DE3034192C2

DE3034192C2 - Wärmerohr mit Restgassammelgefäß

Info

Publication number: DE3034192C2
Application number: DE3034192A
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: 1982-10-21
Also published as: JPS5780187A; AU546510B2; FR2489951B1; FR2489951A1; US4403651A; IL63612A; IL63612A0; DE3034192A1; IT8123849A0; ZA816265B; GR74964B; IT1140201B; AU7511281A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmerohr entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem Wärmerohr (auch Heatpipe genannt) wird die Verdampfungswärme einer Flüssigkeit für den Wärmetransport ausgenutzt, die am heißen Ende verdampft und am kälteren Ende wieder kondensierl. Üblicherweise wird ein hermetisch verschlossenes, schräggestelltes Rohr dazu vewendet, das eine geringe Menge einer leicht siedenden Flüssigkeit enthält. Der untere Bereich des Rohrs 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 oberen Bereich des Rohrs, dem Wärme entzogen wird, wobei die Flüssigkeit kondensiert und dann dank der Schwerkraft wieder in den unteren Bereich des Rohrs zurückgelangt.

Da es keine absolut dichten Behälter gibt und das Wärmerohr im kalten Zustand einen Unterdruck gegenüber der Umgebung aufweist, bildet sich mit der Zeit ein Gaspolster innerhalb des Wärmerohrs, das den Wärmetransport zunehmend behindert oder sogar zum Erliegen bringt. Um den Störeinfluß des sich sammelnden Gases zu vermindern, wurde bereits ein mit dem oberen Ende des Wärmerohrs in Verbindung stehendes zusätzliches Restgassammeigefäß entwikkelt (DE-AS 2137227), das oberhalb des oberen Endes des Wärmerohrs angeordnet und mit einer guten Wärmeisolierung versehen ist. Mit einem solchen Sammelgefäß kann der Restgasanteil im Wärmerohr selbst vermindert und seine Funktion langer 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 gegebenenfalls beim Betrieb auftretenden relativ hohen Drücke auch von diesem Sammelgefiiß ausgehalten werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Wärmerohrs, bei dem die mit der Restgasansammlung verbundenen Probleme besser bewältigt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe soll durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht werden.

Der Abstand des Sammelgefäßes vom Wärme aufnehmenden Wandbereich des Wärmerohrs soll dabei zumindest so groß sein, daß die Verdampfungsfunktion des Wärmerohrs nicht gestört ist, d. h. daß das Kondensat ungehindert an die heißen Flächen gelangen und dort verdampfen kann.

Bei dieser Anordnung wird das störende Gas mit zunehmendem Druck in das im unteren Bereich befindliche Sammelgefäß gedrückt und zwar mittels des 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 Innenraum des Wärmerohrs gedrückt. Besondere Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Größe des Restgassammelbehälters richtet sich nach dem Gasanfall innerhalb des Wärmerohrs und wird (nach Patentanspruch 4) üblicherweise bei etwa 10 bis 49% des Volumens liegen, insbesondere bei 20 bis 25%.

Das Sammelgefäß ist so angeordnet, daß es nicht im Wärme abgebenden Teil des Wärmerohrs liegt und seine Form wird der Form des Wärmerohrs derart angepaßt, daß der Dampf ungehindert an die aufzuheizende Stelle und das Kondensat zum Verdampferende zurücklaufen kann.

Bei einem rohrförmigen Wärmerohr wird das Sammelgefäß (nach Anspruch 3) durch ein in das Wärmerohr eingeschobenes Rohr gebildet, das inbesondere mit Abstandshaltern längs einer Mantellinie und am Boden gehaltert ist.

Das Sammelgefäß kann (nach Anspruch 5) aus einem ähnlichen Material wie das Wärmerohr selbst sein und es muß die Innentemperaturen, die im Wärmerohr auftreten können, aushalten. Es muß diffusionsdicht sein und steht mit dem Wärmerohrinnenraum nur über das enge Röhrchen in Verbindung. 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 des Wärmerohrs 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 Sammelbehälter hinein sorgen, jedoch sollen im Rohr möglichst keine Turbulenzen auftreten, die eine verstärkte Zumischung von DampfanteUen bewirken würden. Nach Patentanspruch 2 ist der Innendurchmesser des engen Verbindungsrohrs etwa gleich 'Λ,, bis V₅ der lichten Weite des Wärmerohrs selbst. Jedoch kann bei großtechnischen Anlagen der Durchmesser der Wärmerohre solche Größen (von etwa 0,5 bis 1 m) erreichen, daß die lichte Weite des engen Verbingungsrohrs unter ¹A₀ der lichten Weite des Wärmerohrs gewählt werden sollte.

