DE1950439A1

DE1950439A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kapillarstruktur fuer Waermerohre

Info

Publication number: DE1950439A1
Application number: DE19691950439
Authority: DE
Inventors: Peter Batzies; Gregor Gammel
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1969-10-07
Filing date: 1969-10-07
Publication date: 1971-04-15
Also published as: FR2064177A7; FR2064177B3; NL7014563A; GB1313525A; CH555897A

Description

BROWN, BOVERI & CIE - AKTIENGESELLSCHAFT

MANNHEIM BROWN BOVERI

Mp.-Nr. 657/69 Mannheim, den 24. Sept. 1969

Pat/P/Bu.

"Verfahren zur Herstellung einer Kapillarstruktur für Wärmeröhre"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kapillarstruktur für Wärmerohre, die einen von außen wärmeaufnehmenden ersten Abschnitt, in dem Arbeitsflüssigkeit verdampft, und einen nach außen wärmeabgebenden zweiten Abschnitt aufweisen, in dem der Dampf kondensiert, wobei die beiden Abschnitte für die Arbeitsflüssigkeit zu einem geschlossenen Kreislauf vereinigt sind und die Kapillarstruktur, die in Form einer dünnen porösen Schicht auf die Innenwandung des Wärmerohres aufgebracht ist, als Leitmittel für den Rücklauf des Kondensats dient.

Die bisher bekannten Wärmerohre weisen verschiedene Kapillarstrukturen auf:

a) einen KapillarStruktureinsatz, der aus einem der Geometrie der Wärmerohre angepaßten, hohlen, einstückigen Grundkörper mit Kapillarrillen in der Außen- und Innenfläche besteht (OS 1 501 505);

b) Rillen auf der Innenseite der Rohrwandung und der Stirnflächen;

c) Metallnetze u.a.:

1. angedrückte Netze, Drahtgeflecht oder G-lasfritte (DAS 1 264 461);

2. mehrere Schichten eines Molybdännetzes (G. YaIe Eastman "The heat pipe", Scientific american, Mai 1968, υ. 38-46, insb. S. 46);

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3. filzartiger lickelfaserbelag (G-. Yale Eastman "The heat pipe", Scientific american, Mal 1968, S. 38-46, insb. S. 4-6);

d) poröse Kupferschicht, die auf die Innenwandung aufgebracht ist (G. Yale Eastman, "The heat pipe", Scientific american, Mai 1968, S. 38-46, insb. S. 46).

Die Möglichkeiten nach a) und b) begrenzen das herstellbare Kapillarvolumen und damit die förderbar-e Flüssigkeitsmenge. Gekreuzte Rillen sind insbesondere an der Heizfläche unzweckmäßig, weil an den Kreuzungspunkten diagonale Porenquerschnitte auftreten, die größer sind als die normalen Porenquerschnitte.

Bei der Verwendung von Netzen erfolgt die Wärmeleitung wegen des fehlenden metallischen Kontaktes zwischen Ne.tz und Wand bzw. zwischen mehreren Netzen durch die wesentlich schlechter leitende Flüssigkeit. Dadurch wird das Temperaturgefälle zwischen Anfang und Ende des Wärmerohres unzulässig vergrößert.

Den besten Wärmekontakt- zur Innenwandung und eine homogene Verteilung bietet eine poröse Metallschicht, die auf die Innenwand des Wärmeröhres aufgebracht ist.

Für das Aufbringen von Überzugsschichten eignen sich verschiedene, aus anderen Anwendungsbereichen bekannte Verfahren: Bedampfen, Elektrolyse, Kathodenzerstäubung, Flamm- _- spritzen, Spritzschweißen und das Aufwachsen aus der Gasphase (BBO-Nachrichten, Sept. 19'64, H. 9, S. 476). Das letztgenannte Verfahren, d.h. die thermische Zersetzung oder Reduktion von Metallhalogeniden in einer Wasserstoff-

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atmosphäre am erhitzten Werkstoff nach van Arkelde Boer (vgl. DAS 1 253 991) bezweckt die Herstellung einer gut haftenden, dichten, weitgehend einheitlich orientierten Metallschicht, z.B. Wolframüberzüge an Emitteroberflächen von thermionischen.. Wandlern (vgl. die genannte BBC-Veröfientlichung). Weiterhin, ist eine Anwendung dieses Verfahrens (im englischen Sprachgebrauch "vapor-plating") zur Herstellung eines nahtlosen, festen, stabilen Wolframrohres bekannt (DAS 1 251 617).

Die Aufgabe der Erfindung besteht jedoch darin, eine Kapillarstruktur für Wärmerohre in Form einer porösen Schicht herzustellen. Die Schicht soll gut an der Innenwa'ndung des Wärmerohres haften und einen günstigen Wärmeübergang bilden.

