DE1501578A1 - Thermische UEberwachung und Energieausgleich fuer ein radioisotopisches thermodynamisches Energiesystem - Google Patents

Description

• Thermische Überwachung und Energleausgleich für ein radio-Isotopisches thermodynamisches Energiesystem Die Erfindung bezieht sich auf Generatoren und dergl., die ihre Energie aus radioisotopigehen Systemen beziehen, und genauer auf eine vollkommen passive Einrichtung zur Steuerung der unmittelbar von der Wärmequelle solcher Generatoren abgegebenen Wärmemenge In der Weise, daß die Temperatur der Wärmequelle und die durch das Energleumwandlungssystem hindurchlaufende Wärmemenge gesteuert werden.
• In der allgemeinen Wärmeübertragungstechnik sind Isothermische Wärmeübertragungsmittel entwickelt worden, die Wärme von einem Punkt zu einem anderen mit geringer Temperaturdifferenz übertra,cen-. Eine Art annähernd lsothermischer Wärmeübertragungselnrichtungen ist bekannt unter der Be-CD zeichnung "Wiirmerohr" ("heat pipe"). Diese besteht Im wesentlichen aus einem Rohr oder einem anderen an beiden Enden ehälter, der ein einziges Redlum In zwei Phasen (flüssig und gasförmig) enthält, die Im GleIchgewicht miteinander stehen. Die Flüssigkeit Ist meistenteils in einer kapilkren Struktur enthalten, die entlang der inneren Wandfläche des Rohres verläuft, während der Dampf größtenteils in einem angrenzenden freien Raum auftritt. An einer Wärmeaufnahmefläche wird Wärme zugeführt und bewirkt die Verdampfung der FlÜssigkeit in den angrenzenden Zonen der Innenliegenden kapitaren Struktur. Gleichzeitig findet der umgekehrte Prozeß in solchen Zonen des Rohres statt, von denen Wärtie abgeführt wird. Die Dampfphase kondensiert nur der kapilliren Struktur, die an die Wärmeabgabefläche angrenzt. Eine Differenz innerhalb der Kapillgrkräfte zwischen der Kondensations-und der Verdampfungszone bewirkt den Transport der Flüssigkeit von der Kondensationszone zu der Verdapfungszone. Ein kleiner Unterschied in den Dampfdrücken zwischen der Verdampfungs- und der Kondensationszone veranlaßt hingegen den Transport des Dampfes in umgekehrter Richtung. Dabei findet ein Wärmetransport zwischen den beiden Wärmeilbertragungsflächen im wesentlichen ohne Temperaturgefälle statt. Die zwischen den beiden Enden des Wärmerohres übertragene Wärmemenge wird bestimmt von der Geschwindigkeit der Bewegung des Arbeitsmediums, das sich als Gas durch den leeren Raum und als Flüssigkeit durch Kapillarwirkung durch die kapillare Auskleidung bewegt.
• Es ist daher Zweck der Erfindung, ein verbessertes radiolsotopisches thermodynamisches System zu schaffen, das ein Wärmerohr enthält, um überschüssige thermische Energie abzuführen, und in dem das Ausmaß der Abfuhr von überschüssiger Wärme leicht während der Lebensdauer der radioisotopisehen Brennstoffquelle verändert werden kann, indem eine vollkommen passive Einrichtung zur veränderbaren Abfuhr der Überschüssigen themischen Energie der radiolootopischen Brennstoffquelle und ein thermodynamisches System, welches ein nichtkondensierbares, unmittelbar von dem alpha-Zerfall der Radiokernteilchen erhaltenes Gas enthält Verwendung finden.
• Das Erwähnte sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen noch deutlicher aus der folgenden, mehr Ins einzelne gehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor, welches in der begleitenden Zeichnung dargestellt ist. In dieser ist Fig. 1 eine schematische Ansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäßen radioisotopischen thermoclynam-"q2i'chen Systems, welches ein zentral angeordnetes, nach der Erfindung verbessertes Wärmerohr enthält; Fig. 2 eine graphische Darstellung der thermalen Energieabgabe einer radioisotopischen Wärmequelle Über der Zeit für ein radioisotopisches thermodynamisches System herkömmlicher Art.
