DE2137227B2 - Kapillar-Wärmerohr - Google Patents
Kapillar-WärmerohrInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kapillar-Wärmerohr mit
mindestens einer Verdampfungszone und mindestens einer sich wenigstens im wesentlichen quer zur Wärmetransportrichtung
erstreckenden und eine Rohrbehälterendfläche bildenden Kondensationszone.
Ein solches Wärmerohr ist aus der US-PS 3 489 203 bekannt.
Normalerweise ist das Wärmerohr evakuiert, damit der Verdampfungs-Kondensationsprozeß gut durchgeführt
werden kann.
Unter Umständen kann es jedoch passieren, daß gasförmige Verunreinigungen durch die Wand des
Wärmerohres hindurch in seinen Rohrbehälterraum diffundieren oder im Betrieb des Wärmerohres aus
der Wand bzw. Kapillarstruktur frei werden. Diese gasförmigen Verunreinigungen werden beim Einschalten
bzw. im Betrieb des Wärmerohres in die Wärmetransportrichtung von der Verdampfungs- zur
Kondensationszone getrieben. Bei der sich quer zur Wärmetransportrichtung erstreckenden und eine
Rohrbehälterendfläche bildenden Kondensationszone braucht dann nur eine verhältnismäßig geringe
Gasmenge angesammelt zu werden, um die ganze Oberfläche dieser Zone zu bedecken. Namentlich bei
verhältnismäßig langen Wärmerohren mit großen Oberflächen der Wände in der Längsrichtung und mit
kleinen Oberflächen der Kondensationswand in der Querrichtung hat sich schon bald eine Gasschicht an
der Kondensationswand gebildet. Kondensation von dampfförmigem Wärmetransportmittel an der Kondensationswand
ist dann nicht langer möglich, so daß auch keine Wärme mehr durch diese Wand hindurch
dem Wärmerohr entnommen werden kann und das Wärmerohr daher nicht länger brauchbar ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, eine Lösung des obengenannten Problems zu schaffen.
Dazu ist das erfindungsgemäße Kapillar-Wärmerohr gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden
Merkmale, nämlich: In an sich bekannter Weise ist in unmittelbarer Nähe der Kondensations-H)
zone an diese ein Speicherbehälter für gasförmige Verunreingigungen, stets offen, angeschlossen; auch
der Speicherbehälter weist eine Kapillarschicht auf, so daß durch diese Schicht flüssiges Füllmittel, das in
den Speicherbehälter geraten ist, zum Rohrbehälter-Ii
raum zurückgeleitet wird.
Auf diese Weise ist erreicht, daß die gasförmigen Verunreinigungen nicht länger eine Hemmung für die
Kondensation des dampfförmigen Wärmetransportmittels an der Wand der Kondensationszone bilden,
während unter allen Umständen gewährleistet ist, daß flüssiges Wärmetransportmittel, das entweder durch
Schwerkraftwirkung oder durch Kondensation im Speicherbehälter in diesen letzteren Behälter geraten
ist, wieder in den Rohrbehälterraum des Wärmerohres zurückgeführt wird, um dort aufs neue am Verdampfungs-Kondensationsprozeß
teilzunehmen.
Aus »Mechanical Engineering« November 1968, Seiten 48 bis 53 »Applications of the heatpipe«,
Fig. 10 ist an sich ein Wärmerohr bekannt, bei dem an die an der Kondensationsseite liegende Endfläche
des Wärmerohres ein Gasbehälter angeschlossen ist, in dem sich ein Regelgas befindet. Es handelt sich dabei
um die Regelung der wärmedurchlässigen Oberfläche einer Kondensationswand, die sich nicht in der
Querrichtung, sondern in der axialen Richtung, d. h., der Wärmetransportrichtung erstreckt.
Bei einer günstigen Ausführungsform des erfindurgsgemäßen
Wärmerohres ist an den Speicherbehälter ein Ablauf für gasförmige Verunreinigungen
angeschlossen. Dies ist vorteilhaft iu denjenigen Fällen, wo die Gefahr besteht, daß die Menge gasförmiger
Verunreinigungen im Speicherbehälter in einem bestimmten Augenblick die Speicherkapazität dieses
Speicherbehälters überschreitet.
