Общие сведения по тепловым трубам

В радиоэлектронной промышленности, компьютерной технике и в космонавтике широко используются теплообменные аппараты на основе тепловой трубы. Впервые идея тепловой трубы была предложена американским инженером Гоглером в 1942 году. Однако только американец Гровер в 1963 году запатентовал ее и поэтому к настоящему времени созданы тысячи модификаций тепловых труб.

Рисунок 4.1 – Принципиальная схема тепловых труб

а) фитильная тепловая труба;

б) термосифон;

в) центробежная тепловая труба.

Тепловая труба представляет собой устройство, обладающее очень высокой теплопередающей способностью. Ее эквивалентный коэффициент теплопроводности в сотни раз больше, чем у меди и у серебра. Конструктивно тепловая труба представляет собой герметичный сосуд чаще всего цилиндрическую трубу, заполненной жидкостью – теплоноситель. Высокая теплопередающая способность достигается за счет того, что в тепловой трубе осуществляется конвективный перенос теплоты, сопровождаемый фазовыми переходами (испарением и конденсацией теплоносителя). При подводе теплоты к одному концу жидкость нагревается, закипает и превращается в пар. При этом она поглощает от греющего теплоносителя скрытую теплоту парообразования, которая переносится паром к другому холодному концу трубы, где пар конденсируется и отдает поглощенную теплоту холодному или нагреваемому теплоносителю. Сконденсировавшаяся жидкость обратно возвращается в зону испарения одним из трех способов:

а) под действием капиллярных сил по фитилю, такие трубы называются фитильные, именно это и называется тепловая труба;

б) под действием сил тяжести (гравитационных сил). Вертикальная либо наклонная труба, такая труба называется термосифоном;

в) под действием центробежных сил. Возврат конденсата за счет центробежных сил. Толщина пленки конденсата в зоне конденсации больше, чем в зоне испарения. На этом принципе основан принцип охлаждения валов крупных электродвигателей, полых турбин.

Термосифоны могут работать только в зоне земного всемирного тяготения, а тепловые трубы могут работать в космосе.

Основные достигнутые характеристики современных тепловых труб:

1. Рабочий диапазон температур от 4 до 2300 К;

2. Скорость передачи теплоты – звуковой предел;

3. Мощность теплоотдачи до 20 кВт/см²;

4. Ресурс работы до 20 000 часов;

В зависимости от интервала используются следующие теплоносители:

Тепловые трубы широко используются для охлаждения центрального графического процесса, блока питания, микросхем и т. д., персональных компьютеров, т.е. в кулерах. Например, в ПК кулер имеет вид: