小型立式热管型半导体冷藏箱的设计.doc

哈尔滨商业大学毕业设计（论文）

小型立式热管型半导体冷藏箱的设计

学 生 姓 名

指 导 教 师

专 业 热能与动力工程

学 院 能源与建筑工程学院

2010年 6 月 9 日

Graduation Project (Thesis)
Harbin University of Commerce

The Design of Small Vertical Refrigerator with Pipe

Student

Supervisor

Specialty
Thermal Energy and Power
Engineering
School
School of Civil and Refrigerating
Engineering

2010-06-09

毕业设计（论文）任务书

姓名
学院： 能源与建筑工程学院
班级：06级一班
专业：热能与动力工程
毕业设计（论文）题目：
小型立式热管型半导体冷藏箱设计
立题目的和意义：
在经过3年半的学习基础上，在老师的指导下，通过小型半导体制冷装置的设计，为以后从事制冷装置的设计奠定必要的基础，提高综合利用所学知识、独立思考、进行创造性思维活动的能力；通过利用计算机辅助设计、锻炼计算机应用能力。

技术要求与工作计划：
技术要求：
1冷藏箱净容积为10L

2储藏温度为2-8度之间可调

3散热方式为热管散热
工作计划：
1.完成实习日记.实习鉴定.实习报告.翻译，完成开题报告和设计任务书 1周
2.有关小型立式热管型半导体冷藏箱的文献阅读 1周
3.完成小型立式热管型半导体冷藏箱的负荷计算 1周
4.完成小型立式热管型半导体冷藏箱的半导体热电堆的设备选型 1周
5.完成小型立式热管型半导体冷藏箱热管散热器的设计选型 1周
6.完成小型立式热管型半导体冷藏箱的设计 1周
7.完成小型立式热管型半导体冷藏箱的设计图 2周
8.完成小型立式热管型半导体冷藏箱的设计说明 1周
9.撰写论文 1周
10.准备答辩 1周

时间安排：
3月15日—3月22日 完成实习日记.实习鉴定.实习报告.翻译，完成开题报告和设计任务书
3月23日—3月29日 有关文献的阅读
3月30日—4月6日 完成小型立式热管型半导体冷藏箱的负荷计算
4月7日—4月14日 完成小型立式热管型半导体冷藏箱的半导体热电堆的设备选型
4月15日—4月22日 完成小型立式热管型半导体冷藏箱热管散热器的设计选型
4月23日—4月30日 完成小型立式热管型半导体冷藏箱的设计
5月1日—5月13日 完成小型立式热管型半导体冷藏箱的布置图等制图
5月14日—5月21日 完成小型立式热管型半导体冷藏箱的设计说明
5月22日—5月27日 撰写论文
5月28日—6月5日 准备答辩
6月6日—6月13日 答辩

指导教师要求：
1. 保证出勤率，按时完成各阶段任务；
2.负荷计算准确完整设备选型准确；
3.图纸要求整洁，绘图规范；
4.圆满完成毕业设计任务，为大学学业划上圆满的句号。