Es sind beliebige Formen von Wärmerohren anwendbar und nicht nur eine Rohrform.

Das Sammelgefäß kann bei der Fertigung im Wärmerohr fest montiert werden, was jedoch nicht unbedingt notwendig ist. Es muß lediglich dafür gesorgt werden, daß die Lage des engen Rohrs der gewünschten Funktion entspricht, d. h. daß das ur'.ere Ende am tiefsten Punkt des Sammelgefäßes mündet und das obere Ende im oberen Ende des Wärmerohrs.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispieles erläutert, das sich auf die Zeichnung bezieht, die ein erfindungsgemäßes Wärmerohr im Längsschnitt zeigt.

Bei dieser Ausführungsform ist im Innenraum 1 des Wärmerohrs 2 ein Sammelgcfäß 3 vorgesehen, das über ein enges Rohr 4 mit dem Warmerohr-lnnenraum in Verbindung steht. Längs einer Mantellinie des Sammelgefäßes 3 vorgesehene Abstandshalter 5 sorgen dafür, daß die im Auslaßende 6 des engen Rohrs 4 zugewandte Mantellinie des Sammelbehä¹-ters 3 an der Wärmerohr-Innenfläche anliegt. Eine Markierung 7 an der Außenseite des Wärmerohrs gibt dann Auskunft über seine funktionsgerechte Betriebslage.

Ein bodenseitiger Abstandshalter 8 sorgt für einen ausreichenden Freiraum am Boden des Wärmerohrs, so daß dessen Verdanipfungsfunktion nicht behindert wird. Die Lage des engen Rohrs 4 kann durch entsprechende Einrastungen wie beispielsweise Nut und Feder am Innenboden des Wärmerohr-Innenraums 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 des Wärmerohrs aufmerksam gemacht werden, die der funktionsgerechten Anordnung des engen Rohrs und des Sammelgefäßes entspricht. Durch Gleitlagerung und angemessene Schwerpunkverteilung kann jedoch auch für eine jeweils automatische Richtigstellung der vorgesehenen Einbauten gesorgt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmerohr in zumindest schräger Anordnung mit einem hermetisch abgeschlossenen, mit seinem oberen Ende in Verbindung stehenden Restgassammeigefäß, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgefäß (3) im Innenraum (1) des Wärmerohrs (2) im unteren bzw. im nicht Wärme abgebenden Bereich im Abstand vom Wärme aufnehmenden Wandbereich des Wärmerohrs (2) vorgesehen ist, und daß vom tiefsten Punkt des Sammelgefäßes (3) zum oberen Ende des Wärmerohrs (2) ein beidseits offenes enges Rohr (4) reicht, über das der Innenraum des Sammelgefäßes (3) mit dem Innenraum (1) des Wärmerohrs in Verbindung steht und dessen lichte Weite im Verhältnis zur lichten Weite des Wärme-Tohrs derart ist, daß einerseits der Druckverlust im Rohr (4) praktisch vernachlässigbar ist und andererseits keine Turbulenzen auftreten können.

2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des engen Rohrs (4) etwa gleich '/,„ bis V₅ der lichten Weite des Wärmerohrs (2) ist.

3. Wärmerohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgefäß (3) durch ein in das Wämierohr (2) eingeschobenes Rohr insbesondere mit Abstandshaltern (5, 8) längs seiner Mantellinie und am Boden gebildet ist.

4. Wärmerohr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Sammelgefäßes (3) bei etwa K) bis 40% des Volumens des Wärmerahrs (2) liegt, insbesondere bei 20 bis 25%.

5. Wärmerohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgefäß (3) aus einem ähnlichen Material wie das Wärmerohr (2) besteht und vorzugsweise aus sehr dünnem Material gefertigt ist.