Теплова труба

теплопередавальний пристрій системи охолодження
(Перенаправлено з Теплова трубка)

Теплова́ труба́ (англ. heat pipe) — теплопередавальний пристрій системи охолодження (нагрівання), принцип роботи якого ґрунтується на тому, що в закритих трубках з теплопровідного металу (наприклад, міді) знаходиться рідкий теплоносій. У частині теплової труби (у зоні нагріву, або випаровування), що зазнає теплового впливу, рідкий теплоносій випаровується з поглинанням теплоти, а в охолоджуваній частині теплової труби (у зоні охолоджування, або конденсації) пара, що перетікає із зони випаровування, конденсується з виділенням тепла, звідки переміщується назад до гарячого кінця.

Алюмінієвий радіатор з тепловими трубками
Будова теплової труби, де використано капілярний ефект
Переріз теплової трубки ноутбука

Конструктивні особливості

ред.

Теплові труби бувають двох видів: гладкостінні і з пористим покриттям зсередини. У гладкостінних трубках сконденсована рідина повертається в зону випаровування під дією виключно сили тяжіння — іншими словами, така трубка буде працювати лише в положенні, коли зона конденсації знаходиться вище від зони випаровування, а рідина має можливість стікати в зону випаровування. Теплові трубки з наповнювачем (ґнотом, керамікою тощо) можуть працювати практично в будь-якому положенні, оскільки рідина повертається в зону випаровування його порами під дією капілярних сил, а сила тяжіння у цьому процесі відіграє незначну роль.

Матеріали та холодоагенти для теплових трубок обираються залежно від умов застосування: від рідкого гелію для наднизьких температур до ртуті і навіть індію для високотемпературних застосувань. Однак більшість сучасних теплових труб як робочу рідину використовують аміак, воду, метанол та етанол.

Застосування

ред.
 
Системи охолодження на теплових трубках в ноутбуці
 
Теплова труба у сонячному колекторі

Ефективна теплопровідність теплової труби (відношення густини теплового потоку через теплову трубу до спаду температури на одиницю довжини труби) в десятки тисяч разів більша за теплопровідність Cu, Ag або Al, і досягає ~ 107 Вт / м К). Мала маса, висока надійність і автономність роботи теплової труби, велика ефективна теплопровідність, можливість використання її як пристрою термостатування зумовили застосування теплових труб в енергетиці, хімічній технології, космічній техніці, електроніці та ряді інших областей техніки.

Основний принцип роботи теплових труб з використанням гравітації (так звані двофазні термосифони) бере початок ще в епоху парових двигунів. Сучасні концепції з використанням капілярного ефекту в теплових трубах запропоновані Річардом Гауґлером (англ. R.S. Gaugler) з General Motors у 1942 році, який згодом і запатентував ідею[1]. Переваги капілярних систем були також незалежно використані й продемонстровані Джорджом Грувером (англ. George Grover) з Лос-Аламоської національної лабораторії у 1963 році і згодом опубліковані у Journal of Applied Physics[2].

Теплова труба знайшла широке використання в комп'ютерних системах, для охолодження процесорів, чипсетів тощо. Також теплові труби використовуються для охолодження у потужних світлодіодних лампах. В сонячній енергетиці теплові труби забезпечують підвищення ефективності нагрівання води в сонячних колекторах.

Обмеження

ред.

Теплові труби мають відносно вузький ефективний діапазон використання. Якщо буде перевищена розрахункова температура весь теплоносій може перейти в пару, що призведе до катастрофічного зниження теплопровідності трубки (до 1/80). І навпаки, за недостатньої температури рідина погано випаровується (тому на трубчастих кулерах процесор в режимі простою буде гарячішим, ніж на традиційних)[3].

Див. також

ред.

Примітки

ред.
  1. Gaugler, Richard (1944). Heat Transfer Devices [Архівовано 13 листопада 2015 у Wayback Machine.]. Dayton, Ohio: U.S. Patent Office. p. 4. 2350348.
  2. Karen Freeman George M. Grover, 81, Inventor Of Popular Heat Transfer Device [Архівовано 26 травня 2015 у Wayback Machine.], November 03, 1996, New York Times.
  3. Одна не обсуждаемая особенность тепловых трубок. Архів оригіналу за 26 лютого 2013. Процитовано 21 лютого 2013.

Джерела

ред.
  • Дан П. Д., Рей Д. А. Тепловые трубы. Пер. с англ. — М.: Энергия, 1979. — 272 с.
  • Чи С. Тепловые трубы: теория и практика. Пер. с англ. — М.: Машиностроение, 1981 — 207 с.

Посилання

ред.