Тепловые трубы – высокоэффективные проводники тепла

☺Тепловая труба (ТТ) – испарительно-конденсационное герметичное устройство с использованием капиллярных сил, служащее для передачи теплоты и работающее по замкнутому циклу ( ГОСТ 23073 – 78 ) – рис. 7.4.

Рис. 7.14 – Устройство тепловой трубы

Конструкция ТТ состоит из герметичного металлического корпуса (сталь, алюминий, медь), стенки которого выложены капиллярно–пористой структурой (КПС), которая необходима для того, чтобы ТТ могла работать в любом положении, при наличии или отсутствии гравитационных сил. КПС изготавливается из металлических и неметаллических сеток, стекло- и металловолокон, металлокерамических порошковых материалов и др. Капиллярная структура может быть выполнена также в виде канавок специальной формы на внутренней стенке ТТ.

В качестве рабочего вещества в ТТ обычно используют:

- в области отрицательных температур – фреоны, аммиак, сжиженные газы;

- в области умеренных положительных температур (до 250 °С) – воду, спирт, ацетон, эфир и др.

При работе в полости ТТ возникают два противоположно направленных потока: через свободное сечение канала из зоны испарения в зону конденсации движется поток пара; в противоположном направлении по КПС – поток конденсата. В стационарном режиме потоки пара и жидкости взаимно компенсируются и внутри ТТ создается замкнутый циркуляционный поток рабочего вещества.

Основная функция ТТ – высокоэффективная передача тепла. С помощью ТТ можно передавать сотни и даже тысячи ватт, т.к. скрытая теплота испарения характеризуется очень большими величинами (тысячами джоулей на грамм вещества). И если испарять массу жидкости со скоростью порядка нескольких граммов в секунду, то с паром будет переноситься тепловой поток, оцениваемый киловаттами или десятком киловатт.

Сравнительные возможности ТТ и медного стержня одинаковых размеров ( Æ 13 мм, = 600 мм ):

для Cu стержня: P_max = 5 Вт, Dt = 70 °C, R_T = 70 град / 5 Вт = 14 град / Вт;

для тепловой трубки: P_max = 200 Вт, Dt = 0, 5 град, R_Tэф = 0, 5 / 200 = 2,5× 10^-3 град / Вт.

Т. к. тепловые трубки могут работать при очень малых перепадах температур, то их длина не имеет большого значения, что позволяет отводить тепло от сильно нагретых элементов или ФЯ конструкции ЭС на значительные расстояния (см. рис. 7.15, РМ7.3).

Тепловые трубки используются не только для передачи тепла, но и для создания областей с равномерным температурным полем (чтобы, например, снизить механические напряжения), для термостабилизации отдельных компонентов и узлов и для др. целей.

Рис. 7.15 – Пример использования ТТ в системе охлаждения компьютера