• Allgemein gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur veränderlichen Steuerung der Isothermen Wärmeübertragung durch ein Wärmerohr mittels einer vollkommen passiven Einrichtung, die von dem Wärmerohr selbst getragen wird. Das Wärmerohr besitzt einen eingeschlossenen Raum mit im Abstand angeordneten Wärmeeingabe- und Wärmeabgabeflächen und einem darin enthaltenen Arbeitsmedium, das eine flüssige und eine gasförmige Phase aufweist, die beide miteinander in Gleichgewicht stehen. Das Verfahren zum Erhalt einer gesteuerten thermischen Energieübertragung besteht in der Zufuhr von Wärme zu der Eingabefläche, um die flüssige Phase innerhalb der angrenzenden inneren kapilLaren Struktur zu verdampfen, wobei das verdampfte Arbeitsmedium zu der inneren kapiltaren Struktur in der Umgebung der äußeren Wärmeabgabefläche wandert und sich darauf kondensiert, wobei es zwischen diesen beiden Flächen einen isothermen Wärmetransport vollführt, und in der veränderlichen Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit einer der Phasen des Arbeitsmediums zwischen den beiden Flächen. In einem bevorzugten AusfÜhrungsbeispiel enthält das liärmerohr einen Docht, der die Rohrwand ohne Unterbrechung auskleidet und der die Bewegung der flüssigen Phase durch KapiUarwirkung herbeiführt, während die gasförmige Phase in einem parallel zu dem Docht verlaufenden leeren Kanal enthalten ist. Die veränderliche Steuerung wird in einer Form durch Verändern der Menge eines nicht-kondensierbaren Gases innerhalb des eingeschlossenen Raumes bewirkt, um das Arbeitsmedium in der gasförmigen Phase daran zu hindern, mit der Wärmeabgabefläche in Wärmeaustausch zu treten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bleibt die Menge des nichtkondensiebaren Gases konstant und die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsmedium und der Wärmeabgabefläche des Wärmerohres nimmt ab mit abnehmender Dampftemperatur. Bei noch einer weiteren AusfÜhrungsform der Erfindung wird die Steuerung dadurch erreicht, da13 die Menge einer nicht verdampfbaren Flüssigkeit innerhalb des Wärmerohres verändert wird, welche das verdampfbare Arbeitsmedium In flüssiger Form daran hindert, mit der Wärmeeingabefläche in Wärmeaustausch zu treten. Bei einer vierten Aus-führungsförm wird die Steuerung durch Zugabe eines zweiten Materials Innerhalb des Wärmerohres zu der ArbeitsflÜssigkeit in flÜstger Phase erreicht, welches mischbar mit dieser oder in dieser lösbar Ist, wobei eine Herabsetzung des Schwellwertes der Mischung bis zu dem Punkt, indem das zweite Material in seine feste Phase Übertritt, die Strömung des Arbeitsmediums zwischen den beiden Wärmeübertragungsflächen des Wärmerohres versperrt. Vorteilhafterweise i.-t das Wärmerohr in der flitte einer radioisotopischen Brennstoffkapsel angeordnet, derart, dad die Wärmeeingabefläche des Wärmerohres in Wärmeaustausch mit der Brennstoffkapsel steht.
• Fig. 2 gibt den typischen Verlauf der thermischen Ener-CD C-i gie über der Zeit für eine radioisotopische *-!är-2equelle an. Man stellt fest, daß die Kurve l»o mit fortschreitender Zeit fortwährend nach unten verläuft, so dal also die .4är!lieqi-Ieltkam Beginn ihrer Lebensdauer des Systems einen ibersrhu3 in thertnischer Energie erzeugt, der fortwährend abnimmt, bis er schließlich am Ende der Lebensdauer der, Systems den Vert Ilull erreicht. Die erforderliche thermische Energie wird durch die gestrichelte Linie 12 angegeben, die horizontal verläuft. Der Schnitbpunkt der beiden Linien 10 und 12, der mit 14 bezelchnet ist, und die davon ausgehende äenkrechte Linie 16 geben das Ende der angesetzten Lebensdauer an, bei welchem die thermische Energiequelle aufhört, die erforderlIche therraische, Energie an die Umsetzeinrichtung zu liefern und bei welchem die Energiequelle ersetzt werden muß. Auf diese Weise tritt während der 'gesamten Lebensdauer des Systems ein fortwährend abnehmender Überschuß an thermischer Energie auf, der abgefÜhrt werden mu3, um den erwünschten thermischen Gradienten von der Brennstoffzelle nach außen zu dem thermischen Energieumsetzer des thermodynamischen Systems nach Fig. 1 zu ergeben. In Fig. 1 ist ein Im übrigen In herkommliener weise aufgebautes, radloisotopisch gespeistes Generatorsy-tem gezeip.,rt, das eine zentral vorgesehene Brennstoffzellenanordnung 2C mit einem 3rennstoffblock-Wärmeschacht(fuel block heat sink) und einer hohlen, zylindrischen Brennstoffkapsel oder einer radioisotopischen Wärmequelle 24 enthält. In dem System sind mit 26 bezeichnete thermische Strahlungsschirme sowie eine geeignete zylindrische Wärmeisolation 46 vorgesehen. Ein thermischer Energieumsetzer 28, der aus einer therinoclektrischen oder thermoionischen (thermionic) Unter-

