DE1068281B - Vorrichtung zur Verdampfungskühlung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, im Betrieb sich erwärmende Gegenstände (z. B. die Anoden von hochbelasteten Elektronenröhren) dadurch zu kühlen, daß sie in eine Flüssigkeit (z. B. Wasser) eingetaucht werden, die durch die Wärme zum Sieden gebracht wird. Dieses an sich sehr vorteilhafte Kühlverfahren läßt sich bei glatter Oberfläche des zu kühlenden Gegenstandes nicht ohne weiteres anwenden. Sobald nämlich die Oberflächentemperatur einen gewissen Wert erreicht, entsteht zwischen der Oberfläche und der Flüssigkeit eine schlecht wärmeleitende Dampfschicht, die den weiteren Wärmeübergang vom Gegenstand auf die Flüssigkeit nahezu vollständig unterbindet. Diese Erscheinung wird meist zur Beschädigung des zu kühlenden Gegenstandes wegen Übertemperatur führen.

Es ist bekannt, diese unerwünschte Erscheinung dadurch fernzuhalten, daß die Oberfläche des zu kühlenden Gegenstandes mit dicken Höckern oder Rippen versehen wird. Diese Maßnahme ist am Beispiel einer Elektronenröhre in Fig. 1 gezeigt, die einen Querschnitt durch deren kreiszylinderförmige Anode darstellt. Die mit der Flüssigkeit in Berührung stehende Außenseite der Anode A ist mit dicken Höckern H versehen. Es läßt sich zeigen, daß die günstige Wirkungsweise dieser Anordnung darauf beruht, daß die Oberfläche dicht beieinander liegende Zonen von ausgeprägt verschiedenen Temperaturen aufweist. Die Temperatur an der Spitze der Höcker (Stelle α der Fig. 1) ist nämlich merklich geringer als die Temperatur zwischen den Höckern (Stelle fr). Es stehen daher die Höckerspitzen auch dann noch mit Flüssigkeit in Berührung, wenn an den Stellen b Dampfblasenbildung einsetzt. Die entstehenden Dampfblasen werden nun laufend durch die aufsteigende Flüssigkeitsströmung entfernt, welche durch die im wesentliehen in der Umgebung der Stelle α erfolgende ungestörte Erwärmung der Flüssigkeit verursacht wird.

Die Erfindung ermöglicht die Erreichung desselben Ziels mit wesentlich geringerem Aufwand an Material und Herstellungsarbeit für die Ausgestaltung der zu kühlenden Oberfläche und mit noch verbesserter Kühlwirkung bei geringerem Platzbedarf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verdampfungskühlung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des zu kühlenden Gegenstandes teilweise von einer Schicht bedeckt ist, welche eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material, aus dem der Gegenstand besteht, wobei die bedeckten und die unbedeckten Teile der Oberfläche in mindestens einer Richtung Dimensionen aufweisen, die klein sind gegenüber den Dirnensionen des Gegenstandes.

Die Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Elektronenröhre, deren aus Kupfer bestehende kreiszylinderförmige Anode A teilweise (nämlich an den Vorrichtung zur Verdampfungskühlung

Anmelder:
»PATELHOLD«

Patentverwertungs- & Elektro-

Holding A.-G.,

Glarus (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 22. Mai 1958

Dr. phil. Gysbert Jacob Ekkers, Wettingen (Schweiz), ist als Erfinder genannt worden

schraffierten Stellen a) von einer Schicht aus Email bedeckt ist, dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als diejenige des Kupfers. Die bedeckten Flächenelemente sind in regelmäßigem Muster angeordnet, und die Abmessungen jedes Elementes und auch der unbedeckten Elemente b sind klein im Vergleich mit den Abmessungen der zu kühlenden Anode. Die Dicke der Emailschicht braucht nicht größer zu sein als wenige hundertstel Millimeter.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht ebenfalls darauf, daß die zu kühlende Oberfläche dicht beieinander liegende Zonen von ausgeprägt verschiedenen Temperaturen aufweist. Die Temperatur ist nämlich an den bedeckten Teilen α der Oberfläche merklich geringer als an den unbedeckten Teilen b, so daß sich wiederum die schon beschriebene Flüssigkeitsströmung ausbildet, welche die an den Stellen b entstehenden Dampfblasen entfernt.

Die schon erwähnte Ersparnis an Material und an Arbeitsaufwand gegenüber der bekannten Vorrichtung sowie der verringerte Platzbedarf sind evident. Die verbesserte Kühlwirkung wird dadurch erklärlich, daß die Zonen a, welche die Aufwärtsströmung der Flüssigkeit erzeugen, in derselben Zylinderfläche liegen wie die Zonen b, von denen die Dampfblasen zu entfernen sind. Bei der bekannten Vorrichtung (Fig. 1) liegen die Zonen α weiter von der Achse des Zylinders A entfernt als die Zonen b. Die Aufwärts-

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strömung ist demgemäß schlecht ausgenützt, weil sie beim Radius r_b natürlich wesentlich schwächer ist als beim Radius r_a.

Für die Gestaltung des Musters, nach welchem die bedeckten Flächenelemente auf der zu kühlenden Oberfläche anzuordnen sind, bestehen im Rahmen des Erfindungskennzeichens viele Möglichkeiten. Es können an Stelle des in Fig. 2 gezeigten Schachbrettmusters schmale Streifen gemäß Fig. 3 vorgesehen werden oder auch schmale Schlangenlinien gemäß Fig. 4, deren »Amplitude« d/2 mit Vorteil höchstens gleich der halben Breite der unbedeckten Zonen b gehalten ist.

Für Gegenstände aus Kupfer eignen sich als Materialien für die bedeckende Schicht außer dem schon genannten Email beispielsweise auch Nickel, das durch Auflöten, Aufspritzen, Aufdampfen oder galvanisch, sowie Keramik, die durch Aufspritzen und Einsintern aufgebracht werden kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verdampfungskühlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des zu kühlenden Gegenstandes teilweise von einer Schicht bedeckt ist, welche eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material, aus dem der Gegenstand besteht, wobei die bedeckten und die unbedeckten Teile der Oberfläche in mindestens einer Richtung Dimensionen aufweisen, die klein sind gegenüber den Dimensionen des Gegenstandes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Email besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bedeckten und die unbedeckten Teile der Oberfläche Schlangenlinien bilden, deren Amplitude höchstens gleich der halben Breite der unbedeckten Teile sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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