热导管

热导管。原图链接

热导管（Groove Heat Pipe），也称热管，是一种管体质轻具有快速均温特性的特殊材料，其热超导优异性能，可在几乎没有传热损失下，快速将热量由一端传到另一端，俗称热超导。热导管的工作原理是一内含作动流体之封闭腔体，借由腔体内作动流体持续循环的液汽二相变化，及汽&液流体于吸热端及放热端间汽往液返的对流，使腔体表面呈现快速均温的特性而达到传热的目的。最早始于1942年由R.S.Gaugler 提出，1962年 G.M.Grover 发现其特性才开始发展。

目录

简介

热导管是一种可将热快速传递出去的元件，利用物质汽态、液态二相变化，和对流原理设计而成，只能算是散热装置的一部分，可以称作导热元件，而非散热元件。其快速均温的特性，使之运用的范围及普及率都相当广且高。热导管需三个基本元件：1.容器 2.毛细结构 3.工作流体。在真空的封闭容器中，当受热端将工作流体蒸发成汽相，汽相流经过中空管道到冷却端，冷却后将工作流体凝结成液相，冷凝后再借由毛细结构吸回受热端，如此即完成吸-放热循环，达到热量传递功效。

工作原理

热导管基本上是一内含作动流体之封闭腔体，借由腔体内作动流体持续循环的液汽二相变化，及汽&液流体于吸热端及放热端间汽往液返的对流，使腔体表面呈现快速均温的特性而达到传热的目的。散热模组常见于电子3C产品，透过热导管内工作流体两项变化传热机制，在有限的空间内满足稳定高效的热传需求。结构上，热导管为一两端密封，内部负压的管状腔体，内部有提供液体毛细吸附力量的微结构，一端为蒸发区，与热源接触; 另一端为凝结区，与鳍片接触。

管体结构

热导管须借由管体结构形成封闭腔体，管体既须具有承受内外压差的结构功能，亦是热传入与传出腔体的介质材料，因此除演示用热导管，会以玻璃材质以展示其内部作动现象外，其它实用热导管之管体材料均为金属。另有重力热管，它仅由管壳和工作介质两部分组成。由于重力热管结构简单，因而是馀热回收中应用的主要型式。

运用于电子散热业界的小形热导管，其管体材质大多为铜，亦有因重量考量而采用铝管或钛管。

不凝结气体

热导管中若存在作动流体以外的杂质气体（如空气），因这些杂质气体并不参与蒸发-冷凝循环，而被称做不凝结气体，不凝结气体除了会造成启动温度升高外，在热导管作动时，会被汽相作动流体压缩至冷凝端，而占据一定的腔体空间，造成应该均温的管体，在有效作动段与不凝结气体段有一显著温差，而严重影响其导热效能；这些不凝结气体可能来自于：热导管制程中抽真空不完全，或管体隙缝空气泄入腔体不洁，以及与作动流体或管壁反应产生。

导热流程

制程上，热导管注入工作流体与封口之前，先抽除内部空气，在低压环境下工作流体的汽化温度会大幅下降。蒸发腔内的流体吸收热量迅速汽化，让局部的压力升高，蒸汽转往凝结端移动，经与外部热交换释放热量后，凝结成液态，再借由重力或管壁的毛细力与压力差，回流到蒸发区，周而复始的循环。借由流体两项变化的工作原理，热导管的等效热传系数(thermal conductivity)大约是纯铝的50~100倍，可说是最有效且成本合理的热传元件，故能大量普及到电脑与电子产品内。

热导管的原型为圆直管状，常见的外径有D3，4，5，6，8与10mm，热导管制造生产还有相对应的折弯，扁平与段差流程，以适合不同产品内部机构空间的限制。下表一为不同外径热管，最小建议的折弯半径，折弯半径过小，会导致折弯处外观凹陷，内部铜粉剥落等不利缺陷，进而影响热导管之热传性能。

应用

普通导热材料中,以金属导热为最快,但金属的热传导有一个过程。而热导管巧用汽化热，当管子一头受热时。吸液芯中的液体马上吸热汽化，液体分子变为速度极高的气体分子很快“飞”到管子另一端，与管壁相碰传递出了热量冷却为液体，经吸液芯毛细管的作用回到热端再重复以上的过程，很快热量就传过去比金属快得多。

热导管是极有用的特殊人工材料，在宇宙飞船、卫星等人造天体中装上热管，可使晒太阳的一面与不晒太阳的一面温差大大减小,保持人造天体各部分温度基本均匀,保证了人造天体内各种仪器、仪表的正常工作。开采石油的输油管在冬天易冻结.利用热管可以把地下深处的地热引到输油管中，达到防冻的目的;在公路下埋上热管.则成了寒冬不结冰的公路。有些不允许直接加热的设备可以利用热管向接加热，颇为方便，同时，热管也可以作为高效散热器，提高热效率。

散热机制

散热机制 （Mechanism），热导管制程先将内部空气抽除，再注入工作流体与封口，在低压环境下工作流体的汽化温度会大幅下降。蒸发区吸收热量后迅速汽化，蒸汽往冷凝区移动，经与外部热源交换热量后，凝结成液态，再借由重力或管壁的毛细力与压力差，回流到蒸发区，周而复始的循环。借由流体两项变化的原理，其热传系数大约是纯铝的50~100倍。

热管的运用范围相当广泛，最早期运用于航天领域，现早已普及运用于各式热交换器、冷却器、天然地热引用等，担任起快速热传导的角色，更是现今电子产品散热装置中最普遍高效的导热（非散热）元件。

作动机制

其作动机制为，液相作动流体于吸热端蒸发成汽相，此一瞬间在腔体内产生局部高压，驱使汽相作动流体高速流向放热端，汽相作动流体于放热端凝结成液相后，借由重力/毛细力/离心力…回流至吸热端，循环作动。由此可知，热导管作动时，气流系由气压压力差驱动，液流则须依使用时之作动状态，采用或设计适合的回流驱动力。

热导管理想作动时，作动流体处于液&汽两相共存的状态，两相无温差，亦即整个腔体内均处于均温状态，此时虽然有热能进出此一腔体系统，但吸热端与放热端却是等温，形成等温热传的热超导现象。

优点

热导管换热器与常规的换热器相比，热管换热器具有以下优点：

• 温度分布均匀，热阻小，热反应快速。
• 传热量大，在较小温差下传送较多的热量。
• 重量轻，体积小，结构简单。
• 无磨耗寿命长，无需电源，可在无重力场下运作。
• 冷、热流体相互隔绝，相互间无泄漏，能防止和减轻低温腐蚀，适用温度范围广。
• 热流密度可调，热源不受限制，工质循环无功率消耗。
• 可提高壁温，减轻低温腐蚀。

影片

The production of be quiet! CPU coolers, part 1: heat pipes制作要安静！ CPU散热器，第1部分：热管