Тепловая труба — это пассивное двухфазное теплообменное устройство, которое перемещает тепловую энергию через постоянные циклы испарения и конденсации. Думайте об этом как о радиаторе в вашей машине.
Тепловая труба включает в себя полый корпус / оболочку (например, трубу), выполненную из теплопроводящего материала (например, меди, алюминия), рабочую жидкость (то есть жидкость, которая может эффективно поглощать и передавать энергию) и фитильную структуру / футеровку вместе в полностью закрытой / запечатанной системе.
Тепловые трубки используются для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, для аэрокосмических применений (например, для терморегулирования космических аппаратов) и, чаще всего, для охлаждения электронных горячих точек. Тепловые трубки могут быть небольшими для отдельных компонентов (например, процессора , графического процессора ) и / или персональных устройств (например, смартфонов / планшетов, ноутбуков, компьютеров) или достаточно большими, чтобы вместить полноразмерные корпуса (например, стойки для данных, сети или серверные стойки /). вложения ).
Как работает тепловая труба?
Концепция тепловых труб похожа на автомобильный радиатор или компьютерную систему жидкостного охлаждения , но с большими преимуществами. Технология тепловых трубок основана на использовании механики (то есть физики):
- Теплопроводность
- Фаза перехода
- конвекция
- Капиллярное действие
Один конец тепловой трубы, который поддерживает контакт с высокотемпературным источником (например, ЦП), называется секцией испарителя . Когда испарительная секция начинает получать достаточный подвод тепла (теплопроводность), локальная рабочая жидкость, содержащаяся в фитильной структуре, облицовывающей корпус, затем испаряется из жидкости в газообразное состояние (фазовый переход). Горячий газ заполняет полую полость внутри тепловой трубы.
Когда внутри полости секции испарителя возрастает давление воздуха, он начинает направлять скрытую теплоту, пропускающую пар, к более холодному концу тепловой трубы (конвекция). Этот холодный конец известен как секция конденсатора . Пар в секции конденсатора охлаждается до точки, где он конденсируется обратно в жидкое состояние (фазовый переход), выделяя скрытую теплоту, которая была поглощена процессом испарения. Скрытая теплота передается в корпус (теплопроводность), где его можно легко удалить из системы (например, с помощью вентилятора и / или радиатора).
Охлажденная рабочая жидкость всасывается фитильной структурой и направляется обратно в секцию испарителя (капиллярное действие). Как только жидкость достигает секции испарителя, она подвергается воздействию тепла, которое снова продолжает цикл.
Чтобы визуализировать тепловую трубу в действии, представьте, что эти процессы работают плавно в цикле:
- Газ течет через полую полость от горячих к холодным участкам
- Жидкость движется через фитиль от холодных к горячим секциям
Тепловые трубки могут перемещать тепло только тогда, когда градиент температуры попадает в рабочий диапазон системы — газы не конденсируются, когда температура превышает точку конденсации элемента, жидкости не испаряются, когда температура не достигает точки испарения элемента. Но, учитывая разнообразие доступных эффективных материалов и рабочих жидкостей, производители могут точно настроить конструкцию тепловых трубок и гарантировать производительность.
Преимущества и преимущества тепловых труб
По сравнению с традиционными методами электронного охлаждения тепловые трубы предлагают значительные преимущества (с небольшими ограничениями):
- Пассивное охлаждение: для работы тепловых трубок не требуется ручной выключатель или электричество. Все, что требуется, — это разница температур между секциями испарителя и конденсатора.
- Не требует обслуживания: тепловые трубки полностью закрыты / герметизированы с нулевыми механическими / движущимися частями.
- Гибкая конструкция: тепловые трубы могут быть изготовлены с толщиной / диаметром до 3 мм, иметь U-образную форму, достаточно плотную, чтобы обматывать край копейки, и работать в любом направлении / ориентации (т.е. не зависит от силы тяжести) , Эти гибкие конструктивные особенности позволяют тепловым трубам соответствовать определенным формам и / или требованиям.
- Высокая проводимость: тепловые трубы изготавливаются из материалов, способных выдерживать температуры до и более 1000 градусов Цельсия. Выбор материалов оболочки, рабочих жидкостей и фитильных конструкций позволяет проектировщикам точно настраивать диапазоны рабочих температур.
- Ценность: тепловые трубы, как правило, меньше, легче, эффективнее и дешевле в производстве, чем сопоставимые типы систем охлаждения.