DE102019006060B3

DE102019006060B3 - Vorrichtung zur Oberflächentemperierung

Info

Publication number: DE102019006060B3
Application number: DE102019006060.1A
Authority: DE
Inventors: Axel R. Hidde; Odo Klose
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2039-08-28
Also published as: DE202019003115U1

Abstract

Die Vorrichtung zur Oberflächentemperierung besteht aus einem dochtbehafteten Wärmerohr mit einer Verdampfer- oder Heizzone an einem Rohrende, einer thermisch isolierten Transportzone in Rohrmitte und einer Kondensator- oder Kühlzone an dem anderen Rohrende und besitzt an dem Rohrende der Kondensator- oder Kühlzone thermisch und mechanisch bündig, axial zum Rohr angebrachte und radial vom Rohr abstehende Wärmeleitbleche, die viertelkreisähnlich ausgeprägt sind und paarweise gegenüberstehend angebracht mit dem Rohrende eine halbkreisförmige Außenkontur bilden, deren Durchmesserseite mittig und bündig mit dem Rohrende abschließt.Das Wärmerohr kommt auch dochtlos gravitationsbeeinflußt - auch als Thermosiphon, Perkin-Rohr, schwerkraftunterstütztes Wärmerohr, Gravitations- bzw. Schwerkraftwärmerohr oder Wärmerohr ohne Kapillarstruktur bezeichnet - zum Einsatz oder - das Wärmerohr wird auch als Schwerkraftwärmerohr genutzt, mit dochtloser Kondensator- oder Kühl- und Transportzone, aber mit einem Docht mit Kapillarstruktur in der Verdampfer- oder Heizzone.Während das dochtbehaftete Wärmerohr mit Wärmeleitblechen mittels der Kapillarstruktur auch gegen die Schwerkraft dem Wärmetransport dient, funktioniert das dochtlose Wärmerohr nur mittels der Gravitation.Der kapillarkraftstrukturierte Docht des Wärmerohrs besteht aus einem Schlauch, geflochten oder geschäumt oder gespitzt oder gewebt, aus Glasfaser, porösen Membranwerkstoff, mikroporösem Schaumstoff oder porösem Carbon.Für das Wärmerohr mit Wärmeleitblechen wird sowohl für das geplättete wie für das rund belassene Rohrende eine Rohrverlängerung vorgeschlagen, wobei im Fall von geplätteten Rohrenden eine axiale Verschränkung der Rohrenden vorgeschlagen ist, die ein Fluchten der beiden Wärmerohre für den Verbau sicherstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Oberflächentemperierung - insbesondere eine Vorrichtung mit einem Wärmerohr und angeflanschten Wärmeleitblechen, die mit der zu temperierenden Oberfläche flächenbündig abschließt.
Im geschlossenen Wärmerohr bewegt sich ein Transportmittel/Wärmeträger im Kreislauf - es verdampft an der warmen Stelle des Rohrs und kondensiert an der kalten Stelle, von wo es durch Kapillarkräfte in einem Docht an der Innenwand des Rohrs wieder zurücktransportiert wird. Die Energieleitfähigkeit des Wärmerohrs ist 1T- bis 10T-mal so groß wie die eines guten metallischen Wärmeleiters. Erste Erwähnung fand das Wärmerohr durch Richard S. Gaugier in der amerikanischen Patentschrift ‚Heat transfer device‘, US 2 350 348 A 21. Dez. 1942. Erst rd. 20 Jahre später fand die Entwicklung Anwendung in der Energietechnik durch George M. Grover in der amerikanischen Patentschrift ‚Evaporation-condensation heat transfer device‘, US 3 229 759 A v. 2. Dez. 1963 und erlebte ab dann erst seine Anwendungsvielfalt.
Über die Zeit hat das Wärmerohr in zahlreichen technischen Disziplinen, Anlagen und Geräten seine Anwendung gefunden, wie z.B.

- Automobilindustrie
- Batterietechnik
- E-Zigaretten/Lighter
- Fußbodenheizung
- Kältetechnik
- Kleinmotoren, elektrisch
- Klimageräte
- LED-Lampen und -Leuchten
- Prozessorkühlung in der Elektronik
- Reaktortechnik
- Röntgenanlagen
- Satellitentechnik/Raumfahrt
- Schaltersysteme für Mittelspannung
- Solar-Technologie
- Wärmetauscher
- Warmwasser-Boiler
- Wirbelschichtvergaser
- Zusatzheizung.

Beim Wärmeübergang über größere Strecken zeichnet sich die konvektive Wärmeübertragung gegenüber Wärmeleitung und -strahlung durch geringeren Temperaturabfall beim Wärmetransport aus, im besonderen bei isothermer Verdampfung und Kondensation. Üblicherweise werden bei konvektiven Systemen Umwälzpumpen und Gebläse eingesetzt. Auch wird ein natürlicher Umlauf angewendet, bei dem einem Temperaturgefälle ein Dichtegefälle folgt, welches in Verbindung mit dem Gravitationsfeld das Druckgefälle zur Folge hat und das Kühlmittel treibt.
Bei Wärmerohren wird ein physikalisches Prinzip basierend auf den Kapillarkräften bzw. der Oberflächenspannungen von Flüssigkeiten angewendet, das unabhängig von der Gravitation einen Umlauf des Wärmeträgers/Transportmittels nur durch ein Temperaturgefälle bewirkt. Das Wärmerohr ist ein Rohr, dessen Innenwand mit einem Docht kapillarer Struktur belegt ist, der durch ein flüssiges Wärmetransportmittel getränkt ist. Wird ein Rohrende erhitzt, verdampft die Flüssigkeit aus dem Docht und strömt in Richtung Temperaturgefälle zum anderen Rohrende und kondensiert unter Abgabe der Verdampfungswärme. Das Kondensat wird durch die Kapillarkräfte im Docht zum Verdampfer zurückgefördert. Das Wärmerohr kann demnach der Länge nach 3-zonig definiert werden, wie die Verdampfer- oder Heiz-, die adiabate Transport- und die Kondensator- oder Kühlzone.
Während beim natürlichen Umlauf das Gravitationsfeld nach Betrag und Richtung kräftebestimmend ist, können beim Wärmerohr die Kapillarkräfte durch Wahl geometrischer Parameter beeinflußt werden, nötigenfalls auch gegen die Schwerkraft. Bei der wartungsarmen Wärmeleitung mit Wärmerohr entfallen Umwälzpumpen; Dichtungs- und Schmierprobleme reduzieren sich. Das umseitig geschlossene Wärmerohr kann als Wärmeleiter hoher Leitfähigkeit betrachtet werden, auch bei Einsatz hoher Temperaturen und erschwerten Bedingungen, wie z.B. Vakuum.
Nichtkondensierbares Inertgas im Innenraum des Wärmerohrs vermindert die übertragbare Wärmeleistung. Das Inertgas verläuft mit dem gasförmigen Wärmeträger und reichert sich an den Stellen des kondensierenden Wärmeträgers an und der Wärmeträgertransport erfolgt durch Diffusion und ist um Größenordnungen kleiner als der Transport durch Konvektion. An den von Inertgas angereicherten Bereichen gelangt kaum Wärme an die Wärmerohrwandung; füllt das Inertgas den gesamten Kondensationsraum, findet im Wärmerohr kein Wärmeübergang statt.
Wird bei einem Wärmerohr auf die Kapillarstruktur verzichtet, ergibt sich ein Thermosiphon; der Rücktransport des Wärmeträgers erfolgt als Niederschlag durch seine Gewichtskraft an der Rohrinnenwand. Ein Thermosiphon ist ähnlich eines Wärmerohrs aufgebaut; der Unterschied liegt im Rücktransport des flüssigen Wärmeträgers von der Kondensations- in die Siedezone. Beim Wärmerohr erfolgt die Antriebskraft für den Rücktransport durch den Kapillardruckunterschied zwischen Siede- und Kondensationszone während beim Thermosiphon der flüssige Wärmeträger - von seiner Gewichtskraft getrieben - von der Kondensations- in die Siedezone fließt.
Mit dem englischen Patent ‚Improvements in devices for the diffusion of transference of heat‘, GB 1892/22 272 A v. 5. Dez. 1892, wurde der geschlossene Zweiphasen-Thermosiphon bekannt als dickwandiges Baustahlrohr, welches etwa zu 1/3 mit Wasser gefüllt war und in Dampfkesseln und isothermen Backöfen verwendet und auch nach dem Erfinder ‚Perkins Tube‘ benannt wurde; es wurde unten beheizt und oben gekühlt und das Kondensat konnte mittels Gravitation als Film an der Rohrinnenwand ablaufen. Weitere Bezeichnungen sind schwerkraftunterstütztes Wärmerohr, Gravitations- bzw. Schwerkraftwärmerohr, dochtloses Wärmerohr oder Wärmerohr ohne Kapillarstruktur.
Vorteilhafte Eigenschaften des Wärmerohrs sind:

