Aheat pipeis aтеплообмінний пристрійщо поєднує принципи обохтеплопровідністьіфазовий перехідефективно передавати тепло між двома твердими речовинамиінтерфейси.
На гарячому інтерфейсі теплової труби aрідинапри контакті з теплопровідною твердою поверхнею перетворюється напарапоглинаючи тепло з цієї поверхні. Потім пара рухається по тепловій трубі до холодної межі і конденсується назад у рідину - вивільняючиприховане тепло.рідинапотім повертається до гарячого інтерфейсу через будь-якийкапілярна дія,центробіжна сила, або сила тяжіння, і цикл повторюється. Через дуже високі коефіцієнти тепловіддачі длякипінняіконденсація, теплові труби є високоефективними теплопровідниками. Ефективна теплопровідність змінюється залежно від довжини теплової труби і може досягати 100 кВт / (м⋅К) для довгих теплових труб, порівняно з приблизно 0,4 кВт / (м⋅К) длямідь.
Зміст
Будова, проектування та будівництво [редагувати]
Схема, що показує компоненти та механізм теплової труби, що містить гніт
Ця анімація тонкої плоскої теплової труби (розподільник тепла) висотою 100 мм на 100 мм на 10 мм була створена за допомогою аналізу CFD з високою роздільною здатністю і показує траєкторії потоку з контурною температурою, передбачену за допомогоюCFDпакет аналізу
Ця теплоізоляція теплової анімації цієї парової камери (розподільника тепла) діаметром 120 мм була створена з використанням CFD-аналізу з високою роздільною здатністю і показує контурну температуру радіатора та траєкторії потоку рідини, передбачені за допомогоюCFDпакет аналізу
Поперечний переріз теплової труби для охолодження процесора портативного комп'ютера. Шкала лінійки в міліметрах.
Вирізаний вид плоскої теплової труби товщиною 500 мкм з тонким площинним капіляром (аква кольору)
Тонка плоска теплопровідна труба (розподільник тепла) з віддаленим радіатором та вентилятором
Типова теплова труба складається з герметичної труби або трубки, виготовленої з матеріалу, сумісного з робочою рідиною, такою якмідьдля водопровідних трубопроводів, абоалюмінійдля аміачних теплових труб. Як правило, aвакуумний насосвикористовується для видалення повітря з порожньої теплової труби. Теплова труба частково заповнена робочим середовищем і потім герметизована. Маса робочої рідини підібрана таким чином, щоб теплопровід містив над собою пару і рідинуРобоча температурадіапазон.
Нижче робочої температури рідина занадто холодна і не може випаровуватися в газ. Вище робочої температури вся рідина перетворилася на газ, а температура навколишнього середовища занадто висока, щоб будь-який газ конденсувався. Незалежно від того, занадто висока чи занадто низька,теплопровідністьвсе ще можливо через стінки теплопроводу, але при значно зниженій швидкості теплопередачі.
Робочі рідини вибирають відповідно до температур, при яких повинна працювати теплопровід, з прикладами відрідкий гелійдля екстремально низьких температур (2–4K) дортуть(523–923K),натрію(873–1473K) і навітьіндію(2000–3000K) для надзвичайно високих температур. Переважна більшість теплових трубок для приміщень використовують температуриаміак(213–373K),алкоголь(метанол(283–403K) абоетанол(273–403K)) абоводи(298–573K) як робоча рідина. Мідно-водяні теплові труби мають мідну оболонку, використовують воду в якості робочої рідини і, як правило, працюють в діапазоні температур від 20 до 150 ° C.[1][2]Водяні теплові труби іноді заповнюються частковим наповненням водою, нагріванням, поки вода не закипить і не витісняє повітря, а потім герметичні, поки гаряча.
Щоб теплова труба передавала тепло, вона повинна міститинасиченийрідини та її пари (газова фаза). Насичена рідина випаровується і рухається до конденсатора, де охолоджується і повертається назад до насиченої рідини. У стандартній тепловій трубі конденсована рідина повертається у випарник за допомогою гнітової конструкції, що надаєкапілярна діяна рідку фазу робочої рідини. Фітові конструкції, що використовуються в теплових трубах, включаютьспеченийметалевий порошок, грохотні та рифлені гніти, які мають ряд пазів, паралельних осі труби. Коли конденсатор знаходиться над випарником у гравітаційному полі, сила тяжіння може повернути рідину. У цьому випадку теплопровід є термосифоном. Нарешті, обертові теплові труби використовують відцентрові сили для повернення рідини з конденсатора у випарник.
Теплові труби не містять механічних рухомих частин і, як правило, не потребують технічного обслуговування, хоча не конденсуються гази, які дифундують крізь стінки труби' стінки, що виникають внаслідок руйнування робочої рідини або як домішки, що існують у матеріалі, можуть з часом зменшити трубу Ефективність' при передачі тепла.
Перевагою теплових труб перед багатьма іншими механізмами тепловіддачі є їх велика ефективність у передачі тепла. Труба діаметром один дюйм і довжиною в два фути може передавати 12500 БТЕ (3,7 кВт-год) на годину при 1800 ° F (980 ° C) з падінням лише 10 ° C від кінця до кінця.[2]Деякі теплові труби продемонстрували aтепловий потікбільше 23 кВт / см2, приблизно в чотири рази перевищує тепловий потік через поверхню Сонця.[3]
Матеріали теплових труб та робочі рідини [редагувати]
Теплові труби мають конверт, гніт і робочу рідину. Теплові труби призначені для тривалої експлуатації без технічного обслуговування, тому стінка теплової труби та гніт повинні бути сумісними з робочою рідиною. Деякі пари матеріалів / робочих рідин, які здаються сумісними, не є. Наприклад, вода в алюмінієвій оболонці буде утворювати велику кількість не конденсується газу протягом декількох годин або днів, перешкоджаючи нормальній роботі теплової труби.
