DE2834838A1

DE2834838A1 - Waermeuebertragung nach dem prinzip des waermerohres

Info

Publication number: DE2834838A1
Application number: DE19782834838
Authority: DE
Inventors: Helmut Wulf
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1978-08-09
Filing date: 1978-08-09
Publication date: 1980-02-21
Also published as: GB2027871B; GB2027871A; FR2433166A1; FR2433166B1; US4295520A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft

Stuttgart-Untertürkheim Daim 12 o59/4

Wärmeübertragung nach dem Prinzip des Wärmerohres

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragung zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke nach dem Prinzip des Wärmerohres.

Wärmerohre sind an sich bekannt. Hierunter soll ein evakuierter hermetisch dicht verschlossener aus gut wärmeleitendem Material, z. B. aus Kupfer oder aus Aluminium gebildeter Hohlraum vorzugsweise in Rohr- oder Plattenform verstanden sein, der mit einem verdampfbaren und kondensierbaren Wärmeträgermedium zu einem Bruchteil gefüllt ist. Die Auswahl des Wärmeträgermediums richtet sich nach dem Temperaturniveau, bei dem Wärme übertragen werden soll. Das Wärmerohr ist im Innern teilweise mit einer Kapillarstruktur zum Rücktransport des kondensierten Wärmeträgermediums von der wärmeabgebenden Stelle zur wärmeaufnehmenden Stelle versehen; dieses kann z. B. in Form einer Auskleidung des Rohres mit einem Siebgewebe oder durch

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eine Rillenstruktur der inneren Rohroberfläche geschehen. Als Füllung für die Wärmerohre sind für die vorliegenden Zwecke beispielsweise Ammoniak, Wasser oder ein Gemisch aus Alkohol und Wasser geeignet. An der heißen Stelle des Wärmerohres, an der Wärmeenergie zugeführt wird, verdampft das eingegebene Medium und breitet sich rasch im Innern des Wärmerohres aus. An wärmeabgebenden Stellen des Wärmerohres schlägt sich das verdampfte Medium nieder und kondensiert unter Abgabe seiner Wärme an die Wandung des Wärmerohres. Das Kondensat kriecht durch Kapillarwirkung zu den Wärmezufuhrstellen des Wärmerohres zurück. Die an der Kondensatseite vom Medium an die Wandung des Wärmerohres abgegebene Wärmemenge wird auf der Außenseite durch Strahlung oder durch Konvektion oder durch Wärmeleitung abgeführt. Da an den wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Stellen des Wärmerohres eine Zustandsänderung des Wärmeübertragungsmediums stattfindet, wird im wesentlichen die für die Zustandsänderung erforderliche Umwandlungsenergie in Wärmeform übertragen. Da die Umwandlungsenergien bezogen auf die Masse des Wärmeübertragungsmediums wesentlich größer sind als die durch Aufheizung eines Mediums speicherbaren Energiemengen, kann durch den Transport relativ kleiner Mengen an Wärmeübertragungsmedium eine große Wärmemenge auch über größere Entfernungen hinweg übertragen werden. Durch Aufprägen eines bestimmten Druckes auf das Innere des Wärmerohres kann im übrigen auch dafür gesorgt werden, daß die Wärmeübertragung nur bis zu einer ganz bestimmten Temperatur stattfindet.

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Es besteht gelegentlich das Erfordernis, daß eine Wärmeübertragung zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke stattfinden soll, die relativ zueinander beweglich sind. Bei Anwendungen in der Fahrzeugtechnik können solche Relativbewegungen durch Fahrerschütterungen oder durch Motorschwingungen verursacht werden. Bei Anordnungen von Wärmetauschern in Fahrzeugtüren entsteht das Problem, eine Wärmeübertragung zu schaffen, die die Schwenkbewegung der Tür mitmachen kann.

Zwar ist es bei Verwendung eines Heizwasserkreislaufes möglich, Stellen einer Relativverschiebung durch Anordnung eines Paares von Schlauchleitungen zu überbrücken. Dies setzt jedoch - wie gesagt - die Verwendung eines Heizwasserkreislaufes voraus, der - bezogen auf die zu übertragende Heizleistung - relativ schwer ist. Bei Verwendung der spezifisch wesentlich leichteren Wärmeübertragungsrohre sind Schlauchleitungen nicht verwendbar, weil sie aufgrund ihrer Flexibilität weder formbeständig gegen äußeren Überdruck noch auch absolut vakuumfest sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, wie bei der Verwendung einer Wärmeübertragung nach dem Prinzip des Wärmerohres auch Stellen von Relativbewegungen überbrückbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

