DE3940033A1 - Waermerohr mit innerer struktur - Google Patents

Description

Die Erfindung kann überall dort Anwendung finden, wo Wärme­ rohre hergestellt und/oder angewendet werden. Wärmerohre haben ihren Einsatz vorwiegend als Wärmeübertragungselemente von einer vorhandenen Wärmequelle zu einer entsprechenden Wärmesenke. Sie werden dabei als Einzelrohre oder Register insbesondere in Wärmerückgewinnungssystemen der Lufttechnik eingesetzt. Entsprechend der Forderungen der rationellen Energieanwendung werden mit diesen Wärmerückgewinnungssystemen Abwärmen, die bei den verschiedensten technologischen Prozessen sowie auf dem Gebiet der Lüftung und Klimatisierung entstehen, in zunehmendem Maße genutzt.

Ein Wärmerohr koppelt zwei äußere Wärmetransportprozesse durch einen inneren Wärmetransportprozeß, welcher durch Verdampfung und Kondensation eines geeigneten Wärmeträgers realisiert wird. Bezüglich des Kondensationstransportes aus der Kondensations- in die Verdampfungszone können die Wärmerohre in zwei Klassen unterteilt werden.

• - die ohne innere Struktur (Gravitations-Wärmerohre) und
• - die mit innerer Struktur (Kapillar-Wärmerohre).

Die Gravitations-Wärmerohre können nur in senkrechter oder schwach geneigter Lage betrieben werden, wobei die Kondensations­ zone immer oberhalb der Verdampfungszone liegen muß. Das in der Kondensationszone anfallende Kondensat strömt auf Grund der Schwerkraft zurück in die Verdampfungszone. Ihr Einsatz ist also nur möglich, wenn die Wärmesenke direkt über der Wärme­ quelle angeordnet werden kann.

Bei den Wärmerohren mit innerer Struktur ist die Oberfläche in der Verdampfungs- bzw. Kondensationszone mit einer kapillar­ porösen Struktur ausgekleidet. Durch die Kapillardruck­ differenzen zwischen Verdampfungs- und Kondensationszone wird der Kondensattransport realisiert. Derartige Wärmerohre arbeiten je nach der verwendeten Kapillarstruktur nahezu lageunabhängig. Aus der internationalen Literatur sind verschiedene Wärmerohre mit innerer Struktur bekannt, die nach der Art der verwendeten Kapillarstrukturen unterteilt werden können. Die Kapillarstruktur kann im einfachen Fall aus feinen Längs- oder Gewinderillen, die in die innere Oberfläche des Wärmerohres eingearbeitet sind, bestehen. Das Einbringen der Rillen ist insbesondere bei längeren Wärmerohren (1<200 mm) technologisch schwierig zu realisieren. Zudem ist die ent­ stehende Kapillardruckdifferenz meist gering (DE 33 33 833 C2).

Eine andere Möglichkeit besteht im Auskleiden des Wärmerohres mit einer Sinterschicht. Der Sinterprozeß ist jedoch an bestimmte äußere Bedingungen gebunden (z. B. sehr hohe Temperaturen, Ausschluß des Luftsauerstoffes u. a.), die vom verwendeten Sinter­ material abhängen. Die Herstellung derartiger Wärmerohre ist sehr aufwendig und somit teuer (DE/OS 27 17 752; DE/OS 21 20 475). Die Kapillarstruktur kann auch aus Metall- oder Textilgeweben bestehen. Das Einbringen derartiger Strukturen und insbesondere die Gewährleistung des erforderlichen guten Wandkontaktes ist jedoch kompliziert (DE 22 45 654).

Eine besondere Gruppe unter den Kapillar-Wärmerohren stellen die sogenannten Arterien-Wärmerohre dar, bei denen der axiale Kondensattransport in Arterien erfolgt. Bei diesen Wärmerohren kommen aber zu den Schwierigkeiten, die mit dem Einbringen der Kapillarstrukturen verbunden sind, noch die der Herstellung und die Befestigung der Arterien hinzu (DE/OS 21 30 822).

