TEC科普小课堂丨 热电制冷器的常见散热方式有哪些?

发布于: 2025-05-09 08:16

欢迎来到TEC科普小课堂!本期小将为大家介绍热电制冷器(TEC)的几种常见散热方式。

为什么热电制冷器需要散热?

也许你会好奇,热电制冷器不是用来降温的吗?为什么需要散热呢?这和它的应用原理密切相关:热电制冷器通过帕尔帖效应(Peltier Effect)转移热量,当电流通过两种不同导体的交界处时,会产生热量的吸收或释放。制冷片一侧变冷,另一侧发热。为了保证制冷效果,必须让热侧热量得到有效散发,否则热量积聚会影响制冷效率,甚至损坏设备。因此,在热设计的开发流程中,我们首先需要确认产品的散热方案,以便在开发初期预留相应的设计空间。

 

常见散热方式分类及介绍

根据散热介质不同,热电制冷器的散热方式可分为空气对流散热、水冷散热和相变材料散热,下面一起来看看这三种散热方式的主要特点。

1.空气对流散热

空气对流散热是一种利用空气流动带走热量的散热方式。它把散热片作为热交换部件,先将发热部件(如电子元件)产生的热量传导到散热片表面,再通过与周围空气的温差以及空气对流作用,将热量传递到空气中,从而降低发热部件的温度。它的散热效果取决于三个因素:

①散热片的热传导性能

散热片的热传导性能越强,就越能快速搬运热源热量,使其与空气充分接触;

②空气流动速度

由于高空气流速能增强散热效果,我们通常会在系统中加入风扇,通过加大空气流速提升热量散发速度;

③空气自身温度

空气对流散热和空气自身温度息息相关。空气温度低时,散热效果较好;空气温度高时,散热效果就会变差。

由此我们得知,空气对流散热系统在成本、可靠性和安装条件上具有很大优势,但它的散热效果过于依赖外界环境,尤其在高功率场景下散热效率较低。因此空气对流散热更适用于中低功率设备,针对高功率及其他特定场景,建议选择更稳定、高效的散热方式。

 

2.水冷散热

水冷散热是一种利用液体作为热传导媒介,通过循环系统带走设备内部热量的散热方式。水冷散热的散热效率较高,一般是空气对流散热的2-5倍,适用于高功率设备或是对空间尺寸要求严格的应用场景(如机械运动部件等)。但水冷散热需要用到水泵、长水管以及电源等配件,操作步骤和后续维护更为繁琐,因此它的应用存在一定局限性。

目前市面上的许多水冷散热器集成了风扇组件,通过水冷与风冷结合的方式实现高效散热。

 

3.相变材料散热:

相变材料指的是通过物理相变(气态↔液态或固态↔液态或固态↔气态)吸收或释放大量潜热的物质。而相变材料散热则是通过相变过程中材料吸收/释放热量来调节温度的一种散热方式,它具备以下优势:

高储能密度:相变材料的单位体积潜热储存能力远超显热材料(如金属)。

温度稳定:由于相变材料在熔化或凝固过程中保持温度恒定,能有效防止设备因温度急剧变化而受损,确保运行稳定性。

节能环保:该技术不需要额外的能量输入维持功能,从而降低了系统的总能耗,符合节能环保的要求。

灵活适配:通过调整相变材料配方,能够满足不同温度需求的场景。

 

热管散热是相变材料散热中最具代表性的高效散热方式,尤其适用于需要快速降温的场景。热管散热器由热管、散热片、风扇等部件组成。其中,热管由中空封闭的金属管体构成,包含液态介质、管芯和管壳三部分。管壳内壁上粘附着毛细结构的管芯,管芯上浸湿着液态介质。热管散热实质是利用管内液态介质的汽化、液化和循环流动达到传递热量的目的。它融合了热管导热和空气对流散热的优势,具有轻量化、高散热效率、低噪音等优势特性,也因此被广泛应用于计算机、工业、医疗、车用及航空航天等领域,成为高性能设备的理想散热选择。

 

通过今天的课程,我们了解了热电制冷器的几种常见散热方式。在实际应用中,请大家根据具体项目需求选择合理的散热方案,充分发挥热电制冷器的性能优势。

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