Оскільки теплові труби були знову відкритіДжордж Гроверв 1963 р. були проведені великі життєві випробування для визначення сумісних пар оболонка / рідина, деякі тривали десятиліттями. Під час випробування на термін служби теплових труб теплові труби експлуатуються протягом тривалого періоду часу та контролюються на наявність таких проблем, як утворення конденсованого газу, транспортування матеріалу та корозія.[4][5]
Найчастіше використовувані пари конвертів (і гніту) / рідини включають:[6]
Мідний конверт з робочою рідиною для водиохолодження електроніки. На сьогоднішній день це найпоширеніший тип теплових труб.
Мідний або сталевий конверт із холодоагентомR134aробоча рідина для рекуперації енергії вОВКсистеми.
Алюмінієвий конверт з аміачною робочою рідиною дляТепловий контроль космічного корабля.
Суперсплавконверт з робочою рідиною лужного металу (цезію, калію, натрію) для високотемпературних теплових труб, найчастіше використовується для калібрування первинних приладів для вимірювання температури.
Інші пари включають конверти з нержавіючої сталі з робочими рідинами азоту, кисню, неону, водню або гелію при температурах нижче 100 К, мідні / метанольні теплові труби для охолодження електроніки, коли теплові труби повинні працювати нижче діапазону води, теплові труби з алюмінію / етану для космічних кораблів терморегулювання в середовищах, коли аміак може замерзнути, ітугоплавкий металконверт / робоча рідина літію для високих температур (вище 1050 ° C).[7]
Різні типи теплових труб [редагувати]
На додаток до стандартних теплових труб з постійною провідністю (CCHP) існує ряд інших типів теплових труб,[8]в тому числі:
Парові камери (плоскі теплові труби), які використовуються для перетворення теплового потоку та ізотермалізації поверхонь
Теплові труби зі змінною провідністю (VCHP), які використовують неконденсується газ (NCG) для зміни ефективної теплопровідності теплопроводу в міру зміни потужності або тепловідводу
Теплові труби з контролем тиску (PCHP), які являють собою VCHP, де об’єм пласта або маса NCG можуть бути змінені, щоб отримати більш точний контроль температури
Діодні теплові труби, які мають високу теплопровідність у прямому напрямку та низьку теплопровідність у зворотному напрямку
Термосифони - це теплові труби, де рідина повертається до випарника гравітаційними / прискорювальними силами,
Обертові теплові труби, де рідина повертається до випарника відцентровими силами
Парокамера або плоскі теплові труби [редагувати]
Тонкі плоскі теплові труби (розсіювачі тепла) мають ті самі основні компоненти, що і трубчасті теплові труби: aгерметично закритіпорожниста посудина, робоча рідина та капілярна система рециркуляції із замкнутим циклом.[9]Крім того, серія стовпів зазвичай використовується в паровій камері, щоб запобігти руйнуванню плоских верхівки та днища, коли тиск нижчий за атмосферний, що становить 100 ° C для камер з водяною парою.
Існує два основних додатки для парових камер. По-перше, вони застосовуються, коли великі потужності та теплові потоки подаються на відносно невеликий випарник.[10]Вхід тепла до випарника випаровує рідину, яка в двох вимірах тече до поверхонь конденсатора. Після конденсації пари на поверхнях конденсатора капілярні сили у гніті повертають конденсат у випарник. Зверніть увагу, що більшість парових камер не чутливі до сили тяжіння, і вони все одно працюватимуть, перевернувшись, випарник над конденсатором У цьому застосуванні парова камера діє як трансформатор теплового потоку, охолоджуючи високий тепловий потік від електронного мікросхеми або лазерного діода і перетворюючи його на нижчий тепловий потік, який може бути видалений за допомогою природної або примусової конвекції. За допомогою спеціальних гнітів випарника парові камери можуть видаляти 2000 Вт на 4 см2 або 700 Вт на 1 см2.[11]
По-друге, в порівнянні з одновимірною трубчастою тепловою трубою, ширина двовимірної теплової труби забезпечує адекватний переріз теплового потоку навіть при дуже тонкому пристрої. Ці тонкі плоскі теплові труби знаходять своє місце у “чутливих до висоти” додатках, таких як ноутбуки та сердечники плати для поверхневого монтажу. Можна виготовити плоскі теплові труби товщиною 1,0 мм (трохи товщі 0,76 мм)кредитна карта).[12]
Теплові труби зі змінною провідністю (VCHP) [редагувати]
Стандартні теплові труби - це пристрої з постійною провідністю, де робоча температура теплопроводу задається температурами джерела та раковини, тепловим опором від джерела до теплопроводу та тепловим опором від теплопроводу до раковини. У цих теплових трубах температура знижується лінійно в міру зниження потужності або температури конденсатора. Для деяких застосувань, таких як супутниковий або дослідницький термостат, електроніка буде переохолоджуватися при низьких потужностях або при низьких температурах раковини. Теплові труби зі змінною провідністю (VCHP) використовуються для пасивного підтримання температури охолоджуваної електроніки, коли змінюються умови живлення та раковини.[13]
VCHP мають два доповнення порівняно зі стандартною тепловою трубою: 1. Резервуар і 2. Неконденсується газ (NCG), доданий до теплопроводу, на додаток до робочої рідини; дивіться малюнок у розділі Космічний корабель нижче. Цей NCG, як правило, є аргоном для стандартних VCHP і гелієм для термосифонів. Коли теплова труба не працює, NCG і пари робочої рідини змішуються по всьому простору пари теплової труби. Коли VCHP працює, NCG переміщується до кінця конденсатора теплової труби потоком пари робочої рідини. Більша частина газу знаходиться у водоймі, а решта блокує частину конденсатора теплової труби. VCHP працює, змінюючи активну довжину конденсатора. Коли температура потужності або радіатора підвищується, температура і тиск пари теплопроводу зростає. Підвищений тиск пари змушує більшу кількість NCG потрапляти у резервуар, збільшуючи активну довжину конденсатора та провідність теплопроводу. І навпаки, коли температура потужності або тепловідводу знижується, температура пари патрубка теплоти і тиск зменшуються, а NCG розширюється, зменшуючи активну довжину конденсатора та провідність теплопроводу. Додавання невеликого нагрівача на резервуар з потужністю, регульованою температурою випарника, дозволить контролювати температуру приблизно ± 1-2 ° C. В одному прикладі температуру випарника підтримували в діапазоні управління ± 1,65 ° C, оскільки потужність варіювалась від 72 до 150 Вт, а температура радіатора варіювалась від +15 ° C до -65 ° C.
