DE2124677B2

DE2124677B2 -

Info

Publication number: DE2124677B2
Application number: DE2124677A
Authority: DE
Inventors: Robert Alfred Lancaster Pa. Freggens (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1970-05-18
Filing date: 1971-05-18
Publication date: 1974-05-22
Also published as: US3672020A; JPS466883A; DE2124677A1; DE2124677C3; BE767288A; FR2090114B1; GB1342923A; FR2090114A1; CA939988A; CH538660A

Description

Oberflächen der Kapillarstruktur 23 mit einer Schicht 27 versehen werden. Diese Schichten können vorzugsweise aus Nickel sein. Das Rohr 13, die Endkappen 15 und 17 und die Kapillarstruktur 23 werden dann auf einer niedrigeren Temperatur, z.B. etwa 800° C, erneut erhitzt, um Verunreinigungen zu entfernen, die auf bzw. in die »reinen« Edelstahloberflächen gelangten oder beim Plattierungsprozeß mit dem Nickel niedergeschlagen worden sind.

Nach diesen Verfahrensschritten wird die Kapillar- »o struktur 23 in das Edelstahlrohr 13 eingesetzt und die Endkappe 15 wird durch Elektronenstrahlschweißung am einen Ende des Rohres 13 befestigt. Anschließend wird unter einer inerten Argonatmosphäre metallisches Quecksilber als Arbeitsfluid in das einseitig verschlossene Edelstahlrohr 13 eingefüllt. Das andere, noch offene Ende des Edeistahlroftres 13 wird dann durch Elektronenstrahlschweißung mit der Endkappe 17 verbunden, deren Pumpstutzen 19 an ein nicht dargestelltes Vakuumsystem angeschlossen wird. Man beachte, daß die Schichten 25 und 27 während dieses Verfahrensschrittes in dem das Arbeitsfluid bildenden metallischen Quecksilber nicht löslich sind. Die montierte Wärmeröhre wird dann bei einer auf z. B. etwa 400° C erhöhten Temperatur evakuiert, um das System weiter zu reinigen. Da der Betriebstemperaturbereich der beschriebenen Wärmeröhre zwischen etwa 250° C und etwa 450° C liegt, löst sich während der Evakuierung etwas Material, wie Nickel, von den Schichten 25 und 27 im Quecksilber. Bei diesem Verfahrensschritt wird das Quecksilber durch Erhitzen des Pumpstutzens auf etwa 800° C im Kolben 11 gehalten. Nach dem Abkühlen wird der Pumpstutzen 19 abgequetscht und der Kolben 11 dadurch vakuumdicht verschlossen.

Nach dem vakuumdichten Verschließen kann die Wärmeröhre in Betrieb genommen werden, indem eines ihrer beiden Enden auf eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 250 und etwa 450° C erhitzt wird. Normalerweise wird der Bereich des Edelstahlrohres 13, der sich an die Endkappe 15 anschließt, als Wärmeeingang oder Verdampf erbereich der Wärmerohre verwendet, während der Bereich des Edelstahlrohres 13, der sich bei der Endkappe 17 mit dem Pumpstutzen 19 befindet, normalerweise als Wärmeausgang oder Kondensierbereich der Wärmeröhre dient. Im Verdampferbereich der Wärmeröhre wird die zugeführte Wärme durch das als Arbeitsfluid und Wärmeträger dienende metallische Quecksilber aufgenommen, das dabei aus der Kapillarsturktur 23 verdampft. Der Dampf tritt in den freien Raum in der Wärmeröhre ein und strömt zum kühleren Kondensierbereich der Wärmeröhre. Im Kondensierbereich kondensiert der Dampf, und das dabei entstehende Kondensat wird durch die Kapillarstruktur 23 absorbiert. Die Kapillarstruktur 23 »pumpt« das Kondensat dann zurück zum Verdampferbereich, so daß der Zyklus erneut beginnen kann.

Um einen effektiven Betrieb der Wärmeröhre zu gewährleisten, muß die Pump- oder Transportfähigkeit der Kapillarstruktur 23 so groß wie möglich sein. Dies heißt, daß der den Transport bewirkende kapillare Druck möglichst hoch sein muß. Der kapillare Druck hängt seinerseits aber von dem Grade der Benetzung der Kapillarstruktur 23 durch das als Arbeitsfluid dienende metallische Quecksilber ab. Zu Beginn des Betriebes der oben beschriebenen Wärmeröhre ist der kapillare Druck verhältnismäßig niedrig, da die nickelplattierte Kapillarstruktur vom Arbeitsfluid nicht vollständig benetzt wird. Wie erwähnt, waren die Nickelschichten 25 und 27 bei der Evakuierung nur teilweise vom Quecksilber aufgelöst worden. Im Betrieb der Wärmeröhre löst sich jedoch immer mehr Material von den Schichten 25 und 27 im Quecksilber, und die Benetzung der Kapillarstruktur 23 durch das Arbeitsfluid wird besser, wodurch wiederum der kapillare Pumpdruck zunimmt. Wenn das ganze Nickel der Schichten 25 und 27 vom Arbeitsfluid aufgelöst worden ist, ist auch die Benetzung der »reinen« Edelstahloberflächen der Kapillarstruktur 23 durch das metallische Quecksilber mit dem in ihm gelösten Nickel optimal.

