DE102015113884A1

DE102015113884A1 - Switchable heat pipe

Info

Publication number: DE102015113884A1
Application number: DE102015113884.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Beck; Philipp Zehnder
Original assignee: Hochschule fur Technik Stuttgart
Current assignee: Hochschule fur Technik Stuttgart
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-02-23

Abstract

Es wird ein Wandkollektormodul vorgestellt, welches einen an einer mit einer Umgebung in thermischer Verbindung stehenden Außenseite angeordneten Thermokollektor zum Aufladen eines Fluids mit thermischer Energie, einen an einer mit einem Innenraum in thermischer Verbindung stehenden Innenseite angeordneten Thermodonator zum Entladen der thermischen Energie von dem Fluid, ein sich von einer dem Thermokollektor zugewandten Thermokollektorseite zu einer dem Thermodonator zugewandten Thermodonatorseite erstreckendes Wärmerohr mit einem Hohlraum, welcher mit dem Fluid teilweise gefüllt ist, wobei das Fluid in selbständiger Weise die thermische Energie von dem Thermokollektor zu dem Thermodonator überträgt.A wall collector module is presented which includes a thermo-collector arranged to be thermally bonded to an environment external to an environment for charging a fluid, a thermodonator disposed on a thermally bonded inner surface to discharge the thermal energy from the fluid, a heat pipe extending from a thermo-collector side facing the thermo-collector side to a thermo-modulator facing thermo-generator side having a cavity partially filled with the fluid, said fluid independently transferring the thermal energy from the thermo-collector to the thermo-modulator.

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Wärmerohr sowie ein Verfahren zum Übertragen von Wärme. The invention relates to a switchable heat pipe and a method for transferring heat.

Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung Background and general description of the invention

Gegenstand der Erfindung sind Wärmerohre, insbesondere ein neuartiges Konzept, um solche Wärmerohre zu schalten. The invention relates to heat pipes, in particular a novel concept to switch such heat pipes.

Wärmerohre können vielseitig eingesetzt werden, um Wärme schnell und effizient zu leiten. Das Prinzip besteht darin, einen Hohlraum, wie z.B. ein metallisches Rohr, mit einem Fluid, insbesondere einem Wärmeträgermedium, beispielsweise teilweise zu füllen und insbesondere im Hinblick auf Fremdgase zu evakuieren. Sich unterscheidende Temperaturen im Wärmerohr, sei es mit zeitlichem Unterschied oder besonders interessant mit einem Temperaturgradienten entlang des Hohlraums, führen zu unterschiedlichen Dampfdrücken des Fluids. Besonders vorteilhaft kann das an der warmen Seite des Wärmerohres, z.B. einem Verdampfer, entstehende Gas schnell zur kalten Seite, z.B. einem Kondensator, strömen und dort die Wärme durch Kondensation abgeben. Dies wird dann noch weiter begünstigt, wenn keine Fremdgase im Wärmerohr vorhanden sind. Heat pipes can be used in many ways to conduct heat quickly and efficiently. The principle is to use a cavity, such as e.g. a metallic tube, with a fluid, in particular a heat transfer medium, for example, partially to fill and in particular to evacuate with respect to foreign gases. Differing temperatures in the heat pipe, whether with a time difference or particularly interesting with a temperature gradient along the cavity, lead to different vapor pressures of the fluid. Particularly advantageously, this can be done on the warm side of the heat pipe, e.g. an evaporator, resulting gas quickly to the cold side, e.g. a condenser, flow and release the heat there by condensation. This is further favored if there are no foreign gases in the heat pipe.

In schwerkraftbetriebenen Rohren entspricht die Wirkungsweise in einer Analogiebetrachtung derjenigen einer elektrischen Diode mit einer Durchflussrichtung und einer Sperrrichtung für die zu transportierende Wärmeenergie. Das so konzipierte Wärmerohr kann z.B. genutzt werden, um Solarenergie durch eine Dämmschicht in einen Raum zu transportieren, insbesondere ohne dass bei fehlender Einstrahlung bzw. allgemeiner bei einem positiven Temperaturgradienten von außen nach innen (d.h. wenn es außen kälter ist als in dem zu heizenden Innenraum), ein merklicher Wärmeverlust in die äußere Umgebung entsteht. Besonders bevorzugt ist ein Wärmetransport von dem zu heizenden Innenraum in die äußere Umgebung vollständig verhinderbar. In gravity-driven pipes, the operation in an analogy view corresponds to that of an electric diode with a flow direction and a reverse direction for the heat energy to be transported. The heat pipe thus conceived may e.g. be used to transport solar energy through an insulating layer into a room, especially without missing radiation or more generally at a positive temperature gradient from outside to inside (ie, when it is colder outside than in the interior to be heated), a significant heat loss in the external environment arises. Particularly preferably, heat transfer from the interior to be heated into the external environment is completely preventable.

Vor diesem Hintergrund wurde vorliegend eine Wärmerohranordnung, ein Wärmerohr und ein Verfahren zum Transport von Wärme entwickelt, welche einen effizienten und unidirektionalen Wärmetransport ermöglicht. Against this background, a heat pipe assembly, a heat pipe, and a method of transporting heat have been developed which enable efficient and unidirectional heat transfer.

Besonders bei Hausfassaden und ähnlichen Einsatzorten ist es Aufgabe der erfindungsgemäßen Wärmerohranordnung, einen Wärmefluss in den zu heizenden Innenraum zu realisieren, ohne dass im Falle eines positiven Temperaturgradienten von außen nach innen ein Wärmeverlust nach außen auftritt. Especially in house facades and similar locations, it is the object of the heat pipe arrangement according to the invention to realize a heat flow in the interior to be heated, without in the case of a positive temperature gradient from outside to inside heat loss occurs to the outside.

Weitere Aufgaben ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bzw. den besonderen Vorteilen die mit bestimmten Ausführungsformen erzielt werden. Other objects will become apparent from the following description or the particular advantages achieved with certain embodiments.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Wandkollektormodul umfasst einen an einer mit einer Umgebung in thermischer Verbindung stehenden Außenseite angeordneten Thermokollektor zum Aufladen eines Fluids mit thermischer Energie. Der Thermokollektor kann beispielsweise flächige Elemente aus wärmeleitendem Material wie beispielsweise Kupfer umfassen. Für den bevorzugten Zweck der Installation in Fassaden sind solche Thermokollektoren bevorzugt, die von einer direkten Bestrahlung durch Sonnenlicht effizient thermische Energie aufnehmen können. Der Thermokollektor steht in thermischer Verbindung mit der Umgebung, da er von der Umgebung, wie zum Beispiel aus dem Sonnenlicht, thermische Energie aufnehmen soll. Es ist z.B. auch möglich, dass der Thermokollektor in einem Gewässer oder im Erdreich angeordnet ist und aus dem Gewässer oder dem Erdreich thermische Energie zum Abtransport bezieht. The wall collector module according to the invention comprises a thermal collector arranged on an outside in thermal communication with an environment for charging a fluid with thermal energy. The thermal collector may comprise, for example, sheet-like elements made of thermally conductive material such as copper. For the preferred purpose of installation in facades, such thermal collectors are preferred which can efficiently absorb thermal energy from direct exposure to sunlight. The thermal collector is in thermal communication with the environment as it is intended to absorb thermal energy from the environment, such as sunlight. It is e.g. It is also possible that the thermal collector is arranged in a body of water or in the ground and draws thermal energy for removal from the water or the ground.