Теплові труби з контролем тиску (PCHP) можна використовувати, коли потрібен більш жорсткий контроль температури.[14]У PCHP температура випарника використовується або для зміни обсягу пласта, або кількості NCG в тепловій трубі. PCHP показали контроль температури в мілі-кельвінах.[15]
Діодні теплові труби [редагувати]
Звичайні теплові труби передають тепло в будь-якому напрямку, від більш гарячого до більш холодного кінця теплової труби. Кілька різних теплових труб діють яктепловий діод, передаючи тепло в одному напрямку, виконуючи роль ізолятора в іншому:[16]
Термосифони, які лише передають тепло знизу до верху термосифона, куди конденсат повертається самопливом. Коли термосифон нагрівається у верхній частині, рідина не може випаровуватися.
Обертові теплові труби, де теплова труба має таку форму, що рідина може рухатися лише відцентровими силами від номінального випарника до номінального конденсатора. Знову ж таки, при нагріванні номінального конденсатора рідина недоступна.
Парообмежувачі Діодні теплові труби.
Теплові труби для діодних діодів.
Парообмежувальний діод виготовляється подібно до теплової труби зі змінною провідністю (VCHP) з газовим резервуаром на кінці конденсатора.[17]Під час виготовлення теплова труба завантажується робочою рідиною та контрольованою кількістю неконденсованого газу (NCG). Під час нормальної роботи потік пари робочої рідини від випарника до конденсатора змітає НКГ у резервуар, де це не заважає нормальній роботі теплової труби. Коли номінальний конденсатор нагрівається, потік пари йде від номінального конденсатора до номінального випарника. NCG тягнеться разом з парою, що протікає, повністю блокуючи номінальний випарник та значно збільшуючи тепловий опір теплової труби. Загалом, існує певна передача тепла до номінального адіабатичного перерізу. Потім тепло проходить через стінки теплової труби до випарника. В одному з прикладів діод, що утримує пару, несе 95 Вт в прямому напрямку і лише 4,3 Вт в зворотному напрямку.[18]
Діод, що утримує рідину, має злий резервуар на кінці випарника теплової труби, з окремим гнітом, який не зв’язаний з гнітом у решті теплопроводу.[19]Під час нормальної роботи випарник і резервуар нагріваються. Пара тече до конденсатора, а рідина повертається до випарника капілярними силами в гніті. З часом резервуар висихає, оскільки немає способу повернення рідини. Коли номінальний конденсатор нагрівається, рідина конденсується у випарнику та резервуарі. Поки рідина може повернутися до номінального конденсатора від номінального випарника, рідина в резервуарі затримується, оскільки гніт резервуара не з'єднаний. Зрештою вся рідина потрапляє у резервуар, і теплова труба припиняє свою роботу.
Термосифони [редагувати]
Більшість теплових труб використовують гніт для повернення рідини з конденсатора у випарник, дозволяючи тепловій трубі працювати в будь-якій орієнтації. Рідина всмоктується назад у випарниккапілярна дія, подібно до того, як губка всмоктує воду, коли край стикається з водою. Однак максимальна несприятлива висота (випарник над конденсатором) порівняно мала, близько 25 см довжини для типової водопровідної труби.
Однак, якщо випарник розташований нижче конденсатора, рідина може зливатися назад під дією сили тяжіння, замість того щоб вимагати гнота, і відстань між ними може бути набагато більшою. Така гравітаційна теплова труба відома яктермосифон.[20][21](Див. Також: Трубка Перкінса, післяДжейкоб Перкінс.[22]) (Відрізняється від aтермосифон, який передає тепло однофазнимприродна конвекціятеплообмін в петлі).
У термосифоні рідка робоча рідина випаровується теплом, яке подається до випарника внизу теплової труби. Пара надходить до конденсатора у верхній частині теплової труби, де і конденсується. Потім рідина самопливом стікає назад до дна теплової труби, і цикл повторюється. Термосифони - це діодні теплові труби; коли тепло подається на кінець конденсатора, конденсат недоступний, а отже, і спосіб утворення пари та передачі тепла до випарника.
Хоча типовий наземний водяний теплопровід довжиною менше 30 см, термосифони часто мають довжину кілька метрів. Як обговорювалося нижче, термосифони, що використовувались для охолодження трубопроводу Аляски, були довжиною приблизно 11-12 м. Для видобутку геотермальної енергії пропонуються ще довші термосифони. Наприклад, Сторч та ін. виготовив 53-міліметровий ID, пропан-термосифон довжиною 92 м, який передавав приблизно 6 кВт тепла.[23]
Петля теплової труби [редагувати]
Aконтур теплової труби(LHP) - це пасивний двофазний передавальний пристрій, що відноситься до теплової труби. Він може переносити більшу потужність на більші відстані, маючи потік рідини та пари за одночасним потоком, на відміну від протиструмового потоку в тепловій трубі.[24][25]Це дозволяє використовувати гніт у тепловій трубі контуру лише у випарнику та компенсаційній камері.Мікроконтурні теплові трубибули розроблені та успішно застосовані в широкій сфері застосування як на землі, так і в космосі.