- Weiter Temperaturbereich für die Anwendung (-263°C ... >2.000°C)
- Nur kleiner Temperaturabfall bei großer Wärmetransportleistung
- Variantenvielfalt in der geometrischen Ausprägung
- Wärmequelle und Wärmesenke mittels Transportzone entkoppelt, umkehrbar
- Übertragung von Wärmestromdichten
- Abbildung isothermischer Räume und Flächen
- Inertgasbeigabe stabilisiert Temperatur
- Eignung als thermische/s Diode/Schaltelement.

Vorteilhafte Eigenschaften des Thermosiphons sind:

- Verzicht auf die aufwendige Dochtauskleidung im Rohr
- Großer Leistungsbereich
- Keine Begrenzung der Rohrlänge
- Vertikal- oder Schrägverbau erforderlich (Gravitation).

Gemeinsame Vorteile beider Anordnungen:

- Völlig passives Element, keine beweglichen Teile
- Wartungs- und Verschleißfreiheit
- Geräuscharmut.

In der industriellen Praxis kommen Schwerkraftwärmerohre zum Einsatz, die die Vorteile beider Rohrtypen kombinieren - die Nutzung der Schwerkraft zum Kondensatrückfluß aus dem Kondensator und ein reduziertes kostengünstigeres Kapillarsystem im Verdampfer zur Leistungssteigerung.
Dadurch ergeben sich folgende Charakteristika:

- Kondensatrückfluß ohne Leistungsbegrenzung
- Kapillarsystem als Benetzungshilfe, zur Verhinderung der Siedeüberhitzung und zur Steigerung der Blasenbildung in der Siedezone
- Beliebige Rohrlänge und Rohrausprägung, wie Serpentine, Spirale oder Wendel
- Steuer- und Regelungsfähigkeit durch geänderte Rohrneigung und gegenläufige Wirkrichtung von Kapillar- und Schwerkräften.

Bei der hier vorliegenden Entwicklung geht es in der Hauptsache um den Transport von Wärme im Erdinneren an die Erdoberfläche zum Zwecke des Schnee- und Eisfreihaltens von Fahrbahnen oder des Verhinderns von Eisbildung an selbigen. Mit Fahrbahnen sind alle Art von zum Befahren hergerichteten Flächen angesprochen; dies können von Automobilen befahrene Straßen wie auch von Luftverkehrsfahrzeugen benutzte Rollbahnen und -felder sein. Aber auch Flächen und Plätze anderweitiger Nutzung, wo das gleiche Ziel verfolgt wird, sind angesprochen, wie Plätze zur Freizeitgestaltung oder Garagen- oder Hofeinfahrten.
Darüberhinaus kann jedoch auch die Umkehrung des thermischen Betriebs - nämlich das Abführen von Wärme von der Erdoberfläche - von Interesse sein, wie z.B. die Verhinderung des Aufweichens von bituminös behandelten Böden oder von Asphaltbelägen durch starke Hitzeeinwirkung. Hier soll die Wärme von der wärmeren Erdoberfläche ins kältere Erdinnere gegen die Gravitationskräfte transportiert werden.
Die zu entwickelnde Vorrichtung zur Oberflächentemperierung soll autonom und energiearm durch Wegfall einer Hilfsenergie funktionieren; der Installations-, Betriebs- und Wartungsaufwand soll minimiert sein. Auf mit Zusatzenergie betriebene Geräte und Anlagenteile, wie Pumpen oder energie- und wartungsintensiven Steuer- und Regeleinrichtungen, soll weitestgehend verzichtet werden. Der Variabilität der unterschiedlichen Einsatzorte mit ihren jeweils charakteristischen Eigenheiten kann durch Variation der Materialien, der geometrischen Abmessungen und verschiedene Transportmittel/Wärmeträger sowie Rohrbündelung Rechnung getragen werden.
Als Anwendungsbezug seien an dieser Stelle genannt:

- die jahreszeitlich durchgehende Nutzung von Rollfeldern und -bahnen von Flughäfen für Fluggeräte und
- alle Art von Straßen - insbesondere Fernverkehrswege - für alle Art von Fahrzeugen im Straßenwesen.

Hingewiesen wird insbesondere auf diesbezügliche Aktivitäten in geografischen Lagen der Erde, die von langen Wintern und kurzen Sommern betroffen sind; aber auch die kurzen Sommer können sich durch extreme Hitze auszeichnen. Wie durch den folgenden Stand der Technik belegt wird, sind die diesbezüglichen Bemühungen als intensiv zu bezeichnen.
Im folgenden wird der Stand der Technik von Vorrichtungen zur Oberflächentemperierung und Verfahren zu deren Herstellung - insbesondere hinsichtlich einer Vorrichtung mit einem Wärmerohr mit angeflanschten Wärmeleitblechen gewürdigt; gemäß dem Stand der Technik sind, je nach Anwendungsbezug, eine Vielzahl von Typen von Vorrichtungen zur Oberflächentemperierung und Verfahren zu deren Herstellung bekannt.
Die Stabilisierung des Permafrostuntergrunds ist bei zahlreichen Anwendungen von Bedeutung, wie

- der Trans-Alaska-Pipeline (Jun. 1977)
- der Lhasa-/Tibet-Bahnstrecke (Jul. 2006) sowie
- von Gebäudefundamenten und Leitungsmasten in arktischen Gebieten.

