DE4132290A1

DE4132290A1 - Mikro-waermerohr

Info

Publication number: DE4132290A1
Application number: DE4132290A
Authority: DE
Inventors: Hisateru Akacho
Original assignee: Actronics KK
Current assignee: TS Heatronics Co Ltd
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1992-05-27
Anticipated expiration: 2011-09-28
Also published as: FR2669719B1; FR2669719A1; US5219020A; GB2250087B; GB2250087A; GB9123131D0; DE4132290C2

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Wärmerohr bzw. Heiz rohr und insbesondere den Aufbau eines Wärmerohres, welches mit kleinen, leichten Wärmeaufnahmeeinrichtungen und Wärme abgabeeinrichtungen versehen sein kann und welches sehr lang ausgebildet sein kann mit durchgehend kapillaren Ab messungen mit sehr kleinem Innen- und Außendurchmesser, wobei solche Rohre üblicherweise bisher nicht hergestellt werden.

Bisher hergestellte metallische Kapillarheizrohre haben eine Leistungsfähigkeit, die im erheblichen Umfang von ihrer Befestigungslage abhängt. Es ist insbesondere nahezu unmöglich, ein solches Kapillarheizrohr zu betätigen, das in einer Kopfwärmesituation befestigt ist, d. h. in einem Zustand, in dem ein Wasserspiegel eines Wärmeaufnahmeab schnitts des Heizrohres höher liegt als der Wärmeabgabe schnitt und Wärmeabstrahlabschnitt.

Dies liegt daran, daß im Betrieb ein Dampfstrom der Arbeits flüssigkeit sich von einem Dampfabschnitt zu einem Konden sationsabschnitt mit hoher Geschwindigkeit bewegt und ein Strom kondensierter Flüssigkeit von dem Kondensationsab schnitt zu dem Verdampfungsabschnitt zirkuliert, und zwar in zueinander entgegengesetzten Richtungen, so daß die gegen seitige Beeinflussung es schwierig macht, die Wärmerohr abmessungen dünner zu machen. Deshalb gibt es ein Grenze für die Herstellung dünner Kapillarwärmerohre bei einem Außendurchmesser von etwa 3 mm und einer Länge von etwa 40 mm. Tatsächlich liegt bei Kapillarwärmerohren, die all gemein als Mikro-Wärmerohre bezeichnet werden, die Her stellungsgrenze bei einer Länge von nur einigen 10 mm.

Es ist unmöglich, schleifenartige Heizrohre mit gebogenen Schleifenabschnitten zu verwenden, und der Freiheitsgrad der Benutzung ist auf problematische Weise gering.

Die US-PS 49 21 041 und die japanische Patentveröffentlichung Nr. Showa 63-31 849 (veröffentlicht am 27. Dezember 1988) be schreiben Wärmerohrstrukturen, die die obenerwähnten Pro bleme lösen.

Eine typische, früher vorgeschlagene Kapillarheizrohrstruktur (siehe Fig. 2) enthält ein durchgehendes, längliches Röhr chen (2) mit durchgehenden Kapillarabmessungen und zwei Enden, die luftdicht miteinander verbunden sind, um einen konti nuierliche, kapillaren, schleifenförmigen Fließkanal zu bilden. Ein wärmetragendes Fluid befindet sich in dem Röhrchen in einer vorbestimmten Menge, die ausreicht, um das Strömen des Fluids durch den Schleifenfließkanal in einem geschlossenen Zustand, begrenzt durch das Röhrchen, zu ermöglichen, wobei wenigstens ein Wärmeaufnahmeabschnitt (2-H) an einem zweiten Teil des Röhrchens zum Erhitzen des darin befindlichen Fluids und wenigstens ein Wärmeabgabeabschnitt (2-C) an einem zwei ten Teil des Röhrchens zum Kühlen des darin befindlichen Fluids angeordnet sind. Eine Strömungssteuereinrichtung (3) in dem Kanal begrenzt die Strömung des die Wärme tragenden Fluids auf eine einzige Richtung. Insbesondere ist eine zwei phasige, kondensierbare Arbeitsflüssigkeit (4) als Wärme tragendes Fluid in den Behälter eingefüllt. Der Innendurch messer des Kapillarröhrchens ist kleiner als ein Maximum des Innendurchmessers, der zirkulieren oder mit der stets in dem Röhrchen eingeschlossenen Arbeitsflüssigkeit fließen würde, und zwar wegen einer Oberflächenspannung des Röhrchens.

Die Fließsteuereinrichtung ist durch wenigstens ein Rück schlagventil (3) gebildet.

Bei dem vorstehend beschriebenen schleifenartigen Wärmerohr bzw. Heizrohr ist eine äußere Heizeinrichtung (H) vorgesehen, um den Wärmeaufnahmeabschnitt (2-H) zu erwärmen, während die Wärmeabgabeeinrichtung (C) außerhalb angeordnet ist, um den Wärmeabgabeabschnitt (2-C) zu kühlen. Hierbei dient das Rück schlagventil dazu, den schleifenartigen Behälter in mehrere Druckkammern zu trennen, wobei ein nukleares Sieden (nuclear boiling) (5) in dem Wärmeaufnahmeabschnitt einen vibrierenden Druckunterschied und eine Ansaugwirkung zwischen den durch die Rückschlagventile gebildeten Druckkammern erzeugt. Das nukleare Sieden bzw. Teilchensieden in dem Wärmeaufnahmeab schnitt dient der Ausbreitung einer Druckwelle in dem Fluid, die den Ventilkörper vibrieren läßt. Die gegenseitigen Wir kungen zwischen der Vibration des Rückschlagventilkörpers und der Saugwirkung erzeugen gemeinsam eine starke Zirkulations antriebskraft auf das Arbeitsfluid.

Auf die vorstehend beschriebene Weise zirkuliert das zwei phasige Arbeitsfluid in der vorbestimmten Richtung in der Schleife. Das Teilchensieden erfolgt nicht stetig. Somit zirkuliert das umlaufende Arbeitsfluid (4), wobei seine Dampfblasen (5) und das Arbeitsfluid (4) (geschlossene Flüssigkeitströpfchen) abwechselnd angeordnet sind. Der Wärmetransport findet wegen einer gebundenen Wärme durch die Wärmeübertragung des Arbeitsfluids und durch Eigen wärme der Dampfblasen (5) statt.

Der Wärmetransport durch den Zirkulationsstrom des Arbeits fluids ermöglicht eine ausgezeichnete Wärmetransportleistungs fähigkeit, ungeachtet der Befestigungslage des Heizrohres. Da das Wärmerohr eine kapillare Abmessung hat, kann ein kleines und leichtes Wärmerohr erreicht werden. Da es möglich ist, das Wärmerohr in der freigebogenen Form zu verwenden, ist der Freiheitsgrad- bei der Verwendung des Wärmerohres vergrößert.

Diese früher vorgeschlagene Wärmerohrstruktur ist jedoch mit verschiedenen Problemen verbunden, die bisher ungelöst waren, obwohl eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit unge achtet der Befestigungslage bei der Benutzung erreicht ist und das Wärmerohr (siehe Fig. 2) frei biegbar ist.

Die noch zu lösenden Probleme bestehen darin, den Durchmesser des Wärmerohres weiterhin einen Mikrometerbereich zu ver kleinern und das Gewicht der Wärmetransporteinrichtungen sowie der Wärmeaufnahmeeinrichtungen und Wärmeabgabeeinrich tungen zu verringern, um den Anforderungen des technischen Gebietes des Wärmerohres gerecht zu werden.

Nachfolgend werden die noch zu lösenden Probleme aufgelistet:

a) Wenn ein dünnerer Durchmesser des Wärmerohrbehälters in die Praxis umgesetzt wird mit einem Innendurchmesser von etwa 1,2 mm als Grenze, steigt die Fehlerrate des Produktes (entgegengesetzt zur Ausbringung des Produktes) abrupt an, und die Zuverlässigkeit wird erheblich reduziert. Hat ein schleifenartiges Wärmerohr mit einem Rückschlag ventil sehr kleine Abmessungen, kann eine Qualitätskon trolle des Wärmerohres während seiner Herstellung nicht sichergestellt werden.

Mehrere Verbindungen sind erforderlich zur Herstellung des schleifenartigen Heizrohres, das in der US-PS 49 21 041 offenbart ist. Wie Fig. 3 zeigt, umfassen die erforderlichen Verbindungen die Verbindungen 3-1, 3-2, 3-3 zur Befestigung der Rückschlagventile, Verbindungen 8 für den Anschluß jedes Wärmerohrabschnitts zur Ausbildung der Schleife, Verbindungen zum Einführen-des Arbeitsfluids in dem inneren Abschnitt des Kapillarröhrchens 2 und Gasauslaßverbindungen 10 für das Kapillarohr. Während der Herstellung sind Schweißarbeiten zur Herstellung der Verbindungen erforderlich. Die Verbin dungen 3-1, 3-2, 3-3 und 8 müssen z. B. an ihren zwei Teilen geschweißt werden, während die Verbindungen 9 und 10 an ihren vier Teilen geschweißt werden müssen. Die Schweißarbeiten an einem Wärmerohr mit einem Außendurchmesser unter 1,6 mm und einem Innendurchmesser unter 1,2 mm sind sehr schwierig. In folgedessen ist die Betriebssicherheit des Produktes erheblich reduziert.

b) Es ist schwierig, eine Langzeit-Betriebssicherheit für einen großen Wärmeinput bei hohen Temperaturen zu gewähr leisten, selbst wenn eine Rubinkugel als Ventilkörper jedes Rückschlagventils verwendet wird. Während eines Zu verlässigkeitstests eines Wärmeradiators, der impulsweise einen Wärmeinput von 5 KW bei 300°C erfordert, trat eine Zerstörung der Rubinkugel auf. Dann wurde die Rubinkugel durch eine Wolframkarbidkugel ersetzt und ein Zuverlässig keitstest durchgeführt. Da das relative Gewicht bei 13 lag, war der Betrieb bei niedrigem Wärmeinput verschlechtert.

Wegen eines zu großen relativen Gewichtes wurde ein Schwebevorgang bzw. Fließvorgang schwierig, und es wurde der Impuls beim Öffnen und Schließen des Ventils erzeugt. Dies zeigt an, daß eine Langzeit-Betriebssicherheit nicht garantiert werden kann.

c) Die Auswahl eines metallischen Materials für den Kapillar behälter ist begrenzt, um eine Langzeitzuverlässigkeit des Rückschlagventils zu garantieren. Der Zuverlässigkeits test für das schleifenartige Wärmerohr mit Rückschlagven til ergab, daß bei Verwendung eines metallischen Materials für die Innenfläche des Kapillarrohres eine interkristalline Korrosion auftrat, bei der Metallkristalle der Innenfläche des metallischen Kapillarröhrchens und eine beträchtliche Menge von Metallpulvern abgelöst und an jedem Rückschlag ventil abgelagert wurden, wodurch die Betriebsfähigkeit der Wärmetransporteinrichtung beeinträchtigt wurde.
d) Bei einem schwimmenden Rückschlagventil, wie es in der US-PS 49 21 041 offenbart ist, um die Lebensdauer zu verlängern, ist die Reaktionskraft infolge Leckageverlust in dem Rückschlagventil so schwach, daß eine Wasserspiegel differenz zwischen den Wärmeaufnahmeabschnitten und den Wärmeabgabeabschnitten auf etwa 1000 mm begrenzt ist, wo bei das Wärmerohr in dem Kopfwärmemodus verwendet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die hauptsächliche Aufgabe zugrunde, einen Aufbau eines Mikro-Wärmerohres bzw. Heiz rohres anzugeben, mit dem die oben beschriebenen Probleme gelöst sind, und das große Vorteile gegenüber den Wärmerohren gemäß der US-PS 41921 041 hat und eine beträchtliche Ver ringerung der Abmessungen und des Gewichtes der zugehörigen Wärmeaufnahmeeinrichtungen und Wärmeabgabeeinrichtungen er möglicht, so daß die Herstellung von Wärmerohren mit kapillaren Röhrchendurchmesserabmessungen im Mikrometer bereich ermöglicht ist, die bisher kaum herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Wärmerohr mit folgenden Merk malen gelöst:

a) einem metallischen, langgestreckten Rohr mit durchgehend kapillarer Abmessung;
b) einem vorbestimmten zweiphasigen, kondensierbaren Arbeits fluid in einer vorbestimmten Menge, die kleiner ist als ein Innenvolumen des metallischen Röhrchens, wobei das metallische langgestreckte Röhrchen einen kleinen Innen messer hat, der es ermöglicht, daß das zweiphasige Konden sationsarbeitsfluid in dem Fließkanal des metallischen Röhrchens im stets gefüllten und geschlossenen Zustand in dem metallischen Röhrchen wegen dessen Oberflächen spannung fließt;
c) wenigstens einem Wärmeaufnahmeabschnitt an einem ersten vorbestimmten Teil des metallischen Röhrchens und
d) wenigstens einem Wärmeabgabeabschnitt an einem zweiten vorbestimmten Teil des metallischen Röhrchens, wobei der Wärmeaufnahmeabschnitt und der Wärmeabgabeabschnitt ab wechselnd an dem metallischen Röhrchen angeordnet sind.

Die obige Aufgabe wird auch durch ein Herstellungsverfahren mit folgenden Schritten gelöst:

a) Anordnen einer die Zirkulationsströmungsrichtung be grenzenden Einrichtung in einem vorbestimmten Teil eines hermetisch abgedichteten, metallischen, kapillaren Röhrchens, dessen beide Enden miteinander verbunden sind;
b) Anordnen wenigstens eines Wärmeaufnahmeabschnitts an einem ersten vorbestimmten Teil des metallischen Kapillar röhrchens;
c) Anordnen wenigstens eines Wärmeabgabeabschnitts an einem zweiten vorbestimmten Abschnitt des metallischen Kapillar röhrchens;
d) dichtes Einschließen eines vorbestimmten zweiphasigen, kondensierbaren Arbeitsfluids in dem schleifenartigen, metallischen Kapillarröhrchen in einer vorbestimmten Menge, so daß eine gegenseitige Wirkung zwischen der die Zirkulationsrichtung begrenzenden Einrichtung, einem Teilchensieden, welches an dem Wärmeaufnahmeabschnitt hervorgerufen wird, und einer Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt erfolgt, welche das Arbeitsfluid in dem Fließkanal des Kapillarröhrchens in der Richtung fließen läßt, die durch die die Zirkulationseinrichtung begrenzende Ein richtung vorgegeben ist, so daß ein Wärmeaustausch zwischen den Wärmeaufnahmeabschnitten und den Wärmeabgabe- bzw. Abstrahlungsabschnitten auftritt, und
e) Eliminieren bzw. Beseitigen der den Zirkulationsstrom begrenzenden Einrichtung aus dem Kapillarröhrchen. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikro-Wärmerohres;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines schleifenartigen Wärmerohres gemäß der US-PS 49 21 041, bei dem eine Wärmemenge durch Zirkulation eines Arbeitsfluids transportiert wird;

Fig. 3 eine Darstellung der Schweißabschnitte für Verbindungsstellen des Wärmerohres bei dem Zusammenbau des schleifenartigen Kapillar behälters gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des erfindungs gemäßen Mikro-Wärmerohres;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer dritten Aus führungsform der Erfindung zur Erläuterung einer Theorie des Betriebs dieser dritten Ausführungsform;

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer vierten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 7 ein aufgezeichnetes Diagramm, das Teile von Betriebszuständen einer vierten Ausführungs form der Erfindung gemäß Fig. 6 zeigt;

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer fünften Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 9 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 eine schematische Ansicht einer siebten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 11A eine schematische Ansicht einer achten Aus führungsform und

Fig. 11B eine schematische Ansicht eines bereits vor geschlagenen Wärmerohres mit Rückschlag ventil zum Vergleich mit Fig. 11A.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nach folgend zum besseren Verständnis mit Bezug auf die Zeich nungen und Diagramme beschrieben.

Es sei erwähnt, daß der Aufbau und die Nachteile eines bereits kürzlich vorgeschlagenen Wärmerohres weiter oben in der Beschreibungseinleitung mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschrieben sind.

Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikrowärmerohres. Wie die Fig. zeigt, ist ein hermetisch abgedichteter Kapillarbehälter 1 durch ein langgestrecktes metallisches Kapillarröhrchen gebildet, welches einen ausreichend kleinen Innendurchmesser hat, um zu ermöglichen, daß ein vorbestimmtes Biphasen-Kondensations arbeitsfluid vakuumdicht in einem stets geschlossenen Zu stand infolge seiner Oberflächenspannung durch den Behälter 1 fließt. Mehrere vorbestimmte Abschnitte des Behälters 1 sind durch Wärmeaufnahmeabschnitte 1-H gebildet, während mehrere andere vorbestimmte Abschnitte durch Wärmeabgabe abschnitte 1-C gebildet sind. Die Wärmeabgabeabschnitte bzw. Wärmeabstrahlungsabschnitte 1-C sind zwischen den je weiligen Wärmeaufnahmeabschnitte 1-H angeordnet. In Fig. 1 bezeichnen H eine Wärmeaufnahmeeinrichtung und C eine Wärmeabgabeeinrichtung. Beide Enden 1-E des Kapillarbe hälters 1 sind verschweißt und abgedichtet, nachdem eine vorbestimmte Menge des Biphasen-Kondensationsarbeitsfluids in den Behälter 1 eingefüllt ist.

Bei dem Mikrowärmerohr gemäß Fig. 1 bewirkt ein nukleares Sieden bzw. kerntechnisches Aufkochen, welches an jedem Wärmeaufnahmeabschnitt erzeugt wird, eine Vibration in axialer Richtung in dem Arbeitsfluid eines Teils des Kapillarbehälters zwischen jedem Wärmeaufnahmeabschnitt 1-H, wobei die Vibration in axialer Richtung eine Wärme menge von jedem Wärmeaufnahmeabschnitt zu jedem Wärmeab gabeabschnitt bewegt.

Ein Wärmetransport infolge der axialen Vibration des Ar beitsfluids ist in dem Kapillarwärmerohr wirksam, dessen Außendurchmesser kleiner als 1,6 mm und dessen Innendurch messer kleiner als 1,2 mm sind, wobei es sich um ein extrem dünnes Kapillarröhrchen des Mikrometerbereichs handelt.

Die Leistungsfähigkeit des Wärmetransportes infolge Zirku lation des Arbeitsfluids wird schlechter, wenn der Druck verlust in dem Behälter bei kleinerem Durchmesser des Kapillarbehälters ansteigt. Andererseits wird die Leistungs fähigkeit des Wärmetransports durch axiale Vibration in folge der leichteren Erzeugung der axialen Vibration einer Flüssigkeitsmenge erhöht, wenn der Durchmesser des Behälters kleiner wird.

Ein großer Vorteil der ersten Ausführungsform des er findungsgemäßen Mikrowärmerohres besteht in der extremen Leichtigkeit des Einbringens des Arbeitsfluids in den Be hälter 1. Hierbei wird das vorbestimmte Biphasen-Arbeits fluid unter Druck durch eines der Enden 1-E eingebracht, wodurch in dem Behälter befindliches Gas durch das andere Ende ausgeführt wird. Wenn dann nur ein Teil des Biphasen- Arbeitsfluids ausgetreten ist, werden beide Enden 1-E ab gedichtet, so daß die volle Menge des Biphasen-Arbeits fluids luftdicht verschlossen und ergänzt ist. In diesem Fall kann die Abdichtung des anderen Endes mit Hilfe eines Ventils geschehen, welches an diesem anderen Ende angebracht ist. Wenn das Ventil nach der vollständigen Einfüllung des Arbeitsfluids angebracht wird, wird eine präzise Ge wichtsmeßeinrichtung verwendet, um das Gewicht des in den Behälter eingefüllten Arbeitsfluids zu messen, und das Ventil wird geschlossen, wenn eine optimale Arbeitsfluid menge eingefüllt ist und in dem Kapillarröhrchen bleibt. Auf diese Weise kann die optimale Arbeitsfluidmenge leicht eingefüllt werden. Hierbei ist verhindert, daß Luft in den Behälter eingemischt wird, so daß eine präzise Einstellung der eingefüllten Arbeitsfluidmenge erreicht wird. Dieses Verfahren kann auf Mikrowärmeröhrchen mit einem Innendurch messer von 0,5 oder weniger angewendet werden.

Da das Mikrowärmerohr keinen Verbindungspunkt hat, ist der Freiheitsgrad seiner Verwendung groß, und die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrowärmerohres kann leicht bei jeder Anwendung angebracht werden. Da keine Verbindungspunkte vorhanden sind, tritt in diesem Zusammen hang keine Korrosion auf und kein Fehler infolge unvoll ständiger Verbindung. Damit ist die Zuverlässigkeit des Mikrowärmerohres als Wärmetransporteinrichtung erheblich verbessert.

Ein weiterer Vorteil der ersten Ausführungsform des Mikro wärmerohres besteht darin, daß der Bereich der Menge des eingefüllten Arbeitsfluids zwischen 10% und 95% im Ver gleich zu dem schleifenförmigen Heizrohr gemäß der US-PS 49 21 041 liegt, und daß die Differenz der Leistung zwi schen der Bodenwärmebetriebsart und der oberen oder Kopf wärmebetriebsart über den gesamten Bereich der Arbeits fluidfüllmenge extrem klein ist.

Dies liegt daran, daß die zur Erzeugung der axialen Vibration des nuklearen Siedens beitragende Energie wirk sam ist, obwohl das Arbeitsfluid nicht ausreichend zirku liert, und sie ist selbst dann wirkungsvoll, wenn die Menge des Arbeitsfluids groß ist. Wenn andererseits die Menge klein ist, verursacht die große Amplitude der Ener gie die ausreichende Arbeitsweise des nuklearen Siedens. Dies bedeutet, daß keine Verschlechterung der Leistung des Mikrowärmerohres selbst dann auftritt, wenn die Genauig keit der prozentuellen Füllmenge des Arbeitsfluids gering ist, wodurch die Arbeit des Abdichtens des Arbeitsfluids erleichtert ist.

Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform tritt bei metallischen Materialien, die großen Temperaturzyklen über lange Zeiträume ausgesetzt sind, häufig ein Ablösen me tallischer Kristalle auf, wodurch eine große Menge Metall pulver entsteht. Diese Metallpulver werden oft an den ge bogenen Abschnitten des Kapillarbehälters abgelagert und verschließen diese. Wenn phosphorsäurefreies Kupfer ver wendet wurde, ergaben Versuche, daß beim Betrieb des Wärme rohres bei 300°C ein Verschließen der gebogenen Abschnitte erst begann, nachdem etwa 300 Stunden verstrichen waren.

Bei der Verwendung von sauerstoff-freiem Kupfer wurde das Wärmerohr bei 270°C betrieben, und es trat selbst nach 1000 Stunden keine Änderung an den gebogenen Abschnitten auf.

Der Innendurchmesser der ersten bevorzugten Ausführungs form des Mikrowärmerohres betrug 1,2 mm oder weniger. Es kann jedoch ein Innendurchmesser von etwa 4 mm verwendet werden, wenn die Länge einer Krümmung des zick-zack-förmigen Wärmerohres kurz ist und der Abstand zwischen jedem wärme aufnehmenden und wärmeabstrahlenden Abschnitt ebenfalls kurz ist.

Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikrowärmerohres.

Zwei langgestreckte metallische Kapillarröhrchen jeweils mit einem Außendurchmesser von 1 mm und einem Innendurch messer von 0,7 mm wurden zu ovalen und spiralförmigen me tallischen Kapillarröhrchen geformt, deren langer Durch messer 38 mm und kurzer Durchmesser 18 mm beträgt und die 45 Krümmungen aufweisen. Dann wurden sie als zwei spiral förmige und zick-zack-förmige Kapillarbehälter mit 45 Krümmungen hergestellt. Ein Aluminiumwärmewandler H-s mit zwei halbkreisförmigen Nuten mit Radien von 9 mm und einer Rippenhöhe von 13 mm und einer Wärmeaufnahmeboden fläche von 50 mm×50 mm wurde als Wärmeaufnahmeeinrich tung ausgebildet. Danach wurden die Kapillarröhrchen 1-1 und 1-2 durch Löten angebracht, wie Fig. 4 zeigt. Nach der Montage wurde HCFC 142b mit einem vorbestimmten Prozent satz bezüglich einem Nettovolumen jedes metallischen Ka pillarbehälters 1-1 und 1-2 in jedes Kapillarrohr als Arbeitsfluid eingefüllt. Dann wurden beide Enden der Ka pillarrohre verschweißt und abgedichtet, um so ein soge nanntes Mikrowärmerohr gemäß der Erfindung zu bilden. Zu Zwecken der Vereinfachung sind die Mikrowärmerohre in Fig. 4 nur schematisch gezeigt.