Теплопередача[редагувати]
Aрадіатор(алюміній) з тепловими трубами (мідь)
Теплові труби працюютьвипарне охолодженнядля передачі теплової енергії з однієї точки в іншу за допомогоювипаровуванняіконденсаціяробочої рідини або охолоджуючої рідини. Теплові труби покладаються на різницю температур між кінцями труби і не можуть знижувати температуру на обох кінцях нижче температури навколишнього середовища (отже, вони, як правило, вирівнюють температуру в трубі).
Коли нагрівається один кінець теплової труби, робоча рідина всередині труби на цьому кінці випаровується і збільшує тиск пари всередині порожнини теплової труби.приховане тепловипаровування, поглинене випаровуванням робочої рідини, знижує температуру на гарячому кінці труби.
Тиск пари над робочою рідиною гарячої рідини на гарячому кінці труби вище рівноважного тиску пари над робочою рідиною, що конденсується, на більш холодному кінці труби, і ця різниця тисків приводить до швидкого переносу маси до кінця конденсації, де надлишок пари конденсується, виділяє приховане тепло і нагріває прохолодний кінець труби. Неконденсуючі гази (спричинені, наприклад, забрудненням) пари перешкоджають потоку газу та знижують ефективність теплової труби, особливо при низьких температурах, де тиск пари низький. Швидкість молекул у газі приблизно дорівнює швидкості звуку, і за відсутності неконденсуючих газів (тобто, якщо присутня лише газова фаза) це верхня межа швидкості, з якою вони могли б рухатися в тепловій трубі . На практиці швидкість пари по тепловій трубі обмежена швидкістю конденсації в холодному кінці і значно нижча за молекулярну швидкість. [потрібне цитування] Примітка / пояснення: Швидкість конденсації дуже близька до коефіцієнта злипання, помноженого на молекулярну швидкість, помножену на щільність газу, якщо поверхня конденсації дуже холодна. Однак, якщо поверхня близька до температури газу, випаровування, спричинене кінцевою температурою поверхні, значною мірою скасовує цей тепловий потік. Якщо різниця температур перевищує кілька десятків градусів, випаровування з поверхні, як правило, незначне, що можна оцінити за кривими тиску пари. У більшості випадків при дуже ефективному переносі тепла через газ дуже складно підтримувати такі значні різниці температур між газом і поверхнею конденсації. Більше того, ця різниця температур, звичайно, відповідає самому великому ефективному тепловому опору. Вузьке місце часто менш серйозне щодо джерела тепла, оскільки там густина газу вища, що відповідає вищим максимальним тепловим потокам.
Потім конденсована робоча рідина тече назад до гарячого кінця труби. У випадку вертикально орієнтованих теплових труб рідина може рухатися силою тяжіння. У разі теплових труб, що містять гніти, рідина повертаєтьсякапілярна дія.
При виготовленні теплових труб немає необхідності створювати вакуум в трубі. Просто кип’ятять робочу рідину в тепловій трубі, поки отримана пара не продує неконденсуються гази з труби, а потім запечатує кінець.
Цікавою властивістю теплових труб є діапазон температур, в якому вони ефективні. Спочатку можна було запідозрити, що водопровідна теплова труба працює лише тоді, коли гарячий кінець досягає температури кипіння (100 ° C, 212 ° F, при нормальному атмосферному тиску) і пара подається до холодного кінця. Однак температура кипіння води залежить від абсолютного тиску всередині труби. В евакуйованій трубі вода випаровується з неїпотрійний бал(0,01 ° C, 32 ° F) до йогокритична точка(374 ° C; 705 ° F), якщо теплова труба містить як рідину, так і пару. Таким чином, теплова труба може працювати при температурі гарячого кінця настільки низькій, як трохи тепліша, ніж температура плавлення робочої рідини, хоча максимальна швидкість тепловіддачі є низькою при температурах нижче 25 ° C (77 ° F). Так само теплова труба з водою як робочою рідиною може працювати значно вище температури атмосферного кипіння (100 ° C, 212 ° F). Максимальна температура для тривалих водопровідних теплових труб становить 270 ° C (518 ° F), а теплові труби працюють до 300 ° C (572 ° F) для короткочасних випробувань.[26]
Основною причиною ефективності теплових труб є випаровування та конденсація робочої рідини.теплота випаровуваннязначно перевищує питометеплоємність. На прикладі води, енергія, необхідна для випаровування одного грама води, в 540 разів перевищує кількість енергії, необхідної для підвищення температури того самого одного грама води на 1 ° C. Майже вся ця енергія швидко передається" холодний" закінчується, коли рідина там конденсується, створюючи дуже ефективну систему теплопередачі без рухомих частин. [потрібне цитування]
Розробка [редагувати]
Загальний принцип роботи теплових труб за допомогою сили тяжіння, зазвичай класифікується як двофазнийтермосифони, датується паровим віком іЕнджер Марч Перкінста його синаЛофтус Перкінста&"Perkins Tube GG", які широко використовувались у локомотивних котлах та робочих печах.[27]Вперше теплопроводи на основі капілярів були запропоновані Р.С. ГауглеромGeneral Motorsв 1942 р., який запатентував цю ідею,[28][29]але не розвивав його далі.
