□ 黄大可

热管是一种高效传热器件，其传热率是紫铜的281倍，热管利用热传导原理与相变介质的高效传热性，将热源的热量迅速传递到热源以外进行冷却，而冷却的能力主要取决于冷凝端的散热翅片的对流换热。依靠重力完成液态工质回流的热管称重力热管，又称两相闭式热虹吸管。

一款设计合理性能良好的热管散热器，主要包括：受热段也称蒸发器，由散热基板与热管结合而成；绝热段，即不吸热也不放热没有热量交换；以及放热段或冷凝器，由密集的散热翅片构成散热器。热管散热器分为风冷型和自冷型，使用中的结构和功能配置区别较大，这里重点介绍自冷型热管散热器。

为配合大功率电力半导体器件的工作，必须解决其耗散功率发热的有效散热问题，随着现代电力工业的发展，大型超大型发电励磁系统数千安培的强大出力，导致功率整流器的功率密度和热流密度也超高，按照传统设计只有强化风冷散热能力，又受到风冷系统运行可靠性、可维护性的制约，无奈只能增加冗余储备，反而更增加了故障率和维护工作量，甚至需要特别的环境保障系统辅助，更增加了系统的复杂性和运行维护成本，还与绿色节能环保的要求相悖，拉低了励磁系统的综合性能及能效比，特别是安全可靠性。

可以说传统强迫风冷散热方式遭遇到性能瓶颈和应用障碍，解决的思路就是另辟蹊径探索采用自然冷却散热，彻底摒弃强迫风冷的既有思路和设计模式，开创大功率条件下自冷散热的全新模式。实现励磁系统全自冷散热的必要条件：热源发热功耗的控制优化，即器件选型；高效自冷散热器的选配；整流器自冷散热的结构功能设计；系统整体的热平衡设计和成组配套等几个环节。其中，现代电力电子技术为我们提供了很大的器件选择范围，选择低功耗高出力的电力半导体器件已不成问题。而选择什么样的自冷型散热器就成为自冷散热方式成败的关键，传统铜铝材、铝型材散热器传热率较低并不适于自冷应用。可喜的是国产某自冷型重力热管散热器，专为平板型功率电子器件而开发，具有较高的传热率、较小的热阻（0.14～0.04 K/W），自冷条件下已达到中低端风冷散热器的水平（0.12～0.048 K/W），应用中还配备了“增强风冷”散热功能，为装置在异常工况下提供加倍的输出能力，增加了系统的应急后备容量，创新了系统双工运行模式，在不增加常态运行负担的同时全面提升系统应对复杂工况的可用性。

新型自冷热管散热器符合传热学原理的功能结构，整体均衡的消除瓶颈限制的轻量化设计，实现高效自然对流冷却，以及满足不同规格半导体器件电热性能的保障技术，可以在一定的参数范围内构成强迫风冷散热的升级替代方案，完全满足发电机励磁系统规模容量的需要，彻底颠覆传统强迫风冷散热的落后方式，取得了工程上可靠性、可监测性和可维护性等理想的应用效果。突出的自冷散热能力完全可以覆盖应用于大部分励磁功率输出，包括1000A～11000A的额定励磁电流范围，并同时满足1.1倍最大连续电流运行，以及N-1或N-2条件的要求。

以此高效热管散热器为基础，展开全自冷大功率整流器的研发设计，整合由器件到应用的关键技术，不但在元器件环节，也在装置结构、整体配置、环境协调和功能完善等方面全面优化。在国产大型发电机组励磁系统，实现完全自冷化的应用模式，是提升励磁系统性能品质，实现智能化、高可靠、高效率、免维护和绿色节能的中国方案，代表着新一代励磁系统的发展方向。更是促进行业技术进步、产业升级和整体超越，引领中国励磁高端制造和先进应用的关键核心技术。