In Fig. 4 bezeichnen 1-1 und 1-2 die Kapillarrohrbehälter, 1-H-1 und 1-H-2 Wärmeaufnahmeabschnitte, 1-C-1 und 1-C-2 Wärmeabgabeabschnitte und 1-E Endabschnitte der Kapillar rohre 1-1 und 1-2. Pfeile C bezeichnen einen Kühlwind, der von der Kühleinrichtung abgeleitet ist.

Die Menge der in die Kapillarrohre 1-1 und 1-2 eingefüllten Arbeitsflüssigkeit wurde geändert. Die den Wärmeaufnahmeab schnitten 1-H-1 und 1-H-2 hinzugefügte Wärmemenge wurde ge ändert, um einen Temperaturanstieg in den Wärmeaufnahme abschnitten zu messen, und die Fähigkeit des Wärmetransportes in dem Wärmeaufnahmeabschnitt wurde gemessen. Die Wärme transportleistungsfähigkeit wurde gemessen, indem ein Wärmewiderstandswert R (°C/W), als Quotient errechnet, mit einer Temperaturdifferenz Δt (°C) zwischen einer Wärmeum wandlungs-Wärmeaufnahmefläche und einer Kühlwindtemperatur als Divident und einem Divisor eines thermischen Inputs Q (W) verglichen wurde.

Die Tabellen I und II zeigen die Meßergebnisse eines Bodenwärmemodus und eines Kopfwärmemodus bei einer Kühl windgeschwindigkeit von 3m/s.

Tabelle I (Bodenwärmemodus)

(Eine untere Seite einer Wärmeaufnahmefläche des Wärmeumwandlers wurde gehalten)

Tabelle II Kopfwärmemodus

(Die obere Seite der Wärmeaufnahmefläche wurde gehalten)

Die Tabellen I und II geben folgende Wirkungen an:

a) Ein derart klein bemessener Wärmeradiator hatte die Leistung eines thermischen Widerstandswertes von 50 W und die Wärmeabgabecharakteristik von 0,7°C/W oder weniger. Dies erfüllt die industriellen Anforderungen.
b) Das Arbeitsfluid hatte eine abgeschlossene Flüssigkeits menge zwischen 30% und 50%.
c) Das Wärmerohr gemäß Fig. 4 hat sowohl beim Kopf- als auch Bodenwärmebetrieb überlegene Eigenschaften.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsge mäßen Mikrowärmerohres.

Wie Fig. 5 zeigt, sind alle die Richtung der Zirkulation begrenzenden Einrichtungen wie Rückschlagventile, die in Fig. 2 gezeigt sind, in dem Arbeitsfluid Rezirkulations fließkanal des Kapillarröhrchens vermieden. Allerdings ist wenigstens ein Wärmeaufnahmeabschnitt 1-H und wenigstens ein Wärmeabgabeabschnitt 1-C um das Kapillarrohr 1 auf dieselbe Weise angeordnet, wie dies in der US-PS 49 21 041 offenbart ist.

Außerdem wird die Arbeitsflüssigkeit 4 zirkuliert, wobei alle Positionen der Schleife geschlossen sind. Dies ist wesentlich in dem Fall des Kapillarrohres. Beide Enden bzw. Anschlüsse des Kapillarrohres 1 sind miteinander verbunden, so daß das Fluid 4 in der Form einer Schleife frei zirku lieren kann. Ein vorbestimmter Teil wenigstens eines Ka pillarrohres 1 ist durch den Wärmeaufnahmeabschnitt 1-H gebildet, während ein vorbestimmter Teil des restlichen Kapillarrohres durch den Wärmeabgabeabschnitt 1-C gebildet ist. Die Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabeabschnitte 1-H und 1-C sind abwechselnd an den Teilen des Kapillarrohres 1 angeordnet. Das vorbestimmte Biphasen-Kondensationsarbeits fluid 4 hat eine vorbestimmte Menge, die kleiner ist als ein gesamtes Innenvolumen des Kapillarrohres 1. Ein Durch messer zwischen gegenüberliegenden Innenwänden des Kapillar rohres ist kleiner als ein maximaler Durchmesser, bei dem das Arbeitsfluid stets zirkuliert oder in einem geschlossenen Zustand innerhalb des Kapillarrohres 1 bewegt werden kann.

Bei dem Aufbau gemäß Fig. 5 ist die vorbestimmte Einfüll menge der Arbeitsflüssigkeit 4 kleiner als das gesamte Innen volumen des Kapillarrohres 1, um einen Luft-Phasen-Volumen abschnitt erforderlich zu machen, um ein nukleares Sieden an den Wärmeaufnahmeabschnitten hervorzurufen. Außerdem haben die Innenwände des Kapillarrohres 1 einen solchen Durchmesser, daß die Arbeitsflüssigkeit 4 geschlossen ist und zirkuliert oder bewegt werden kann, um zu ermöglichen, daß die Arbeitsflüssigkeit 4 entsprechend einem Dampfdruck des nuklearen Siedens an den Wärmeaufnahmeabschnitten 1-H schnell bewegbar ist. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugs zeichen 5 einen Dampfschaum.

Die Wirkungsweise des Mikrowärme-Rohres gemäß Fig. 5 wird nachfolgend beschrieben:

a) Entstehung von Druckwellenimpulsen und axialer Vibration:
Das nukleare bzw. kernförmige Sieden (nuclear boiling) des Arbeitsfluids infolge thermischer Absorption an jedem Wärmeaufnahmeabschnitt 1-H verursacht Dampfschaumgruppen, die intermittierend und schnell innerhalb jedes Wärme aufnahmeabschnitts 1-H entstehen. Jeder Dampfschaum ist von einer schnellen Expansion begleitet und nachfolgend einer rapiden Kondensation infolge einer Abkühlung der addiabatischen Expansion. Dadurch erzeugt das Arbeits fluid Druckwellenimpulse, die in axialer Richtung des Behälters 1 in der Schleife verlaufen. Obwohl einer der Impulse gegen den anderen an einer Seite anstößt, die dem Entstehungsabschnitt n des Fließkanals gegenüberliegt, sind ihre Phasen voneinander abweichend und wegen der Kompressibilität des Arbeitsfluids einschließlich ver dichtetem Luftschaum nicht gegeneinander aufgehoben. Wenn die Wärmeaufnahmeabschnitte 1-H an mehreren Abschnitten des Kapillarrohres angeordnet sind, werden die von den je weiligen Wärmeaufnahmeabschnitten hervorgerufenen Impulse gegeneinander aufgehoben oder durcheinander verstärkt, wo durch sehr starke Impulse entstehen. Diese Impulse verur sachen eine kräftige axiale Vibration gegen das Arbeits fluid innerhalb der Schleife. Die axiale Vibration des Ar beitsfluids setzt sich über das Arbeitsfluid und die ver dichteten Dampfschäume in einem Teil des Arbeitsfluids fort.

Außerdem tritt eine sekundäre Vibration in der Schleife auf. Diese sekundäre Vibration ist eine Vorwärts/Rückwärtsbe wegung des Arbeitsfluids innerhalb des Rohres zwischen den benachbarten Wärmeaufnahmeabschnitten. Die Vorwärts/ Rückwärtsbewegung wird durch eine axiale Druckanwendung oder direkte Druckabsorption hervorgerufen, die durch die intermittierende Entwicklung, Expansion und Kondensation der resultierenden Luftschäume entsteht. Die entstehenden Schäume werden durch die zahlreichen Dampfschäume erzeugt. Die Dampfschäume werden zufällig alternierend oder gleich zeitig innerhalb benachbarter Wärmeaufnahmeabschnitte aus dem Arbeitsfluid in dem Rohr zwischen benachbarten Wärme aufnahmeabschnitten erzeugt.

