DE2412631C2 - Wärmerohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei bekannten Wärmerohren wird, sofern ein Temperaturunterschied zwischen den beiden Stellen des Wärmetransports vorliegt, notwendigerweise eine zu dieser Temperaturdifferenz proportionale Wärmemenge von der Stelle mit höherer Temperatur zur Stelle mit niedriger Temperatur übertragen. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Stellen umgekehrt wird, so folgt daraus, daß die Richtung des Wärmestroms umgekehrt ist, und die Wärme wird in ähnlicher Weise übertragen. Bei diesen herkömmlichen Verfahren hängt die zu übertragende Wärmeenergie lediglich von einem Temperaturunterschied zwischen den beiden Stellen und weniger vom Absolutwert der Temperatur ab. Das herkömmliche Wärmerohr gewährleistet den Übergang einer großen Wärmemenge, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Stellen klein ist, aber ein derartiges Wärmerohr kann eine sogenannte Wärmeschaltoperation nicht ausführen, bei der ein Wärmeübergang bei einer Temperatur nicht stattfindet, die unterhalb s einer gewissen erfaßten Temperatur liegt, selbst wenn der Temperaturunterschied zwischen den beiden Stellen groß ist, wahrend oberhalb dieser Temperatur der Übergang einer großen Wärmemenge möglich ist Weiterhin kann das oben beschriebene Wärmerohr einen umgekehrten Wärmefluß nicht verhindern, der bei umgekehrtem Temperaturunterschied zwischen den beiden Stellen entsteht

Um eine Wärmeschaltoperation zu ermöglichen, hat man bereits verschiedene zusätzliche Maßnahmen an

is herkömmlichen Wärmerohren vorgesehen. So zeigt die DE-OS15 Ol 578 die eingangs angeführte Gattung eines Wärmerohrs, bei dem die Flüssigphase des Arbeitsfluids in einem inneren Kapillaraufbau nahe der Heizfläche des Heizrohres durch Heizen verdampft wird und das verdampfte Arbeitsfluid zum inneren Kapillaraufbau nahe der Kühlfläche strömt und dort kondensiert Es entsteht eine isotherme Wärmeübertragung zwischen der Heiz- und der Kühlfläche, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit der Gas- oder Flüssigphase des Ar-

2) beitsfluids zwischen der Heizfläche und der Kühlfläche veränderbar gesteuert wird. Es ist auch vorgesehen, die Menge eines im Wärmerohr enthaltenen, nichtkondensierbaren Gaies so zu ändern, daß die Gasphase des Arbeitsfluias die Kühlfläche zur Wärmeübertragung nicht erreichen kann. Die Menge des nichtkondensierbaren Gases kann auch auf einem konstanten Wert gehalten und der Wärmeübertragungskoeffizient zwischen dem Arbeitsfluid und der Kühlfläche des Wärmerohres abhängig von der Verringerung der Siedetemperatur verringen werden. Schließlich ist auch vorgesehen, der Flüssigkeitsphase des Arbeitsfluids ein mit ihr vermischbares oder lösbares Zusatzmittel zuzufügen und den Schwellenwert der so erzeugten Mischung auf einen Wert herabzusetzen, bei dem das Zusatzmittel in den festen Zustand übergeht, so daß verhindert wird, daß die Arbcitsfluidströmung zwischen der Heizfläche und der Kühlfläche des Heizrohres die Wärmeübertragung steuert.
Die US-PS 34 17 814 zeigt einen Behälter, der mit einer beheizten Arbeitsflüssigkeit und mit einer darüberliegenden Zusatzflüssigkeit, die sich nicht miteinander vermischen, gefüllt ist Die Arbeitsflüssigkeit hat dabei einen niedrigen Siedepunkt, der etwa bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur liegen kann, während die Zusatzflüssigkeit zum Kondensieren der aufsteigenden Dampfblasen dient. Die Zusatzflüssigkeit bildet dabei selbst einen Teil des wärmeabgebenden Bereichs. Auf diese Weise werden bei arbeitender Einrichtung die Dämpfe der siedenden Arbeitsflüssigkeit, die durch die Zwischenfläche zwischen den beiden Flüssigkeiten getreten sind, durch die Zusatzflüssigkeit abgekühlt bzw. wandern zum wärmeabgebenden Bereich unter Abkühlung in der Zusatzflüssigkeit Bereits vor dem Sieden der Arbeitsflüssigkeit wird eine, wenn auch geringe Wärmemenge zum wärmeabgebenden Bereich übertragen. Bei dieser bekannten Vorrichtung handelt es sich nicht um ein eigentliches Wärmerohr, weil das System nicht geschlossen ist, sondern in seinem Oberteil einen Wärmetauscher und einen zur Attnosphäre offenen Ventilator aufweist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmerohr dei eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß ein Wärme-Ventilverhalten gewäMei·

stet ist und eine große Wärmemenge übertragen werden kann, wobei die Betriebstemperatur auf einen gewünschten Wert einstellbar ist

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale. Die Unteransprüche kennzeichnen zweckmäßige weitere Ausbildungea

Das erfindungsgemäße Wärmerohr arbeitet demnach mit einem Wärmeübertragungsmittel zur Übertragung von Wärme von einem Heiz- zu einem Kühlabschnitt, und mit einer Zusatzflüssigkeit, deren Wichte kleiner ist als die Wichte des Wärmeübertragungsmittels der Arbeitsflüssigkeit, wobei die Zusatzflüssigkeit in der Arbeitsflüssigkeit unlöslich Lst

Bevorzugterweise kann, die Arbeitsflüssigkeit und die Zusatzflüssigkeit in den abgedichteten Behälter unter einem Druck gefüllt sein, der von der Betriebstemperatur des Wärmerohrs und dem Sattdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit abhängt, wodurch die zwei Schichten übereinander entstehea Der Pegel wird beibehalten und dringt in den Kühlabschnitt bei Betriebsruhe nicht ein. Im Betrieb des so aufgebauten Wärmerohrs kann eine große Wärmemenge bei einer Temperatur oberhalb einer gegebenen Temperatur in einer Richtung übertragen werden, während bei Temperaturen unterhalb dieser Temperatur kein Wärmeübergang stattfindet

Das erfindungsgemäße Wärmerohr ist geeignet für Geräte oder Maschinen, die ein Wärmeventilverhalten erfordern, insbesondere für eine Kühleinrichtung oder einen Kühler.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Es zeigen

F i g. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Wärmerohres;

F i g. 2 eine Betriebskennlinie des in F i g. 1 gezeigten Wärmerohrs;

F i g. 3 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Wärmerohrs;

F i g. 4 eine Betriebskennlinie des in F i g. 3 gezeigten Wärmerohres;

Fig.5 bis 18 Längsschnitte durch weitere Ausführungsbeispiele eines Wärmerohres und

Fig. 19 bis 27 Längsschnitte von Anordnungen, in denen das beschriebene Wärmerohr eingebaut ist,

F i g. 1 zeigt im Schnitt die Grundanordnung eines Wärmerohrs mit einer Arbeitsflüssigkeit und einer Zusatzflüssigkeit In einen Behälter 1 ist eine Arbeitsflüssigkeit 2 gefüllt, beispielsweise ein Kühlmittel, das die Wärme von einem Wärme aufnehmenden Abschnitt A zu einem wärmeabgebenden Abschnitt B des Wärmerohres überträgt Eine Zusatzflüssigkeit 3 hat eine kleinere Wichte als die Arbeitsflüssigkeit 2 und einen ausreichend niedrigen Dampfdruck beim Siedepunkt der Arbeitsflüssigkeit, wobei die Zusatzflüssigkeit 3 nicht in der Arbeitsflüssigkeit 2 löslich ist Die Arbeitsflüsiigkeit 2 und die Zusatzflüssigkeit 3 sind unter Druck in den abgedichteten Behälter 1 gefüllt, wobei der Druck in Übereinstimmung mit einer Betriebstemperatur des Wärmerohres sowie mit einem Sattdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit 2 festgelegt ist, wodurch dort zwei Schichten gebildet werden, von denen eine obere Schicht die Zusatzflüssigkeit 3 und eine untere Schicht die Arbeitsflüssigkeit 2 bilden. Der Pegel der die obere Schicht bildenden Zusatzflüssigkeit 3 liegt so fest, daß er im abgeschalteten Zustand des Wärmerohres nicht in den Kühlabschnitt eindringt Die Zusatzflüssigkeit 3 liegt auf der Arbeitsflüssigkeit 2 und hat eine solche Schichtdicke, daß Siedeblasen, die in der Arbeitsflüssigkeit 2 entstehen, durch die Zusatzflüssigkeit 3 dringen können, ohne durch sie kondensiert zu werdea Ein nicht kondensierbares Gas, wie beispielsweise Luft, bedeckt die beiden Schichtea Der Fülldruck wird beispielsweise durch das nicht kondensierbare Gas hergestellt
Wenn im Betrieb die Temperatur in der Arbeitsflüssigkeit 2 aufgrund einer vom Heizabschnitt A des Behälters 1 einwirkenden Wärme ansteigt, siedet die Arbeitsflüssigkeit 2 nicht, bis der gesättigte Dampfdruck hiervon höher als der Fülldruck steigt, noch verdampft die Arbeitsflüssigkeit 2 wegen der darauf lastenden Schicht der Zusatzflüssigkeit 3. Wenn deshalb die Arbeitsflüssigkeit 2 erhitzt wird, wird kein Dampf im Behälter hochsteigen, es sei denn, die Arbeitsflüssigkeit erreicht Siedetemperatur. Und deshalb wird die Wärme Iediglich durch die Wände des Behälters 1 aufgrund deren Wärmeleitfähigkeit übertragen, ohne daß ein Wärmeübergang durch den Dampf zum oberen Teil des Behälters erfolgt Wenn der Behälter 1 aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit besteht und eine dünne Wandstärke hat, wird die nach oben übertragene Wärme noch mehr verringert

Wird die Arbeitsflüssigkeit 2 auf eine bestimmte höhere Temperatur erwärmt und wird der Sattdampfdruck höher als der Fülldruck, so beginnt die Arbeitsflüssigkeit zu sieden, wodurch dort Luftblasen entstehen. Diese Luftblasen steigen durch die Zusatzflüssigkeitschicht 3 nach oben und erreichen ggf. den oberen Raum des Behälters 1. Da der Dampf eine latente Wärme enthält, bewirkt der Dampfstrom der Arbeitsflüssigkeit 2 einen Wärmeübergang vom unteren Wärme aufnehmenden Abschnitt A zum oberen Wärme abgebenden Abschnitt B. Mit dem Wärmerohr kann durch Verwendung der Siedeerscheinungen in der Arbeitsflüssigkeit eine große Wärmemenge leistungsfähig übertragen werden.

Wärme wird kaum übertragen, wenn die Arbeitsflüssigkeitstemperatur unterhalb des Siedepunktes liegt, wogegen bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes ein Wärmeübergang in großem Ausmaß schnell eintritt. Der durch die siedende Arbeitsflüssigkeit erzeugte Dampf wird kondensiert, wenn er im oberen Teil des Behälters abgekühlt wird. Die so verflüssigte Arbeitsflüssigkeit tropft aufgrund ihres Gewichtes durch die Zusatzflüssigkeit 3 zur Arbeitsflüssigkeit 2 zurück. Auf diese Weise wird die Arbeitsflüssigkeit im Behälter 1 umgewälzt

In der F i g. 2 ist ein Diagramm dargestellt, das mit Fluorkohlenstoff als Arbeitsflüssigkeit 2 und Silikonöl als Zusatzflüssigkeit 3 hergestellt wurde, wobei auf der Abszisse die Temperatur T und auf der Ordinate die übertragene Wärmemenge Q aufgetragen sind. Da die Arbeitsflüssigkeit 2 nicht siedet, selbst wenn der obere Teil des Behälters 1 erhitzt ist, entsteht kein Dampf im Behälter 1, und daher auch kein Wärmeübergang zwischen dem oberen und unteren Abschnitt des Behälters

1. Das Wärmerohr hat eine Kennlinie, die mit der elektrischen Diode hinsichtlich des Wärmestromes verwandt ist, wobei kein Wärmefühler und auch kein Absperrorgan oder Ventil erforderlich sind.
Beispielsweise kann ein metallisches Material, wie Stahl, für den Behälter 1 verwendet werden; jedoch kann er auch aus Keramik oder Glas bestehen. Der Behälter muß dem Fülldruck und dem Sattdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit im Bereich der Betriebstemperaturen widerstehen. Der Behälter selbst kann beispielsweise eine Zylinder- oder Prismaform haben. Weiterhin ist auch eine flache Behälterform möglich (F i g. 5). Es können auch zwei Schichten aus gewellten Platten verwendet werden, die so zusammengefügt sind, daß sie zwi-

sehen sich rinnenförmige Kanäle bilden, wobei die zwei Arten von Flüssigkeiten in jeden der Kanäle gefüllt sind (F i g. 6). Der obere Teil und der untere Teil des Behälters können in ihrer Querschnittsfläche voneinander verschieden sein. Beispielsweise ist der untere Teil (F ϊ g. 7), in den die Arbeitsflüssigkeit und die Zusatzflüssigkeit gefüllt werden, von geringerer Querschnittsfläche, wobei der obere Raum relativ groß ist Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft, da die Menge der erforderlichen Flüssigkeit klein ist, und da für den Fall, daß das Wärmerohr sich außergewöhnlich erhitzt, der Innendruck nicht anormal ansteigt, wodurch eine ausreichende Sicherheit gewährleistet wird. Der Behälter kann sehr lang sein. Wie lang der Behälter auch sein mag, die Wärme wird über dessen gesamter Länge augenblicklich und im wesentlichen auf einheitlicher Temperatur aufgrund des Dampfflusses übertragen.

Es sind auch verschiedene Kombinationen der Arbeitsflüssigkeit 2 und der Zusatzflüssigkeit 3 möglich. Beispielsweise kann eine Kombination aus Alkohol oder Wasser und isolierendem öl für die Arbeitsflüssigkeit und die Zusatzflüssigkeit verwendet werden.

Der Fülldruck wird durch die Verwendung eines nicht kondensierbaren Gases bestimmt Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde Luft verwendet Anstelle von Luft kann auch ein anderes inaktives Gas benutzt werden.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Fälle, bei denen die beiden Flüssigkeiten in ein einziges Rohr eingefüllt wurden. Nach F i g. 8 kann ein weiteres Rückführrohr 5 getrennt vorgesehen sein, um die Flüssigkeit durch Rückführen vom oberen Teil des Behälters in den unteren Teil wieder zu gewinnen. Es können auch mehrere Rückführrohre 5 vorgesehen sei«. Die Anordnung von mehreren Rückführrohren 5 hat Vorteile, da sie als Rippen für einen Wärmeaustausch dienen und gleichzeitig der nach unten strömende Flüssigkeitsstrom getrennt von dem aufsteigenden Dampfstrom ohne Zwischenwirkung erfolgt, wodurch die Wiedergewinnung der Arbeitsflüssigkeit erleichtert wird. Nach Fig.8 wird eine große Menge Flüssigkeit verwendet, und die Leistung des Wärmerohres ist unabhängig von der Flüssigkeitsmenge.

Im folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele näher erläutert

Die in der F i g. 9 dargestellte Wärmeübergangsvorrichtung umfaßt mehrere Wärmeübergangsrohre Γ und ein unteres und oberes Rohr 25 und 26, die über die Wärmeübergangsrohre 1' miteinander in Verbindung stehen. Die beiden Flüssigkeitsarten sind dicht in diese Wärmeübergangsrohre 1 eingefüllt Dies trägt zu einer größeren Wärmeübergangsfiäche bei.

In Fig. 10 ist eine Wärmeübergangsvorrichtung von endloser, ringförmiger Gestalt dargestellt, bei der der Dampf der siedenden Arbeitsflüssigkeit, die in den unteren Teil eingefüllt ist, durch das Wärrneübergangsrohr Γ in den oberen Raum steigt, kondensiert und als Flüssigkeit durch das andere Wärmeübergangsrohr 1" zur Arbeitsflüssigkeit 2 zurückkehrt In diesem Fall ist der Dampfdurchgang unabhängig vom Flüssigkeitsdurchgang, um Zwischenwirkungen zwischen dem Dampfstrom und dem Flüssigkeitsstrom zu vermeiden, so daß der Fluidwiderstand verringert wird.

Die Wärmeübergangsvorrichtung nach Fig. 10 kann in der in der Fig.9 dargestellten Weise angeordnet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 sind die Wärmeübergangsrohre Γ und 1" parallel zueinander vorgesehen, und jedes der Rohre kann in einem bestimmten Grad zur waagerechten Richtung geneigt sein. Die in F i g. 11 dargestellte Wärmeübergangsvorrichtung umfaßt ein waagerecht angeordnetes Rohr. Das waagerechte Rohr kann zur Erleichterung der Dampfumwälzung geneigt sein.

Die Wärmeübergangsvorrichtung ist in ihrem Aufbau einfach und erfüllt eine Wärmeabsperrfunktion, die eine Temperatur hinsichtlich eines Wärmestromes erfaßt, sowie eine Ventil- oder Absperrfunktion hat.

ίο Da bei der Wärmeübergangsvorrichtung nach den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Siedepunkt der Arbeitsflüssigkeit 2 entsprechend dem Fülldruck im Behälter bestimmt ist, kann der Siedepunkt der Arbeitsflüssigkeit 2 nach der Herstellung des Druckes im Behäl- ter nicht eingestellt werden. Zur Einstellung des Siedepunktes muß der Behälter geöffnet werden, um daraus das nicht kondensierte Gas zu entfernen.

Die folgenden Ausführungsbeispiele sind so ausgelegt, daß der Druck im Behälter veränderbar ist, wobei die Arbeitsflüssigkeit 2 und die Zusatzflüssigkeit dicht eingefüllt sind.

Bei dem in dem F i g. 3 dargestellten Wärmerohr besteht der Behälter 1 teilweise aus einem flexiblen Teil 7, auf den eine Kraft durch eine Preßeinrichtung 6, wie beispielsweise durch einen Stab oder eine Platte, einwirkt. Da der Siedepunkt der Arbeitsflüssigkeit entsprechend dem Innendruck festgelegt ist, wobei die eingestellte Temperatur, & h. der eingestellte Innendruck, nach der Arbeitsflüssigkeit 2 geändert werden soll, wurden die Zusatzflüssigkeit 3 und ein nicht kondensierbares Gas 4 dicht in bestimmten Mengen in den Behälter 1 eingefüllt, während die Preßeinrichtung 6 den flexiblen Teil 7 nach unten drückt oder nach oben stößt Wenn der flexible Teil 7 durch die Preßeinrichtung 6 nach unten gedrückt wird, wird das nicht kondensierbare Gas im Behälter 1 komprimiert und der Druck im Behälter steigt an. Folglich steigt die Sättigungstemperatur der Arbeitsflüssigkeit 2, was zu einer Erhöhung der eingestellten Temperatur führt Wenn die Druckeinrichtung 6 nach oben gestoßen wird, wird die eingestellte Temperatur in ähnlicher Weise gesenkt.

Für Fluorkohlenstoff und Silikonöl als Arbeitsflüssigkeit 2 bzw. Zusatzflüssigkeit 3 sind Versuchsergebnisse in F i g. 4 dargestellt, in der die Temperatur T auf der Abszisse und die übertragene Wärmemenge Q auf der Ordinate dargestellt sind. Eine Temperatur, bei der eine Absperrung erfolgt, verändert sich entsprechend den Strichlinien, die sich abhängig von dem flexiblen Teil 7 ändern.

In den Fig. 12 bis 14 sind weitere Ausführungsbeispiele dargestellt Bei dem Wärmerohr nach Fig. 12 wird ein beweglicher Stopfen S, beispielsweise ein Druckkolben, in den Behälter eingeführt, indem die Preßeinrichtung 6 betätigt wird, um den Druck des nicht kondensierbaren Gases im Behälter zu ändern. Weiterhin ist ein flexibler Decke! 9 vorgesehen. Bei dem in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein flexibler, relativ kleiner Behälter 10 im Behälter 1 angeordnet, wobei in den kleinen Behälter 10 eine Flüssigkeit oder Luft von außerhalb des Behälters eingefüllt ist Der Flüssigkeits- oder Luftdruck im kleinen Behälter wird so gesteuert, daß das Volumen dieses kleinen Behälters 10 geändert wird, wodurch der Druck des nicht kondensierbaren Gases verändert wird. Nach Fig. 14 ist ein gekühltes und mit dem Behälter 1 verbundenes Rohr 11 gewickelt, um das Innenvolumen des Behälters 1 zu ändern: Anstelle des gekühlten Rohres kann der Behälter 1 rohrförmig sein, wie beispielsweise eine in ihrem VoIu-

men veränderbare Zahnpastatube. Der Behälter 1 kann in der Form einer Dose vorgesehen sein.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verändert sich der obere Raum des Behälters auf verschiedene Weise. Das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn der Flüssigkeitspegel ansteigt

Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 15 bis i 8 näher erläutert, in denen sich der Flüssigkeitspegel zur Änderung des Volumens des oberen Raumes des Behälters ändert

Das Wärmerohr der F i g. 15 hat einen Behälter 1 mit einem flexiblen unteren Teil (Schlauch) 7. Der flexible untere Teil 7 wird mittels der Druckeinrichtung 6 nach oben gebracht oder nach unten gestoßen, wodurch sich der Flüssigkeitspegel im Behälter ändert. In der Fig. 16 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Absperrorgan 13 in einem Teil des Behälters 1 vorgesehen ist Bei dem in der Fig. 16a) dargestellten Zustand ist das Absperrorgan 13 geschlossen, so daß die Arbeitsflüssigkeit 2 und die Zusatzflüssigkeit 3 im mittleren Teil des Behälters bleiben, wobei der Flüssigkeitspegel höher liegt als bei dem anderen Ausführungsbeispiel. Andererseits ist im Zustand der F i g. 16b) das Absperrorgan 13 geöffnet, so daß das Kühlmittel, d. h. die Arbeitsflüssigkeit 2 und die Zusatzflüssigkeit 3 niedriger stehen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 16 können die beiden verschiedenen Werte der Temperatur durch Umkehrung des Behälters 1 bestimmt werden. Das Wärmerohr nach F i g. 17 ist so aufgebaut, daß ein relativ kleiner Behälter 4 mit einem offenen unteren Ende in den Behälter 1 eingeführt wird, und die Achse 15 wird nach unten gedrückt oder nach oben gezogen, um den Flüssigkeitspegel nach unten oder nach oben zu ziehen. Die Fig. 18 zeigt ein Wärmerohr, bei dem die Zusatzflüssigkeit 3 und die Arbeitsflüssigkeit 2 ganz oder teilweise in einen anderen Flüssigkeitsbehälter 17 eingefüllt sind, der mittels eines Verbindungsrohres 18 mit dem Behälter 1 verbunden ist Der andere Flüssigkeitsbehälter 17 ist durch die Druckeinrichtung 6 beaufschlagt, um den Flüssigkeitspegel im Behälter 1 einzustellen.

Bei den in den Fig. 3 und 12 bis 18 gezeigten Wärmerohren wird der Innenraum des Behälters 1 zur Einstellung des Druckes im Behälter sowie zur Änderung der Sättigungstemperatur geändert Nach einem mit dem Wärmerohr der F i g. 3 durchgeführten Versuch ist die Sättigungstemperatur in einem Bereich zwischen -2° C bis +5⁰C änderbar.

Für den Einsatz des beschriebenen Wärmerohres bei Kühleinrichtungen werden im folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert

Wenn in einer Kühleinrichtung ein solches Wärmerohr vorgesehen ist, verringert sich die für die Kühleinrichtung erforderliche Energie wesentlich, und die Verwendung der Kühleinrichtung wird erleichtert

In der Fig. 19 ist das Prinzip einer Kühleinrichtung dargestellt, die ein solches Wärmerohr aufweist Das Wärmerohr erstreckt sich durch ein Gefrierfach 27 und ein Kühlfach 28, indem es eine Trennwand zwischen diesen Fächern durchdringt, wobei der untere Teil im Kühlfach und der obere Teil im Gefrierfach liegt Das eingebaute Wärmerohr hat keine Einschränkungen in Größe oder Lage hinsichtlich der Kühlmitteleinrichtung. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 19 ist ein größerer Teil des Wärmerohres im Kühlfach 28 vorgesehen, wogegen lediglich ein kleiner Teil im Gefrierfach 27 liegt, dessen Wand die Wand des Verdampfers 24 berührt Auf diese Weise werden das Gefrierfach 27 und das Kühlfach 28 unabhängig voneinander hinsichtlich der Luftumwälzung gehalten. Die Wärme vom Gefrierfach 27 wird einer Kühlung im Verdampfer 24 unterworfen. Die Temperatur im Kühlfach 28 ist auf einen bestimmten Wert angehoben. Dieser Wert ist abhängig von der Funktion für eine Kühlmitteleinrichtung und liegt zwischen 2 und 5° C. Wenn die Temperatur im Kühlfach 28 auf einen Wert oberhalb einer bestimmten Temperatur ansteigt, beginnt die Arbeitsflüssigkeit 2 im Wärmerohr

ίο zu sieden, und der Dampf erreicht den oberen Raum 4' des Wärmerohrs im Gefrierfach 27, wodurch die Wärme im Kühlfach 28 auf den oberen Teil des Wärmerohrs übertragen wird, der im Kühlfach 28 liegt, und dann zum Verdampfer durch die Wand der Kühleinrichtung geführt wird. Auf diese Weise wird die Wärme im Kühlfach 28 durch den Verdampfer 24 gekühlt, wodurch sich dort die Temperatur erniedrigt Wenn die Temperatur im Kühlfach 28 auf einen Wert unterhalb des bestimmten Wertes erniedrigt wird, wird der obere Teil des Wärmerohres thermisch vom unteren Teil getrennt, so daß das Gefrierfach 27 und das Kühlfach 28 vollkommen voneinander thermisch getrennt sind. Es besteht deshalb keine Gefahr, daß das Kühlfach auf eine Temperatur unterhalb des bestimmten Wertes abgekühlt wird. Weiterhin ist ein Rohr 31 zum Kompressor 35 vorgesehen.

Bei der in der F i g. 19 gezeigten Kühleinrichtung wird das Gefrierfach 27 unabhängig vom Kühlfach 28 im Richtungssinn der Luftumwälzung gehalten, und es sind weder ein Wärmefühler noch ein Steuerglied erforderlich, da das Wärmerohr selbst als Wärmefühler und hinsichtlich des Wärmestromes als Steuereinrichtung dient. Die so erhaltene Kühleinrichtung ist für die Kühlung gut steuerbar und in ihren Herstellungskosten wenig aufwendig.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 19 ist das Wärmerohr in der Kühleinrichtung vorgesehen, wobei der obere Teil den Verdampfer 24 berührt Dies dient zur Verringerung eines thermischen Widerstandes zwisehen dem Wärmerohr und dem Verdampfer. Das Wärmerohr muß den Verdampfer 24 nicht berühren.

Die F i g. 20 zeigt einen Schnitt einer Kühleinrichtung, in der das in F i g. 9 dargestellte Wärmerohr vorgesehen ist Eine isolierende Wand 21 umgibt den äußeren Umfang der Kühleinrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Wärmeübergangsvorrichtung aus mehreren Wärmerohren Γ, die sich zwischen dem Gefrierfach 27 und dem Kühlfach 28 erstrecken, und aus oberen und unteren Rohren 25 und 26, die mit den mehreren Rohren jeweils miteinander verbunden sind. Die beiden Flüssigkeitsarten werden in die Rohre eingefüllt, wie dies anhand der F i g. 9 näher erläutert wurde. Dies trägt zu einer vergrößerten Wärmeübergangsfläche bei.

In der Fi g. 21 ist ein Schnitt durch eine Kühleinrichtung dargestellt, bei der die in Fig. 10 dargestellte Wärmeübergangsvorrichtung verwendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Wärmerohr aus einem ringförmigen und endlosen einzigen Rohr, in dem Dampf vom Kühlmittel mittels des Wärmerohres 1' zum oberen Raum aufsteigt, dann dort kondensiert und tropfenweise mittels des Wärmerohres 1" zurückkehrt, das an der anderen Seite vorgesehen ist
Die Fig.22 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei der die Kühleinrichtung aus drei Abschnitten besteht Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Arten von Wärmerohren vorgesehen, die in der Betriebstemperatur verschieden sind, so daß drei Abschnitte hin-

sichtlich der Temperatur voneinander unabhängig gehalten werden können, oder mit anderen Worten, zwei Kühlfächer 28 und 32 werden auf der gleichen Temperaturbedingung aber verschieden von einer Mischungsbedingung gehalten, d. h„ das Kühlfach 32 erhält einen höheren Mischzustand, was für eine Lagerung von Gemüse oder Früchten geeignet ist In diesem Fall sollte eine Wärmeisolierung vorzugsweise auf einen Teil der Wärmrohre angewendet werden, die im Kühlfach 28 Hegea Die verschiedenen Arten von Wärmerohren sind für eine dreiteilige Kühleinrichtung zusammen anwendbar, ohne daß ein Wärmefühler oder ein Steuerglied erforderlich ist

Die F i g. 23 zeigt eine Kühleinrichtung unter Verwendung eines Wärmerohres nach F i g. 11.

In der F i g. 24 ist ein anderes Ausführungsbeispie! dargestellt, bei dem der Verdampfer 24 in einem kleinen Abteil 33 vorgesehen ist, dessen Außenwand von einer thermisch isolierenden Wand 34 umgeben ist, obwohl der Verdampfer 24 der Luft vom Gefrierfach 27 ausgesetzt ist Die beiden Arten von Wärmerohren sind unabhängig im kleinen Abteil 33 vorgesehen, wobei ein Wärmerohr sich im Gefrierfach 27 und das andere sich über das Gefrierfach 27 bis zum Kühlfach 28 erstreckt Eine derartige Anordnung verringert den Raum, der durch eine isolierende Wand festgelegt werden soll, so daß isolierendes Material mit überlegenen thermischen isolierenden Eigenschaften für die Wand verwendet werden kann, was eine Verringerung der Leistung für die Kühlung des kleinen Abteils 33 ergibt Das kleine Abteil 33 wird luftdicht gehalten, um ein Einfluten der Atmosphäre zu verhindern, so daß ein Gefrieren der Verdampferoberfläche verhindert wird. Dies führt zu einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Verdampfers 24, wobei die Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten in der Verdampferoberfläche verringert werden. Diese Faktoren erlauben ebenfalls eine Verringerung in der Kapazität eines Kompressors 35 sowie einen kontinuierlichen Betrieb des Kompressors, ohne daß dessen Betrieb unterbrochen wird. Da eine Ein-Aus-Steuerung weder für den Kompressor noch für den Wärmefühler oder ein Steuerglied erforderlich ist, und da auch keine Schalteinrichtung vorhanden sein muß, ist eine derartige Kühleinrichtung bei der Herstellung in ihren Kosten niedrig und weist zudem eine i.ohe Zuverlässigkeit auf. Selbst wenn ein Ein-Aus-Steuer-Kompressor bei der Kühleinrichtung dieses Ausführungsbeispiels verwendet wird, ist die für den Kompressor erforderliche elektrische Energie im Vergleich mit einem herkömmlichen Gerät wesentlich geringer. Dies führt zu einer Verringerung der Größe der Steuereinrichtung.

Im folgenden werden Beispiele einer Kühleinrichtung näher erläutert, bei der an der dicht in den Behälter 1 eingefüllten Arbeitsflüssigkeit 2 und der Zusatzflüssigkeit 3 der Innendruck im Behälter 1 eingestellt werden kann, d. h., daß eine bestimmte Temperatur einstellbar ist

Die Fig.25 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung, bei der das in F i g. 3 gezeigte Wärmerohr verwendet wird. Das Wärmerohr durchdringt eine Abteilungswand, um sich zwischen dem Gefrierfach 27 und dem Kühlfach 28 zu erstrecken, wobei der obere Teil im Gefrierfach 27 und der untere Teil im Kühlfach 28 vorgesehen sind. Bezeichnend an diesem Ausführungsbeispiel ist, daß der Behälter 1 einen flexiblen Teil an seinem oberen Teil und eine Preßeinrichtung 6 am oberen Ende des flexiblen Teiles aufweist Wie oben anhand der Fig.3 näher erläutert wurde, kann die bestimmte Temperatur ansteigen, wenn die Druckeinrichtung 6 nach unten betätigt wird, wogegen die Temperatur gesenkt wird, wenn die Druckeinrichtung 6 nach oben gezogen wird. Entsprechend Versuchen, die mit Fluorkohlenstoff R-114 als Arbeitsflüssigkeit 2 oder Kühlmittel durchgeführt wurden, verändert sich das Volumen des nicht kondensierbaren Gases um 4%.

In Fig.26 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung dargestellt, bei der das in der F i g. 15 gezeigte Wärmerohr verwendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Behälter 1 einen flexiblen unteren Teil 7, und der Druck des nicht kondensierbaren Gases im Behälter wird verändert, indem der Flüssigkeitspegel durch eine Betätigung der Druckeinrichtung nach oben oder nach unten verschoben wird, die am unteren Ende des flexiblen Teiles vorgesehen ist Hieraus ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 25.

Die Fig. 27 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühleinrichtung mit drei Abteilen. In diesem Fall können zwei Wärmerohre mit verschiedenen Betriebstemperaturen verwendet werden, um eine unterschiedliche Temperatur für die einzelnen Abteile zu erzeugen. Die Temperatur im einzelnen Abteil wird unabhängig voneinander eingestellt, indem der flexible Teil 7 jedes Behälters 1 ausgedehnt oder zusammengezogen wird.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ein flexibler Teil 7 als flexibles Rohr (beispielsweise als Balg) zur Vereinfachung der Darstellung beschrieben wurde, ist der flexible Teil nicht auf einen Balg beschränkt, sondern es kann auch eine andere Form, wie beispielsweise die eines Kolbens, eines kugelartigen Gummiglieds, eines spiralförmigen Gliedes oder eines rückschlagventilartigen Gliedes verwendet werden.

Die Anwendung des beschriebenen Wärmerohrs ist nicht auf eine Kühleinrichtung beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf andere Geräte, bei denen eine Wärmeabsperrfunktion erforderlich ist-, wie beispielsweise auf verschiedene Arten von Klimaanlagen oder Speiseeismaschinen.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wärmerohr, bestehend aus einem geschlossenen Behälter mit einem wanneaufnehmenden Abschnitt, in dem Flüssigkeit verdampft, und einem wärmeabgebenden Abschnitt, in dem der Dampf kondensiert, bei dem die Flüssigkeit aus einer Arbeitsflüssigkeit und einer Zusatzflttssigkeit besteht und die Zusatzflüssigkeit bei der Siedetemperatur der Arbeitsflüssigkeit einen niedrigeren Dampfdruck als die Arbeitsflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zusatzflüssigkeit (3) eine kleinere Wichte als die Arbeitsflüssigkeit (2) aufweist und in dieser unlöslich ist, und

daß bei Betriebsruhe und auch bei Sieden einer der Flüssigkeiten der Pegel der schichtförmig oberhalb der Arbeitsflüssigkeit (2) liegenden Zusatzflüssigkeit (3) unterhalb dem warmeabgebenden Abschnitt (B) liegt

2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflüssigkeit (2) und die Zusatzflüssigkeit (3) in den abgedichteten Behälter (1) unter einem Druck gefüllt sind, der von der Betriebstemperatur des Wärmerohrs und dem Sättigungsdampfdruck der Arbeitsflüssigkeit (2) abhängt, und daß die Arbeitsflüssigkeit (2) bei Erwärmung des wärmeaufnehmenden Abschnitts (A) Blasen erzeugt, die durch die darüberliegende Schicht der Zusatzflüssigkeit (3) ohne Kondensierung treten und zur Wärmeübertragung erst im wärmeabführenden Abschnitt (B) kondensieren.

3. Wärmerohr nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Änderung des Innendrucks im Behälter (1).

4. Wärmerohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einem als Teil des Behälters (1) ausgebildeten flexiblen Teil (7) besteht, der zur Einstellung des Innendrucks im Behälter (1) nach Art eines Balges deformierbar ist

5. Wärmerohr nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein in den Behälter (1) gefülltes nichtkondensierba.-es Gas (4), das die beiden Schichten der Arbeitsflüssigkeit (2) und der Zusatzflüssigkeit (3) bedeckt.