Войти
Система тепловых трубок портативного компьютера A тепловая трубка - это устройство теплопередачи, которое сочетает в себе принципы теплопроводности и фазового перехода для эффективного переноса тепла между двумя твердыми границами раздела.
На горячей границе тепловых труб жидкость при контакте с теплопроводной твердой поверхность превращается в пар, поглощая тепло от этой поверхности. Затем пар тепловая теплообменная труба к холодной границе раздела и конденсируется обратно в жидкость, выделяя скрытое тепло. Затем жидкость возвращается к границе раздела либо посредством капиллярного действия, центробежной силы, либо силы тяжести, и цикл повторяется. Благодаря очень высоким коэффициентам теплопередачи для тепловые трубы и конденсации тепловые трубы являются высокоэффективными проводниками тепла. Эффективная теплопроводность зависит от длины трубы и может приближаться к 100 кВт / (м⋅К) для длинных тепловых труб по сравнению с примерно 0,4 кВт / (м⋅К) для меди.
Схема, показывающая компоненты и механизм Тепловые трубы, данный фитиль. 
Эта анимация тонкой плоской тепловой трубы (теплораспределителя) высотой 100 мм на 100 мм на 10 мм была создана с использованием анализа CFD с высоким разрешением и показывает траектории потока с контурами температуры, спрогнозировано с использованием пакета анализа CFD. 
Тепловая анимация конструкции теплоотвода паровой камеры (теплораспределителя) 120 мм была создана с использованием анализа CFD с высоким разрешением и показывает контур поверхности радиатора и траектории потока жидкости предсказано с помощью пакета анализа CFD. 
Поперечное сечение тепловой трубки для охлаждения ЦП портативного компьютера. Шкала линейки в миллиметрах. 
Вид в разрезе плоской трубы толщиной 500 мкм 
Тонкая тепловая трубка (радиатор) с удаленным радиатором и вентилятором Типичная тепловая труба из герметичной трубы или трубки, изготовленной из материала, совместимого с рабочей жидкостью, такого как медь для водяных тепловых трубок или алюминий для аммиачных тепловых трубок. Обычно для удаления воздуха из тепловой трубки используется вакуумный насос. Тепловая трубка частично заполняется рабочей жидкостью, а затем герметируется. Масса рабочего тела выбирается так, чтобы тепловая трубка содержала как пар, так и жидкость в диапазоне рабочих температур.
Ниже рабочей температуры жидкость слишком холодная и не может испаряться в газ. Выше рабочей температуры вся жидкость превращается в газ, температура окружающей среды слишком высока для конденсации любого газа. Теплопроводность все еще возможна через тепловые трубы, но при значительно меньшей скорости теплопередачи. Более того, для заданного подводимого также необходимо, чтобы достигнута минимальная температура рабочей жидкости, дополнительное увеличение коэффициента теплопередачи от предварительной конструкции скорее замедляло работу тепловой трубы. Это явление противоречит здравому смыслу в том смысле, что, если система тепловых труб обеспечивает вентилятор, тепловая трубка может выйти из строя и снизить систему управления температурой. Таким образом, рабочая температура и максимальная теплопроводность тепловых трубок (ограниченная их капиллярной структурой) связаны.
Рабочие жидкости выбираются в соответствии с температурами, при которых должна работать тепловая трубка, с примерами от жидкий гелий для экстремально низких температур (2–4 K ) до ртути (523–923 K), натрия (873–1473 K) и даже индия (2000–3000 K) для экстремально высоких температур. В подавляющем большинстве тепловых трубок для применения при комнатной температуре используется аммиак (213–373 K), спирт (метанол (283–403 K) или этанол (273–403 K) или вода (298–573 K) в качестве рабочего тела. Тепловые трубы медь / вода имеют медную оболочку, используют воду в качестве рабочего тела и обычно работают в диапазоне температур от 20 до 150 ° C.Водяные тепловые трубы иногда заполняются частным заполнением водой, пока она не вытесняет воздух, а герметизируются, пока она горячая.
Для теплопередачи тепла, он горячая. Насыщенная жидкость испаряется и перемещается в конденсатор, где она охлаждается и снова превращается в насыщенную жидкость. оказывающего капиллярное действие на жидкую фазу рабо чей жидкости. Фитилиевые структуры, используемые в тепловых трубках, включают спеченный металлический порошок, сетку и рифленые фитили, которые имеют ряды канавок, параллельных осей труб. Когда конденсатор над испарителем в гравитационном поле, сила тяжести может вернуть жидкость. В данном случае тепловая трубка - это термосифон. Наконец, вращающиеся тепловые трубки используют центробежные силы для возврата жидкости из конденсатора в испаритель.