Джордж Гровер самостійно розробив теплопроводи на основі капілярів наНаціональна лабораторія Лос-Аламосау 1963 р. з його патентом того року[30]будучи першим, хто вживає термін ГГ "теплова труба ГГ", і його часто називають ГГ "винахідник теплової труби ГГ".[31]У своєму зошиті він зазначив:[32]
Така закрита система, яка не потребує зовнішніх насосів, може представляти особливий інтерес для космічних реакторів при переміщенні тепла від активної зони реактора до випромінюючої системи. За відсутності сили тяжіння сили повинні бути такими, щоб подолати капіляр і затримку зворотної пари по його каналах.
Пропозиція Гровера'NASA, який зіграв велику роль у розробці теплових труб у 1960-х роках, особливо щодо застосувань та надійності в космічних польотах. Це було зрозуміло з огляду на малу вагу, високий тепловий потік і нульову потужність теплових труб - і те, що робота на них в умовах нульової гравітації не зазнає негативного впливу.
Першим застосуванням теплових труб у космічній програмі було теплове збалансування супутникових транспондерів. [потрібне цитування] ЯксупутникиНа орбіті одна сторона піддається прямому випромінюванню сонця, тоді як протилежна сторона повністю темна і піддається глибокому холодузовнішній простір. Це спричиняє серйозні розбіжності в температурі (і, отже, надійності та точності) транспондерів. Система охолодження теплової труби, розроблена для цієї мети, керувала високими тепловими потоками і демонструвала бездоганну роботу з впливом сили тяжіння та без неї. Розроблена система охолодження була першим використанням теплових труб зі змінною провідністю для активної регуляції теплового потоку або температури випарника.
Ширше використання [редагувати]
NASA випробувало теплові труби, розроблені для екстремальних умов, де деякі використовують рідкий метал натрію як робочу рідину. В даний час для охолодження супутників зв'язку використовуються інші форми теплових труб.[33]Публікації в 1967 і 1968 роках Фельдмана, Істмена,[34]і Katzoff вперше обговорили застосування теплових труб для широкого використання, таких як кондиціонування повітря, охолодження двигуна та охолодження електроніки. Ці документи також першими згадували про гнучкі, артеріальні та плоскі теплові труби. Публікації в 1969 р. Представили концепцію обертової теплової труби з її застосуванням для охолодження лопаток турбіни та містять перші обговорення застосування теплових труб для кріогенних процесів.
Починаючи з 1980-хSonyпочав включати теплові труби в схеми охолодження деяких своїх комерційних електронних продуктів замість тепловідводу як з примусовою конвекцією, так і з пасивними ребрами. Спочатку вони використовувалися в приймачах і підсилювачах, незабаром поширившись на інші електронні програми з високим тепловим потоком.
Наприкінці 1990-х процесори мікрокомп'ютерів із дедалі більшим тепловим потоком спричинили триразове збільшення кількості заявок на патентні труби США. Оскільки теплові труби еволюціонували від спеціалізованого промислового компонента теплопередачі до споживчого товару, більшість розробок і виробництва перемістилися із США в Азію.
Сучасні теплові труби центрального процесора зазвичай виготовляються змідьі використовувати воду як робочу рідину.[35]
Програми [редагувати]
Космічний корабель [редагувати]
Теплові труби на космічних кораблях зазвичай використовують екструзію алюмінію з жолобками в якості конверта
Типовий алюмінієво-аміачний VCHP з жолобками для теплового управління космічними апаратами з секцією випарника внизу та резервуаром для неконденсованого газу безпосередньо під клапаном[36]
тепловий контроль космічного корабляСистема має функцію підтримувати всі компоненти на космічному кораблі в межах допустимого діапазону температур. Це ускладнюється наступним:
Зовнішні умови, що сильно змінюються, такі якзатемнення
Відведення тепла від космічного кораблятеплового випромінюваннятільки
Доступна обмежена електрична потужність, що надає перевагу пасивним рішенням
Тривалий термін служби, без можливості технічного обслуговування
Деякі космічні апарати розраховані на 20 років, тому бажано транспортувати тепло без електричної енергії або рухомих частин. Відкидання тепла тепловим випромінюванням означає, що потрібні великі панелі радіатора (кілька квадратних метрів). Теплові труби іпетлеві теплові трубишироко використовуються в космічних кораблях, оскільки вони не потребують жодної потужності для роботи, працюють майже ізотермічно і можуть транспортувати тепло на великі відстані.
Рифлені гніти використовуються в теплових трубах космічних апаратів, як показано на першій фотографії в цьому розділі. Теплові труби утворені екструдією алюмінію і, як правило, мають вбудований фланець для збільшення площі теплопередачі, що знижує перепад температури. У космічних кораблях використовуються рифлені фітилі, замість екрану або спечені гніти, що використовуються для наземних теплових труб, оскільки теплові труби не повинні діяти проти гравітації в космосі. Це дозволяє тепловим трубам космічних апаратів бути довжиною в кілька метрів, на відміну від приблизно 25 см максимальної довжини водопровідної теплової труби, яка працює на Землі. Аміак є найпоширенішою робочою рідиною для теплових труб космічних апаратів. Етан використовується, коли теплова труба повинна працювати при температурі нижче температури замерзання аміаку.
На другому малюнку зображено типову трубопровідну трубу із змінною провідністю з алюмінію та аміаку з канавками (VCHP) для теплового контролю космічних кораблів. Теплова труба являє собою алюмінієву екструзію, подібну до тієї, що показана на першому малюнку. Нижня зона фланця - випарник. Над випарником фланець оброблений механічно, щоб забезпечити згинання адіабатичної ділянки. Конденсатор показаний над адіабатичним розрізом. Резервуар неконденсованого газу (NCG) розташований над основною тепловою трубою. Клапан видаляється після заповнення та герметизації теплопроводу. Коли на резервуарі використовуються електронагрівачі, температуру випарника можна регулювати в межах ± 2K від заданого значення.
