DE1922085A1 - Waermerohr mit angepasster Arbeitsfluessigkeit - Google Patents

Description

• "Wärmerohr mit angepasster Arbeitsflüssigkeit" Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr, bestehend aus einem geschlossenen Behälter, der einen von aussen Wärme aufnehmenden Abschnitt aufweist, in dem Arbeitsflüssigkeit verdampft und einen nach aussen Wärme abgebenden zweiten Abschnitt, in dem der Dampf kondensiert, wobei die beiden Abschnitte zu einem geschlossenen Kreislauf für das Arbeitsmittel vereinigt und für den aucklauf des Kondensats in den ersten Abschnitt Leitmittel angeordnet sind.
• Wärmerohre finden wegen ihres hohen Wärmeleitvermögens bei geringem Gewicht, weil sie bei Verwendung einer Kapillar struktur als Leitmittel fUr das kondensat lageunabhängig arbeiten und weil sie Wärmestromdichten trans formieren können, in zunehmendem Maße Verwendung in Weltraumfahrzeugen, in der Kältetechnik und zur Kühlung von Halbleiterbauelementen.
• In den genannten Anwendungsgebieten treten Temperaturen weit unter 0°¢ auf. Die bekannten Wärmerohre arbeiten in einem Temperaturbereich, der von der Wahl und den physikalischen Eigenschaften der Arbeitsflüssigkeit abhängig ist.
• Dabei liegt Wasser mit einem Atbeitstemperaturbereich von 40 bis 1600 C schon relativ nie rig. Wasser ist wegen seiner außerordentlich hohen Verdampfungswärme eine aehr vorteilhafte Arbeitsfldsßigkeit. Beim Starten des eingefrorenen Wärmerohres aus tiefen Temperaturen erhöht sich die Temperatur der Wärme abgebenden Fläche sehr schnell, die evtl. anliegende Eisechicht schmilzt, verdampft, die Zufuhr weiterer Flüssigkeit fehlt, der Wärmewiderstand nimmt weiter zu, es kommt zu einer beachtlichen Temperatur- Uberhdhung.
• X sind verschiedene Stoffe bekannt, die den Gefrierpunkt von Wasser erniedrigen ( Handbuch des Chemikers, Band III, 1959, VEB Verlag Technik Berlin, 258-260). Weiterhin kennt man die Verwendung einiger Stoffe als Antifrostschutzmittel, z.B. im Kühlwasser oder in der Scheibenwaschanlage von Kraftfahrzeugen (L.F.Fieser, M.Fieser, Lehrbuch der organ. Chemie 1957, Verlag Chemie Weiiiheim, 8. 131).
• In diesen Fällen bezweckt man vorwiegend, den Aggregatzustand eines Stoffes iu erhalten und beachtet kaum weitere physikalische oder chemische Eigenschaften, abgesehen von liner gefährlichen korrodierenden Wirkung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Startverhalten eines Wärmerohres aus tiefen Temperaturen zu verbessern und dabei die gute Wärmeleitfähigkeit des Wärmerohres zu erhalten. Die Aufgabe wurde mittels eines Wärmerohres der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß in der Weiße gelöst, daß zusätzlich zur Arbeitsflüssigkeit zum Starten des eingefrorenen Wärmerohres aus tiefen Temperaturen derartig Mittel vorgesehen sind, daß an der Heizfläche des Wärmerohres ein ständiger Flüssigkeitsfilm gehalten ist. Einmal kann die Arbeitzflüssigkeit aus Flüssigkeitsanteilen zusammengesetzt sein und ein Einfrieren im tiefen Temperaturbereich erfolgt Uberhaupt nicht.
• Zum anderen kann durch Vowahl des Mischungsverhältnisses fUr den voraussichtlich zu erwartenden Umgebungstemperaturbereich und durch selbsttätige Mischungsregelung der flüssigen, verdampfbaren Menge und der eingefrorenen Menge einerseits bei tiefen Temperaturen die notwendige Flüssigkeitsmenge bereitgestellt sein und andererseits bei hohen Temperaturen der die guten Wärmeübertragun-geeigenschaften des Wärmerohres verursachende Stoff maßgeblich am Wärmekreislauf beteiligt sein.
• Zum dritten kann dt. Anordnung der Flüssigkeit oder ate Ausgestaltung des Verdampfungsabschnittes des Wärmerohres so getroffen sein, daß eine bestimmte, teilweise oder ganz eingefrorene Flüssigkeitsmenge innerhalb des Wärmerohres in extrem guter Wärmeleitverbindung mit den Wärme abgebenden Körper steht.
• Für die Verwendung im Wärmerohr mit Wasser als Arbeitsflüssigkeit eignen sich zur Gefrierpunktserniedrigung insbesondere: Alkohole, z.B. Äthylenglykol (wässrige Lösung erstarrt bei -40°C; bekannt unter der bezeichnung "Glysantin"); Diäthyläther (-117°C Schmelztemperatur); Fluorkarbone wegen eines Verfestigungspunkten bei -100°C, guter Wärmeleitfähigkeit und hohen Dampfdruckes; Salze; Silikonöle, insbesondere Phenylmethyl-Siliconöle und Phenylmethyl-Polysiloxane für Tieftemperaturanwendungen (mit einem Stockpunkt unter -80°C). Silikonöle sind untereinander gut mischbar; sie haben sehr konträrs Eigenschaften: einerseits existieren Silicons, die außerordentlich oberflächenaktiv sind und andererseits sind bestimmte Gruppen als Kleb- oder Haftvermittler verwandbar.In vorliegenden Fall werden vorteilhaft Silikone verwendet, die eine hohe Oberflächenaktivität aufweisen. Von den Silikonölen genügen kleine Mengen als Zusätze.
• Durch entsprechende Wahl läßt sich wie bei Äthylenglycol wegen des unterschiedlichen Dampfdruckes von Wasser eine der Umgebungstemperatur und dem Temperaturverlauf des zu kühlenden Körpere angepaßte Wärmeleitfähigkeit in Abhingigkeit von der Zeit erreichen.
• Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß die Betriebstemperatur des zu kühlenden Körpers, insbesondere eines Thyristors, im Startbereich nicht überschritten wird, d.h.
• es werden Temperaturüberhöhungen über der Zeit vermieden.
• Bei Vorratshaltung einer bestimmten, teilweise oder ganz eingefrorenen Flüssigkeitsmenge in extrem guter Wärmeleitverbindung mit dem wärmeabgebenden ICörper kann auch eine Anpassung der Wärmeleitfähigkeit des Wärmerohres an eine rasche Änderung der Wärmezufuhr während des Betriebes durch -vermehrte oder verringerte Verdampfung erfolgen. Dies gilt für den Fall, daß der Kondensatrücklauf begrenzend wirkt.
• In der Zeichnung sind ftir den letztgenannten Fall zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, die im folgenden beschrieben werden.
• Fig. 1 zeigt ein Wärmerohr mit Wärmezufuhr von der Stirnfläche her.
• Fig. 2 gibt ein ;ärmerohr wieder, dessen Beheizung über die M;ntelfläche erfolgt.
• Das Wärmerohr besteht aus einem geschlossenen, evakuierten Behälter 1, der mit einer Kapillarstruktur 2 an eeiner Innenfläche ausgerüstet ist. Die Heizzone (zugefuhrte Wärme ist durch Pfeile 3 gekennzeichnet) weist eine verdickte Behälterwand 4 zur besseren Wärmeleitung und Ausnehmungen 5 zur Vorratshaltung von Fliissigkeit auf.
• Eine Kombination der selbsttätigen Mischungsregelung und der "guten Wärmeleitverbindung" für Start- und Normalbetrieb ist selbstverständlich möglich.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Wärmerohr, bestehend aus einem geschlossenen Behälter, der einen von aussen Wärme aufnehmenden Abschnitt aufweist, in dem Arbeitsflüssigkeit verdampft und einen nach aussen Wärme abgebenden zweiten Abschnitt, in dem der Dampf kondensiert, wobei die beiden Abschnitte zu einem geschlossenen Kreislauf für das Arbeitsmittel vereinigt und für den Rücklauf des Kondensats in den ersten Abschnitt Leitmittel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Arbeitsflüssigkeit zum Starten des eingefrorenen Wärmerohres aus tiefen Temperaturen derartige Mittel vorgesehen sind, dass an der heizfläche des Wärmerohres ein ständiger FlUssigkeitsfilm gehalten ist.