Von dem Thermokollektor bis zu einem Thermodonator erstreckt sich ein Wärmerohr, mittels welchem die thermische Energie zwischen dem Thermokollektor und dem Thermodonator ausgetauscht werden kann. Mit anderen Worten erstreckt sich das Wärmerohr von einer dem Thermokollektor zugewandten Thermokollektorseite zu einer dem Thermodonator zugewandten Thermodonatorseite. From the thermal collector to a thermo-modulator, a heat pipe extends, by means of which the thermal energy between the thermocouple collector and the thermo-modulator can be exchanged. In other words, the heat pipe extends from a thermo collector side facing the thermo collector side to a Thermodonator facing Thermodonatorseite.

Die tatsächliche Länge des Wärmerohres kann dabei im Wesentlichen an die baulichen Begebenheiten der Einbausituation angepasst gewählt werden. Wie im Weiteren noch dargelegt werden wird, ist der Abstand zwischen der Thermokollektorseite und der Thermodonatorseite in weiten Grenzen relativ unerheblich. In einem einfachen Beispiel kann das Wärmerohr dafür ausgelegt sein, eine 20 cm dicke Isolationsschicht auf einer gedämmten Mauerwerkaußenwand eines Wohnhauses zu überbrücken, was bedeutet, dass das Wärmerohr in diesem Beispiel eine Länge von ungefähr 20 cm aufweist. The actual length of the heat pipe can be selected essentially adapted to the structural conditions of the installation situation. As will be explained below, the distance between the thermo collector side and the Thermodonatorseite is relatively insignificant within wide limits. In a simple example, the heat pipe may be configured to span a 20 cm thick insulation layer on an insulated masonry exterior wall of a dwelling house, meaning that the heat pipe in this example has a length of approximately 20 cm.

Das Wärmerohr weist einen Hohlraum auf, welcher mit dem Fluid zumindest teilweise gefüllt ist. Der Hohlraum erstreckt sich typischerweise gleichermaßen von der Thermokollektorseite bis zu der Thermodonatorseite. The heat pipe has a cavity which is at least partially filled with the fluid. The cavity typically extends equally from the thermistor collector side to the thermo-modulator side.

Das Wärmerohr ist ferner so hergerichtet, dass das Fluid in selbständiger Weise die thermische Energie von dem Thermokollektor zu dem Thermodonator überträgt. Mit anderen Worten ist kein äußerer Antrieb vorgesehen um den Wärmetransportvorgang zu betreiben. The heat pipe is further adapted to independently transfer the thermal energy from the thermal collector to the thermo-modulator. In other words, no external drive is provided to operate the heat transport process.

Das erfindungsgemäße Wandkollektormodul umfasst ferner den an einer mit einem Innenraum in thermischer Verbindung stehenden Innenseite angeordneten Thermodonator zum Entladen der thermischen Energie von dem Fluid. Mit anderen Worten wird die mittels dem Fluid zu dem Thermodonator geführte thermische Energie an der Thermodonatorseite aufgenommen und aus dem Wärmerohr abtransportiert. Der Thermodonator kann zur Weiterleitung der thermischen Energie beispielsweise in das Mauerwerk flächige Elemente aufweisen, die mit direktem thermischem Kontakt mit dem Mauerwerk eingebaut werden können. The wall collector module according to the invention further comprises the arranged on an inner space in thermal communication with the inside arranged thermo-capacitor for discharging the thermal energy from the fluid. In other words, the thermal energy carried by the fluid to the thermodonator is absorbed at the thermo-modulator side and removed from the heat pipe. The thermal modulator may have, for example, in the masonry surface elements for forwarding the thermal energy, which can be installed with direct thermal contact with the masonry.

Der Hohlraum weist bevorzugt ein Gefälle von der Thermodonatorseite hin zu der Thermokollektorseite auf, so dass auskondensiertes Fluid selbständig dem Gefälle entlang zu der Thermokollektorseite in dem Hohlraum strömt. Mit anderen Worten ist der Hohlraum gegenüber einem gedachten Lot zum Erdmittelpunkt so geneigt, dass eine schiefe Ebene entlang einer durch den Hohlraum führenden Achse gebildet ist. The cavity preferably has a slope from the thermo-modulator side to the thermistor collector side so that condensed fluid flows independently down the slope to the thermistor collector side in the cavity. In other words, the cavity is inclined to an imaginary perpendicular to the center of the earth so that an inclined plane is formed along an axis leading through the cavity.

Das Wärmerohr weist bevorzugt an der Thermokollektorseite einen Verdampfer auf. Mit anderen Worten ist das Wärmerohr so hergerichtet, dass eine Wärmeaufnahme des Wandkollektormoduls an der Thermokollektorseite das Fluid zum Verdampfen führt, d.h. von der flüssigen in die gasförmige Phase überführt, das Fluid also durch das Einbringen der thermischen Energie in das Wärmerohr in dem Verdampfer verdampft. The heat pipe preferably has an evaporator on the thermo collector side. In other words, the heat pipe is prepared so that heat absorption of the wall collector module at the thermistor collector side causes the fluid to evaporate, i. transferred from the liquid to the gaseous phase, so the fluid is evaporated by the introduction of thermal energy into the heat pipe in the evaporator.

Alternativ oder kumulativ kann das Wärmerohr an der Thermodonatorseite einen Kondensator aufweisen, wobei das Fluid bei Abgabe der thermischen Energie aus dem Wärmerohr in dem Kondensator kondensiert. Mit anderen Worten, sofern das Fluid bevorzugt die thermische Energie in der gasförmigen Phase und/oder einen Teil der thermischen Energie in der Phasenübergangs- oder inneren Energie durch das Wärmerohr transportiert, kann eine erhebliche Menge an thermischer Energie vermittels der inneren Energie des Phasenübergangs des Fluids, d.h. der Kondensation, in dem Kondensator freiwerden und somit an die Thermodonatorseite abgegeben werden. Alternatively or cumulatively, the heat pipe may have a condenser on the thermo-modulator side, wherein the fluid condenses in the condenser when the thermal energy is released from the heat pipe. In other words, as far as the fluid preferentially carries the thermal energy in the gaseous phase and / or a portion of the thermal energy in the phase transition or internal energy through the heat pipe, a significant amount of thermal energy may be transmitted through the internal energy of the phase transition of the fluid ie condensation, in which condenser are released and thus delivered to the Thermodonatorseite.

Das Wandkollektormodul kann ferner einen Fluidreservoir an der Thermodonatorseite des Wärmerohres aufweisen. Mittels des Fluidreservoirs kann ein Teil des auskondensierten Fluids zurückgehalten werden bzw. an einer definierbaren Stelle positioniert werden. Mit anderen Worten ist der Fluidreservoir so angeordnet bzw. so hergerichtet, dass er einen vorzugsweise festlegbaren Teil des Fluids in bevorzugt flüssiger Phase sammelt. In einer einfachen Ausführungsform ist der Fluidreservoir durch eine Sicke an der Unterseite des Wärmerohres realisiert. Das flüssige Fluid strömt in diesem Beispiel im entladenen Zustand von der Thermodonatorseite zu der Thermokollektorseite zurück und fließt dabei über den Fluidreservoir in Form einer Sicke. Die Sicke wird hierbei zu einem gewissen Teil gefüllt, der Rest des Fluids kann beispielsweise einfach über die Sicke hinweg abfließen. The wall collector module may further include a fluid reservoir on the thermo-modulator side of the heat pipe. By means of the fluid reservoir, a part of the condensed out fluid can be retained or positioned at a definable position. In other words, the fluid reservoir is arranged or prepared so that it collects a preferably definable part of the fluid in preferably liquid phase. In a simple embodiment, the fluid reservoir is realized by a bead on the underside of the heat pipe. The liquid fluid flows in this example in the discharged state of the Thermodonatorseite back to the thermocouple collector side and flows through the fluid reservoir in the form of a bead. The bead is in this case filled to a certain extent, the rest of the fluid, for example, can easily flow away over the beading away.