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Dank der Auflösung des Wärmeübertragungsrohres in ein Bündel parallellaufender Kapillaren, die jeweils für sich beweglich sind, ist zum einen die erforderliche Beweglichkeit der Wärmeübertragung gegeben, zum anderen ist aber auch die Vakuumbeständigkeit gewährleistet. Ein betriebssicherer gegenläufiger Strom von Dampf in der einen Richtung und Kondensat in der entgegengesetzten Richtung kann selbst bei lichten Kapillarendurchmessern von etwa 3 mm aufrechterhalten werden. Dadurch, daß man einen insgesamt größeren Kapillarenquerschnitt im Vergleich zur Querschnittsfläche des normalen Wärmeübertragungsrohres vorsieht, kann ein gewisser Zuwachs an Strömungswiderstand in den Kapillaren kompensiert werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele noch kurz erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einer Beheizung der

Tür und einer Wärmeübertragung zur Tür nach der Erfindung,

Fig. 2, 2a-2c die Einzeldarstellung des kapillaren Bündels in der Wärmeübertragung nach Fig. 1 mit drei vergrößert herausgezeichneten Detaildarstellungen und

Fig. 3, 3a eine Abwandlung der Wärmeübertragung nach

den Fig. 1 und 2 mit einer ebenfalls vergrößert herausgezeichneten Detaildarstellung.

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Das in Fig. 1 teilweise dargestellte Fahrzeug 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 zu dessen Antrieb auf, dessen Abwärme u. a. auch zur Beheizung des in der Fahrzeugtür 6 angeordneten Plattenwärmetauschers 8 verwendet wird. Die Tür 6 ist in zwei Scharnieren schwenkbar gelagert, die die Schwenkachse 7 definieren. Bei dem Plattenwärmetauscher 8 handelt es sich um einen nach dem Prinzip des Wärmerohres ausgebildeten Wärmetauscher.

Zur Wärmeversorgung des Wärmetauschers 8 ist im Türschweller 5 in Bodennähe im Bereich der Schwenkachse 7 ein herkömmlicher Wärmetauscher 4 angeordnet, der über ein Paar von flexiblen Schlauchleitungen 3 vom Verbrennungsmotor her mit Heizwasser versorgt wird. Der Plattenwärmetauscher 8 erstreckt sich mit einem Vorsprung ebenfalls bis in den Bereich der Schwenkachse 7 der Tür; die Unterseite des Plattenwärmetauschers ist mit stetigem Gefälle zu diesem Vorsprung ausgebildet, damit das bei der Wärmeübertragung mittels des nach dem Prinzip eines Wärmerohres ausgebildeten Plattenwärmetauschers sich bildende Kondensat an Wirmeübertragungsmedium sich in dem Vorsprung sammeln kann.

Die Unterseite des Vorsprunges und der Wärmetauscher 4 sind durch ein Bündel 9 von parallellaufenden und einzeln freibeweglichen Kapillaren 11 miteinander verbunden, welches Bündel gleichachsig mit der Schwenkachse 7 der Tür verläuft. Wie die Detaildarstellung der Fig. 2a zeigt, sind die Kapillaren offen zum Innenraum des hohlen Plattenwärmetauschers.

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Der Anschluß der Kapillaren zum Innern des Vorsprungs an dem Plattenwärmetauscher ist so gestaltet, daß das sich dort sammelnde Kondensat ohne weiteres in die Kapillaren abfließen kann, die unteren hermetisch dicht verschlossenen Enden (Fig. 2c) der Kapillaren erstrecken sich bis in das Innere des topfartig ausgebildeten Wärmetauschers 4. Diese Kapillarenenden sind von Heizwasser umspült und entziehen ihm die Wärme, die zum Plattenwärmetauscher 8 hin übertragen werden soll.

Beim Öffnen oder Schließen der Tür wird das Kapillarenbündel 9 verdrillt, wobei die Kapillaren nach Art einer steilen Schraubenlinie elastisch verbogen werden, was aufgrund der großen Schlankheit der Kapillaren ohne weiteres möglich ist. Der deformierte Zustand der Kapillaren ist strichpunktiert angedeutet.

Das Kondensat kriecht an der Innenseite der Kapillaren in einem dünnen Film zu der wärmeaufnehmenden Stelle innerhalb des Wärmetauschers 4 zurück, wobei es durch die Schwerkraft unterstützt wird. Der Durchmesser d CFig. 2b) ist mit mindestens 3 mm so bemessen, daß es nicht zu einer Tropfenoder Miniskusbildung innerhalb der Kapillare kommt, so daß die an der wärmeaufnehmenden Stelle der Kapillare entstehenden Dämpfe frei nach oben aus der Kapillare ins Innere des Plattenwärmetauschers entweichen können.

