知了。而燒結(jié)管則沒(méi)有這種問(wèn)題，雖然彎曲后性能也會(huì)有部分下降，但是并不明顯。一般高端的熱管散熱器中可以 見(jiàn)到燒結(jié)管的身影。

燒結(jié)管內(nèi)部

 

溝槽管內(nèi)部

大家在選購(gòu)熱管散熱器的時(shí)候要多留意了。如果價(jià)格非常低（雙熱管 或以上）并且彎曲角度很小（最多90 度）的，大多數(shù)都是采用溝槽管的。多道彎曲的都是采用燒結(jié)管（當(dāng)然并不絕對(duì)，但是基本如此）。選購(gòu)時(shí)盡量選購(gòu)燒結(jié)管的散熱器。
燒結(jié)管代表：九州風(fēng) 神SNOWMAN系列
溝槽管代表：散熱小白熱管顯卡散熱器

散熱模塊
散熱模塊一般是由純鋁或純銅打造的非常薄的鰭片，由熱 管從中間貫穿而過(guò)，把熱管傳導(dǎo)到這些散熱鰭片上，然后靠風(fēng)扇或機(jī)箱內(nèi)的對(duì)流風(fēng)道來(lái)散熱。

熱管散熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)