Теплова труба
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.
Конструктивні особливості
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
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
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
Примітки
- Gaugler, Richard (1944). Heat Transfer Devices. Dayton, Ohio: U.S. Patent Office. p. 4. 2350348.
- Karen Freeman George M. Grover, 81, Inventor Of Popular Heat Transfer Device, November 03, 1996, New York Times.
- Одна не обсуждаемая особенность тепловых трубок. Архів оригіналу за 26 лютого 2013. Процитовано 21 лютого 2013.
Джерела
- 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.