Tepelná trubice

Tepelná trubice (anglicky heatpipe, nebo heat pipe) dokáže přenášet velké tepelné výkony při zachování malého rozdílu teplot (běžně kolem 2 °C). Přenos tepla v ní je založen na odpařování a kondenzaci.

Princip činnosti

Jedná se o hermeticky uzavřenou trubici, ve které je pracovní látka (voda, alkohol, propanbutan, freon apod.). Budeme-li jeden konec ohřívat a na druhý umístíme chladič, začne se pracovní médium odpařovat. V důsledku toho roste tlak. Na chlazeném konci páry kondenzují a předávají tak teplo, které bylo spotřebováno k odpaření. Kondenzát teče, nebo vzlíná zpět a tak to jde stále dokola.

Vlastnosti

Při nízké teplotě vede stejně, jako samotná trubice, tzn. vzhledem k malému průřezu špatně.
Po dosažení pracovní teploty udržuje velmi malý rozdíl teplot (čím větší je uvnitř tlak, tím snáze dochází ke kondenzaci).
Horní hranice pracovního rozsahu je poblíž stavu, kdy se všechna kapalina odpaří. Pak se rozdíl teplot zase začne zvětšovat.
Přenášený výkon je limitován rychlostí, jakou se pracovní kapalina dostává zpět..

Konstrukce

Měděná, nebo ocelová trubice na obou koncích zavařená, nebo zapájená. Uvnitř se nachází malé množství kapalné pracovní látky a zbytek prostoru je vyplněn jejími parami. Při použití trubice s hladkými stěnami musí být ohřívaný konec níže a chlazený výše, aby kondenzát mohl stékat zpět. Tento způsob se používá na vzdálenosti až do několika metrů. Pro přenos na malé vzdálenosti (do desítek cm) se používají trubice s vnitřní stěnou upravenou tak, aby po ní kapalina vzlínala (jemné podélné drážky, poleptání, nebo výstelka z drátěné síťky, či různých porézních materiálů). V důsledku toho může být zdroj tepla o několik cm výše, než chladič.

Použití

V roce 1936 získal Jacob Perkins patent na tzv. Perkinsovu trubici, která je od té doby používána k vytápění pekařských pecí (tzv. parních). Jde o tepelnou trubici, v níž je pracovním médiem voda. Výhodou oproti starším roštovým pecím byla rovnoměrnější teplota v celém prostoru pece.
Již desítky let se tato technologie používá v průmyslu, převážně k chlazení výkonové elektroniky. Výhodou je, že chlazené prvky mohou být rozmístěny optimálně z elektrického hlediska (což obvykle znamená blízko u sebe) a velký chladič se udělá společný pro všechny na místě, kde nepřekáží. Vnitřek zařízení je navíc možno prachotěsně uzavřít a chladicí vzduch vést pouze přes chladič.
V posledních letech^[kdy?], když příkony procesorů používaných v PC začaly běžně překračovat 100 W, se tepelné trubice začínají prosazovat i zde, ale mají většinou jen podpůrný význam, kdy zlepšují rozvod tepla z malé plochy procesoru do velkého chladiče a díky tomu vyšší chladicí výkon.
Grafické karty mají dnes TDP přes 250W a proto se heatpipe používá i pro chlazení zde.

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu Tepelná trubice na Wikimedia Commons