DE2841051A1 - Waermeuebertragung nach dem prinzip des waermerohres - Google Patents
Waermeuebertragung nach dem prinzip des waermerohresInfo
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Description
Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertürkheim
Stuttgart-Untertürkheim
- t - Daim 12 2o5/4
19.P.78
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 und zumindest
im Bereich der Wärmesenke bzw. der Wärmequelle 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 eine Rillenstruktur der inneren Rohrober-
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fläche geschehen. Als Füllung für die Wärmerohr 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. Es besteht gelegentlich das Erfordernis,
daß eine Wärmeübertragung zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke stattfinden soll, die relativ zu-
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einander beweglich sind. Bei Anwendungen in der Fahrzeugtechnik können solche Relativbewegungen durch Fahrerschütterungen
oder durch MotoTschwingungen 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. Es ist
gerade der Vorteil der Wärmeübertragung nach dem Prinzip des Wärmerohres, daß diese bei gleicher Wärmeübertragungsleistung
wesentlich leichter ist. Allerdings stellt ein Wärmeübertragungssystem nach dem Prinzip des Wärmerohres
hohe Anforderungen hinsichtlich Sauberkeit, Dichtheit gegen Über- und Unterdruck und hinsichtlich der Genauigkeit
der Einwaage des wärmetransportierenden Mittels sowie hinsichtlich der Sicherheit gegen Unterbrechungen
der Kapillarstruktur für den Rücktransport des Kondensates. Wegen dieser Forderungen werden Wärmerohre
als fertiges betriebsbereites Aggregat in ganzmetallischer Ausführung hergestellt. Bei längeren Wärmeübertragungsstrecken
insbesondere über bewegliche Stellen hinweg ist ein solches abgeschlossenes und fertiges Aggregat
wegen der fehlenden Beweglichkeit und wegen der schlechten Montierbarkeit unzweckmäßig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, wie bei der Verwendung einer Wärmeübertragung nach dem
Prinzip des Wärmerohres auch bewegliche Stellen überbrückbar sind und das Wärmeübertragungssystem beim Einbau
in ein größeres Aggregat aus mehreren Einzelteilen zu einem fertigen Wärmeübertragungssystem montierbar
ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank
der Verwendung eines Schlauchstückes sind bewegliche Strecken innerhalb der Wärmeübertragung überbrückbar.
Außerdem ist dank der Verschraubung des Schlauchstückes das Wärmeübertragungssystem aus seinen Einzelkomponenten
beim Einbau montierbar. Durch eine Anordnung von hermetisch verschließbaren Öffnungen vorzugsweise im Bereich
der Wärmequelle und/oder im Bereich der Wärmesenke kann nach der Fertigmontage des Wärmeübertragungssystems dieses
gefüllt und entlüftet werden.
Zweckmäßige Ausgestaltungsformen und weitere Vorteile der Erfindung können den Unteransprüchen sowie der nachiölgenden
Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden. Dabei
zeigen:
Fig. 1 den Längsschnitt durch ein Wärme
übertragungssystem im gestreckten Zustand,
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Fig. 2a und 2b Querschnitte durch zwei verschiedene
Ausgestaltungsformen der Schlauchleitung innerhalb des Wärmeübertragungssystemes
nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Einzelheit aus dem Wärmeübertra
gungssystem nach Fig. 1 im Bereich der Schnittlinie III-III und
Fig. 4 eine weitere in Fig. 1 mit einem
strichpunktierten Kreis und IV kenntlich gemachten Einzelheit.
Ausgangspunkt für das in Fig. 1 dargestellte Wärmeübertragungssystem
ist ein Wärmetauscher 1 mit einem nach außen verschlossenen Heizwassergehäuse 2 und Heizwasseranschlüssen
3, in dem die mit Wärmeübertragungsrippen 4 versehene Wärmequelle 5 des Wärmeübertragungssystems angeordnet ist.
Im Innern der Wärmequelle ist eine Bohrung mit einer inneren Rillenstruktur 6 versehen, der von außen Wärme zugeführt
wird. Über eine mittels einer Verschraubung 9 an der Wärmequelle hermetisch dichtend befestigten Schlauchleitung
7 ist Verbindung mit einem Flächenheizkörper 13 hergestellt, der als Wärmesenke dient und an welchem die zu
übertragende Wärme abgegeben wird. Auch mit dem Flächenheizkörper ist die Schlauchleitung mittels einer Verschraubung
9 dichtend verbunden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Innern der Schlauchleitung
eine Stützschraubenfeder 8 angeordnet, die an der Innenwandung der Schlauchleitung anliegt und die die Aufgabe
hat, die Schlauchleitung gegen äußeren Oberdruck ab-
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zustutzen sowie eine gewisse Kapillarstruktur zum Rücktransport
des Kondensats zu schaffen.
An den Verschraubungen 9 ist jeweils eine Oberwurfmutter
mit einem Dichtkonus 11 und einem Gewinde 12 vorgesehen, die die Schlauchleitung hermetisch dicht gegen einen entsprechenden
inneren Dichtkonus an der Wärmequelle bzw. der Wärmesenke anpreßt und festhält.
