Praktijkvoorbeelden

Inleiding
Een warmte transport methode met zoveel potentiaal als heat-pipes en die al zo lang bestaat moet zeker al een boel nuttige toepassingen hebben in de praktijk dachten wij en daarom zijn wij gaan kijken wat we konden vinden. Een aantal van de meest uiteenlopende toepassingen hebben wij hier proberen te verzamelen, want natuurlijk worden heat-pipes op veel meer plaatsen en manieren toegepast en er komen steeds weer nieuwe toepassingen bij, maar om deze hier allemaal op te sommen zou een onmogelijke klus worden.

Computerkoeling
De meest voor de hand liggende toepassing om op deze pagina te noemen moet natuurlijk wel het koelen van computer-componenten zijn. Dit was vroeger niet zo'n probleem en was met een enkele ventilatot en een paar kleine koelblokjes al snel opgelost. De laatste jaren echter gaan de processors steeds meer warmte produceren. Niet verwonderlijk als je weet dat de warmte afgifte van processors exponentieel evenredig is aan de kloksnelheid en dat de kloksnelheid rap van enkele Mhz'en naar bijna 4Ghz voor de moderneste processors is gestegen in de afgelopen 20 jaar. Daarbij komt nog dat het oppervlakte waarop deze warmte wordt geproduceerd steeds kleiner wordt. De nieuwste 'straalkachel' van iNTEL, de Pentium4 XE 840 heeft een gespecificeerde maximale warmteafgifte van maar liefst 130 watt. Dat is welliswaar op een oppervlak van 206mm² en daarmee is de warmtedichtheid wat lager, maar de Pentium4 571 presteert het om 115 watt te produceren op een oppervlak van slechts 81mm² en heeft daarmee en warmtedichtheid van maar liefst 142 watt/cm², dat is meer dan een kernreactor! En processors zijn niet het enige wat warmte produceert, de Geforce 6800GT videokaart van Nvidea kan er ook wat van met zijn maximaal opgenomen vermogen van 120watt, wat er toch voor het grootste deel weer als warmte uit komt. Hardeschijven is ook iets wat niet vergeten mag worden; deze pagina staat opgeslagen op een hardeschijf die onder gemiddelde belasting rond een temperatuur van 325K schommelt en de voeding die natuurlijk met enig verlies de juiste voltages levert aan al deze componenten wordt ook steeds warmer.
En aangezien het niet goed is de componenten tot temperaturen te laten stijgen boven 330-340K kun je je wel voorstellen wat voor noodgrepen er ooit gemaakt worden om warmte af te voeren van somige morderne computers. Een computer die meer dan 70dB produceert (zonder speakers!) is dan ook goed mogelijk. Maar aangezien computers op steeds meer plaatsen worden toegepast en steeds gewoner worden gaan mensen ook steeds meer eisen stellen aan de geluidsproductie van hun systeem. Je wilt natuurlijk niet dat de computer die op je bureau naast je bed staat je uit je slaap houdt. Heat-pipes kunnen in dergelijke gavallen uitkomst bieden, want daarmee is het mogelijk om veel warmte vanaf een klein oppervlak te verspreiden over grote koelribben die in een gunstigere positie zijn dan direct op de te koelen chip zoals bijvoorbeeld op een plaats waar sowiezo al lucht stroomt zodat er geen extra ventilators nodig zijn. Een andere optie is om de warmte te verspreiden over een aantal extreem grote koelblokken zodat er helemaal geen ventilators meer nodig zijn zoals Zalman gedaan heeft.


Ruimtevaart
Ook de NASA maakt graag van heat-pipes gebruik. Warmte is altijd een probleem bij ruimtevaart, want er is er atlijd teveel van of te weinig, omdat er in de ruimte niet zoiets is als lucht wat de warmte netjes verdeelt. Een sateliet in een baan om de aarde kan daarom aan de zijde die geen direct zonlicht vangt soms maar een paar Kelvin zijn terwijl de zon-belichte zijde gemakkelijk 500K kan zijn. Deze grote temperatuursverschillen hebben nou niet bepaald een prettig effect, want ze zorgen er onder andere voor dat de materialen flink uitzetten of krimpen en dan per materiaal met verschillende hoeveelheden. Ook worden sommige materialen bij extreem lage temperaturen erg poruus of juist erg slap bij hoge temperaturen. Al met al zorgt dit ervoor dat een sateliet gemakkelijk kapot kan gaan in de ruimte, daarom worden heat-pipes vlak onder de huid van satelieten gebouwt, zodat de warmte van de warme kant naar de koude kant wordt getransporteerd om zo de temperatuur enigzins gelijk te krijgen.
Ook bij terugkeer naar aarde ontstaan er problemen. Sommige punten van een ruimtevaartuig zullen namelijk extreem veel vrijving ondervinden van de atmosfeer bij terugkeer, wat dit oppervlak aardig opwarmt. Als hiervoor geen afdoende bescherming wordt geboden dan zal het ruimtevaartuig letterlijk smelten, wat tot ontplofingen lijdt zoals recentelijk bij een spaceshuttle is waargenomen. Om dit te voorkomen worden er heat-pipes in de vleugels van ruimtevaartuigen gebouwt die de warmte over de vleugel verdelen.

Bakkerijen
De eerste toepassing van heat-pipes ongeveer 200 jaar geleden in Engeland in bakkersovens om de oven gemakkelijk gelijkmatig te kunnen verwarmen. Het probleem was namelijk dat een oven niet overal even warm was als er van onderuit een vuur ingestookt werd. Onderin dicht bij het vuur werd de oven veel sneller warm en was de temperatuur soweizo ook hoger. Door in de wand van de ovens heat-pipes in te bouwen werd de warmte gelijkmatig door de oven verdeeld. En tegenwoordig worden heat-pipes nog steeds gebruike om ovens vanuit een punt met een enekele geconcentreerde vlam te kunnen verwarmen.
Een andere toepassing van heat-pipes in bakkerijen is gericht op het verhogen van de efficiëntie van het productie proces. Door restwarmte aan de verbrandingsproducten van de oven te onttrekken met behulp van heat-pipes om deze te gebruiken om het brood te laten rijzen, wordt energie bespaart. En omdat het met heat-pipes gebeurt kan er een redelijke afstand zijn tussen de uitlaat van deze gassen en de rijsoven en hoeft het brood niet in contact te staan met de verbrandings producten.