Тепловые трубы не содержат механических движущихся частей и обычно не требуют обслуживания, хотя неконденсирующиеся газы, которые диффундируют через стенки трубы в результате разрушения рабочей жидкости или присутствующих в материале примесей, в конечном итоге уменьшают эффективность тепловых трубок при передаче тепла.
Преимущество тепловых трубок перед другими механизмами рассеивания тепла заключается в их высокой эффективности в передаче тепла. Труба диаметром один дюйм и длиной два фута может 3,7 кВт (12 500 БТЕ в час) при 1800 ° F (980 ° C) с перепадом всего 18 ° F (10 ° C) от конца до конца. тепловой поток более 23 кВт / см², что примерно в четыре раза больше теплового потока через поверхность солнца.
Тепловые трубки оболочку, фитиль и рабочую жидкость. Тепловые трубки должны быть совместимы с рабочей жидкостью. Некоторые пары материал / рабочая жидкость, которые кажутся совместимыми, несовместимы. Например, вода в алюминиевой оболочке будет выделять большое количество неконденсируемого газа в течение нескольких часов или дней, препятствует нормальной работе тепловой трубы.
тепловые трубы были открыты заново в 1963 году. Некоторые из установленных совместимых пар оболочка / жидкость. При испытании на срок службы тепловых трубок тепловые трубки эксплуатируются в течение длительных периодов времени и контролируются на предмет таких проблем, как образование неконденсируемого газа, транспортировка материала и коррозия.
Наиболее часто используемая оболочка (и фитиль) Пары / жидкость включает:
Другие пары включают оболочки из нержавеющей стали с азотом, кислородом, неоном, водородом или гелием для рабочих жидкостей при температурах ниже 100 К, тепловые трубки медь / метанол для охлаждения электроники, когда тепловая трубка должна работать ниже уровня воды, алюминий / этановые тепловые трубы для управления температурой космических аппаратов в условиях, когда аммиак может замерзнуть, и оболочка из тугоплавкого металла / литиевая рабочая жидкость для высокотемпературных (выше 1050 ° C (1920 ° F)) применений.
Стандартные, обычные с тепловыми трубками с теплопроводностью (CCHP), ряд других типов тепловых труб, в том числе:
Тонкий план Тепловые трубы ar (теплоотводы ) имеют те же основные компоненты, что и трубчатые тепловые трубы: герметично закрытый полый сосуд, рабочая жидкость и замкнутая система капиллярной рециркуляции. Кроме того, в паровой камере обычно используется внутренняя опорная конструкция или ряд стоек, чтобы выдерживать давление зажима, иногда 90 фунтов на квадратный дюйм. Это помогает предотвратить обрушение плоских верха и низа при приложении давления.
Есть основные два применения паровых камер. Во-первых, они используются, когда большие мощности и тепловые потоки прикладываются к относительно небольшому испарителю. Подвод тепла к испарителю испаряет жидкость, которая в двухх измерения течет к поверхностям конденсатора. После того, как пар конденсируется на поверхностях конденсатора, капиллярные силы в фитиле возвращают конденсат в испаритель. Обратите внимание, что большинство паровых камер нечувствительны к силе тяжести и все равно будут работать в перевернутом положении, когда испаритель находится над конденсатором. В этом случае паровая камера работает как преобразователь теплового потока, охлаждая тепловой поток от электронного потока или лазерный диода и преобразуя его в более низкий тепловой поток, который может быть удален естественной или принудительной конвекцией. Благодаря специальным фитилям испеля паровые камеры могут отводить 2000 Вт на 4 см или 700 Вт на 1 см.
Еще одно важное применение паровых камер - охлаждение игровых ноутбуков. Паровые камеры предоставляют собой более плоский и более двумерный способ отвода тепла, более изящные игровые ноутбуки получают от них огромную выгоду по сравнению с традиционными тепловыми трубками. Например, охлаждение паровой камеры в Legion 7i от Lenovo было самым уникальным аргументом в пользу продажи (хотя его неправильно рекламировали все модели, имеющие паровые камеры, хотя на самом деле только некоторые из них).
