Тепловые трубки

Тепловые трубки

Алюминиевый радиатор с тепловыми трубками

Тепловые трубки (англ. heat pipe) — элемент системы охлаждения, принцип работы которого основан на том, что в закрытых трубках из теплопроводящего металла (например, меди) находится легкоиспаряющаяся жидкость. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки и конденсируется на холодном, а затем снова перетекает на горячий конец.
Если трубка полая, то сконденсировавшаяся жидкость возвращается в зону испарения под действием силы тяжести. Иными словами, трубка будет работать только в вертикальном или близком к тому положении, когда зона конденсации выше зоны испарения. Внутри современных тепловых трубок находится наполнитель. Они работают практически в любом положении, поскольку для возврата жидкости в зону испарения используются капиллярные силы, а не сила тяжести. Капиллярный эффект, используемый в современных тепловых трубках, обусловлен возможностью конденсированной жидкости перемещаться по тонким капиллярам (порам) в любом направлении. Такой эффект наблюдается, если положить губку в лужу воды. Полость медной трубки наполняют различными материалами, фитилями, пористой керамикой и др.

Материалы и хладагенты для тепловых трубок выбираются в зависимости от условий применения: от жидкого гелия для сверхнизких температур до ртути для высокотемпературных применений. Однако большинство современных трубок используют аммиак или воду в качестве рабочей жидкости.

Применение

Основной принцип работы тепловых трубок с использованием гравитации (т.н. двухфазные термосифоны) датируется веком пара. Современные концепции, с использованием капиллярного эффекта в тепловых трубках предложены R.S. Gaugler из General Motors в 1942, который позднее запатентовал идею. Преимущества капиллярных систем были также независимо проработаны и продемонстрированы Джорджом Грувером (George Grover) из Los Alamos National Laboratory в 1963 и впоследствии в 1964 опубликованы в the Journal of Applied Physics. Сейчас широко используются в современных компьютерных системах, для охлаждения ЦПУ, чипсетов и т.п.

За рубежом применяются в солнечной энергетике, для повышения эффективности нагрева воды в солнечных коллекторах.

Ограничения

Имеют узкий эффективный диапазон использования. При превышении расчетной температуры вся охлаждающая жидкость может перейти в пар что приведет к катастрофическому снижению теплопроводности трубки (до 1/80)

См. также

• Эффект Пельтье
• Устройство тепловых трубок