Тепловые трубки

Тепловые трубки изобретены сотрудником Лос-Аламосской национальной лаборатории Джорджем Гровером в 1963 году. Тепловую трубку можно описать как проводник тепла, предназначенный для эффективного перемещения тепла из одной точки в другую.

Типичная тепловая трубка представляет герметичную трубку определенной структуры с двойными стенками. В процессе производства из трубки сначала удаляется воздух, после чего она заполняется специальной жидкостью и герметизируется. Тип жидкости и низкое давление внутри трубки обеспечивают закипание жидкости при относительно малых температурах. Когда трубка нагревается с одного конца, жидкость изменяет свое состояние на парообразное, поглощая при этом немало тепла. Пар поднимается к другому концу трубки, где конденсируется, превращается в жидкость, выделяя при этом тепло, после чего по внутренним стенкам трубки быстро стекает к ее исходному концу благодаря капиллярным явлениям (рис. 21.15).

Рис. 21.15. Внутренняя структура и основные принципы работы тепловой трубки

Итак, основной принцип работы тепловой трубки состоит в изменении фазового состояния жидкости, которое сопровождается поглощением тепла, в передаче тепла и последующем обратном преобразовании газа в жидкость, которое сопровождается выделением тепла. Энергия, необходимая для изменения фазового состояния, называется латентной теплотой парообразования. Например, латентная теплота парообразования воды составляет около 540 кал/г. В большинстве тепловых трубок используется вода, аммиак или метанол. Тип жидкости определяется условиями, при которых должна работать тепловая трубка. Например, обычно вода закипает при 100°С (212°F); однако в тепловой трубке из-за очень малого давления вода закипает практически при комнатной температуре. Благодаря такому явлению, как теплота парообразования, тепловая трубка обладает теплопроводностью, которая в 10-10000 раз выше, чем у медной проволоки таких же диаметра и длины.

Однако сами по себе тепловые трубки не используются. Одним концом они закрепляются на процессоре или другом тепловыделяющем устройстве, а другим — на обычном радиаторе, часто активном. На рис. 21.16 представлен пример радиатора, оснащенного тепловыми трубками, который использует компания Shuttle при производстве малогабаритных компьютерных систем.

В данном случае также можно использовать вентилятор для обдува ребер радиатора, через которые проходят тепловые трубки.

Тепловые трубки имеют целый ряд преимуществ. Они герметичны и не содержат никаких движущихся частей, поэтому не требуют дополнительного ухода. При правильном конструировании тепловые трубки могут даже выдержать замораживание, однако они не будут работать до тех пор, пока жидкость не оттает. Кроме того, тепловые трубки весьма компактны, благодаря чему их удобно использовать в малоформатных системах. Именно поэтому для охлаждения компонентов практически всех портативных компьютеров с начала 1990-х годов используются тепловые трубки. Тепловые трубки полезны не только для охлаждения, но и как дополнение к обычным радиаторам. Благодаря внедрению в радиатор тепловых трубок распределение тепла значительно улучшается. Пример радиатора, оснащенного двумя тепловыми трубками, позволяющими намного быстрее передавать тепло в верхнюю часть радиатора, показан на рис. 21.17.

Рис. 21.16. Пример радиатора, оснащенного тепловыми трубками, способного весьма эффективно охлаждать процессор

Рис. 21.17. Материнская плата, использующая охлаждение с помощью тепловых трубок набора микросхем и регулятора напряжения

Тепловые трубки можно использовать не только в качестве отдельного решения для охлаждения системы, но и для расширения возможностей традиционных теплоотводов. Внедренные в радиатор тепловые трубки позволяют улучшить распределение тепла в самом радиаторе. На рис. 21.18 показан радиатор с двумя тепловыми трубками, позволяющими улучшить теплопередачу от нижней части теплоотвода к верхней.

Рис. 21.18. Радиатор с тепловыми трубками, улучшающими температурное распределение

Дата добавления: 2015-07-08