Комп’ютерні системи [редагувати]
Теплові труби почали застосовуватися в комп'ютерних системах наприкінці 1990-х років,[37]коли підвищені вимоги до енергії та подальше збільшення викидів тепла призвели до більших вимог до систем охолодження. Зараз вони широко використовуються в багатьох сучасних комп'ютерних системах, як правило, для відведення тепла від таких компонентів, якЦПіГрафічні процесоридля радіаторів, де теплова енергія може розсіюватися в навколишнє середовище.
Сонячна теплова [редагувати]
Теплові труби також широко використовуються в Росіїсонячна тепловаводяне опалення в поєднанні з евакуйованими трубчастими сонячними колекторами. У цих додатках дистильована вода зазвичай використовується як рідина для передачі тепла всередині герметичної довжини мідних трубок, яка знаходиться в евакуйованій скляній трубці і орієнтована на сонце. У з'єднувальних трубах транспортування тепла відбувається в рідкій паровій фазі, оскільки теплоносій перетворюється у пару у великій ділянці збірного трубопроводу.[38]
При застосуванні сонячного термального водяного опалення індивідуальна поглинаюча трубка евакуйованого трубчастого колектора є на 40% ефективнішою порівняно з більш традиційними GG; сонячні колектори води. Це багато в чому завдяки вакууму, який існує в трубці, що уповільнює конвективні та провідні втрати тепла. Однак відносна ефективність системи евакуйованих труб знижується у порівнянні з плоскими колекторами, оскільки останні мають більший розмір отвору і можуть поглинати більше сонячної енергії на одиницю площі. Це означає, що в той час як окрема евакуйована трубка має кращу ізоляцію (менші провідні та конвективні втрати) завдяки вакууму, що створюється всередині трубки, масив трубок, знайдений у готовій сонячній установці, поглинає менше енергії на одиницю площі через меншу поверхню поглинача область, спрямована до сонця через округлу конструкцію евакуйованого трубного колектора. Отже, реальна ефективність обох конструкцій приблизно однакова.
Евакуйовані трубкові колектори зменшують потребу в антифризах, оскільки вакуум сприяє уповільненню втрат тепла. Однак при тривалому впливі замерзаючих температур рідина для передачі тепла все ще може замерзнути, і повинні бути вжиті запобіжні заходи для того, щоб морозильна рідина не пошкодила евакуйовану трубку при проектуванні систем для таких середовищ. Правильно розроблені сонячні водонагрівачі можуть бути захищені від замерзання до температури більше -3 ° C за допомогою спеціальних добавок і використовуються вАнтарктиданагрівати воду. [потрібне цитування]
Охолодження вічної мерзлоти [редагувати]
Трубопровід Аляскиопорні ніжки, охолоджені термосифонами трубопроводу для утриманнявічна мерзлотазаморожений
Спираючись навічна мерзлотаважко, оскільки тепло від конструкції може розморозити вічну мерзлоту. У деяких випадках використовуються теплові труби, щоб уникнути ризику дестабілізації. Наприклад, уТранслаканська трубопровідна системазалишкове тепло ґрунту, що залишається в маслі, а також тепло, яке утворюється тертям і турбулентністю в рухомому маслі, може вести по опорних ніжках труби' і розтоплювати вічну мерзлоту, на якій кріпляться опори. Це може спричинити занурення трубопроводу та, можливо, пошкодження. Для запобігання цьому кожен вертикальний опорний елемент був змонтований чотирма вертикальними тепловими трубамитермосифони.[39]
Суттєвою особливістю термосифона є те, що він пасивний і не потребує жодного зовнішнього живлення для роботи. Взимку повітря холодніше за землю навколо опор. Рідкий аміак на дні термосифона випаровується теплом, що поглинається землею, охолоджуючи навколишню мерзлоту і знижуючи її температуру. Влітку термосифони перестають працювати, оскільки у верхній частині теплопроводу немає рідкого аміаку, але надзвичайне охолодження взимку дозволяє землі залишатися мерзлою.
Теплові труби також використовуються для збереження мерзлоти мерзлоти поряд з частинамиЗалізниця Цинхай – Тибетде насип і доріжка поглинають сонячне тепло' Вертикальні теплові труби по обидва боки відповідних пластів запобігають поширенню тепла далі в навколишню вічну мерзлоту.
Залежно від застосування існує кілька конструкцій термосифона:[40]термозонд,термопіле,глибинний термосифон,похило-термосифонний фундамент,плоский петлевий термосифонний фундамент,гібридний плоский петлевий термосифонний фундамент.
Приготування їжі [редагувати]
Першим комерційним продуктом для теплових труб був" Термомагічна варильна шпилька" розроблена компанією Energy Conversion Systems, Inc. і вперше продана в 1966 році.[41]Варілки використовували воду як робочу рідину. Конверт був з нержавіючої сталі з внутрішнім мідним шаром для сумісності. Під час роботи один кінець теплової труби просувається через зажарку. Інший кінець поширюється в піч, де він притягує тепло до середини смаження. Висока ефективна провідність теплової труби зменшує час приготування великих шматків м’яса на половину.[42]
Цей принцип також застосовувався до кемпінгових печей. Теплова труба передає великий обсяг тепла при низькій температурі, щоб випікати товари та готувати інші страви в кемпінгових ситуаціях.
Рекуперація тепла при вентиляції [редагувати]
У системах опалення, вентиляції та кондиціонування,ОВК, теплові труби розміщені в потоках припливного та витяжного повітря системи обробки повітря або у відпрацьованих газах промислового процесу, щоб відновити теплову енергію.