Die gasförmigen Verunreinigungen lassen sich nun leicht aus dem Speicherbehälter entfernen, ohne daß
das Wärmerohr selbst geöffnet zu werden braucht mit allen damit einhergehenden Schwierigkeiten (Absaugen
des Wärmetransportmitteldampfes zusammen mit den gasförmigen Verunreinigungen).
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Speicherbehälter durch einen wenigstens
im wesentlichen im Wärmerohr angeordneten und auf beiden Enden offenen rohrförmigen Körper
gebildet, wobei das als Ablauf wirksame Ende durch eine Wärmerohrwand hindurch hinausgeführt und
dort mit einem Absperrelement versehen ist.
Außer einer verhältnismäßig einfachen Konstruktion gibt es hierbei zugleich die Vorteile eines gedrängten
Wärmerohrs und einer leichten Zugänglichkeit der Kondensationswand, was insbesondere beim
Einbauen eine wichtige Rolle spielt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 und 2 Kapillar-Wärmerohre, bei denen der Speicherbehälter außerhalb des Behälters angeordnet
ist,
Fig. 3 ein Kapillar-Wärmerohr, bei dem der Speicherbehälter einen Teil des Behälters umgibt und mit
einem Ablauf für gasförmige Verunreinigungen vergehen ist, und
Fig. 4, 5 und 6 Kapillar-Wärmerohre, bei denen der Speicherbehälter innerhalb des Behälters angeordnet
ist, örtlich durch eine Behälterwand hinausgeführt und dort mit einem Hahn versehen ist. Das
Kapillar-Wärmerohr nach Fig. 6 hat dabei zwei Kondensationszonen.
Ein Wärmerohr 1 hat einen Rohrbehälterraum 2 (Fig. 1). Das Wärmerohr 1 weist eine Verdampfungszone
3 und eine Kondensationszone 4 auf. In der unmittelbaren Nähe der Kondensationszone 4
schließt sich an den Rohrbehälterraum 2 ein Speicherbehälter S an, der mit dem Rohrbehälterraum 2
in offener Verbindung steht. Die Innenwand des Wärmerohres 1 sowie die des Speicherbehälters 5 ist mit
einer Kapillarschicht 6 verkleidet. Das Wärmerohr 1 ist teilweise mit einem Wärmetransportmittel, beispielsweise
Natrium, gefüllt und ist zum übrigen, ebenso wie der Speicherbehälter 5, möglichst gut evakuiert.
Das Füllen mit Wärmetransportmittel und das Evakuieren erfolgt über eine Leitung 7, in die eine
Absperrvorrichtung 8 eingesetzt ist.
Die Wirkungsweise der Wärmetransportvorrichtung ist wie folgt:
Im Betrieb nimmt flüssiges Natrium durch die Wand der Verdampfungszone 3 hndurch Wärme aus
einer Wärmequelle auf, wodurch das Natrium verdampft. Der Dampf strömt durch den Rohrbehälterraum
2 zur Kondensationszone 4, und zwar infolge des niedrigeren Dampfdrucks an dieser Stelle wegen der
etwas geringeren Temperatur und kondensiert an der Wand der Kondensationszone 4 unter Abgabe der in
der Verdampfungszone 3 aufgenommenen Verdampfungswärme. Das Kondensat strömt durch die im
Rohrbehälterraum 1 befindliche Kapillarschicht 6 unter Anwendung der Oberflächenspannung des
Kondensates zur Verdampfungszone 3 zurück, um dort aufs neue verdampft zu werden. Der Rücktransport
des Kondensates erfolgt ungeachtet der Lage des Wärmerohres, also sogar entgegen der Schwerkraft
oder ohne Schwerkraftwirkung. Etwaiges in den Speicherbehälter 5 geratenes Kondensat bzw. darin kondensiertes
Natrium strömt ebenfalls wieder zur Verdampfungszone 3 zurück, da die Innenwand des
Speicherbehälters 5 ebenfalls mit einer Kapillarschicht 6 bedeckt ist, die sich an die Kapillarschicht 6
innerhalb des Wärmerohres anschließt.
