DE1937782A1

DE1937782A1 - Heat pipe

Info

Publication number: DE1937782A1
Application number: DE19691937782
Authority: DE
Inventors: Gregor Gammel; Fischer Dr Wilfried
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1969-07-25
Filing date: 1969-07-25
Publication date: 1971-02-04
Also published as: CH515476A; FR2053163A1

Description

BROWN, BOVERI & CIE . AKTIENGESELLSCHAFTBROWN, BOVERI & CIE. SHARED COMPANY MANNHEIM ' BROWN BOVERIMANNHEIM 'BROWN BOVERI

Mp.-Nr. 616/69 Mannheim, den 16. Juli 1969 Mp.no. 616/69 Mannheim, July 16, 1969

Pat/P/Bu.Pat / P / Bu.

"Wärmerohr""Heat pipe"

.Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr mit einem von außen wärmeaufnehmenden ersten Abschnitt, in dem Arbeitsflüssigkeit verdampft (heiße Stelle) und einem nach außen wärmeabgebenden zweiten Abschnitt, in dem der Dampf kondensiert (kalte Stelle), wobei die beiden Abschnitte für die Arbeitsflüssigkeit zu einem geschlossenen Kreislauf vereinigt und für den Rücklauf des Kondensats Leitmittel in Form von Kapillaren vorgesehen sind.The invention relates to a heat pipe with an outside heat-absorbing first section in which the working fluid evaporates (hot spot) and one to the outside heat-emitting second section in which the steam condenses (cold spot), the two sections for the working fluid combined to form a closed circuit and for the return flow of the condensate conducting means are provided in the form of capillaries.

Mit Wärmerohren können große Wärmemengen pro Flächeneinheit transportiert werden· Die Wärmerohre sind lageunabhängig und in einem großen Temperaturbereich verwendbar, wenn man das Arbeitsmedium entsprechend wählt.With heat pipes, large amounts of heat per unit area The heat pipes are independent of position and can be used in a wide temperature range, if you choose the working medium accordingly.

Bekannt sind Anordnungen, die ein großes Wärmeleitvermögen mit kleiner elektrischer Leitfähigkeit verbinden und zu diesem Zweck Wandmaterialien aus Glas und Metall besitzen (G. YaIl-Eastmans "The heat-pipe", Scientific American, Mai 1968, S. 38). Eine große Wärmemenge kann, eventuell elektrisch isoliert, übertragen werden.Arrangements are known which combine high thermal conductivity with low electrical conductivity and have wall materials made of glass and metal for this purpose (G. YaIl-Eastmans "The heat-pipe", Scientific American, May 1968, p. 38). A large amount of heat can be transferred, possibly electrically isolated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, je nach Bedarf eine sehr große oder eine sehr kleine Wärmemenge zu übertragen. Die Aufgabe wurde mittels eines Wärmerohres der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich das Wärmeleitvermögen des Wärmerohres in Abhängigkeit von der Temperatur sprunghaft ändert. Ein solches Wärmerohr eohaltet vorteilhafterweis® ohneThe invention is based on the object, as required transfer a very large or a very small amount of heat. The task was carried out by means of a heat pipe initially described type achieved according to the invention in that the thermal conductivity of the heat pipe changes abruptly depending on the temperature. Such a heat pipe advantageously contains without

ca / αca / α

mechanische Einwirkung von außen selbsttätig um. Zusatzeinrichtungen sind nicht notwendig· Dieser Vorzug ist zu beachten, weil bekanntlich jegliches Anbringen von mechanischen Teilen am Wärmerohr zu Übertragungsschwierigkeiten führt· Die selbsttätige Umschaltung wird zweckmäßig durch die Kombination zweier erfinderischer Maßnahmen bewirkt:mechanical influence from the outside. Additional equipment are not necessary mechanical parts on the heat pipe leads to transmission difficulties · The automatic switchover is useful caused by the combination of two inventive measures:

a) Durch die Wahl des Arbeitsmediums, dessen Dampfdruckänderung in dem interessierenden Temperaturbereich groß ist. Der Dampfdruck des Arbeitsmediums und damit der Massentransport und die Wärmeleitung mit diesem Medium werden durch eine Temperaturerniedrigung wesentlich verkleinert»a) By the choice of the working medium, its change in vapor pressure is large in the temperature range of interest. The vapor pressure of the working medium and thus the mass transport and the heat conduction with this medium are reduced by a temperature decrease significantly reduced »