Пристрій складається з батареї багаторядових оребрених трубок теплових труб, розташованих як в потоках припливного, так і витяжного повітря. У межах сторони відпрацьованого повітря теплової труби холодоагент випаровується, витягуючи тепло з відпрацьованого повітря. Пара холодоагенту рухається до охолоджуючого кінця трубки всередині сторони припливного повітря пристрою, де вона конденсується і виділяє тепло. Конденсований холодоагент повертається завдяки поєднанню сили тяжіння та капілярної дії у гніті. Таким чином тепло передається від потоку відпрацьованого повітря через стінку трубки до холодоагенту, а потім від холодоагенту через стінку трубки до потоку припливного повітря.
Завдяки характеристикам пристрою, краща ефективність досягається, коли пристрій розташовується вертикально, сторона припливного повітря встановлена на стороні відпрацьованого повітря, що дозволяє рідкому холодоагенту швидко надходити назад до випарника за допомогою сили тяжіння. Як правило, виробники заявляють про валову ефективність тепловіддачі до 75%. [потрібне цитування]
Перетворення ядерної енергії [редагувати]
Гровер та його колеги працювали над системами охолодження дляатомні електростанціїдлякосмічне судно, де зустрічаються екстремальні теплові умови. Ці теплопроводи лужних металів передавали тепло від джерела тепла дотермоелектричнийаботермоелектричний перетворювачдля виробництва електроенергії.
З початку 90-х років було запропоновано численні енергетичні системи атомних реакторів, що використовують теплові труби для транспортування тепла між активним середовищем реактора та системою перетворення енергії.[43]Перший ядерний реактор, що виробляє електроенергію за допомогою теплових труб, був вперше запущений 13 вересня 2012 року в демонстрації з використанням розподілу на плоских поверхнях.[44]
Роторні двигуни внутрішнього згоряння Ванкеля [редагувати]
Запалювання паливної суміші завжди відбувається в одній і тій же частиніДвигуни Ванкеля, викликаючи розбіжності в тепловому розширенні, які зменшують вихідну потужність, погіршують економію палива та прискорюють знос У статті SAE 2014-01-2160, автор Wei Wu та співавт., Описано:' Поворотний роторний двигун Ванкеля з повітряним охолодженням за допомогою теплової труби для поліпшення довговічності, потужності та ефективності' вони отримали зменшення верхнього двигуна температура від 231 ° C до 129 ° C, а різниця температур зменшилася з 159 ° C до 18 ° C для типового повітряного охолодження з малою камероюБПЛАдвигуна.
Обмеження [редагувати]
Теплові труби повинні бути налаштовані на конкретні умови охолодження. Вибір матеріалу, розміру та охолоджуючої рідини труб впливає на оптимальну температуру, при якій працюють теплові труби.
При використанні за межами проектного діапазону тепла теплопровід' sтеплопровідністьефективно зводиться дотеплопровідністьвластивості лише його твердого металевого кожуха - у випадкумідькорпус, приблизно 1/80 вихідного потоку. Це тому, що нижче запланованого діапазону температур робоча рідина не зазнає фазової зміни; а над нею вся робоча рідина в тепловій трубі випаровується і процес конденсації припиняється.
Більшість виробників не можуть зробити традиційну теплову трубу діаметром менше 3 мм через обмеження матеріалу.
Дивитися також[редагувати]
Термосифон, подібний механізм, при якому теплова енергія передається рідиноюплавучістьа не випаровування та конденсація.
Список літератури [редагувати]
Стрибати вгору ^GG quot; Покращення матеріалів, які перетворюють тепло в електрику, і навпаки". Ecnmag.com. 6 травня 2013. Процитовано2013-05-07.
^Перейти до: abПопулярні науки - Google Books. Books.google.co.uk. Процитовано 07.05.2013.
Стрибати вгору ^Джим Даннескіольд,Розроблені Лос-Аламос теплові труби полегшують космічний політ. Прес-реліз Лос-Аламоса, 26 квітня 2000 р.
Стрибати вгору ^Життєві випробуванняВ архіві03.11.2014 уПовернення машини.
Стрибати вгору ^GG quot; Несумісні пари теплоносіїв / пар конвертів".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^GG quot; Теплові трубопроводи, робочі рідини та сумісність".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^GG quot; Сумісні рідини та матеріали для теплових труб - Технологія теплових труб".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^GG quot; Теплові труби - різні види теплових трубок".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^Advanced Cooling Technologies Inc. (29 листопада 2013 р.).GG quot; Анімація парової камери"- через YouTube.
Стрибати вгору ^GG quot; Парові камери".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^GG quot; Високий тепловий потік, висока потужність, низький опір, низький CTE Двофазні теплові заземлюючі площини для прямих приєднаних штампів".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^GG Quot; Моделювання та оптимізація дизайну ультратонких парових камер для додатків із високим тепловим потоком, Р. Ренджан та ін., Публікації дослідницького центру охолоджувальних технологій університету Пердю, стаття 186, 2012 GG;.purdue.edu.
Стрибати вгору ^GG quot; VCHP для пасивного регулювання температури".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^GG Quot; PCHP для точного контролю температури&Quot;.www.1-act.com.
Стрибати вгору ^GG quot; Теплові трубопроводи з регульованим тиском".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^GG quot; Діодні теплові труби".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^Advanced Cooling Technologies Inc. (7 листопада 2013 р.).GG quot; Паровідвідник Теплові труби Анімація"- через YouTube.
Стрибати вгору ^GG quot; Теплові труби зі змінною провідністю для змінних теплових ланок".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^Advanced Cooling Technologies Inc. (7 листопада 2013 р.).GG quot; Рідкі пастки діодні теплові труби Анімація"- через YouTube.
