[發明專利]一種溫差驅動式自適應熱傳遞管

無效

• 申請號: 201110321070.3
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102506601A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 胡蕓雪
• 申請（專利權）人: 胡蕓雪
• 主分類號: F28F1/00
• 分類號: F28F1/00;F28F13/18;F28F13/12
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司 50209
• 代理人: 李玉州

技術領域

本發明涉及一種自然熱交換裝置。

背景技術

物體的散熱方式主要有熱傳導、熱輻射和熱對流。

1、當散熱片與熱源體直接接觸時，熱源上聚集的熱量直接傳導給散熱片，這就是熱傳導。它基本上是通過物體之間的物理直接接觸而實現的，比如當熱源體與比機體溫度低的物體(如支撐架、盛裝器皿等)直接接觸時，熱量傳給這些物體。

兩種不同介質間的熱傳導方程：q＝αA(T2-T1)…………(I)

α為熱傳導系數，在散熱材質、形狀和空氣成分確定后，它就與散熱器表面的空氣流速相關；A是散熱件和空氣的接觸面積，所以增大散熱面積，有利于提高散熱效率；T2-T1是熱源體與環境間的溫度差。

2、熱輻射是熱源上的熱能通過發射紅外線的形式散發出去。當內部存在熱源體的設備，其機體溫度高于環境溫度時，熱源體的熱量以輻射方式散失。輻射散熱量與機體溫度、環境溫度和有效輻射面積等因素有關。在一般情況下，輻射散熱量占總散熱量的40％。當然，如果環境溫度高于機體溫度，反而會吸收外界輻射熱。

玻耳茲曼定律：黑體輻射度與絕對溫度有如下關系：

E_B(T)＝δT⁴…………(II)

玻耳茲曼常數δ＝5.67051×10^-8w/m²K⁴

它說明對于黑體，溫度越高，輻出度E_B(T)越大，且隨T增高而迅速增大。

3、熱對流就是指熱量的傳導通過物體的運動實現熱的傳導。如空氣的流動，這是以空氣分子為介質的一種散熱方式。與機體最接近的一層空氣被加熱而上升，周圍較冷的空氣隨之流入。這樣空氣不斷地對流，熱就不斷地向空氣中散發。機體確定后對流散熱量的大小，取決于機體溫度與環境溫度之差和風速。

熱對流換熱基本算式：q＝h(T2-T1)

Φ＝q?A＝A?h(T2-T1)…………(III)

或＝(T2-T1)/(1/hA)

其中的1/hA稱為對流傳熱熱阻

q為熱流密度

h為物質的對流傳熱系數

Φ為傳熱量

A為傳熱面積

表明一個熱的物體的冷卻速度與該物體和周圍環境的溫度差成正比。

為了利用好上述三種散熱基理，目前所采用的方法可以分為兩類——被動散熱和主動散熱。所謂被動散熱，也就說在不借助其他輔助散熱方式的情況下，通過散熱片自身與熱源體的接觸，進行熱傳導帶走聚集的熱量，即通過散熱片將熱源體的熱量自然散發到空氣中。因為是自然散發熱量，其散熱的效果與散熱片大小成正比。

很多情況下，僅僅采用被動散熱遠遠不能滿足散熱的需要，主動式散熱可以強化散熱效果，就是借助于其他輔助手段散熱。主動式散熱按照散熱常用介質來分，還可以分成風冷、水冷、半導體制冷、化學制冷等四種散熱方式。

風冷，顧名思義就是通過散熱風扇將熱源體發出的熱量帶走，它的散熱介質是易得到的空氣。但是其缺點就是不能將溫度降至環境溫度以下，由于存在風扇的轉動，所以有噪音，風扇壽命也有時間限制。

而水冷，就是通過水將熱源體發出的熱量帶走，它的散熱介質是水一類的液體，其效率比風冷高，但是它有一個弱點，就是制冷設備復雜，而且還有漏水的隱患。

半導體制冷，就是利用一種特制的半導體制冷片在通電時產生溫差來制冷，它的制冷溫度低，冷面溫度可以達到零下10℃以下，但是成本太高，而且現在半導體制冷片的工藝也不成熟，不夠實用。

最后就是使用一些超低溫化學物質，利用它們在融化的時候吸收大量的熱量來降低溫度，比如使用干冰可以將溫度降低到零下20℃以下，液氮將熱源體溫度降到零下100℃以下(理論上)，當然由于價格昂貴和持續時間太短，這個方法是在實驗室中才會使用。

根據公式I、II和III，無論采取何種強化散熱方式，都涉及熱源體溫度T2與環境溫度T1，以及它們的差T2-T1，散熱體和空氣的接觸面積A，還有散熱體特征參數(α、δ、h)以及相關的空氣流速S等。

尤其應該注意的是熱源體與環境間溫度的差，不但決定著散熱量的多少，而且決定著熱傳遞的運行方向。最終機體表面溫度的高低，是熱源體產生的熱量與排放散失的熱量之間，達成的熱平衡。

表1散熱效率與各物理參數之間的關系表

為了探索到更高效的散熱降溫措施，將被動散熱和主動散熱的各自優劣，作簡單對比分析。