Разработка и исследование алюминиевых тепловых труб с резьбовой капиллярной структурой для охлаждения светодиодных осветительных приборов.

На освещение в мире расходуется от 19 до 22% вырабатываемой электроэнергии. Внедрение энергосберегающих технологий в системы освещения позволит обеспечить значительную экономию электроэнергии и улучшить экологическое состояние за счет уменьшения выбросов тепловых электростанций в окружающую среду. Одним из путей экономии энергии в освещении является переход на светодиодное освещение. Световая отдача светодиодных источников света в 10 раз превышает световую отдачу ламп накаливания и в 2 раза - компактных люминесцентных ламп, содержащих ртуть. Однако, при создании светодиодных осветительных приборов возникает проблема обеспечения нормального теплового режима светодиодных источников света.
Решить эту проблему можно с помощью тепловых труб, теплопроводность которых превышает теплопроводность меди в сотни раз. Вместе с тем, технология изготовления медных тепловых труб с металоволокнистими или порошковыми капиллярными структурами является сложной. Кроме того, они имеют значительную массу. Поэтому перспективным является применение в светодиодных приборах более легких и более дешевых - алюминиевых тепловых труб. Лучшие алюминиевые тепловые трубы с капиллярными омега-образными канавками были разработаны для космического назначения и являются дорогостоящими, поскольку получение капиллярной структуры осуществляется методом экструзии с использованием высокотемпературного металлургического оборудования.
В данной научно-исследовательской работе впервые разработаны и исследованы новые конструктивно-технологические решения по созданию гравитационных алюминиевых тепловых труб с резьбовой капиллярной структурой, которая выполнена в виде метрической резьбы на внутренней поверхности корпуса тепловой трубы в зоне испарения. Такие тепловые трубы, в отличие от существующих алюминиевых тепловых труб с омега-образными канавками, технологичнее в производстве, что позволяет изготавливать их в условиях существующих небольших отечественных предприятий, удешевляет их производство и повышает конкурентоспособность.
В результате работы разработана эскизная конструкторская документация на тепловую трубу с резьбовой капиллярной структурой, на имитатор теплового потока на основе алмазоподобных пленок и на светодиодный светильник с разработанной тепловой трубой. Созданы 5 экспериментальных образцов тепловых труб с теплоносителями: хладон 141b, н-пентан и изобутан. Экспериментально полученіы: новые графические зависимости коэффициента теплоотдачи в зоне испарения и в зоне конденсации от давления насыщенного пара при постоянной плотности теплового потока, а также - зависимости коэффициента теплоотдачи в зоне испарения и в зоне конденсации от плотности теплового потока при постоянном давлении насыщенного пара. Получены графические зависимости: термического сопротивления от угла наклона тепловой трубы, перепада температуры по тепловой трубе от передаваемого теплового потока, определена степень равномерности температурного поля и значение максимального теплового потока, передаваемого тепловой трубой.
На основе полученных зависимостей разработана инженерная методика расчета и рекомендации по внедрению алюминиевых тепловых труб с резьбовой капиллярной структурой в светодиодные осветительные устройства.