b) Die Mantelfläche, eventuell auch eine Stirnfläche des Wärmerohres, bestehen aus wärmeisolier-^endem Material· Die Stirnflächen, mindestens aber eine der Stirnflächen,bestehen dagegen aus einem gut wärmeleitendem Material. Dadurch wird erreicht, daß der infolge Wärmeleitung durch den Mantel des Wärmerohres auftretende Wärmefluß sehr klein, die bei genügend hohem Dampfdruck durch die Stirnflächen transportierte Wärmemenge aber trotzdem groß ist·b) The outer surface, possibly also an end surface of the heat pipe, consist of heat-insulating ^ endem Material · The end faces, but at least one of the end faces, are made of a material that conducts heat well Material. This ensures that the heat conduction through the jacket of the heat pipe Occurring heat flow is very small, with a sufficiently high vapor pressure through the end faces but the amount of heat transported is still large

Bei abgeschaltetem Wärmerohr wird also die insgesamt beförderte Wärmemenge sehr klein. When the heat pipe is switched off, the total amount of heat transported is very small.

In den folgenden Ausführungen werden an Hand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und zwei spezielle Anwendungsfälle erläutert·In the following explanations, two exemplary embodiments of the invention are described with reference to the drawing and explained two special use cases

"i"i

- 3 -- 3 -

• Fig. 1 zeirt ein Wärmerohr mit einem Glasmantel,• Fig. 1 shows a heat pipe with a glass jacket,

ι ?ie. 2 stellt ein Wärmerohr mit einem Keramikmantel : und einer Metalletirnflache dar.ι? ie. 2 represents a heat pipe with a ceramic jacket : and a metal face.

Fig. 3 gibt eine beispielhafte Kapillaretruktur der j Anordnung nach Fig. 1 wieder_e FIG. 3 shows an exemplary capillary structure of the j arrangement according to FIG. 1 again _e

Ein Glasrohr 1 (z.B. 20 cm lang, 2 cm 0, 1 mm Wandstärke) wird an beiden Enden durch je ein Metallteil 2 verschlossen · (vgl. Fig, 1). Im Inneren befindet sich ein an die Glaswand gepreßtes Netz 3, welches von der Arbeitsflüssigkeit benetzt wird und durch dessen Kapillarstruktur der Rücklauf des Kondensats bewerkstelligt wird. Die Anordnung ist mit Schwefel gefüllt. Bei einer Temperatur -25O⁰G auf der heißen Seite vermag das angegebene Wärmerohr eine Leistung von mindestens 50 Watt zu übertragen. Bei einer Temperatur von 130⁰O am heißen Ende, beträgt die übertragene Wärme nur noch 0,02 Watt,A glass tube 1 (for example 20 cm long, 2 cm 0.1 mm wall thickness) is closed at both ends by a metal part 2 (cf. FIG. 1). Inside there is a network 3 which is pressed against the glass wall and which is wetted by the working fluid and whose capillary structure brings about the return of the condensate. The arrangement is filled with sulfur. At a temperature of -25O ⁰ G on the hot side, the specified heat pipe can transmit a power of at least 50 watts. At a temperature of 130 ⁰ O at the hot end, the transferred heat is only 0.02 watts,

In Fig. 2 ist ein Wärmerohr dargestellt, das nur an seiner heißen Seite eine Metallfläche 1 für die Wärmeaufnahme besitzt. Über eine Metall-Keramikverbindung 2 schließt sich der Keramikkörper 3 an, der die Wärme über dan Dampf aufnimmt und nach außen abstrahlt.In Fig. 2, a heat pipe is shown, which has a metal surface 1 for heat absorption only on its hot side. A metal-ceramic connection 2 closes the ceramic body 3, which absorbs the heat via steam and radiates it to the outside.

Das Wärmerohr nach Fig. 1 kann vorteilhaft in einem Elektromobil mit Hochtemperatur-Akkumulator (z.B. Na/S-Zelle nach Ford oder LiCl-ZeIIe) eingesetzt werden. Im Betrieb wird im Akkumulator eine große Abwärmemenge erzeugt. Sie wird durch ein oder mehrere Wärmerohre abgeführt. Damit der Akkumulator außer Betrieb warm bleibt, muß der Akkumulator wärmeisoliert sein. Außer Betrieb kühlt sich der Akkumulator über die Wärmerohre nur so weit ab, bis das Wärmerohr "abschaltet".The heat pipe according to FIG. 1 can advantageously be used in an electric vehicle with high temperature accumulator (e.g. Na / S cell according to Ford or LiCl cell) can be used. In operation, the Accumulator generates a large amount of waste heat. It is dissipated through one or more heat pipes. So that the accumulator remains warm out of operation, the accumulator must be thermally insulated. When not in operation, the accumulator cools down via the Only extend the heat pipes until the heat pipe "switches off".

