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大功率电子冷却器及其关键技术

三种产品及其关键技术： 1、冷凝端扩展型仿生毛细管芯平板热管基本原理：（1）在散热翅片内构造许多通道，增加平板热管冷凝端的散热面积。（2）在平板热管蒸发端表面上烧结仿生毛细管芯，提高热管蒸发端的传热系数。（3）热管蒸发端和冷凝端（散热翅片）采用一体化设计，从而确保平板热管和散热器之间的紧密接触。（4）众多散热翅片内的通道与仿生毛细芯相结合，类似于许多微型热管同时工作。技术指标：（1）提高散热性能20%（用于大功率LED的散热器产品如图5所示）。（2）中心温度降低20℃；减少产品重量50%。（3）材料成本可节省50％。综合优势：（1）由于固体翅片内存在延伸冷凝器，可为加热区提供充足的液体，保证加热区在超高热流密度下不会达到干燥状态。（2）翅片不仅用作散热器，还用作冷凝器。固体翅片内的冷凝传热确保了沿翅片高度方向均匀温度，从而提高翅片效率。（3）散热器可在反重力状态下运行，体积小，重量轻。由于集成设计，蒸发器和翅片散热器之间不存在接触热阻。应用领域：电力电子、航空航天、能源动力、石油化工、军工设备等领域中大功率、大热流密度芯片及其设备的散热，例如大功率激光器、照明LED、控制芯片、燃料电池、新能源汽车、激光、雷达及大数据计算中心等。 2、回路热管基本原理：（1）回路热管内部构造了三层毛细芯，第一层毛细芯为多尺度结构吸液芯，取代了传统回路热管中的实心沟槽微通道。多尺度结构吸液芯可将蒸发器内的汽－液流动路径分开，液体通过多尺度毛细芯吸入，蒸汽在固－液－汽界面处产生，并通过大尺度沟槽溢出。多尺度毛细芯同时满足了两个需求：蒸汽溢出需要多尺度孔隙，液体吸入需要小尺度孔隙。（2）第二层和第三毛细芯不仅起到回流液体的作用，还起到防止热泄露的作用。第三毛细芯为超低导热率材料，可大大减少从蒸发器到补偿箱的热泄漏。技术指标：（1）与传统回路热管相比，蒸发器中心温度可降低20-50℃，最大热流密度可达40W/cm2。（2）在300W加热功率下，最大反重力高度可达500mm。综合优势：（1）可在反重力状态下运行。（2）散热功率大，散热距离长。应用领域：航空航天、能源动力和军工装备等领域光电设备的散热。 3、超薄热管基本原理：（1）将仿生多尺度微－纳结构应用于热管蒸发端毛细芯。（2）热管超亲水蒸发端和超疏水冷凝端相互匹配，共同调节热管内部的汽液相分布。（3）热管蒸发端和冷凝端的相变传热主要是核态传热机制，传热系数对于热流密度的变化具有自适应响应特性。技术指标：（1）显著降低热管蒸发端中心温度30-40℃(~100W/cm2)。（2）蒸发传热系数提高2.4倍。（3）冷凝传热系数提高4倍。综合优势：（1）体积小，重量轻。（2）显著提高设备稳定性、可靠性和使用寿命。应用领域：笔记本电脑、微处理器、手机等小型电子设备的散热。

华北电力大学 2022-07-20