  be-

  anordnung/steht, ist konzentrisch um die Wärmequellenanord-

  nung 20 herum angeordnet. Der Umsetzer ist in der LaVe,-radia.1 aus der Brennstoffkapsel austretende und mit dem radialen Pfeil Q 1 angedeutete thermische Enerlrie aufzunehmen.
• Die Erfindung ist auf eine verbesserte isothermische Wärmeilbertragungseinrichtung irlbrm eines Wärmerohres gerichtet, welches allgremein mit 30 bezeichnet und zentral so-.iahl zu der radioisotopischen Wärmequellenanordnung 20 als auch zu dem Wärmeenergieumsetzer 28 angeordnet ist. Das Wärmerohr 30 besteht aus einer länglichen Röhre 32 aus Metall oder einem anderen Material, das an seinen beiden Enden verschlossen ist, so daß es einen völlig abgeschlossenen Raum enthält. Das innenliegende Ende der Röhre, Welches mit 34 bezeichnet ist, bildet auf diese Weise eine ringförmige Wärmeeingangsfläche für das Wärmerohr, während das außenliegende Ende 36 als ringförmige Wärmeabgabetläche oder als Wärmeabfuhrende dient. In Verbindun'g damit enthält das auNenliegende Ende 36 des Wärmerohres eine Kühlrippenanordnung mit* Kühlrippen unterschiedlicher Oberfläche, die allgemein mit 38 bezeiche net ist.und einen röhrenförmigen Abschnitt 40 mit einer außenliegenden flachen Platte 42 eoWie eine Anzahl sich radial erstreckender Wärmeabgaberippen 44 besitzti die von dem außenliegenden Ende nach innen zu, daß heißt zu der Brennstoffzelle hin betrachtet, anwaahaende radial Abmessungen besitzen. Der Innendurchmensers den röhrenförmigen Abschnitten 40 entspricht dem Außendurchmooser der Röhre 92 und die Kühlrippenanordnung 38 ist lediglich auf das Ende 36 aufgesteckt, so daß die beiden zylindriaohen Teile in gutem Wärmekontakt mit einander stehen, um eine bestmögliche Wärmeübertragung zu ergeben. Die verschlossene Röhre 32 entlilt ein einziges Medium mit einer flüssigen und einer gaof8migen Phase, die miteinander in-Gletohgewicht stehen. Die flüssige Phase Ist größtentelle in einer dochtartigen Auskleidung 48 oder einer anderen porösen Masse enthalten, die von zylindrisoher Form und anschließend an die Rohrwand angeordnet ist. Die gasförmige Phase befindet sich In dem zentralen leeren Raum 52.
• Die Brennstoffkapsel 24 gibt thermiaohe Energie abe die sowohl radial in Richtung des Pfeiles Q, zu dem Wärmeumsetzer 28 als auch) nachdem sie durch die Wäroßingabefläohe 34 hindurchgetreten ist, axial, wie durch den geraden Pfeil Q, angegeben, wandert. Die auf das Ende 34 der Röhre auftreffende Wärme führt zur Verdampfung der flUseigen Phase Innerhalb des Dochten an diesem Ende. Die gasförmige Phase wandert von - linke nach rechte bzw. von der WärmeeIngabefläche )4 der Röhre durch den leeren Baum zu der KühlrIppenanordnung 38, die mit der Wärmeabgabefläche 36 In Verbindung steht. Die Kühlrippen 44 bewirken eine Kühlung der Wärmeabgabefläche des Wärmerohres, die zur Kondensation der gasförmigen Phase fÜhrt. Die flUseige Phase wandert nodann Infolge von KapLt. larwIrkung durch den Docht 48 zu dem geiftzten Ende zurUnk. Dabei tritt eine Störung In dem Dampfdruokgleichgewioht auf,

