Как устроены тепловые трубки?
Эта технология не нова, первый патент был выдан некому Гоглеру ещё в 1944 году. Тепловые трубки имеют большой диапазон рабочих температур, скорость передачи тепла превышает скорость звука, и имеют ресурс работы более 20 000 часов, что их делает высокоэффективной и надежной технической системой. Внутри находится рабочая жидкость - вода, и фитиль - несколько слоев из тонкой проволоки, либо специально спеченная керамическая крошка. Для того, чтобы вода закипала при более низких температурах, из тепловых трубок откачан воздух.
Современные тепловые трубки, которые используются для охлаждения компьютерной техники, заправлены следующим составом: water (90 %) some mixes, such as nitrogen (0,3 %), ammonia (7 %) and aldehyde HC 7 (2,7 %), по данным производителя.
Ну а теперь, покажем как работают тепловые трубки, как говорится, для чайников.
Для примера возьмём бокал с небольшим количеством воды и поставим на плиту. В алюминиевую крышечку положим немного льда. Включаем конфорку и удивляемся) вода не закипит, пока не растопится лёд. Так как это происходит? Водяной пар конденсируется на холодной алюминиевой крышке и стекает обратно в стакан в виде холодной воды, благодаря чему вода и не может закипеть.


Именно по такому принципу и устроены тепловые трубки, широко применяющиеся для охлаждения компьютеров. Разница только в том, что из промышленных образцов откачан воздух и вода в них закипает при более низкой температуре, градусах при тридцати. Второе принципиальное различие в том, что в тепловых трубках применяется капиллярный эффект, для того, чтобы система охлаждения могла работать в любом положении. Как это происходит?


Вот так работает классический термосифон, прародитель современных тепловых трубок. Снизу источник тепла, сверху – охладитель. Жидкость испаряется и образуется пар, который поступает в охладитель, где конденсируется, и превратившись в холодную воду стекает вниз, под действием сил гравитации. Если такую конструкцию перевернуть вверх ногами, то увы, ничего работать не будет…
Так как заставить тепловую трубку работать вверх ногами, как сделать так, что жидкость будет перемещаться наперекор силам гравитации?
Эта проблема была решена поистине гениальным и очень простым способом. В этом нам помог капиллярный эффект, при котором жидкость, как известно, может подниматься вверх. Для этого в внутрь тепловой трубки запихивают обычный фитилёк, по которому и поднимается охлаждённая жидкость вверх, где она снова испаряется при нагреве...
Илюстрацию этого процесса видно на картинке. Коричневым цветом изображен фитилёк, по которому рабочее тело(жидкость) поднимается к зоне испарения.


Западный производитель тепловых трубок использует для фитиля обычную проволоку в дешевых изделиях, таких как охладитель винчестера Залман ZM-2HC2. Одну из трубочек устройства я сломал ради интереса) фитиль сделан из обычной медной провололки, очень напоминает оплётку от экранированного провода. При разломе воздушного хлопка не было, вылилось 10-15 капель жидкости без цвета и запаха. Оказалось вода, проверил на вкус, не удержался)




В более качественных и дорогих процессорных куллерах, используется порошковое напыление, которое имеет более высокий КПД.


Какие бывают тепловые трубки - можно говорить часами... всевозможных форм и диаметорв, на температуры от -200 до +1000 и более градусов. Естественно, для таких температур трубки заправляют не водой.. Например, некую фантастическую тепловую трубку можно наполнить алюминием. Работать такой чудо-прибор будет при 2050 °С, т.е. при температуре кипения алюминия :)
Чем можно заменить тепловую трубку, и возможно ли использовать вместо неё толстый медный стержень…, этот вопрос мне задавали не раз… Нет, увы, нельзя. Скорость и мощность теплопередачи, даже в самых простых тепловых трубах в сотни раз превышает теплопередачу по медному стержню того же диаметра. Чтобы заменить даже самую простую трубочку диаметром 6мм, понадобится медный пруток толщиной с женскую руку…