Bei der weitgehend überirdisch verlegten Alaska-Pipeline sind die 15 m ... 21 m langen Stützrohre (Vertical support member (VSM)) mit je zwei 17,4 m langen Perkin-Rohren - eine Art von Thermosiphon mit Schwerkraftnutzung für das rückfließende Kondensat - versehen, die in den Wintermonaten durch Wärmetransport aus dem Erdreich und Wärmeabfuhr über 1,83 m lange AI-Kühlrippen den Permafrostuntergrund um die Pfeiler unterkühlen. Darüberhinaus wird die über die Gleitschuhe und die Stützbalken übertragene lokale Wärme des 40°C ... 80°C erhitzten Öls ebenfalls über die mit Kühlrippen bestückten Stützrohre umgeleitet. Während der Sommerzeit sammelt sich das Transportmittel/der Wärmeträger von wasserfreiem Ammoniak (NH₃) am Boden des Thermosiphons; es funktioniert für den Wärmetransport gegen die Schwerkraft nicht - bei dem Thermosiphon handelt es sich um eine thermische Diode. Als Wärmeträger wurde auch Kohlenstoffdioxid (CO₂) eingesetzt, da sich über die Zeit nichtkondensierbare Inertgase am Boden des Thermosiphons gebildet haben (Groll, M.: Wärmerohre als Bauelemente in der Energietechnik, S. 82ff, aus Fratzscher, W., Stephan, K.: Abfallenergienutzung, technische, wirtschaftliche und soziale Aspekte, Forsch.-Ber., Berl.-Brandenburg. Akad. d. Wiss., Berlin, 2006).
Der Nutzen liegt in der Erhaltung des Permafrostuntergrunds und nicht in der Nutzung der Erdwärme für andere Zwecke.
Derartige Thermosiphons kommen auch bei der Lhasa-Bahn, auch Tibet-Bahn genannt, zur Stabilisierung des Bahndamms auf Permafrostboden zum Einsatz; etwa auf 1/4 Länge des Bahnabschnitts zwischen Golmud und Lhasa. Geschlossene, in den Boden verbaute, mit Ammoniak als Wärmeträger gefüllte Stahlrohre wirken als Kühlstäbe um 0°C und kälter. Warmer Erdboden bringt das flüssige Ammoniak des Rohrbodens zum Verdunsten und das aufsteigende Ammoniakgas kondensiert an höheren, von kälterer Luft gekühlten Stellen und rinnt von hier als verflüssigtes Kältemittel mittels Schwerkraft an der Innenrohrwand nach unten und kühlt das außenliegende Erdreich. Während das schwerere flüssige Ammoniak nur nach unten rinnt, kann Wärme bei diesem Verfahren nur nach oben transportiert werden - der Boden demnach gekühlt werden.
Auch hier liegt der Nutzen in der Erhaltung des Permafrostuntergrunds und nicht in der Nutzung der Erdwärme für andere Zwecke.
Seit Mitte Okt. 2017 ist ein Versuchs- und Erprobungsareal namens duraBASt der deutschen Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) in Betrieb, wo in einem Streckenabschnitt in der oberen Schicht der Straße ein Rohrregister verbaut ist, wo mittels eines Kühlmittels in der warmen Jahreszeit asphaltgespeicherte Wärmeenergie abgeführt werden kann und in der kalten Jahreszeit wärmere Wasser aus der Geothermie als Asphaltheizung wirken.
Derartige Versuchsstrecken für die Schneeschmelze und die Enteisung von Fahrbahnen wurden bereits in Japan in großer Zahl gebaut und getestet; die Anlagen waren ausgelegt für eine Kapazität von 20 ... 130 W/m² (Dunn, P.D., Reay, D.A.: Heat Pipes, 4. Aufl., S. 309ff, Pergamon, 1994).
Diese Versuchsanlagen umfassen eine vollständige, elektrisch mittels Pumpen und Hilfsenergie gesteuerte und geregelte Kühl- bzw. Heizungsanlage und haben keinen Bezug zum autonomen Wärmerohr mit Kapillarstruktur.
Mit dem chinesischen Gebrauchsmuster ‚Temperature-adjustable novel airfield runway‘, CN 2 01 217 769 Y v. 18. Jun. 2008, wird eine Einrichtung vorgestellt, mit der die Temperatur eines Flugplatzrollfeldes eingestellt werden kann. Die neue temperatureinstellbare Flugplatzpiste besteht aus einem Pistenbett mit einer Pistenoberfläche, unter der Heizrohre angeordnet sind, besser noch in einer Schutzhülse in einem Bewehrungsstahlstangennetz aus Fundamentstahlbeton. Beide Seiten des Rollfeldes sind mit Schutzgräben versehen, das Heizrohr und das Rollfeld stehen senkrecht zueinander und die Heizrohre sind in den Schutzgräben über ihre jeweiligen Enden durch gekrümmte Rohrstücke in Reihe geschaltet verbunden. Durch die Anordnung wird ermöglicht, daß die Temperatur des Rollfeldes des Flugplatzes angepaßt und auf der eingestellten Temperatur gehalten, die Start- und Landesicherheit von Flugzeugen gewährleistet, die 24-stündige Start- und Landesicherheit verbessert und die Haltbarkeit des Rollfeldes erheblich verlängert wird. Die Heizrohr-Technologie des Rollfeldes eignet sich auch für die Anordnung großer Bahnhöfe, Plätze, Raststätten von Autobahnen und dgl.
Gemäß der beiliegenden Skizze handelt es sich offensichtlich um in dem Rollfeld angeordnete, flüssigkeitsbeinhaltende Rohrschleifen, die von außen je nach Zustand der Rollfeldfahrbahn mit temperiertem Medium versorgt werden - ähnlich der oben skizzierten Asphaltheizung.
Die russische Patentanmeldung ‚Heat pipe system for thermal control of aerodrome and road surfaces‘, RU 2 457 291 C1 v. 13. Dez. 2010, stellt ein Heizrohrsystem zur thermischen Kontrolle von Rollfeld- und Straßenoberflächen mit oberflächennahen Wärmetausch-Elementen aus Rohren vor, die kreuzweise und entlang des Umfangs miteinander verbunden sind, wobei die Innenfläche des Bodens von einer Dränschicht bedeckt ist, die unterhalb der Bodenfrostgrenze angeordnet ist, und unteren Wärmetausch-Elementen, deren Konstruktion spiegelbildlich die Konstruktion der oberen Wärmetausch-Elemente wiedergibt, und außerdem ist der Boden des mittleren Rohrs in jedem Wärmetausch-Element mit dem oberen Teil des mittleren Rohrs in dem korrespondierenden unteren Wärmetausch-Element durch ein vertikales Heizrohr verbunden, wobei gleichzeitig Rohre, die entlang des Umfangs jedes oberen Wärmetausch-Elements angeordnet sind, mit Sprühdüsen ausgestattet sind, die durch oberhalb der Oberfläche befindliche Rohrleitungen über einen Dampfverteiler und ein Absperrventil mit einem Ausgleichsbehälter verbunden sind, dessen Wanne mit einer leichtsiedenden Flüssigkeit gefüllt ist, die auch die Filter aller Wärmetausch-Elemente und Heizrohre füllt.
Die im Anhang dargestellten Figuren geben Aufschluß auf ein unterhalb der Rollfeld- oder Fahrbahndecke installiertes Rohrregister, welches temperaturgesteuert mit temperiertem flüssigen Medium versorgt wird - ähnlich der oben skizzierten Asphaltheizung.
Das chinesische Gebrauchsmuster ‚From snow melt airfield pavement heat pipe support‘, CN 2 05 313 952 U v. 5. Jan. 2016, beansprucht Schutz für eine Schneeschmelz-Flugplatzfahrdamm-Heizrohr-Einrichtung, aber weder die englische noch die deutsche Kurzfassung noch die beigefügten Darstellungen geben Aufschluß auf die angewendete Methode.
Aus den Figuren kann jedoch keine Anwendung des oben beschriebenen Wärmerohrs entnommen werden.
Mit der amerikanischen Patentanmeldung ‚Method and apparatus for avoiding frost or ice build-up on vent pipes‘, US 2018/0 306 460 A1 v. 11. Mai 2016, wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermeiden von Frost- und Eisansammlungen in und an Entlüftungsrohren bekannt, die einen Gasstrom aus einem Gebäude transportieren. Die Anmeldung umfaßt einen Wärmeleitweg, der dem aus dem Entlüftungsrohr austretenden Gasstrom Wärmeenergie entzieht und diese Energie auf die Frost- und Eiskondensationsflächen am oder nahe dem Ende des Entlüftungsrohrs überträgt. Der Wärmeleitweg besteht aus einem Wärmerohr; in einer weiteren Ausführung auch aus einem Wärmetauscher.
Die Vorrichtung aus Wärmerohr und ggfs. Wärmetauscher ist ausschließlich im Entlüftungsrohr verbaut und kann als Einschub nachgerüstet werden.
Alle vorgestellten Veröffentlichungen eignen sich nur bedingt oder gar nicht für den spezifischen Einsatz von Vorrichtungen zur Oberflächentemperierung und Verfahren zu deren Herstellung - insbesondere nicht hinsichtlich einer Vorrichtung mit einem Wärmerohr mit angeflanschten Wärmeleitblechen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur Oberflächentemperierung- insbesondere hinsichtlich einer Vorrichtung mit einem Wärmerohr mit angeflanschten Wärmeleitblechen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Die in Rede stehende Vorrichtung zur Oberflächentemperierung besteht aus einem Wärmerohr, welches nach vorangegangener, vornehmlich senkrechter Bohrung entsprechenden Durchmessers an gewünschter Stelle der Oberfläche in dieselbe bündig eingebracht werden kann. Außerdem besitzt das Wärmerohr an seinem der Oberfläche zugewandten Ende mechanisch und thermisch bündig, senkrecht zur Oberfläche angebrachte Wärmeleitbleche, die viertelkreisähnlich ausgeprägt und paarweise gegenüberstehend angebracht sind und mit dem Rohr einen Halbkreis bilden, dessen Durchmesserseite bündig und parallel zur Oberfläche ausgerichtet und dessen Halbmesser mit dem Wärmerohr mechanisch und thermisch eng verbunden ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Anzahl der wärmeabgebenden oder wärmeaufnehmenden Bleche der Kondensatorzone und damit deren Winkel zueinander zunächst frei wählbar ist; sie orientiert sich jedoch an der Summe ihrer Flächeninhalte im Verhältnis zur wärmeaufnehmenden oder wärmeabgebenden Fläche der Verdampferzone nach der Prämisse, daß nicht mehr Wärme über die Kondensatorfläche F_2ges abgegeben werden kann, als über die Verdampferfläche F₁ges aufgenommen wurde $- F_{1ges} = F_{2 ges .}$
Ein anderer, bei der Wahl der Anzahl der Wärmeleitbleche zu berücksichtigender Aspekt ist durch die weitergehende Vor-Ort-Applikation gegeben und betrifft die Einbringung der so gestalteten Wärmerohre. Entsprechend der geometrischen Ausprägung der viertelkreisähnlichen Wärmeleitbleche werden zentrisch zum Bohrloch für das Wärmerohr radiale halbkreisförmige Schnitte in die zu temperierende Oberfläche eingebracht
bis zu einer Tiefe des Halbmessers des kreisförmigen Sägeblatts bzw. der viertelkreisähnlichen am Rohr befestigen Bleche.
Eine weitere Ausprägung der erfinderischen Neuheit sieht vor, daß sich die Anzahl der Oberflächen-Sägeschnitte demnach bestimmt über die halbe Anzahl von Blechen der Kondensatorzone, wobei die Blechanzahl n aus anwendungstechnischer Sicht stets n durch 2 ohne Rest teilbar ( n mod 2 = 0) sein sollte und zwei sich gegenüberstehende Bleche stets in einer Flucht ‚schnittgerecht‘ ausgerichtet sein sollten, so daß das mit Wärmeleitblechen applizierte Wärmerohr oberflächenbündig eingebracht werden kann.
Für die wärmeaufnehmende Verdampferfläche F_1ges ergibt sich $- F_{1ges} = 2 \cdot π \cdot r_{1} \cdot l_{1 .}$
wobei r₁ der Radius des Wärmerohrs und l₁ die Länge der Verdampferzone darstellen. Für eine wärmeabgebende halbkreisförmige Kondensatorfläche F_2ges ergibt sich $- F_{2ges} = π \cdot r_{2^{2}},$
wobei r₂ der Radius eines viertelkreisähnlichen Blechs ist. Daraus folgen die Verhältnisse für die halbkreisförmige Kondensatorfläche $- r_{1} = r_{2^{2}} / (2 \cdot l_{1})$
$- l_{1} = r_{2^{2}} / (2 \cdot r_{1})$
$- r_{2} = \sqrt{} (2 \cdot r_{1} \cdot l_{1}) .$
Die Flächenformel am Beispiel von 4 viertelkreisähnlichen Blechen ergibt folgende Verhältnisse $- r_{1} = r_{2^{2}} / l_{1}$
$- l_{1} = r_{2^{2}} / r_{1}$
$- r_{2} = \sqrt{} (r_{1} \cdot l_{1}) .$
Eine weitere Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß das Wärmerohr an seinen Enden der Verdampfer- und Kondensatorzone gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen ist; dieser Verschluß kann neben einer metallischen Verkapselung durch Klebe-, Löt- oder Schweißauftrag eines Abschlußdeckels auch durch Plätten des Rohrendes über eine Länge l₁ herbeigeführt sein, wobei das geplättete Rohrende zum Zwecke der Dichtung ebenfalls noch verklebt, verlötet oder verschweißt sein kann. Per Definition ist das Wärmerohr innenwandbündig mit einem dünnen, ein- oder mehrlagigen Gitternetz aus Drahtgitter - den Docht bildend - belegt, welches die Kapillarstruktur herstellt.
Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Vorrichtung zur Oberflächentemperierung kann die Festlegung