（签字） 年 月 日
教研室主任意见：

（签字） 年 月 日
院长意见：

（签字） 年 月 日
毕业设计（论文）审阅评语

一、指导教师评语：

指导教师签字：

年 月 日

毕业设计（论文）审阅评语

二、评阅人评语：

评阅人签字：

年 月 日
毕业设计（论文）答辩评语

三、答辩委员会评语：

四、毕业设计（论文）成绩：

专业答辩组负责人签字：

年 月 日

五、答辩委员会主任单位： （签章）

答辩委员会主任职称：

答辩委员会主任签字：
年 月 日

摘　　要
本文为小型立式热管型半导体冷藏箱的设计。直流电通过两种不同的半导体连接成的电偶对时会产生能量的转移的现象为半导体制冷；其特点有不需要任何制冷剂，可连续工作，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易，既能制冷，又能加热，可实现高精度的温度控制等等。热管散热是利用毛吸作用等流体原理通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量的；热管散热有免维修、安全可靠，热管风冷甚至自冷可以取代水冷系统，节约水资源和相关的辅助设备投资，还能将发热件集中，甚至密封，而将散热部分移到外部或远处，能防尘、防潮、防爆，提高电器设备的安全可靠性和应用范围等特点。
本文将半导体制冷的寿命长、安装容易、既能制冷又能加热、可实现高精度的温度控制和热管的免维修、安全可靠、散热效率高等特点结合，采用型号为TEC1-09506T125的热电堆的和8mm的烧结热管设计出一种重量轻、体积小、结构简单、造价低、省电、可长时间工作的使冷藏箱内温度在2—8摄氏度可调的小型立式热管型半导体冷藏箱。
本文的主要内容包括：冷藏箱的整体布置、隔热层厚度的计算、冷藏箱冷热负荷计算、热电堆制冷元件的选择、热管式散热器的设计等等，最后根据设计要求画出设计图。

关键词： 冷藏箱；半导体制冷；热管散热；辅助设备

Abstract
This is a small vertical heat pipe-type semiconductor refrigerator design ．Direct current through two different semiconductor galvanic connected to the transfer of energy generated when the phenomenon of the semiconductor refrigeration; its characteristics have no need of any refrigerant, can work, work without vibration, noise, long life, easy to install , both cooling and heating can be high precision temperature control and so on，Heat pipe cooling is the use of hair absorb the role of fluid theory by completely closed vacuum tube of liquid evaporation and condensation to transfer heat; heat pipe cooling are maintenance-free, safe and reliable heat pipe air-cooled or self-cooling can replace the cooling system to save water resources and related auxiliary equipment investment, but also will focus on fever cases, and even sealed and the cooling part of the move to an external or remote, can be dust, moisture proof, improve safety and reliability of electrical equipment and applications and so on．
This article semiconductor cooling long life, easy to install, not only cooling but also heating, can achieve high-precision temperature control and heat pipe maintenance-free, safe, reliable, high efficiency combined heat, using model TEC1-09506T125 thermopile and 8mm of sintered heat pipe design a light weight, small size, simple structure, low cost, low power, can work long hours so that the temperature at 2-8 degrees C cold box small vertical adjustable heat pipe-type semiconductor refrigeration box．
The main contents include: the overall layout of refrigerators, insulation layer thickness, refrigerator cooling and heating load calculation, the choice of thermopile refrigeration components, heat pipe heat sink design, etc, and finally draw the design according to design requirements Fig．

Key Words：Freezer; Semiconductor refrigeration; Heat pipe cooling; Auxiliary equipment

目 录

摘　　要 I
ABSTRACT II
1 绪 论 1
1.1 课题的意义和目的 1
1.2 半导体制冷和热管散热的应用现状 1
1.2.1 半导体制冷的应用 1
1.2.2 热管散热的应用 2

1.3 本文研究内容 3
2 半导体制冷和热管散热的原理研究 4
2.1 半导体制冷研究 4
2.1.1 半导体制冷发展历程 4
2.1.2 半导体制冷原理 4
2.1.3 半导体制冷材料 6
2.2 热管散热研究 8
2.2.1 热管散热的发展历程 8
2.2.2 热管散热原理 8
2.2.3 热管管芯的类型 9
3 冷藏箱的箱体初步设计 10
3.1 冷藏箱绝热层厚度的设计计算 10
3.2 冷藏箱箱体的初步设定 11
4 冷藏箱的负荷计算 12
4.1 冷藏箱热负荷计算 12
4.1.1 透过箱体壁的热量 12
4.1.2 通过箱门的热量 13
4.1.3 箱体结构的进热量 13
4.1.4 开门进热量 13
4.1.5 储物耗冷量 13
4.1.6 箱体的热负荷 14
4.2 冷藏箱的冷负荷计算 14
4.2.1 透过箱体壁的热量 14
4.2.2 通过箱门的热量 15
4.2.3 箱体结构的进热量 15
4.2.4 开门进冷量 15
4.2.5 储物耗热量 15
4.2.6 箱体冷负荷 16
5 冷藏箱的设备设计和选型 17
5.1 冷藏箱半导体制冷元件的选择 17
5.1.1 冷藏箱的技术指标 17
5.1.2 半导体制冷元件的参数说明 17