Nach der erfindungsgemäßen lösung entsteht die Kapillarstruktur als poröse schwammartige Schicht durch Niederschlag einer flüchtigen Verbindung des Überzugswerkstoffes aus der Gasphase und Zersetzung bzw. Reduktion mittels eines \ireiteren, in der Gasphase befindlichen Stoffes an der erhitzten Fläche der^ Trägerschicht, und die Porengrößenverteilung der Kapillarstruktur wird durch variable Arbeitsbedingungen beeinflußt. In vorteilhafter, verblüffend einfacher V/eise wird mit Hilfe eines Verfahrens, das ursprünglich extrem dichte, einheitlich orientierte Hetallschichten bezweckte, eine stabile, gut haftende, zusammenklebende, schwammig-poröse Kapillarstruktur in gut wärmeleitende Verbindung mit der Innenwandung des Wärmerohres gebracht. Der an sich bekannte Reduktionsvorgang an der erhitzten, überzuziehenden Oberfläche, der sich z.B. bei dem erwähnten "vapor-plating"-Verfahren zum Überzug von Emitterflächen mit Wolfram zwischen 600 und 1000 ⁰G abspielt, wird er-

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findungsgemäß "bei erhöhter Temperatur der erhitzten Oberfläche, verändertem Druck in der Vakuumapparatur, variablem Abstand der Düse von uer Metalloberfläche oder geänderter Relativgeschwindigkeit zwischen der zu beschichtenden Oberfläche und der Austrittsdüse der flüchtigen Verbindung o'der unter Änderung mehrerer Parameter gleichzeitig so beeinflußt, daß eine poröse bis bröckelige, zusammenklebende Schicht aufwächst, die zusätzlich durch eine.dichte, feste Schicht in einem weiteren Verfahrensschritt versiegelt werden kann.

Weiterhin lassen sich mehrere Metalle oder Verbindungen gleichzeitig oder nacheinander aus der Gasphase abscheiden., so daß beliebig zusammengesetzte Strukturen entstehen, die beispielsweise von der unteren zur oberen Schicht hin fallende oder steigende Porenradien aufweisen. Eine unterschiedliche Porenverteilung empfiehlt sich für verschiedene Betriebsbedingungen und das Startverhalten des Wärmerohres, wobei jeweils andere Porengrößen den Hauptante.il des Kondensatstromes übernehmen. ■ ■

Mit dem "vapor-plating"-Verfahren läßt sich auch die Heizfläche des Wärmerohres beschichten, so daß man hier durch Wahl des Schichtstoffes in Abhängigkeit von der Arbeitsflüssigkeif und dem erreichbaren guten Wärmeübergang von dem Material der Heizfläche zum Schichtstoff extrem gute Verdampfungseigensehaften einstellen kann.

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Claims

Τ95ίΗ39 - 5 - 657/69 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Kapillarstruktur für" Wärinerohre, die einen von außen wärme auf nehmenden ersten Abschnitt, in dem Arbeitsflüssigkeit verdampft, und einen nach außen wärmeabgebenden zweiten Abschnitt aufweisen, in dem der Dampf kondensiert, wobei die beiden Abschnitte für die Arbeitsflüssigkeit zu einem geschlossenen Kreislauf vereinigt sind und die Kapil- ·

. larstruktur, die in Form einer dünnen porösen Schicht auf die Innenwandung des Wärmerohres aufgebracht ist, als Leitmittel für den Rücklauf des Kondensats dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarstruktur als poröse, schwammartige Schicht durch Niederschlag einer flüchtigen Verbindung des tJberzugswerkstoff es aus der Gasphase und Zersetzung bzw. Reduktion mittels eines weiteren, in der Gasphase befindlichen Stoffes an der erhitzten Fläche der Trägerschicht entsteht und daß die Porengrößenverteilung der Kapillarstruktur durch variable Arbeitsbedingungen beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander verschiedene Schichten aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich gleichzeitig mindestens zwei Komponenten in geeignetem Verhältnis an der zu beschichtenden Oberfläche zersetzen und Verbindungen aufwachsen.

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4. Verfahren nach Anspruch 1,2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend eine dünne Schicht aufgebracht wird, durch die die poröse Schicht versiegelt iö I,.

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5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch·-gekennzeichnet, daß Ar "belts temper a tür und -druck, der Abstand einer Gasaustrittsdüse von der zu beschichtenden Oberfläche und die Relativgeschwindigkeit zwischen Oberfläche und Düse beeinflußbar sind. ■

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß· die flüchtigen Verbindungen Metallhalogenide sind und mittels Wasserstoff an der erhitzten Oberfläche reduziert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Metalldämpfe zur Reduktion der flüchtigen Verbindungen verwendet werden.

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