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Der für die Übertragung der erforderlichen Heizleistung erforderliche Heizwasserwärmetauscher 4 beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist so groß, daß er sich ohne Beeinträchtigung der ohnehin in einer Tür unterzubringenden Konstruktionsteile für die Fensterbetätigung nicht mehr in der Tür unterbringen läßt und dementsprechend außerhalb der Tür angeordnet werden muß. Die weitere Wärmeübertragung ins Innere der Tür hinein kann dann durch die leichter und kleiner bauenden Wärmerohre erfolgen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die gesamte Wärmeübertragung von dem Verbrennungsmotor 2 bis hin zu dem im Inneren der Tür angeordneten Plattenwärmetauscher 8 nach dem Prinzip des Wärmerohres. Hierzu ist zunächst ein im Durchmesser - relativ zu den Kapillaren 11 großes Wärmerohr 12 herkömmlicher Art angeordnet, welches sich festverlegt bis in den Bereich der Schwenkachse 7 der Tür hinein erstreckt. Nach einem im Durchmesser etwas vergrößerten Kniestück 15 des Wärmerohres, durch welches die Wärmeübertragung in Richtung der Schwenkachse 7 abwinkelt, ist das Wärmerohr in ein Bündel 1o von einzelnen Kapillaren 11 aufgelöst, die hermetisch dichtend in das eine Ende des Kniestücks 15 mittels Lötmasse 14 eingelötet sind. Um die freie Beweglichkeit der eingelöteten Kapillaren in dem außerhalb des Kniestückes liegenden Bereich zu gewährleisten, sind die Kapillaren oberhalb der Einlötstelle vorübergehend radial nach außen abgebogen und wieder zusammengeführt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 liegen die Kapillaren 11 dicht gepackt im Bündel 1o, so daß sich beim

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Verdrillen besonders kleine Verformungen ergeben. Zum Anschluß an den Vorsprung des Plattenwärmetauschers 8 sind die einzelnen Kapillaren Z-förmig radial nach außen abgekröpft, um einen größeren umfangsmäßigen Abstand der Einlötstellen der einzelnen Kapillaren zu bekommen.

Im Innern der Kapillaren 11 sind keine besonderen Vorkehrungen für einen Rücktransport des Kondensats getroffen, weil die gesamte Kapillarfläche groß ist und weil der Rücktransport gleichgerichtet mit der Wirkung der Schwerkraft erfolgt. Im Kniestück 15 und im normalen Wärmerohr 12 ist für den Kondensattransport eine Siebeinlage 13 vorgesehen. Das in die Kapillaren übergehende Kniestück 15 ist im Durchmesser dem Außendurchmesser des Kapillarenbündels Io angepaßt, welcher naturgemäß größer ist als der Durchmesser eines im Querschnitt gleichgroßen einheitlichen Rohres, zumal der Gesamtquerschnitt aus bereits erwähnten Gründen größer ist als der Querschnitt des Rohres 12.

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Leerseite

Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft

Stuttgart-Untertürkheim Daim 12 o59/4

3» August 1978

Ansprüche

j Wärmeübertragung zwischen einer wärmeabgebenden Stelle

- Wärmequelle - und einer wärmeverbrauchenden Stelle

- Wärmesenke - nach dem Prinzip des Wärmerohres, dadurch gekennzeichnet, daß in Fällen, in denen eine begrenzte Relativbewegung zwischen Wärmequelle (4) und Wärmesenke (8) stattfindet, wenigstens auf einem Teilbereich der-Wärmeübertragungsstrecke zwischen beiden ein Bündel (9, 1o) von im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden relativ zueinander beweglichen Kapillaren (11) angeordnet ist, von dem jede einzelne der Kapillaren (11) nach dem Prinzip eines Wärmerohres ausgebildet ist.
2. Wärmeübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Kapillaren (11) einen lichten Durchmesser (d) von etwa. 3 bis 5 mm aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Wärmeübertragung nach Anspruch 1 oder 2 angewandt auf die Beheizung von Wärmetauschern in schwenkbaren Türen von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schwenkachse (7) der Tür (6) an feststehender Stelle vorzugsweise in Bodennähe ein Wärmeübertrager (4) als Wärmequelle und daß das auf Drillbeanspruchung ausgelegte Kapillarenbündel (9, 1o) konzentrisch zur Schwenkachse (7) der Tür (6) angeordnet ist.
4. Wärmerohr, dadurch gekennzeichnet, daß es auf wenigstens einem Teilbereich seiner Längserstreckung in ein Bündel (1o) von im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kapillaren (11) aufgelöst ist, die selber relativ zueinander beweglich und jeweils für sich als Wärmerohr ausgebildet sind und nach außen dicht sowie zum Innern des oder der angrenzenden Wärmerohre hin offen sind.
5. Wärmerohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die gemeinsame lichte Querschnittsfläche aller Kapillaren (11) des Bündels (1o) größer ist als der lichte Querschnitt des angrenzenden normalen Wärmerohres (12) .

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