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微通道
鎖定
- 中文名
- 微通道
- 外文名
- minichannel
- 別 名
- 微通道換熱器
- 直 徑
- 10-1000μm
微通道發展歷程
微通道(微通道換熱器)的工程背景來源於上個世紀80年代高密度電子器件的冷卻和90年代出現的微電子機械系統的傳熱問題。1981年,Tuckerman和Pease提出了微通道散熱器的概念;1985年,Swife,Migliori和Wheatley研製出了用於兩流體熱交換的微通道換熱器。隨着微製造技術的發展,人們已經能夠製造水力學直徑?10~1 000μm通道所構成的微尺寸換熱器。1986年Cross和Ramshaw研製了印刷電路微尺寸換熱器,體積換熱係數達到7MW/(m3·K);1994年Friedrich和Kang研製的微尺度換熱器體積換熱係數達45MW/(m3·K);2001年,Jiang等提出了微熱管冷卻系統的概念,該微冷卻系統實際上是一個微散熱系統,由電子動力泵、微冷凝器、微熱管組成。如果用微壓縮冷凝系統替代微冷凝器,可實現主動冷卻,支持高密度熱量電子器件的高速運行。
國內市場最先將微通道技術產業化的是汽車空調行業。由於傳統的氟利昂系列製冷劑對臭氧層具有較強的破壞作用,已被《蒙特利爾議定書》禁止。R134a作為一種過渡型替代品,由於其温室效應指數很高(約為CO2的1 300倍),也被《京都議定書》所否定。CO2在蒸發潛熱、比熱容、動力黏度等物理性質上具有優勢,若採用合適的製冷循環,CO2在熱力特性上可與傳統制冷劑相當,甚至在某些方面更具優勢。但是CO2製冷循環為超臨界循環,壓力很高,在空調系統中高壓工作壓力要到13MPa以上,設計壓力要達到42.5MPa,這對壓縮機和換熱器的耐壓性均提出了很高的要求。在結構輕量化和小型化的前提下,微通道氣體冷卻器是同時滿足耐壓性、耐久性和系統安全性的必然選擇。
微通道類型材料加工方式
微通道類型
大尺度微通道換熱器主要應用於傳統的工業製冷、餘熱利用、汽車空調、家用空調、熱泵熱水器等。其結構形式有平行流管式散熱器和三維錯流式散熱器。由於外型尺寸較大(達1.2m×4m×25.4mm[13]),微通道水力學直徑在0.6~1mm以下,故稱為大尺度微通道換熱器。
微通道材料
微型微通道換熱器可選用的材料有:聚甲基丙烯酸甲酯、鎳、銅、不鏽鋼、陶瓷、硅、Si3N4和鋁等。採用鎳材料的微通道換熱器,單位體積的傳熱性能比相應聚合體材料的換熱器高5倍多,單位質量的傳熱性能也提高了50%。
微通道加工方式
隨着微加工技術的提高,可以加工出流道深度範圍為幾微米至幾百微米的高效微型換熱器。此類微加工技術包括:平板印刷術、化學刻蝕技術、光刻電鑄注塑技術(LIGA)、鑽石切削技術、線切割及離子束加工技術等。燒結網式多孔微型換熱器採用粉末冶金方式製作。大尺度下微通道的加工與微尺度下微通道的加工方式顯著不同,前者需要更高效的加工製造技術。
微通道應用前景及優勢
微通道微電子等領域應用
微電子領域遵循摩爾定律飛速發展,伴隨晶體管集成度的不斷提高,高速電子器件的熱密度已達5~10MW/m2,散熱已經成為其發展的主要“瓶頸”,微通道換熱器取代傳統換熱裝置已成必然趨勢。因此在嵌入式技術及高性能運算依賴程度較高的航空航天、現代醫療、化學生物工程等諸多領域,微通道換熱器將有具廣闊的應用前景。
微通道空調及熱水器應用
微通道應用優勢
①節能。節能是當今空調器的一項重要指標。常規換熱器很難製造出高等級如Ⅰ級能效標準的產品,微通道換熱器將是解決該問題的最佳選擇。