热管技术 热管散热技术

热管技术

热管散热器技术原理

热管工作状况示意图

PC散热器中应用的热管属常温热管，工艺成熟，热管内工质为水。热管一端为蒸发端，另外一端 为冷凝端。当热管一段受热 时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体。液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环 不止。热量由热管一端传至另外一端，这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

理论上的导热系数优势转化到散热器设计方面，体现在可比同散热水平的全铜质散热片大幅减轻重 量、实用型最终成品的效能领 先，以及更为灵活的散热区域调整。前两种优势很容易理解，更为灵活的散热区域调整的典型实例是通过热管将CPU热量传递到稍远且不在同一平面上的机箱背部 散热片处，由机箱风扇负责将热量带走，成功减少整机风扇数量，使机箱内部空气更加合理顺畅。这种方案在准系统和国外品牌整机中较为常见，如下图：

更为极端的设计由散热技术应用先锋Zalman制成，其CNPS系列概念机箱将整个金属机箱 作为和空气进行热交换的换热 器，机箱内部所有需要散热的元件都使用热管与机箱壁连接，将发出的热量及时传出：

Zalman CNPS机箱内部细节

由热管以及均质金属传导出来的热量，最终需要和空气进行热交换散发出去，这项工作由大量金属 散热片来完成，我们通常形象 的称之为“鳍片”。综合材料的密度、热容、延展性等本质特性以及相关成本，金属铝和铜是被广泛应用在PC散热器中制作散热片的材料。铝的密度是 2.7g/mm³,热容是900J/kg°C，铜的这两项参数分别为8.9g/mm³和390 J／kg°C，通过这两个参数进行简单计算可以很容易的得出结论：相同质量下铝可以存储更多的热量，而在相同体积的情况下，铜在储热方面占优；另外需要注 意的参数是导热系数，对应铝和铜的数值分别为735KJ/(M.H.K)和1386KJ/(M.H.K)，这意味着铜材质可以更快的吸收和传导热量。

理解到以上结论对散热片进行分析就会变得容易：在相同的条件下，热容更大的散热片更容易以较 低的温度和外界达到热平衡， 而导热快的散热片更容易较快的在散热片局部达到热平衡。如果不考虑重量和成本原因，纯铜是理想的散热片材质，在相同散热表面积（通常对应相同体积）下有更 大的储热和导热能力；铝则是次而求其次的选择，绝对储热能力不弱，但导热能力稍差。

通常我们接触到的热管散热器的基本构造由：“储热模 块＋导热模块＋散 热模块”组成。储热模块就是我们通常说的散热器底座。储热模块一般由纯铝或纯铜打造。纯铝的模块有重量轻，成本低，便于加工的优点，但是热容没有铜高，对 于一些突发热量非常大且散热面积小的CPU（比如Socket A接口的Athlon XP）来说，往往效果不理想。纯铜的储热模块热容高，对于高热量的CPU有较好的突发储热能力和较强的热传导能力，但是成本较高且分量较重。目前大多数热 管散热器均使用铜质储热模块。


导热模块就是热管 啦。常见的热管分为烧结式热管和沟槽式热管。虽然同为热管，但是沟槽管的成本要比烧结管低不少，是低价散热器中常见的热导管。沟槽管的缺点非常明显，就是 其指向性非常强，在直线传导的时候，性能和烧结管相当，但是每当沟槽管弯曲90度，导热性能变大大下降，甚至只能达到原来性能的1/2。部分采用沟槽管的 散热器甚至将其弯曲180度，那样的效果可想而知了。而烧结管则没有这种问题，虽然弯曲后性能也会有部分下降，但是并不明显。一般高端的热管散热器中可以 见到烧结管的身影。

烧结管内部

 

沟槽管内部

大家在选购热管散热器的时候要多留意了。如果价格非常低（双热管 或以上）并且弯曲角度很小（最多90 度）的，大多数都是采用沟槽管的。多道弯曲的都是采用烧结管（当然并不绝对，但是基本如此）。选购时尽量选购烧结管的散热器。
烧结管代表：九州风 神SNOWMAN系列
沟槽管代表：散热小白热管显卡散热器

散热模块
散热模块一般是由纯铝或纯铜打造的非常薄的鳍片，由热 管从中间贯穿而过，把热管传导到这些散热鳍片上，然后靠风扇或机箱内的对流风道来散热。

热管散热技术的优点