DE2252994A1 - Waermerohr - Google Patents

Description

Wärmerohr

Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr, dessen Innenwand eine im wesentlichen der azimutalen Flüssigkeitsverteilung dienende Kapillarstruktur aufweist, die mittels eines Dochtstegs oder mehrerer Dochtstege zu einem mit Abstand zur Wärmerohrwand angeordneten, dem Flüssigkeitstransport in Wärmerohr-Längsrichtung dienenden Kapillarkörper eine kapillare Verbindung aufweist.

Ein derartiges Wärmerohr ist durch die DPS I 904 105 bekannt geworden. Es ist insbesondere für größere Wärmeübertragungssysteme vorgesehen, bei denen der innerhalb der Arbeitsflüssigkeit vorliegende Druckverlauf in zur Strömungsrichtung senkrechter Richtung zu einer ungleichmäßigen Versorgung des Kapillarkörpers führen kann. Daher ist der Kapillarkörper aus einzelnen, im Abstand voneinander angeordneten Netzschläuchen aufgebaut, die über Dochtstege untereinander sowie mit der Wärmerohrwand verbunden sind. Diese Konzeption bedingt jedoch einen relativ hohen Fertigungsaufwand sowohl hinsichtlich der Formung des Kapillarkörpers an sich als auch hinsichtlich dessen Ein-" bringen in das Wärmerohrinnere. Die Herstellung eines solchen

409821/0446

Wärmerohres ist sehr lohnintensiv und nur im Entwicklungsstadium wirtschaftlich vertretbar. Schließlich ist die Zuverlässigkeit des bekannten Wärmerohrs für den betrieblichen Einsatz noch unbefriedigend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Wärmerohrkonzeption zu finden, die für industrielle, d.h. rationelle, kostengünstige Herstellung geeigr. i,t ist. Dabei soll die Betriebssicherheit über das bisher erreichte Maß erhöht werden und das erfindungsgemäße Wärmerohr^ ein hohes spezifisches Wärmetransportvermögen aufweisen.

Ausgehend von einem Wärmerohr, dessen Innenwand eine im wesentlichen der azimutalen Flüssigkeitsverteilung dienende Kapillarstruktur aufweist, die mittels eines Dochtstegs oder mehrerer Dochtstege zu einem mit Abstand zur Wärmerohrwand angeordneten, dem Flüssigkeitstransport in Wärmerohr-Läng.srichtung dienenden Kapillarkörper eine kapillare Verbindung aufweist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kapillarkörper aus einem Bündel oder mehreren Bündeln nebeneinanderliegender gleichartiger Netzschläuche besteht.

Diese Netzschläuche zeichnen sich zum einen durch kostengünstige Herstellung aus. Zum anderen können sie in der Mehrzahl aller Anwendungsfälle einen konstanten Querschnitt aufweisen und gewissermaßen als Elemente erster Ordnung die Bausteine des erfindungsgemäßen Wärmerohres bilden. Je nach Größe des herzustellenden Wärmerohres wird eine geringere oder größere Anzahl derartiger Netzschläuche, gegebenenfalls in mehrere Einzelbündel unterteilt, zusammengestellt, wodurch sich ein Kapillarkörper jeglicher Größe und Querschnittsform auf rationelle Weise herstellen läßt. Dieser Kapillarkörper kann mit einer Dochtstege tragenden Hülle umgeben als kompakter Strang leicht in das Wärmerohr eingeschoben werden.

Selbstverständlich eignet sich dieser Kapillarkörper für beliebige, von der Kreisform abweichende Querschnittsformen, beispielsweise für die in der einschlägigen Literatur als "vapor chamber" oder " cold plate" bezeichneten Wärmerohr-

409821/0446

systeme. In einem derartigen Anwendungsfall können mehrere zylindrische, aus zahlreichen Bündeln zusammengesetzte Kapillarkörper aneinander gereiht werden, oder der Kapillarkörper wird direkt aus parallel nebeneinanderliegenden Bündeln aufgebaut.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmerohrs liegt darin, daß jeder einzelne Netzschlauch e.IVien.unabhängigen Transportmechanismus für die flüssige Phase des Wärmeträgers darstellt. Das heißt, durch den evtl. Ausfall eines Netzschlauches infolge einer Bruchstelle oder dergl. wird die Funktionsfähigkeit der übrigen Netzschläuche in keiner Weise beeinflußt, während bei dem eingangs beschriebenen Wärmerohr der gesamte Kapillarkörper austrocknet und der konvektive Wärmetransport zusammenbricht.

In Weiterbildung der Erfindungsgedankens ist der hydraulische Durchmesser der Netzschläuche so bemessen,-daß deren kapillare Saugfähigkeit die Füllung des Netzschlauches mit flüssigem Wärmeträger bewirken kann. Hierdurch wird das Anfahrverhalten des Wärmerohres verbessert, da sofort der gesamte Kapillarquerschnitt für den Flüssigkeitstransport zur Verfügung steht. .

Aus Gründen einer leichteren Herstellung und Handhabung ist es zweckmäßig, daß die Netzschläuche, ebenso wie die daraus gebildeten Bündel kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Bündel von einer.porösen Hülle umgeben sind, die ebenfalls als Netzschlauch ausgeführt sein kann.

Die zwischen angrenzenden Bündeln befindlichen Zwickelräume werden vorteilhafterweise zumindest teilweise mit Netzschläuchen gefülltfö Zum Zentrum des Kapillarkörpers hin können diese Zwickelräume frei bleiben. Sie werden bei Betrieb des Wärmerohrs durch das sich einstellende radiale Druckgefälle selbsttätig mit Wärmeträger gefüllt ("pressure priming") und können dann zum Flüssigkeitstransport beitragen. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, im Zentrum des Kapillarkörpers ein oder mehrere zentrale Arterien vorzusehen, die

409821/0446

ringsum von mit Netzschläuchen gefüllten Bündeln umgeben sind, wobei der hydraulische Durchmesser dieser Arterien wesentlich über dem die Selbstfüllung mittels Kapillarkraft ("surface tension priming") gewährleistenden Durchmesser liegt. Auch hier wird der Flüssigkeitsraum - wie oben beschrieben - infolge der radialen Druckverteilung mit Wärmeträger gefüllt. Auf diese Weise kann der flüssigen Phase des Wärmeträgers bei Höchstleistungen ein St^»mungsweg mit beträchtlichem Querschnitt und entsprechend geringen Reibungsverlusten angeboten werden. *

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand von Zeichnungen; darin zeigt

Fig. 1 ein quergeschnittenes Wärmerohr, dessen Kapillarkörper lediglich mit Netzschläuchen gefüllt ist,

Fig. 2 ein quergeschnittenes Wärmerohr, dessen Kapillarkörper mit in Bündeln angeordneten Netzschläuchen gefüllt ist und Fig. 3 ein quergeschnittenes Wärmerohr, dessen Kapillarkörper mit Bündeln gefüllt ist, die ihrerseits in größeren Einheiten zusammengefaßt sind.

Der Einfachheit halber wurde für sämtliche Wärmerohre ein kreisförmiger Querschnitt zugrundegelegt, der durch die Wärmerohrwand 1 gegeben ist. An der Innenwandung des Wärmerohres befindet sich eine in gestrichelten Linien angedeutete Kapillarstruktur 2, die über Dochtstege 3 mit einem Kapillarkörper verbunden ist. Der Kapillarkörper 4 besteht aus einzelnen, aneinanderliegenden Netzschläuchen 5, diö als Bauelemente erster Ordnung bezeichnet werden (Fig. 1). Mehrerer dieser Netzschläuche lassen sich in Bauelemente zweiter Ordnung, den Bündeln 6 zusammenfassen (Fig. 2). Bei größeren Wärmerohrquerschnitten werden mehrere Bündel 6 von einer Hülle 7 zu einer größeren Einheit (Bauelemente dritter Ordnung) vereinigt (Fig. 3) usw. Der gesamte Kapillarkörper 4 ist von einer porösen Stützhülle 8 umgeben.

409821/0446

Die Kapillarstruktur 2 im Inneren der Wärmerohrwand 1 dient vor allem der azimutalen Flüssigkeitsverteilung. Sie kann durch ein oder mehrere in gutem Kontakt mit der Wärmerohrwand stehenden Netzlagen, durch Gewinderillen oder durch eine in die Wärmerohrwand eingeprägte Struktur gebildet werden. Die Dochtstege 3 sind im allgemeinen aus Drahtnetz oder Metallfilz hergestellt und beispielsweise als Ausläufer der Stützhülle 8 ausgebildet oder aber durch S-Punktschweißung, Nahtschweißung, Mikroplasmaschweißung oder.ein anderes Verbindungsverfahren mit dieser verbunden. ^fc

Bei Wärmerohrdurchmessern in der Größenordnung von einigen Millimetern besteht der Kapillarkörper 4 aus zahlreichen ' aneinanderliegenden Netzschläuchen 5, die sich über die gesamte Länge des Wärmerohres erstrecken. Der Durchmesser dieser Netzschläuche ist ausreichend klein, damit die Selbstfüllung infolge Kapillarkraft gewährleistet ist.

Bei größeren Wärmerohrquerschnitten wird das Einführen der Netzschläuche 5 in den Kapillarkörper 4 erleichtert, wenn diese zuvor gebündelt und mit einer entsprechenden Hülle umgeben werden. Diese Hülle ist selbstverständlich ebenso wie die Hülle 7 und die Stützhülle 8 permeabel. Die zwischen den Bündeln 6 befindlichen Zwickelräume können wie Fig. 2 und 3 zeigt, mit einzelnen Netzschläuchen ausgefüllt sein.

Das Zentrum des Kapillarkörpers 4 ist in Fig. 2 als Arterie ausgebildet. Diese Arterie ist infolge ihres relativ großen hydraulischen Durchmessers nicht in der Lage, sich mittels der in ihr herrschenden Kapillarkraft mit flüssigem Wärmeträger vollzusaugen. Erst beim Betrieb des Wärmerohrs wird diese Arterie infolge des von außen nach* innen abnehmenden Dampfdruckes mit Wärmeträger gefüllt und unterstützt den Flüssigkeitstransport. Da der freie Querschnitt innerhalb der Arterie 9 relativ groß ist, ergeben sich günstige, verlustarme Strömungsverhältnisse. Wie Fig. 2 weiter zeigt, können in diese Vorgänge auch die zwischen den Bündeln 6 und der Arterie 9 liegenden Zwickelräume eingeschlossen werden, indem man auf das Füllen dieser Zwickelräume mit einzelnen Netz-,

409821/0446

"~ 6 —

schläuchen 5 verzichtet.

Sollen besonders große Wärmerohrquerschnitte verwendet werden, so empfiehlt sich die in Fig. 3 gezeigte Anordnung. Bei ihr sind mehrere Bündel 6 mittels einer Hülle 7 zu größeren Einheiten zusammengefaßt. Ihre Bausteine sind dieselben geblieben, nämlich die Netzschläuche als Element erster Ordnung und die Bündel als Element zweiter Ordnung. Aus beiden ergeben sich die von der Hülle 7 umfaßten Elemente dritter Ordnung.

Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß sie im Baukastensystem aus einzelnen, gleichartigen, kostengünstig herzustellenden Elementen aufgebaut sind, daß sie infolge der Vielzahl voneinander unabhängiger Strömungswege hohe Betriebssicherheit aufweisen und daß sie sich bei Verwendung von Arterien oder freien Zwickelräumen durch besondere Flexibilität hinsichtlich ihres Leistungsvermögens auszeichnen.

409821/0446

Claims (5)

Patentansprüche .

1.) Wärmerohr, dessen Innenwand eine im wesentlichen der azimutalen Flüssigkeitsverteilung dienende Kapillarstruktur aufweist, die mittels eines Dochtstegs oder mehrerer Dochtstege zu einem mit Abstand zur Wärmerohrwand angeordneten, dem Flüssigkeitstransport in Wärmerohr-Längsrichtung dienenden Kapillarkörper einJ* kapillare Verbindung aufweist, ^: · . dadurch gekennzeichnet, daß der Kapillarkörper (4) aus einem Bündel oder mehreren Bündeln (6) nebeneinanderliegender gleichartiger Netzschläuche (5) besteht.

2. Wärmerohr, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Durchmesser der Netzschläuche (5) so bemessen ist, daß deren Kapillarkraft die Füllung des Netzschlauches mit flüssigem Wärmeträger bewirkt.

3. Wärmerohr,nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bündel (6) kreisförmigen Querschnitt aufweist und von einer porösen Hülle umgeben ist.

4. Wärmerohr, nach.einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen angrenzenden Bündeln (6) befindlichen Zwickel zumindest teilweise mit Netzschläuchen (5) gefüllt sind.

5. Wärmerohr, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere mit Netzschläuchen (5) gefüllte Bündel (6) längs der Mantelfläche einer zentralen Arterie (9) angeordnet sind und daß der hydraulische Durchmesser dieser Arterie (9),-wesentlich über dem die Selbstfüllung mittels Kapillarkraft gewährleistenden Durchmesser liegt.

409821/0446

Leerseite