Durch die Wände des Wärmerohres 1 hindurch nach außen diffundierte bzw. im Betrieb aus diesen
Wänden oder aus der Kapillarschicht 6 im Wärmerohr 1 freigewordene gasförmige Verunreingiungen
strömen ebenfalls unter dem Einfluß des Druckunterschiedes zwischen der Verdampfungszone und der
Kondensationszone zusammen mit dem Natriumdampf in Richtung der Kondensationszone 4. An der
Kondensationszone 4 werden diese gasförmigen Verunreinigungen in den Speicherbehälter 5 getrieben
und bleiben dort angesammelt. Die gasförmigen Verunreinigungen können auf diese Weise nicht die Kondensationszone
4 bedecken und die Kondensation von Natriumdampf an ihrer Wand hemmen. Die ganze
Oberfläche der Kondensationszone 4 ist dadurch zur Kondensation verfügbar, so daß die ganze über die
Verdampfungszone 3 zugeführte Wärme der Kondensationszone 4 wieder entnommen werden kann.
Das Wärmerohr nach Fig. 2 ist demjenigen nach Fig. 1 fast identisch. Nur der Speicherbehälter 5 ist
etwas anders ausgebildet. Die Wirkungsweise dieses Wärmerohres, ebenso wie diejenige des Wärrnerohres
nach den Fig. 2 bis 5, ist dieselbe wie die Wirkungsweise ι lach Fig. 1.
Bei den Wärmerohren nach Fig. 1 und 2 können die gasförmigen Verunreinigungen, die im Speicherbehälter
5 angesammelt sind, nur über die Leitung 7 entfernt werden, welche Leitung zum Füllen mit Wärmetransportmittel
und zum Evakuieren des Wärmerohres 1 verwendet wird. Ein Entfernen der gasförmigen
Verunreinigungen ist selbstverständlich notwendig, wenn der Speicherbehälter 5 überfüllt zu geraten
droht. Dieses Entfernen über die Leitung 7 ist jedoch nicht immer zweckdienlich. Einerseits kann es durch
Pumpverluste wegen Strömungswiderständen schwierig sein, den Speicherbehälter 5 völlig zu evakuieren,
andererseits besteht die Gefahr, daß der Wärmetransportmitteldampf unnötig mitgesaugt wird. Dieser
Nachteil ist bei dem Wärmerohr nach Fig. 3 nicht vorhanden, wobei an den Speicherbehälter 5 ein Ablauf
9 für gasförmige Verunreinigungen angeschlossen ist, der mittels eines Absperrelementes 10 geöffnet
werden kann. Der Speicherbehälter 5 ist derart ausgebildet, daß er einen Teil des Wärmerohres 1 vollständig
umgibt.
In Fig. 4 ist ein Wärmerohr dargestellt, bei dem der Speicherbehälter 5 aus einem im Wärmerohr 1
3» angeordneten und auf beiden Seiten offenen gebogenen hohlen Rohr besteht. Das eine offene Ende liegt
in der unmittelbaren Nähe der Kondensationszone 4 deren Wand gegenüber, wogegen das andere Ende
durch eine Wand des Wärmerohres herausgeführt ist
j5 und als Ablauf 9 mit dem Absperrelement 10 wirksam
ist. Das Rozhr des Speicherbehälters 5 ist an der Innenseite mit einer Kapillarschicht 6 verkleidet, die
örtlich mit der auf der Kondensationszone 4 befindlichen Kapillarschicht 6 verbunden ist, so daß flüssiges
Natrium durch Kapillarwirkung aus dem Raum innerhalb des Rohres des Speicherbehälters 5 zur Kapillarschicht
6 auf den Wänden des Wärmerohres 1 über diese Kapillarschicht 6 zur Verdampfungszone 3 zurückströmen.
4r) Fig. 5 zeigt ein Wärmerohr, das in großen Zügen
dem nach Fig. 4 entspricht. Der Speicherbehälter 5 ist hier ein gerades Rohr, das durch die der Kondensationszone
4 gegenüberliegende Wand des Wärmerohres 1 hinausgeführt ist. Dies ist hier leicht, weil im
Gegensatz zu Fig. 4, die Wand der Verdampfungszone 3 sich im vorliegenden Fall parallel zur Wärmetransportrichtung,
d. h. der axialen Richtung, erstreckt. Das Rohr des Speicherbehälters 5 ist dabei
auch an seiner Außenseite mit einer Kapillarschicht verkleidet, welche sich an die Kapillarschicht 6 auf
den Wänden des Wärmerohres 1 anschließt. Das Wärmerohr nach Fig. 6 hat auf beiden Seiten eine
Wand als Kondensationszone 4. Der Speicherbehälter 5 besteht auch hier aus einem geraden Rohr, das
innerhalb des Wärmerohres 1 angeordnet ist. Jedes seiner beiden offenen Rohrenden liegt nur einer Wand
einer Kondensationszone 4 gegenüber und in der unmittelbaren Nähe derselben. An das Rohr des Speicherbchälters
5 schließt sich der durch eine des Wärmerohres 1 hinausgeführte Ablauf 9 an, in den das
Absperrelement 10 eingesetzt ist.
Die Wirkungsweise dieses Wärmerohres weicht insofern ab, als im vorliegenden Fall Wärme durch die
in der Mitte liegende Verdampfungszone 3 hindurch dem Natrium im Wärmerohr 1 zugeführt wird, wodurch
dieses verdampft und wobei nun Natriumdampf sowohl nach links als auch nach rechts zu den beiden
Verdampfungszonen 4 strömt, und zwar infolge des niedrigeren Dampfdruckes wegen der bei diesen Zonen
herrschenden etwas niedrigeren Temperaturen. An den beiden Kondensationszonen 4 kondensiert
der Natriumdampf unter Abgabe der Verdampfungswiirmc. wonach die beiden Kondensate durch die Kapillarschicht
6 an den Wänden des Würmcrohrcs 1 zurückströmen zur Verdampfungszone 3. Hei den
beiden Wänden der Kondensationszonen 4 werden gasförmige Verunreinigungen in den rohrförmigen
Speicherbehälter 5 getrieben und dort gespeichert. welche Verunreinigungen zu gelegener Zeit über de
Ablauf 9 entfernt werden können. Auch hier sind d Innen- sowie Außenwände des Speicherbehälters
mit einer Kapillarschicht 6 verkleidet, die sich an d Kapillarschicht 6 auf den Wänden des Wärmerohres
anschließt, so daß unter allen Umständen wieder ge währlcistct ist, daß kein Kondensat im Speicherbehä
ter 5 zurückbleibt.
Mit dieser Konstruktion ist erreicht, daß die beide Kondensationszonen 4 nicht durch Gasschieber
welche die Kondensation des Wärmetransportmitte dampfes an diesen Wänden verhindern, bedeckt sine
wodurch das Entnehmen der Wärme an den genant ten Wänden der Kondensationszonen nicht länge
möglich wäre.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Kapillar-Wärmerohr mit mindestens einer Verdampfungszone und mindestens einer sich wenigstens
im wesentlichen quer zur Wärmetransportrichtung erstreckenden und eine Rohrbehälterendfläche
bildenden Kondensationszone, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:
a) In an sich bekannter Weise ist in unmittelbarer Nähe der Kondensationszone (4) an diese
ein Speicherbehälter (5) für gasförmige Verunreinigungen, stets offen, angeschlossen;
b) auch der Speicherbehälter (5) weist eine Kapillarschicht (6) auf, so daß durch diese
Schicht flüssiges Füllmittel, das in den Speicherbehälter geraten ist, zum Rohrbehäkerraum
(2) zurückgeleitet wird.
2. Kapillar-Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Speicherbehälter
(5) ein Ablauf (7, 9) für gasförmige Verunreinigungen anschließt.
3. Kapillar-Wärmerohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter
(5) durch einen, wenigstens im wesentlichen im Wärmerohr (1) angeordneten und auf beiden Enden
offenen, rohrförmigen Körper gebildet ist, wobei das als Ablauf wirksame Ende durch eine
Wärmerohrwand hindurch hinausgeführt und dort mit einem Absperrelement (10) versehen ist
(Fig. 6).
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