Тепловые трубки

Воздушные системы охлаждения с тепловыми трубками в последние годы

получили популярность среди подготовленных компьютерных пользова-

телей благодаря хорошему соотношению параметров стоимость/эффек-

тивность/шумность.

Впервые термин ≪тепловая трубка≫ использован американским изо-

бретателем Г. Гровером в описании к патенту США 3-229-759. Тепловые

трубки способствуют эффективному теплоотводу от поверхности про-

цессора, а по коэффициенту теплопроводности в сотни раз превосходят

обычные медные трубки. По принципу действия тепловые трубки во мно-

гом схожи с термосифонами, в которых теплоотвод осуществляется за

счет тепловой конвекции.

Системы охлаждения 187

Простейший термосифон представляет собой полую, герметично за-

крытую трубку (например, из меди), внутри которой имеется небольшое

количество рабочей жидкости. Термосифон располагается вертикально, а

конец с жидкостью помещается в область повышенной температуры. При

подводе тепла жидкость начинает превращаться в пар (зона испарения),

который в результате конвекции движется вверх, то есть в зону с меньшей

температурой. При остывании пар конденсируется и по стенкам термоси-

фона под действием гравитационных сил стекает вниз. Для эффективного

теплоотвода с помощью такого термосифона необходимо обеспечить по-

стоянный отвод тепла от зоны конденсации, что можно сделать с помощью

радиатора. То есть необходимо, чтобы всегда существовал градиент тем-

пературы и чтобы температура зоны конденсации была достаточной для

конденсации пара.

Для построения универсальных

систем охлаждения необходимо,

чтобы теплоотвод осуществлялся

при любом положении трубки. Для

этого возврат конденсата в зону ис-

парения должен происходить не под

действием гравитационных сил, а

вопреки их действию. Таким меха-

низмом возврата служит капилляр-

ный эффект в пористом материале,

который реализуется в тепловых

трубках.

Тепловые трубы, используемые

для системы охлаждения процес-

соров, обычно изготавливаются из

меди, а на их внутреннюю поверх-

ность наносят слой пористого ма-

териала. В качестве рабочей жидкости могут использоваться различ-

ные вещества, которые должны удовлетворять определенным условиям.

Во-первых, рабочая жидкость должна иметь точку фазового перехода

≪жидкость — пар≫ в требуемом диапазоне рабочих температур. Во-вто-

рых, жидкость должна обладать достаточно большой удельной теплотой

парообразования, так как чем выше удельная теплота парообразования,

тем меньше потребуется жидкости. В-третьих, жидкость должна обла-

дать достаточно высокой теплопроводностью, чтобы свести к минимуму

перепад температур между стенкой трубки и поверхностью испарения.

В данном случае предпочтительнее использование жидкостей с высоким

поверхностным натяжением, поскольку такая жидкость обладает ярко

выраженным капиллярным эффектом. При охлаждении процессоров в

Система охлаждения Titan Vanessa

с радиатором на тепловых трубках

1 8 8 Корпус

качестве рабочей жидкости используют воду (диапазон рабочих темпе-

ратур от 30° до 200 °С) или ацетон (диапазон рабочих температур от 0° до

120 °С).

Капиллярно-пористый материал, используемый в тепловых трубках,

должен быть достаточно мелкопористым для улучшения капиллярного

эффекта, однако слишком мелкопористая структура будет препятство-

вать проницаемости жидкости. Выбор капиллярно-пористого материала

зависит как от рабочих температур, так и от общей длины тепловой

трубки.