Во-вторых, по сравнению с однойерной трубной трубой, тепловая ширина двумерной тепловой трубки обеспечивает адекватное поперечное сечение для теплового потока даже с очень тонким трубой. Эти тонкие плоские тепловые трубки находят свое применение в «чувствительных к высоте» приложений, таких как ноутбуки и ядра печатных плат для поверхностного монтажа. Возможно производство плоских тепловых трубок толщиной до 1,0 мм (немного толще, чем 0,76 мм кредитная карта ).
Стандартные тепловые трубки вместо устройства с постоянной В этих тепловых трубках температура падает линейно, как мощность или температура конденсатора снижается. Тепловые трубки с переменной проводимостью (VCHP) используются для пассивного поддержания температуры электроника охлаждается по мере изменения условий питания и стока.
Тепловые трубки с низкой температурой. проводимостью имеют два дополнения по сравнению со стандартной тепловой трубкой: 1. резервуар и 2. неконденсируемый газ (NCG), добавляемый к теплу. т труба, помимо рабочей жидкости; см. картинку в разделе космических аппаратов ниже. Этот неконденсирующийся газ обычно представляет собой аргон для стандартных тепловых трубок с электрической проводимостью и гелий для термосифонов. Когда тепловая трубка не работает, неконденсирующийся газ и пар рабочей жидкости смешиваются в паровом тепловом пространстве трубки. Когда работает тепловая труба с трубной проводимостью, неконденсирующийся газ уносится к концу конденсатора тепловой трубы потоком паров рабочей жидкости. Большая часть неконденсируемого газа находится в резервуаре, а остаток блокирует часть конденсатора Тепловая труба. Тепловая трубка с электрической проводимостью за счет изменения мощности конденсатора. При повышении мощности или радиатора температура и давление пара в тепловой трубке увеличиваются. Повышенное давление пара заставляет больше неконденсируемого газа попадать в резервуар, увеличивая активную длину конденсатора и проводимость тепловой трубы. И наоборот, когда мощность или температура теплоотвода снижается, температура и давление пара в тепловой трубе уменьшается, и неконденсирующийся газ расширяется, уменьшается активная длина конденсатора и проводимость тепловой трубы. Добавление небольшого нагревателя на резервуар, мощность которого регулируется температурой испарителя, позволяет регулировать температуру примерно на ± 1-2 ° C. В одном примере температура испарителя поддерживалась в контрольном диапазоне ± 1,65 ° C, мощность варьировалась от 72 до 150 Вт, а температура радиатора пытаировалась от +15 ° C до -65 ° C.
Тепловые трубки с регулируемым давлением (PCHP) друг за друга, когда более жесткий контроль температуры. В тепловой трубе с регулируемым давлением температура испарителя используется для объема резервуара неконденсируемого газа в тепловой трубе. В тепловых трубках с регулируемым давлением используется контроль температуры в милликельвинах.
Обычные тепловые трубки передают тепло в любом направлении, от более горячего конца тепловые трубки к более холодному. Несколько различных тепловых трубок как тепловой диод, передавая тепло в одном направлении, а в другом - как изолятор:
Диод-улавливатели паров изготавливаются аналогичным образом к тепловой энергии с помощью проводимости с резервуаром для газа на конце конденсатора. Во время изготовления тепловая труба заполняется рабочей жидкостью и контролируемым контролируемым неконденсируемым газом (NCG). Во время нормальной работы поток паров рабочей жидкости из испарителя в конденсатор сдувает неконденсирующийся газ в резервуар, где он не мешает нормальной работе тепловой трубы. Когда номинальный конденсатор нагревается, поток пара идет от номинального конденсатора к номинальному испарителю. Неконденсирующийся газ увлекается вместе с текущим паром, полностью блокируя номинальный испаритель и значительно увеличивая тепловое сопротивление тепловой трубы. В общем, имеется некоторая передача тепла к номинальному адиабатическому участку. Затем тепло передается через стенки тепловых трубок в испаритель. В одном примере диод улавливателя пара передает 95 Вт в прямом направлении и только 4,3 Вт в обратном направлении.
Диод-уловитель жидкости имеет опасный резервуар на конце испарителя тепловой трубы с отдельный фитиль, который не сообщается с фитилем в оставшейся части тепловой трубки. Во время нормальной работы испаритель и резервуар нагреваются. Пар поступает в конденсатор, а жидкость возвращается в испаритель за счет капиллярных сил в фитиле. Резервуар со временем высыхает, так как нет способа возврата жидкости. Когда номинальный конденсатор нагревается, жидкость конденсируется в испарителе и резервуаре. Хотя жидкость может вернуться в номинальный конденсатор из номинального испарителя, жидкость в резервуаре улавливается, поскольку фитиль резервуара не подсоединен. В конце концов вся жидкость оказывается в резервуаре, и тепловая трубка прекращает работу.
