Een heat pipe is een transport mechanisme dat grote hoeveelheden warmte kan verplaatsen. Veel groter dan normaal door eenvoudig geleiding mogelijk zou zijn, bij veel lagere temperatuursverschillen en/of over grotere afstanden. In een heat pipe zit een transport medium, dat aan de warme kant verdampt, waarbij het energie opneemt, als gas zich voortbeweegt naar de koude kant, alwaar het condenseert en zijn warmte afgeeft, om vervolgens weer terug te gaan naar de warme kant.

Voordelen van het gebruik van heat pipes:

  • Hoog rendement (hoog opwekvermogen) zelfs bij lage lichtniveaus zoals tijdens de wintermaanden,
  • Laag gewicht en windebelasting,
  • Eenvoudige installatie,
  • Lange levensduur,
  • Mogelijkheid tot vervanging van individuele buizen.

Werking:

1) Dit medium verdampt op het moment dat het in contact komt met het warme oppervlak en neemt hierbij de verdampingswarmte plus de soortelijke warmte maal de temperatuursstijging aan energie op (hoewel dit tweede deel meestal een relatief kleine component is vanwege de grote verdampingswarmte en relatief lage delta-T),

2) Door het condenseren enerzijds en het verdampen anderzijds ontstaat er een drukverschil, dat ervoor zal zorgen dat het gas gaat stromen en het eigenlijke warmtetransport plaats vind,

3) Aan de koude kant condenseert de damp weer waarbij de opgenomen warmte vrij komt,

4) Om het gecondenseerde vocht terug te krijgen naar de warme kant van de heat pipe kan er ofwel van zwaartekracht danwel van een materiaal met capillaire werking gebruik gemaakt worden. In het geval van zwaartekracht zullen de druppels zoals normaal te verwachten valt naar beneden stromen, maar bij het gebruik van een capillair materiaal kan het condensvocht ook tegen de zwaartekracht in stromen. Hierdoor kunnen dergelijke heat pipes in alle richtingen en met bochten toegepast worden.

Warmte verplaatsing:

Het grote voordeel van heat pipes is hun capaciteit om extreem efficiënt warmte te verplaatsen. Een heat pipe is een compleet passief apparaat. Er zitten geen bewegende delen in en zolang het omhulsel intact blijft kan de heat pipe eeuwig blijven functioneren. Daarnaast heeft een heat pipe een extreem goede geleiding. Veel beter dan een koperen of zilveren staaf van dezelfde diameter. Er zijn heat pipes die warmte kunnen transporteren met een dichtheid tot wel 23kW/cm². Dit is ongeveer vier keer meer warmte dan er vrij komt aan het oppervlak van de zon, welke een warmteuitstraling heeft van ongeveer 6kW/cm². Deze efficiëntie komt doordat het relatief veel energie kost een materiaal van fase te laten veranderen. Deze smeltwarmte of verdampingswarmte, waar we hier gebruik van maken is gelijk aan de soortelijke warmte van vele graden temperatuursverandering. Bij het veel gebruikte medium voor heat pipes, water, is de verdampingswarmte 40,65kJ/mol. Dit is meer dan vijf keer zoveel als de warmte die nodig is om water van 0 °C tot 100 °C te verwarmen (warmte capaciteit water = 75.3 kJ/mol).

Toepassing zonneboilers:

In moderne zonneboilers worden vaak heat pipes toegepast. Heat pipes zijn hier ideaal, omdat het hiermee gemakkelijk is de ingestraalde warmte van een groot oppervlak te concentreren tot een klein oppervlak waar deze geaccumuleerde warmte kan worden overgedragen aan het te verwarmen water of een ander transportmedium. In vergelijking met andere manieren om dit te bewerkstelligen, zoals een massive geleider, of een leiding met stromend water heeft de heat pipe voordelen. Een heat pipe heeft een veel lagere soortelijke warmte, omdat deze voornamelijk gevult is met een lage druk gas. Slechts een fractie van zijn volume is gevuld met het medium. Daarnaast heeft een heatpipe een veel grotere warmte transport capaciteit dan massief koper, maar ook als een leiding met water. Dit komt omdat alle heat-pipes parallel gebruikt kunnen worden en bij het rond pompen van water alle leidingen in serie staan.

De warmteoverdracht gaat dmv geleiding van de condensor richting manifold. Door de manifold wordt het transportmedium gepompt wanneer deze een hogere temperatuur heeft dan het buffervat. De warmte wordt dmv de warmtewisselaar in het buffervat weer afgegeven waardoor er kouder transportmedium weer in het manifold terecht komt en het proces begint weer opnieuw.