Среди множества изобретений Николы Теслы (1856–1943) есть одно особенно интересное: так называемый «клапан Теслы», или, как назвал его сам сербский (а впоследствии американский) изобретатель, «клапанный трубопровод». Это гидравлическая структура или трубопровод без движущихся частей, позволяющий жидкости свободно течь в одном направлении, но при этом затрудняющий или предотвращающий обратное движение. В заявке на патент (US 1329559), поданной в 1919 году, изобретение описывается следующим образом: «Внутри трубопровода расположены расширения, углубления, выступы, дефлекторы или ковши, которые практически не препятствуют потоку жидкости в одном направлении, за исключением трения о поверхность. Однако в противоположном направлении они создают почти непреодолимый барьер из-за сужений, расширений, отклонений, инверсий направления, резких остановок и запусков, а также из-за быстрых последовательных преобразований давления и скорости».

Одной из ключевых характеристик этого гидравлического устройства является его эффективность, позволяющая управлять жидкостью без необходимости использования внешних механизмов. Кроме того, как подчеркивает Тесла в своей заявке на патент, его клапан может работать в самых разнообразных условиях и изготавливаться в разных масштабах: от промышленных систем до миниатюрных устройств.

Хотя клапан Теслы на протяжении десятилетий оставался незамеченным, в последние годы, с развитием материалов и компьютерного моделирования, он вновь привлек внимание инженеров, технических специалистов и ученых. Они обнаружили его потенциал для применения в различных технологических областях, таких как микрофлюидные системы, тепловые насосы и медицинские устройства.

Одним из недавних примеров использования этого изобретения стало проектирование высокоэффективных систем охлаждения. Кроме того, клапан Теслы нашел применение в таких отраслях, как аэрокосмическая и автомобильная промышленность, где минимизация веса и обслуживания играет важную роль. В 2021 году китайская компания Xiaomi Corporation — производитель телефонов, бытовой электроники и электромобилей — объявила, что в некоторых моделях ее мобильных телефонов будет использоваться технология жидкостного охлаждения в замкнутом контуре. Так вот, эта технология использует именно клапан Теслы, чтобы гарантировать однонаправленное движение охлаждающей жидкости.

Компьютерное моделирование динамики жидкости с использованием клапана Теслы показало, что сопротивление потоку в блокирующем направлении примерно в 15 раз превышает сопротивление в направлении свободного потока для конструкций с 2 сегментами, и примерно в 40 раз для конструкций с 4 сегментами. Эти параметры совпадают с теми, что указаны в патентной заявке. Однако эксперименты с постоянным потоком показывают меньшие соотношения, в диапазоне от 2 до 4.

В любом случае простота клапана Теслы свидетельствует о гениальности его создателя. В мире, который стремится к экологичным и эффективным решениям, это изобретение может сыграть важную роль как инструмент для решения технологических вызовов будущего. Таким образом, клапан Теслы, благодаря своей способности регулировать поток без использования электричества и движущихся частей, становится устойчивым решением с точки зрения энергопотребления.

Если вы хотите узнать больше и понять, как работает клапан Теслы, вы можете удовлетворить свое любопытство, посмотрев это видео: