DE2614062A1

DE2614062A1 - Waermeroehrenkammer hoher praezision

Info

Publication number: DE2614062A1
Application number: DE19762614062
Authority: DE
Inventors: Claus-Adolf Dr Busse; Jean-Paul 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: 1976-10-14
Also published as: FR2306420B1; NL7603467A; FR2306420A1; JPS5938512B2; IE42542L; NL183107B; LU72213A1; DK150126C; CH601851A5; BE840325A; JPS51122855A; GB1547829A; IE42542B1; DK145376A; IT1058053B; US4300626A; NL183107C; DK150126B

Description

Ί. 61 A Γι B

PATENTANWÄLTE

^/nüffer körner <L

1 BERLIN-DAHLEM 33 · PODB1ELSKIALLEE 68 8 MÜNCHEN Uü · WIDEN MAYERSTRASSE 49

BERLIN: DIPL.-ING. R. MUl LER-BÖRNER

Europäische Atomgeineinschaft _{MÜNCHEN: dipl},_ng.han_S-_h.wev (EURATOM)

Berlin, den 30. März 1976 25 934

Wärraeröhrenkammer hoher Präzision

— 1 —

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BERLIN: TELEFON (O3O) 831 2088 MÜNCHEN: TELEFON (08 11) 22 55 85

KABEL: PROPINDUS · TELEX Ο184Ο57 KABEL: PROPINDUS · TELEX O5 24244

Die Erfindung betrifft gasgesteuerte Wärmekammern, auch Wärmeröhren-Thermostate genannt, wie sie in der luxemburgischen Patentan meldung Nr 704l9 beschrieben sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Wärmekammern in denen die gewünschte Temperatur mit hoher Präzision eingestellt und gehalten werden kann.

Wie bekannt, besteht bei gasgesteuerten Wärmeröhren im Idealfall ein Zusammenhang zwischen dem Druck des Kontrollgases und der Temperatur der Wärmekammer, die über die Dampfdruckkurve der verwendeten Arbeitsflüssigkeit festgelegt ist.

In der Praxis gibt es jedoch Abweichungen vom idealen Verhalten, die bei Wärmeröhren-Thermostaten hoher Präzision sehr stören.

Die Forschungsarbeiten, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, ergaben, dass Abweichungen oft auf die Anwesenheit von endogenen Verunreinigungen in der ArbeitsflUssigkeit auf der Wand der zu temperierenden Kammer zurückzuführen sind.

Die Verunreinigungen können z.B. Stoffe sein, die von der Arbeitsflüssigkeit aus der Wand der Kammer herausgelöst werden. Derartige Verunreinigungen in der Arbeitsflüssigkeit setzen, bei vorgegebener Temperatur, deren Dampfdruck herab. Bei fest vorgegebenem Kontrollgasdruck verursachen die gelösten Verunreinigungen also ein Ansteigen der Sättigungstemperatur des Dampfes und damit der Temperatur der Wärmekammer, und zwar um so mehr, je grosser die Konzentration der gelösten Verunreinigungen an der Phasengrenze Flüssigkeit/Dampf ist.

Erwähnt sei, dass dieser Effekt praktisch nur von schwerflüchtigen Verunreinigungen hervorgerufen wird, weil die leichtflüchtigen Verunreinigungen an der Phasengrenze Flüssigkeit/Dampf in die

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ORIGINAL !WSPEGTED

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Dampfphase hinausdiffundieren, so dass deren Konzentration an der Flüssigkeitsoberfläche praktisch als Null angesehen werden kann.

Da der beschriebene Verunreinigungseffekt von den konstruktiven Einzelheiten der Wärmekammer und deren Betriebszustand abhängt und kaum gesetzmässig erfasst und vorhergesagt werden kann, muss die resultierende Temperaturabsenkung generell als eine Unsicherheit im absoluten Kammer-Temperaturniveau und dessen zeitlicher Beständigkeit angesehen werden.

Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, wie diese Temperaturunsicherheit, d.h. die Anwesenheit von schwerflUchtigen Verunreinigungen in der Arbeitsflüssigkeit auf der Kammerwand, klein gehalten werden kann.

Der Erfindung liegen folgende Ueberlegungen zugrunde: Hohe Verunreinigungskonzentrationen treten vor allem auf, wenn

- Flüssigkeit auf der Kammerwand stagniert, weil dann viel Zeit für die Diffusion von Verunreinigungen aus der Kammerwand in die Flüssigkeit zur Verfügung steht und daher die Verunreinigungskonzentration in der Flüssigkeit bis zum Gleichgewichtswert ansteigen kann, oder wenn

- auf der Kammerwand Zonen konvergierender Flüssigkeitsstromlinien bestehen (d.h. verdampfende Zonen, in die von allen Seiten Flüssigkeit hineinströmt), weil in solchen Zonen die von der hineinströmenden Flüssigkeit mitgeführten nichtfluchtigen Verunreinigungen angesammelt werden und deren Konzentration auf diese Weise bis zur- Löslichkeitsgrenze ansteigen kann. Solche verdampfende Zonen auf der Kammerwand können entstehen, wenn der Kammerwand Wärme zugeführt wird, sei es durch exotherme Vorgänge im Inneren der Kammer oder von aussen z.B. durch Auftreffen von überhitztem

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Dampf auf die Kammerwand oder Wärmestrahlung von überhitzten Flächen, z.B. aus der eigentlichen Heizzone der Wärmeröhre.