Die sekundäre Vibration hat eine größere und kräftige Am plitude, obwohl ihre Fortpflanzungsgeschwindigkeit kleiner ist als die Impulse der zuvor erzeugten Druckwelle. Wenn mehrere Wärmeaufnahmeabschnitte innerhalb der Schleife an geordnet sind, werden solche Vibrationen, die von allen Wärmeaufnahmeabschnitten erzeugt werden, infolge der gegen seitigen Interferenz teilweise gedämpft. Die anderen Teile werden jedoch verstärkt, so daß die sekundäre Vibration als Ganzes verstärkt ist, wodurch eine kräftigere Vibration entsteht.

b) Entstehung eines umlaufendes Stromes des Arbeitsfluids:
Wie Fig. 5 zeigt, ist das Arbeitsfluid 4 abwechselnd mit seinem Dampfschaum 5 in dem Rohr verteilt, um ein Ver schwinden der Impulsgruppe der Druckwellen zu verhindern, die sich in dem Arbeitsfluid fortsetzen, sowie der Vibra tionsgruppe infolge von Vibrationen in axialer Vorwärts/ Rückwärtsbewegung des Arbeitsfluids 4 und deren Inter ferenz, und um eine Kompressibilität des Arbeitsfluids 4 zu ermöglichen. Es ist erforderlich, daß das Arbeitsfluid 4 seinen Druckverlust reduziert, um die Entstehung von Vi bration zu erleichtern. Außerdem ist wichtig, daß das Ar beitsfluid eine gute Temperaturabhängigkeitscharakteristik der Wärmetransportleistungsfähigkeit hat, was weiter unten beschrieben wird. Es ist wichtig, daß das Arbeitsfluid in Form eines zirkulierenden Stromes nacheinander die Dampf schäume von den Wärmeaufnahmeabschnitten transportiert, um die Dampfschäume 5 und das Arbeitsfluid 4 abwechselnd zu verteilen.

Der zirkulierende Strom in dem Mikrowärmerohr ohne Rück schlagventil entsteht folgendermaßen:

1. Der Druck der in dem Wärmeaufnahmeabschnitt erzeugten Dampf schäume ist reduziert und verengt. Wenn damit das Kapillarrohr horizontal angeordnet ist, wie Fig. 7 zeigt, fließt das Arbeitsfluid 4 zu dem Wärmeabgabeabschnitt 1-C, der dem Wärmeaufnahmeabschnitt 1-H am nächsten liegt, so daß das Arbeitsfluid 4 in der Schleife in der Richtung zir kuliert, die durch eine durchgezogene Linie mit Pfeil be zeichnet ist.
2. Das in Fig. 5 dargestellte Kapillarwärmerohr bzw. Kapillarheizrohr ist in dem Bodenwärmezustand bzw. Boden heizzustand mit einem unteren Wärmeaufnahmeabschnitt 1-H als Bodenabschnitt und mit einem Behälterverbindungsab schnitt 1-2, der vertikal gehalten ist. In diesem Zustand kann die Luftschaumgruppe 5, die an dem Wärmeaufnahmeab schnitt 1-H entsteht, am leichtesten ansteigen. Der Luft schaum 5 steigt durch den Behälterverbindungsabschnitt 1-2 an, der von geringem Widerstand ist, und das Arbeitsfluid 4, in dem der größte Teil der Luftschaumgruppe konden siert ist, tropft durch die zick-zack-förmigen Abschnitte unter Mithilfe der Schwerkraft nach unten. Damit wird das Arbeitsfluid in Richtung der mit Pfeil versehenen gestrichel ten Linie zirkuliert. Anders ausgedrückt, zirkuliert das Arbeitsfluid 4 spontan in der Richtung, in der es die Hilfe der Schwerkraft erhält.
3. Das Arbeitsfluid in dem Kapillarrohr wählt selbst die Richtung des geringsten Widerstandes und zirkuliert in dieser Richtung, ohne zu stagnieren.

c) Transport der Wärmemenge:
Infolge der gegenseitigen Wirkung von Punkt a) und b) erzeugt das Arbeitsfluid 4 die axiale Vibration ent sprechend der Wärmemenge, die von dem Wärmeaufnahmeab schnitt 1-H gegeben wird, wodurch die Wärmemenge von einem der Wärmeaufnahmeabschnitte zu einem der Wärmeabgabeab schnitte transportiert wird.

Die japanische Patentveröffentlichung Heisei 2-35 239 dient als Literatur der theoretischen Analyse des rohrförmigen Durchgangs des Arbeitsfluids, die die Funktion des Wärme transports durch axiale Vibration des in den rohrförmigen Kanal gefüllten Arbeitsfluids bildet. In dieser japanischen Patentveröffentlichung ist eine Theorie des Vorgangs der Wärmeübertragung durch axiale Vibration des Arbeitsfluids in Einzelheiten beschrieben. Die Betriebsweise der dritten Ausführungsform des Kapillarwärmerohres ist im Prinzip dieselbe. Die dritte Ausführungsform basiert auf dem Umstand, daß die axiale Vibration des Arbeitsfluids in dem rohrförmigen Kanal als ein wirksames Mittel des Wärme transports dient.

Die Grundtheorie der Betriebsweise der dritten Ausführungs form wird nachfolgend kurz beschrieben.

Ein Teil der Wärmetransporteinrichtung kann mit der Am plitude der axialen Vibration als eine einzige Einheit geteilt sein, und wenn das Fluid an einem Abschnitt mit einer einzigen Einheit der Amplitude vibriert, kann eine extrem dünne Grenzschicht des Fluids zwischen der Innen fläche der rohrförmigen Wände und dem vibrierenden Fluid gebildet sein, welche nicht mehr in Schwingung versetzt werden kann. Wenn eine Temperaturdifferenz zwischen beiden Enden der Länge der Fluideinheit besteht, wird eine schlagartige Temperaturdifferenz zwischen der Grenzschicht und der Innenwandfläche des Rohres direkt transportiert und wegen der Wärmeleitung gespeichert. Im nächsten Augen blick jedoch wird der Teil des Fluids mit niedrigerer Tem peratur zu dem Teil der Grenzschicht und der inneren rohr förmigen Fläche höherer Temperatur transportiert, so daß die Temperaturabschnitte gegenseitig zueinander geändert werden. Der höhere Temperaturabschnitt der Grenzschicht gibt an das Fluid die Wärmemenge ab, und der Abschnitt mit niedrigerer Temperatur absorbiert die Wärmemenge von dem Fluid. Die Fluidvibration bewirkt die Aufnahme und Über tragung der Wärmemenge, die wiederholt schnell stattfindet. Eine schnelle Wärmeausgleichswirkung wird in dem Fluid mit der Grenzschicht und der inneren rohrförmigen Fläche hervor gerufen. Die gesamte Länge des Rohres der Wärmetransport einrichtung kann als eine unbegrenzte Anzahl von Aggregaten der Wärmeausgleicheinrichtung über die Länge der Einheit be trachtet werden. Die Wärmetransporteinrichtung hat damit die Funktion, das Arbeitsfluid über die gesamte Länge des Wärmetransportrohres gleichmäßig zu erwärmen. Damit hat das Wärmerohr eine ähnliche Funktion wie beim Transport der Wärmemenge infolge der thermischen Ausgleichswirkung und dient als wirkungsvolle Wärmetransporteinrichtung.

d) Temperaturabhängigkeitscharakteristik des Wärmeaufnahme abschnitts der Wärmetransportleistungsfähigkeit:
Die Temperaturabhängigkeitscharakteristik wie die Wärme transportleistungsfähigkeit ist entsprechend der Größe des thermischen Inputs erhöht, damit die Wärmetransporteinrich tung wirkungsvoll ist. Bei der dritten Ausführungsform ent spricht ein Teilchensieden schnell dem thermischen Input an dem Wärmeaufnahmeabschnitt, und der Wärmetransport wird aktiv. Die Dampfschäume, die mit Arbeitsfluid ab wechselnd verteilt in dem Kapillarrohr zirkulieren, sind infolge des Anstiegs der gesättigten Dampfschäume der Ar beitsflüssigkeit verengt, verursacht durch den Temperatur anstieg in dem Wärmeaufnahmeabschnitt. Die Fähigkeit der tion ist erhöht, so daß die Temperaturabhängigkeitscharak teristik des Wärmeaufnahmeabschnitts der Wärmetransport leistungsfähigkeit ausgezeichnet ist.