В большинстве тепловых трубок используется фитиль для возврата жидкости из конденсатора в испаритель, что позволяет тепловой трубке работать в любом положении. Жидкость всасывается обратно в испаритель за счет капиллярного действия, подобно тому, как губка всасывает воду, когда край соприкасается с лужей воды. Однако максимальная неблагоприятная высота (испаритель над конденсатором) относительно невелика, порядка 25 см в длину для типичной водяной тепловой трубы.
Однако, если испаритель расположен ниже конденсатора, жидкость может стекать обратно под действием силы тяжести, вместо того, чтобы использовать фитиль, и расстояние между ними может быть намного больше. Такая гравитационная тепловая трубка известна как термосифон.
. В термосифоне жидкая рабочая жидкость испаряется за счет тепла, подводимого к испарителю в нижней части тепловой трубки. Пар поступает в конденсатор в верхней части тепловой трубы, где он конденсируется. Затем жидкость стекает обратно на дно тепловой трубки под действием силы тяжести, и цикл повторяется. Термосифоны - это диодные тепловые трубки; когда тепло подводится к концу конденсатора, конденсат отсутствует, и, следовательно, нет возможности образовывать пар и передавать тепло испарителю.
В то время как длина типичной наземной водяной тепловой трубы составляет менее 30 см, термосифоны часто имеют длину несколько метров. Как обсуждается ниже, термосифоны, используемые для охлаждения трубопровода на Аляске, имели длину примерно от 11 до 12 м. Еще более длинные термосифоны были предложены для извлечения геотермальной энергии. Например, Storch et al. изготовили пропановый термосифон с внутренним диаметром 53 мм и длиной 92 м, который переносил примерно 6 кВт тепла.
A контурная тепловая трубка (LHP) - это пассивное двухфазное передающее устройство, относящееся к тепловая труба. Он может передавать более высокую мощность на большие расстояния за счет параллельного потока жидкости и пара, в отличие от противоточного потока в тепловой трубе. Это позволяет использовать фитиль в тепловой трубе контура только в испарителе и компенсационной камере. Микроконтурные тепловые трубки были разработаны и успешно используются в широком спектре приложений как на земле, так и в космосе.
Колеблющаяся тепловая трубка, также известная как пульсирующая тепловая трубка, лишь частично заполнена жидкойрабочей жидкостью. Труба используется в виде змеевика, в котором чередуются свободно движущиеся сегменты жидкости и пара. В рабочем теле проходят колебания; труба остается неподвижной.
Тепловые трубы используют фазовый переход для передачи энергии от одной точки к другой за счет испарения и конденсация рабочей жидкости или охлаждающая жидкость. Тепловые трубы зависят от разницы температуры между концами трубы и не могут снизить температуру до конца ниже температуры окружающей среды (следовательно, они стремятся уравнять температуру внутри трубы).
Когда один конец тепловой трубы нагревается, рабочая жидкость внутри трубы на этом испаряется и увеличивает давление пара внутри полости тепловой трубы. Скрытая теплота парообразования, поглощаемая рабочей жидкостью, снижает температуру на горячем конце трубы.
Давление пара над горячей жидкой рабочей жидкостью на горячем конце трубы выше, чем равновесное давление пара над конденсирующейся рабочей жидкостью на более холодном конце трубы, и эта разница давлений вызывает образование большой массы переход к конденсационному концу, где избыточный пар конденсируется, выделяет скрытое тепло и нагревает холодный конец трубы. Неконденсирующиеся газы (например, из-за загрязнения) препятствуют эффективности потока газа и снижают эффективность тепловых труб, особенно при низких температурах, где давление пара низкое. Скорость молекулы в газе соответствует скорости звука, и в отсутствие неконденсирующихся газов (т. Е. Если присутствует только газовая фаза) это верхний предел скорости, с которым они могут перемещаться в тепловой трубе.. На практике скорость пара через тепловую трубу ограничена скоростью конденсации на холодном конце и намного ниже молекулярной скорости. Примечание / пояснение: скорость конденсации очень близка к коэффициенту прилипания, умноженному на скорость молекулы, умноженную на плотность газа, если поверхность конденсации очень холодная. Однако, если температура поверхности близка к температуре газа, испарение, вызванное конечной температурой поверхности, в степени нейтрализует этот тепловой поток. Если разница температур несколько десятков градусов, испарение с поверхности обычно незначительно, что можно оценить по кривым давления пара. В большинстве случаев очень эффективный перенос тепла через газ очень сложно поддерживать такую значительную разницу температур между газом и поверхностью конденсации. Более, эта разница температур, конечно, сама по себе соответствует большому эффективному термическому сопротивлению. Узкое место у источника тепла бывает менее серьезным, так как плотность газа там выше, чем выше более высоким максимальным тепловым потокам.