Die aufgeführten Kapillar-Wärmerohre sind in ihrer Herstellung kompliziert, aufwendig und somit teuer. Dies steht aber einer Verwendung in Wärmerückgewinnungssystemen, die gegenüber Gravitations-Wärmerohr-Rekuperatoren unbestreitbare Vorteile bieten würden (Einsatz unabhängig von der Anordnung von Wärme­ quelle und Wärmesenke, mögliche Umkehr der Wärmetransport­ richtung z. B. in der Klimatisierung), entgegen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines im Inneren strukturierten Wärmerohres, das auf Grund seiner einfachen Herstellungsmöglichkeit und den damit verbundenen niedrigen Herstellungskosten für eine breite Anwendung in vielen Gebieten der Wärmeübertragung, insbesondere in Wärmerückge­ winnungssystemen der Lufttechnik geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmerohr mit innerer Struktur zu entwickeln, welches bei einfacher Herstellungsmöglichkeit gute Wärmeübertragungseigenschaften bei senkrechter bis waagerechter Einbaulage gewährleistet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst, indem ein Wärmerohr bei dem die innere Struktur durch eine entsprechende Zugfeder-Konstruktion realisiert ist. Der Außendurchmesser der Zugfeder ist erfindungsgemäß in unbelastetem Zustand gleich oder etwas größer als der Innendurchmesser des Wärmerohres (vorzugsweise 0,5-3 mm). Nach dem Einbringen der Feder, deren Drahtstärke erfindungs­ gemäß kleiner gegenüber ihrem Außendurchmesser ist (vorzugsweise 1 : 10-1 : 20), gewährleisten ihre elastischen Kräfte einen guten Wandkontakt. Die Zugfeder im Inneren des Wärmerohres ergibt eine spiralförmige Struktur, ähnlich der, die beim Schneiden eines Innengewindes entsteht.

Das in der Kondensationszone anfallende Kondensat verteilt sich durch die Zugfeder in azimutaler Richtung und strömt sowohl an der Innenseite der Zugfeder als auch in den ent­ stehenden Hohlräumen zwischen Zugfeder und der Rohrwand zurück in die Verdampfungszone. Es wurde gefunden, wenn die Ober­ fläche der Zugfeder aufgerauht ist, daß sowohl das Kondensat aus dem Innenraum in die Hohlräume zwischen Zugfeder und Rohrwand als auch in der Verdampfungszone entstehende Dampf aus diesen Hohlräumen in den Innenraum gelangen kann.

Der innere Wärmetransport wird durch diese Maßnahme wesentlich verbessert. Das Aufrauhen der Oberfläche der Zugfeder geschieht vorzugsweise auf chemischem Wege.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden. Die Abbildung zeigt einen Schnitt durch das Wärmerohr mit innerer Struktur.

Das Wärmerohr besteht aus einem geraden Rohr 1 von kreis­ förmigem Querschnitt, für das eine entsprechende Zugfeder 2 dimensioniert und gefertigt wurde, die sich im Inneren des Rohres 1 befindet. Der Außendurchmesser der Zugfeder 2 ist vor dem Einbringen in das Rohr 1 (unbelasteter Zustand) 1 mm größer als dessen Innendurchmesser. Die Oberfläche der Zugfeder wird durch ein chemisches Verfahren aufgerauht. Die Zugfeder wird so verdreht, daß sich ihr Außendurchmesser verringert, in das Rohr eingebracht und daraufhin entspannt. Ihre elastischen Kräfte gewährleisten einen guten Kontakt zwischen Rohrwand und Feder.

Die Drahtstärke ist gegenüber dem Außendurchmesser der Zugfeder klein (1 : 16).

Nach erfolgter Reinigung, Evakuierung und Füllung mit einem Wärmeträger wird das Wärmerohr mit innerer Struktur auf beiden Seiten dicht verschlossen. Es ist ersichtlich, daß die Herstellung eines solchen Wärmerohres im Vergleich mit anderen Wärmerohren mit innerer Struktur wesentlich einfacher und somit kostengünstiger erfolgen kann.

Claims (3)

1. Wärmerohr mit innerer Struktur, gekennzeichnet dadurch, daß sich im inneren eines geraden Rohres (1) von kreisförmigem Querschnitt eine Zugfeder (2) befindet, deren elastische Kräfte einen guten Kontakt zwischen Rohrwand und Feder gewährleisten.

2. Wärmerohr mit innerer Struktur nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet dadurch, daß die Drahtstärke der Zugfeder (2) klein gegenüber ihrem Außendurchmesser ist (vorzugs­ weise 1 : 10-1 : 20).

3. Wärmerohr mit innerer Struktur nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberfläche der Zugfeder (2) aufgerauht ist.