ТЕПЛОВАЯ ТРУБА С ПРИМЕНЕНИЕМ ТРУБЧАТЫХ ОПТОВОЛОКОННЫХ СТРУКТУР
HEAT PIPE USING TUBULAR FIBRE-OPTIC STRUCTURES

Изобретение относится к устройствам для отвода тепла от компонентов радиоэлектроники с высокой мощностью тепловыделений, в частности к тепловым трубам, и может использоваться в различных областях электронной промышленности.
Наиболее близким к изобретению по достигаемому результату является тепловая труба [1, 2], состоящая из герметичного полого цилиндра, внутренняя поверхность которого выложена капиллярно-пористой структурой, насыщенной смачивающей жидкостью. Капиллярно-пористая структура может представлять собой металлическую сетку, спеченные шарики, металловолокна, стеклоткани и даже систему канавок на внутренней поверхности корпуса. Смачивающая жидкость является теплоносителем и в зависимости от уровня температуры в зоне нагрева выбираются жидкие металлы, ртуть, аммиак, вода, ацетон, спирты, фреоны и т.п.
Недостатком тепловой трубы можно считать неэффективный отвод инфракрасного излучения, а также невысокую точность термостатирования в случае применения тепловой трубы для охлаждения мощных теплонагруженных компонентов электронной аппаратуры.
Задача изобретения - улучшение теплообмена в тепловой трубе путем применения трубчатых оптоволоконных структур.
Для решения поставленной задачи предлагается тепловая труба, основанная на применении трубчатых оптоволоконных структур. Согласно изобретению, внутренняя боковая поверхность тепловой трубы выложена трубчатыми оптическими стеклянными волокнами, а в качестве хладагента внутри тепловой трубы используется легкоиспаряющаяся жидкость.
Устройство реализуется следующим образом.
Тепловую трубу изготавливают из кварцевого стекла в виде цилиндрической емкости, основание которой представляет собой плоскую поверхность, а противоположная сторона емкости выполняется в виде стеклянного радиатора. При изготовлении тепловой трубы ее внутреннюю боковую поверхность в направлении от основания к радиатору выкладывают трубчатой оптоволоконной структурой, которую насыщают смачивающей жидкостью. В качестве смачивающей жидкости используют легкоиспаряющуюся жидкость (спирт).
На фиг.1 приведена схема действия тепловой трубы 2 при охлаждении микросборки 1. В процессе отвода тепла от микросборки 1 в зоне испарения температура жидкости 6 повышается и она начинает испаряться. Пары достигают радиатора 3 (зона конденсации) и конденсируются. Образующаяся жидкость 6 по трубчатой оптоволоконной структуре 4 стекает обратно в зону испарения. Таким образом, происходит непрерывный перенос тепла 5 от зоны испарения к зоне конденсации. Одновременно по трубчатой оптоволоконной структуре 4 происходит отвод инфракрасного излучения 7 от микросборки 1.
На фиг.2 приведен фрагмент трубчатой оптоволоконной структуры. Здесь показано направление движения жидкости 1 и направление инфракрасного излучения 2.
Применение легкоиспаряющейся жидкости (спирт) в качестве хладагента позволяет интенсифицировать теплообмен в тепловой трубе за счет фазового перехода, создавая условия для термостатирования охлаждаемого объекта. Изменением характеристик хладагента можно регулировать процесс теплопереноса, усиливая его либо замедляя по мере необходимости. А использование трубчатой оптоволоконной структуры обеспечивает не только движение жидкости от зоны конденсации к зоне испарения, но и позволяет отводить инфракрасное излучение от охлаждаемого объекта.
Разработанное устройство использовалось для охлаждения компьютерного процессора (Pentium IV). Испытания показали приемлемые эксплуатационные характеристики применения разработанной тепловой трубы для охлаждения и термостатирования процессора.
Литература
1. Пат. 3229759 (США). Evaporation - condensation heat transfer device / G.M.Grover. - Опубл. 1966.
2. Алексеев В.А., Арефьев В.А. Тепловые трубы для охлаждения и термостатирования радиоэлектронной аппаратуры. - M.: Энергия, 1979. - 128 с.