DE2427968A1

DE2427968A1 - Waermerohr

Info

Publication number: DE2427968A1
Application number: DE19742427968
Authority: DE
Inventors: Hermann J Schladitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-10
Filing date: 1974-06-10
Publication date: 1975-12-18
Also published as: US4015659A; DE2427968C3; DE2427968B2

Description

Patentanwälte
Ing. Eberhardt Speidel Dipi.-in'!· Ri edm-.er v. Paar" D - S03Ö t^ciu'.ü ig, Dian&str. 1 ? Λ ? 7 Q β Q

S 852 H. J. Schladitz, München 60, Pläntschweg

Wärmerohr

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmerohr bestehend aus einem dicht verschlossenen rohrförmigen Körper, der ein inneres Kapillarsystem enthält und zum Teil mit einem verdampfbaren Medium gefüllt ist und ein wärmeaufnehmendes Ende und ein wärmeabgebendes Ende aufweist.

Für den Wirkungsgrad derartiger Wärmerohre ist es wesentlich, daß durch das Kapillarsystem eine möglichst große Menge des kondensierten Mediums in möglichst kurzer Zeit von dem wärmeabgebenden Ende zu dem wärmeaufnehmenden Ende des Wärmerohres zurückgeführt wird. Um dies zu erreichen, soll der wirksame Durchmesser der Kapillaren möglichst klein sein und es sollen möglichst viele Kapillaren vorhanden sein. Um möglichst viele Kapillaren unterbringen zu können, soll das Kapillarsystem ein möglichst großes Porenvolumen haben. Das Material, aus dem das Kapillarsystern besteht, muß für das verdampf bare Medium gut benetzbar sein, da dies für die Ausbildung der kapillaren Flüssigkeitssäule entscheidend ist* Weiterhin soll das Kapillarsystem aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehen, um am wärme-

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aufnehmenden Ende des Wärmerohr«β eine schnelle übertragung der sugeführten Warne an das verdampfbare Medium und an wärneabgebenden Ende eine schnelle übertragung der Wärme von dem Medium auf die Wand des Wärmerohres zu gewährleisten. Schließlich wäre es wünschenswert, daß das Kapillarsystern hoehteaperaturbeständig ist, um hochsiedende Flüssigkeiten, beispielsweise flüssige Metalle wie Cadmium, Cäsium, Natrium, Zink und dergleichen verwenden su können. Dies ist besonders wichtig bei der Verwendung derartiger Wärmerohre bei Temperaturen in der Größenordnung von 2000⁰C.

Die bekannten Kapillarsysteme erfüllen die vorstehenden Forderungen in nur sehr unzureichendem MaBe. Kapillaren in Form von Längsrillen an der Innenwand des Wärmerohres können praktisch nur mit verhältnismäßig großen Abmessungen hergestellt werden, so daß die Kapillarkraft entsprechend gering ist. Kapillarsysteme aus gesintertem Metallpulver haben eine große Masse und ein entsprechend geringes Porenvolumen, welches unter 5OJ liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmerohr KU schaffen, dessen Kapillarsystem die eingangs aufgestellten Forderungen in einem sehr weitgehenden Maße erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kapillarsystem sumindest im Bereich des wärmeaufnehmenden Endes und des wärmeabgebenden Endes des Wärmerohres aus polykristallinen Metallwhiskern besteht, die mit der Wand des Wärmerohres metallisch verbunden sind.

Polykristalline Metallwhisker (DT-PS 1224934, "Zeitschrift

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für Metallkunde, 1968, Heft 1, Seiten 18 bis 22," Fachberichte für Oberflächentechnik" 1970, Heft 7/8 Seiten 145 bis 150) zeichnen sich durch eine sehr hohe Festigkeit aus und sie können daher in Dicken von wenigen ^um bis unter ein .um zur Bildung eines Kapillarsystems verwendet werden, das einerseits ein außerordentlich großes Porenvolumen von über 9OX, andererseits jedoch eine sehr hohe mechanische Festigkeit aufweist. Die Porengröße ist durch entsprechende Schüttung und Pressung in weiten Grenzen praktisch beliebig einstellbar. Durch die Bildung des Kapillarsystems aus einer unendlichen Vielzahl von außerordentlich dünnen Metallwhiakern erhält das Kapillarsystem eine sehr große innere Oberfläche, wodurch eine schnelle Wärmeübertragung sowohl am wärmeaufnehmenden Ende als auch am wärmeabgebenden Ende des Wäraerohree erfolgt.

Das Kapillarsystem kann regellos angeordnete oder in parallelen Bahnen ausgerichtete Whisker enthalten und gegebenenfalls auch aus einem Skelett aus polykristallinen Metallwhiskem bestehen, die an ihren Berührungsstellen metallisch miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Abscheiden von Metall aus der Gasphase oder durch einen Sinterprozeß.

Zwischen den aus polykristallinen Metallwhiskem bestehenden Endabschnitten kann das Kapillarsystem auch aus metallisierten anorganischen Fäden oder Fasern bestehen, beispielsweise aus Quarzfasern, hochschmelzenden Glasfasern und keramischen Fasern, da in diesem Zwischenbereich die Wärmeleitfähigkeit des Kapillarsystems von untergeordneter Bedeutung ist.

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Vorzugsweise haben die polykristallinen Metallwhisker oder die metallisierten anorganischen Fäden eine Süßere Schicht aus einem Metall, welches von dem verdampfbaren Medium bevorzugt benetzt wird. Die äußere Schicht kann beispielsweise au3 Nickel, Chrom, Wolfram, Kupfer, Silber, Zink, Zinn, Cadmium, Aluminium, Titan, Kobalt oder Molybdän bestehen. Die polykristallinen Metallwhisker können auch aus Legierungen bestehen, wie in der DT-PS 122493¹* beschrieben ist. Durch die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Whisker ist eine Vielzahl von verschiedenen Verdampfungsmedien verwendbar.

Die metallische Verbindung des Kapillarsystems mit der Wand des Wärmerohres kann in an sich bekannter Weise durch eine durch thermische Zersetzung einer Metallverbindung erzeugte Metallabscheidung erfolgen. Besonders bevorzugt ist hierbei die Abscheidung von Metall aus der Gasphase, beispielsweise durch thermische Zersetzung eines Metallcarbonyle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Wärmerohr im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Mikrophotographie des Kapillarsystems im Bereich A in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Mikrophotographie des Kapillarsystems im Bereich B in Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Wärmerohr besteht aus einem rohrförmigen Körper 1 aus einem gut wärmeleitfähigen Material, der an seinen beiden Enden 2 und 3 durch Deckel 4 und 5 verschlossen ist. Die Innenwand des Rohres 1 ist mit

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einem allgemein mit 6 bezeichneten Kapillarsystem in Form eines Hohlzylinders verbunden. In dem Kapillarsystem 6 befindet sich ein verdampfbares Medium, welches durch Wärmezufuhr an dem wärmeaufnehmenden Ende 2 des Wärmerohres verdampft wird. Der Dampf, der mehr Rauia beansprucht als die Flüssigkeit, strömt entlang des Rohres 1 zum anderen, wärmeabgebenden Ende 3 des Wärmerohres 1, um dort zu kondensieren. Beim Kondensieren wird ein Unterdruck erzeugt, durch den weiterer Dampf von dem wärmeaufnehmenden Ende 2 zum wärmeabgebenden Ende 3 befördert wird. Das kondensierte Medium strömt aufgrund der Kapillarwirkung des Kapillarsystems 6 zum wärmeaufnehmenden Ende 2 des Wärmerohres zurück.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Kapillarsystem 6 aus polykristallinen Metallwhiskarn, die zumindest im Bereich der Enden 2 und 3 des Wärmerohres 1 mit dessen Innenwand metallisch verbunden sind. Im Bereich der Enden 2 und 3 wird das Kapillarsyεtem von einem Filz aus ungerichteten polykristallinen Metallwhiskern gebildet. Eine Mikrophotographie dieses Pilzes in 20-facher Vergrößerung, zeigt Fig. 2. Dieser Filz hat ein Porenvolumen von ca 90% bei einem Durchmesser der Whisker von etwa 3 bis 5 Λ*κ· Zwischen den Enden 2 und 3 wird das Kapillarsystem von parallel zueinander ausgerichteten polykristallinen Metallwhiskern gebildet. Fig. 3 zeigt diese Whisker wiederum in 20-facher Vergrößerung. Die Kapillaren zwischen den Whiskern haben einen Durchmesser von weniger als 10 um.

Die Whisker können miteinander durch Heißpressen, Sintern und andere in der Pulvermetallurgie übliche Verfahren sowie dureh eine Metallabscheidung z.B. aus der Gasphase, zu einem selbsttragenden Skelett verbunden werden. Mit den gleichen Verfahren erfolgt die metallische Verbindung des Kapillarsystems 6 mit der Rohrwand sumindest im Bereich des

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wärmeaufnehmenden Endes 2 und dee wärmeabgebenden Endes 3 des Rohres 1.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern mit dem gleichen Erfolg auch bei sogenannten Wärmeplatten verwendbar, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten wie Wärmerohre und sich von diesen
praktisch nur durch eine andere Querschnittsform unterscheiden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

r r s β s s ε a s s s s χ s s s a a β s a ε a a s ε a s s

Wärmerohr, bestehend aus einem dicht verschlossenen rohrförmigen Körper, der ein inneres Kapillarsystem enthält und zum Teil tuit einem verdampfbaren Medium gefüllt ist und ein wärmeaufnehmendes Ende und ein wärmeabgebendes Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß das Kapillarsystem zumindest im Bereich des wärmeaufnehmenden Endes und des wärmeabgebenden Endes des Wärmerohres aus polykristallinen Metallwhiskern besteht, die mit der Wand des Wärmerohres metallisch verbunden sind*
2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem aus einem Skelett aus polykristallinen Metallwhiekern besteht, die an ihren Berührungset eilen metallisch miteinander verbunden sind.
3. Wärmerohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem zumindest teilweise aus parallel zueinander ausgerichteten polykristallinen Metallwhiskern besteht.
k. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß das Kapillarsystem zwischen den aus polykristallinen Metallwhiskern bestehenden Endabschnitten aus metallisierten anorganischen Fäden oder Fasern besteht.
5. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis i», dadurch gekennzeichnet, daß die polykristallinen Metallwhisker bzw. die metallisierten anorganischen Fäden oder Fa-

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sern eine äußere Schlicht aus einem Metall aufweisen, das von dem verdaropfbaren Meddum bevorzugt benetzt wird.
6. Wärmerohr nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Süßere Schicht der Whisker oder Fäden aus einem der Metalle Nickel, Kupfer, Silber, Zink, Zinn, Cadmium, Aluminium» Chrom, Wolfram, Kobalt, Titan, Molybdän oder Legierungen dieser Metalle besteht.
7« Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ale polykristallinen Metallwhisker in an sich bekannter Weise durch eine durch thermische Zersetzung einer Metailverbindung erzeugte Metallabseheidung mit der Wand des Wänserohres verbunden sind.
8. Wärmerohr nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem im Bereich des wärmeaufnehmenden und des wärmeabgab enden Endes des Wärmerohres aus einem Filz aus ungerichteten Metallwhiskern und zwischen diesen Enden aus parallel zueinander und zur Längserstreckung des Wärmerohres ausgerichteten Metallwhiskern oder metallisierten anorganischen Fäden besteht.

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