5.1.3 半导体制冷元件的选择 17
5.1.4 半导体制冷元件的制热检测 19
5.1.5 半导体制冷原件的固定 19
5.2 冷藏箱热管散热器的设计 19
5.2.1 热管散热器热管的选择 19
5.2.2 热管散热器散热翅片的设计 20
5.3 冷藏箱辅助元件的选择设计 22
5.3.1 风机的选择 22
5.3.2 电源的选择 22
5.3.3 温度显示器的选择 23
5.3.4 自控元件的设计说明 24
5.3.5 其它 24
6 冷藏箱箱体的结构设计 25
6.1 冷藏箱元件的布置 25
6.2 冷藏箱设备室的尺寸计算 25
6.3 冷藏箱外型的设计 26
7 经济性分析 27
结 论 28
参考文献 29
致 谢 30

1 绪 论
1.1 课题的意义和目的
由于疫苗、血液等需要冷藏的药品在许多偏远山区运输十分困难，而且需求量较少，常用的药品保温箱已不适合药品的长途的运输，而一般的冷藏车容量过大，会造成空间浪费，所以需要一种小型的轻便的冷藏设备用于小剂量、长时间的药品冷藏运输。
本次设计课题目的是设计一种便于携带的小型立式热管型半导体冷藏箱，本次设计为小剂量的药品的安全运输提供了一种更轻便，更节电的能够长时间储藏的储运工具。由于热电制冷设备体积小重量轻、无运动部件、制冷量不受重力影响所以适用于小型的便携式冷藏箱，因此可很好的减小冷藏箱的体积和重量；因为热管散热器元件，可快速的将热电堆产生和传送的热量传递到热管散热器的冷凝段，使热电堆冷热端的温差减小，从而增加热电堆的制冷效率，使冷藏箱更省电。因此本设计采用热管散热。由于热电堆中的电流变向时热量的传送方向亦发生改变，所以当冷藏箱内的温度不在设定范围内时温度自控系统通过电流方向的改变对冷藏箱内部加热或降温直至达到设定温度。由于设计采用聚氨酯泡沫作为绝热材料，其良好的绝热性能和较低的密度使冷藏箱体积变得更小，重量更轻，外壳采用较高硬度的ABS塑料使冷藏箱可使冷藏箱承受一定的压力，内部的铝制导冷板使箱内温度更均匀，外部的温度显示器可很好的了解冷藏箱内的温度变化情况。
本次设计可很好的解决药品在偏远山区运输困难的问题，为药品的安全运输提供了一种解决方法，促进我国医疗事业的发展。
1.2 半导体制冷和热管散热的应用现状
1.2.1 半导体制冷的应用
半导体制冷具有以下的优点
不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。
半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。
半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，
再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。
半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。
半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。
半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。
半导体制冷片的温差范围从正温90℃到负温度130℃都可以实现。
因此半导体制冷可应用于以下几个方面
热电制冷是先进的无污染的制冷设备，它在工农业医疗科研国防等领域得到了广泛的应用。目前国内外热电制冷设备迅速发展，各种热电制冷器不断被发明，热电制冷设备已成为人民生活的一部分。
热电制冷作为小型恒温装置的应用。在一些尺寸很小的电子设备，常规制冷已无法实现制冷目的，采用热电制冷的方法可很好的解决这一难题。
热电制冷技术可以为石油产品凝固点测定仪提供制冷需要，该仪器采用热电制冷技术使其体积变得更小，冷却更快，操作更方便，温度调控更易掌握。
热电制冷器代替干冰实现无冷媒的冷源，用于测量、控制和提高工艺性能。例如，在实验室中，用热电制冷器作为制冷原件测凝固点、浊点分析和测定时，可对任意点进行简单可靠的温度控制，减少了用二氧化碳干冰、冰或机械制冷带来的麻烦。
在生物学研究中，观察、研究某一种生物切片时，往往要求切片的温度保持不变，而其大多数需要低温，热电制冷可以实现这一目的。
在医疗设备病理半导体冷冻机已得到广泛应用，大大提高了手术速度。用热电制冷技术可制成冷热一体的冰箱，实现一机两用，节省能源。用热电制冷技术做成的药用半导体冷藏箱，可以很好的保存疫苗、血清、药品等。
半导体空调虽然比机械压缩式、吸收式空调的能效低，但因其无震动、无噪音无泄漏、易维修，已有许多特殊的应用，如军用通讯、飞机空调、星级宾馆等场合。
1.2.2 热管散热的应用
热管问世以来，使电力电子装置的散热系统有了新的发展。无论何种散热方式，其最终散热媒体是空气，其他都是中间环接。空气自然对流冷却是最直接和简便的方式，热管
使自冷的应用范围迅速扩大。因为热管自冷散热系统无需风扇、没有噪音、免维修、安全可靠，热管风冷甚至自冷可以取代水冷系统，节约水资源和相关的辅助设备投资。此外，热管散热还能将发热件集中，甚至密封，而将散热部分移到外部或远处，能防尘、防潮、防爆，提高电器设备的安全可靠性和应用范围。
热管技术应用领域很广，从民用的冰箱、空调，到蒸汽机、锅炉等，现今高技术领域的航空航天、船舶舰艇上很多设备，也都有热管的影子。热管的材料有钢焊管、铝管、铜管、工程塑料管等。热管换热介质根据不同的应用环境有多种多样的流体物质，可供科学家、工程技术人员选择，其中最被人们掌控、最被人们了解其性能的就是“水”这种流体物质。
现在被人们最了解的热管应用莫过于室内冬季取暖、夏季空调制冷了，这其实仅仅是热管应用很小的一方面。热管技术应用于场道工程未来将会有非常广阔的前景，因为，低碳环保的价值观，已经深入人心，利用太阳能热水、地下温水，开发利用的技术价值极为广大，这方面的应用怎样估计都不过分。
现在利用太阳能热水、地下温水、发电厂余热、锅炉余热等，使用机场跑道热管技术，解决冬季机场跑道结冰积雪的问题，已经获得了国家专利，不久就会应用于一部分机场跑道上。这种跑道热管技术，简单、可靠、寿命长、可维护，使用最可靠的水作为换热介质，今后必将会成为机场的一项基础设施了。
1.3 本文研究内容
在本次设计冷藏箱时首先根据计算出的隔热层最小厚度和箱体的容量初步设计冷藏箱的结构尺寸，然后计算热电堆在对冷藏箱制冷和制热时的热负荷和冷负荷，根据冷热负荷选择热电堆组件，根据热电堆传送和产生的热量选择计算热管散热器，然后选择风机和辅助设备，最后对所设计的冷藏箱经济性分析，并得出结论。