Die Schichten 25 und 27 sind vorzugsweise so dick, d.h. die Menge des Schichtmaterials ist vorzugsweise so groß, daß das aus metallischem Quecksilber bestehende Arbeitsfluid mit gelöstem Nickel gesättigt wird. Wenn die Menge des Schichtmaterials zur Sättigung des Arbeitsfluids nicht ausreicht, kann letzteres die im Inneren des Kolbens 11 liegenden Edelstahloberflächen und die Kapillarstruktur 23 angreifen, wodurch die Lebensdauer der Wärmeröhre herabgesetzt wird. Wenn mehr Schichtmaterial vorhanden ist als für eine Sättigung des Arbeitsfluids erforderlich ist, kann ein Teil der Nickelschicht auf der Kapillarstruktur 23 zurückbleiben und dadurch den kapillaren Druck in der Wärmeröhre begrenzen.

Die Schutzschichten können auch aus anderen Materialien als Nickel bestehen, z. B. aus Eisen, und auch durch andere Verfahren als Plattierung auf den benetzbaren Oberflächen niedergeschlagen werden.

Auch bezüglich der Reinigungs- und Evakuierungsverfahren sind Abwandlungen gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich. Das anfängliche Erhitzen des Kolbens und der Teile der Kapillarstruktur können z. B. bei 1000° C oder darüber im Hochvakuum durchgeführt werden. Das erneute Erhitzen der überzogenen Teile kann entfallen, wenn es sich als überflüssig erweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 der Erfindung gekennzeichnet ist durch einen Werk-Patentansprüche: stoff, der vor der ersten Erhitzung der Wärmeröhre auf Betriebstemperatur eine Schutzschicht auf der

1. Kapillar-Wärmeröhre mit einem Arbeits- Oberfläche bildet und bei der Betriebstemperatur im fluid, das bei Betriebstemperatur eine innere 5 Arbeitsfluid vollständig gelöst ist.

Oberfläche, die weitgehend frei von Verunreini- Die vorliegende Kapillar-Wärmeröhre kann vom

gungen ist, gut benetzt, gekennzeichnet Hersteller an den Benutzer in einem Zustand geliedurch einen Werkstoff, der vor der ersten Er- fert werden, bei dem die Schutzschicht noch nicht hitzung der Wärmeröhre auf Betriebstemperatur oder jedenfalls noch nicht vollständig im Arbeitsfluid eine Schutzschicht (25) auf der Oberfläche (21) io gelöst ist. Die vollständige Lösung der Schutzschicht bildet und bei der Betriebstemperatur im Arbeits- tritt dann erst bei der Inbetriebnahme der Wärmefluid vollständig gelöst ist. röhre ein.

2. Kapillar-Wärmeröhre nach Anspruch 1, da- Durch das Überziehen der inneren Oberfläche durch gekennzeichnet, daß der Schutzschicht- wird diese gegen Verunreinigungen, insbesondere geWerkstoff in einer solchen Menge vorhanden ist, 15 gen Oxidation, geschützt. Da sich der die Schutzdaß er im gelösten Zustand das Arbeitsfluid sät- schicht bildende Werkstoff im Arbeitsfluid löst, kann tigt. die Schutzschicht nach dem endgültigen Verschließen

3. Kapillar-Wärmeröhre nach Anspruch 1 der Wärmeröhre entfernt werden. Durch den im Aroder2, bei der die innere Oberfläche aus einem beitsfluid gelösten Schutzschicht-Werkstoff kann Eisenmetall und das Arbeitsfluid aus Quecksilber so auch die Gefahr einer Erosion des Kolbens durch das bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß Her Arbeitsfluid weitestgehend vermieden werden. Die Schutzschicht-Werkstoff Nickel oderj3isenjs,t. Wärmeröhren gemäß der Erfindung haben daher

4. Verfahren zum Herstellen der"Wärmeröhre eine längere Lebensdauer und einen höheren Wirnach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeich- kungsgrad als die bekannten Wärmeröhren.