Сконденсированная рабочая жидкость течет обратно к горячему концу трубы. В случае вертикально ориентированных тепловых трубок жидкость может перемещаться под силой тяжести. В случае тепловых трубок, фитили, жидкость возвращается за счет капиллярного действия.
. При изготовлении тепловых трубок нет необходимости создавать вакуум в трубке. Просто кипятят рабочую жидкость в тепловой трубе до тех пор, пока образся пар не выдувает неконденсирующиеся газы из трубы, а затем герметизируют конец.
Интересным своим тепловыми трубками диапазон температур, в котором они эффективны. Первоначально можно предположить, что водяная тепловая трубка работает только при горячем конце точки (100 ° C, 212 ° F, при нормальном атмосферном давлении) и пар передается на холодный конец. Однако температура кипения воды зависит от абсолютного давления внутри трубы. В откачанной трубе вода испаряется от ее тройной точки (0,01 ° C, 32 ° F) до критической точки (374 ° C; 705 ° F), пока тепловая трубка содержит как жидкость, так и пар. Таким образом, тепловая трубка может работать при температуре горячего конца чуть выше точки плавления рабочей жидкости, хотя максимальная скорость теплопередачи низкая при температурех 25 ° C (77 ° F). Точно так же тепловая трубка с водой в качестве рабочего тела может работать при температуре выше температуры кипения при атмосферном давлении (100 ° C, 212 ° F). Максимальная температура для долгосрочных водяных тепловых труб составляет 270 ° C (518 ° F), а тепловые трубки работают до 300 ° C (572 ° F) для краткосрочных испытаний.
Основная причина эффективности тепловых трубок происходит испарение и конденсация рабочего тела. теплота парообразования Большая удельную теплоемкость. Для повышения температуры той же грамма воды на 1 ° C необходима энергия, необходимая для испарения одного грамма воды, в 540 раз большое количество энергии, необходимое для повышения температуры той же грамма воды на 1 ° C. Практически вся энергия быстро передается «холодному» концу, когда жидкость там конденсируется, что создает очень эффективную теплопередачи без движущихся частей.
Общая процедура трубки, работающие под силой тяжести, обычно классифицируемые как двухфазные термосифоны, восходят к эпохе пара и Энджер Марч Перкинс и его сын Лофтус Перкинс и "трубка Перкинса", которые нашли широкое применение в паровозных котлах и рабочих печах. Капиллярные тепловые трубки были впервые предложены Р. С. Гоглером из General Motors в 1942 году, который запатентовал эту идею, но не стал ее вдохновл.
Джордж Гровер независимо разработал капиллярные тепловые трубки в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в 1963 году, при этом в его патенте того года впервые был использован термин «тепловая трубка». «Изобретателем тепловой трубы». Он записал в своей записной книжке:
Такая замкнутая система, не требующая внешних насосов, может представлять особый интерес в космических реакторах при передаче тепла от активной зоны реактора к излучающей системе. Отсутствие силы тяжести силы должно быть только такими, чтобы преодолевать капилляр и сопротивление возвращающегося пара через его каналы.
Предложение Гровера было поддержано НАСА, которое сыграло большую роль в разработке тепловых трубок в 1960-х годах, особенно в отношении приложений и надежности в космических полетах. Это было понятно, учитывая малый вес, тепловой поток и нулевое энергопотребление тепловых трубок, а также то, что на них не повлияет работа в условиях невесомости.
Первым применением тепловых трубок в космической программе было тепловое уравновешивание спутниковых транспондеров. Когда спутники движутся по орбите, одна сторона подвергается прямому воздействию солнечного излучения, а противоположная сторона полностью и подвергается глубокому холоду космического пространства. Это вызывает серьезные расхождения в температуре (и, следовательно, надежность и точность) транспондеров. Система охлаждения с тепловыми трубками, для цели, справлялась с высокими тепловыми потоками и демонстрировала безупречную работу как под действием силы тяжести, так и без нее. Разработанная система охлаждения была первым применением тепловых трубок с включенной проводимостью для регулирования теплового потока или температуры испарителя.