Als Fluid wird besonders bevorzugt Wasser eingesetzt. Wasser lässt sich beispielsweise chemisch rein bzw. aufbereitet bereitstellen und weist im gerade für Wandinstallationen von Immobilien interessanten Bereich Phasenübergangstemperaturen auf, die auf einfache Weise nutzbar sind. Schließlich lässt sich die Phasenübergangstemperatur, insbesondere von der festen zur flüssigen Phase und zurück, durch den Restgasdruck und dem damit in Verbindung stehenden Dampfdruck in weiten Bereichen einstellen. So ist es bevorzugt, dass das Wärmerohr vor oder nach dem Einfüllen des Wassers evakuiert wird, um die Phasenübergangstemperatur einzustellen. The fluid used is particularly preferably water. For example, water can be prepared chemically pure or prepared, and in areas that are of particular interest for real estate wall installations, it has phase transition temperatures that are easy to use. Finally, the phase transition temperature, in particular from the solid to the liquid phase and back, can be adjusted within wide ranges by the residual gas pressure and the associated vapor pressure. Thus, it is preferable that the heat pipe is evacuated before or after the filling of the water to adjust the phase transition temperature.

Das Wandkollektormodul kann ferner ein Spaltmittel zum Stoppen des Transports der thermischen Energie zu der Thermodonatorseite umfassen. Bei dem Spaltmittel handelt es sich insbesondere um einen Elektrolysator, der das Fluid spaltet, im Falle von Wasser als Fluid also in Sauerstoff und Wasserstoff. Aufgrund des geringen Gewichts der reinen Gase Sauerstoff und Wasserstoff ist es möglich, den Elektrolysator an praktisch jeder Stelle des Wärmerohres zu integrieren, solange das Gas selbständig dem ansteigenden Hohlraum zur Thermodonatorseite folgen kann. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, den Elektrolysator an der Thermodonatorseite des Wärmerohres anzuordnen, wie im Weiteren noch erläutert wird. The wall collector module may further include a gap means for stopping the transport of thermal energy to the thermo-modulator side. The splitting agent is, in particular, an electrolyzer which splits the fluid, that is to say in the case of water as fluid, ie into oxygen and hydrogen. Due to the low weight of the pure gases oxygen and hydrogen, it is possible to integrate the electrolyzer at virtually any point of the heat pipe, as long as the gas can independently follow the rising cavity to Thermodonatorseite. However, it has proven to be particularly advantageous to arrange the electrolyzer on the Thermodonatorseite the heat pipe, as will be explained below.

Im Falle des Einsatzes von Wasser als Fluid kann der Elektrolysator also das Wasser in Wasserstoffgas und Sauerstoffgas trennen und die Fluidströmung an der Thermodonatorseite des Wärmerohres blockieren. Thus, in the case of using water as the fluid, the electrolyzer may separate the water into hydrogen gas and oxygen gas and block the fluid flow at the thermo-modulator side of the heat pipe.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Elektrolysator an dem Fluidreservoir des Wärmerohres angeordnet. Die Anordnung an dem Fluidreservoir, das heißt insbesondere an einer Unterseite des Fluidreservoirs, ermöglicht einen direkten Kontakt des Elektrolysators mit dem Wasser, welches sich in dem Fluidreservoir angesammelt hat. Das in dem Fluidreservoir gesammelte Wasser kann von dem Elektrolysator gespaltet werden, so dass der Spaltprozess in besonders vorteilhafter Weise automatisch endet, wenn der Fluidreservoir durch den Spaltprozess geleert ist. Somit steht also eine konstruktiv wählbare Menge an Fluid bereit, die geeignet ist, ausreichend Wasserstoffgas und Sauerstoffgas zu erzeugen, um den Wärmetransportprozess durch Blockierung der Thermodonatorseite zu unterbinden, aber die auch andererseits nicht größer als notwendig ist, da das Wasserstoffgas und das Sauerstoffgas für ein erneutes Anlaufen des Wärmetransportprozesses zunächst aus dem Wärmerohr entfernt wird, das heißt beispielsweise zu Wasser rekombiniert wird. In a particularly preferred embodiment, the electrolyzer is arranged on the fluid reservoir of the heat pipe. The arrangement on the fluid reservoir, that is, in particular on an underside of the fluid reservoir, allows a direct contact of the electrolyzer with the water, which has accumulated in the fluid reservoir. The water collected in the fluid reservoir can be split by the electrolyzer, so that the splitting process automatically ends in a particularly advantageous manner when the fluid reservoir is emptied by the nip process. Thus, there is thus provided a constructively selectable amount of fluid capable of generating enough hydrogen gas and oxygen gas to suppress the heat transporting process by blocking the thermo-modulator side, but also not larger than necessary, since the hydrogen gas and the oxygen gas are for one re-start the heat transport process is first removed from the heat pipe, that is, for example, recombined into water.

Zu diesem Zweck kann das Wandkollektormodul ein Rekombinationsmittel an der Thermodonatorseite des Wärmerohres zum aktiven Starten des Transports der thermischen Energie zu der Thermodonatorseite aufweisen. Bei dem Rekombinationsmittel handelt es sich insbesondere um einen Katalysator oder eine miniaturisierte Brennstoffzelle. For this purpose, the wall collector module may comprise a recombination means on the thermo-modulator side of the heat pipe for actively starting the transport of the thermal energy to the thermo-modulator side. The recombining agent is in particular a catalyst or a miniaturized fuel cell.

Das Rekombinationsmittel weist bevorzugt eine Diffusionsbremse zum Einstellen der Reaktionsgeschwindigkeit des Rekombinationsmittels auf. Dies kann beispielsweise durch Drosselung des Zuflusses des gespaltenen Gases zu dem Rekombinationsmittel erreicht werden. Die Diffusionsbremse ermöglicht den gedrosselten Betrieb des Rekombinationsmittels, um eine eventuelle Überhitzung des Rekombinationsmittels und damit eine eventuelle Entzündung des auch als „Knallgas“ bekannten Gasgemisches zu vermeiden. Aus eigenen Ergebnissen heraus kann bestätigt werden, dass ein Betrieb unterhalb einer Temperatur von 600°C ohne Schwierigkeiten realisierbar ist. Es wurde jedoch eine vorsichtige Herangehensweise gewählt und eine eventuelle Knallgasreaktion vermieden, so dass die tatsächliche obere Grenztemperatur für den Betrieb des Rekombinationsmittels sogar höher liegen kann als die ermittelten 600°C. Jedenfalls ist die ermittelte Temperatur ausreichend für den gewünschten Betrieb. The recombination agent preferably has a diffusion brake for adjusting the reaction rate of the recombination agent. This can be achieved, for example, by restricting the inflow of the cleaved gas to the recombination agent. The diffusion brake allows the throttled operation of the recombination agent in order to avoid any overheating of the recombination agent and thus a possible ignition of the gas mixture also known as "oxyhydrogen gas". From own results it can be confirmed that an operation below a temperature of 600 ° C can be realized without difficulty. However, a cautious approach was adopted and a possible oxyhydrogen reaction avoided, so that the actual upper limit temperature for the operation of the recombining agent may be even higher than the determined 600 ° C. In any case, the determined temperature is sufficient for the desired operation.

Beispielsweise ist es möglich, die Reaktionsgeschwindigkeit in dem Rekombinationsmittel derart einzustellen, dass das Knallgas nach etwa 3 bis 5 Tagen wieder vollständig zu Wasser rekombiniert ist, um ein zu häufiges Schalten des schaltbaren Wärmerohres zu vermeiden. For example, it is possible to adjust the reaction rate in the recombination agent such that the oxyhydrogen gas is completely recombined into water after about 3 to 5 days in order to avoid too frequent switching of the switchable heat pipe.