- des Transportmittels/Wärmeträgers
- der Material-/Werkstoffauswahl von Rohr und Docht sowie
- der geometrischen Abmessungen/Bauform und Maschenweite

Zunächst wird festgestellt, daß es zwischen dem Werkstoff des Rohrs, dem Transportmittel/Wärmeträger und dem Docht, Material und Maschenweite, Abhängigkeiten gibt; in der einschlägigen Literatur werden diesbezüglich Empfehlungen ausgesprochen.
Physikalisch ist jede reine Flüssigkeit als Transportmittel/Wärmeträger einsetzbar, sofern ihre Dampfdruckkurve im gewünschten Arbeitsbereich liegt und eine Verträglichkeit mit dem Rohrmaterial vorliegt.

Als geeignete Transportmittel/Wärmeträger für die oben genannte Applikation im Bereich von -50°C ... +75°C kommen in Betracht (L = Legierung)

	Schmelzp.	Siedep.	Appl.-Bereich	Werkstoffe
- Propan (C₃H₂), brennbar	-188°C	-42°C	-80°C ... 120°C	Al-L., Fe
- Butan (C₄H₁₀), brennbar	-160°C	-20°C	-70°C ... 110°C	Al-L., Fe
- Ammoniak (NH₃)	-78°C	-33°C	-60°C ... 120°C	Al-L., Fe, Ni-L.
- Methanol (CH₄O)	-98°C	64°C	-50°C ... 150°C	Cu-L., Fe, CuNi
- Aceton (C₃H₆O)	-95°C	56°C	-40°C ... 140°C	AI-L., Cu, Fe, Ni
- Ethanol (C₂H₆O)	-112°C	78°C	-30°C ... 130°C	Al-L., Fe
- Pentan (C₅H₁₂), brennb.	-130°C	36°C	-20°C ... 120°C	Al-L., Fe
- Heptan (C₇H₁₆), brennb.	-90°C	98°C	-20°C ... 120°C	Al-L., Fe