Die Schlauchleitung selber besteht zumindest an ihrer Außenseite aus einem wärmeisolierenden Werkstoff, wohingegen
die Schlauchleitung auf der Innenseite resistent gegen das eingefüllte Wärmeübertragungsmedium, wie z. B.
Ammoniak oder Alkohol, sein muß. Die Wandung der Schlauchleitung muß über längere Zeiträume hinweg absolut
vakuumdicht sein. Das gleiche gilt auch für die Verschraubungen 9.
An der Unterseite der Wärmequelle 5 ist eine öffnung 17
angebracht, die durch eine spitze Dichtschraube 15 hermetisch verschließbar und mittels einer Kontermutter in
geschlossenem Zustand sicherbar ist. Durch Einfügen einer aushärtenden oder dauerelastischen Dichtmasse in
die Dichtspalte kann ein noch besserer Abdichtungsergebnis erzielt werden. Zur Erleichterung des Befüllens und
des Evakuierens des Innenraumes des Wärmeübertragungssystems ist vor der Öffnung 17 an eine Umfangsril-Ie
21 des Einschraubgewindes für die Dichtschraube eine Kapillare 16 dichtend eingelötet, an der eine Vorrichtung
zum Einführen von Wärmeübertragungsmedium sowie eine Vakuumpumpe anschließbar ist. Bei längerer Ausgestaltung
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der Kapillare 16 - ein längerer Überstand Jkann um den unteren
zylindrischen Teil der Wärmequelle 5 herumgewickelt
■werden - ist die Dichtschraube 15 auch ganz entbehrlich;
die Kapillare kann nach, dem Evakuieren bei noch angeschlossener
Vakuumpumpe abgequetscht und anschließend an der Abquetschstelle abgeschniolzen werden. Bei einer erneuten Montage
des Wärmeübertragungssystems kann die Verschlußstelle
der Kapillare abgeschnitten und das System erneut gefüllt und entlüftet werden.
An dem Flächenheizkörper 13, der mit einer strahlenförmigen
zur Anschlußstelle der Schlauchleitung 7 hinführenden Rillenstruktur 14 versehen ist, ist ebenfalls eine Öffnung
19 angebracht, die ebenfalls mittels einer spitzen Dichtungsschraube
18 verschlossen werden kann. Auch diese Abdichtstelle kann durch Verwendung besonderer Dichtmassen
hermetisch verschlossen werden.
Der in Fig. 2a gezeigte Querschnitt der Schlauchleitung entspricht dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Bei dem in Fig. 2b im Querschnitt gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel einer Schlauchleitung 71 ist auf der Innenseite
eine Rillenstruktur 2o vorgesehen. Aufgrund der größeren Wandstärke der dort gezeigten Schlauchleitung
mag eine Stütz-Schraubenfeder entbehrlich sein.
Die Vorteile der Ausgestaltung des Wärmeübertragungssystemes nach der Erfindung liegen darin, daß es nachträglich
beim Einbau des Wärmeübertragungssystemes in ein größeres Aggregat, z. B. in ein Fahrzeug, aus seinen
Einzelteilen montiert, gefüllt und entlüftet werden·
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AO
kann. Außerdem können bewegliche Stellen innerhalb der Wärmeübertragungsstrecke
mittels der Schlauchleitung überbrückt werden. Wegen des wärmeisolierenden Effektes der
Schlauchleitung sind die Abstrahlungsverluste während der Wärmeübertragung geringer als bei metallener Ausführung.
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Leerseite
Claims (7)
- Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-UntertürkheimDaim 12 2o5/4 19.9.78Ansprüche( 1.!Wärmeübertragung zwischen einer wärmeabgebenden Stelle - Wärmequelle - und einer wärmeverbrauchenden Stelle - Wärmesenke - nach dem Prinzip des Wärmerohres, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einem Teilbereich der Wärmeübertragungsstrecke zwischen beiden (5, 13) eine verschraubte (9) vakuumfeste und gegen das Wärmeübertragungsmedium resistente Schlauchleitung (7, 7') mit innerer Kapillarstruktur (8, 2o) für den Kondensatrücktransport angeordnet ist. - 2. Wärmeübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Bereich der Wärmequelle (5) und/oder der Wärmesenke (13) eine hermetisch verschließbare öffnung (17, 19) zum Befüllen und/oder Entlüften der Wärmeübertragung vorgesehen ist.
- 3. Wärmeübertragung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnung (17, 19) durch eine spitze Schraube (15, 18) verschließbar ist.030014/0202- 2 - Daim 12 2o5/4
- 4. Wärmeübertragung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnung (17) durch Abquetschen und/oder Abschmelzen einer an der Öffnung (17) dichtend angeordneten Kapillare (16) verschließbar ist.
- 5. Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Schlauchleitung (7) eine an der Innenwrndung anliegende Stütz-Schraubenfeder (8) vorgesehen ist.
- 6. Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Schlauchleitung (71) mit einer insbesondere sich in Längsrichtung erstreckenden Rillenstruktur (2o) versehen ist.
- 7. Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchleitung (7, 7') wenigstens teilweise aus einem wärmeisolierenden Werkstoff besteht.0300 14/0202
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- 1979-09-19 FR FR7923335A patent/FR2436957A1/fr active Granted
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