  welche eine Strömung des Dampfes von dem gehtzten zu dem ge-

  u40

  kühlter/veranlaßt. Infolgedessen Midet zwischen den beiden

  Enden des Rohres ein Wärmetranaport statt, ohne daS dazu eine Temperaturdifferenz erforderlich wäre.
• Bei der beschriebenen Anordnung ist die durch das Wärmerohr zur AbfUhrung überschüssiger thermiaoher »iorgie durch Abetrahlung von den Oberflächen der Kühlrippen trannportierte Wärmemenge von mehreren Faktoren abhängig, nämlich von der von der Brennstoffzelle an das Wärmerohr 30 abgegebenen Wärmemenge und der Sohwellentemperatur davon, von der Geschwindigkeit der Wämeabfuhr durch die Kühlrippenanordnung, von der Strömungegeachwindigkeit des Arbeitemodiums Innerhalb den Wärmerohren und von dem Charakter den Arbeitemediums, wie z.B. seinem Dampfdruck ebD. Offensichtlich kam daa Ausmaß der Wärmeilbertragung durch Erhöhung der Temperatur an der Wärmeeingabefläche 34, durch Vorgrö$erunig den Wärmerohree und/oder der Strömungegeechwindlgkeit des darin enthaltenen Arbeitemedlume sowie die effektive Größe der Kühlrippenanordnung erhöht werden.
• Die Erfindung Ist Insbesondere auf die Schaffung einer vollkommen passiven Einrichtung zur Steuerung der Strö-' mungsgeschwindIgkelt den Arbeitsmedlums zwischen der Wärmeeingabefläche und der auf der eetgegengesetzten Seite angeordnoten Wärmeabgabefläche einen Wärmerohren, entweder Im gneförmigen oder flüssigen Zustand, gerichtet.
• Bei einem bevorzugten Ausführungebelepiel Ist zur Schaftung einer Funktion variabler Impedanz ein nichtkondensierbares Gan,innerhalb den geschlossenen Wärmerohres vorgesehen, das zu einer Reduzierung der Wirksamkeit der KÜhlrippenanordnung zur Abfuhr der von der Wärmeeingabefläche am linken Ende des Wärmerohren 30 empfangenen thermischen Energie dient. Das nichtkondensierbare Gen kann Irgendein Inerten Gang wie z.B. Hollum oder Argon oder aber auch Sauerstoff oder Stickstoff sein, vorausgesetzt, daß diese Oase verträglich mit dem ArbeItsmedlum und der Struktur der Anordnung sind. Das Arbeitemedlum selbst soll vorzugawelne einen Dampfdruck von mehr als 0,1 Atmosphären bei der durch die spezielle Brennstoffkapsel oder sonstige mit dem Wärmeeingabeande dem) Wärmerohres zusammenwirkande Energiequelle oder das thermoolektrische Energieumwandlungssystem bestimmten Temperatur haben. Beispielsweise Ist bei der In Mg. 2 charakterisierten Anordnung, die eine

  die

  radioisotopische Wärmequelle besitzt,/um das Wärmerahr

  herum auftretende Temperatur In der Größenordnung von 820 0 Co und ein geeignetes Arbeitemedium besteht aus Natrium, das einen Dampfdruck von 0,5 At. bei dieser Temperatur besitzt. Bei N!itrium als Arbeitsmedium kann das niohtkondensierbare Gas, welches die Funktion unterschiedlicher Impedanz hervorruft, aus irgendeinem der Inerten Oase, wie z.B. Hellum oder Argon bestehen. Offensichtlich würde die Verwendung von Sauerstoff als nichtkondensierbares Gas in einem System, in dern Natrium. als Arbeitsmedluin Verwendung findet, zu unerwÜnschter chemischer Reaktion führen.
• Es steht ein ganzes Spektrum von Arbeitamedien zur Verfüguntr, die ulch nach der Temperatur der Wärmequelle richten. So WUrde be,ipiclrweise Wasser bei einer Tempe..-9.-tur von annähernd 100 0 C die erwünschte Inotherme Wärme-Übertragungcfutil(tion ergeben. Ebenso sind Silber bei 20000 Cq Lithium bei 10000 C, flÜssiges Ammoniak bei 0 0 0 und Sauerstoff bei minus 2000 C geeignete Arbeitsmedien je nach der speziellen Anwendungsart.
• B.i der Verwendung eines nichtkondensierbaren Gases als Moderator neigt die gasförmige Phase dazu, die inerten Gasmoleküle des nichtkondenslerbaren Gases zu dem Wärmeabgabeende des Rohren zu führen, so daß das nichtkondensierbare Gas sich nlo Wolke 58 ansammelt und verdichtet, die

