DE102018127928A1 - Heat transport unit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmetransporteinheit (1), die insbesondere als flexibles Wärmerohr ausgeführt ist, mit einem Verdampfungsbereich (2) und mit einem Kondensationsbereich (3) sowie einem zwischen Verdampfungsbereich (2) und Kondensationsbereich (3) angeordneten Leitungsbereich (4), über den thermische Energie vom Verdampfungsbereich (2) zum Kondensationsbereich (3) transportiert wird, und mit einem im Verdampfungsbereich (2) befindlichen Fluid (14), wobei der Leitungsbereich (4) aus zwei Verbindungsleitungen besteht und über eine der beiden Verbindungsleitungen verdampftes Fluid (14') vom Verdampfungsbereich (2) zum Kondensationsbereich (3) gelangt und die andere der beiden Verbindungsleitungen als Rückflussleitung für kondensiertes Fluid (14) dient.The invention relates to a heat transport unit (1), which is designed in particular as a flexible heat pipe, with an evaporation area (2) and with a condensation area (3) and a line area (4) arranged between the evaporation area (2) and condensation area (3), via which thermal energy is transported from the evaporation area (2) to the condensation area (3), and with a fluid (14) located in the evaporation area (2), the line area (4) consisting of two connecting lines and vaporized fluid (14 ') via one of the two connecting lines. ) from the evaporation area (2) to the condensation area (3) and the other of the two connecting lines serves as a return line for condensed fluid (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetransporteinheit, die insbesondere als flexibles Wärmerohr ausgeführt ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heat transport unit, which is designed in particular as a flexible heat pipe, according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Wärmerohre sind auch unter dem Begriff „Heatpipes“ bekannt. Derartige Heatpipes besitzen einen Verdampfungsbereich, wo ein Fluid durch Wärmzufuhr verdampft wird. Das dampfförmige Fluid gelangt über einen Rohrabschnitt zu einem Kondensationsbereich, wo das dampfförmige Medium abgekühlt und wieder in den flüssigen Zustand gebracht wird. Das abgekühlte Fluid wird über eine Kapillarstruktur zurück zum Verdampfungsbereich geführt, sodass sich ein ständiger Wärmetransportkreislauf vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich ergibt. Ein derartiges Wärmerohr ist aus der DE 10 2010 003 893 A1 bekannt.Heat pipes are also known under the term "heat pipes". Such heat pipes have an evaporation area where a fluid is evaporated by the application of heat. The vaporous fluid passes through a pipe section to a condensation area, where the vaporous medium is cooled and brought back into the liquid state. The cooled fluid is led back to the evaporation area via a capillary structure, so that there is a constant heat transport circuit from the evaporation area to the condensation area. Such a heat pipe is from the DE 10 2010 003 893 A1 known.

Aus der DE 10 2009 010 897 A1 ist ein Schaltschrank mit einer Mehrzahl von im Inneren des Schaltschranks angeordneten Schaltgeräten bekannt, bei dem Schaltschrankkomponenten mittels Heatpipes gekühlt werden. Heatpipes werden beim Stand der Technik beispielsweise zur Kühlung von Mikroprozessoren in Geräteschränken eingesetzt, wobei in einem Geräteschrank mehrere Rechnereinheiten mit Mikroprozessoren als Geräteeinschübe eingesetzt sein können. Die Kühlung in den einzelnen Geräteeinschüben kann durch die Verwendung von Heatpipes geräuschlos und sehr effektiv erfolgen, wobei über die Heatpipes große Wärmeenergiemengen aus dem Geräteinneren nach außen abgeleitet werden können. Dabei kann auf die Verwendung von Lüftern verzichtet werden, was nicht nur zur Vermeidung von Lüftergeräuschen beiträgt, sondern auch den großen Vorteil hat, dass Lüftervibrationen im Bereich der empfindlichen elektronischen Bauelemente vermieden werden.From the DE 10 2009 010 897 A1 A control cabinet with a plurality of switching devices arranged in the interior of the control cabinet is known, in which control cabinet components are cooled by means of heat pipes. In the prior art, heat pipes are used, for example, to cool microprocessors in device cabinets, it being possible for several computer units with microprocessors to be used as device racks in one device cabinet. The cooling in the individual plug-in units can be done quietly and very effectively by using heat pipes, whereby large amounts of heat energy can be dissipated from the inside of the device via the heat pipes. There is no need to use fans, which not only helps to avoid fan noise, but also has the great advantage that fan vibrations in the area of the sensitive electronic components are avoided.

Mit Heatpipes kann eine Wärmeübertragung von einem Verdampfungsbereich zu einem Kondensationsbereich auch gegen die Schwerkraft erfolgen, da durch die Kapillarwirkung ein Rücktransport des Fluids vom Kondensationsbereich zum Verdampfungsbereich gegen die Schwerkraft möglich ist. Dagegen gibt es auch Wärmerohre, die mittels Schwerkraft betrieben werden, wobei hier das Fluid aufgrund der Schwerkraft vom Kondensationsbereich zum Verdampfungsbereich zurückfließt.Heat pipes can also be used to transfer heat from an evaporation area to a condensation area against gravity, since the capillary action enables the fluid to be transported back from the condensation area to the evaporation area against gravity. In contrast, there are also heat pipes that are operated by gravity, with the fluid flowing back from the condensation area to the evaporation area due to gravity.

Der Einsatz von Wärmerohren ist äußerst vielseitig und keinesfalls nur auf Anwendungen im Bereich der Mikro- oder Leistungselektronik eingeschränkt. Auch LED-Komponenten, wiederaufladbare Hochleistungsbatterien oder andere Elemente mit hoher Verlustwärme lassen sich mittels Wärmerohren effektiv kühlen. Dabei ist es wünschenswert, dass der Zirkulationskreislauf zwischen Verdampfungsbereich und Kondensationsbereich eine möglichst hohe Kreislaufgeschwindigkeit hat, d. h. dass pro Zeiteinheit möglichst viel Fluid vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich und wieder zurück zum Verdampfungsbereich transportiert wird, wodurch eine Verbesserung der Wärmeübertragung vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich erreicht wird.The use of heat pipes is extremely versatile and is in no way limited to applications in the field of micro or power electronics. LED components, rechargeable high-performance batteries or other elements with high heat loss can also be effectively cooled using heat pipes. It is desirable that the circulation circuit between the evaporation area and the condensation area has the highest possible circulation speed, i. H. that as much fluid as possible is transported from the evaporation area to the condensation area and back to the evaporation area per unit of time, whereby an improvement in the heat transfer from the evaporation area to the condensation area is achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rohrförmige Wärmetransporteinheit zu schaffen, die die Funktion eines Wärmerohrs mit möglichst hoher Wärmetransportleistung hat.The invention has for its object to provide a tubular heat transport unit that has the function of a heat pipe with the highest possible heat transfer performance.

Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Wärmetransporteinheit, die die Funktion eines Wärmerohrs hat und einen Verdampfungsbereich und einen über einen Leitungsbereich mit diesem in Verbindung stehenden Kondensationsbereich hat, besitzt einen Leitungsbereich der aus zwei Verbindungsleitungen besteht, wobei über eine der beiden Verbindungsleitungen verdampftes Fluid vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich gelangt und über die andere Verbindungsleitung kondensiertes Fluid zum Verdampfungsbereich zurückfließt. Der Einsatz zweier Verbindungsleitungen zwischen dem Verdampfungsbereich und dem Kondensationsbereich hat den Vorteil, dass das zurückfließende abgekühlte Fluid von dem zum Kondensationsbereich strömenden verdampften Fluid nicht in seiner Fließgeschwindigkeit beeinträchtig wird. Versuche haben gezeigt, dass mit dieser Anordnung eine hohe Zirkulationsgeschwindigkeit und somit eine sehr effektive Wärmeübertragung vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich des Wärmerohrs erzielt werden kann.The solution to this problem is obtained with the features of claim 1. The heat transport unit, which has the function of a heat pipe and has an evaporation area and a condensation area connected to it via a line area, has a line area which consists of two connecting lines, one via of the two connecting lines evaporated fluid from the evaporation area to the condensation area and condensed fluid flows back to the evaporation area via the other connecting line. The use of two connecting lines between the evaporation area and the condensation area has the advantage that the cooled fluid flowing back does not get impaired in its flow rate by the evaporated fluid flowing to the condensation area. Tests have shown that with this arrangement a high circulation speed and thus a very effective heat transfer from the evaporation area to the condensation area of the heat pipe can be achieved.

Besonders vorteilhaft ist es, die Verbindungsleitungen zwischen Verdampfungsbereich und Kondensationsbereich als eine flexible Doppelschlauchleitung auszubilden, die vorzugsweise aus einem Außenschlauch und einem im Außenschlauch verlaufenden Innenschlauch besteht. Es kann aber auch eine aus zwei flexiblen, z. B. nebeneinander verlaufenden Schlauchleitungen bestehende Leitungsverbindung verwendet werden, wobei dann der Verdampfungsbereich und der Kondensationsbereich jeweils als eine Kammer mit jeweils zwei Schlauchanschlussstücken ausgebildet sein können.It is particularly advantageous to design the connecting lines between the evaporation area and the condensation area as a flexible double hose line, which preferably consists of an outer hose and an inner hose running in the outer hose. But it can also be one of two flexible, e.g. B. existing side-by-side hose lines can be used, in which case the evaporation area and the condensation area can each be formed as a chamber with two hose connectors.

Eine derartige Leitungsverbindung hat den großen Vorteil, dass die Wärmetransporteinheit problemlos an den zu kühlenden Elementen eines Rechners oder eines anderen Geräts positioniert werden kann, wobei Positionstoleranzen durch die Flexibilität der Wärmetransporteinheit völlig unproblematisch sind. Montageprobleme, wie diese bei den herkömmlichen starren Kupfer-Heatpipes auftreten können, werden mit der erfindungsgemäßen flexiblen Wärmetransporteinheit vermieden.Such a line connection has the great advantage that the heat transport unit can be easily positioned on the elements of a computer or other device to be cooled, position tolerances being completely unproblematic due to the flexibility of the heat transport unit are. Assembly problems, as can occur with the conventional rigid copper heat pipes, are avoided with the flexible heat transport unit according to the invention.

In der Wärmetransporteinheit kann in der als Rückflussleitung dienenden Verbindungsleitung eine Kapillarstruktur an der Innenwand vorgesehen sein, womit ein Rücktransport des abgekühlten Fluids zum Verdampfungsbereich unterstützt werden kann.In the heat transport unit, a capillary structure can be provided on the inner wall in the connecting line serving as a return line, whereby a return transport of the cooled fluid to the evaporation area can be supported.

