31
热管的局限性
对重力敏感 低温启动困难 蒸汽压与饱和温度有关，易产生过压
Pv f (tb )
热端温度随热流变化，而电子设备要求在热流变化时温度恒定
因热管有热容存在，会使温度瞬态变化，影响启动 冷端的传统换热问题
32
热管的设计
根据一定的蒸汽速度，确定热管直径 根据热管的工作压力，校核管壳的机械强度 按照热管的毛细限，确定吸液芯的面积 验算热管的其他极限 (声速限、携带限、沸腾限等)
Heat Pump
18
热电致冷的应用领域
電腦CPU的冷卻(Microprocessor Cooler)， 除濕箱，雷射發光頭的冷卻(Laser Diode Cooler)， 車用行動冷藏箱 (Portable Picnic Cooler)， 冰水機(Water Cooler)， 冷熱敷療器(Therapy Water Pad)， 小型冰箱(Mini Refrigerator)， 血液分析儀(Blood Analyzer)等等。
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温差电致冷器的选用
根据用途计算出所需的致冷功率Qco
Qco＝被冷却物自身放热功率 + 被冷却物与环境的热交换功率
估算出工作时致冷器两端的温差△To
一个致冷系统在工作时其温度分布梯度为：当用风冷散热且吸热器、散热器与 致冷器接触热阻较小，风扇的流速及流量足够时
Th ＝ Ta + (7—10)℃ Tc ＝ Tb –(3—5)℃ △To ＝ Th - Tc Th ：致冷器热面温度 Ta ：环境温度 Tc ：致冷器冷面温度 Tb ：被冷却物温度
1944年 美国GM公司 R.S.Gaugler 提出； 1967年 美国人造地球卫星开始使用； 1970年我国中科院力学所开始研究热管 芯片级的微热管(Micro heat pipe),
PCB 热管、Pentium CPU 热管
24
热管传热－Heat pipe
热管的工作原理 “高效的热量搬运 工”
热电制冷器的级联
10
最大致冷温差
当将最佳工作电流Im加到具有绝热的冷结点的热电器时， 帕尔帖热恰好与焦耳热和傅立叶热平衡，获得最大温差
tm
2Tc2
2KR
a la blb ka Aa kb Ab KR A A l l b a b a
热管传热极限图
28
热管的传热极限
29
热管的传热极限
当热管的毛细抽吸力不足以克服液流的阻力时，回流液体 受阻，使蒸发段的工质得不到补充而出现干涸，通常将干 涸前热管达到的最大传热量，称为毛细限。
l l L KAw 2 i gl cos Φc max l r i l ef c
Tc (1 2 )Tc
Tc ——冷端绝对温度（K）
2
温差电致冷
傅立叶效应
Φs k At l
焦尔效应
ΦJ I 2 R
导体中通过电流时产生的热量等于导体电阻和电流平方的乘积。
汤姆逊效应
当电流通过有温度梯度的导体，在导体和周围环境之间将进行能量的交换冷系统的组成
从右到左由吸热器、热电致冷器、散热器、风扇组成
5
温差电致冷
TE: C: 1: 127 05: TT:
Thermoelectric的简称，意为热电致冷器件 Ceramic的简称，意为陶瓷表面。有时为S，意为小型晶片。 为层级数 为P型及N型的总对数 最大工作电流。 外表面状态。TT为双表面金属化。
6
绝热段
普通热管由管壳(容器)、管芯(毛细 结构)和工作液(工质)三部分组成
Pc max ≥
Pl Pv Pg
25
热管类型与结构
各种管芯结构 几种典型热管
26
几种热管工作液
27
热管的传热极限
热管传热能力的上限将受到一
种或几种因素的影响。 有些高温热管启动时，蒸汽的 速度可能会达到声速。 当温度不高时，又受到粘性力 的限制。热管温度升高，由于管芯 内工作液被蒸汽携带而受限制。 此外，还受毛细压差不足以及 蒸发段烧干的限制。
20
温差电致冷的主要技术问题
温差电器件的质量、防潮、防结露 串、并联安装的效率 在大功率致冷时，效率较低。 热端的传统散热问题
21
温差电致冷的发展趋势
新型温差电材料的研究