  in einer unterschiedlichen axialen Entfernung von dem

  WärmeabRabeende dea.Rohree 30 aurtrittg#ji hich dem Dafftpf-

  druck des Arbeitsmediume. Der DamPtdruok#den Arbeittlüb'&iumoi

  wächst exponentiell mit der Totpoeatux"M UM eit4kt eteift da-O.

  her verhältnisMäaeig stark auf Aaä Voluken der Inerten Gas-

  wolke aus, welches somit von dsr.deut:aohr c 4 bish Wäme-

  menge abhängt. Die Zugabe eineo,,itiöht kor 4i'eiirba' h rön Gieße

  zu dem kondensierbaren Dampf behindert den W#Me'te'anapor t

  C

  erheblich, offenbar aufgrund dar Tateachäg dad die St#beung

  des Dampfesilnebooondere nahe dem g- ekÜhltän gad 1»bibdbrt.

  wird, wo das nicht an dem

  gezwungen ist, sich anzusammeln. Da der'Dampfdruck bei er-

  höhter Temperatur exponentiell ansteigt" ist das nicht am

  Wärmetransport teilnehmende Gao 58 gezw M an, einen nehr

  kleinen Raum am äuBeretenl'Ende döo'Roheai einzunehmen, und

  erlaubt auf diese Weise bine Annähernd normale Funktion den

  Systems. Je dichter die inerte Ganwolke Ist, um so gr80er ist

  die Zahl der KOhlrippin 44, die',in Wärmeauotausch mit der

  gasförmigen Phase den Arbeltemediumo'traten. Die Wärme wird

  von dem Wärme-rohr, ru'den#.)Ctihle.Jp#ebdurch Wärmeleitung über-

  tragen und anoohlib$ind tön io,n,'#'t,reillegenden Abschnitten

  der Kühlrippen# wie durch den.Pretl# angedeutet, in den

  Raum abgestrahlt, Bei hbhero#'T»Mperaturah wird die inerte

  Gaswolke, die an dem Mit 4eh kÜh'lri»en versehenen Ende ein-

  geschlossen' ist$ koin)«mibrti < ##so d0 bitte Se Z öNere Anzahl der

  Kühlrippen wirksam wir4,5 Bei )libottäfttl tremperaturen int die

  -Wolke von geringerer Dichte' ühd gräNeree' Ausdehnung, so daß

  einige der Kühlrippen, die dem Ende am nächsten liegen, unwirksam werden. Auf diese Weise wird die der Kühlrippenanordnung zugeführte und von dieser abgegebene Wärmemenge gesteuert und dafür verwendet, von der radioleotopischen Wärmequelle überschüssige Energie abzuführen.
• Bei Betrachtung der Fig. 1 wird deutlich, daß am Anfang der Lebensdauer eines Systeme eine verhältnismässig große Zahl der KUhlrippen 44 zur thermischen Abfuhr der Überschüssigen Wärme aktiv ist, und daß nach und nach, wie die thermische Energiezufuhr abnimmt, die geringere Temperatur zu einer größeren Inerten Gaawolke und damit zu einer Verringerung der aktiven Kühlrippenfläche fÜhrt.
• WenngleichdLe Verwendung eines nichtkondensierbaren Gases eine bevorzugte Maßnahme zur Veränderung der zwischen der Wärmeingabefläche und der Wärmeabgabefläche des Wärmerohres Übertragenen Wärmemenge darstellt, stehen doch auch andere Maßnahmen dafür zur Verfügung. So kann die Rückströmung der flüssigen Phase In dem Docht 48 durch Zugabe eines Mediums mit geringem Dampfdruck behindert werden, wodurch die umgekehrte Wirkungeweise wie oben beschrieben erzielt wird. In diesem Fall versperrt die Flüssigkeit mit geringem Dampfdruck den Strom der aktiven Flüssigkeit durch tapigarwirkung von dem Wärmeabgabeende des Wärmerohres zu seinem Wärmeeingabeende. Infolge einer Abnahme der zur Verfügung stehenden #erdampfbareh Flüssigkeit nimmt dann der Wärmetransport zwischen den mit Abstand angeordneten Flächen des Wärmerohres ab, unabhängig von der zur Verfügung