DE2748339C3 - Vorrichtung zum Transport von Wärmeenergie - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche vakuumdicht verschlossenen Systeme, in deren Innenraum ein Wärmeträger zum Teil in flüssiger und zum Teil als gesättigter Dampf vorliegt, finden mehr und mehr technische und industrielle Anwendung insbesondere auf dem Gebiet der Wärme- und Kältetechnik. Wird einem Boreich dieses Systems Wärme zugeführt, so verdampft dort der Wärmeträger und strömt zum kälteren oder gekühlten Bereich, wo er kondensiert und dabei seine Verdampfungswärme abgibt. Liegt die Kühlzone oberhalb der Heizzone, so wird das Kondensat aufgrund der Schwerkraft in die Heizzone zurückfließen. Thermische Bauelemente, bei denen zum Rücktransport des Kondensats die Schwerkraft ausgenutzt wird, werden als Wärmesiphons bezeichnet, wogegen solche, bei denen der Rücktransport des Kondensats aufgrund kapillarer Kräfte bewirkt wird, als Wärmerohre bezeichnet werden.

Der Umlauf des Wärmeträgers wird durch den häufig sehr geringen Temperaturunterschied zwischen der Heiz- und der Kühlzone bewirkt. In der Heizzone herrscht ein höherer Dampfdruck als in der Kühlzone, und dieses Druckgefälle treibt den Dampf zum gekühlten Ende. Ein wesentlicher Vorteil dieser thermischen Bauelemente ist, daß ihre effektive Wärmeleitfähigkeit um Größenordnungen höher ist, als die der besten metallischen Leiter. Mit ihnen kann Wärme gegen die Schwerkraft transportiert werden. Sie sind einfach zu handhaben, leicht zu montieren und wartungsfrei.

Diese thermischen Bauelemente müssen jedoch zunächst evakuiert und anschließend mit einer vorbestimmten Menge eines Arbeitsmittels gefüllt werden. Anschließend muß das System druckdicht geschlossen werden.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Wärmetausch der im Oberbegriff genannten An bekannt (DE-OS 25 19 803), bei welcher eine Vielzahl von einzelnen Wärmerohren eine Trennwand durchsetzt, und die Wärmerohre endseitig untereinander durch U-förmig gekrümmte Rohrabschnitte zu einer Wärmerohrschlange zusammengesetzt sind. Der Kerstellungsaufwand dieser Vorrichtung ist außerordentlich hoch, da an beiden Enden jedes Rohres der U-Bogen angebracht werden muß. Das Anbringen der U-Bögen erfolgt durch Schweißen. Die für die Funktionsfähigkeit von Wärmerohren nötige Vakuumdichtheit der Verbindungsstellen setzt einen erfahrenen Schweißfachmann voraus, insbesondere auch deshalb, weil die Schweißstellen vielfach schwer zugänglich sind (s. Figur der DE-OS 25 19 803). Das vakuumdichte Verschweißen macht darüber hinaus Mindestwanddicken für Rohre und Verbindungsstücke erforderlich, was diese bekannte Vorrichtung schwer und teuer macht

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmesiphon bzw. ein Wärmerohr anzugeben, welches wesentlich einfacher herstellbar, leichter und infolge einer Verringerung bzw. Weglassen von Schweißstellen funktionssicherer ist.

Diese Aufgabe soll durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst werden.

Dui ch die beanspruchte Formgebung eines evakuierten und gefüllten Rohres großer Länge sind mehrere miteinander in Verbindung stehende Wärmesiphons bzw. Wärrnerohre aus einem einzigen Rohr entstanden. Ein Austrocknen eines der nebeneinanderliegenden Wärmerohre bzw. Wärmesiphons kommt nicht vor, da sich in diesem Fall die Kondensationszone des benachbarten flüssigkeitsführenden Systems in den von der Austrocknung bedrohten Bereich hinein vergrößert, so daß dieser mit Flüssigkeit ausgefüllt wird. Es wird ein stabiler Zustand erreicht. Durch die Wendel- oder Mäanderform erhält man auf engstem Raum ein große Wärmemengen übertragendes thermisches Bauelement. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Wärmerohren und damit die Gefahr von Undichte vermieden. Die Wanddicke kann wesentlich reduziert werden, was zu einer erheblichen Materialeinsparung und Gewichtsersparnis führt. Die längsnahtgeschweißten Wellrohre können in großen Längen kontinuierlich und wirtschaftlich hergestellt werden und sind aufgrund ihrer Wellung sehr flexibel, so daß sie mit kleinen Radien gebogen werden können. Neben der guten Biegbarkeit besitzen die Wellrohre aber noch eine Eigenschaft, die sich beim Einsatz als Wärmerohr als äußerst vorteilhaft erwiesen hat: Durch die Wellung, die natürlich auch an der Innenseite der Rohre vorhanden ist, wird die Kondensation des Dampfes stark beschleunigt. Aber auch die durch die Wellung erzielte Oberflächenvergrößerung an der Außenseite der Wärmerohre wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad aus, da sowohl in der Heizzone als auch in der Kühlzone der Wärmeübergang gegenüber glatten Rohren wesentlich höher ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist anhand der in den F i g. 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In den Figuren sind Wärmerohre dargestellt, die aus einem Metall-Rohr 1 bestehen, welches in Form einer Wendel (F i g. 1) bzw. Mäanderförmig (F i g. 2) gewickelt ist. Das Rohr 1 ist vorteilhafterweise aus einem Kupferband von beispielsweise 0,3 mm Wanddicke hergestellt, welches in einem kontinuierlichen Arbeits-