Dargestellt sind der Schmelz- und Siedepunkt der Transportmittel/Wärmeträger sowie die Grenzwerte der Dampfdruckkurven. Die Transportmittel/Wärmeträger-Auswahl sollte so getroffen werden, daß genügend Abstand der Arbeitstemperatur zum kritischen Punkt und zum Festpunkt (Eispunkt) besteht; zu niedriger Druck - besonders im Vakuum - bringt Probleme bei der Wärmerohrbefüllung durch Lufteinschlüsse, zu hoher Druck bedingt starke Wandstärken.
Dargestellt sind weiterhin die Werkstoffe für die Gehäusewand des Wärmerohrs zusammen mit kompatiblen Struktur- und Kapillarwerkstoffen. Abhängigkeiten bestehen durch die vorhandenen Prozeßströme und vor allem durch drohende Korrosionsgefahren. Die Heizungs-/Klimatechnik verwendet vorwiegend AI-, Cu- und Fe-Rohre, während in der Energie- und Verfahrenstechnik legierte Stahl- und Edelstahlrohre zum Einsatz kommen.
Während im Bereich der Lüftungs- und Klimatechnik vorwiegend kleine Rohrlängen verwendet werden, die als Rohrschlangen ausgeprägt sind, wobei eine ganze Rohrreihe als Rohrschlange wie ein durchgehendes Einzelrohr behandelt wird, mit Evakuierung und Befüllung der ganzen Rohrschlange an einem Rohrende, und die Verteilung der Flüssigkeit auf alle Rohre der Reihe durch Dampfdruck- und Kapillarkräfte selbsttätig erfolgt, sind bei der erfinderischen Applikation überwiegend senkrecht zur Oberfläche eingebrachte Einzelrohre vorgesehen.
Die Assemblierung eines Wärmerohrs gestaltet sich zusammenfassend wie folgt

- Auswahl des Wärmerohr-/Thermosiphon-Werkstoffs
- Auswahl des Wärmeleitblech-Materials
- Auswahl des Transportmittels/Wärmeträgers
- Auswahl des Dochtmaterials und dessen Maschenweite und der Lagenanzahl
- Herstellung der Einzelteile, wie Wärmeleitbleche, Docht, Endkappen, etc.
- Reinigung des Wärmerohrs/Thermosiphons und der Einzelteile
- Aus-/Entgasen der Metallteile
- Einbau des Dochts und dessen Ausrichtung
- Anbringung der Wärmeleitbleche
- Endkappen/Plättungen kleben, löten und/oder schweißen
- Wärmerohr/Thermosiphon auf Leckage prüfen
- Aufbereiten, Reinigen, Veredeln des Transportmittels/Wärmeträgers
- Transportmitte/Wärmeträger entgasen
- Wärmerohr/Thermosiphon evakuieren und füllen
- Wärmerohr/Thermosiphon dichten
- Transportzone des Wärmerohrs/Thermosiphons isolieren/manteln.

Je nach Dochtbeschaffenheit - gesintert oder diffusionsgebondet - empfiehlt sich das Ausgasen mit plaziertem, ausgerichteten Docht im Wärmerohr.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung sieht vor, daß jedoch die Einbringung von vielen Einzelrohren in der Fläche vorgesehen ist, sogenannten Rohrbündeln, wobei die Einzelrohre je nach Einzelrohrausführung und Anwendungsbezug voneinander beabstandet eingebracht werden. Bezogen auf den Wärmestrom können die Einzelrohre des Rohrbündels in Breite und Tiefe fluchtend oder versetzt auf Lücke angeordnet sein. Das Längsteilungsverhältnis b berechnet sich aus dem Abstand der Rohrreihen in der Tiefe s₂ und dem Rohraußendurchmesser d_a und das Querteilungsverhältnis a aus dem Abstand benachbarter Rohre in der Breite s₁ und dem Außendurchmesser da zu $- a = s_{1} / d_{a}$
$- b = s_{2} / d_{a}$
und wird zur Bestimmung der Übertragungsleistung des Wärmerohr-Wärmeübertragers aus Rohrbündeln benötigt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gestaltet sich die Montage und Inbetriebnahme der erfinderischen Neuheit so, daß das Rohrbündel von Einzelwärmerohren oder Thermosiphons auf der definierten Oberfläche kennzeichnend vermaßt wird, an den gekennzeichneten Stellen Kernbohrungen mit dem Durchmesser d_k > d_a und einer Tiefe größer der Rohrlänge ausgeführt werden, anschließend Sägeschnitte halben Sägeblattdurchmessers kernbohrungsmittig und winkelgerecht angebracht werden nach Anzahl der halben Blechanzahl des vorbereiteten erfinderischen Wärmerohrs, so daß nach erfolgter Baustellenreinigung das so gestaltete Wärmerohr/der Thermosiphon in die Bohrung mit den Schnitten oberflächenbündig eingebracht und positioniert werden kann. Ein sich anschließender möglichst blasenfreier dichtender Verguß verschließt, dichtet und ebnet die Oberfläche langfristig.
Weitere untereinander beabstandete Einzelrohre werden so in die Oberfläche zu einem fluchtenden oder versetzten Rohrbündel eingebracht. Je nach Bodenbeschaffenheit können geplättete Rohrenden in weniger als die Rohrlänge tief eingebrachte Kernbohrungen für einen besseren Wärmeübergang bodenversenkt werden. Weiterhin ist eine Wärmerohrverlängerung derart vorgesehen, daß die geplätteten Rohrenden zweier Wärmerohre für einen guten Wärmeübergang korrespondierend zusammengepreßt und je nach Werkstoff verklebt, verlötet und/oder verschweißt werden.

Der Wärmestrom um das Wärmerohr/den Thermosiphon wird von den Wärmeleitzahlen λ der umgebenden Werkstoffe bestimmt; hier zwecks Vervollständigung einige Kennzahlen ausgewählter Werkstoffe in W/mK

- Kupfer (Cu),	λ_Cu = 380
- Aluminium (Al),	λ_Al = 200
- Graphit (C),	λ_C = 140
- Edelstahl,	λ_V2A/V4A = 21
- Stahl,	λ_Stahl = 47
- Granit,	λ_Granit = 3,5
- Beton,	λ_Beton = 1,5 ... 2,3
- Asphalt,	λ_Asphalt = 1
- Bitumen,	λ_Bitumen = 0,17
- Luft,	λ_Luft = 0,024 .

Das Wärmerohr mit Wärmeleitblechen wird in der praktischen Anwendung mehrfach zu einem Rohrbündel verbaut, wobei die Applikation mit fluchtender oder versetzter Wärmerohranordnung erfolgen kann, was für die Berechnung der Wärmeleitung von Bedeutung ist (Dubbel, H.: Taschenbuch für den Maschinenbau, 10. Aufl., Bd. I, S. 293ff, Springer, 1949). Bei der oben vorgestellten Anwendung ist eine Beabstandung von Wärmerohren mit Wärmeleitblechen von 1 ... 1,5 m vorgesehen.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Zeichnungen von Ausführungsbeispielen weiter verdeutlicht. Es zeigen

1 Aufbau und Wirkweise eines Wärmerohrs
2 Wärmerohr mit Wärmeleitblechen
1. a) Perspektivische Darstellung
2. b) Explosionsdarstellung
3. c) Vorderansicht
3 Wärmerohr mit Wärmeleitblechen
1. a) Rohrende, geplättet, mit Schlitzblechen
2. b) Rohrende, geplättet, mit Abkantblechen
3. c) Rohrende mit Abkantblechen
4. d) Rohrende, geschlitzt, mit Abkantblechen
4 Wärmerohrverlängerung
1. a) Seitenansicht Rohrenden, geplättet, teilisoliert
2. b) Vorderansicht Rohrenden, geplättet, vollisoliert
3. c) Rohrverbinder mit Sicke
5 Ebene Wärmefeldverteilung
1. a) Wärmefeld Rohrende, geplättet
2. b) Wärmefeld Wärmeleitblech.