stehenden thermischen Energie. Wahlweise kann auch, anstelle einer verzögernden Wirkung oder einer'solchen mit veränderlichem Widerstand eine absolutb Blockierung in Gestalt einer Ein- und AuBschaltung zur-Anyiendung kommen, um einen mit großer Genauigkeit arbeitenden thermischen Schalter zu schaffen. Dies Ist zu erreichen durch Hinzugabe eines Trägermaterials zu dem Arbeitsmediuü, das In dem Docht 48 unterhalb eines gewiesen Schwellwertes erstarrt und in seiner flÜnigen Phase mit dem aktiven Medluin vermischbar oder In diesem lösbar Ist. In diesem Vall bewegt sich das aktive Medlum In dem Trägermaterlal durch KaptUarwirkung von dein Kondensationsende zu dem Verdampfungsende des Wärmerohres, so-lange die Temperatur den Systemes oberhalb des Schwellwertes liegt. Wenn jedoch die Temperatur den Schwellwert unterschreitet, erstarrt das zugegebene Trägermaterial vollkommen, wobei es die Strömung den zugegebenen Material%; und des davon getragenen.aktiven Materials unterbricht. Wenn das erfindungsgemäß verbesserte Wärmerohr in Verbindung mit einer radiolootopischen Wärmequelle Verwendung findet, kann es erwünscht sein, daß das beim alpha-Zerfall der Radiokerntelleben entstehende Hellum unmittelbar an das Wärmerohr herantreten kann# so daß es dort als Vorunreinigung der nichtkondennierbaren Gasphase wirken kann. Um dies schematisch zu keigen, ist in Pig. 1 ein Material 50 angegeben, das den radiolootoplaohen Brenntoff von dem

  und

  Arbeitamedium in dem Wärmerohr trennt/ das durchläseig.für

  kleine, bewegliche Atome, wie x# B. Haliumatome, jedoch undurchlässig fÜr die größeren Atome oder Moleküle des Arbeitemediums Ist, so daß das bei dem alpha-Zerfall erzeugte Holium unmittelbar in das Wärmerohr gelangen kann. Dies ist nur ein Beispiel für Maßnahmen zur Erzielung des erwünschten Übertritte des erzeugten Heliums von der Brennstottkapsel zu dem Wärmarohr. EP ist bemerkenswertg daß bei solchen Systemen

  den

  das Volumen/beim alpha-Zerfall erzeugten Heliums sich in

  umgekehrtem Verhältnis zu dem Alter des Brennstoffs ändert, Da jedoch auch die Überschüssige thermische Energie mit dem Alter abnimmt, Ist das Volumen des verNgbaren Heliums proportional zu dem Bedarf. Ein weiteres Rohr mit einem Ventil Ist mit 74 bezeichnet und kann an das Wärmerohr In der Kaph-' barsohaft der Kühlrippenanordnung 38 angeschlossen sein, um den Eintritt des Arbeitsmedlums Und des nichtkondensierbaren Gases in unterschiedlichen Mengen, je nach Bedarf, zu ermöglichen.
• Die Beziehungen zwischen den verschiedenen Ausführungebeispielen der Erfindung sind möglicherweise am besten aus de r folgenden Zusammenstellung ereichtlich9 die wohl keiner Erklärung bedarf, Nichtko,ndennierbare Oase:

  Arbeitemedium niohtkordtMoiorbar,4.o (WIN

  Ammoniak Wasserstoff# sauerstött

  Stiokatort und alle Deal-

  Wasser gase

  flüssige Metalle nur Welgage

  Nichtverdampfende PlÜssigkeltent, Die Verwendung von nichtverdampfenden, V1U0019keiten oder solchen Flüssigkeiteng die erstarrang ist Wohst tunlichi falls das Arbeitemedlum selbst ein flüssigen Metall, beispielsweise C#sIum, Quecksilber, Natrium, Lithium oder Silber ist. Die Auswahl der zugegebenen Flüssigkeiten hängt von dem Arbeitemedium ab" Beispiele:

  Arbeitsmedium niohtyerdampende Plüseigkeit erstarrun 0-

  fähige Plässigkeit

  Natrium Lithium # Thalltum, Gallium, Silber

  Zinn, Blet* Queokeilber

  Silber Gbld, Platin Platin

  Während die Erfindung besonders auf radiolebtopische, thermodynaminahe Einriohtwiolx tür die Raumfahrt AnWeMung findet, wo keine'sArkratt auttrittg kam,"i vorbbisorte Wärmerohr., das eine veräpdbrliohe Wärmeabfuhr gestattet, allgemein auch fÜr irdische Einrichtung Verwendung finden,' in welchen die flüssige Phase des Arbeitsmediums dem Ein-. fluß der Schwerkraft unterworfen ist. Wenn die Einrichtung auf der Erde zur Verwendung kommt, wirlt sichdie Schwerkraft entweder im Sinne der Behinderung oder der Unterstützung der Bewegung des Arbeitsmediums innerhalb des Wärmerohres aus. Bei einigen Anwendungsfällen könnte die KapilIRrstruktur fortfallen, nämlich dann, wenn die Schwerkraft den Rücktransport des kondensierten Gases zu der Wärmeeingabefläche des Wärmerohres Übernimmt.
• Aus übenstehendem geht hervor, daß das erfindungegemäß verbesserte Wärmerohr von außerordentlicher Einfachheit Ist, keine beweglichen Teile aufweist und bei Anfall von überschüssiger Wärme diese in dem Masse abzuführen gestattet, daß ein konstanter ßetrag thermischer Energie an das Energieumwandlungssystem gelangt, während der gesamten Lebensdauer eines radioisotopisch gespeisten thermodynamischen Systeme. Während das erfindungsgemäß verbesserte Wärmerohr besonders für radioisotopische thermodynamische Systeme verwendbar ist, kann es doch auf dem gesamten Bereich der isothermen Wärmeübertragung Anwendung finden.

Claims (2)