Der Thermokollektor weist bevorzugt eine flächige Ausdehnung auf. In einem einfachen Beispiel handelt es sich um einfache Kupferplatten oder andere Platten mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit zum Sammeln von Wärmeenergie aus der Umgebung, insbesondere der Sonnenstrahlung, und zur Weitergabe an das Wärmerohr. Die flächige Ausdehnung des Thermokollektors kann eine Vielzahl von Kollektorästen aufweisen, die die thermische Energie zu dem Wärmerohr transportieren. The thermal collector preferably has a planar extension. In a simple example, it is simple copper plates or other plates with a high thermal conductivity for collecting heat energy from the environment, in particular solar radiation, and for transfer to the heat pipe. The planar extension of the thermocollector can have a plurality of collector branches, which transport the thermal energy to the heat pipe.

In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass sich das Wärmerohr auch entlang des flächigen Thermokollektors erstreckt, so dass die Kollektoräste von dem Wärmerohr selbst gebildet werden und der Wärmeübertrag zwischen Thermokollektor und Fluid weiter intensiviert wird. Das Wärmerohr kann sich zu diesem Zweck auch an dem Thermokollektor verzweigen und mehrere Wärmerohrzweige aufweisen. In a further embodiment, it is possible that the heat pipe also extends along the flat thermocouple sector, so that the collector branches are formed by the heat pipe itself and the heat transfer between the thermal collector and the fluid is further intensified. The heat pipe can also branch for this purpose on the thermal collector and have a plurality of heat pipe branches.

Der Thermodonator kann in gleicher Weise eine flächige Ausdehnung mit einer Vielzahl von Donatorästen aufweisen, die die thermische Energie von dem Wärmerohr abtransportieren. Auch hier ist es möglich, das Wärmerohr weiter entlang der flächigen Elemente des Thermodonators zu führen. Auch hier kann sich das Wärmerohr verzweigen und an der Thermodonatorseite mehrere Wärmerohrzweige aufweisen, um somit die Wärmeabgabe an den Thermodonator und somit bevorzugt an das Gebäudeinnere zu intensivieren. The thermo-modulator can likewise have a planar expansion with a multiplicity of donor branches which remove the thermal energy from the heat pipe. Again, it is possible to continue the heat pipe along the planar elements of the Thermodonator. Again, the heat pipe can branch and have on the Thermodonatorseite several heat pipe branches, thus intensifying the heat transfer to the Thermodonator and thus preferably to the building interior.

Das Wandkollektormodul kann in einer bevorzugten Ausführungsform einen Stromerzeuger zur Bereitstellung einer temporären Stromversorgung für das Spaltmittel aufweisen, wobei der Stromerzeuger insbesondere ein photovoltaisches Solarmodul zum autarken Betrieb des Wandkollektormoduls umfasst. Mit anderen Worten ist ein photovoltaisches Solarmodul Teil des Wandkollektormoduls, so dass das Wandkollektormodul als autarke Einheit verbaut und in Betrieb genommen werden kann, ohne dass eine äußere Stromversorgung beispielsweise von dem elektrischen Hausnetz benötigt wird. In a preferred embodiment, the wall collector module can have a power generator for providing a temporary power supply for the gap means, wherein the power generator in particular comprises a photovoltaic solar module for autonomous operation of the wall collector module. In other words, a photovoltaic solar module is part of the wall collector module, so that the wall collector module can be installed as a self-contained unit and put into operation, without an external power supply is required for example by the electrical home network.

Die Erfindung definiert ferner ein schaltbares Wärmerohr, insbesondere zum Einsatz in einem Wandkollektormodul. Das schaltbare Wärmerohr weist einen Hohlraum auf, welcher sich von einer mit einem Thermokollektor in thermischer Verbindung stehenden Thermokollektorseite zu einer mit einem Thermodonator in thermischer Verbindung stehenden Thermodonatorseite erstreckt. The invention further defines a switchable heat pipe, in particular for use in a wall collector module. The switchable heat pipe has a cavity extending from a thermistor collector side thermally connected to a thermocouple collector to a thermo-modulator side thermally connected to a thermo-modulator.

In dem Hohlraum ist ein Fluid angeordnet zur Übertragung von thermischer Energie zwischen der Thermokollektorseite einerseits und der Thermodonatorseite andererseits. In the cavity, a fluid is arranged for the transmission of thermal energy between the thermo collector side on the one hand and the Thermodonatorseite on the other.

Der Hohlraum weist ein Gefälle von der Thermodonatorseite hin zu der Thermokollektorseite auf, so dass auskondensiertes Fluid selbständig dem Gefälle entlang zu der Thermokollektorseite in dem Hohlraum strömt. The cavity has a slope from the thermo-modulator side to the thermistor collector side so that condensed fluid flows independently down the slope to the thermistor collector side in the cavity.

Das Wärmerohr umfasst ferner einen Fluidreservoir, mittels welchem ein Teil des auskondensierten Fluids an der Thermodonatorseite zurückgehalten werden kann. Der Fluidreservoir ist dabei bevorzugt an der Thermodonatorseite des Wärmerohres angebracht. The heat pipe further comprises a fluid reservoir, by means of which a part of the condensed fluid can be retained on the Thermodonatorseite. The fluid reservoir is preferably attached to the Thermodonatorseite the heat pipe.

In dem Wärmerohr ist weiterhin ein Spaltmittel angeordnet, insbesondere ein Elektrolysator, weiter insbesondere an der Thermodonatorseite des Wärmerohres, zum Stoppen des Transports der thermischen Energie zu der Thermodonatorseite. Das Spaltmittel greift bevorzugt in den Fluidreservoir ein, um das Fluid in dem Fluidreservoir zu spalten, wenn das Spaltmittel aktiviert ist. In the heat pipe further comprises a gap means is arranged, in particular an electrolyzer, more particularly on the Thermodonatorseite the heat pipe, for stopping the transport of the thermal energy to the Thermodonatorseite. The splitting means preferably engages the fluid reservoir to split the fluid in the fluid reservoir when the splitting means is activated.

Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum schaltbaren Transport von Wärme bereit, welches zumindest die folgenden Schritte aufweist. The invention further provides a method for switchably transporting heat comprising at least the following steps.

Zunächst beginnt das Erwärmen einer Thermokollektorseite eines Wärmerohres mit thermischer Energie. Hierfür kann beispielsweise ein Thermokollektor mit thermischer Energie, insbesondere Solarenergie, erwärmt werden und die Wärme an die Thermokollektorseite des Wärmerohres abgeben. First, heating a thermal collector side of a heat pipe with thermal energy begins. For this purpose, for example, a thermal collector with thermal energy, in particular solar energy, are heated and deliver the heat to the thermocouple collector side of the heat pipe.

Die thermische Energie wird hernach in ein in einem Hohlraum des Wärmerohres angeordnetes Fluid, insbesondere ein auskondensiertes Fluid welches mittels der thermischen Energie in ein gasförmiges Fluid überführt wird, eingebracht. Mit anderen Worten wird das Fluid mit der thermischen Energie bis über die Phasenübergangstemperatur hinaus erwärmt, so dass ein Phasenübergang bevorzugt von flüssig nach gasförmig auftritt und in der inneren Energie des Fluids ein signifikanter Betrag an thermischer Energie gespeichert wird. Die Phasenübergangstemperatur kann dabei durch Justierung des Dampfdrucks in dem Hohlraum, also insbesondere durch Evakuierung und Einstellung des Unterdrucks, eingestellt werden. The thermal energy is subsequently introduced into a fluid arranged in a cavity of the heat pipe, in particular a condensed out fluid which is converted into a gaseous fluid by means of the thermal energy. In other words, the thermal energy fluid is heated beyond the phase transition temperature so that a phase transition preferably occurs from liquid to gaseous and a significant amount of thermal energy is stored in the internal energy of the fluid. The phase transition temperature can be adjusted by adjusting the vapor pressure in the cavity, ie in particular by evacuation and adjustment of the negative pressure.

