DE2748711B2

DE2748711B2 - Wärmerohr

Info

Publication number: DE2748711B2
Application number: DE2748711A
Authority: DE
Inventors: Udo Klaus Paul Biermann; Johannus Christianus Martinus Roelofs; Willem Ludovicus Nicolaas Van Der Sluys
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-11-08
Filing date: 1977-10-29
Publication date: 1979-04-26
Also published as: CA1073445A; SE7712542L; FR2370251A1; DE2748711A1; US4159737A; DE2748711C3; SE432017B; NL7612360A; GB1562265A; JPS5359960A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmerohr mit einem geschlossenen Behälter mit mindestens einer Verdampfungswand und mindestens einer Kondensationswand, wobei in dem Behälter ein Wärmetransportmedium vorhanden ist, das im Betrieb in dampfförmigem Zustand von der Verdampfungswand über mindestens einen Dampfkanal zur Kondensationswand strömt und in flüssigem Zustand über mindestens einen Flüssigkeitskanal zur Verdampfungswand zurückkehrt.

Wärmerohre der obengenannten Art sind bekannt. Sie können in vielerlei Formen ausgebildet sein, wie rohrförmig (US-PS 32 29 759), nach (US-PS 36 13 778), doppelwandig (US-PS 36 03 382, 36 51 240 und 43 964), usw.

Die Rückführung von kondensat von der Kondensationswand zur Verdampfungswand erfolgt mit Hilfe einer Kapillarstruktur, die beispielsweise aus Metallgaze (US-PS 32 29 759), aus Kapillarrillen in der Wärmerohrwand (US-PS 34 02 767) oder aus einer Kombination derselben (US-PS 35 98 177) besteht. Weitere Beispiele für Kapillarstrukturen lassen sich in den US-PS 35 28 494,35 37 514 und 38 11 496 finden.

Die Rückführung von Kondensat kann zusätzlich dadurch gefördert werden, daß Arterien hinzugefügt werden (US-PS 39 öi 3i i und 39 13 664).

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65 Die Dampf- und Flüssigkeitskanäle können unmittelbar ohne Zwischenwände aneinandergrenzen (US-PS 32 29 759) oder in einzelnen getrennten Leitungen angebracht sein (US-PS 35 43 839).

Damit das Wärmewohr einwandfrei arbeiten kann, ist es erwünscht, alle Fremdgase, wie H₂, N₂, O₂ und CO₂, aus dem Wärmerohr zu entfernen. Derartige Gase können nämlich viele Schwierigkeiten herbeiführen. So können sie die Kondensation des Wärmetransportmediums an der Kondensationswand hemmen, indem diese Wand mit einer Gasschicht bedeckt wird, oder sie können chemische Reaktionen mit dem Wärmetransportmedium, dem Material der Kapillarstruktur oder dem der Wärmerohrwände eingehen.

Unerwünschte Gase, die bei der oft hohen Betriebstemperatur des Wärmerohres von den Wärmerohrwänden, der Kapillarstruktor oder aus dem Wärmetransportmedium frei werden würden, lassen sich im voraus zum größten Teil durch vorhergehende Reinigung eliminieren. So kann das Wärmetransportmedium beispielsweise destilliert werden und das Wärmerohr mit der Kapillarstruktur kann einer Wärmebehandlung, beispielsweise einer Glühbehandlung in einem Vakuumofen, ausgesetzt werden, bevor es mit Wärmetransportmedium gefüllt und danach abgeschlossen wird. Dies bedeutet jedoch, daß die Herstellungsm.ethode teuer ist.

Das Abschließen des Wärmerohres kann mit Hilfe von Abschlußelementen erfolgen. Einerseits macht dies das Wärmerohr relativ teuer, andererseits wird dann oft keine hermetische Dichtung erhalten, da die Abschlußelemente leicht Undichtigkeiten aufweisen. Unerwünschte Gase lecken dann in das Wärmerohr und können dann wieder die obengenannten Schwierigkeiten verursachen.

Da das Abschließen des Wärmerohres in den meisten Fällen ein einmaliger Vorgang ist, wird, um einen guten Abschluß zu erhalten, vorzugsweise ein Dichtungsverfahren, wie Abschmelzen, Verlöten oder Verschweißen angewandt, wobei die zu dichtende Stelle durch Erwärmen mindestens bis zur Erweichungstemperatur die für die Abdichtung gewünschte Form erhalten kann (beispielsweise Einschnürung eines Füllstutzens bzw. Pumpstutzens).

Es ist jedoch ein Problem, auf einfache Weise eine hermetische Abdichtung eines Wärmerohres zu erhalten, das ein Wärmetransportmedium enthält und weiterhin evakuiert, also frei von unerwünschten Gasen ist.