微型温差电器件的研究
22
电子设备热设计
第五篇(下) 热 管
热管传热－Heat pipe
热管是一种极低热阻的高效传热器件。 热管的发展：
34
热管应用实例
35
热管应用实例
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热管应用实例
37
热管应用实例
38
热管应用注意事项
1 选材上注意相容性 2 设计应避开热流极限 3 制造工艺应注意密封特性 等
39
k a a 2 k a a kb b kb b


k a a kb b

2
2Tc2 t m 2
11
致冷器材料的品质因数
2Tc2 t m 2
2 Z
致冷器材料 的品质因数
品质因数是材料导热 系数、电阻率和塞贝克系 数的函数,当材料工艺水 平(品质因数)提高后，可 以得到较大的温差。
(W)
外形尺寸(mm)
L W H
FPH1—1703
3.5
1.9
68
3.9
15
15
4.5
FPH1—3103
3.5
3.4
68 68
7.0 125.0
20
20
4.5
FPH1—6025
25.8
6.3
30
30
4.5
14
温差电致冷的安装
15
温差电致冷的特点
a、体积小重量轻，致冷/加热双功能 b、精确温控： o 使用闭环温控电路，精度可达 0.1 C。 c、高可靠性：
电子设备热设计
第五篇(上) 热电致冷器
温差电致冷
半导体致冷器 Thermoelectric
载流子流过不同材料的结点时，势能 发生变化，伴随吸热/放热的效应 。
冷端
塞贝克效应
1821，德国
U t
0

某一对材料的塞贝克系数（V/ C）
热端
帕尔帖效应
1834，法国
Φ π I
“热泵效应”

帕尔帖系数（V）
温差电致冷
7
温差电致冷
8
温差电致冷的串并联
9
温差电致冷的性能系数
1 2 ITc I R Kt 2 cop It I 2 R
热电致冷的性能系数
净致冷量与所需功率之比
最佳性能系数
cop0
cop1 cop2
cop1 cop2 1
工作在相同的极限温度范围内 时，两级致冷器的总性能系数 比单级致冷器的性能系数大。
热面温度27 C，致冷组件在冷面能吸收的最大热负荷，单位W，此时致冷组件在 最大温差电流Imax工作。
热面温度27 C，冷面无热负荷时，致冷组件在最大温差电流Imax工作时的电压，单位V。
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温差电致冷的主要技术指标
性能参数（Th = 27 ℃)
型 号
Imax(A) Vmax(V) △Tmax(℃) Qcmax
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温差电致冷的主要技术指标
最大温差电流（Imax）
热面温度27oC，冷面无热负荷，致冷组件能达到最大温差时的工作电流，单位A。
Tmax） 最大温差（ o
热面温度27 C，冷面无热负荷时，组件能达到的最大温差，单位 C，此时致冷组件 在最大温差电流Imax工作。
o
最大致冷功率（ Qcmax） o 最大温差电压（ Vmax） o
33
热管的应用
航天器的热设计 500A 以上的可控硅传热 (Cu-H2O 热管) 10 KW 速调管
行波管、磁控管等
集成电子器件 （微芯片热管、50 ~ 500m 微热管）
对某些密封有源的电子器件、模块或组件，在其工作时产生的耗散 热量，无法以常规的方式传热时，可利用热管作为导热器件。
i、 怕水汽
j、 工作效率低
20%～30%，仅小功率致冷时效率高，不如压缩机
k、可倒立或側立使用，适于航空领域。 l、 造价较高，但日后几乎无需维护。
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热电致冷的应用领域
a 要求低噪声致冷的领域；
b 要求便于携带的领域；
c 要求温度需要高精度控制的领域；
d 一切小功率致冷的领域；
e 要求快速冷热交换的领域。 温差电致冷技术可提供低于环境温度的温度。
当工质为理想的浸润状态( )，不计重 KAw c max 2 N f 力的影响( )时，上式可简化为 rl e ef 30
热管的特性
以很微小的温差将热量传至很远的距离 (零热阻特性) 冷液的循环依靠毛细泵力，无需消耗能源 在蒸发段的表面区域内，可自动提供一个均匀温度 (热源) 源与热管相接触的部分区域可单独设计，适合于各种用途 管壳可用电绝缘材料制造，故设备中的高压部分可与热管直接相连 零重力状态下，工作效果甚佳，故宇航领域应用前景较好。
失效率低。寿命大于二十万小时。
d、工作时无噪音 e、可使用常规电源：
一般直流电源，工作电压和电流可在大范围内调整。12V额定电压，实际可 使用到8V-14V，开关电源和变压器电源均可，波纹系数在10%以内。
f、可实现点致冷：
可只冷却一专门的元件或特定的面积。
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温差电致冷的特点
g、 具有发电能力 h、启动快，且能很方便地进行致冷致热变换