Die in dem Fluid gespeicherte thermische Energie wird weiter mittels des Fluids von der Thermokollektorseite des Wärmerohres zu einer Thermodonatorseite transportiert, insbesondere mittels des gasförmigen Fluids. Nach der Aufnahme und Speicherung der thermischen Energie in dem Fluid vermag das Fluid also selbständig, d.h. insbesondere freigegeben gerade durch die Aufnahme der thermischen Energie in dem Fluid, den Weg zu der Thermodonatorseite zurückzulegen und somit die thermische Energie mitzuführen. The stored in the fluid thermal energy is further transported by means of the fluid from the thermo collector side of the heat pipe to a Thermodonatorseite, in particular by means of the gaseous fluid. After the absorption and storage of the thermal energy in the fluid, the fluid can thus be self-contained, i. in particular, just released by the absorption of thermal energy in the fluid to travel the way to the Thermodonatorseite and thus carry the thermal energy.

Die in dem Fluid gespeicherte thermische Energie wird anschließend von dem Fluid, insbesondere dem gasförmigen Fluid, an die Thermodonatorseite des Hohlraums zur Erwärmung der Thermodonatorseite des Wärmerohres abgegeben. Bevorzugt ist das Fluid derart hergerichtet bzw. die Phasenübergangstemperatur des Fluids derart in dem Hohlraum des Wärmerohres eingestellt, dass das Fluid bei Kontakt mit der Thermodonatorseite des Hohlraums einen Phasenübergang von der gasförmigen Phase hin zu der flüssigen Phase vollzieht und dabei die Wärmeenergie an den Wänden im Bereich der Thermodonatorseite abgibt, an der sich das Fluid bei Auskondensation niederschlägt. The thermal energy stored in the fluid is then released from the fluid, in particular the gaseous fluid, to the thermo-modulator side of the cavity for heating the thermo-modulator side of the heat pipe. Preferably, the fluid is prepared in such a way or the phase transition temperature of the fluid is set in the cavity of the heat pipe, that the fluid in contact with the Thermodonatorseite the cavity undergoes a phase transition from the gaseous phase to the liquid phase and thereby the heat energy to the walls in the Releases the area of the Thermodonatorseite on which the fluid precipitates on Auskondensation.

Das Fluid kann hernach eigenständig zurück zu der Thermokollektorseite strömen und den Prozess erneut beginnen, es ist also hernach wieder bereit, thermische Energie zu transportieren. The fluid can then independently flow back to the thermocouple collector side and start the process again, so it is ready to transport thereafter thermal energy.

Bei Erreichen einer Bedingung, beispielsweise einer genügend hohen Temperatur an der Thermodonatorseite des Wärmerohres, wird ein Spaltmittel aktiviert zum Spalten des Fluids bzw. eines Teils des Fluids, insbesondere des auskondensierten Fluids an einem Fluidreservoir. Upon reaching a condition, such as a sufficiently high temperature at the Thermodonatorseite the heat pipe, a splitting agent is activated to split the fluid or a portion of the fluid, in particular the condensed fluid to a fluid reservoir.

Das gespaltene Fluid sammelt sich, bevorzugt aufgrund der geschickten Konstruktion des Wärmerohres, an der Thermodonatorseite und blockiert dadurch die Thermodonatorseite des Hohlraumes, so dass kein Fluid, d.h. ungespaltenes und mit thermischer Energie beladenes Fluid, mehr an die Thermodonatorseite des Hohlraumes gelangt. The split fluid collects on the thermo-modulator side, preferably due to the clever design of the heat pipe, thereby blocking the thermo-modulator side of the cavity so that no fluid, i. uncleaved and thermally energized fluid passes more to the thermo-modulator side of the cavity.

Ferner kann das Verfahren den Schritt Rekombinieren des Fluids an der Thermodonatorseite und Abbauen des blockierenden gespaltenen Fluids aufweisen, so dass wieder Fluid an die Thermodonatorseite des Hohlraums gelangt und der Wärmetransportprozess wieder gestartet werden kann. Further, the method may include the step of recombining the fluid on the thermo-modulator side and releasing the blocking cleaved fluid so that fluid again reaches the thermo-modulator side of the cavity and the heat-transport process can be restarted.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. In the following the invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the figures, wherein the same and similar elements are partially provided with the same reference numerals and the features of the various embodiments can be combined.

Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures

Es zeigen: Show it:

1 eine erste Ausführungsform der Wärmeübertragungsanordnung, 1 a first embodiment of the heat transfer arrangement,

2 eine Detailansicht einer Ausführungsform eines Wärmerohres, 2 a detailed view of an embodiment of a heat pipe,

3 eine weitere Ausführungsform der Wärmeübertragungsanordnung, 3 a further embodiment of the heat transfer arrangement,

4 eine Ausführung der Wärmeübertragungsanordnung mit einer anderen Ausgestaltung des Wärmerohres, 4 an embodiment of the heat transfer arrangement with another embodiment of the heat pipe,

5 ein Beispiel einer Realisierung einer Wärmeübertragungsanordnung. 5 an example of a realization of a heat transfer arrangement.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention

1 zeigt eine einfache Ausführungsform der Wärmeübertragungsanordnung 1, mittels welcher Sonnenstrahlung 50 als Wärmegewinn 52 durch eine Wand 30 in ein Gebäude 32 überführt werden kann. Die Sonnenstrahlung 50 durchdringt eine niedrigreflexive Schutzschicht 40, in dieser Ausführungsform eine Glasschicht 40, und gelangt zu dem hinter der Schutzschicht 40 angeordneten Thermokollektor 42 (Absorber), um thermische Energie zu deponieren. In diesem Fall ist der Thermokollektor 42 außenseitig einer Dämmschicht 34 angeordnet bzw. auf der Dämmschicht 34 angeordnet. 1 shows a simple embodiment of the heat transfer assembly 1 , by means of which solar radiation 50 as a heat gain 52 through a wall 30 in a building 32 can be transferred. The solar radiation 50 penetrates a low-reflection protective layer 40 , in this embodiment, a glass layer 40 , and gets to the behind the protective layer 40 arranged thermal collector 42 (Absorber) to deposit thermal energy. In this case, the thermal collector is 42 on the outside of an insulating layer 34 arranged or on the insulating layer 34 arranged.

Wärmerohre 10 sind in dem Beispiel der 1 so verbaut, dass sie die Dämmschicht 34 durchdringen, d.h. mit einer Thermokollektorseite (vgl. 2) an den Thermokollektor 42 heranreichen und zugleich mit einer gegenüberliegenden Thermodonatorseite (vgl. 2) an die Wand 30 des Gebäudes 32 anliegen. Ein Fluid 12 ist in dem Hohlraum 14 der Wärmerohre 10 angeordnet. heat pipes 10 are in the example of 1 installed so that they are the insulating layer 34 penetrate, ie with a thermocouple collector side (see. 2 ) to the thermal collector 42 approach and at the same time with an opposite Thermodonatorseite (see. 2 ) On Wall 30 of the building 32 issue. A fluid 12 is in the cavity 14 the heat pipes 10 arranged.

