Тепловая трубка

Алюминиевый радиатор с тепловыми трубками

Теплова́я тру́бка, теплотру́бка (англ. heat pipe) — элемент системы охлаждения, принцип работы которого основан на том, что в закрытых трубках из теплопроводящего металла (например, меди) находится легкокипящая жидкость. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки, поглощая теплоту испарения, и конденсируется на холодном, откуда перемещается обратно на горячий конец.

Тепловые трубки бывают двух видов: гладкостенные и с пористым покрытием изнутри. В гладкостенных трубках сконденсировавшаяся жидкость возвращается в зону испарения под действием исключительно силы тяжести — иными словами, такая трубка будет работать только в положении, когда зона конденсации находится выше зоны испарения, а жидкость имеет возможность стекать в зону испарения. Тепловые трубки с наполнителем (фитилями, керамикой и т. п.) могут работать практически в любом положении, поскольку жидкость возвращается в зону испарения по его порам под действием капиллярных сил, а сила тяжести в этом процессе играет незначительную роль.

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

Применение

Устройство тепловой трубки

Системы охлаждения на тепловых трубках в ноутбуке

Сечение тепловой трубки ноутбука

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 г. (патент US2448261A). Преимущества капиллярных систем были также независимо проработаны и продемонстрированы Джорджом Грувером (George Grover) из Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1963 году и впоследствии опубликованы в Journal of Applied Physics.

Сейчас широко используются в современных компьютерных системах, для охлаждения ЦПУ, чипсетов и т. п. в компьютерах и ноутбуках, являясь, наряду с испарительными камерами и СЖО, одним из наиболее эффективных методов теплопереноса от компактного источника тепла к радиатору с развитой поверхностью. Иногда также применяются в составе смартфонов для перераспределения тепла.

Также тепловые трубки используются в мощных светодиодных лампах. Широко применяются в космической технике.

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). И наоборот, при недостаточной температуре жидкость плохо испаряется.

См. также

• Эффект Пельтье

Ссылки

• Устройство тепловых трубок — CaseMods — сайт про моддинг ПК
• Тепловая трубка своими руками — 2 — overclockers.ru, 12.04.2004
• Устройство тепловых трубок, используемых в компьютерных кулерах — ModLabs.net, 09/11/2009
• Тепловые трубки и применение технологий на их основе для охлаждения узлов ПК — Сорокин А.Д, апрель 2008