verfahren zu einem Schlitzrohr geformt, längsnahtverschweißt und anschließend gewellt wurde. Es besteht aber auch die Möglichkeit, für das Rohr 1 ein nahtlos gezogenes Kupferrohr zu verwenden, welches nach dem letzten Zug weichgeglüht wurde und somit gut biegbar ist

Von der gefertigten Rohrlänge wird eine bestimmte Länge abgetrennt und an beiden Enden druckdicht mittels Kappen 2 verschlossen. Eine der Kappen 2 weist einen Rohrstutzen auf, an den eine Vakuumpumpe angeschlossen werden kann, die das RoIu- evakuiert Nach dem Evakuieren wird das Arbeitsmittel eingeführt und der Rohrstutzen druckdicht verschlossen. Das Wickeln des Rohres 1 kann entweder vor dem Evakuieren und Füllen des Rohres oder aber auch danach vorgenommen werden.

In den in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Heizzone 3 im unteren Bereich, wogegen die Kühlzone 4 im oberen Bereich gelegen ist so daß das Kondensat aufgrund der Schwerkraft zur Heizzone 3 zurücktransportiert wird.

Beim Füllen des gewickelten Rohres 1 brauchen keine besonderen Vorkehrungen dahingehend getroffen werden, daß jede einzelne Windung mit dem Arbeitsmittel zumindest teilweise gefüllt ist da sich das Arbeitsmittel nach Inbetriebnahme gleichmäßig auf die einzelnen Windungen verteilt Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen bilden alle unten liegenden Bereiche die Heizzone 3, wogegen alle oben liegenden Bereiche die Kühlzone 4 bilden. Es ist also gelungen, aus einem zu einem Wärmesiphon oder Wärmerohr vorbereiteten Rohr 1 eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Wärmerohren herzustellen, was eine erhebliche Kosteneinspaning bedeutet bzw. den Wirkungsgrad eines Wärmerohres d.h. Wärmesiphons um ein Vielfaches erhöht Es hat sich dabei völlig überraschend gezeigt daß ein Austrocknen einer Rohrwindung nicht eintreten kann, da in diesem Falle die Kondensationszone der benachbarten Windungen sich bis in den Bereich der vom Austrocknen bedrohten Windung vergrößert so daß das Kondensat in diese Windung wieder einfließt

Das beschriebene Wärmesiphon ist genauso anwendbar für Wärmetransportsysteme, die nach dem Prinzip von solchen Wärmerohren arbeiten, bei denen der Rücktransport des Kondensats durch kapillare Kräfte verursacht wird. Für diesen Anwendungsfall muß in das Rohrinnere ein Kapillarsystem eingebracht werden, beispielsweise in Form eines Kunststoffnetzes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Transport von Wärmeenergie zwischen zwei Orten unterschiedlicher Temperatur, bestehend aus mehreren nebeneinander angeordneten Wärmerohren, die mit einem an der Heizzone verdampfenden und an der Kühlzone kondensierenden Arbeitsmedium gefüllt sind, in denen das Kondensat ständig über geradlinige bzw. gestreckt verlaufende Transportzonen zur Heizzone zurück- to strömt, wobei die einzelnen Wärmerohre untereinander verbunden sind, so daß die so gebildete Rohrschlange aneinanderschließend mehrmals Heiz- und Kühlzonen durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre aus einer einzigen Rohrlänge gebildet sind und das Rohr (1) als längsnahtgeschweißtes Wellrohr ausgebilßet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) mäander- oder wendelförmig geformt ist und die Wendeln oder Mäander ggf. unterschiedlich lang sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Transportzonen bildenden Rohrbereiche im wesentlichen gestreckt verlaufen und eng ancinanderliegen, wogegen die die Heiz- und Kühlzonen (3, 4) bildenden Rohrbereiche gefächert sind.