Das Kapillarrohr der dritten Ausführungsform kann die Wärmemenge von dem Wärmeaufnahmeabschnitt zu dem Wärmeab gabeabschnitt ungeachtet der Elimination der Rückschlag ventile transportieren. Es ist wünschenswert, die Dämpfung der Vibrationen soweit als möglich infolge der axialen Re ziprokation und Vibration durch Druckwellenimpulse zu unterdrücken, da die Theorie des Wärmetransports auf dem thermischen Transport basiert, der durch axiale Vibration des Arbeitsfluids hervorgerufen wird. Eine Dämpfung der Vibration auf die Innenwandfläche des Kapillarbehälters kann reduziert werden, wenn die Innenwandfläche glatter wird. Ein Verfahren der Glättung der Innenrohrfläche schließt das Polieren unter Verwendung einiger chemischer Mittel ein.

Das Material des Kapillarrohres ist ein kritischer Punkt zur Reduzierung der oben beschriebenen Vibrationsdämpfung. Die Vibration wird als innere Druckvariation betrachtet, so daß ein solches Material, daß die innere Variation durch elastische Deformation absorbiert, vermieden werden muß. Da zudem ein großer Innendruck in dem inneren Rohr durch Vibrationserzeugung ausgeübt wird und das Innendruck gewicht ein großes, wiederkehrendes Gewicht ist, ist ein Material mit einer geringen Haltbarkeit und fehlender Anti kriech-Charakteristik nicht zu bevorzugen. Da die Wärmeauf nahmeabschnitte und die Wärmeabgabeabschnitte thermische Austauschabschnitte sind, besteht oft die Notwendigkeit, solche nicht-bevorzugten Materialien wie Kupfer oder Alu minium zu verwenden, welche im Hinblick auf Haltbarkeit und Anti-kriech-Charakteristik nicht wünschenswert sind.

Da der Wärmeisolierabschnitt, der wenigstens den Wärmeauf nahmeabschnitt und den Wärmeabgabeabschnitt verbindet, aus einem Kapillarrohrabschnitt mit ausreichender Dicke besteht, verglichen mit dem Wärmeaufnahmeabschnitt, ist es wünschens wert, daß dieser aus einem vorzugsweise metallischen Material mit einem großen Young-Modul und vorzugsweise anti-kriech- Eigenschaft besteht.

Die Wärmeabstrahlung von der Außenfläche des Kapillarrohr behälters kann die Wärmetransportwirksamkeit erheblich reduzieren, da der Wärmetransport auf der Wärmeausgleich wirkung basiert, die als ein Medium der Grenzschicht und der Innenfläche des Kapillarrohres hervorgerufen wird. Daher ist es wünschenswert, daß der Verbindungsabschnitt (Wärmeisolierabschnitt) zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt und dem Wärmeabgabeabschnitt des Kapillarrohrbehälters mit einem Wärmeisoliermaterial überdeckt ist.

Da die Wärmeausgleichswirkung hauptsächlich durch Wärme leitung erfolgt, sollte das Arbeitsfluid eine hohe ther mische Leitfähigkeit haben. Wenn ein flüssiges Metall als Arbeitsfluid verwendet wird, kann die dritte Ausführungs form des Kapillarrohres eine bemerkenswerte Steigerung der Leistungsfähigkeit bewirken.

Da die dritte Ausführungsform die Wärmeübertragung durch axiale Vibration des Arbeitsfluids verwendet, ist die grundsätzliche Theorie des Wärmetransportes ähnlich wie bei der Wärmeübertragungseinrichtung gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Heisei 2-35 239.

Jedoch ist die dritte Ausführungsform der Erfindung voll ständig anders als der Gegenstand dieser japanischen Patentveröffentlichung, und zwar in vielerlei Hinsicht der Struktur der Wärmeübertragungseinrichtung, der Vibra tionserzeugung des Arbeitsfluids usw. Somit ist die dritte Ausführungsform der Erfindung neu.

Es sei erwähnt, daß die grundsätzliche Theorie der dritten Ausführungsform auf das schleifenförmige Kapillarheizrohr gemäß der US-PS 49 21 041 und auf die japanische Patentver öffentlichung Showa 63-31 84 493 zutrifft. Die dritte Aus führungsform vermeidet jedoch die Mittel zur Begrenzung der Fließrichtung (Rückschlagventil(e)). Nahezu alle Aus führungsformen der US-PS 49 21 041 und der vorstehend ge nannten japanischen Patentveröffentlichung können auf die dritte Ausführungsform als Modifikationen des Kapillar röhrchens angewendet werden.

Nachfolgend wird der Unterschied der Wärmeübertragungs einrichtung gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Heisei 2-35 239 und der dritten Ausführungsform der Er findung beschrieben. Weiter unten wird auch der Unterschied zwischen der Wärmeübertragungseinrichtung gemäß der US-PS 49 21 041 und der japanischen Patentveröffentlichung Showa 63-3 18 493 und dem Kapillarwärmerohr beschrieben.

Die wesentlichen Elemente der Wärmeleiteinrichtung der japanischen Patentveröffentlichung Heisei 2-35 239 sind:

1. Zwei Fluidbehälter,
2. wenigstens ein rohrförmiger Kanal, der diese Fluid behälter verbindet,
3. ein thermisch leitendes Fluid, welches den rohrförmigen Kanal und die Behälter füllt, und
4. eine Einrichtung zur Erzeugung axialer Vibration.

Es ist offensichtlich, daß die Wärmeübertragungseinrichtung nicht mehr arbeitet, wenn eines der vier wesentlichen Ele mente 1 bis 4 weggelassen ist.

Andererseits sind die wesentlichen Elemente der dritten Ausführungsform a) ein Kapillarröhrchen und b) eine Ar beitsflüssigkeit in einer Menge, die das innere Volumen des Kapillarröhrchens nicht vollständig ausfüllt. Die Fluidbehälter unter Punkt 1. sind vollständig unnötig, und es sind weder elektrische noch mechanische oder eine äußere Kraft anwendende Schwingungsmittel vorgesehen. Außerdem liegt ein entscheidender Unterschied zwischen der Wärmeübertragungseinrichtung gemäß der JP-A2-Heisei 2-35 239 und der dritten Ausführungsform in der Struktur des Arbeitsfluids und seinem Verhalten.

Die JP-A2-Heisei 2-35 239 beschreibt in Einzelheiten die Wärmeübertragungseinrichtung, die vollständig anders ist als das Wärmerohr. Das kapillare Wärmerohr ist deshalb anders, weil das Wärmerohr der dritten Ausführungsform eine Art des Wärmerohres ist. Der Beschreibung der JP-A2-Heisei 2-35 239 ist zu entnehmen, daß das Arbeits fluid selbst dann nicht in den zwei Phasen Luft und Flüssigkeit verwendet wird, wenn ein kondensierendes bzw. kondensierbares Fluid als Arbeitsfluid verwendet wird. Das verwendete Arbeitsfluid ist nicht-kompressibel in dem Flüssigkeitszustand. Die dritte Ausführungsform hin gegen verwendet stets Luft- und Flüssigkeitsphasen und macht Gebrauch von der Kompressiblität dieser zwei Phasen.

Außerdem besteht ein Hauptmerkmal der Wärmeübertragungs einrichtung gemäß der JP-A2-Heisei 2-35 239 darin, daß das Arbeitsfluid die axiale Vibration an einer vorbestimmten Position ausführt, welche nicht mit einem Transport von Material verbunden ist. Bei der dritten Ausführungsform ist der Umstand, daß das Arbeitsfluid in der Schleife zirkuliert, nicht eine wesentliche Voraussetzung, jedoch grundsätzlich zirkuliert das Arbeitsfluid. Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen der Wärmeübertragungsein richtung gemäß der JP-A2-Heisei 2-35 239 und der dritten Ausführungsform liegt in dem Umstand, daß die axiale Vi bration der Arbeitsflüssigkeit auf andere Weise erzeugt wird.

Gemäß der JP-A2-Heisei 2-35 239 wird die Arbeitsflüssigkeit zwangsweise durch eine starke Vibrationserzeugungsein richtung in Schwingung versetzt. Eine starke Vibration der Vibrationserzeugungseinrichtung versetzt auch unnötige Teile in Schwingung. Die Vibrationserzeugungseinrichtung wird selbst abgenutzt und hat nur eine kurze Nutzungs dauer. Außerdem wird zusätzliche Energie benötigt, um die Vibrationserzeugungseinrichtung anzutreiben, um die Wärme menge zu transportieren.