Gleiche und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird fortgesetzt anhand der Erläuterung der Figuren.
Wie aus 1 ersichtlich, besteht das Wärmerohr A aus einer in der Länge ausgedehnten geschlossenen Gehäusehülle F , wie ein an den Enden gedichtetes Rohr, die in die Bereiche Verdampfer B , adiabate Transportzone C und Kondensator D eingeteilt ist. Die Transportzone kann eine Wärmeisolierung E tragen. Bündig mit der Gehäuseinnenwand schließt sich ein flacher Docht G an, der aus einem porösen Material, wie einem mehrlagigen Drahtgeflecht mit einer wärmeträgerabhängigen Maschenweite, besteht. Den Innenraum des Gehäuses bildet ein Dampfkanal oder -raum H .
Der Innenraum ist darüberhinaus mit einem Transportmittel oder Wärmeträger gefüllt, das/der in gasförmiger Form L und in flüssiger Form N im Gehäuse auftritt. Wird der Heiz- oder Verdampferzone B des Wärmerohrs A Wärme I zugeführt, verdampft K in dieser Zone das flüssige Transportmittel N aus der Kapillarstruktur des Dochts G und steigt als Dampf L im Dampfkanal H der mit einer Wärmeisolation E versehenen Transportzone C zum anderen Gehäuseende in die Kühl- oder Kondensatorzone D auf. Hier wird Wärme J über die Gehäusewand F an das Umfeld abgegeben und das Transportmittel kondensiert M , sammelt sich an der Gehäuseinnenwand F und fließt durch die Kapillarwirkung des Dochts G als Rückfluß N an der Innenwand über die Transportzone C zum anderen Gehäuseende zurück in die Heiz- oder Verdampferzone B , ggf. auch gegen die Schwerkraft g .
Das so gestaltete Wärmerohr A ist ein hervorragender lageunabhängiger Wärmeleiter. Wird auf den Docht in Kapillarstruktur G verzichtet, fließt das flüssige Transportmittel N auch an der Gehäuseinnenwand von der Zone D über die Zone C in die Zone B , jedoch nur mithilfe und durch die Schwerkraft g und nicht kapillarkraftunterstützt. Das so gestaltete Wärmerohr wird auch als Thermosiphon oder Schwerkraftwärmerohr bezeichnet; es muß mindestens eine geringe Neigung zur Schwerkraftwirkung aufweisen. Weiterhin kommen Kombinationswärmerohre zur Anwendung, die einerseits die Schwerkraft zum Kondensatrückfluß aus der Kondensatorzone D über die Transportzone C nutzen und andererseits ein reduziertes kostengünstigeres Kapillarsystem im Verdampfer B zur Leistungssteigerung besitzen.
2 zeigt das erfindungsgemäße Wärmerohr mit Wärmeleitblechen 1 in 2 a) in perspektivischer Darstellung, wobei das Wärmerohr 2 in drei Abschnitte Verdampfer 10 , Transportzone 20 und Kondensator 30 zoniert ist. Außerdem ist das untere Rohrende geplättet 11 - wie ein Paddel - ausgeführt und - je nach Material - verlötet - bei Verwendung von Kupfer - oder verschweißt - beim Einsatz von Edelstahl - 12 und dient der Wärmeaufnahme oder -abgabe. Die Breite des Paddels ist durch den Rohrdurchmesser bzw. den -umfang gegeben; durch die Definition der wärmeaufnehmenden oder wärmeabgebenden Fläche ist die Länge des Paddels bestimmt. Vor dem Plätten ist die Rohrinnenwand in diesem Bereich mit einem pastösen Dichtmittel oder Kleber zum Zwecke des Dichtens versehen worden. Dem Übergang vom geplätteten Rohrende zum Rohr 13 schließt sich die Verdampfung 14 des eingebrachten Wärmeträgers an.
Ab hier bis zu der weiteren Übergangsstelle vom Rohr zum geplätteten Rohrende - im wesentlichen im Bereich der adiabaten Transportzone 20 - ist das Rohr außen wärmeisoliert 21 und innen durch einen Docht 22 kapillarstrukturiert; der Docht kann als Maschendrahtware mit transportmaterialabhängiger Maschenweite ein- oder mehrlagig zu einem Rohr gewickelt, als dimensionierter Gewebeschlauch aus Draht oder Glasfaser, als poröse Carbon- oder Schaumröhre rohrinnenwandanliegend durch das gegenüberliegende, noch offene Rohrende eingebracht sein unter Berücksichtigung in der Länge, daß das offene Rohrende noch geplättet wird. Durch den Rohrinnenraum tritt der Wärmeträger als Dampfstrom 23 und der Wärmeträger-Rückfluß 24 erfolgt über den kapillarstrukturierten Docht.
Der Aufbau des Rohrendes der Kondensator- oder Kühlzone 30 gestaltet sich ähnlich dem der Verdampfer- oder Heizzone 10. Nach dem Befüllen der Vorrichtung mit einem ausgewählten und volumendimensionierten Transportmittel/Wärmeträger, wird das noch offene Rohrende innenwandig mit pastösem Dichtmittel oder Kleber versehen, der Rohrinhalt evakuiert und das Rohrende dicht geplättet 31 und materialabhängig verlötet oder verschweißt 32 . Im Bereich des Übergangs vom Rohr zum geplätteten Rohrende 33 findet im Rohr ein Wärmeübergang vom Wärmeträger zum Rohr statt und der Dampfstrom desselben kondensiert 34 an der dochtbestückten Rohrinnenwand 22 .
Das geplättete Rohrende der Kondensator- oder Kühlzone 30 ist axial mittig geschlitzt 35 , um halbkreisförmig ausgebildete Wärmeleitbleche 36 aufzunehmen, dabei ist das Blech mit seiner Durchmesserseite 37 bündig zur Löt- bzw. Schweißkante 32 des geplätteten Rohrendes mechanisch fest und thermisch verlustfrei an diesem anzubringen. Kommen mehrere Wärmeleitbleche 36 zum Einsatz, werden diese zu einer Baugruppe vorkonfektioniert und entsprechend mit dem geplätteten Rohrende bündig, mechanisch fest und thermisch verlustfrei verbunden. Eine so gestaltete Vorrichtung kann zwecks Wärmeleitung in ein vorbereitetes Bohrloch mit zusätzlichem Sägeschnitt halben Sägeblattdurchmessers eingebracht werden.
2 b) zeigt das erfindungsgemäße Wärmerohr mit Wärmeleitblechen 1 als Explosionszeichnung vor der Assemblierung, wobei das Wärmerohr 2 in drei Abschnitte Verdampfer 10, Transportzone 20 und Kondensator 30 zoniert ist. Außerdem sind die geplätteten Rohrenden 11 , 31 dargestellt, wobei das letztere über den Montageschlitz 35 verfügt. Dargestellt sind weiterhin zwei halbkreisförmige Wärmeleitbleche 36, die je hälftig oben und unten korrespondierend zum Zusammenstecken radial geschlitzt 38 sind. Die so geschaffene Baugruppe ‚Bleche‘ wird in dem geplätteten geschlitzten Rohrende 31 des Wärmeleitrohrs 2 montiert, ausgerichtet und thermisch verlustfrei befestigt. Aus thermischen Gründen wird die kreuzweise radiale Ausrichtung der Wärmeleitbleche - also rechtwinklig zueinander stehend - empfohlen.
2 c) zeigt eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Wärmerohrs mit Wärmeleitblechen 1 , wobei das Wärmerohr 2 in drei Abschnitte Verdampfer 10, Transportzone 20 und Kondensator 30 zoniert ist.
3 widmet sich dem Wärmerohr mit Wärmeleitblechen 1 , insbesondere verschiedenen Ausführungsformen des Rohrendes 31 und des Wärmeleitblechs 36 , je dargestellt in einer Draufsicht. In 3 a) betrifft es ein geplättetes Rohrende 31 , welches axial mittig geschlitzt ist 35 und die jeweils hälftig radial geschlitzten 38 halbkreisförmigen Wärmeleitbleche 36 korrespondierend ineinander gesteckt sind und als Baugruppe in dem geschlitzten Rohrende 31 so montiert sind, daß ihre Durchmesserseiten 37 bündig mit dem verklebten, verlöteten oder verschweißten Rohrende 32 abschließen und die viertelkreisförmigen Enden der thermisch verlustfrei über Kreuz montierten Bleche untereinander stets einen rechten Winkel einschließen.
