English Russian

  ИТФ УрО РАН. Основан в 1988 г.


Основные достижения:

  • создание контурных тепловых труб - высокоэффективных теплопередающих устройств различного назначения;
  • создание новых капиллярно-пористых материалов для теплопередающих устройств, обладающих высокими капиллярно-транспортными характеристиками.
Контурные тепловые трубы

Контурные тепловые трубы (КТТ) - это герметичные теплопередающие устройства, обладающие сверхнизким термическим сопротивлением и работающие по замкнутому испарительно-конденсационному циклу с использованием "капиллярного механизма" для прокачки теплоносителя. КТТ способны передавать тепловые потоки от нескольких ватт до нескольких киловатт при различной ориентации в гравитационном поле и в невесомости без использования каких-либо дополнительных источников энергии.

Принципиальная схема КТТ 

Принципиальная схема КТТ

Преимущества КТТ:

  • обладают высокой теплопередающей способностью;
  • не содержат механически подвижных частей;
  • имеют низкую материалоемкость;
  • надежны при эксплуатации;
  • не требуют регламентного обслуживания;
  • хорошо адаптируются к различным условиям размещения;
  • обладают практически неограниченным рабочим ресурсом;
  • имеют широкие возможности для различных конструктивных воплощений.
  • обладают низкой чувствительностью к изменению положения в пространстве;
Основные технические характеристики КТТ
     максимальная мощность, Вт 100 … 2000     
     термическое сопротивление, °С/Вт 0,02 … 0,2     
     рабочая температура, °С -20 … 180     
     эффективная длина, м 0,2 … 20     
     диаметр испарителя, мм 5 … 30     
     диаметр паропровода и конденсатопровода, мм 1,8 … 8     

В настоящее время контурные тепловые трубы успешно используются в системах терморегулирования космической техники. 

Перспективные области практического применения:

  • охлаждение компьютеров,
  • охлаждение электронных и электротехнических приборов,
  • системы обогрева различных объектов,
  • утилизация низкопотенциального тепла и т.п.

Опытно-экспериментальные образцы КТТ

Аммиачная КТТ 
(длина 20 м; мощность 1,7 кВт)

Аммиачная КТТ

КТТ с дискообразным испарителем 
(диаметр 30 мм)

КТТ с дискообразным испарителем

КТТ на испытательном стенде 
(длина 2 м)

КТТ на испытательном стенде

Разработана мощная медь-водяная КТТ с эффективной длиной 310 мм. Устройство снабжено плоскоовальным испарителем толщиной 7 мм и имеет паровую и жидкостную линии диаметром 6 мм. Размеры активной зоны испарения составляют 32 мм x 32 мм.

Внешний вид медь-водяной КТТ

Испытания КТТ проводились с источниками тепла, имеющими греющую поверхность 1 кв.см и 9 кв.см. Охлаждение конденсатора производилось проточной водой при температуре 20C. Максимальная плотность теплового потока в зоне нагрева при использовании источника тепла 1 кв.см составила 998 Вт/ кв.см, а при использовании источника тепла 9 кв.см - 134 Вт/ кв.см. Минимальное термическое сопротивление КТТ 0,044C/W было достигнуто при тепловой нагрузке 1200 Вт, когда температура источника тепла составляла 143,5C.

Внешний вид медь-водяной КТТ

Зависимость температуры источника тепла от тепловой нагрузки, полученная при испытаниях медь-водяной контурной тепловой трубы с водяным охлаждением конденсатора при температуре 20С.

Миниатюрные контурные тепловые трубы

К числу новейших разработок лаборатории относятся миниатюрные контурные тепловые трубы для охлаждения высокоскоростных CPU мобильных компьютеров "note book":

  • мощность устройств достигает 140 Вт при термическом сопротивлении 0,2 °С/Вт;
  • полное термическое сопротивление в системе "стенка испарителя - окружающий воздух" находится на уровне 0,2-0,7°С/Вт;
  • длина устройств составляет 200-300 мм;
  • диаметр испарителя 5 мм;
  • диаметр паровой и жидкостной линий 2 мм;
  • масса, включая радиатор и "седло" для размещения CPU, не превышает 50 г;
  • масса испарителя составляет величину менее 4 г.

Имеются технические предпосылки для дальнейшего снижения термического сопротивления.    

Миниатюрные КТТ 

Миниатюрные КТТ

Охладители CPU на базе миниатюрных КТТ 

Охладители CPU на базе миниатюрных КТТ 
Миниатюрные КТТ для охлаждения теплонапряженных компонентов электронных устройств и компьютерной техники

Устройства имеют испаритель диаметром 5мм с длиной активной зоны 20мм. Испаритель снабжен медным интерфейсом (седлом) для размещения охлаждаемого объекта. Конденсатор представляет собой гладкостенную трубку с наружным алюминиевым оребрением. Испаритель соединен с конденсатором паропроводом и конденсатопроводом диаметром 2мм. Собственная масса миниатюрной КТТ составляет 9,3 г. Полная масса устройства, включающая интерфейс и оребрение, около 45 г. Устройство сохраняет эффективную работоспособность при любом положении в 1-g условиях.



Технические характеристики

Характеристика Охлаждение конденсатора
воздушное, 
температура 22,6°С
водяное, 
температура 45°С
     Максимальная мощность, Вт 90 130
     Номинальная мощность, Вт 50-70 80-100
     Температура интерфейса
     при номинальной мощности, °С
70,1 64,6
     Собственное термическое сопротивление
     при номинальной мощности, °С/Вт
0,12 0,12
     Полное термическое сопротивление
     "интерфейс - охлаждающая среда"
     при номинальной мощности, °С/Вт
0,67 0,20

Капиллярно-пористые материалы

Капиллярно-пористые материалы предназначены для изготовления "фитилей" контурных тепловых труб. Такие фитили, имеющие определенную конфигурацию, обеспечивают создание капиллярного напора, необходимого для передачи теплоносителя внутри КТТ. Основными достоинствами таких материалов являются малый эффективный радиус пор в сочетании с высокой пористостью и проницаемостью.

Основные технические характеристики капиллярно-пористых фитилей
Материал Пористость, % Эффективный радиус пор, микрон
     никель 60-75 0,5-5
     титан 50-70 3,5-15
     медь 60-75 0,8-20

Мелкопористые фитили, изготовленные из таких материалов, позволяют поднимать теплоноситель на высоту нескольких метров и обеспечивать эффективную передачу тепла сверху вниз. 
При горизонтальном положении устройства они способны обеспечить передачу тепла на расстояние в несколько десятков метров. 
Благодаря чрезвычайно развитой поверхности пор и специальной форме фитиля, удается организовать интенсивный теплообмен в зоне подвода тепловой нагрузки, который характеризуется величиной коэффициентов теплопередачи порядка 50000-80000 Вт/м2К. 

Спеченные фитили для контурных тепловых труб

Спеченные фитили для контурных тепловых труб