Da die Verbindungsleitungen stets nicht exakt den gleichen Strömungswiderstand aufweisen, wird beim Verdampfungsvorgang das versdampfte Fluid eine der beiden Verbindungsleitungen bevorzugt nutzen, sodass sich daraus von selbst ein Fluidkreislauf in der Wärmetransporteinheit ergibt. Damit eine bestimmte Verbindungsleitung für den Transport des verdampften Fluids und die andere Verbindungsleitung für den Rückfluss des abgekühlten Fluids verwendet wird, kann ein Strömungswiderstandselement im Übergangsbereich zwischen einer der beiden Verbindungsleitungen und dem Verdampfungsbereich angeordnet sein. Dieses Strömungswiderstandselement bewirkt, dass beim Verdampfungsvorgang aufsteigende Gasbläschen die Verbindungsleitung mit dem Strömungswiderstandselement nicht nutzen, sondern die für die aufsteigenden Gasbläschen weiter geöffnete Verbindungsleitung nutzen. Auf diese Weise kann ganz gezielt beispielsweise ein konzentrisch in einem Außenschlauch einliegender Innenschlauch für den Transport des verdampften Fluids zum Kondensator genutzt werden, sodass das abgekühlte Fluid vom Kondensationsbereich über den Zwischenraum zwischen Innenschlauch und Außenschlauch wieder zum Verdampfungsbereich zurückströmt.Since the connecting lines do not always have exactly the same flow resistance, the vaporized fluid will preferably use one of the two connecting lines during the evaporation process, so that this results in a fluid circuit in the heat transport unit. So that a specific connection line is used for the transport of the evaporated fluid and the other connection line for the backflow of the cooled fluid, a flow resistance element can be arranged in the transition area between one of the two connection lines and the evaporation area. This flow resistance element has the effect that gas bubbles rising during the evaporation process do not use the connecting line with the flow resistance element, but instead use the connecting line which is further open for the rising gas bubbles. In this way, for example, an inner hose concentrically located in an outer hose can be used for transporting the evaporated fluid to the condenser, so that the cooled fluid flows back from the condensation area through the space between the inner hose and outer hose to the evaporation area.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Querschnittsfläche der für die Weiterleitung des verdampften Fluids vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich vorgesehenen Verbindungsleitung eine größere Querschnittsfläche im Übergangsbereich vom Verdampfungsbereich zur Verbindungsleitung haben als die für die Rückführung des kondensierten Fluids vorgesehene Verbindungsleitung in diesem Übergangsbereich. Damit wird auch erreicht, dass aufsteigende Gasbläschen beim Verdampfungsvorgang überwiegend in die Verbindungsleitung gelangen, die eine größere Querschnittsfläche hat, sodass auch dadurch gezielt eine Verbindungsleitung für den Transport des Fluids zum Kondensationsbereich vorgegeben werden kann. Die andere Verbindungsleitung wird dann zwangsläufig als Rückflussleitung für das kondensierte und abgekühlte Fluid genutzt.According to a development of the invention, the cross-sectional area of the connecting line provided for the forwarding of the vaporized fluid from the evaporation area to the condensation area can have a larger cross-sectional area in the transition area from the evaporation area to the connecting line than the connecting line provided for returning the condensed fluid in this transition area. This also ensures that ascending gas bubbles predominantly get into the connecting line, which has a larger cross-sectional area, during the evaporation process, so that a connecting line for the transport of the fluid to the condensation area can also be specifically specified thereby. The other connecting line is then inevitably used as a return line for the condensed and cooled fluid.

Der Verdampfungsbereich und der Kondensationsbereich können vorteilhaft aus einem Kunststoffmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen, wobei eine hohe Wärmeleitfähigkeit durch die Verwendung von Zuschlagstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit erreicht werden kann. Je nach Einsatzgebiet der Wärmetransporteinheit kann der Verdampfungsbereich und der Kondensationsbereich z. B. auch als jeweils einseitig geschlossene Kupferröhre ausgebildet sein, wobei an die offenen Seiten dieser Elemente dann die Verbindungsleitungen angeschlossen werden.The evaporation area and the condensation area can advantageously consist of a plastic material with high thermal conductivity, wherein a high thermal conductivity can be achieved by using additives with high thermal conductivity. Depending on the area of application of the heat transport unit, the evaporation area and the condensation area can e.g. B. can also be formed as a copper tube closed on one side, the connecting lines then being connected to the open sides of these elements.

Das in der Wärmetransporteinheit verwendete Fluid besitzt vorzugsweise eine niedrige Siedetemperatur, die beispielsweise bei einem Druck innerhalb der Wärmetransporteinheit von 1 bis 3 bar in einem Bereich zwischen 25° Celsius und 40° Celsius liegen kann. Je nach Einsatzgebiet der Wärmetransporteinheit können auch Fluide verwendet werden, die einen höheren oder niedrigeren Siedepunkt besitzen, der bei einem Druck von 0,001 bis 100 bar in einem Bereich zwischen -20° Celsius und +1000° Celsius liegen kann.The fluid used in the heat transport unit preferably has a low boiling temperature, which can be, for example, at a pressure within the heat transport unit of 1 to 3 bar in a range between 25 ° Celsius and 40 ° Celsius. Depending on the area of application of the heat transport unit, fluids can also be used which have a higher or lower boiling point, which can be between -20 ° Celsius and + 1000 ° Celsius at a pressure of 0.001 to 100 bar.