НАСА провело испытания тепловых трубок, предназначенных для экстремальных условий, при этом в некоторых из них в качестве рабочей жидкости используется жидкий металлический натрий. В настоящее время для охлаждения спутниковой связи используются другие формы тепловых трубок. В публикациях 1967 и 1968 годов Фельдмана, Истмана и Кацоффа впервые обсуждаются применения тепловых трубок для более широкого использования, например, для кондиционирования воздуха, охлаждения двигателя и охлаждения электроники. В этих целях также впервые появились гибкие, артериальные и плоские тепловые трубки. Публикации 1969 г. Представили концепцию тепловой трубы с ее применением для охлаждения лопаток турбин и первые обсуждения применения тепловых трубок для криогенных процессов.
Начало с 1980-х годов Sony начала тепловых трубок в схемах охлаждения для некоторых коммерческих электронных продуктов вместо радиаторов с принудительной конвекцией и пассивных ребристых радиаторов. Первоначально они использовались в приемниках и усилителях, а вскоре распространились и на другие приложения в электронике с большим тепловым потоком.
В конце 1990-х годов микрокомпьютерные процессоры с более высоким тепловым потоком стимулировали трехкратное увеличение количества патентных заявок на тепловые трубы в США. Тепловые превратились из специального промышленного компонента теплопередачи в потребительский товар, большая часть разработок и производства переместились из США в Азию.
Современные тепловые трубки ЦП обычно изготавливаются из меди и используют воду в качестве рабочей жидкости. Они распространены во многих устройств бытовой электроники, таких как настольные компьютеры, ноутбуки, планшеты и смартфоны высокого класса.
Тепловые трубки на космическом корабле обычно используют в качестве оболочки алюминиево-аммиачный профиль с канавками. 
Типичный алюминиево-аммиачный ВЧП с канавками для управления тепловым режимом космического корабля с секцией испарителя на дно и резервуар неконденсируемого газа чуть ниже клапана Система терморегулирования космического корабля имеет функцию поддержки всех компонентов космического корабля в допустимом диапазон температур. Это осложняется причинами:
Некоторые космические аппараты рассчитаны на срок службы 20 лет, поэтому желательна передача тепла без электроэнергии или движущихся частей. Отказ от тепла тепловым излучением означает, что требуются большие радиаторные панели (несколько квадратных метров). Тепловые трубки и петлевые тепловые трубки широко используются в космических аппаратах, поскольку для их работы не требуется никакой энергии, они работают почти изотермически и переносят тепло на большие расстояния.
Рифленые фитили используются в тепловых трубках космических аппаратов, как показано на первой фотографии в этом разделе. Тепловые трубы производятся путем прессования алюминия и обычно встроенный фланец для увеличения площади теплопередачи, что снижает перепад температуры. Рифленые фитили используются в космических кораблях вместо экрана или спеченных фитилей, используются для наземных тепловых труб, поскольку тепловые трубки не должны работать против силы тяжести в. Это позволяет тепловым трубам космического корабля длиной несколько метров, в отличие от максимальной длины водяной тепловой трубы, работающей на Земле, 25 см. Аммиак - наиболее распространенная рабочая жидкость для тепловых труб космических аппаратов. Этан используется, когда тепловая трубка должна работать при температуре ниже температуры замерзания аммиака.
На втором рисунке типичная желобчатая тепловая трубка из алюминия / аммиака с электрической проводимостью (VCHP) для управления температурой корабля. Тепловая трубка представляет собой алюминиевый профиль, аналогичный показанному на первом рисунке. Нижняя часть фланца - испаритель. Фланец над испарителем вырезается, чтобы можно было изгибать адиабатический участок. Конденсатор показан над адиабатическим разрезом. Резервуар неконденсируемого газа (НКГ) расположен над основной тепловой трубой. Клапан снимается после заполнения и герметизации тепловой трубки. Когда на резервуаре используются электрические нагреватели, температуру испарителя можно регулировать в пределах ± 2 K от заданного значения.