Die Vibration des Arbeitsfluids der dritten Ausführungs form der Erfindung erfordert nicht mehr eine äußere me chanische Vibration. Das neue Merkmal dieser dritten Aus führungsform besteht darin, daß das Arbeitsfluids selbst als Quelle zur Erzeugung der axialen Vibration dient.

Durch nukleares Sieden bzw. Teilchensieden des Arbeits fluids werden Impulse hervorgerufen, die die Vibration er zeugen, und das Teilchensieden wird durch Absorbieren einer thermischen Energie an jedem Aufnahmeabschnitt bewirkt. Dann schwingt das Arbeitsfluid selbst durch selbster zeugtes Teilchensieden bei jedem Prozeß des Wärmemengen transportes.

Hierzu ist keine Unterstützung durch äußere mechanische oder elektrische Vibration erforderlich. Somit braucht keine zusätzliche Energie für die Vibration verbraucht zu werden.

Da sich in dem Kapillarrohr keine Vibrationserzeugungs einrichtung befindet und die Vibration nicht von außen herbeigeführt wird, kann eine lange Nutzungsdauer garan tiert werden. Somit unterscheidet sich die dritte Aus führungsform vollständig von dem Gegenstand der JP-A2- Heisei 2-35 239.

Nachfolgend wird der Unterschied zu dem Kapillarwärme rohr gemäß der US-PS 49 21 041 und JP-A1-Showa 63-3 18493 beschrieben.

Das erstgenannte Kapillarrohr ist mittels Rückschlag ventilen in mehrere Druckkammern unterteilt. Eine gegen seitige Wirkung einer Temperaturdifferenz zwischen einem der Wärmeaufnahmeabschnitte und dem angrenzenden Wärme abgabeabschnitt und einem Sieden des Arbeitsfluids an dem Wärmeaufnahmeabschnitt verursacht eine Ansaugwirkung zwi schen den Druckkammern, so daß die Arbeitsflüssigkeit zirkuliert. Die Impulsvibration der durch das Teilchen sieden erzeugten Druckwelle an dem Wärmeaufnahmeabschnitt wird in einem Kugelventil des Rückschlagventils (Ventile) absorbiert, und in eine Vibration des Rückschlagventils (Ventile) umgewandelt. Die Vibration des Rückschlagventils bewirkt ferner eine Zirkulationsausbreitungskraft für das Arbeitsfluid. Bei dem erstgenannten Wärmerohr wird somit die Wärmemenge durch Zirkulation des Arbeitsfluids in der Schleife transportiert. Bei der dritten Ausführungsform hingegen ist die Zirkulation nicht so kräftig, da das Kapillarwärmerohr kein Rückschlagventil enthält, und das Arbeitsfluid fließt natürlich in der Richtung, in der der Widerstand klein ist, was wenig zu dem Wärmetransport bei trägt. Wie oben beschrieben wird der Wärmetransport durch axiale Vibration des Arbeitsfluids bewirkt, welche durch Teilchensieden hervorgerufen wird.

Wegen des baulichen Unterschieds hinsichtlich des Rück schlagventils und weil die Theorie des Betriebs zwischen den zwei Kapillarwärmerohren vollständig unterschiedlich ist, ist die dritte Ausführungsform ein vollständig an deres Wärmerohr bzw. Heizrohr, auch wenn die äußere Er scheinung und die Benutzungsbedingungen übereinstimmen.

Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform des Kapillar behälters 1.

Der Kapillarbehälter 1 enthält mehrere Krümmungen an beiden Enden eines langgestreckten Kapillarrohres eines Außendurchmesser von 3 mm und eines Innendurchmessers von 2,4 mm, wie Fig. 6 zeigt.

Die Wärmeaufnahmeeinrichtung H enthält zwei Wärmeaufnahme platten aus purem Kupfer, deren beide Flächen mittlere Ab schnitte eines zick-zack-förmigen Bereichs des Kapillar behälters 1 halten, wobei eine nicht dargestellte Heiz einrichtung an einer Fläche der Wärmeaufnahmeabschnitte befestigt ist. Eine Breite 1 beider Wärmeaufnahmeplatten beträgt 100 mm.

Die Länge jeder mit L in Fig. 8 bezeichneten Windung be trägt 460 mm. Die Länge des Wärmeaufnahmeabschnitts 1-H ist damit auf 100 mm eingestellt. Die verbleibenden Win dungsabschnitte ausschließlich des Wärmeaufnahmeabschnitts 1-H dient als Wärmeabgabeabschnitt 1-C, der mittels eines Windes von 4 m/s zwangsweise gekühlt wird. Die Anzahl der Zick-Zack-Windungen beträgt 80.

Innerhalb des schleifenartigen Kapillarröhrchens 1 sind drei Rückschlagventile angeordnet. Als Arbeitsfluid ist Fron HCFC-142b eingefüllt und eingeschlossen mit 40% des Innenvolumens, und das Kapillarrohr ist gemäß der US-PS 49 21 041 und der JP-A1-Showa 63-3 18 493 aufgebaut. Die Offenbarung der US-PS 49 21 041 wird durch Bezugnahme hier eingeschlossen.

Andererseits wurde in den Behälter 1 gemäß Fig. 6 kein Rückschlagventil eingebaut, und als Arbeitsfluid wurde Fron HCFC 142b verwendet und mit einem Innenvolumen von 70% in das Kapillarröhrchen eingefüllt. Dann wurden die Wärmeabgabeleistungen beider Kapillarbehälter verglichen. Die Meßanordnungen beider Wärmerohre in einem Windtunnel test waren so, daß ein geradliniger Rohrabschnitt jeder Windung horizontal gehalten und der Wärmeaufnahmeabschnitt vertikal gehalten wurde.

Die gemessene Leistung war so, daß eine Temperaturdifferenz zwischen einer Gleichgewichtstemperatur einer Oberflächen temperatur an einem Teil des Behälters 1, der dem Wärme aufnahmeabschnitt 1-H entspricht, der mittels der Wärmeauf nahmeplatten gehalten ist, jedem Wärmeinput entspricht, und eine Einlaßtemperatur (Umgebungstemperatur) des kühlen den Windes wurde mit Δt°C bezeichnet und ein thermischer Widerstandswert R(°C/W) wurde mit dem Wert von Δt°C als Zähler und dem Wert des Wärmeinputs als Nenner abgeleitet. Die folgende Tabelle III und IV gibt die Meßergebnisse wieder und der Versuch zeigt, daß das Wärmerohr der 4. Ausführungsform eine Wärmetransportleistungsfähigkeit hat, die mit derjenigen eines Kapillarwärmerohres mit Rück schlagventilen vergleichbar ist.

Tabelle III

Mit Rückschlagventil

Tabelle IV

Kein Rückschlagventil

Bei dem thermischen Input von 1000 Watt, einer Temperatur von 72,3°C und einem thermischen Widerstand von 0,047°C/W zeigt das Kapillarröhrchen einen thermischen Gleichge wichtszustand. In diesem Zustand wurde ein Teil des Be hälters gepreßt und zusammengedrückt (etwa 90° gepreßt und zusammengedrückt), um die Zirkulation des Arbeitsfluids schwierig zu machen. In diesem Zustand stieg die Gleich gewichtstemperatur an dem Wärmeaufnahmeabschnitt um 1,7°C, und der thermische Widerstandswert war etwas ver schlechtert auf 0,049°C. Außerdem wurde derselbe Teil voll ständig gepreßt und zusammengedrückt, und die Zirkulation des Arbeitsfluids wurde vollständig gestoppt. Die Gleich gewichtstemperatur an dem Wärmeaufnahmeabschnitt stieg um 1°C (2,7°C insgesamt), und der thermische Widerstandswert war 0,05°C/W. Dies zeigt an, daß die Zirkulation des Ar beitsfluids ein geringer Beitrag zu dem Temperaturanstieg von 2,7°C und dem thermischen Widerstandswert von 0,003°C/W war und daß die Zirkulationsgeschwindigkeit sehr niedrig war. Außerdem zeigt dies an, daß die vierte Ausführungs form den Wärmetransport selbst dann aggressiv ausführt, wenn das Arbeitsfluid in Stillstand gerät. Das Arbeitsfluid zeigt an, daß die axiale Vibration aktiver fortgesetzt wurde infolge der Kompressibilität, die durch die Dampf schäume hervorgerufen wird, die in dem Fließkanal verteilt sind, und zeigt ferner an, daß der Wärmetransport wegen der axialen Vibration sehr wirkungsvoll war.