Beim Abdichten in einer Umgebung mit atmosphärischem Druck tritt beim Erweichen der abzudichtenden Stelle bei Vakuum im Wärmerohr leicht eine Implosion des Wärmerohres an der genannten Stelle auf. Zugleich besteht die Gefahr, daß die Gase, z. B. Luft, über die zu dichtende Stelle in das Wärmerohr fließen und das Vakuum zerstören. Außerdem nimmt das evakuierte Wärmerohr infolge der Erwärmung der abzudichtenden Stelle meistens eine derart hohe Temperatur an, daß das Wärmerohr schwer hantierbar wird.

Nun ist es möglich, die genannten Nachteile dadurch auszuschalten, daß die Abdichtung mittels Elektronenstrahlschweißen bzw. -löten in einer Vakuumumgebung erfolgt. Ein derartiges Verfahren ist jedoch zeitraubend und teuer und erfordert außerdem eine teure Apparatur. Bei Verwendung einer Elektronenstrahlschweißapparatür, wie diese beispielsweise aus der US-PS 30 33 974 bekannt ist, kann jeweils nur ein Wärmerohr in der Apparatur geschweißt werden. Das Wärmerohr muß dabei genau in der Behandlüfigskämmer justiert werden.

Erst nach Evakuieren der Behandlungskammer kann das Elektronenstrahlschweißen erfolgen. Erst nachdem das Vakuum in der Behandlungskammer aufgehoben worden ist, kann das Wärmerohr aus der Kammer entfernt werden.

Wegen der zeitraubenden Prozedur beim Elektronenstrahlschweißen und der erforderlichen teuren Apparatur ist dieses Verfahren aus wirtschaftlichen Grinden uninteressant

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein konstruktiv einfaches Wärmerohr zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile nicht auftreten.

Dazu ist das erfindangsgemäße Wärmerohr dadurch gekennzeichnet, daß im Dampfkanal mindestens ein sich von der Verdampfungswand bis zur Kondensationswand erstreckender wenigstens bei Betriebstemperatur aktiver Fangstoff für gasförmige Verunreinigungen angebracht ist.

Beim Inbetriebsetzen des Wärmerohr verdampft Wärmetransportmedium von der Verdampfungswand. Die Dampffront bewegt sich durch den Dampfkanal zur Kondensationswand und wird unterwegs immer mehr Fangstoff erhitzen. Falls der Fangstoff noch nicht (sehr) aktiv war, nimmt durch die Erhitzung die Getterwirkung stark zu und es werden in Richtung von der Verdampfungswand zur Kondensationswand immer mehr gasförmige Verunreinigungen im Dar.pfkanal durch den Fangstoff gebunden.

Eine derartige Konstruktion bietet den Vorteil, daß das Wärmerohr, die Kapillarstruktur und das Wämetransportmedium nicht langer eingehend gereinigt zu werden brauchen, daß das Wärmerohr nicht langer evakuiert zu werden braucht, weil atmosphärische Luft vom Fangstoff gebunden wird, so daß eine gute Wärmerohrwirkung gewährleistet ist, und daß das Wärmerohr auf einfache Weise bei atmosphärischem Druck innerhalb und außerhalb des Wärmerohres abgedichtet werden kann.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ist sogar bei regelbaren Wärmerohren verwendbar, die einen Behälter enthalten, in dem sich ein Regelungsgas befindet, das die wärmedurchlässige Oberfläche der Kondensationswand regelt (US-PS 35 17 730 und 36 13 773), unter der Bedingung, daß das Regelgas ein Edelgas ist. Edelgase werden nämlich nicht von Fangstoffen gebunden.

Eine günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmerohres ist dadurch gekennzeichnet, daß der Fangstoff in untereinander regelmäßigem Abstand über die Durchströmungslänge des Dampfkanals verteilt angeordnete Portionen aufgeteilt ist

Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmerohres befindet sich der Fangstoff in einem am Wärmerohr-Behälter befestigten gasdurchlässigen Behälter.

Der gasdurchlässige Behälter kann beispielsweise aus einem Metall-, Glas- oder Keramikgefäß bestehen, das mit über den Umfang verteilten öffnungen versehen ist.

Vorzugsweise besteht der Behälter aus einer Gazerolle aus Metallgaze. Dies ist eine einfache, preisgünstige und leichte Konstruktion. Nach Anbringen der &o Fangstoffteile auf flacher Gaze kann diese Gaze leicht aufgewickelt werden.

Eine weitere günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmerohres, wobei das Wärmetransportmedium Natrium, Kalium, Caesium oder ein Gemisch derselben ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Fangstoff aus einem oder mehreren der Elemente ι_.3ίΐίιιαΓ1. ΥίίΠϋίΤΪ Und SCandiüiTi bCStCht

Vorzugsweise sind ein oder mehrere dieser Elemente mit einem oder mehreren der Elemente Barium, Calcium und Lithium kombiniert

Mit diesen Fangstoffen in der Umgebung der genannten Wärmetransportmedien erhält man einwandfrei wirkende Wärmerohre.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, die schematisch und nicht maßgerecht ist, und weiter an Hand einer Tabelle näher erläutert

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Wärmerohr mit einem geschlossenen Behälter 1, einer wärmeisolierenden Schicht la, einer Verdampfungswand 2, einer Kondensationswand 3 und einer Kapillarstruktur in Form einer Gazeschicht 4 auf der Innenwand des Behälters 1, wobei die Gazeschicht die Kondensationswand 3 mit der Verdampfungswand 2 verbindet

Im Behälter 1 ist ein Wärmetransportmedium, beispielsweise Natrium, vorhanden.