net, daß auf die verunreinigungsfreie innere 25 Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer Oberfläche eine Schutzschicht aus dem Werkstoff Wärmeröhre gemäß der Erfindung ist dadurch geaufgebracht wird, der sich bei Betriebstemperatur kennzeichnet, daß auf die verunreinigungsfreie innere im Arbeitsfluid löst, und daß die zusammenge- Oberfläche eine Schutzschicht aus dem Werkstoff baute Wärmeröhre während des Evakuierens auf aufgebracht wird, der sich bei Betriebstemperatur im einer erhöhten Temperatur gehalten wird, bei der 30 Arheiisfluid löst, und daß die zusammengebaute sich etwas von dem Schutzschicht-Werkstoff im Wärmeröhre "während des Evakuierens auf einer er-Arbeitsfluid löst. höhten Temperatur gehalten wird, bei der sich etwas

von dem Schutzschicht-Werkstoff im Arbeitsfluid löst.

35 Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der

Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kapillar- F i g. 1 einen Längsschnitt einer Wärmeröhre ge-

Wärmeröhre mit einem Arbeitsfluid, das bei Be- maß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
triebstemperatur eine innere Oberfläche, die weitge- 40 F i g. 2 einen gegenüber F i g. 1 vergrößerten Querhend frei von Verunreinigungen ist, gut benetzt. schnitt eines Teiles des Endes der dargestellten Wär-

Aus der Zeitschrift »Chemie-Ingenieur-Technik«, meröhre.

1967, Heftl, S.21 bis 24, ist eine Wärmeröhre be- Die in Fig. 1 beispielsweise dargestellte Wärme-

kannt, deren Wandung bei der Herstellung mehrere röhre hat einen Kolben 11, der ein längliches, dünn-Stunden im Hochvakuum geglüht wird, um auf diese 45 wandiges Rohr 13 aus nichtrostendem Edelstahl ent-Weise Verunreinigungen zu entfernen, welche in den hält. Das Edelstahlrohr 13 ist am einen Ende mit Poren bzw. Unebenheiten der inneren Oberfläche der einer Endkappe 15 aus nichtrostendem Edelstahl und Wandung haften. Auf diese Weise können jedoch im am anderen Ende mit einer aus nichtrostendem Edelwesentlichen nur gasförmige oder vakuumverdamp- stahl bestehenden Endkappe 17, die einen Pumpstutfende Verunreinigungen von der Wand entfernt wer- 50 zen 19 aufweist, dicht verbunden. Im Kolben 11 ist den, nicht jedoch eine Oxidhaut, wie sie normaler- bei seiner Innenwand 21 eine zylindrische Drahtnetzweise auf der inneren Oberfläche vorhanden ist. Eine oder Kapillarstruktur 23 aus nichtrostendem Edelsolche Oxidhaut läßt sich auch praktisch nicht durch stahl angeordnet. Der Kolben 11 enthält ferner mechemische Vorbehandlung beseitigen, da sie sich vor tallisches Quecksilber als Arbeitsfluid, das sich in dem endgültigen Verschließen der Wärmeröhre ge- 55 Berührung mit der Kapillarstruktur 23 befindet und genüber der Atmosphäre erneut bildet. Solche Oxid- diese sättigt.

häute beeinträchtigen jedoch die einwandfreie Benet- Vor der Montage der Wärmeröhre werden das

zung der Innenwand durch das Arbeitsfluid und da- Rohr 13 und die Endkappen 15 und 17 sowie die mit das Betriebsverhalten der Wärmeröhre. Kapillarstruktur 23 chemisch gereinigt und in einer

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- 60 reduzierenden Atmosphäre auf etwa 900° C erhitzt, gründe, eine Kapillar-Wärmeröhre sowie ein Verfah- um Verunreinigungen, insbesondere Oxide und okren zu ihrer Herstellung anzugeben, durch welche ein kludierte Gase von ihren Oberflächen zu entfernen, vollständig reiner, eine optimale Benetzung sicher- Die auf diese Weise gereinigten Edelstahloberflästellender Zustand der inneren Oberfläche der War- chen, die in das Innere der Wärmeröhre zu liegen meröhre für die Betriebszeit oder jedenfalls für einen 65 kommen sollen, werden dann mit Nickel plattiert, großen Teil derselben gewährleistet wird. um auf ihnen dünne Schutzschichten zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch eine Kapillar-Wärme- Wie F i g. 2 zeigt, wird auf allen Innenwänden des

röhre der eingangs genannten Art gelöst, die gemäß Kolbens 11 eine Schicht 25 erzeugt, während die