DE2739199B2

DE2739199B2 - Schalt- und regelbares Wärmerohr

Info

Publication number: DE2739199B2
Application number: DE2739199A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. 7990 Friedrichshafen Koch; Klaus Dipl.-Ing. 7775 Bermatingen Koegler; Wolfgang Dipl.-Phys. 7759 Immenstaad Molt
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1977-08-31
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2739199A1; BE867591A; GB2003596A; IT7869005A0; FR2402177A1; SE7809009L; JPS5437958A; SE438551B; IT1108004B

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem schalt- und regelbaren Wärnierohr, das eine zu übertragende Wärmeleistung durch Ändern der Menge seiner enthaltenen Arleitsflüssigkeit regelt, wobei das Wärmerohr Ober eine Rohrleitung mit einem Behälter verbunden ist, durch die der wärmetragende Dampil der Arbeitsflüssigkeit strömt und in scr -er flüssigen Phaiie in dem Behälter ganz oder teilweise gespeichert wird.

Bei aus der Praxis bekannten Wärmerohren werden unter Ausnutzung des Phasenwechsels flüssig-gasförmig und der damit verbundenen Verdampfungs* bzw. Kondensationswärme hohe übertragbare Wärmeleistungen bei minimaler Temperaturdifferenz erreicht Dabei befindet sich auf der Innenseite eines vakuumdicht verschlossenen Behälters, meist ein Rohr, eine mit einer Flüssigkeit relativ hohen Dampfdruckes gesättigte Kapillarstruktur, aus der die Flüssigkeit in der beheizten Zone verdampft, dabei die Verdampfungswärme aufnimmt, und der Dampf in der gekühlten Zone unter Abgabe der Kondensationswärme wieder kondensiert Das Kondensat wird auf Grund der Kapillarkraft, die je nach Lage des Wärmerohres durch die Schwerkraft unterstützt wird, von der Kühlzone in die Heizzone zurücktransportiert Dabei transportiert das Wärmerohr die durch den Temperaturunterschied zwischen Heiz- und Kühlzone und durch den Wärmewiderstand des Wärmerohres bestimmte Wärmeleitstung so lange, bis die Leistungsgrenze des Wärmerohres erreicht ist Wird die I eistungsgrenze eines Wärmerohres überschritten, trocknet die Kapillarstruktur in der Heizzone aus.

Der Wunsch, die mit Hilfe eines Wärmerohres von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke übertragene Wärmeleistung regelbar zu machen, führt zum Bau von Wärmerohren mit regelbarer Wärmeleitfähigkeit. Bekannte Verfahren regeln die zu übertragende Wärmeleistung durch Änderung des Wärmewiderstandes des Wärmerohres. Dazu wird z. B. bei gasgesteuerten Wärmerohren, wie beispielsweise eines aus der US-PS 39 58 627 bekannt ist, ein Teil des Rohrinneren in der Kühlzone mit einem nicht kondensierbaren Gas (Inertgas, ζ. b. Νλ He) in der Kühlzone blockiert. Es wird auch der Wärmewiderstand geregelt der sich zwischen Wärmequelle und Wärmerohr befindet Hierbei ist die ι Temperatur des Wärmerohres und die dadurch übertragene Wärmeleistung durch einen variablen Wärmewiderstand zwischen Wärmequelle und Wärmerohr regelbar. Als Wärmewiderstand dient dabei ein zwischen dem Wärmerohr und der Wärmequelle

κι angeordneter fester, flüssiger oder gasförmiger Stoff mit temperaturabhängiger Wärmeleitfähigkeit, der insbesondere beim Phasenwechsel seine Wärmeleitfähigkeit ändert
Aus der US-PS 38 08 816 ist noch ein abgedichteter

ι- und geschlossener Balg als temperaturempfindliches Ansprechmittel bekannt, der in einem temperaturbeaufschlagtem Gehäuse angeordnet ist und dessen Volumen nur durch eine Temperaturübertragung vom Gehäuse her verändert wird. Durch eine zusätzliche Beschichtung der Außenfläche des Balges mit einer den Wärmefluß hemmenden Schicht und geringer Reibung an der Außenfläche wird ein besonderer Steuerungseffekt hervorgerufen.
Ferner ist aus der DE-OS 2137 227 noch ein

r> Wärmerohr bekannt, bei dem an der KOhlzone ein mit einem Kapillarsystem ausgelegter Speicherbehälter angeschlossen ist Der Speicherbehälter erfüllt hier zum einen den Zweck, Verunreinigungen aufzunehmen, zum anderen mitgerissenes Kondensat über die Kappilar-

■o struktur an das Wärmerohr wieder zurückzuführen.