009886/1121009886/1121

Einen anderen Anwendungsfall stellt ein Isotopengenerator dar. Die mit dem Radionuklid gefüllte Kapsel muß vor Überhitzung geschützt werden. Ist an diese z. B. eine thermionische Diode angeschlossen, so kann eine Überhitzung durch Stromausfall (z.B. leitungsbruch) entstehen, weil dann die Elektronenkühlung aussetzt. Die Überhitzung kann durch ein Wärmerohr vermieden werden, das bei Normaltemperatur nicht arbeitet. Wenn die Kapseltemperatur Jedoch eine gewisse Grenze überschreitet, beginnt die Wärmeübertragung.Another application is an isotope generator. The capsule filled with the radionuclide must protect against overheating to be protected. Is this z. B. a thermionic diode connected, it can cause overheating Power failure (e.g. line break) occurs because the electron cooling then stops. The overheating can be caused by avoid a heat pipe that does not work at normal temperature. However, if the capsule temperature is a certain Exceeds the limit, the heat transfer begins.

Durch ein mit Zinn gefülltes Wärmerohr (Mantel z.B. gj welches an die mit einem Radionuklid gefüllte, auf einer Temperatur von 1400⁰O befindlichen Kapsel angeschlossen ist, wird bei dieser Temperatur Wärme praktisch nur durch Strahlung abgeführt. Steigt die Kapseltemperatur jedoch auf 170O⁰C, so wird die abführbare Wärmemenge sehr groß.Is gj which is connected by a filled tin heat pipe (jacket eg to the filled with a radionuclide, located at a temperature of 1400 ⁰ O capsule is practically discharged at this temperature heat only by radiation. Increases the capsule temperature but at 170O ⁰ C, so the amount of heat that can be dissipated becomes very large.

t ■ · t ■ ·

Die Erfindung läßt sich mit beliebiger Füllung und Gestaltung des Wärmerohres für weitere Wärmeübertragungeprobleme einsetzen. Der Vorteil liegt in der selbsttätigen Umschaltung, das Wärmerohr bleibt lageunabhängig und kann fest eingebaut werden. Falls das Wärmerohr außer zur Wärmeabfuhr, auch zur Wärmeübertragung, z.B. in Räumen oder an Herden, benutzt wird,, lassen sich mit der Umschaltung zwei fuftktionsgereohte Wärmeübertragungszustände einstellen. Dabei wird dann im unteren Leistungsbereich nicht eine vernaohlässigbar kleine, sondern eine dem herabgesetzten Bedarf angepaßte Wärmemenge übertragen. . _t The invention can be used for other heat transfer problems with any filling and design of the heat pipe. The advantage lies in the automatic switchover, the heat pipe remains independent of position and can be permanently installed. If the heat pipe is used not only for heat dissipation, but also for heat transfer, eg in rooms or on stoves, two functionally appropriate heat transfer states can be set with the switch. In this case, not a negligibly small amount of heat is transferred in the lower power range, but an amount of heat that is adapted to the reduced demand. . _t

009886/1121009886/1121

Ptl « Π OM. SOOVEA)Ptl «Π OM. SOOVEA)

Claims

- 5 -
P ate nt ans pr üo he -

1 · ^ heat pipe with a first one that absorbs heat from the outside Section in which 'working fluid evaporates (hot spot) and a second that emits heat to the outside Section in which the vapor condenses (cold spot), the two sections for the working fluid combined to form a closed circuit and for the return of the condensate conducting means in the form of Capillaries are provided, characterized in that the thermal conductivity of the heat pipe as a function changes by leaps and bounds in temperature.

2 _# heat pipe according to claim 1, characterized by the combination

a) a working fluid / its change in vapor pressure in the working temperature range is large,

b) a jacket surface and optionally an end surface of the heat pipe made of heat-insulating material and at least one end face made of a material that conducts heat well

3. Heat pipe according to claim 1 and 2, characterized in that that the jacket of the heat pipe is made of glass and the working fluid is sulfur,

4. Heat pipe according to claim 1 and 2, characterized in that the jacket of the heat pipe consists of aluminum oxide and the working fluid is tin and that the heat pipe is connected to a capsule filled with radionuclide.

Pot H? ' I (sweet EOWEAI

5 # heat pipe according to claim 1, 2 and 3 »characterized in that that at least one heat pipe is arranged on a high-temperature accumulator.

6 # heat pipe according to claims 1, 2 and 4t characterized » that the heat pipe is used to cool an isotope generator.

009886/1121009886/1121

PaH Ft WM. SGSXVEAiPaH Ft WM. SGSXVEAi