1. F a t e n t . a n s 1) r U c h e 1. Verfahren zur Veränderung des Wärmeflusses durch elne isothernie Warmetransportvorrlchtung, die aus einem unischlossenen Raum mit einer Wärmeeingabe- und einer im Abstand dazu angeordneten Wärmeabgabefläche und einem darin enthaltenen Arbeitsmedlum besteht, welches eine flüssige und eine gasförmlge Phase besitzt, die beide miteinander in Gleichgewicht stehen, g e k e n n z e i c h -n e t durch die Verfahrenssehritte der Beheizung der Wärmeeingabeflüche zurlIerdampfung der damit In BerÜhrung stehenden flüssigen Phase des Arbeitsmedlums, wobei das verdampfte Arbeitsmedlum unter Wärmetransport zu der Wärmeabgabefläche wandert und auf dieser kondensiert, und der Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit einer der Phasen des Arbeitsmediumo zwischen den beiden Im Abstand angeordneten WärmeÜbertragungsflächen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Menge eines nichtkondensierbaren Gases innerhalb des vmschlossenen Raumes verändert wird, welches die gasförmige Phase des Arbeitsmediums davon abhält, In Wärmeaustausch mit der Wärmeabgabefläche zu treten. ,3- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t 9 daß ein weiteres Material In den umschlossenen Raum gegeben wird, das mit dem Arbeitemedium in seiner flÜssigen Phase mischbar oder darin lösbar ist und daß der Schwellwert dieser Mischung bis zu dem Punkt vermindert wird, an dem das weitere Material Ulter. flokkierung der Strömung des Arbeitemediums zwischen den beiden Wärmeaustauschflächen In seine feste Phase Übertritt. 4. Vollkommen passive isotherme Wärmeübertragungsvorrichtung, die automatisch einen mit der Temperatur anwachsenden Wärmeübergang ergibt, g e k e n n z e i a h n e t durch einen abgeschlossenen Raum (52) mit einer Wärmeeingabefläche (34) und einer im Abstand dazu angeordneten Wärineabgabel'Iäche.(36) und einem darin eingeschlossenen Arbeitsmedium, das eine flüssige und eine ganförmige Phase besitzt, die beide miteinander inaGleiohgewicht stehen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabefläche (36) sich Über eine begrenzte Strecke zu der Wärmeeingabefläche (34) erstreckt und daß Innerhalb des abreschlossenen Baumes (52) ferner eine begrenzte Menge eines nichtkondensierbaren Gases (58) vorgesehen Ist, wobei die Zufuhr von Wärme zu der Wärmeeingabefläche zur Verdampfung der damit In Berührung stehenden flüssigen Phase den Arbeitsmadiums führt und das verdampfte Arbeitsmedium die Tendenz besitzt, zu der Wärmeabgabefläche (36) zu wandern und dort zu kondensieren, Indem es zwi schen den beiden Flächen einen isotherinen Wärmetransport bewirkt, und wobei das nichtkondensierbare Gas das Bestreben hat, sich i n der Umgebung der Wärmeabgabefläche (36) zu konzentrieren, und der Bereich der WärineabUnb(>fläche, die in Wärmeaustausch mit der gasfürmigen Phase des Arbeitsmediums steht, mit zunehmender Temperatur zunimmt. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h -n o t durch eine Einrichtung (74) zur Zuführung einen weiteren Materials zu dem Arbeitsmedium, welches mit der flÜssigen Phase des ArbeitFmediumr. inischbar oder in cleser ls'öbar ist, und durch eine Einrichtung zur Reduzierung des Schwellwertes der Mischung auf einen Punkt, wo das weitere Material in seine feste Phase übertritt, in der es die Strömun,- des Arbeitsmediums zwischen den beiden Wärmeaustauschflächen (34, 36) blockiert. 6. Vorrichtung.nach Anspruch 4 für ein radioisotopisches thermodynamisches System mit einer radio%sotopischen Wärmequelle und einer thermodynamischen Einrichtung, der aus der Wärmequelle Wärme zugeführt wird, g e k e n n z e i c h -n e t durch ein sogenanntes Wärmerohr (30), das einen völlig abgeschlossenen Raum (52) und, im Abstand angeordnet, eine Wärmeeingabefläche (34) und eine Wärmeabgabefläche (36) sowie in seinem Inneren ein Arbeitsmedium enthält, das eine flÜssige und eine gastörmige Phase bealtzte die beide mit-. einander Im Gleichgewicht stehen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeeingabefläche (34) In Wärmeaustausch mit der radideotopischen Wärmelequelle (20) steht und eine Einrichtung*(38, 58) zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkelt einer der beiden Phasen des Arbeitsmedlums zwischen den beiden Wärmnübertragungeflächen vorgesehen Ist, um die von der Wärmequelle (20) zu deinthermodynamischen System (28) Übertretende Wärmemenge konstant zu halten. 7. Vorrichtung nach 1 iAnspruch 6, dadurch g a k e n n -z e i o h n e t 9 da die Einrichtung zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit einer Phase des Arbeit8medlums zwischen den Wärmeübertragungeflänhen (349 36) ein nichtkondenalerbares Gas (58) Innerhalb des umachlossenen Baumes (52) umfaßt, welches das Bestreben hat, die gastörmige Phase den Arbeitemediums daran zu hindern, mit der Wärineabgabefläche (36) In Wärmeaustauach zu treten* 8. VorrIchtung nach Anspruch 6 oder 7, daduroh a 0 - k o n n z 9 1 o h n e t 9 daß der umschlossene Baum (32) Innerhalb eines läMlichen Bohren (32) vorgesehen tot# dan die Wärmeabgabefläche (36) aue einem Ende diesen Bohren besteht und sich über eine begrenzte Strecke von den be- treffenden Bohrende zu der Wärmequelle (20) hin erstreckt, daß eine Mehrzahl von Kühlrippen (44) sich von der wärmeab- gebenden Bohroberfläohe radial naoh außen erstrookt und daß das nichtkondensierbare-Gan dan Bestreben hat, eine Barriere zu bilden, Welche die.gasförmige Phare des Arbeitsmediums von dem Wärmeaustausch mit den auswärtsgelegenen Kühlrippen (44) abhält. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch g e n n z e 1 o h n e t s daß weiterhin eine Eliftehtung (50) vorgesehen ist, um bei dem.alpha-Zerfall des radiolsotopischen Brennstoffes erzeugtesHellum als nichtkondensterbares Gas In das Wärmerohr (30) zu leiten. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch S o k a n n z 9 1 a.h n 9 t , daß der umschlossene Baum (52) mit porösem Material (48) ausgekleidet Ist, welchen die flüs- sige Phase des Arbeitemedlums aufnimmt und diese durch Na- gigarwirkung von der Wärmeabgabefläche (36) zu der Wärmeein- gabefläche (34) zurUckführt.