2 半导体制冷和热管散热的原理研究
2.1 半导体制冷研究
2.1.1 半导体制冷发展历程
在十九世纪初作为热电制冷理论的温差效应就已经被发现，但由于人们只着眼于从金属中寻找制造热电对臂的材料，导致热电制冷器的效率非常低，没有实用价值。半导体技术的发展为热电制冷成为一种有实际应用价值的技术铺垫了基础，50年代初，对半导体的研究表明，在几瓦至几十瓦的小制冷量的范围内，半导体制冷可以与蒸汽压缩制冷竞争，半导体制冷器适用于军用和一些特殊的民用领域，如生物组织和药品野外保存，电子设备冷却，为红外线传感器提供足够低的环境温度，核潜艇中的空气调节等，为此，不同领域的许多科学家，对热电制冷器的理论和器件进行了大量的研究，取得了很大的成就，在现代社会中热电制冷技术在制冷行业占有重要的一部分。
中国在半导体制冷技术开始于50年代末60年代初，当时在国际上也是比较早的研究单位之一，60年代中期，半导体材料的性能达到了国际水平，60年代末至80年代初是我国半导体制冷片技术发展的一个台阶。在此期间，一方面半导体制冷材料的优值系数提高，另一方面拓宽其应用领域。中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力，获得了半导体制冷片，因而才有了现在的半导体制冷片的生产及其两次产品的开发和应用。
2.1.2 半导体制冷原理
图2—1半导体制冷原理图
半导体制冷片的工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端如图2—1；由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端如图2—2。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定，以下三点是热电制冷的温差电效应。

