DE2112054A1 - Waermeroehre - Google Patents

Description

7172-71/H/Schä 2 1 1 2 O 5 A

EGA 62529
U.SoSeroNo. 36972
filed 13 May 1970

ROA Corporation, New York,N.Y. »V.St.A.

Wärmerohre·

Die Erfindung betrifft eine Wärmeröhre mit einem "biegsamen, rohrförmigen Mantel, der eine Docht anordnung enthält, die mit einem Wärmeträgermedium getränkt ist und zwei einander kreuzende Gruppen von Gitterelementen enthalte Wie bekannt, dienen solche Wärmeröhren als ausgezeichnete Wärmeleiter.

In der Zeitschrift "Proceedings of the Fourth Intersociety Energy Conservation Engineering Conference¹,¹ September 1969 findet sich unter der Überschrift "The Heat Pipe - A Progress Report" ein Artikel von CY. Eastman, der eine flexible Wärmeröhre beschreibt, in welcher ein abgedichteter Mantel mit einer hohlzylindrischen Balgkonstruktion eine Dochtanordnung enthält, die mit dner Wärmeträgerflüssigkeit getränkt ist_e Die Dochtanordnung kann aus einem porösen Maschengitter bestehen, das aus zwei orthogonal angeordneten Gruppen miteinander verflochtener Gitterdrähte gebildet und zu einem Zylinder gewickelt ist. Die Anordnung ist derart, daß die eine Gruppe der Gitterdrähte parallel zur Zylinderachse verläuft. Der Zylinder liegt innerhalb des abgedichteten Mantels koaxial zur flexiblen Achse der Wärmeröhre, d.h. zu ihrer Längsachse, quer zu welcher die Wärmeröhre gebogen werden kann.

In dieser Weise hergestellte Dochtanordnungen sind naturgemäß in der gewünschten Verbiegungsriohtung der Wärmeröhre sehr steif. Dies liegt daran, daß die parallel zur

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Längeachse des Maschenzylinders und somit der Wärmeröhre liegenden Drähte beim Verbiegen der Wärmeröhre kaum ihre Längen ändern können» Die Gesamtflexibilität der Wärmeröhre ist also schlecht. Das Verbiegen solcher Wärmeröhren kann ausserdem auch eine mechanische Beschädigung der Dochtanordnung» beispielsweise zerrissene Gitterdrähte zur Folge haben·

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu vermeiden»

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Wärmeröhre der eingangs angegebenen Art beide Gruppen von Gitterelementen quer zur Längsachse des rohrförmigen Mantels verlaufen«

Dadurch, daß die Gitterelemente der beiden Gruppen quer oder schräg nicht nur zueinander, sondern auch zur flexiblen Achse verlaufen, können sie an den Stellen der docht anordnung, an denen die Wärmeröhre verbogen wird, ohne weiteres ihre Nutzlängen ändern. Eine Wärmeröhre gemäß der Erfindung ist also flexibler als die bekannten Röhren. Auch die Gefahr einer mechanischen Beschädigung der Dochtanordnungen ist viel kleiner.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigenj

Figur 1 eine Längsansicht, teilweise im Axialschnitt, einer Wärmeröhre gemäß der Erfindung?

Figur 2 einen Schnitt durch die Wärmeröhre längs der Ebene 2-2 in-Fig. 1;

Figur 3 in vergrössertem Maßstab eine perspektivische Ansicht eines feiles der Docht anordnung der Wärmeröhre, und

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Pigur 4 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bilden der Dochtanordnung.

Die in Figur 1 und 2 dargestellte Wärmeröhre "besitzt einen Mantel 11, der aus einem langgestreckten zylindrischen Edelstahlbalg 13 besteht, welcher quer zu seiner Längsachse 14, d.h. in dieser Achse enthaltenden Ebenen biegsam ist» An jedem Ende ist der Balg 13 mit einem becherförmigen Endstück 15 aus Kupfer abgedichtet. Innerhalb des Mantels 11 angrenzend an dessen Innenwände ist eine zylindrische Dochtanordnung 17 angeordnet, die aus einem Drahtgitter aus Edelstahl besteht. Ferner enthält der Mantel 11 eine zum Sättigen oder Tränken der Dochtanordnung 17 ausreichende Menge eines Wärmeträgermediums· Bei diesem Medium handelt es sich um Azeton.