2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit aus Flüssigkeitsanteilen zusammengesetzt ist und dass ein Einfrieren im tiefen Temperaturbereich nicht erfolgt.

3. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch selbsttätige Mischungsregelung der flüssigen, verdampfbaren Menge und der eingefrorenen Menge einerseits bei tiefen Temperaturen die notwendige Blüssigkeitsmenge bereitgestellt ist und andererseits bei hohen Temperaturen der die guten Wärmeiibertragungseigenschaften des Wärmerohres verursachende Stoff maßgeblich am Wärmekreis lauf beteiligt ist.

4. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das eine bestimmte, teilweise oder ganz eingefrorene Flüssigkeitsmenge innerhalb des Wärmerohres in ex-tre-u guter Wärmeleitverbinilung mit dem Wärme abgebenden Körper steht (Fig 1 und 2)o

5. Wärmerohr nach Anspruch. 1 und 3, kennzeichnet durch ein Gemisch aus Wasser und Alkohol.

6. Wärmerohr nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein Gemisch aus Wasser und Fluorkarbonen.

7. Wärmerohr nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch ein Gemisch aus Wasser und Salzlösung.

8. Wärmerohr nach Anspruch 1, 2 oder ), gekennzeichnet durch ein Gemisch aus Wasser und Silikonöl.