工業(yè)散熱器的結(jié)構(gòu)組成為散熱排管、進(jìn)出總管、框架。 其中,散熱排管由散熱管束組成,散熱管由基管和翅片組成。散熱管質(zhì)量決定換熱效果,散熱管排列方式影響空氣阻力,散熱管安裝方式?jīng)Q定承受溫差(熱脹冷縮)能力。 常用散熱排管安裝方式:框架固定式(SRZ型、SRL型、S型)、框架支撐式(GL型、U型)。 其中,框架固定式,散熱管直接焊接到框架箱盒,結(jié)果簡單,一般用于180℃以下熱媒或冷媒;框架支撐式,散熱管穿過框架多孔板,與連通管(或彎頭)焊接,一般用于180℃以上熱媒。 常用散熱管類型:鋼制散熱管(鋼管繞鋼翅片、熱鍍鋅處理)、鋼鋁復(fù)合散熱管(鋼管軋鋁翅片)、銅制散熱管(銅管繞銅翅片、搪錫處理)、銅鋁復(fù)合散熱管(銅管軋鋁翅片)、不銹鋼散熱管(不銹鋼管繞不銹鋼翅片、高頻焊)。 其中,鋼制散熱管,熱鍍鋅是關(guān)鍵,可以填充縫隙、穩(wěn)固翅片、傳熱、防腐;銅制散熱管,搪錫是關(guān)鍵。
將機(jī)械或其他器具在工作過程中產(chǎn)生的熱量及時(shí)轉(zhuǎn)移以避免影響其正常工作的裝置或儀器。常見的散熱器依據(jù)散熱方式可以分為風(fēng)冷,熱管散熱器,液冷,半導(dǎo)體制冷,壓縮機(jī)制冷等多種類型。
散熱片材質(zhì)是指散熱片所使用的具體材料。每種材料其導(dǎo)熱性能是不同的,按導(dǎo)熱性能從高到低排列,分別是銀,銅,鋁,鋼。不過如果用銀來作散熱片會太昂貴,故好的方案為采用銅質(zhì)。雖然鋁便宜得多,但顯然導(dǎo)熱性就不如銅好(大約只有銅的百分之五十多點(diǎn))。
常用的散熱片材質(zhì)是銅和鋁合金,二者各有其優(yōu)缺點(diǎn)。銅的導(dǎo)熱性好,但價(jià)格較貴,加工難度較高,重量過大(很多純銅散熱器都超過了CPU對重量的限制),熱容量較小,而且容易氧化。而純鋁太軟,不能直接使用,都是使用的鋁合金才能提供足夠的硬度,鋁合金的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉,重量輕,但導(dǎo)熱性比銅就要差很多。有些散熱器就各取所長,在鋁合金散熱器底座上嵌入一片銅板。 對于普通用戶而言,用鋁材散熱片已經(jīng)足以達(dá)到散熱需求了。
實(shí)際上,任何類型的散熱器基本上都會同時(shí)使用以上三種熱傳遞方式,只是側(cè)不同罷了。比如普通的CPU散熱器,CPU散熱片與CPU表面直接接觸,CPU表面的熱量通過熱傳導(dǎo)傳遞給CPU散熱片;散熱風(fēng)扇產(chǎn)生氣流通過熱對流將CPU散熱片表面的熱量帶走;而機(jī)箱內(nèi)空氣的流動也是通過熱對流將 CPU 散熱片周圍空氣的熱量帶走,直到機(jī)箱外;同時(shí)所有溫度高的部分會對周圍溫度低的部分發(fā)生熱輻射。
熱管是一種具有導(dǎo)熱性能的傳熱元件,它通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量,它利用毛吸作用等流體原理,起到類似冰箱壓縮機(jī)制冷的效果。具有的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn),并且由熱管組成的換熱器具有傳熱、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小等優(yōu)點(diǎn)。由于其特殊的傳熱特性,因而可控制管壁溫度,避免露點(diǎn)腐蝕。
液冷則是使用液體在泵的帶動下強(qiáng)制循環(huán)帶走散熱器的熱量,與風(fēng)冷相比具有安靜、降溫穩(wěn)定、對環(huán)境依賴小等優(yōu)點(diǎn)。但熱管和液冷的價(jià)格相對較高,而且安裝也相對麻煩一些。 在選購散熱器時(shí),可以根據(jù)自己的實(shí)際需求以及經(jīng)濟(jì)條件來選購,原則是夠用就好。
當(dāng)熱量傳到散熱器的頂部后,就需要盡快地將傳來的熱量散發(fā)到周邊環(huán)境中去,對風(fēng)冷散熱器而言就是要與周圍的空氣進(jìn)行熱交換。這時(shí),熱量是在兩種不同介質(zhì)間傳遞,所依循的公式為Q=α X A X ΔT,其中ΔT為兩種介質(zhì)間的溫差,即散熱器與周圍環(huán)境空氣的溫度差;而α為流體的導(dǎo)熱系數(shù),在散熱片材質(zhì)和空氣成分確定后,它就是一個(gè)固定值;其中重要的A是散熱片和空氣的接觸面積,在其他條件不變的前提下,如散熱器的體積一般都會有所限制,機(jī)箱內(nèi)的空間有限,過大會加大安裝的難度,而通過改變散熱器的形狀,增大其與空氣的接觸面積,增加熱交換面積,是提高散熱效率的有效手段。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),一般通過用鰭片式設(shè)計(jì)輔以表面粗糙化或螺紋等辦法來增大表面積。
熱量從CPU核心散發(fā)到散熱片表面,是一個(gè)熱傳導(dǎo)過程。對于散熱片的底座而言,由于直接與高熱量的小面積熱源接觸,這就要求底座能夠迅速將熱量傳導(dǎo)開來。散熱片選用較高熱傳導(dǎo)系數(shù)的材料對提高熱傳導(dǎo)效率很有幫助。通過熱傳導(dǎo)系統(tǒng)對照表可以看出,如鋁的熱傳導(dǎo)系數(shù)237W/mK,銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)則為401W/mK,而比較同樣體積的散熱器,銅的重量是鋁的3倍,而鋁的比熱僅為銅的2.3倍,所以相同體積下,銅質(zhì)散熱器可以比鋁質(zhì)散熱器容納更多的熱量,升溫更慢。同樣厚度的散熱器底座,銅不但可以快速引走熱源如CPU Die的溫度,自己的溫度上升也比鋁的散熱片緩慢。因此銅更適合做成散熱器的底面。