Ein solches Fluid ist beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Novec 7000 bekannt. Eine niedrige Siedetemperatur hat dabei den Vorteil, dass bereits bei geringer Wärmeentwicklung im Bereich eines zu kühlenden Bauteils der Wärmetransport und damit der Kühlvorgang wirksam einsetzen kann.Such a fluid is, for example, under the trade name Novec 7000 known. A low boiling temperature has the advantage that even with low heat development in the area of a component to be cooled, the heat transport and thus the cooling process can be used effectively.

Die für den Transport des verdampften Fluids vorgesehene Verbindungsleitung kann geringfügig in den Raum des Verdampfungsbereichs ragen und tief in den Raum des Kondensationsbereichs hineinragen. Sowohl im Verdampfungsbereich als auch im Kondensationsbereich wird dadurch die Funktionalität der Wärmetransporteinheit positiv unterstützt.The connecting line provided for the transport of the vaporized fluid can protrude slightly into the space of the evaporation area and protrude deeply into the space of the condensation area. The functionality of the heat transport unit is positively supported both in the evaporation area and in the condensation area.

Die an einer Verbindungsleitung ausgebildete Kapillarstruktur kann im Extrusionsverfahren bei der Herstellung der Verbindungsleitung hergestellt werden. Dadurch ergibt sich eine sehr kostengünstige Fertigung für die mit Kapillarwirkung ausgestattete Verbindungsleitung.The capillary structure formed on a connecting line can be produced in the extrusion process during the production of the connecting line. This results in a very inexpensive production for the connecting line equipped with capillary action.

Es besteht auch die Möglichkeit, in den Zwischenraum zwischen einem Außenschlauch und einem Innenschlauch einen längs verlaufenden Docht oder ein entsprechend anderes Element einzulegen, welches eine Kapillarwirkung hat und somit in diesem Zwischenraum einen Rücktransport des abgekühlten Fluids vom Kondensationsbereich zum Verdampfungsbereich unterstützt.There is also the possibility of inserting a longitudinal wick or a corresponding other element into the space between an outer tube and an inner tube, which has a capillary effect and thus supports a return transport of the cooled fluid from the condensation area to the evaporation area in this space.

Die Erfindung wird nachfolgen anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine Wärmetransporteinheit mit einer flexiblen Doppelschlauchleitung,
  • 2 eine Wärmetransporteinheit wie bei 1, jedoch mit einem Strömungswiderstandselement im Übergangsbereich zwischen der Doppelschlauchleitung und einem Verdampfungsbereich,
  • 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs der Wärmetransporteinheit von 2 im Bereich des Strömungswiderstandselements,
  • 4 einen Querschnitt einer Doppelschlauchleitung mit einer Kapillarstruktur,
  • 5 einen Längsschnitt entlang der Schnittebene A-A von 4,
  • 6 einen Querschnitt einer Doppelschlauchleitung mit einem Dochtelement,
  • 7 ein Längsschnitt entlang der Schnittebene B-B der Doppelschlauchleitung von 6 und
  • 8 eine schematisch dargestellte Anordnung von zwischen Thermokopplungseinheiten wirksamen Wärmetransporteinheiten.
Show it:
  • 1 a heat transport unit with a flexible double hose line,
  • 2nd a heat transport unit like in 1 , but with a flow resistance element in the transition area between the double hose line and an evaporation area,
  • 3rd an enlarged view of a portion of the heat transport unit of 2nd in the area of the flow resistance element,
  • 4th 2 shows a cross section of a double hose line with a capillary structure,
  • 5 a longitudinal section along the section plane AA from 4th ,
  • 6 3 shows a cross section of a double hose line with a wick element,
  • 7 a longitudinal section along the section plane BB the double hose line from 6 and
  • 8th a schematically illustrated arrangement of effective heat transport units between thermal coupling units.

Die in 1 dargestellte Wärmetransporteinheit 1 hat die Funktionalität eines Wärmerohrs und besitzt einen Verdampfungsbereich 2 sowie einen Kondensationsbereich 3, die über einen Leitungsbereich 4 zur Übertragung thermischer Energie miteinander verbunden sind. Der Verdampfungsbereich 2 kann aus einer einseitig geschlossenen Metallhülse, beispielsweise aus Kupfer bestehen. Der Kondensationsbereich 3 kann ebenfalls aus einer einseitig geschlossenen Metallhülse hergestellt sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Verdampfungsbereich 2 und den Kondensationsbereich 3 aus einem Kunststoffmaterial 5 mit möglichst guter Wärmeleitfähigkeit herzustellen. Beispielhaft werden daher in der nachfolgenden Beschreibung die für den Verdampfungsbereich 2 und den Kondensationsbereich 3 verwendeten Hülsen als Kunststoffhülsen 6, 7 bezeichnet.In the 1 heat transport unit shown 1 has the functionality of a heat pipe and has an evaporation area 2nd as well as a condensation area 3rd that have a line area 4th are connected to each other for the transfer of thermal energy. The evaporation area 2nd can consist of a metal sleeve closed on one side, for example made of copper. The condensation area 3rd can also be made from a metal sleeve closed on one side. But there is also the possibility of the evaporation area 2nd and the condensation area 3rd made of a plastic material 5 with the best possible thermal conductivity. In the following description, examples for the evaporation area are therefore exemplary 2nd and the condensation area 3rd used sleeves as plastic sleeves 6 , 7 designated.