Der Erfindung liegt weiterhin die Ueberlegung zu Grunde, dass

in der KUhlzone frisch gebildetes Kondensat besonders sauber ist,

- schwerflüchtige Verunreinigungen im Dampf und damit auch in dem aus diesem Dampf entstehenden Kondensat praktisch nicht vorhanden sind,

- die Herauslösung von Verunreinigungen aus der Wand Zeit erfordert.

Frisches Kondensat enthält im wesentlichen nur flüchtige Verunreinigungen, vor allem Kontrollgas, die für den hier behandelten Effekt der Dampfdruckabsenkung durch gelöste Verunreinigungen, wie vorn erwähnt, keine Rolle spielen.

Auf Grund dieser Ueberlegungen betrifft die Erfindung einen gasgesteuerten Wärmeröhren-Thermostat hoher Präzision, mit einer zumindest teilweise innerhalb des Verdampfungs- und Kondensationskreislaufs angeordneten zu temperierenden Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmeröhre eine Kühlfläche zur Erzeugung von Kondensat angebracht ist, die zwecks gerichteter Oberflächenspülung in flüssigkeitsleitender Verbindung mit der Aussenwand der zu temperierenden Kammer steht.

Durch diese Anordnung wird also eine hohe Konzentration von Verunreinigungen an der Oberfläche der Flüssigkeit auf der Kammerwand dadurch verhindert, dass die Kammerwand ständig mit einem gerichteten Strom frischen Kondensates gespült wird. Durch diesen Strom wird die Verweilzeit jedes einzelnen FlUssigkeitsvolumens auf der Kammerwand klein gehalten und damit die in dieser Zeit durch Lösung entstehende Verunreinigungskonzentrafclon. In den verdampfenden Bereichen überlagert sich dieser Strom der konvergenten Strömung mit dem Ergebnis, dass niclr

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mehr Flüssigkeit nur von allen Seiten in die verdampfende Zone heineinströmt, sondern dass jetzt von der einen Seite Flüssigkeit hineinströmt und an der anderen Seite herausströmt (etwas weniger, entsprechend der Abdampfung) und somit die Ansammlung von schwerflüchtigen Verunreinigungen verhindert wird.

Zur praktischen Realisierung der Erfindung gibt es viele Möglichkeiten. Grundsätzlich nötig ist:

- eine gekühlte Fläche, die im Extremfall auch ein Teil der Kammer selbst sein kann, auf der das Kondensat erzeugt wird,

- eine geeignete "Verbindung", die den Uebergang des Kondensats vom Kondensator zur Oberfläche der Kammer ermöglicht (sofern die Kammer-

' oberfläche nicht selbst der Kondensator ist),

- Mittel, um das Kondensat auf der Kammeroberfläche zu verteilen, und schliesslich

- eine geeignete "Verbindung", die den Uebergang des Kondensats von der Kammerwand zu einem Verdampfer ermöglicht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Wärmeröhren-

Thermostat
Fig. 2 einen Schnitt nach II-II von Fig. 1.

Gemäss Fig. 1 wird der Wärmeröhre bei H Wärme zugeführt um die Arbeitsflüssigkeit in der Verdampfungszone (5) zu verdampfen.

Ein Teil des Dampfes (D')entweicht zur Kühlzone (K'), die mit einem Gasdruckregelsystem (G) über einen Gaspuffer (?) gekoppelt ist.

Ein weiterer Teil des Dampfes (D) gelangt zu der KUhlzone (K) die über ein Abschlussventil (8) mit einer, nicht gezeichneten, Niederdruck-

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kammer in Verbindung feesetzt werden kann. Dabei entsteht bei (l) frisches Kondensat, das über die Kapillarstrukturen (2) aus mehreren Lagen eines feinmaschigen Drahtnetzes oben auf die Wand der Wärmekammer (6) gebracht wird. Dort wird das Kondensat über eine ähnliche Kapillarstruktur verteilt und schliesslich, unten, durch eine weitere Kapillarstruktur (4) zur Verdampfungszone (5) zurückgeleitet.

Die beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist keineswegs limitativ. Wie für den Fachman deutlich, kann der Kondensatrückfluss zur Kammerwand statt über Kapillarstrukturen auch zum Beispiel über eine Verteilerrinne oder durch einfaches Herabtropfen erfolgen.

Patentansprüche;

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Claims

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PATENTANSPRUECHE■

l)y Gasgesteuerter Wärmeröhren-Thermostat hoher Präzision mit einer zumindest teilweise innerhalb des Verdampfungs- und Kondensationskreislaufs angeordneten zu temperierenden Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmeröhre eine Kühlfläche zur Erzeugung von Kondensat angebracht ist, die zwecks gerichteter Oberflächenspülung in flüssigkeitsleitender Verbindung mit der Aussenwand der zu temperierenden Kammer steht.
2) Wärmeröhren-Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche eine Kondensationsζone für die Arbeitsflüssigkeit der Wärmeröhre ist.
3) Wärmeröhren-Thermostat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche ausserhalb der direkten Einwirkung des Kontrollgases ist.
4) Wärmeröhren-Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsleitende Verbindung aus Kapillarstrukturen besteht.

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