A радиатор (алюминий) с тепловыми трубками (медь) 
Типичная конфигурация тепловых трубок в потребительском портативном компьютере. Тепловые трубки отводят отработанное тепло от процессора, графического процессора и регуляторов напряжения, передавая его на радиатор, соединенный с охлаждающим вентилятором, который действует как теплообменник жидкость-жидкость. Тепловые трубки начали использоваться в компьютерных системах в конце 1990-х, когда возросшие требования к мощности и последующее увеличение тепловыделения привели к повышению требований к системам охлаждения. В настоящее время они широко используются во многих современных компьютерных системах, как правило, для отвода тепла от таких компонентов, как CPU и GPU, к радиаторам, где тепловая энергия может рассеиваться в окружающую среду.
Тепловые трубы также широко используются в гелиотермических приложениях для нагрева воды в сочетании с системами солнечных коллекторов с вакуумными трубками. В этих применениях дистиллированная вода обычно используется в качестве теплоносителя внутри герметичной медной трубки, которая находится внутри вакуумированной стеклянной трубки и ориентирована на солнце. В соединительных трубах перенос тепла происходит в жидкой паровой фазе, потому что теплоноситель преобразуется в пар на большом участке собирающего трубопровода.
В системах солнечного нагрева воды, отдельная труба абсорбера вакуумный трубчатый коллектор до 40% более эффективен по сравнению с более традиционными плоскими солнечными водонагревателями. Во многом это происходит из-за вакуума внутри трубки, что замедляет конвективные и кондуктивные потери тепла. Однако относительная эффективность системы откачанных труб снижается по сравнению с плоскими коллекторами, поскольку последние имеют больший размер и поглощают больше солнечной энергии на единицу площади. Это означает, что в то время как отдельная вакуумная трубка имеет лучшую изоляцию (более низкие кондуктивные и конвективные потери) из-за вакуума, создаваемое внутри трубки, массив трубок, находящийся в завершенной солнечной сборке, поглощает меньше энергии на единицу площади из-за меньшего поверхности абсорбера. область обращена к солнцу из-за закругленной конструкции вакуумного трубчатого коллектора. Таким образом, реальная эффективность обеих конструкций примерно одинакова.
Вакуумные трубчатые коллекторы уменьшают потребность в добавках антифриза, поскольку вакуум помогает замедлить потерю тепла. Однако при длительном воздействии на отрицательные температуры жидкий теплоноситель все еще может замерзнуть, и при проектировании систем для таких сред необходимо принять меры, что замерзающая жидкость не повредит откачиваемую трубу. Правильно спроектированные солнечные термальные водонагреватели могут быть защищены от замерзания до температуры более -3 ° C с помощью специальных добавок и используются в Антарктиде для системы воды.
Трубопровод на Аляске опорные стойки, охлаждаемые термосифонами с тепловыми трубками для сохранения вечной мерзлоты замороженной Строительство на вечной мерзлоте затруднительно, потому что тепло от конструкции может оттаять вечную мерзлоту. В некоторых случаях используются тепловые трубки, чтобы избежать риска дестабилизации. Например, в трубопроводной системе Трансаляскинской трубопроводной системы остаточное тепло грунта, остающееся в нефти, а также тепло, создаваемое трением и турбулентностью движущейся нефти, может проходить по опорам трубы и расплавлять вечную мерзлоту, на которой находится опоры закреплены. Это может привести к потере трубопровода и, возможно, к его повреждению. Чтобы предотвратить это, каждый вертикальный опорный элемент был установлен с четырьмя вертикальными тепловыми трубками термосифонами.
Существенной особенностью термосифона является то, что он пассивен и не требует работы внешнего источника энергии. Зимой воздух холоднее земли вокруг опор. Жидкий аммиак на дне термосифона испаряется за счет тепла, поглощаемого землей, охлаждая вечную мерзлоту и понижая ее температуру. Во время суммарного охлаждения термосифоны перестают работать, поскольку в верхней части тепловые трубы нет жидкого аммиака, но экстремальное охлаждение позволяет оставаться зимой мерзлой.
Тепловые трубы также используются для того, чтобы вечная мерзлота не замерзла вдоль участков Цинхай-Тибетской железной дороги, где насыпь и путь поглощают солнечное тепло. Вертикальные тепловые трубы по обе стороны от образований препятствуют дальнейшему распространению тепла в вечную мерзлоту.
В зависимости от применения существует несколько конструкций термосифонов: термозонд, термобатарея, глубинный термосифон, наклонно-термосифонный фундамент, плоский термосифонный фундамент и гибридный плоский термосифонный фундамент.
