DE3034192A1

DE3034192A1 - Heatpipe mit restgassammelgefaess

Info

Publication number: DE3034192A1
Application number: DE19803034192
Authority: DE
Inventors: Ulrich 5160 Düren Groke
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1980-09-11
Filing date: 1980-09-11
Publication date: 1982-03-18
Also published as: AU7511281A; US4403651A; IL63612A0; FR2489951B1; IT8123849A0; AU546510B2; FR2489951A1; GR74964B; IT1140201B; JPS5780187A; IL63612A; DE3034192C2; ZA816265B

Description

Kernforschungsanlage Jülich
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Heatpipe mit Restgassammelaefäß

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heatpipe mit einem hermetisch abgeschlossenen, mit dem oberen Ende der Heatpipe in Verbindung stehenden Restsammeigefäß mit einem dem Heatpipevolumen im wesentlichen entsprechenden Fassungsvermögen.

Als Heatpipe wird eine vornehmlich in einer Richtung wärmetransportierende Verbindung bezeichnet, bei der die Verdampfungswärme einer Flüssigkeit für den Wärmetransport ausgenutzt wird, die am heißen Ende verdampft und am kälteren Ende wieder kondensiert, üblicherweise wird sie durch ein hermetisch verschlossenes, schräggestelltes Rohr gebildet, das eine geringe Menge einer leicht siedenden Flüssigkeit enthält. Der untere Bereich des Rohres wird mit dem Wärmeüberschußbereich (beispielsweise einem Sonnenkollektor) in Kontakt gebracht und dort erwärmt. Dadurch verdampft die enthaltene Flüssigkeit und der Dampf gelangt aufsteigend in den öderen Bereich des Rohres, dem Wärme entzogen wird, wobei die Flüssigkeit kondensiert und dann Dank der Schwerkraft wieder in den unteren Bereich des Rohres zurückgelangt.

Da es keine absolut dichten Behälter gibt und die Heatpipe im kalten Zustand einen Unterdruck gegenüber der Umgebung aufweist, bildet sich mit der Zeit ein Gaspolster innerhalb der Heatpipe, das den Wärmetransport zunehmend behindert oder sogar zum Erliegen bringt. Um den Störein-

fluß des sich sammelnden Gases zu vermindern, wurde bereits ein mit dem oberen Ende der Heatpipe in Verbindung stehendes zusätzliches Restgassammeigefäß vorgeschlagen, das oberhalb des oberen Endes der Heatpipe angeordnet und mit einer guten Wärmeisolierung versehen ist. Mit einem solchen Sammelgefäß kann der Restgasanteil in der Heatpipe selbst vermindert und ihre Funktion so länger gewährleistet werden. Nachteilig ist jedoch, daß ein solcher Sammelbehälter zum einen Wärmeverluste mit sich bringt und zum anderen räumlich hinderlich sein kann, wobei ferner die gegebenfalls beim Heatpipebetrieb auftretenden relativ hohen Drucke auch von diesem Sammelgefäß ausgehalten werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Heatpipe, bei der die mit der Restgasansammlung verbundenen Probleme besser bewältigt werden als bisher.

Die zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Heatpipe der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß dieses Sammelgefäß im unteren bzw. nicht im wärmeab,-gebenden Bereich der Heatpipe, aber zumindest in einem solchen Abstand vom wärmeaufnehmenden Wandbereich der Heatpipe vorgesehen ist, daß die Verdampfungsfunktion der Heatpipe nicht gestört ist und über ein von seinem tiefsten Punkt zum oberen Ende der Heatpipe reichendes enges Rohr mit dem Innenraum der Heatpipe in Verbindung steht, dessen lichte Weite im Verhältnis zum Heatpipedurchmesser einerseits so klein und andererseits so groß sein soll, daß im engen Rohr einerseits keine Turbulenzen, andererseits aber auch keine

wesentlichen Druckverluste auftreten.

Bei dieser Anordnung wird das störende Gas mit zunehmendem Druck in das im unteren Bereich befindliche Sammelgefäß gedrückt und zwar mittels eines engen Rohrs, das zur tiefsten Stelle dieses Sammelbehälters führt, von wo aus es zu dessen höchster Stelle gelangt. In das Sammelgefäß überführter Dampf kann während der Betriebspausen auskondensieren und er wird dann als erstes über das zum tiefsten Punkt des Sammelgefäßes reichende enge Rohr wieder in den "Hauptbehälter" der Heatpipe gedrückt.

Die Größe des Auffangbehälters richtet sich nach dem "Gasanfall" innerhalb der Heatpipe und wird üblicherweise bei etwa 1o bis 4o% des Volumens liegen, insbesondere bei 2o bis 25%. Das Sammelgefäß wird ferner so angeordnet, daß es nicht im Wärme abgebenden Teil der Heatpipe ist und seine Form wird der Form der Heatpipe derart angepaßt, daß der Dampf ungehindert an die aufzuheizende Stelle und das Kondensat zum Verdampferende zurücklaufen kann. Bei einer rohrförmigen Heatpipe wird das Sammelgefäß insbesondere durch ein eingeschobenes Rohr gebildet.