2 zeigt eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Wärmerohres 10. Auskondensiertes Fluid 12b hat sich an der Thermokollektorseite 16 des Wärmerohres 10 gesammelt und steht in dem Verdampfer 26 bereit für die Aufnahme von thermischer Energie 52 von dem Thermokollektor 42. Durch die Aufnahme der thermischen Energie 52 vollzieht das Fluid 12 einen Phasenübergang von der flüssigen Phase 12b hin zu der gasförmigen Phase 12a, und vermag in dem Hohlraum 14 entlang des Wärmerohres 10 in Richtung der Thermodonatorseite 18 aufzusteigen. 2 shows a detailed view of a heat pipe according to the invention 10 , Condensed fluid 12b located on the thermistor collector side 16 of the heat pipe 10 collected and is in the evaporator 26 ready for the absorption of thermal energy 52 from the thermal collector 42 , By absorbing the thermal energy 52 completes the fluid 12 a phase transition from the liquid phase 12b towards the gaseous phase 12a , and in the cavity 14 along the heat pipe 10 in the direction of the thermo-modulator side 18 ascend.

Die Thermodonatorseite 18 des Wärmerohres 10 steht in thermischer Verbindung mit einer kälteren Oberfläche, an der thermische Energie 52 deponierbar ist. Das gasförmige Fluid 12a kondensiert daher in dem Kondensator 28, d.h. an der dem Thermodonator 44 zugewandten Innenwandung des Wärmerohres 10, und gibt dabei thermische Energie 52 an die Thermodonatorseite 18 des Wärmerohres 10 ab. Das „verbrauchte“ Fluid 12 kann hernach selbständig der Schwerkraft folgend zurück zu dem Verdampfer 26 gelangen, um erneut mit thermischer Energie 52 beladen zu werden. The Thermodonator side 18 of the heat pipe 10 is in thermal communication with a colder surface, at the thermal energy 52 is landfilled. The gaseous fluid 12a therefore condenses in the condenser 28 ie at the Thermodonator 44 facing inner wall of the heat pipe 10 , while giving thermal energy 52 to the Thermodonator side 18 of the heat pipe 10 from. The "spent" fluid 12 Afterwards it is possible to follow the gravity back to the evaporator 26 get back to using thermal energy 52 to be loaded.

Das Wärmerohr des Ausführungsbeispiels der 2 weist ferner einen Fluidreservoir 20 in Form einer Sicke 20 auf, in der sich Fluid 12 als flüssiges Fluid 12b sammeln kann. An dem Fluidreservoir 20 ist ein Spaltmittel 22, hier ein Elektrolysator 22, angeordnet. Der Elektrolysator 22 weist eine erste und eine zweite Elektrode 22a, 22b auf, die von einer Spannungsquelle 22c schaltbar versorgt werden. Die Spannungsquelle 22c ist dabei so eingestellt, dass eine Kleinspannnung im Bereich von größer oder gleich 2 Volt und/oder kleiner oder gleich 10 Volt bereitgestellt werden kann. Der Spannungsbereich zwischen 2 und 10 Volt hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch das Anlegen der Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 22a, 22b wird ein Spaltprozess gestartet, der das Fluid 12 in seine Bestandteile aufspaltet, also insbesondere Wasser 12 in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Dieses Spaltgas 12c weist ein geringeres Gewicht als der Wasserdampf des Fluids 12a auf, so dass es sich im höchsten Bereich des Hohlraums 14 sammelt und den Wasserdampf 12a von dem Kondensator 28 verdrängt. Der Transportprozess wird auf diese Weise unterbunden. The heat pipe of the embodiment of 2 also has a fluid reservoir 20 in the form of a bead 20 on, in which fluid 12 as a liquid fluid 12b can collect. At the fluid reservoir 20 is a splitting agent 22 , here an electrolyzer 22 arranged. The electrolyzer 22 has a first and a second electrode 22a . 22b on that from a voltage source 22c be supplied switchable. The voltage source 22c is set so that a low voltage in the range of greater than or equal to 2 volts and / or less than or equal to 10 volts can be provided. The voltage range between 2 and 10 volts has proven to be particularly advantageous. By applying the voltage between the first and the second electrode 22a . 22b a splitting process is started, which is the fluid 12 splits into its constituents, so in particular water 12 decomposed into hydrogen and oxygen. This split gas 12c has a lower weight than the water vapor of the fluid 12a on, making it in the highest area of the cavity 14 collects and the water vapor 12a from the condenser 28 repressed. The transport process is prevented in this way.

Sobald die in dem Fluidreservoir 20 angesammelte Menge an flüssigem Fluid 12b gespalten ist, wird der Spaltprozess automatisch beendet, so dass nicht übermäßig viel gespaltenes Fluid 12c in dem Wärmerohr 10 angesammelt wird. Aus diesem Grund ist die Anordnung des Fluidreservoirs 20 in der Nähe der Thermodonatorseite 18 bevorzugt. Eine solche Unterbindung des Wärmetransportprozesses ist beispielsweise bevorzugt, wenn der zu wärmende Bereich, der in thermischer Verbindung mit dem Thermodonator 44 steht, ausreichend aufgeheizt ist. Als einfaches Beispiel sei ein warmer Tag im Hochsommer erwähnt, an welchem keine weitere Aufheizung eines Wohnraumes benötigt wird; Hierfür kann die Wärmeübertragung mit dem erfindungsgemäßen Wärmerohr 10 schaltbar gestoppt werden. Once in the fluid reservoir 20 accumulated amount of liquid fluid 12b is split, the cleavage process is terminated automatically, so that not excessively split fluid 12c in the heat pipe 10 is accumulated. For this reason, the arrangement of the fluid reservoir 20 near the Thermodonator side 18 prefers. Such an inhibition of the heat transport process is preferred, for example, when the area to be heated is in thermal communication with the thermodonator 44 stands, is sufficiently heated. A simple example is a warm day mentioned in midsummer, at which no further heating of a living room is needed; For this purpose, the heat transfer with the heat pipe according to the invention 10 be stopped switchable.

Um den Wärmetransportprozess wieder in Gang zu bringen kann das Wärmerohr 10 einen Rekombinationsmittel 24, in dem Beispiel der 2 ein Katalysator 24, aufweisen. Der Katalysator kann steuerbar sein, beispielsweise mittels einer Diffusionsbremse (nicht dargestellt), um die Rekombinationsgeschwindigkeit des gespaltenen Gases 12c einzustellen. Nach erfolgter Rekombination steht das Wärmerohr 10 wieder für den Wärmetransport zur Verfügung. To get the heat transport process going again, the heat pipe can 10 a recombination agent 24 , in the example of 2 a catalyst 24 , exhibit. The catalyst may be controllable, for example by means of a diffusion brake (not shown), around the recombination rate of the cleaved gas 12c adjust. After recombination is the heat pipe 10 again available for heat transport.

In einer bevorzugten Ausführung können bei Einsatz mehrerer Wärmerohre 10 in dem Wandkollektormodul 1 die Wärmerohre 10 auch einzeln schaltbar sein, so dass nur ein Teil der Wärmerohre 10 aktiviert und der andere Teil der Wärmerohre 10 deaktiviert ist. In a preferred embodiment, when using a plurality of heat pipes 10 in the wall collector module 1 the heat pipes 10 also be individually switchable, leaving only a portion of the heat pipes 10 activated and the other part of the heat pipes 10 is disabled.