Первым коммерческим продуктом с тепловыми трубками была «Волшебная термообработка», разработанная Energy Conversion Systems, Inc. и впервые проданная в 1966 году. В качестве рабочей жидкости в кулинарных штырях использовалась вода.. Оболочка была из нержавеющей стали с внутренним слоем меди для совместимости. Во время работы один конец тепловая трубка протыкается через жаркое. Другой конец заходит в духовку, где нагревается до середины жаркого. Высокая эффективная проводимость тепловой трубки сокращает время приготовления больших кусков мяса наполовину.
Этот принцип также был применен к походным плитам. Тепловая трубка передает большой объем тепла при низкой температуре, позволяя выпекать продукты и готовить другие блюда в условиях кемпинга.
В системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) тепловые трубы расположены внутри потоков приточного и вытяжного воздуха в системе кондиционирования или в выхлопных газах промышленного процесса для рекуперации тепловой энергии.
Устройство состоит из батареи многорядных оребренных тепловых трубок, расположенных внутри как приточного, так и вытяжного потоков воздушных потоков. Тепловая обработка отработанного воздуха. Пар хладагента движется к более холодному концу трубы на стороне подачи воздуха устройства, где он конденсируется и выделяется тепло. Конденсированный хладагент возвращается в фитиль под тяжести тяжести и капиллярности. Таким образом, тепло передается от потока отработанного воздуха через стенку трубы к хладагенту, а затем от хладагента через стенку трубы к потоку потребляемого воздуха.
Из-за характеристик устройства высокий КПД достигается, когда устройство расположено вертикально со стороны приточного воздуха, установленной стороной отработанного воздуха, что позволяет жидкому хладагенту быстро течь обратно в испаритель, чему способствует сила тяжести. Как правило, производители заявляют о полной эффективности теплопередачи до 75%.
Гровер и его коллеги работали над системами охлаждения для ядерных энергетических элементов для космического корабля, где встречаются экстремальные тепловые условия. Эти тепловые трубы из щелочных металлов передают тепло от источника тепла к термоэлектронному преобразователю или термоэлектрическому преобразователю для выработки электроэнергии.
С начала 1990-х годов были предложены многочисленные энергетические системы ядерных реакторов с использованием тепловых труб для передачи тепла между активным реактором и системой преобразования энергии. Первый ядерный реактор, вырабатывающий электроэнергию с использованием тепловых труб, был запущен 13 сентября 2012 года в демонстрации с использованием деления с верхом.
Воспламенение топливной смеси всегда происходит та же часть двигателей Ванкеля, вызывающая диспропорции теплового расширения, которые снижают выходную мощность, плохо делают топливную экономичность и ускоряют износ. В документе SAE 2014-01-2160, написанном Wei Wu et al., Описывается: «Роторный двигатель Ванкеля с воздушным охлаждением и воздушным охлаждением для повышения долговечности, мощности и эффективности», они получили снижение максимальной температуры двигателя с 231 ° C до 129 ° C, а разница температур уменьшилась со 159 ° C до 18 ° C для типичного двигателя беспилотного летательного аппарата с малым рабочим объемом и воздушным охлаждением .
Теплообменники передают от горячего потока холодному потоку воздуха, воды или масла. Теплообменник с тепловыми трубками содержит несколько тепловых трубок, каждую из которых действует как отдельный теплообменник. Это повышенная эффективность, срок службы и безопасность. В случае разрыва одной тепловой трубки выделяется лишь небольшое количество жидкости, которое имеет решающее значение для определенных промышленных процессов, таких как литье алюминия. Кроме того, с одной сломанной тепловой трубкой теплообменник с тепловой трубкой все еще остается в рабочем состоянии.
Из-за большой адаптируемости тепловых труб в исследованиях изучается внедрение тепловых труб в различных системах:
Тепловые трубки должны быть настроены на условия охлаждения. Выбор материала трубы размера и охлаждающей жидкости влияет на оптимальные температуры, при которых работают тепловые трубы.
При использовании за пределами своего расчетного теплового диапазона, теплопроводность Теплопроводность теплопроводность только ее твердого металлического корпуса. В случае кожуха из меди это примерно 1/80 исходного потока. Это с тем, что ниже указанного диапазона температур рабочая жидкость не будет подвергаться фазовому превращению, и выше этой рабочей жидкости в тепловой трубе испаряется, и процесс конденсации прекращается.
Большинство производителей не могут изготавливать тепловые трубки менее 3 мм из-за ограничений материала.
 | Викискладе есть материалы, связанные с тепловыми трубками. |