Стрибати вгору ^GG quot; Термосифонний теплообмінник, системи охолодження& Ребойлери від ACT".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^Advanced Cooling Technologies Inc. (18 червня 2013 р.).GG quot; Термосифонна операція"- через YouTube.
Стрибати вгору ^Кью, Девід Ентоні Рей; Петро. А. (2006). Теплові труби (5-е видання). Оксфорд:Баттерворт-Хайнеманн. p.10.ISBN978-0-7506-6754-8.
Стрибати вгору ^Т. Сторч та ін., “Змочування та плівкова поведінка пропану всередині геотермальних теплових труб”, 16-а Міжнародна конференція теплових труб, Ліон, Франція, 20–24 травня 2012 р.
Стрибати вгору ^Ку, Йентунг; Оттенштейн, Лора; Дуглас, Доня; Хоанг, Трієм.GG quot; Теплопровід мініатюрної петлі для багатовипарника для теплового управління малих космічних апаратів".Американський інститут аеронавтики та астрономіки. Центр космічних польотів Годдарда. Процитовано 14 вересня 2011.
Стрибати вгору ^Ку, Йентунг; Пайва, Клебер; Мантеллі, Марсія.GG quot; Перехідна поведінка теплової труби петлі з використанням температури джерела тепла для регулювання заданої температури за допомогою термоелектричного перетворювача на пласті".NASA. Центр космічних польотів Годдарда. Процитовано 14 вересня 2011.
Стрибати вгору ^Випробування та аналіз терміну служби теплової труби проміжної температури GG;.www.1-act.com.
Стрибати вгору ^GG quot; Heat Pipes", Fifth Edition, DA Reay, PA Kew, p. 10.
Стрибати вгору ^Гоглер, Річард (1944)." Теплообмінні пристрої" ;. Дейтон, Огайо: Патентне відомство США: 4. 2350348.
Стрибати вгору ^GG quot; Теплообмінний пристрій".google.com.
Стрибати вгору ^GG Quot; Випаровувально-конденсаційний теплообмінний пристрій&Quot;.google.com.
Стрибати вгору ^GG Quot; Джордж М. Гровер, 81 рік, винахідник популярного пристрою теплопередачі&Quot;, 3 листопада 1996 р., New York Times
Стрибати вгору ^Енергія, Том Харпер, головний інформаційний директор Національної лабораторії Лос-Аламоса, керований Лос-Аламосською національною безпекою, ТОВ, для США. Відділ.GG quot; Служба недоступна".www.lanl.gov.
Стрибати вгору ^GG quot; Натхненна технологія теплових труб", lanl.gov
Стрибати вгору ^Г. Й. Істмен, “Теплова труба” Scientific American, Vol. 218, No 5, с. 38-46, травень 1968 р.
Стрибати вгору ^Янссон, Дік (2010).GG quot; Теплові труби"(PDF) .QEX. ARRL (липень-серпень 2010 р.): 3–9. Процитовано 14 листопада 2011.
Стрибати вгору ^GG quot; Теплові труби зі змінною провідністю для змінних теплових ланок".www.1-act.com.
Стрибати вгору ^[1], 1998, Hong Xie, Intel Corp, IEEE
Стрибати вгору ^Планування та встановлення сонячних теплових систем: Посібник для установників ... - Google Books. Books.google.co.uk. Процитовано 07.05.2013.
Стрибати вгору ^К. Е Хейер, "Застосування теплових труб на трубопроводі Заляски" Спеціальний звіт 79-26, Інженерний корпус армії США, вересень 1979 р.
Стрибати вгору ^GG quot; Технологія термосифона для штучного заморожування ґрунту (AGF)".simmakers.com.
Стрибати вгору ^Інститут досліджень Середнього Заходу,Теплові труби, Звіт NASA NASA CR-2508, стор. 19, 1 січня 1975 р.
Стрибати вгору ^Кью, Девід Ентоні Рей; Петро. А. (2006). Теплові труби (5-е видання). Оксфорд:Баттерворт-Хайнеманн. p.309.ISBN978-0-7506-6754-8.
Стрибати вгору ^GG Quot; Ядерні реактори для космічного&Quot;. Всесвітня ядерна асоціація. Процитовано 21 вересня 2012.
Стрибати вгору ^GG quot; Дослідники перевіряють нову енергетичну систему для космічних подорожей".
Для отримання додаткових запитань та зразків та запитів на виробництво, будь ласка, зв'яжіться з нами:
Китайський постачальник фабрики виробників електричних нагрівальних елементів
Ключові продукти: розморожувальний нагрівач, розморожувальний елемент, нагрівальна трубка, трубчастий нагрівач, розморожувальна нагрівальна трубка, нагрівальна площадка, нагрівальний діапазон, стрічковий нагрівач, нагрівальний пояс, нагрівальний дріт, нагрівальний кабель, нагрівач MICA, нагрівальна трубка, нагрівач з силіконової гуми, нагрівач PTC , керамічний нагрівач, термопресова плита, нагрівач котла, нагрівач зі скляною трубкою, інфрачервоний нагрівальний елемент, алюмінієва нагрівальна плита, нагрівач з алюмінієвої фольги, нагрівач з алюмінієвої трубки тощо ...
Додайте: No 16, Road 3, Sanjiang Industry Zone, Shengzhou, Zhejiang, China
Контакт: Ерік Сі
Електронна адреса:sale@benoelectric.com
Моб: +8615988295936
Skype:ericxie123@outlook.com
Підсилювач Wechat GG; Whatsapp: +8615988295936
Веб-сайт: www.benoindustry.com