Diese Verfahrea haben den gemeinsamen Nachteil, daß zu der als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit noch ein zusätzlicher zweiter Stoff verwendet werden muß, z.B. ein Inertgas, und der zahlreiche spezielle

J-. Anforderungen erfüllen muß, ζ. B. ein fester Stoff mit stark temperaturabhängiger Wärmeleitfähigkeit

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärmerohr zu schaffen, das ohne einen derartigen zusätzlichen Hilfsstoff arbeitet und das dennoch regel-

4(> und schaltbar ist und bei dem die Wärmeübertragung von der Heizzone in die Kühlzone ohne Lageveränderung ein- oder ausschaltbar ist

Erfindungsgemäß sind zur Lösung dieser Aufgabe die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorgese-

■»*» hen.

Besondere Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß die Wärmeübertragung und damit die Wärmetrans-

w portleistung eines Wärmerohres durch Ändern der im Wärmerohr und in dessen Kapillarstruktur enthaltenen Flüssigkeitsfüllmenge mit Hilfe eines Behälters, in dem die Flüssigkeit teilweise speicherbar ist geregelt oder ganz ein- oder ausschaltbar ist Dabei wird in der

"i Heizzone des Wärmerohres eine der zu übertragenden Wärmeleistung entsprechende Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit verdampft Durch die Steuerung des in der Kapillarstruktur während der Wärmeübertragung von der Heiz- zur Kahlzone stattfindenden Flüssigkeitsstrahl) mes ist auch die damit übertragene Wärmeleistung Steuerbar. Die Wärmeübertragung kommt erst dann vollständig zum Erliegen, wenn dem Wärmerohr und dessen KapiJlarstruktur die Arbeitsflüssigkeit entzogen ist.

μ Ausführungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein schalt- und regelbares Wärmerohr,
F i g. 2 einen Behälter mit Balg.

In Fig. I ist schema tisch ein schalt· und regelbares Wärmerohr I dargestellt. Auf der Innenseite seiner Wandung 2 ist eine Kapillarstruktur 3 angeordnet, die mit einer Arbeitsflüssigkeit 4 hohen Dampfdruckes gesättigt ist. An der oberen Stirnseite, d.h. an der ί Kühlzone 5 des Wärmerohres 1 ist eine Rohrleitung 6 angeschlossen, die das Wärmerohr 1 mit einem entfernteren Behälter 7 niit veränderbarem Volumen verbindet. Zwischen Wärmerohr 1 und Behälter 7 liegt in der Rohrleitung 6 ein Ventil 8. Dabei verläuft der Wärmetransport von der am unteren Ende des Wärmerohres 1 gelegenen Wärmequelle 9 bzw. der mit ihr in Kontakt stehenden Heizzone 10 des Wärmerohres 1 in Richtung Wärmesenke 11, die wiederum mit der Kühlzone 5 in Kontakt steht. Bei Inbetriebnahme des Wärmerohres 1 wird ihm in der Heizzone 10 Wärme zugeführt und dabei die im Wärmerohr 1 bzw. in der darin angeordneten Kapillarstruktur 3 enthaltene Arbeitslosigkeit 4 verdampft Der so entstehende Dampf 12 transportiert die in ihm enthaltene Wärme in Richtung Kühlzone 5 und strömt bei geöffnetem Ventil 8 durch die Rohrleitung 6 in Richtung des Behälters 7.