Die im einzelnen in Figur 3 dargestellte Dochtanordnung 17 weist eine Mehrzahl erster Gitterdrähte 19 auf, die orthogonal zu einer Mehrzahl von zweiten G-itterdrähten 21 liegen und mit diesen verflochten sind. Die Drähte 19 und 21 sind an ihren Kreuzungspunkten nicht zusammengeheftet, können also relativ zueinander gleiten. Die Dochtanordnung 17 ist so innerhalb eines Mantels 11 angeordnet, daß jeder der Drähte 19 und 21 mit der Längsachse 14 des Balges 13 einen Winkel von etwa 45 Grad bildet. Wenn also die Wärmeröhre längs der flexiblen Achse 14 verbogen wird, können sich die Drähte 19 und 21 relativ zueinander verschieben und dadurch ihre Nutzlängen in Richtung der Achse 14 in den Biegezonen der Dochtanordnung 17 ändern.

Pigur 4 erläutert ein Verfahren zum Bilden der Dochtanordnung 17. Die Ausgangsanordnung ist ein quadratisches Maschengitter mit einer Anzahl erster Edelstahldrähte 19'» die orthogonal zu einer Anzahl zweiter Edelstahldrähte 21' liegen und mit letzteren verflochten sind.

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Die Drähte 19' liegen parallel zu zwei parallelen Seiten des Quadrates, und parallel zu dessen beiden anderen parallelen Seiten liegen die Drähte 21'. Jede Seite des Quadrates hat die Länge "(a+b)/ 2", wobei ^Ma^M die Länge der Dochtanordnung 17 und "b" deren abgewickelte Breite bedeuten. "b^M ist also gleich "nlid", wenn "d" der effektive oder Mutzdurchmesser der Dochtanordnung 17 und "n" die Anzahl der Wicklungen des die Dochtanordnung bildenden Drahtgitters bedeuten. Aus dem quadratischen Maschengitter wird zuerst ein rechtwinkliges Maschengitter gebildet, das zwei parallele Seiten der Länge "a" und zwei parallele Seiten der Länge ^wb" hat. Zu diesem Zweck wird das quadratische Gitter in Diagonalschnitten mit Winkeln von 45 Grad zerschnitten* wie dies in Pig. 4 genauer gezeigt ist. Das rechteckige Maschengitter wird dann um seine Längsachse gerollt, so daß sich die zylindrische Dochtanordnung 17 ergibt. Die Gitterdrähte 19» und 21' des rechteckigen Gitters werden also zu den Drähten 19 bzw. 21 der Dochtanordnung.

Die Wäremröhre kann auf folgende Weise zusammengebaut werden. Die Dochtanordnung 17 wird in den offenen Balg 13 eingesetzt. Das eine Ende des Balges 13 wird an das offene Ende eines der Endstücke 15 angeschweißt. Entsprechend werden das andere Ende des Balges und das offene Ende des anderen Endstückes 15t in welchem sich ein (nichtdargestellter) Pumpstutzen befindet, zusammengeschweißt. Der Pumpstutzen ist über Ventile an irgendein geeignetes Takuumpumpsystem sowie an eine Azetonquelle angeschlossen;(ebenfalls nicht dargestellt). Die zusammengebaute Wärmeröhre wird evakuiert und dann mit dem Arbeitsmedium, also mit Azeton gefüllt. Durch Abklemmen des Pumpstutzens wird die fertige Wärmeröhre abgedichtet.

Eine gemäß obiger Beschreibung konstruierte Wärmeröhre war in der Lage, 20 Watt bei 4O⁰C über eine Strecke von

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46 cm zu leiten. Bei dieser Ausführungsform hatte die Dochtanordnung einen Nutzdurchmesser von etwa 1,3 cm und "besaß zwei Wicklungen aus einem Maschengitter aus Edelstahldraht der Grosse 120x120. Die Biegsamkeit der Wärmeröhre längs ihrer Längsachse war grosser als "bei bekannten Röhren, und sie arbeitete in einer räumlichen Umgebung langer als 100 Stunden zufriedenstellend.

Die Erfindung kann in verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden. Der Balg muß nicht zylindrisch sein, sondern beispielsweise kann er auch einen praktisch quadratischen,_; rechteckigen oder ovalen Querschnitt haben. Der Querschnitt I kann über die Länge des Rohres auch ungleichmäßig sein. _: Wenn Azeton als Wäremträgermedium verwendet wird, kann der Balg aus Kupfer, einer Kupferlegierung oder einer Eisenlegierung statt aus Edelstahl bestehen. Verwendet man ein anderes Wärmeträgermedium, wie z.B. Wasser, kann der Balg auch aus , irgendeinem anderen Werkstoff bestehen, der durch eine solche Flüssigkeit nicht angegriffen wird.