3 zeigt eine weitere prinipielle Skizze der Einbausituation des Wandkollektormoduls 1 an einer Hauswand 30. Sonnenstrahlung 50 tritt durch die Schutzschicht 40 und auf den Thermokollektor 42. Die thermische Energie 52 wird entlang des Thermokollektors 42 gebündelt und an das damit in thermischem Kontakt stehende Wärmerohr 10 abgegeben. Gasförmiges Fluid 12a trägt die thermische Energie 52 von der Thermokollektorseite 16 durch den Hohlraum 14 in dem Wärmerohr 10 zu der Thermodonatorseite 18, die innenliegend einer Isolationsschicht 34 angeordnet ist. Das mit 3 gezeigte Wärmerohr 10 erstreckt sich teilweise entlang des Thermodonators 44 zur Intensivierung der Wärmeübergabe von dem sich entladenden Fluid 12 zu dem flächig ausgebildeten Thermodonator 44. Am höchsten Punkt des Wärmerohres ist der Katalysator 24 angeordnet, das Fluidreservoir 20 ist darunterliegend angeordnet. 3 shows a further prinipielle sketch of the installation situation of the wall collector module 1 on a house wall 30 , solar radiation 50 passes through the protective layer 40 and on the thermal collector 42 , The thermal energy 52 gets along the thermocollector 42 bundled and to the thus in thermal contact standing heat pipe 10 issued. Gaseous fluid 12a carries the thermal energy 52 from the thermistor collector side 16 through the cavity 14 in the heat pipe 10 to the thermo-modulator side 18 lying inside of an insulation layer 34 is arranged. That with 3 shown heat pipe 10 extends partially along the Thermodonators 44 to intensify the transfer of heat from the discharging fluid 12 to the area-trained Thermodonator 44 , At the highest point of the heat pipe is the catalyst 24 arranged, the fluid reservoir 20 is arranged underneath.

4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Wärmerohres 10. An der Thermokollektorseite 16 weist das Wärmerohr 10 eine Gabelung 10a auf, woran sich zwei Wärmerohräste 10b anschließen, die entlang des Thermokollektors 42 verlaufen und in direktem thermischen Kontakt mit dem Thermokollektor 42 stehen. Bevorzugter Weise verlaufen die Wärmerohräste 10b in horizontaler Richtung, so dass die Wärmerohräste 10b gleichmäßig teilweise mit Fluid 12 gefüllt sind und überall eine Verdampfung zu gasförmigem Fluid 12a stattfinden kann. 4 shows a further alternative embodiment of a heat pipe 10 , At the thermistor collector side 16 shows the heat pipe 10 a fork 10a on which were two heatpipe branches 10b connect along the thermocollector 42 run and in direct thermal contact with the thermal collector 42 stand. Preferably, the heat pipe branches run 10b in a horizontal direction, leaving the heat pipe branches 10b evenly partially with fluid 12 are filled and everywhere an evaporation to gaseous fluid 12a can take place.

Das gasförmige Fluid 12a strömt aus den Wärmerohrästen 10b durch ein Wärmerohrzentralstück 10c zur Wärmedonatorseite 18. Auch an der Wärmedonatorseite 18 ist eine Gabelung 10a, woran sich Wärmerohräste 10d erstrecken, die sich entlang des Wärmedonators 44 erstrecken. Die Wärmerohräste 10d, in welchen gasförmiges Fluid 12a zu flüssigem Fluid 12b kondensieren soll, weisen ein weiteres Gefälle auf, so dass das gasförmige Fluid 12a entlang der Wärmerohräste 12d bis zu dem jeweiligen Katalysator 24 strömen kann. Ein Wärmeübertrag an den Wärmedonator 44 kann entlang der gesamten Wärmerohräste 10d erfolgen, wodurch die Wärmeübertragungsleistung des Wärmerohres 10 und damit des Wandkollektormoduls 1 weiter gesteigert werden kann. The gaseous fluid 12a flows out of the heat pipe branches 10b through a heat pipe central piece 10c to the heat donator side 18 , Also on the heat donator side 18 is a fork 10a what heatpipes were 10d extend along the heat donor 44 extend. The heat pipe branches 10d in which gaseous fluid 12a to liquid fluid 12b to condense, have another slope, so that the gaseous fluid 12a along the heat pipe branches 12d to the respective catalyst 24 can flow. A heat transfer to the heat donator 44 Can along the entire heat pipe branches 10d done, reducing the heat transfer performance of the heat pipe 10 and thus the wall collector module 1 can be further increased.

5 zeigt die technische Realisierung, anhand welcher die prinzipielle Eignung der vorliegenden Erfindung sowie Kennwerte für die Übertragungsleistungen ermittelt werden können. Der Aufbau entspricht im ganz Wesentlichen dem mit 4 anhand der Skizze vorgestellten Ausführungsbeispiel. Auch in dem Beispiel der 5 weist das Wärmerohr 10 je eine Gabelung 10a an der Thermokollektorseite 16 und an der Thermodonatorseite 18 auf. Die Wärmerohräste 10b erstrecken sich entlang des Thermokollektors 42 bzw. sind in dem vorliegenden Beispiel daran angelötet, um einen idealen Wärmeübergang zwischen Thermokollektor 42 und Wärmerohrästen 10b zu erreichen. 5 shows the technical realization, based on which the basic suitability of the present invention and characteristics for the transmission powers can be determined. The structure corresponds essentially to that with 4 Based on the sketch presented embodiment. Also in the example of 5 shows the heat pipe 10 one fork each 10a at the thermistor collector side 16 and on the thermo-modulator side 18 on. The heat pipe branches 10b extend along the thermocouple sector 42 or are soldered thereto in the present example to provide ideal heat transfer between the thermal collector 42 and heat pipe branches 10b to reach.

Auch an der Wärmedonatorseite 18 des Wärmerohres 10 sind zwei Wärmerohräste 10d realisiert, die sich entlang des Wärmedonators 44 erstrecken und ebenfalls für einen idealen Wärmeübergang daran angelötet sind. Das gasförmige Fluid 12a wird in den Wärmerohrästen 10b der Wärmedonatorseite 18 kondensieren und selbständig durch das Wärmerohrzentralstück 10c zurück zu der Wärmekollektorseite 16 strömen. Also on the heat donator side 18 of the heat pipe 10 are two heatpipe branches 10d realized, located along the heat donator 44 extend and are also soldered thereto for ideal heat transfer. The gaseous fluid 12a gets in the heat pipe branches 10b the heat donator side 18 Condense and independently through the heat pipe center piece 10c back to the heat collector side 16 stream.

In Eperimenten konnte ein Gesamtwirkungsgrad bis 50% je nach Randbedingungen erreicht werden. Die Pseudowärmeleitfähigkeit des Wärmerohrs erreicht Werte im Bereich von 15 bis 20 kW/(mK). In experiments, an overall efficiency of up to 50% could be achieved, depending on the boundary conditions. The pseudo-heat conductivity of the heat pipe reaches values in the range of 15 to 20 kW / (mK).

Darüber hinaus lässt sich das System in technischen Bereichen einsetzen, wo schaltbare Wärmedioden benötigt werden. Z.B. bei Bauteilen oder Geräten, die einen bestimmten Betriebstemperaturbereich benötigen. Im dämmenden Zustand kann dieser schnell erreicht werden. Bei Wärmefreisetzung kann dann wieder gekühlt werden. Eine gedämmte Autobatterie ist ein Beispiel hierfür. In diesem Fall kann die Stromversorgung für den Elektrolysator auch konventionell über die Autobatterie bereitgestellt werden. In addition, the system can be used in technical areas where switchable thermal diodes are needed. For example, for components or devices that require a certain operating temperature range. In the insulating state, this can be achieved quickly. When released heat can then be cooled again. An insulated car battery is an example of this. In this case, the power supply for the electrolyzer may also be provided conventionally via the car battery.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. It will be apparent to those skilled in the art that the above-described embodiments are to be read by way of example, and that the invention is not limited thereto, but that it can be varied in many ways without departing from the scope of the claims. It is also to be understood that the features, independently as they are disclosed in the specification, claims, figures, or otherwise, also individually define essential components of the invention, even if described together with other features.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Wärmeübertragungsanordnung bzw. Wandkollektormodul Heat transfer arrangement or wall collector module
10 10: Wärmerohr heat pipe
10a 10a: Wärmerohrverzweigung bzw. Gabelung Heat pipe branching or fork
10b 10b: thermokollektorseitiger Wärmerohrast thermistor collector side heat pipe branch
10c 10c: Wärmerohrzentralstück Central heat pipe piece
10d 10d: thermodonatorseitiger Wärmerohrast thermodonator-side heat pipe
12 12: Fluid fluid
12a 12a: gasförmiges Fluid gaseous fluid
12b 12b: flüssiges Fluid liquid fluid
12c 12c: gespaltenes Fluid split fluid
14 14: Hohlraum cavity
16 16: Thermokollektorseite Thermal collector side
18 18: Thermodonatorseite Thermodonatorseite
20 20: Fluidreservoir fluid reservoir
22 22: Spaltmittel bzw. Elektrolysator Splitting agent or electrolyzer
22a 22a: erste Elektrode first electrode
22b 22b: zweite Elektrode second electrode
22c 22c: Spannungsquelle voltage source
24 24: Rekombinationsmittel bzw. Katalysator Recombinant or catalyst
26 26: Verdampfer Evaporator
28 28: Kondensator capacitor
30 30: Wand oder Mauerwerk Wall or masonry
32 32: Gebäudeinneres INSIDE OF bUILDING
34 34: Dämmung insulation
40 40: Schutzschicht protective layer
42 42: Thermokollektor thermal collector
44 44: Thermodonator Thermodonator
50 50: Sonnenstrahlung solar radiation
52 52: thermische Energie thermal energy