Enthält das Wärmerohr 1 weniger ArbeitsHussigkei t4 als zur vollständigen Sättigung der Kapillurstruktur notwendig ist, so wird die maximal mögliche übertragbare Wärmeleistung nicht mehr erreicht. Die Regelung der Menge der Arbeitsflüssigkeit 4 erfolgt durch den Behälter 7 mit veränderlichem Volumen, z. B. ein Zylinder 14 mit beweglichem Kolben 15 oder ein Behälter T mit einer als Balg 15' (F i g. 2) ausgebildeten jo Wand. Der Zylinder 14 mit durch seinen Kolben 15 veränderbaren Volumen 16 wird ständig gekühlt, z. B. durch freie Konvektion oder einer von Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlschlange 17. Dadurch wird die Temperatur des Zylinders 14 ständig unter der Betriebstemperatur des Wärmerohres 1 gehalten. Dadurch ist das zur Verfügung stehende Volumen 16 stets vollständig mit Arbeitsflüssigkeit 4 ausgefüllt Wird das Volumen 16 im Zylinder 14 verkleinert, so wird zugleich ein Teil der Arbeitsflüssigkeit 4 in das Wärmerohr 1 gedrückt und dadurch die Leistung des Wärmerohres 1 größer. Ursache ist die höhere mögliche Strömung der Arbeitsflüssigkeit 4 von der Kühlzone 5 in die Heizzone 10. Der Zylinder 14 mit veränderbarem Volumen 16 ist derart ausgelegt, daß sein Maximalvolumen die gesamte Arbeitsflüssigkeit 4 des Wärmerohres 1 fassen kann. In diesem Fall ist das Wärmerohr vollständig abgeschaltet Die Volumensänderung des Zylinders 14 kann aktiv, d.h. durch einen mit dem Kolben 15 verbundenen Stellmotor 18 bewerkstelligt werden. Auch ist eine passive, d. h. selbsttätige Volumensänderung in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmerohres 1 möglich. Je nach Temperatur desselben herrscht im Gesamtsystem ein bestimmter Dampfdruck vor. Ist dieser im Inneren des Wärmerohres 1 bzw. Gesamtsystems kleiner als der äußerer Druck (im einfachsten Fall der barometrische Druck), so wird der Behäker T, Zylinder 14 oder Balg 15' aufsein kleinst möglichstes Volumen 16 zusammengedrückt; die gesamte Arbeitsflüssigkeit 4 befindet sich dann im Wärmerohr 1. Obersteigt der Dampfdruck den äußeren Druck, so dehnt sich der Behälter T, Zylinder 14 oder Balg 15' aus; dem Wärmerohr 1 wird die Arbeitsflüssigkeit 4 entzogen und der Wärmetransport bzw. Betrieb des Wärmerohres 1 kommt zum Stillstand.

Der Außendruck auf dem Behälter 7', Zylinder 14 oder Balg 15' (F i g. 2\ insbesondere, auf den Kolben 15 oder den Boden 19 des Balges 15' (f ig.2), der dem Innendruck (Dampfdruck) entgegenwirkt ist wenn es der atmosphärische Druck ist z. B. durch eine Feder 20 (Fig. 2) verstärkt oder abschwächbar. Der Außendruck ist auch durch ein auf den Behälter T drückendes komprimiertes Gas, z. B. Stickstoff, Luft oder Edelgas, erzeugbar. Damit ist auch bei gleichbleibendem Wärmeträger die Arbeitstemperatur des Wärmerohres beliebig einstellbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schalt- und regelbares Wärmerohr, das eine zu übertragende Wärmeleistung durch Ändern der Menge seiner enthaltenen Arbeitsflüssigkeit regelt, wobei das Wärmerohr über eine Rohrleitung mit einem Behälter verbunden ist durch die der wärmetragende Dampf der Arbeitsflüssigkeit strömt und in seiner flüssigen Phase in dem Behälter ganz oder teilweise gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (6) au der Kühlzone (5) angeschlossen ist und daß der Behälter

(7) ein veränderbares Volumen durch Anordnung eines Kolbens (15) oder eines an sich bekannten Balges (15') hat

2. Wärmerohr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf den Behälter (19) des Kolbens (15) oder des Balges (15') wirkende Stelleinrichtung, insbesondere eine Feder (20) oder ein Stellmotor (18).

3. Wätjnerohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rohrleitung (6) zwischen dem Wärmerohr (1) und dem Behälter (7) ein Ventil

(8) geschaltet ist