图2—2半导体制热原理图
塞贝克效应
1822年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势：
ES=S△T （2—1）
式中：ES—为温差电动势
　　 S—为温差电动势率
　　 △T—为接点之间的温差
珀尔帖效应

1834年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来定。
　　Qл=л.I л=aTc （2—2）
式中：Qπ— 为放热或吸热功率
　　 π—为比例系数，称为珀尔帖系数
　　 I—为工作电流
　　 a—为温差电动势率
　　 Tc—为冷接点温度
汤姆逊效应
当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放
出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为：
　　Qτ=τ.I.△ （2—3）
式中：Qτ—为放热或吸热功率
　　 τ—为汤姆逊系数
　　 I—为工作电流
　　 △T—为温度梯度
以上的理论直到本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果，这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。
　　约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数，才达到相当水平，得到大规模的应用，也就是我们现在的半导体制冷片件。
2.1.3 半导体制冷材料
Ag(1-x)Cu(x)Ti Te、Bi－Sb合金和YBaCuO超导材料等曾经成为半导体制冷学者的研究对象，并通过实验证明可以成为较好的低温制冷材料。下面将分别介绍这几种热电性能较好的半导体制冷材料。
1)二元Bi2Te3－Sb2Te3和Bi2Te3－Bi2Se3固溶体
二元固溶体，无论是P型还是N型，晶格热导率均比Bi2Te3有较大降低，但N型材料的优值系数却提高很小，这可能是因为在Bi2Te3中引入Bi2Se3时，随着 Bi2Se3摩尔含量的不同呈现出两种不同的导电特性，势必会使两种特性都不会很强，通过合适的掺杂虽可以增强材料的导电特性，提高材料的优值系数，但归根结底还是应该在本题物质上有所突破。
2）三元Bi2Te3－Sb2Te3－Sb2Se3固溶体
　　Bi2Te3 和Sb2Te3是菱形晶体结构，Sb2Se3是斜方晶体结构，在除去大Sb2Se3浓度外的较宽组份范围内，他们可以形成三元固溶体。无掺杂时，此固溶体呈现P型导电特性，通过合适的掺杂，也可以转变为N型导电特性。在二元固溶体上添加Sb2Se3有两个优点：首先是提高了固溶体材料的禁带宽度。其次是可以进一步降低晶格热导率，因此Sb2Se3不论是晶体结构还是还是平均原子量，都与Bi2Te3 和Sb2Te3相差很大。当三元固溶体中Sb2Te3+5% Sb2Se3的总摩尔含量在55%～75%范围时，晶格热导率最低，约为0.8×10-2W/cm K，这个值要略低于二元时的最低值
0.9×10-2W/cm K。但是，添加Sb2Se3也会降低载流子的迁移率，将会降低优值系数，因此必须控制Sb2Se3的含量。
3）P型Ag(1-x)Cu(x)Ti Te材料
AgTi Te材料由于具有很低的热导率（k=0.3 W/cm K）,因此如能通过合适的掺杂提高其载流子迁移率μ和电导率σ，将有可能得到较高的优值系数Z。RMAyral-Marin等人通过实验研究，发现将AgTi Te和CuTi Te通过理想的配比形成固溶体，利用Cu原子替换掉部分Ag原子后，可以得到一种性能较好的P型半导体制冷材料Ag(1-x)Cu(x)Ti Te，其中x在0.3左右时，材料的热电性能最好。由此可见Ag(1-x)Cu(x)Ti Te的确是一种较好的P型半导体制冷材料。
4）N型Bi－Sb合金材料