Das Sammelgefäß kann aus einem ähnlichen Material wie die Heatpipe selbst sein und es muß selbstverständlich die Innentemperaturen, die in der Heatpipe auftreten können, aushalten. Es muß diffusionsdicht sein und darf

mit dem Heatpipexnnenrauin nur über-das enge Röhrchen in Verbindung stehen. Eine besondere Festigkeit ist jedoch nicht erforderlich, da das Sammelgefäß durch ■ keinerlei Druck belastet wird und somit aus sehr dünnem .·; Material gefertigt werden kann. - · - * ■■■:.-;

Das vom oberen Ende der Heatpipe zum tiefsten Punkt' des Sammelgefäßes führende enge Rohr soll auf alle Fälle ,:. so groß dimensioniert sein, daß es nicht zuzundern kann. Es soll für den ungehinderten übergang des sich sammelnden Gases in den Samme1- öder Ausgleichsbehälter hineinsorgen, jedoch sollen im Rohr möglichst keine Turbulenzen -.'. auftreten, die eine verstärkte Zumischung von Dampfanteilen bewirken würden. ■■"-■'- · ^: ■ " ■ ^: "-■-"

Vorzugsweise ist die--lichte Weite des engen Verbindungs- -■--rohrs etwa gleich i/2o bis 1/5 der lichten Weite der Heat-^ pipe selbst." ^;'■ -■-^:-~~ :.'--'.-- -■ -..·.---.-. -^: -.,-.. ■■-.-_.: ■-.

Selbstverständlich ist täie 'Erfindung auf' beliebige· Formen ■ von Heatpipesystemen"ärtwendbär und nicht auf die RöhrfOrm ■ beschränkt^" - i--: ::v-;:^ .-■- .-. -,--., · ■- .._■ _::_.;:-..

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Das Sammelgefäß kann bei der Fertigung in der Heatpipe fest montiert werden, was jedoch nicht unbedingt notwendig ist. "'"'"' -'■"--'"-■■ '· -^v:- --"--·^: -^;- -■·■■■" - ■-■-■"^; . - ■ ■--.

Es muß lediglich""dafür" gesorgt/werden,^ daß die Lage dös*" engen Rohres' der gewurisoht'eft Funktion entspricht, d.h. ^r ' daß das untere Ende am tiefsten Punkt des Sammelgefäßes mündet und das obere Ende im oberen Ende der Heatpipe. Dies kann durch entsprechende Einrastungen wie beispielsweise Nut und Feder am Innenboden des Heatpipe-Innenraumes

-S-ORlGINAL tNSPECTED

oder mittels einer Einschubfeder am Sammelgefäß erreicht werden oder auch durch entsprechend einseitige Abstandshalter, die automatisch für die gewünschte Lage des Sammelgefäßes sorgen.

Durch äußere Markierung kann bei festmontiertem oder eingerastetem Sammelgefäß auf die jeweils einzuhaltende Lage der Heatpipe aufmerksam gemacht werden, die der Funktionsgerechten Anordnung des engen Rohres und Sammelgefäßes entspricht. Durch Gleitlagerung und angemessene Schwerpunktsverteilung kann jedoch auch für eine jeweils automatische Richtigstellung der erfindungsgemäß vorgesehenen Einbauten gesorgt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispieles erläutert, das sich auf die angefün_te Zeichnung bezieht, die eine erfindungsgemäße Heatpipe im Längs_schnitt zeigt.

Bei dieser Ausführungsform ist im Innenraum 1 der Heatpipe 2 ein Sammelgefäß 3 vorgesehen, das über ein enges Rohr 4 mit dem Heatpipe-Innenraum in Verbindung steht. Längs einer Mantellinie vorgesehene Abstandshalter 5 sorgen dafür, daß die dem Auslaßende 6 des engen Rohres 4 zugewandte Mantellinie des Sammelbehälters

3 an der Heatpipe Innenfläche anliegt. Eine Markierung

wie etwa bei 7 an der Außenseite der Heatpipe gibt dann Auskunft über die funktionsgerechte Betriebslage der Heatpipe.

Ein bodenseitiger Abstandshalter 8 sorgt für einen ausreichenden Freiraum am "Boden" der Heatpipe, so daß deren Verdampfungsfunktion nicht behindert wird.

ORIGINAL INSPECTED

Claims

Kernforschungsanlage Jülich
Gesellschaft mit beschränkter Haftung:;

Patenansprüche

Heatpipe mit einem hermetisch abgeschlossenen, mit dem oberen Ende der Heatpipe in Verbindung stehenden Restgassammelgefäß mit einem dem Heatpipevolumen im wesentlichen entsprechenden Fassungsvermögen, dadurch gekennzeichnet , daß dieses Sammelgefäß (3) im unteren bzw. nicht im wärmeabgebenden Bereich der Heatpipe (1), aber zumindest in einem solchen Abstand vom wärmeaufnehmenden Wandbereich (5) der Heatpipe vorgesehen ist, daß die Verdampfungsfunktion der Heatpipe nicht gestört ist und über ein von seinem tiefsten Punkt zum oberen Ende der Heatpipe reichendes enges Rohr (4) mit den Innenraum der Heatpipe in Verbindung steht, dessen lichte Werte im Verhältnis zum Heatpipedurchmesser einerseits so klein und anderseits so groß sein soll, daß im engen Rohr (4) einerseits keine Turbulenzen, andererseits aber auch keine wesentlichen Druckverluste auftreten.
2. Heatpipe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des engen Rohres (4) etwa gleich 1/2o bis 1/5 der lichten Weite der Heatpipe ist.
3. Heatpipe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Sammelgefäß (3) durch ein in die Heatpipe eingeschobenes Rohr mit Abstandshaltern längs einer Mantellinie und am Boden gegebildet wird.