Zentral innerhalb des Dampfraumes 5 befindet sich eine Gazerolle 6, beispielsweise aus Chromnickelstahl (Maschengröße beispielsweise 1 mm und Drahtdicke beispielsweise 0,4 mm), die an den Stellen 7 und 8 im Behälter 1 befestigt ist Innerhalb der Gazerolle 6 befinden sirh stellenweise Teile aus einem Fangstoff 9 für gasförmige Verunreinigungen. Der Fangstoff kann beispielsweise aus Lanthan, Yttrium oder Scandium bestehen. Auch können sich darin Teile aus beispielsweise Barium, Calcium und Lithium befinden.

Beim Inbetriebsetzen des Wärmerohres wird der Verdampfungswand 2 von einer Wärmequelle 10 (beispielsweise ein elektrisches oder induktives Erhitzungselement, ein Gasbrenner, ein Sonnenkollektor, ein Radioisotop) herrührende Wärme zugeführt. Dadurch verdampft Natrium aus der Gazeschicht 4 an der Stelle der Verdampfungswand 2. Der Natriumdampf strömt durch den Dampfkanal 5 zur kälteren Kondensationswand 3 und kondensiert daran unter Abgabe der Wärme, die durch die Kondensationswand hindurch abgeführt wird. Das Kondensat strömt danach durch die Gazeschicht 4 zurück zur Verdampfungswand 2, um dort abermals verdampft zu werden.

Während sich beim Starten des Wärmerohres die durch eine gestrichelte Linie 11 angegebene Dampffront in Richtung von der Verdampfungswand 2 zur Kondensationswand 3 bewegt, werden immer mehr Fangstoffteile 9 erhitzt (Natriumdampftemperatur beispielsweise etwa 900°C) und dadurch sehr aktiviert, so daß sie die in der Umgebung vorhandenen gasförmigen Verunreinigungen binden, was die genannten Vorteile ergibt.

In der nachfolgenden Tabelle sind als Beispiele Fangstoffpaare angegeben, die mit Erfolg in nichtevakuierten Natriumwärmerohren verwendet werden können. Die genannten Fangstoffmengen sind nicht optimalisiert worden.

Wärmerohr (Länge 350 mm, Durchmesser 35 mm) mit 20 Gramm Na als
Wärmetransportmedium

Fangstoffpaar

Gewichtsmenge
(in Gramm)

La
Ba
La

Pa

10
15
11

Fortsetzung

Fangstoff paar	Hierzu 1 Blatt	Gewichtsmenge
	(in Gramm)
La Li	12 3
Y Ba	10 15
Y Ca	5 5
Y Li	6 3
Sc Ba	6 12
Sc Ca	4 7
Sc Li	5 3
Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmerohr mit einem geschlossenen Behälter mit mindestens einer Verdampfungswand und mindestens einer Kondensationswand, wobei in dem geschlossenen Behälter ein Wärmetransportmedium vorhanden ist, das im Betrieb in dampfförmigem Zustand von der Verdampfungswand über mindestens einen Dampfkanal zur Kond.ensationswand strömt und in flüssigem Zustand über mindestens einen Flüssigkeitskanal zur Verdampfungswand zurückkehrt, dadurch gekennzeichnet, daß im Dampfkanal (5) mindestens ein sich von der Verdampfungswand (2) bis zur Kondensationswand (3) erstreckender wenigstens bei Betriebstemperatur aktiver Fangstoff (9) für gasförmige Verunreinigungen angeordnet ist

2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangstoff (9) in untereinander regelmäßigem Abstand über die Durchströmungslänge des Dampfkanals (5) verteilt angeordnete Portionen aufgeteilt ist.

3. Wärmerohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangstoff sich in einem am Wärmerohr-Behälter (1) befestigten gasdurchlässigen Behälter (Metall-Gazerolle 6) befindet.

4. Wärmerohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus einer Gazerolle (6) aus Metallgaze besteht.

5. Wärmerohr nach Anspruch 1,2,3 oder 4, wobei das Wärmetransportmedium Na, K, Cs oder ein Gemisch derselben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangstoff aus einem oder mehreren der Elemente La, Y und Sc besteht.

6. Wärmerohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder mehrere der Elemente La, Y und Sc mit einem oder mehreren der Elemente Ba, Ca und Li kombiniert sind.

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