In 3 b) ist das Wärmerohrende 31 ebenfalls geplättet ausgeführt, das halbkreisförmige Wärmeleitblech 36 ist so abgekantet, daß sich zwischen zwei viertelkreisförmigen Enden eines Wärmeleitblechs ein axial ausgeprägter schmaler Steg 39 bildet, der als Löt- oder Schweißkante axial mittig auf dem Rohrende positioniert und befestigt ist und dessen Durchmesserseite 37 bündig mit dem verklebten, verlöteten oder verschweißten Rohrende 32 abschließt, und die beiden Enden des Wärmeleitblechs einen rechten Winkel aufspannen. Die mittige Anordnung je eines so gestalteten Wärmeleitblechs mit seinen Enden auf beiden Seiten des geplätteten Rohrendes bildet in der Draufsicht ein spiegelsymmetrisches Blechkreuz.
In 3 c) ist das Rohrende des Wärmerohrs mit Wärmeleitblechen 1 hohlzylinderförmig belassen und das halbkreisförmige Wärmeleitblech 36 ebenfalls unter Berücksichtigung eines radial angeordneten Stegs 39 so abgekantet und geformt, daß die viertelkreisförmigen Enden eines Blechs einen 90°-Winkel aufspannen, wobei die Gestaltung des Stegs jedoch der zylinderförmigen Rundung des belassenen Rohrendes folgt. Die beiden Wärmeleitbleche sind so thermisch verlustfrei montiert und befestigt, daß ihre Durchmesserseite 37 bündig mit dem Rohrende abschließen und die vier Blechhälften in der Draufsicht ein spiegelsymmetrisches Kreuz ergeben.
In einer weiteren Ausführungsform 3 d) wird das Rohrende des Wärmerohrs mit Wärmeleitblechen 1 hohlzylinderförmig belassen und ein halbkreisförmiges Wärmeleitblech 36 axial stegfrei abgekantet, daß die beiden viertelkreisförmigen Enden eines Blechs einen 90°-Winkel aufspannen. Das hohlzylinderförmige Rohrende ist radial 90°-beabstandet und axial so breit und tief geschlitzt, daß die Wärmeleitbleche mit ihrer Durchmesserseite 37 bündig mit dem Rohrende eingebracht sind, wobei die axialen Biegekanten der Bleche in der Rohrmitte tangieren, und die beiden Wärmeleitbleche thermisch verlustfrei montiert und so befestigt sind, daß die vier Blechhälften in der Draufsicht wieder ein spiegelsymmetrisches Kreuz ergeben.
4 widmet sich der Wärmerohrverlängerung von rohrendengeplätteten und ungeplätteten hohlzylinderförmigen Wärmerohren mit Wärmeleitblechen 1 . 4 a) zeigt in Seitenansicht die geplätteten Rohrenden 11 zweier Wärmerohre 2, deren korrespondierende ebene Flächen thermisch verlustfrei miteinander verklebt, verlötet oder verschweißt sind. Darüberhinaus hilft eine Wärmeisolierung 21 einer guten Wärmeübertragung von Rohr zu Rohr, um eine unerwünschte Wärmeabstrahlung an dieser Stelle zu verhindern. Für die Weiterverarbeitung von Wärmerohren 2 in Erdbohrungen empfiehlt sich ein axiales Verschränken der verbundenen Rohrenden 11 um je die halbe Stärke eines geplätteten Rohrendes, so daß die beiden beteiligten Wärmerohre fluchten.
4 b) zeigt eine mögliche Vorderansicht einer Wärmerohrverlängerung von rohrendengeplätteten hohlzylinderförmigen Wärmerohren mit Wärmeleitblechen 1 derart, daß die thermisch verlustfrei miteinander verbundenen Rohrenden 11 zwischen den Rohrübergangsstellen 13 vollvolumig isoliert sind, was einerseits die Wärmeverluste an dieser Stelle reduziert und andererseits die Einbringung von Wärmerohrverlängerungen von Wärmerohren 2 in Kernbohrungen erleichtert.
4 c) bietet eine Wärmerohrverlängerung von hohlzylinderförmigen Wärmerohren mit Wärmeleitblechen 1 derart an, daß die beiden hohlzylinderförmigen Rohrenden der Wärmerohre 2 mittels eines thermisch verlustfrei zugeschnittenen Rohrverbinders mit Sicke gleichen Rohrmaterials derart erfolgt, daß die Wärmerohrenden mit den Stutzen des Rohrverbinders verklebt, verlötet und/oder verschweißt werden. Die Sicke hilft bei der Einführung der Rohre in die und der Positionierung in der Verlängerung.
5 zeigt eine ebene Wärmefeldverteilung 50 um das Wärmerohr mit Wärmeleitblechen 1 , wobei insbesondere die Feldausbildung an den Flächenseiten annähernd veranschaulicht wird; dargestellt sind stets die Feldlinien konstanter Wärme 53 und die Potentiallinien konstanter Temperatur (Isotherme) 54 verschiedener Schnitte. 5 a) zeigt das ebene Wärmefeld 51 eines geplätteten Rohrendes 11 , wobei das geschnittene geplättete Rohrende auf einer Potentiallinie (x-Achse) oder einer räumlich ausgedehnten Potentiallinie 54 liegt und dessen Schmalseiten die intensivste Wärmedichte j aufweisen. In der Darstellung bilden die im wesentlichen senkrecht verlaufenden Linien 53 Feldlinien konstanter Wärme q und die im wesentlichen elliptisch verlaufenden Linien 54 Potentiallinien konstanter Temperatur t . Feld- und Potentiallinien stehen in den Kreuzungspunkten 57 stets senkrecht zueinander; zwei benachbarte Feldlinien bilden stets eine Wärmeflußröhre 55 konstanten Flusses und zwei benachbarte Potentiallinien 56 beinhalten stets eine konstante Potential- oder Temperaturdifferenz. Die Schmalseiten des geschnittenen geplätteten Rohrendes 11 weisen die dichteste Feldverteilung q , t auf. Es wird weiterhin angenommen, daß das geplättete Rohrende 11 des Wärmerohrs 2 Wärme aufnimmt.
5 b) zeigt das ebene Wärmefeld 52 eines Wärmeleitblechs 36 eines Wärmerohrs mit Wärmeleitblechen 1 , wobei das geschnittene Wärmeleitblech auf einer Potentiallinie (y-Achse) 54 und dessen Schmalseiten die intensivste Wärmedichte j aufweisen. In der Darstellung bilden die im wesentlichen senkrecht verlaufenden Linien 53 Feldlinien konstanter Wärme q und die im wesentlichen waagerecht verlaufenden Linien 54 Potentiallinien konstanter Temperatur t. Feld- und Potentiallinien stehen in den Kreuzungspunkten 57 stets senkrecht zueinander; zwei benachbarte Feldlinien bilden stets eine Wärmeflußröhre 55 konstanten Flusses und zwei benachbarte Potentiallinien 56 beinhalten stets eine konstante Potential- oder Temperaturdifferenz. Die Schmalseiten des geschnittenen Wärmeleitblechs 36 weisen die dichteste Feldverteilung q , t auf. Es wird weiterhin angenommen, daß das Wärmeleitblech 36 des Wärmerohrs 2 Wärme abgibt. Die Darstellung läßt auf der x-Achse ebenfalls ein Wärmeleitblech zu, dessen Schmalseiten jedoch im Unendlichen liegen; deutlich zu erkennen am Eindringen der Wärmefeldlinien in das Wärmeleitblech und den Potentiallinien als Tangenten des Wärmeleitblechs.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche; die zahlreichen Möglichkeiten und Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung spiegeln sich in der Anzahl der Schutzrechtsansprüche wider.
Bezugszeichenliste