Der Leitungsbereich 4 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel von einer Doppelschlauchleitung 8 gebildet, die aus einem Außenschlauch 9 und einem im Außenschlauch 9 konzentrisch verlaufenden Innenschlauch 10 besteht. Da eine exakte konzentrische Anordnung von Außenschlauch 9 und Innenschlauch 10 nicht zwingend erforderlich ist, sind in 1 keine Zentrierelemente dargestellt, die jedoch in Form von innen am Außenschlauch 9 abragenden Zentrierstegen vorhanden sein könnten. Es könnten auch in Abständen in der flexiblen Doppelschlauchleitung 8 ringförmige Zentrierelemente eingesetzt sein.The management area 4th is in the illustrated embodiment of a double hose 8th formed from an outer tube 9 and one in the outer tube 9 concentric inner hose 10th consists. Because an exact concentric arrangement of the outer hose 9 and inner tube 10th are not mandatory are in 1 no centering elements shown, but in the form of the inside of the outer tube 9 protruding centering bars could be present. There could also be intervals in the flexible double hose 8th annular centering elements can be used.

Die Doppelschlauchleitung 8 besteht aus einem flexiblen Kunststoffmaterial, sodass die Wärmetransporteinheit 1 zumindest im Leitungsbereich 4 flexibel gebogen werden kann und somit der Verdampfungsbereich 2 und der Kondensationsbereich 3 in unterschiedlichste Positionen oder Ausrichtungen gebracht werden können. In 1 ist eine zu kühlende Wärmequelle 11 als kreisförmiger Bereich mit unterbrochenen Linien angedeutet, während ein Wärmeabgabebereich 12 ebenfalls mit unterbrochener Kreislinie angedeutet ist. Befindet sich der Wärmeabgabebereich 12 an einer anderen als der dargestellten Position, ist es aufgrund der flexiblen Doppelschlauchleitung 8 möglich, dass die Wärmetransporteinheit 1 gebogen werden kann, sodass die den Kondensationsbereich 3 bildende Kunststoffhülse 7 mit dem Wärmeabgabebereich 12 in Wärmeleitungskontakt gebracht werden kann. Der Wärmeabgabebereich 12 kann ein Element mit Kühlrippen aus Aluminium oder aber auch ein von einem Kühlmittel durchströmtes Element haben.The double hose line 8th consists of a flexible plastic material, so that the heat transport unit 1 at least in the management area 4th can be bent flexibly and thus the evaporation area 2nd and the condensation area 3rd can be brought into different positions or orientations. In 1 is a heat source to be cooled 11 indicated as a circular area with broken lines, while a heat dissipation area 12th is also indicated with a broken circular line. The heat dissipation area is located 12th at a different position than the one shown, it is due to the flexible double hose line 8th possible that the heat transport unit 1 can be bent so that the condensation area 3rd forming plastic sleeve 7 with the heat dissipation area 12th can be brought into thermal contact. The heat dissipation area 12th can have an element with aluminum cooling fins or also an element through which a coolant flows.

Die Funktion der Wärmeübertragung wird nun nachfolgen beschrieben.The function of heat transfer will now be described below.

Mit der von der Wärmequelle 11 abgegebenen Wärmeenergie wird ein im Verdampfungsbereich 2 in der Kunststoffhülse 6 befindliches Fluid 14 erwärmt und zum Verdampfen gebracht. Das dampfförmige Fluid 14' gelangt über den Innenschlauch 10 entsprechend der Pfeilrichtung 15 zum Kondensationsbereich 3, der eine niedrigere Temperatur hat, sodass das verdampfte Fluid 14' im Kondensationsbereich 3 an der Innenwand der Kunststoffhülse 7 kondensiert und entsprechend der Pfeilrichtung 16 wieder als Fluid 14 zum Verdampfungsbereich 2 zurückfließt. So lange die Wärmequelle 11 weiterhin Wärmeenergie entsprechend den Pfeilrichtungen 13 dem Verdampfungsbereich 2 zuführt und im Kondensationsbereich 3 eine Kondensation stattfindet, wird ein Zirkulationskreislauf entsprechend den Pfeilrichtungen 15, 16 aufrechterhalten und damit ständig ein Wärmetransport von der Wärmequelle 11 zum Kondensationsbereich 3 bzw. zu einem Wärmeabgabebereich 12 durchgeführt.With that from the heat source 11 emitted heat energy is in the evaporation area 2nd in the plastic sleeve 6 located fluid 14 warmed and evaporated. The vaporous fluid 14 ' passes through the inner tube 10th according to the direction of the arrow 15 to the condensation area 3rd which is at a lower temperature so that the vaporized fluid 14 ' in the condensation area 3rd on the inner wall of the plastic sleeve 7 condensed and according to the direction of the arrow 16 again as a fluid 14 to the evaporation area 2nd flows back. As long as the heat source 11 continue thermal energy according to the directions of the arrows 13 the evaporation area 2nd feeds and in the condensation area 3rd a condensation takes place, a circulation cycle according to the directions of the arrow 15 , 16 maintained and thus a constant heat transfer from the heat source 11 to the condensation area 3rd or to a heat emission area 12th carried out.