Claims

Wall collector module ( 1 ), comprising: a thermal collector arranged on an outside in thermal communication with an environment ( 42 ) for charging a fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) with thermal energy ( 52 ), - a thermodonator disposed on an inner side in thermal communication with an interior space ( 44 ) for discharging the thermal energy ( 52 ) of the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ), - from one of the thermal collector ( 42 ) facing the thermistor collector side ( 16 ) to a thermodonator ( 44 ) facing Thermodonatorseite ( 18 ) extending heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) with a cavity ( 14 ), which with the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) is partially filled, wherein the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) independently the thermal energy ( 52 ) from the thermal collector ( 42 ) to the thermodonator ( 44 ) transmits.

Wall collector module ( 1 ) according to the preceding claim, wherein the cavity ( 14 ) a slope from the thermo-modulator side ( 18 ) to the thermo collector side ( 16 ), so that condensed out fluid ( 12 . 12b ) independently down the slope to the thermo collector side ( 16 ) in the cavity ( 14 ) flows.

Wall collector module ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) at the thermistor collector side ( 16 ) an evaporator ( 26 ) and the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) by introducing the thermal energy ( 52 ) in the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) in the evaporator ( 26 ) evaporates and / or wherein the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) on the thermo-modulator side ( 18 ) a capacitor ( 28 ) and the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) when emitting the thermal energy ( 52 ) from the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) in the condenser ( 28 ) condenses.

Wall collector module ( 1 ) according to any one of the preceding claims, further comprising a fluid reservoir ( 20 ) on the thermo-modulator side ( 18 ) of the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ), by means of which a part of the condensed out fluid ( 12 . 12b ) on the thermo-modulator side ( 18 ) can be held back.

Wall collector module ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) Water is.

Wall collector module ( 1 ) according to any one of the preceding claims, further comprising a splitting means ( 22 ), in particular an electrolyzer, on the thermo-modulator side ( 18 ) of the heat pipe ( 10 ) for stopping the transport of thermal energy ( 52 ) to the thermo-modulator side ( 18 ).

Wall collector module ( 1 ) according to claims 5 and 6, wherein the electrolyzer ( 22 ) the water ( 12 . 12a . 12b . 12c ) in hydrogen gas and oxygen gas ( 12c ) separates and the fluid flow at the Thermodonatorseite ( 18 ) of the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) blocked.

Wall collector module ( 1 ) according to claims 4 and 7, wherein the electrolyzer ( 22 ) at the fluid reservoir ( 20 ) of the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) and that in the fluid reservoir ( 20 ) collected water ( 12 . 12a . 12b . 12c ), so that the splitting process ends automatically when the fluid reservoir ( 20 ) is emptied by the splitting process.

Wall collector module ( 1 ) according to any one of the preceding claims, further comprising a recombination agent ( 24 ), in particular a catalyst, on the thermodonator side ( 18 ) of the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) for actively starting the transport of thermal energy ( 52 ) to the thermo-modulator side ( 18 ).

Wall collector module ( 1 ) according to the preceding claim, wherein the recombination agent ( 24 ) has a diffusion brake for adjusting the reaction rate of the recombination agent.

Wall collector module ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the thermal collector ( 42 ) has a surface extension with a plurality of collector branches, the thermal energy to the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) and / or wherein the thermodonator ( 44 ) has a surface extension with a plurality of Donatorästen, the thermal energy from the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ).

Wall collector module ( 1 ) according to one of claims 4 to 11, further comprising a power generator for providing a temporary power supply for the splitting means ( 22 ), wherein the power generator in particular a photovoltaic Solar module for self-sufficient operation of the wall collector module ( 1 ).

Switchable heat pipe ( 10 ), in particular for use in a wall collector module ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising: - a cavity ( 14 ), which differs from one with a thermal collector ( 42 ) in thermal connection thermo collector side ( 16 ) to one with a thermo-modulator ( 44 ) in thermally connected Thermodonatorseite ( 18 ), - one in the cavity ( 14 ) arranged fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) for the transmission of thermal energy ( 52 ), - whereby the cavity ( 14 ) a slope from the thermo-modulator side ( 18 ) to the thermo collector side ( 16 ), so that condensed out fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) independently down the slope to the thermo collector side ( 16 ) in the cavity ( 14 ), - a fluid reservoir ( 20 ), by means of which a part of the condensed out fluid ( 12 . 12b ) on the thermo-modulator side ( 18 ), the fluid reservoir ( 20 ) especially on the thermo-modulator side ( 18 ) of the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ), - a gap means ( 22 ), in particular an electrolyzer, for stopping the transport of thermal energy ( 52 ) to the thermo-modulator side ( 18 ).

Switchable heat pipe according to the preceding claim, wherein the gap means ( 22 ) in the fluid reservoir ( 20 ) engages around the in the fluid reservoir ( 20 ) collected fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) to split.

Method for the switchable transport of heat ( 52 ), comprising the steps of: - heating a thermal collector side ( 16 ) of a heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) with thermal energy ( 52 ), - transfer of thermal energy ( 52 ) in a cavity ( 14 ) of the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) arranged fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ), in particular a condensed out fluid ( 12 . 12b ) which by means of thermal energy ( 52 ) into a gaseous fluid ( 12 . 12a ), - transport of thermal energy ( 52 ) by means of the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) from the thermal collector side ( 16 ) of the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ) to a thermo-modulator page ( 18 ), in particular by means of the gaseous fluid ( 12 . 12a ), - release of thermal energy ( 52 ) of the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ), in particular the gaseous fluid, to the thermo-modulator side ( 18 ) of the cavity ( 14 ) for heating the Thermodonatorseite ( 18 ) of the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ), - upon reaching a condition, for example, a sufficiently high temperature at the Thermodonatorseite ( 18 ) of the heat pipe ( 10 . 10a . 10b . 10c . 10d ), Activating a splitting agent ( 22 ) for splitting the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ), in particular the condensed out fluid ( 12 . 12b ) at a fluid reservoir ( 20 ), - collecting the split fluid ( 12c ) on the thermo-modulator side ( 18 ) and blocking the thermo-modulator side ( 18 ) of the cavity ( 14 ), so that no fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) more to the Thermodonatorseite ( 18 ) of the cavity ( 14 ).

Method according to the preceding claim, further comprising the steps of: - recombining the fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) on the thermo-modulator side ( 18 ) and degrading the blocking split fluid ( 12c ), so that again fluid ( 12 . 12a . 12b . 12c ) to the thermo-modulator side ( 18 ) of the cavity ( 14 ) and the heat transport process ( 52 ) is restarted.