1: Wärmerohr mit Wärmeleitblechen
2: Wärmerohr
10: Verdampfer-, Heizzone
11: Rohrende, geplättet
12: Löt- oder Schweißstelle
13: Übergangsstelle
14: Verdampfung
20: Adiabate Transportzone
21: Wärmeisolation
22: Docht, kapillarstrukturiert
23: Wärmeträger Dampfstrom
24: Wärmeträger Rückfluß
30: Kondensator-, Kühlzone
31: Rohrende, geplättet
32: Löt- oder Schweißstelle
33: Übergangsstelle
34: Kondensation
35: Schlitz Rohrende
36: Wärmeleitblech
37: Durchmesserseite
38: Schlitz Wärmeleitblech
39: Steg
4: Rohrverbinder mit Sicke
40: Verbinder
41: Sicke
50: Wärmefeldverteilung, eben
51: Ebenes Wärmefeld geplättetes Rohrende
52: Ebenes Wärmefeld Wärmeleitblech
53: Feldlinie konstanter Wärme q
54: Potentiallinie konstanter Temperatur t
55: Wärmeflußröhre Q
56: Potentialdifferenz Temperatur t₂ - t₁
57: Kreuzungspunkt zweier Linien

Bezugszeichenliste

A: Wärmerohr
B: Verdampfer-, Heizzone
C: Adiabate Transportzone
D: Kondensator-, Kühlzone
E: Isolierung
F: Gehäuse, Wand
G: Docht, Kapillarstruktur
H: Dampfkanal, Dampfraum
I: Wärmezufuhr
J: Wärmeabfuhr
K: Verdampfung
L: Transportmittel/Wärmeträger Dampfstrom
M: Kondensation
N: Transportmittel/Wärmeträger Rückfluß
g: Schwerkraft

Claims

Vorrichtung zur Oberflächentemperierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Oberflächentemperierung aus einem dochtbehafteten (22) oder dochtlosen Wärmerohr (2) mit einer Verdampfer- oder Heizzone (10) an einem Rohrende, einer thermisch isolierten Transportzone (20) in Rohrmitte und einer Kondensator- oder Kühlzone (30) an dem anderen Rohrende besteht und an dem Rohrende der Kondensator- oder Kühlzone thermisch und mechanisch bündig, axial zum Rohr angebrachte und radial vom Rohr abstehende Wärmeleitbleche (36) besitzt, die viertelkreisähnlich ausgeprägt sind und paarweise gegenüberstehend angebracht mit dem Rohrende eine halbkreisförmige Außenkontur bilden, deren Durchmesserseite (37) mittig und bündig mit dem Rohrende (32) abschließt.
Vorrichtung zur Oberflächentemperierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr (2) dochtlos - auch als Thermosiphon, Perkin-Rohr, schwerkraftunterstütztes Wärmerohr, Gravitations- bzw. Schwerkraftwärmerohr oder Wärmerohr ohne Kapillarstruktur bezeichnet - eingesetzt ist, oder – das Wärmerohr (2) als Schwerkraftwärmerohr eingesetzt ist, mit dochtloser Kondensator- oder Kühl- (30) und Transportzone (20), aber mit einem Docht mit Kapillarstruktur (22) in der Verdampfer- oder Heizzone (10).
Vorrichtung zur Oberflächentemperierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kapillarkraftstrukturierte Docht (22) des Wärmerohrs (2) aus einem Schlauch, geflochten oder geschäumt oder gespritzt oder gewebt, aus Glasfaser, porösem Membranwerkstoff, mikroporösem Schaumstoff oder porösem Carbon besteht.
Vorrichtung zur Oberflächentemperierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n der wärmeabgebenden oder wärmeaufnehmenden Wärmeleitbleche (36) der Kondensator- oder Kühlzone (30) und damit deren Abstandswinkel zueinander frei wählbar ist und die Anzahl n der Wärmeleitbleche (36) sich aus der Summe ihrer Flächeninhalte im Verhältnis zur wärmeaufnehmenden oder wärmeabgebenden Fläche der Verdampfer- oder Heizzone (10) berechnet.
Vorrichtung zur Oberflächentemperierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl n von Wärmeleitblechen (36) der Kondensator- oder Kühlzone (30) stets n durch 2 ohne Rest teilbar ( n mod 2 = 0 ) ist und zwei sich gegenüberstehende Bleche stets in einer Flucht schnittgerecht ausgerichtet sind.
Vorrichtung zur Oberflächentemperierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden des Wärmerohrs (2) durch Flächenplättung (11, 31) und Verklebung, Verlötung und/oder Verschweißung (32) gedichtet sind.
Vorrichtung zur Oberflächentemperierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolation (21) der adiabaten Transportzone (20) des Wärmerohrs (2) aus Kunststoffüberzug, Kunststoffbeschichtung, Verarbeitung von Schrumpfschlauch oder von Isolierstrumpf besteht.
Vorrichtung zur Oberflächentemperierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die halbkreisförmige Außenkontur der Wärmeleitbleche (36) bei geplättetem Rohrende (31) a) durch halbe Halbmesser (38) geschlitzte halbkreisförmige Wärmeleitbleche (36) gebildet ist, die bei zwei Blechen ineinandergesteckt als Baugruppe in einen korrespondierenden Axialschlitz (35) des Rohrendes (31) je kreuzweise ausgerichtet und thermisch und mechanisch durchmesserseitig (37) bündig mit dem Rohrende (32) fixiert sind, oder b) durch je unter Beibehaltung eines schmalen axialen Befestigungsstegs (39) zwei zweimal 45°-abgewinkelte halbkreisförmige Wärmeleitbleche (36) beidseitig des geplätteten Rohrendes (31) mittig gegenüberstehend gebildet ist, die je kreuzweise ausgerichtet und thermisch und mechanisch durchmesserseitig (37) bündig mit dem Rohrende (32) fixiert sind.
Vorrichtung zur Oberflächentemperierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die halbkreisförmige Außenkontur der Wärmeleitbleche (36) bei hohlzylinderförmig belassenem Rohrende a) durch je unter Beibehaltung eines schmalen axialen rohrdurchmesserangepaßten Befestigungsstegs (39) zwei zweimal 45°-abgewinkelte halbkreisförmige Wärmeleitbleche (36) oder b) durch zwei mittig axial 90°-abgewinkelte halbkreisförmige Wärmeleitbleche (36) gebildet ist, die in das 90°-beabstandet und axial so breit und tief geschlitzte hohlzylinderförmige Rohrende eingebracht sind, ihre axialen Biegekanten in der Rohrmitte tangierend, und die beidseitig des Rohrendes koaxial gegenüberstehend kreuzweise ausgerichtet und thermisch und mechanisch durchmesserseitig (37) bündig mit dem Rohrende fixiert sind.
Vorrichtung zur Oberflächentemperierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlängerung des Wärmerohrs mit Wärmeleitblechen (1) a) bei geplättetem Rohrende (11) der Verdampfer- oder Heizzone (10) derart erfolgt ist, daß das geplättete Rohrende (11) des Wärmerohrs (2) mit dem ebenfalls geplätteten Rohrende der Wärmerohr-Verlängerung (2) zur Deckung gebracht ist und die Rohrenden thermisch und mechanisch bündig durch Kleben, Löten, Pressen und/ oder Schweißen fixiert sind, wobei durch eine axiale Verschränkung beider Rohrenden um je die halbe Rohrendenstärke ein Fluchten der beiden Wärmerohre sichergestellt ist und b) bei rund belassenem Rohrende (11) der Verdampfer- oder Heizzone (10) derart erfolgt ist, daß durch einen Rohrverbinder (40) mit Sicke (41) die beiden Rohrenden von Verdampfer- oder Heizzone (10) und Kondensator- oder Kühlzone (30) überwürfig thermisch verlustfrei und mechanisch fest verbunden sind, wobei die Verbindungsstelle thermisch isoliert ist.