Als Fluid 14 sind Flüssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt geeignet, die für derartige Anwendungen bei Wärmerohren oder Heatpipes allgemein bekannt sind. Mit einem Fluid, welches einen Siedepunkt bei ca. 30° Celsius hatte, wurden sehr gute Wärmeübertragungsergebnisse erzielt. Der Siedepunkt des verwendeten Fluids 14 kann je nach Anwendungsbereich in unterschiedlichen Wärmetransporteinheiten unterschiedlich hoch eingestellt sein, wobei ein Bereich zwischen 25° Celsius und 80° Celsius beispielsweise als Siedepunkt für einen vorgegebenen Anwendungsbereich vorgesehen sein kann. Die Siedetemperatur des Fluids 14 lässt sich auch durch eine Variation des Innendrucks in der Wärmetransporteinheit 1 einstellen, der beispielsweise bei 1 bis 10 bar liegen kann.As a fluid 14 low boiling point liquids are suitable which are generally known for such applications in heat pipes or heat pipes. Very good heat transfer results were achieved with a fluid that had a boiling point at approximately 30 ° Celsius. The boiling point of the fluid used 14 can be set to different heights depending on the area of application in different heat transport units, wherein a range between 25 ° Celsius and 80 ° Celsius can be provided, for example, as the boiling point for a given application. The boiling point of the fluid 14 can also be achieved by varying the internal pressure in the heat transport unit 1 Set, which can be, for example, 1 to 10 bar.

Die Wärmetransporteinheit 1 kann mit einer Länge von weniger als 2 cm oder aber auch mit einer Länge von mehr als 1 m ausgeführt werden, wobei Durchmesser von weniger als 1 mm bis über 10 mm je nach Anwendungsfall vorgesehen sein können. Für eine flexible Wärmetransporteinheit 1 mit einem Durchmesser von 10 mm kann eine Wärmeübertragung mit einer Wärmeleistung von 1200 Watt erreicht werden, und zwar bei einer Temperaturdifferenz von 10 °C zwischen dem Verdampfungsbereich 2 und dem Kondensationsbereich 3. Die Endstücke, also die Kunststoffhülsen 6,7, der Wärmetransporteinheit 1 können gemäß 8 mit als Metallblöcke ausgebildeten Thermokopplungseinheiten 31 wärmeleitend verbunden sein, beispielsweise dadurch, dass die Endstücke in Bohrungen 51 dieser Thermokopplungseinheiten 31 eingesteckt sind. Diese Thermokopplungseinheiten 31 können dann wiederum einerseits mit Wärmequellen - z.B. einem Mikroprozessor 32 - oder andererseits mit Kühleinrichtungen 33 wärmeleitend zur Realisierung eines Wärmetransportsystems verbunden sein. Die in 8 eingezeichneten Pfeile zeigen beispielhaft die Transportrichtung der Wärmeübertragung über die Wärmetransporteinheiten 1. The heat transport unit 1 can be made with a length of less than 2 cm or also with a length of more than 1 m, with diameters from less than 1 mm to over 10 mm depending on the application. For a flexible heat transport unit 1 with a diameter of 10 mm, a heat transfer with a heat output of 1200 watts can be achieved, namely at a temperature difference of 10 ° C between the evaporation area 2nd and the condensation area 3rd . The end pieces, ie the plastic sleeves 6, 7, of the heat transport unit 1 can according to 8th with thermocouple units designed as metal blocks 31 be connected in a heat-conducting manner, for example in that the end pieces in bores 51 of these thermal coupling units 31 are plugged in. These thermocouple units 31 can then use heat sources - for example a microprocessor 32 - or on the other hand with cooling devices 33 be connected in a heat-conducting manner to implement a heat transport system. In the 8th Arrows show an example of the transport direction of the heat transfer via the heat transport units 1 .

In 2 ist eine Ausführung der Wärmetransporteinheit 1 gemäß 1 angegeben, bei der jedoch zusätzlich ein Strömungswiderstandselement 17 als ein an der Kunststoffhülse 6 nach innen abragender Ringrand vorgesehen ist. Der Ringrand kann auch als Ringwulst bezeichnet werden und dient dazu, dass in diesem Übergangsbereich zwischen Verdampfungsbereich 2 und dem Leitungsbereich 3 der Querschnitt für den Rückfluss des Fluids 14 eingeengt wird. Dadurch wird erreicht, dass das verdampfte Fluid 14' bevorzugt den Weg durch den Innenschlauch 10 wählt, gemäß Pfeilrichtung 15. Wichtig ist dabei, dass das zurückfließende kondensierte Fluid nicht zu stark am Rückfluss gemäß Pfeilrichtung 16 zum Verdampfungsbereich 2 gehindert wird. Das gleiche gilt auch für ein gleichartiges Strömungswiderstandselement 18 am Übergangsbereich zwischen dem Leitungsbereich 4 und dem Kondensationsbereich 3.In 2nd is a version of the heat transport unit 1 according to 1 specified, but in addition, a flow resistance element 17th than one on the plastic sleeve 6 inwardly projecting ring edge is provided. The ring edge can also be referred to as a ring bead and serves to ensure that in this transition area between the evaporation area 2nd and the management area 3rd the cross section for the backflow of the fluid 14 is concentrated. This ensures that the vaporized fluid 14 ' prefers the way through the inner tube 10th chooses according to the direction of the arrow 15 . It is important that the flowing back condensed fluid is not too strong at the return flow in the direction of the arrow 16 to the evaporation area 2nd is prevented. The same also applies to a similar flow resistance element 18th at the transition area between the line area 4th and the condensation area 3rd .

