Топлинната тръба е херметична метална тръба, частично пълна с течност. Когато единият край на тръбата се нагрее, течността там кипи и се превръща в пара. След това парата се издига към другия, по-студен край, където отново се превръща в течност, отдавайки натрупаната топлина. Полученият кондензат се връща обратно и процесът се повтаря отново и отново — без помпи, вентилатори или външен източник на енергия. Благодарение на това топлината се пренася почти без загуби, дори ако разликата в температурата между краищата на тръбата е само няколко градуса. В същото време чрез такава тръба могат да се „транспортират” топлинни потоци с мощност десетки киловати на квадратен метър повърхност.

Словацките изследователи изучиха три типа топлинни тръби — гравитационни, капилярни и затворени циклични (термосифони). При първите течността се връща под действието на гравитацията, затова тръбата трябва да стои вертикално. При вторите, благодарение на специална вътрешна пореста структура, която всмуква течността обратно като гъба, те могат да работят във всяко положение. При третите движението на течността и парата преминава през отделни канали, което прави системата по-устойчива и ефективна. Тази проста, но елегантна физика позволява на топлинните тръби да работят автономно, да не се износват и да служат десетилетия, дори там, където другите охлаждащи системи са невъзможни — например в херметични устройства, спътници или под земята.

Първите обекти, където инженерите решиха да тестват топлинните тръби, бяха електронните устройства — най-чувствителните към прегряване елементи на съвременната техника. В силов трансформатор, чиито намотки са залети с епоксидна смола и практически нямат възможност за естествено охлаждане, те инсталираха проста медна тръба с вода и спирт. Една част от тръбата се намираше вътре в корпуса, където течността се нагряваше и изпаряваше, а другата — отвън, където парата кондензираше и отдаваше топлината. Решението се оказа толкова ефективно, че температурата на намотките спадна до безопасните 80°C, а самата система работеше напълно автономно, без вентилатори и помпи.

След това изследователите създадоха миниатюрни пулсиращи топлинни тръби — малки мощни „топлинни помпи” без движещи се части. Напълнени с електроизолираща течност за отвеждане на топлина (Fluorinert FC-72), те успяха да разсейват до 100 W топлина от силови транзистори, като същевременно оставаха компактни и безшумни.

На следващия етап бяха разработени херметични охладителни системи за шкафове с електроника, където традиционните вентилатори са неприложими заради прах и влага. В тези установки топлинната тръба преминаваше през стената на корпуса: вътре поглъщаше топлината, а отвън — я отдаваше на въздуха. Дори при натоварване до 1,5 kW температурата вътре в шкафа не надвишаваше 70°C.

Не по-малко впечатляващи резултати бяха постигнати в областта на битовата енергетика. В газови камини с голямо стъклено стъкло изследователите инсталираха циклична топлинна тръба, която отвеждаше до 40% от топлината към акумулаторен бойлер за гореща вода. Това позволи да се намали прегряването на помещението, да се повиши комфортът и да се използва излишната енергия за отопление. В малките котли подобни устройства връщаха част от топлината на димните газове във въздуха за горене, намалявайки температурата на изпусканите газове с 20–50°C и увеличавайки КПД на инсталацията с 2–5%.

Екипът също проведе експерименти с геотермални източници. В дълбоки кладенци бяха поставени топлинни тръби с амоняк, които пренасят топлина от земята без помпи. Въпреки че тяхната мощност все още отстъпва на традиционните намотки, изследователите установиха причините за загубите и предложиха нови решения за равномерно разпределение на кондензата по вътрешната повърхност. След оптимизация такава система може да се превърне в по-евтина и надеждна алтернатива на съществуващите геотермални системи.

Особено внимание бе обърнато на подобряване на работните течности. Добавянето на наночастици оксиди на алуминий, мед или титаний към водата значително усилва кипенето и ускорява предаването на топлина. Експериментите показаха, че такава нанотечност увеличава ефективността на топлинната тръба с около една трета, отваряйки пътя към компактни и икономични топлообменни системи за вентилация и климатизация.

Накрая, топлинните тръби се оказаха полезни дори в технологиите за водород. При съхранение на водород в металхидриди се наблюдава силно отделяне и поглъщане на топлина, което изисква прецизен контрол на температурата. Словацките инженери приложиха затворена циклична тръба, която автоматично охлажда системата при поглъщане на водорода и я нагрява при освобождаването му, използвайки например остатъчната топлина от горивна клетка.

В бъдеще учените планират да усъвършенстват вътрешната структура на тръбите и равномерното разпределение на кондензата, да разработят нови нанотечности с по-стабилни свойства и да интегрират топлинните тръби в слънчеви колектори, акумулатори и системи за съхранение на водород.