Группа исследователей из Нагойского университета в Японии разработала инновационную петлевую тепловую трубу (LHP), способную транспортировать до 10 кВт тепла без использования электричества. Эта рекордная способность передачи тепла является крупнейшей в мире и открывает новые возможности для энергосбережения и углеродной нейтральности в различных отраслях промышленности.
Новая LHP превосходит предыдущую модель, разработанную тем же университетом, благодаря улучшениям в структуре испарителя. Эти модификации позволили уменьшить размер устройства на 18%, увеличить способность переноса тепла в 1,6 раза и повысить эффективность теплопередачи в четыре раза. LHP уже нашли применение в пилотируемых космических полётах, электромобилях, метеорологических спутниках и бытовой электронике.
«Этот LHP уникален тем, что может транспортировать такое большое количество тепла без использования электричества, что делает его крупнейшим в мире устройством для неэлектрической транспортировки тепла. Это устраняет необходимость в электричестве, которое ранее потребляли обычные механические насосы, что позволяет осуществлять почти постоянную транспортировку тепла без электричества», — заявил профессор Хосэй Нагано, старший научный сотрудник, участвующий в проекте.
Растущая осведомленность компаний об их углеродном следе приводит к увеличению спроса на энергоэффективные методы охлаждения в индустрии электромобилей. LHP помогают электромобилям повысить общую эффективность, обеспечивая охлаждение, не требующее электричества, что снижает потребность в электроэнергии.
«Для электромобилей поддержание температуры инвертора имеет решающее значение для оптимальной производительности. Традиционные методы охлаждения инверторов требуют энергии, но наш LHP поддерживает температуру без электричества. Это приводит к повышению эффективности и позволяет справляться с высокими тепловыми нагрузками, необходимыми в промышленности», — пояснил Шон Сомерс-Нил, аспирант, участвующий в проекте.
LHP использует рабочую жидкость и пористый материал для эффективной транспортировки тепла на большие расстояния. Материал втягивает рабочую жидкость к поверхности посредством капиллярного действия. Когда тепло подается на испаритель, жидкость на поверхности поглощает тепло и превращается в пар. Пар перемещается в конденсатор, где он отдает тепло и конденсируется обратно в жидкость. Затем жидкость возвращается в компенсационную камеру, где она снова контактирует с материалом, который втягивает её обратно на поверхность и продолжает цикл охлаждения.
Группа исследователей улучшила секцию с пористым материалом LHP, сделав её тоньше, длиннее и шире, сохранив при этом высококачественные пористые свойства. Они также улучшили возможности теплопередачи, сузив каналы, которые позволяют пару выходить из испарителя, и добавив дополнительные каналы по бокам, тем самым увеличив общее количество каналов.
«Уникальность петлевой тепловой трубы заключается в форме, качестве и размере фитиля, а также в общей производительности LHP. Обычно при изготовлении более крупных фитилей качество снижается, но качество этого фитиля аналогично качеству более мелких. Фитиль имеет сердечники, которые помогают уменьшить толщину, что приводит к меньшему падению давления и более низким рабочим температурам», — объясняет профессор Нагано.
Новая LHP продемонстрировала эффективность теплопередачи более чем в четыре раза по сравнению с существующими LHP во время испытаний. Конструкция была настолько эффективна, что переносила отработанное тепло на расстояние 2,5 метра без использования энергии, используя капиллярную силу, создаваемую фитилем. Это установило рекорд для неэнергетической теплопередачи.
«Ожидается, что эта новаторская технология LHP произведёт революцию в энергосбережении и углеродной нейтральности в различных областях, включая рекуперацию заводского отходящего тепла, использование солнечного тепла, управление теплом электромобилей и охлаждение центров обработки данных. Эффективная экономия тепла знаменует собой значительный шаг к решениям в области устойчивой энергетики», — сказал Сомерс-Нил.