Die beiden Strömungswiderstandselemente 17, 18 dienen gleichzeitig auch als Zentrierelemente für den Innenschlauch 10, sodass dieser wenigstens in den Übergangsbereichen annähernd konzentrisch zum Außenschlauch bzw. zu den Kunststoffhülsen 6, 7 angeordnet ist. Die Strömungswiderstandselemente 17, 18 können sehr vorteilhaft auch als Noppen ausgebildet sein, die den zwischen ihnen einliegenden Innenschlauch 10 in seiner Lage fixieren. Zwischen den einzelnen Noppen können Freiräume verbleiben, durch die das rückfließende Fluid 14 entsprechend der Pfeilrichtung 16 vom Kondensationsbereich 3 zum Verdampfungsbereich 2 zurückfließen kann.The two flow resistance elements 17th , 18th also serve as centering elements for the inner hose 10th , so that it is at least in the transition areas approximately concentric with the outer tube or the plastic sleeves 6 , 7 is arranged. The flow resistance elements 17th , 18th can very advantageously also be designed as knobs, which the inner tube lying between them 10th fix in position. There may be free spaces between the individual knobs through which the fluid flowing back 14 according to the direction of the arrow 16 from the condensation area 3rd to the evaporation area 2nd can flow back.

In 1 und 2 ist die Wärmetransporteinheit 1 jeweils etwa zur Hälfte mit Fluid 14 gefüllt. Der Füllstand kann je nach Anwendungsbereich und je nach verwendetem Fluid unterschiedlich gewählt werden. Bei einem Füllstand von 30% bis 50% des vorhandenen Volumens wurden gute Zirkulationseigenschaften erzielt. Je nach verwendetem Fluid und abhängig vom Anwendungsbereich können andere Füllstände zweckmäßig sein.In 1 and 2nd is the heat transport unit 1 about half each with fluid 14 filled. The fill level can be selected differently depending on the area of application and the fluid used. Good circulation properties were achieved at a fill level of 30% to 50% of the available volume. Depending on the fluid used and depending on the area of application, other fill levels may be appropriate.

3 zeigt einen Längsschnitt der Wärmetransporteinheit 1 von 2 im Verdampfungsbereich 2. Durch Zufuhr von Wärme entsprechend den Pfeilrichtungen 13 über die Kunststoffhülse 6 zum Fluid 14 wird das Fluid 14 erwärmt, sodass ein Verdampfungsvorgang stattfindet. Dabei steigen Bläschen 20 im Fluid 14 auf, was durch einzelne Pfeile angedeutet ist. Da der wirksame Leitungsquerschnitt des Innenschlauchs 10 größer ist als der für den Rückfluss gemäß Pfeilrichtung 16 vorgesehene Leitungsquerschnitt, verdampft das Fluid 14 über den Innenschlauch 10 und gelangt damit auch über den Innenschlauch 10 zum Kondensationsbereich 3 (1, 2). 3rd shows a longitudinal section of the heat transport unit 1 from 2nd in the evaporation area 2nd . By supplying heat in the direction of the arrow 13 over the plastic sleeve 6 to the fluid 14 becomes the fluid 14 heated so that an evaporation process takes place. This causes bubbles to rise 20th in the fluid 14 on what is indicated by single arrows. Because the effective cross-section of the inner tube 10th is greater than that for the backflow according to the direction of the arrow 16 provided line cross section, the fluid evaporates 14 over the inner tube 10th and also gets through the inner tube 10th to the condensation area 3rd ( 1 , 2nd ).

In 4 ist eine Ausführung einer Doppelschlauchleitung 8 dargestellt, bei der der Außenschlauch 9 an seiner Innenwand eine Kapillarstruktur 21 hat, die sich über die gesamte Länge des Außenschlauchs 9 erstreckt. Mit der unterbrochenen Kreislinie wird angedeutet, dass sich die Kapillarstruktur 21 über den gesamten Umfang an der Innenwand erstrecken kann. 5 zeigt den Längsschnitt der in 4 dargestellten Anordnung.In 4th is a version of a double hose line 8th shown, in which the outer hose 9 a capillary structure on its inner wall 21st that extends the entire length of the outer tube 9 extends. The broken circular line indicates that the capillary structure 21st can extend over the entire circumference on the inner wall. 5 shows the longitudinal section of the in 4th shown arrangement.

6 und 7 zeigen einen Querschnitt und einen Längsschnitt einer Doppelschlauchleitung 8 mit einem über die gesamte Länge sich erstreckenden einliegenden Dochtelement 22. Beispielhaft erstreckt sich hier das Dochtelement 22 nur über ein Teilsegment des für den Rückfluss vom Kondensationsbereich 3 zum Verdampfungsbereich 2 vorgesehenen Zwischenraums 23. Grundsätzlich kann das Dochtelement 22 auch den Zwischenraum 23 vollständig ausfällen. Das Dochtelement 22 und die Kapillarstruktur 21 (4, 5) können zur Unterstützung des Rückflusses des kondensierten Fluids beitragen. 6 and 7 show a cross section and a longitudinal section of a double hose line 8th with an inserted wick element extending over the entire length 22 . The wick element extends here as an example 22 only over a sub-segment of that for the backflow from the condensation area 3rd to the evaporation area 2nd provided space 23 . Basically, the wick element 22 also the space 23 fail completely. The wick element 22 and the capillary structure 21st ( 4th , 5 ) can help support the reflux of the condensed fluid.

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Claims (11)

Wärmetransporteinheit (1), die insbesondere als flexibles Wärmerohr ausgeführt ist, mit einem Verdampfungsbereich (2) und mit einem Kondensationsbereich (3) sowie einem zwischen Verdampfungsbereich (2) und Kondensationsbereich (3) angeordneten Leitungsbereich (4), über den thermische Energie vom Verdampfungsbereich (2) zum Kondensationsbereich (3) transportiert wird, und mit einem im Verdampfungsbereich (2) befindlichen Fluid (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsbereich (4) aus zwei Verbindungsleitungen besteht, und dass über eine der beiden Verbindungsleitungen verdampftes Fluid (14') vom Verdampfungsbereich (2) zum Kondensationsbereich (3) gelangt, und dass die andere der beiden Verbindungsleitungen als Rückflussleitung für kondensiertes Fluid (14) dient.Heat transport unit (1), which is in particular designed as a flexible heat pipe, with an evaporation area (2) and with a condensation area (3) and a line area (4) arranged between evaporation area (2) and condensation area (3), via the thermal energy from the evaporation area (2) is transported to the condensation area (3), and with a fluid (14) located in the evaporation area (2), characterized in that the line area (4) consists of two connecting lines and that vaporized fluid (14 ') from the evaporation area (2) to the condensation area (3), and that the other of the two connecting lines serves as a return line for condensed fluid (14). Wärmetransporteinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen eine flexible Doppelschlauchleitung (8) bilden, die aus einem Außenschlauch (9) und einem im Außenschlauch (9) verlaufenden Innenschlauch (10) besteht.Heat transport unit (1) after Claim 1 , characterized in that the connecting lines form a flexible double hose line (8) consisting of an outer hose (9) and an inner hose (10) running in the outer hose (9). Wärmetransporteinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückflussleitung an ihrer Innenwand eine Kapillarstruktur (21) hat.Heat transport unit (1) after Claim 1 , characterized in that the return line has a capillary structure (21) on its inner wall. Wärmetransporteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Strömungswiderstandselement (17) im Übergangsbereich zwischen einer der beiden Verbindungsleitungen und dem Verdampfungsbereich (2) angeordnet ist.Heat transport unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one flow resistance element (17) is arranged in the transition region between one of the two connecting lines and the evaporation region (2). Wärmetransporteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der für die Weiterleitung des verdampften Fluids (14') vom Verdampfungsbereich (2) zum Kondensationsbereich (3) vorgesehenen Verbindungsleitung wenigstens im Übergangsbereich vom Verdampfungsbereich (2) zur Verbindungsleitung größer ist als die Querschnittsfläche der für die Rückführung des kondensierten Fluids (14) vom Kondensationsbereich (3) zum Verdampfungsbereich (2) vorgesehenen Verbindungsleitung in diesem Übergangsbereich.Heat transport unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cross-sectional area of the connecting line provided for the transmission of the vaporized fluid (14 ') from the evaporation area (2) to the condensation area (3) is larger at least in the transition area from the evaporation area (2) to the connecting line is the cross-sectional area of the connecting line provided for the return of the condensed fluid (14) from the condensation area (3) to the evaporation area (2) in this transition area. Wärmetransporteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfungsbereich (2) und der Kondensationsbereich (3) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen.Heat transport unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporation area (2) and the condensation area (3) consist of a material with high thermal conductivity. Wärmetransporteinheit (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Kunststoffmaterial mit Zuschlagstoffen, die die Wärmeleitfähigkeit erhöhen, ist.Heat transport unit (1) after Claim 6 , characterized in that the material is a plastic material with additives that increase the thermal conductivity. Wärmetransporteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (14') eine niedrige Siedetemperatur hat, die bei einem Druck von 0,001 bis 100 bar in einem Bereich zwischen -20° Celsius und +1000° Celsius liegt.Heat transport unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid (14 ') has a low boiling temperature, which is at a pressure of 0.001 to 100 bar in a range between -20 ° Celsius and + 1000 ° Celsius. Wärmetransporteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Weiterleitung des verdampften Fluids (14') vorgesehene Verbindungsleitung geringfügig in den Raum des Verdampfungsbereichs (2) und tief in den Raum des Kondensationsbereichs (3) hineinragt.Heat transport unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting line provided for the transmission of the vaporized fluid (14 ') projects slightly into the space of the evaporation area (2) and deep into the space of the condensation area (3). Wärmetransporteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapillarstruktur (21) an einer Innenwand einer der Verbindungsleitungen im Extrusionsverfahren hergestellt ist.Heat transport unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a capillary structure (21) is produced on an inner wall of one of the connecting lines in the extrusion process. Wärmetransporteinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransporteinheit (1) zum Kühlen von elektronischen Bauteilen, insbesondere von Mikroprozessoren, in ein elektrisches Gerät eingesetzt ist.Heat transport unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transport unit (1) is used for cooling electronic components, in particular microprocessors, in an electrical device.
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