无掺杂的Bi－Sb合金是目前20K到220K温度凡内优值系数最高的半导体制冷材料，其在富Bi区域内为N型，而当Sb含量超过75%时将转变为P型。在Bi的单晶体中引入Sb，没有改变晶体结构，也没有改变载流子（包括电子和空穴）浓度，但是拉大了导带和禁带之间的宽度。Sb的含量为0～5%时禁带宽度约为0eV，即导带和禁带相连，属于半金属；Sb含量在5%～40%时，禁带宽度值基本是在0.005eV左右，当Sb的含量在12%～15%时，达到最大，约为0.014eV，属于窄带本征半导体。由上文所述，禁带宽度的增加必将提高材料的温差电动势。80K到110K温度范围内，是Bi85Sb15的优值系数最高，高温时则是Bi92Te8最高。
根据上面的介绍可知,在50K到200K的温度范围内,性能最好的半导体制坑材料是n型Bi(100-x)Sbx合金，其中Sb的含量在8%～15%。在100K零磁场的情况下，Bi－Sb合金的最高优值系数可达到6.0×10-3K-1，而基于Bi、Te的p型固溶体材料在100K时的优值系数却低于2.0×10-3K-1并且随着温度的下降迅速减小。因此，必须寻找一种新的p型低温热电材料，以和n型Bi－Sb合金组成半导体制冷电对。利用高Tc氧化物超导体代替p型材料，作为被动式p型电臂（称为HTSC臂，即High Tc Supercon－ducting Legs）,理论上可以提高电队的优值系数，经过实验证可行。
　　即由n型热电材料和HTSC臂所组成的制冷电对的优值系数，将等于n型材料的优值系数。
　　Mosolov A B等人分别利用以SrTiO3座基地的YBaCuO超导薄膜和复合YBaCuO－Ag超导陶瓷片作为被动式HTSC臂材料，用Bi91Sb9合金作为n型材料，制成单级半导体制冷器。实验结果表明：利用YBaCuO超导薄膜制成的制冷器，热端温度维持在85K，零磁场时可达到9.5K的最大制冷温差，加上0.07T横向磁场时能达到14.4K;利用YBaCuO－Ag超导陶瓷片制成的单击制冷器，热端温度维持在77K时，相应的最
大制冷温差分别是11.4K和15.7K。从半导体制冷器最大制冷温差计算公式，可以反算出80Kzuoyou这种制冷电对的优值系数约为6.0×10-3K-1，可见这种电对组合是有着很好的应用潜力的。随着高Tc超导体材料的发展，这种制冷点队的热端温度将会逐渐提高，优值系数也将逐渐增大，比将获得跟广泛的应用。
2.2 热管散热研究
2.2.1 热管散热的发展历程
1963年，George M.Grover科学家第一个发明并且成功的制造出了热管。不过，通用汽车就早在1935年就申请了类似于这种元件的专利。直到20世纪的60年代，热管才普遍的受到人们的重视，逐渐成为一种提高传热效率的元件，热管受到了众多国家的重视。在这之前，热管的造价也是相当的昂贵。在20世纪80年代之前，热管的客户还是政府、卫星上的系统等等一些高端科技和重要部门的身上，所以，对于广大的电脑爱好者的消费者来说，买热管是属于比较奢侈的做法。但是，到了20世纪80年代，作为高端电子产品的散热设备，热管逐渐被市场接受。随着热管在这个大家的心目中普及，增长的需求降低大大降低了热管的制造成本。降低成本后的热管就使得散热设备的设计者们可以将热管应用于更多的产品中。到了近期的十多年，热管开始被用于大量的家用电器
2.2.2 热管散热原理
热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到类似冰箱压缩机制冷的效果。这种导管并不是普通的实心管，里面填充了特制的液态导热介质。具体的工作原理如图2—3：热管两端产生温差的时候，蒸发端的液体就会迅速气化，将热量带向冷凝端，速度非常快。两端温差越大，蒸发速度越大。在极端的情况下，蒸发速度可能可以接近音速。液体在冷凝端凝结液化以后，通过毛细作用，流回蒸发端。如此循环往复，不断地将热量带向温度低的一端。水--气之间的相变反应，使热管的热传导效率比普通的纯铜高数十倍，甚至上百倍。应用这种方式可以用极快的速度将热量从热管的底部导到热管的顶部。这种极佳的导热性能，可以使热量不会在发热部位堆积，而是均匀地散发到了散热器的各个散热翅片上，极大的提高了散热片的导热性能。

