DE2614061C2

DE2614061C2 - Gasgesteuerter Wärmerohr-Thermostat mit einem Kontrollgas eines Gasdruckregelsystems

Info

Publication number: DE2614061C2
Application number: DE2614061A
Authority: DE
Inventors: Claus-Adolf Dr.-Phys. Arolo di Leggiuno Busse; Jean-Paul Ispra Labrande
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1975-04-04
Filing date: 1976-03-30
Publication date: 1982-12-16
Also published as: FR2306419A1; IE42541L; JPS51122854A; CH595660A5; JPS5924796B2; NL181142C; LU72212A1; NL7603468A; GB1538272A; NL181142B; DK149938B; DK145476A; IT1058052B; BE840324A; FR2306419B1; IE42541B1; US4286652A; DK149938C; DE2614061A1

Description

In einer anderen Ausführungsform kann das Ablassen des Gases auch zum Innern des Wärmerohres hin erfolgen. Dazu wird die Kühlzone K vorübergehend beheizt, wodurch sich die Zirkulationsrichtung des Hauptkreislaufs A—B—A umkehrt und das an der Kondensationszone 7 vorhandene Gas in den Hilfskreislauf A'—B'—A'und von diesem weiter zum Kontrollgasbereich 3 gespült wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform betrifft die Anordnung eines beidseitig offenen düngen Röhrchens ?n im Dampf des Wärmerohre!., das in der Kondensationszone 7 beginnt und an einer Stelle im Dampf des Hilfskreislaufes A'— B'— A' endet, wo der Druck etwas niedriger ist als in der Kondensationszone 7. Eine solche Stelle kann z. B. dadurch geschaffen werden, daß die Querschnitte der Dampfkanäle und/oder die Größe der abgeführten Wärmemengen im Hauptkreislauf A — B—A bzw. im Hilfskreislauf A '—B'—A 'so gewählt werden, daß der Druckabfall von Λ'nach B' größer ist als der Druckabfall ve η Λ nach B. Dadurch erfolgt ein ständiger geringer Dampfstrom von der Kondensationszone 7 bis in den Bereich B', der jede nennenswerte Gasansanimlung in der Kondensationszone 7 unterbindet. Der durch diesen Nebendampfstrom auftretende Verlust an Arbeitsflüssigkeit in der Zirkulation A — B—A wird durch Zufluß von Arbeitsflüssigkeit in der Kapillarstruktur von A' nach A automatisch ausgeglichen. Da dieser Zufluß jedoch aus gasverunreinigter Flüssigkeit des Hilfskreislaufes A'—B'-A' besteht, soll er möglichst klein gehalten werden, d. h. der Strömungswiderstand des Röhrchens 10 ist so groß zu wählen, daß gerade keine wesentliche Gasansammlung in der Kondensationszone 7 mehr auftritt, oder anders ausgedrückt, daß keine wesentliche Temperaturabsenkung in der Kondensationszone 7 mehr feststellbar ist (da nämiich eine Gasansammlung, wie bereits erwähnt, zu einem Absinken der Temperatur führt).

Beispiel

Das Funktionieren der Anordnung wurde durch Messen der axialen Temperaturverteilung in einem Wärmerohr aus Kupfer mit Wasser als Arbeitsflüssigkeit und Argon als Kontroilgay, bestätigt Das Rohr hatte eine Länge von 50 cm und einen Dampfkanaldurchmesser von 1,2 cm. Die Temperaturverteilung wurde in einem beidseitig offenen und axial in dem Wärmerohr 1 angebrachten Röhrchen 10, Außendurchmesser 0,5 cm, mit Hilfe von Platinwiderständen gemessen (Meßempfindlichkeit ungefähr 10-⁴⁰C/cm). Die Kapillarstruktur bestand aus einem Drahtgeflechtwickel auf dem äußeren Rohr und einem Gewinde auf dem Innenrohr. Die Kurve nach F i g. 2 zeigt die Temperaturabweichungen T-To⁰C, wobei

To = 100°Cdie theoretische Verdampfungstemperatur des Wassers ist, über der Rohrlänge. Mit H. K und K' sind in Analogie mit F i g. 1 die Verdampfungszone sowie die beiden Kühlzonen angegeben. In dem Wärmerohr finden also zwei Kreisläufe statt und zwar WKH(Nutzzone) nach links und WC Ή (Hilfszone) nach rechts, von der Verdampfungszone aus gesehen. Die Hilfszone steht in direktem Kontakt mit dem Kontrollgas. Die Messungen, die nach Einfahren des Wärmerohres im stationären Zustand erfolgten, zeigen, beidseitig der Verdampfungszone, zwei Zonen konstanter Temperatur, wobei in der Nutzzone eine deutlich höhere Temperatur zu beobachten ist, die auf den geringeren Gasgehalt des dort zirkulierenden Dampfes zurückzuführen ist. Weiterhin blieb die Temperatur in der Nutzzone langer konstant als in der Hilfszone.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasgesteuerter Wärmerohr-Thermostat in dessen Wärmerohr zur thermostatischen Nutzung ein Verdampfungs-Kondensationskreislauf aufrecht erhalten wird, wobei das Kontrollgas eines Gasdruckregelsystems eine mit dem Rohr in Verbindung stehende Pufferzone bildet dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt-Verdampfungs-Kondensationskreislauf (A-B-A)vondem Kontrollgas (3) durch einen Hilfs-Verdampfungs-Kondensationskreislauf (A'-B'-A') getrennt ist, und daß die Kühlzonen (K, K') der beiden Kreisläufe in den Endabschnitten des Wärmerohres liegen.

2. Gasgesteuerter Wärmerohr-Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Hauptkreislauf (A-B-A) und der Hilfskreislauf (A'-B'— A') eine gemeinsame Verdampfungszone f/fjhaben.

3. Gasgesteuerter Wärmerohr-Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Kondensationszone (7) des Hauptkreislaufs (A -B-A) über ein Ventil (8) mit einer Unterdruckkammer (9) in Verbindung steht zum gelegentlichen, vorzugsweise automatischen Gasablaß über das Ventil (8).

4. Gasgesieuerter Wärmerohr-Thermostat nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein beidseitig offenes dünnes Röhrchen (10), das die Kondensationszone (7) des Hauptkreislaufs (A-B-A)mA einer Stelle niedrigeren Kontrollgaspartialdruckes im Hilfskreislauf (A'-Β'—Α')verbindet.

Die Erfindung betrifft einen gasgesteuerten Wärmerohr-Thermostat entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Das praktisch isotherme Wärmerohr überträgt latente Verdampfungswärme einer Flüssigkeit aus einer Verdampfungszone in eine Kondensationszone. Dabei wird im Innern des Rohres ein Zweiphasenkreislauf aufrechterhalten, wobei z. B. Kapillarkräfte, die in der Kondensationszone kondensierte Flüssigkeit in die Verdampfungszone zurückleiten.

Das Prinzip der Wärmerohre ist bekannt.

Es ist auch bereits bekannt, Wärmerohre in Thermostatsystemen zu verwenden (Luxemburgische Patentschrift 57 482). Dabei wird das Wärmerohr mit einem Gasdruckregelsystem, ζ. Β. einem unter konstantem Druck stehenden Gasreservoir, gekoppelt und zwar derart, daß sich in der Übergangszone nur eine relativ dünne Mischzone zv/ischen Dampf und Gas einstellt. Unter diesen Umständen bewirkt eine Veränderung der in der Verdampfungszone zugeführten Wärme eine Verschiebung der Übergangszone und somit eine entsprechende Änderung der wärmeabgebenden Fläche.

Im Idealfall ist bei solchen Wärmerohren der Zusammenhang zwischen dem Druck des Kontrollgases und der Temperatur des Rohres durch die Dampfdruckkurve der verwendeten Arbeitsflüssigkeit gegeben. In der Praxis gibt es eine Anzahl Effekte, die Abweichungen von diesem idealen Zusammenhang bewirken. Einer dieser Effekte ist die Anwesenheit von Kontrollgas im Dampf der Arbeitsflüssigkeit die vor ailem dadurch

-, zustande kommt daß sich Kontrollgas im Bereich hohen Gas-Partialdruckes in der Arbeitsflüssigkeit auflöst, sodann mit der Arbeitsflüssigkeit in den geheizten Teil des Wärmerohres gelangt und von dort beim Verdampfen der Arbeitsflüssigkeit in den Dampf übergeht Die

κι Folge davon ist daß (bei einem fest vorgegebenen Kontrollgasdruck) die Sättigungstemperatur des Dampfes und damit die Temperatur des Wärmerohres absinkt und zwar um so stärker, je größer der Gas-Partialdruck im Dampf ist.

i) Da der beschriebene Gaslösungseffekt von den konstruktiven Einzelheiten des Wärmerohres und dessen Betriebszustand abhängt und kaum gesetzmäßig erfaßt und vorhergesagt werden kann, muß die resultierende Temperaturabsenkung generell als eine

2« Unsicherheit im absoluten Temperaturniveau des Wärmerohres angesehen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Temperaturunsicherheit zu beseitigen oder wenigstens weitgehend zu vermindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Es entsteht dadurch ein gasgesteuerter Wärmerohr-Thermostat hoher Präzision.

ίο Besondere Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend in Form eines Beispiels anhand von F i g. 1 erläutert.

Ein gasgesteuertes Wärmerohr 1 hat eine Übergangs-

n zone 2 zwischen Dampfbereich ß'und Kontrollgasbereich 3, dessen Druck über ein Gasdruckregelsystem 4 konstant gehalten wird. Durch Zufuhr von Wärme in der Verdampfungszone H entstehen zwei Verdampfungs-Kondensationskreisläufe, nämlich der Hauptkreislauf

_w a—B—A, in dem sich eine zu temperierende Kammer 5 befindet, und der Hilfskreislauf A'-B'-A', der direkt an die Übergangszone 2 grenzt und letztere von dem Hau-(jtkreislauf A—B—A trennt. Das in den Kühlzonen K resp. K' verflüssigte Arbeitsmittel wird gemäß den

Pfeilrichtungen über Kapillarstrukturen 6 resp. 6' in die Verdampfungszone //zurückgeführt.

Der Hilfskreislauf A'-B'-A' enthält eine gewisse Menge Kontrollgas durch Lösung in der Übergangszone 2 und aus dem Kontrollgasbereich 3 mit hohem Gas-Partialdruck. Der Hauptkreislauf A—B—A, der die zu temperierende Kammer 5 umgibt, enthält jedoch sehr viel weniger Kontrollgas, da in der Kondensationszone 7 dieses Kreislaufes kein Gaspuffer vorhanden und somit kein Gas gelöst werden kann.

5> Kontrollgas gelangt in den Hauptkreislauf A— B-A nur durch Diffusion aus dem Hilfskreislauf A'—B'—A'. Dieses Kontrollgas wird in der Kondensationszone 7 angesammelt und führt dort zum allmählichen Aufbau eines Gas-Partialdruckes. Dieser Aufbau geht, wie die

bo Erfahrung zeigt, sehr langsam vor sich (über Tage) und kann durch gelegentlichen (z. B. automatischen) Gasablaß über ein Ventil 8, z. B. in eine Unterdruckkammer 9, vermieden werden. Ein Ablassen des Gases ist insbesondere beim Start des Wärmerohres nötig, da

hi hierbei ein größerer Teil des im kalten Zustand gleichmäßig im Wärmerohr verteilten Gases durch die einsetzende Dcmpfzirkulation in der Kondensationszone 7 eingeschlossen wird.