Auch die Dochtanordnung muß nicht zylindrisch sein. Statt an die Innenwände des Wärmeröhrenmantels anzugrenzen, kann sie auch einen Abstand hiervon aufweisen. Je nach dem verwendeten Wärmeträgermedium kann die Dochtanordnung statt λ aus Stahl auch aus Kupfer, einer Kupferlegierung, einer Eisenlegierung oder einem anderen Werkstoff bestehen. Statt um Drähte kann es sich bei den die Dochtanordnung bildenden Gitterelementen auch um Streifen aus geeignetem Material handeln. Die Abmessungen und Abstände der Gitterelemente j müssen nicht konstant bleiben, sondern können auch variieren. Die Anzahl der ersten Gitterelemente kann von derjenigen

der zweiten Elemente abweichen, statt mit dieser übereinzustimmen.

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Die beiden Gruppen von Gitterelementen müssen nicht unbedingt orthogonal (90°) zueinander liegen. Sie können ganz allgemein quer zueinander liegen. Versuche haben aber ergeben» daß sich die Flexibilität der Wärmeröhre einem Maximum nähert, wenn der Winkel zwischen den beiden Gruppen von Gitterelementen im Bereich von etwa 30° (90°-60°) bis etwa 150° (90°+60°) liegt. Die Dochtanordnung muß auch nicht so angeordnet werden, daß die Gitterelemente jeweils einen Winkel von 45° mit der Längsachse des Balges bilden. Erforderlich ist nur, daß jedes Gitterelement quer zur flexiblen Achse verläuft.

Statt miteinander verflochten zu sein, können die Gitterelemente auch anders verbunden, beispielsweise verkettet sein, wobei sie relativ zueinander gleiten können. Es ist aber nicht einmal unbedingt notwendig, daß die Gitterelemente in Bezug aufeinander verschiebbar sind. Wenn sie nicht zu steif sind, können sie an ihren Kreuzungspunkten zusammengeheftet werden (beispielsweise durch Punktschweissen). Die Querlage der beiden Gruppen von Gitterelementen relativ zueinander und relativ zur flexiblen Achse macht es möglich, daß die zusammengehefteten Gitterelemente ihre axialen Nutzlängen in den Biegebereichen der Dochtanordnung ändern können. Beispielsweise kann ein durch vier aneinander befestigte Gitter drahte gebildetes quadratisches Eappilarloch so gestrickt oder zusammengedrückt werden, daß eine diamantförmige Öffnung entsteht, wenn man die Dochtanordnung entsprechend biegt.

Die Doohtanordnung kann zwar durch die Balgwände geführt werden, wird aber nicht von ihnen wie etwa eine Schicht getragen. Diese selbsttragende Anordnung ist notwendig, damit sich die Gitterelemente frei an ihre Nutzlängen anpassen können, wenn die Wärmeröhre gebogen wird. Die Dochtanordnung kann jedoch an einem oder beiden Endstücken befestigt werden« Je nach ihrer gewünschten Wärmeleitfähigkeit und anderen Er-

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fordernissen können die Endstücke anders als "becherförmig sein und aus einem anderen Material als Kupfer feestehen.

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Claims (5)

1. -8-Patentansprüche»

   ITärmeröhre mit einem biegsamen, rohrförmigen Mantel, der eine Dochtanordnung enthält, die mit einem Wärmeträgermedium getränkt ist und zwei einander kreuzende Gruppen von Gitterelementen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gruppen (19»21) quer zur Längsachse (14) des rohrförmigen Mantels (13) verlaufen.
2. 2. Wärmeröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelemente (19) der ersten Gruppe relativ zu denjenigen (21) der zweiten Gruppe gleiten können_β
3. 3· Wärmeröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelemente (19) der ersten Gruppe an denjenigen (21) der zweiten Gruppe an ihren Kreuzungspunkten befestigt und dazwischen verbiegbar sind.
4. 4. Wärmeröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelemente (19,21) beide Gruppen verflochten,sind.
5. 5. Wärmeröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen von Gitterelementen (19*21) miteinander einen Winkel bilden, der zwischen 30° und 150° beträgt.

   6» Wärmeröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Gitterelementen mit der Längsachse (14) des rohrförmigen Mantels (11) im wesentlichen einen Winkel von 45° bildet.

   7· Wärmeröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede

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   Gruppe von Gritterelementen durch Drähte (19₉21) konstanter Abmessung gebildet wird, die im wesentlichen gleiche Abstände haben.

   8c, Wärmeröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Docht (17)ι der aus gewickeltem, diagonal geschnittenem Drahtgitter geformt ist.

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