图2—3热管散热原理图
2.2.3 热管管芯的类型
管芯的构造型式大致可分为以下几类：
　　1）紧贴管壁的单层及多层网芯此类管芯
　　多层网的网层之间应尽量紧贴，网与管壁之间亦应贴合良好，网层数有l至4层或更多，各层网的目数可相同或不同．若网层多，则液体流通截面大，阻力小，但径向热阻大；用细网时毛细抽吸力大但流动阻力亦增加．如在近壁因数层用粗孔网，表面一层用细孔网，这样可由表面细孔网提供较大的毛细抽吸压力，通道内的粗孔网使流动阻力较小，但并不能改善径向热胆大的缺点．网芯式结构的管芯可得到较高的毛细力和较告的毛细提升高度，但因渗透率较低，液体回流阻力较大，热管的轴向传热能力受到限制．此外其径向热阻较大，工艺重复性差又不能适应管道弯曲的情况，故在细长热管中逐渐由其它管芯取代。
　　2）烧结粉末管芯
　　由一定目数的金属粉末烧结在管内壁面而形成与管壁一体的烧结粉末管芯，也有用金属丝网烧结在管内壁面上的管芯．此种管芯有较高的毛细抽吸力，并较大地改善了径向热阻，克服了网芯工艺重复性差的缺点，但因其渗透率较差，故轴向传热能力仍较轴向槽道管芯及干道式管芯的小。
　　3）轴向槽道式管芯
　　在管壳内壁开轴向细槽以提供毛细压头及液体回流通道，槽的截面形状可为矩形，梯形，圆形及变截面槽道，槽道式管芯虽然毛细压头较小，但液体流动阻力甚小，因此可达到较高的轴向传热能力，径向热阻较小，工艺重复性良好，可获得精确幼儿何参数，因而可较正确地计算毛细限，此种管子弯曲后性能基本不变。由于其抗重力工作能力极差，不适于倾斜(热端在上)工作。
　　4）组合管芯
一般管芯往往不能同时兼顾毛细抽吸力及渗透率，为了有高的毛细抽吸力，就要选用更细的网成金属粉末，但它仍的渗透率较差。组合多层网虽然在这方面有所提高，可是其径向热阻大。组合管芯能兼顾毛细力和渗透率，从而能获得高的轴向传热能力，而且大多数管芯的径向热阻甚小。它基本上把管芯分成两部分，一部分起毛细抽吸作用，另一部分起液体回流通道作用。

3 冷藏箱的箱体初步设计
3.1 冷藏箱绝热层厚度的设计计算
查<<制冷设计手册>>知我国北方地区的夏季平均气温为25-27℃，取环境温度为27℃；露点温度为23℃；相对湿度85%；一般的药品冷藏箱要求温度为2-8℃，取箱内最低温度为2℃。
本设计选用质轻的聚氨酯泡沫塑料作为隔热材料，外壳采用热阻较大，抗压能力强的ABS塑料最小厚度为1mm，为了使箱内温度均匀，箱体除门侧内壁外都贴1mm的铝板作为导冷板。其各项系数如下表3—1
表3—1材料参数表
材料 导热系数（w/m k） 密度kg/m3
ABS塑料 0.032 1000
聚氨酯 0.02 32
铝板 159 2610
为了使冷藏箱体积较小，所以在绝热层设计中应使绝热层厚度较小，但绝热层外侧温度不可在当地露点温度以下，因此根据公式：
б=（λ/а）*（tb-tw）/（tg-tb） （3—1）
其中б—隔热层厚度m；
λ—隔热层导热系数w/m k
а—空气对绝热层表面放热系数а=8.14w/㎡k
tb—隔热层外表面温度℃（取不低于当地露点温度，已知知北方地区露点温度为tL=23℃，则tb=tL+1~2=24℃。）
twa—箱内温度℃,twa=2℃。
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