Fig. 7 zeigt Meßergebnisse der Temperaturbewegung in dem Kapillarwärmerohr der vierten Ausführungsform. Die Längs achse der Fig. 7 zeigt die Temperatur (°C) und die Quer achse bezeichnet den Zeitablauf. Linien 1 und 2 (überlappte Linie) geben eine Temperaturanstiegskurve an dem thermischen Input von 1 KW an, die Linien 3 und 4 sind.

Temperaturanstiegskurven der Oberflächentemperaturen an einem Teil des Wärmeabgabeabschnitts bzw. Wärmeab strahlungsabschnitts nahe dem Wärmeaufnahmeabschnitt und einem Teil, der entfernt von dem Wärmeaufnahmeabschnitt ist. Die Linie 5 gibt eine Einlaßlufttemperatur des ge kühlten Windtunnels an (Umgebungstemperatur). Linie 6 be zeichnet eine Lufttemperatur an einem Auslaß des Wind tunnels. Ein Punkt P-1 bezeichnet eine erste Zeit, bei der ein Teil des schleifenartigen Behälters halb gepreßt ist, und ein Punkt P-2 bezeichnet eine zweite Zeit, bei der ein Teil des Behälters vollständig gepreßt und zusammengedrückt war. Unmittelbar nach dem vollständigen Pressen und Zu sammendrücken begann ein Temperaturanstieg. Die Temperatur änderungen der Linien 3 und 4 zeigen die axiale Vibration des Arbeitsfluids in dem Kapillarröhrchen an. Fluktuationen in der Zirkulation des Arbeitsfluids, die durch v-1 be zeichnet sind, hatten kleinere Amplituden mit den Fluktua tionen, die in dem Zirkulationsstrom absorbiert wurden. Amplituden an den Abschnitten der Linie 4 nahe dem Punkt v-2, an dem die Fließgeschwindigkeit gering war. Beide Vi brationsfrequenzen und Amplituden wurden in der Nähe des Punktes v-3 aktiv, an dem die Zirkulation gestoppt war. Außerdem ist aus den gekrümmten Linien von 3 und 4 in Fig. 7 zu ersehen, daß die Zirkulationsfließgeschwindigkeit durch Pressen und Zusammendrücken des Teils des schlaufen artigen Kapillarbehälters gering war und daß gleichzeitig die Temperatur durch Einwirkung des Kühlwinds abfiel. Wenn der Zirkulationsstrom vollständig gestoppt wurde, wurde der Wärmeaustausch an den Innenwänden des schleifenartigen Kapillarbehälters aktiver, und der Wärmeaustausch zeigte einen geringen Temperaturanstieg.

Fig. 8 zeigt eine fünfte Ausführungsform des erfindungs gemäßen Kapillarwärmerohres. Wie Fig. 8 zeigt, wurden zwei kapillare Wärmerohrbehälter 1-1 und 1-2 in spiral förmig gewickelter Zick-Zack-Form hergestellt. Beide Enden bzw. Anschlüsse jedes der zwei Kapillarrohre 1-1 und 1-2 wurden miteinander verbunden, um das Durchströmen des Ar beitsfluids zu ermöglichen. Die Anzahl der Windungen betrug 4 oder 5. Die langgestreckten Kapillarröhrchen haben einen Außendurchmesser von 1 mm und einen Innendurchmesser von 0,7 mm und sind zu einer ovalen Spiralform geformt. Ein Aluminiumwärmewandler H-S hat eine Steghöhe von 13 mm und eine Wärmeaufnahmebodenfläche von 50 mm×50 mm mit zwei Nuten mit einem Radius von 9 mm. Die zwei Anschlüsse der Kapillarwärmerohre in der Zick-Zack-Form wurden an die Nuten des Wärmewandlers angelötet,um so einen Wärme- bzw. Heizradiator zu bilden. Die Kapillarbehälter sind durch dünne Linien angedeutet, um das Verständnis der Fig. 8 zu erleichtern. In Fig. 8 bezeichnet H-S den Wärmewandler, der zur Aufnahme von Wärme verwendet wird, 1-H-1 und 1-H-2 Wärmeaufnahmeabschnitte, 1-C-1 und 1-C-2 Wärmeabgabeab schnitte, während ein Pfeil C einen Kühlwind der Kühlein richtung bezeichnet.

Die Rückschlagventile wurden in beide Behälter eingebaut, und ein zweiphasiges, kondensierbares Arbeitsfluid wurde mit 40% des Innenvolumens eingefüllt. Dann wurden Leistungs tests an dem Kapillarheizrohr ausgeführt, die in der US-PS 49 21 041 und JP-A1-Showa 63-3 18 493 offenbart sind.

Danach wurden die jeweiligen Rückschlagventile aus dem Innenbereich der integrierten Kapillarröhrchen 1-1 und 1-2 entfernt, und die Kapillarröhrchen wurden wieder ab gedichtet und integriert. Dabei wurde das zweiphasige Arbeitsfluid eingefüllt und mit 80% des Innenvolumens dicht eingeschlossen. Die Leistung wurde gemessen, nach dem die fünfte Ausführungsform so vorbereitet war, wie dies Fig. 8 zeigt.

Alle Meßgeschwindigkeiten des Windes betrugen 3 m/s. Die Meßform war ein Bodenheizmodus und ein oberer bzw. Kopf heizmodus. Das Meßergebnis zeigt, daß die Leistung des Kapillarröhrchens besser war als das des Gegenstücks gemäß der US-PS 49 21 041 bei jedem Meßmodus. Außerdem war die Leistung des letzteren Kapillarröhrchens in dem Kopfheiz modus reduziert, während die Leistung des ersteren Kapillar röhrchens in dem Kopfheizmodus gegenüber dem Bodenheizmodus nicht geändert war. Die Temperaturabhängigkeit des Wärme aufnahmeabschnitts der Wärmetransportleistungsfähigkeit war bezüglich jedes Wärmeinputs besser. Die nachfolgenden Tabellen IV und VS zeigen die Meßdaten.

Tabelle V Meßbedingungen

Bodenheizmodus, Windgeschwindigkeit 3 m/s

A) mit Rückschlagventil

B) kein Rückschlagventil

Tabelle VI Meßbedingungen

Kopfheizmodus Windgeschwindigkeit 3 m/s

Mit Rückschlagventil

Tabelle VI Meßbedingungen

Kopfheizmodus Windgeschwindigkeit 3 m/s

Kein Rückschlagventil

Fig. 9 zeigt eine sechste Ausführungsform des Kapillar wärmerohres.

Da das Kapillarwärmerohr durch den kapillaren Behälter 1 gebildet ist, wird die Menge und Anzahl von durch Teilchen sieden entstehenden Dampfschäume dann häufig unzureichend, wenn die Länge des Wärmeaufnahmeabschnitts nicht verlängert werden kann. In diesem Fall wird die axiale Vibration des Arbeitsfluids inaktiv, und die Leistung wird ver ringert. Für einen solchen Fall wird empfohlen, daß eine vorbestimmte Gruppe einer Wärmeaufnahmeabschnittsgruppe des Kapillarröhrchens in eine gemeinsame Dampferzeugungs kammer eingeführt wird, in der die Enden bzw. Anschlüsse der Behälter offen sind.

In Fig. 9 bezeichnet H-B einen Wärmeaufnahmeblock, der durch eine Wärmeaufnahmeeinrichtung gebildet ist, in die die Dampferzeugungskammer 6 eingebaut ist.

In der Dampferzeugungskammer 6 wird eine Gruppe 1-H-1, die ein Teil der Gruppen der Wärmeaufnahmeabschnitte des Kapillarröhrchens 1 ist, in die Dampferzeugungskammer 6 eingeführt und ist offen, so daß die Arbeitsflüssigkeit und die Dampfschäume durch diese fließen können. Die rest liche Gruppe 1-H-2 wird in die Dampferzeugungskammer 6 eingeführt, ist jedoch nicht offen. Die Gruppe des Wärme aufnahmeabschnitts 1-H-2 absorbiert direkt die Wärmemenge von dem erzeugten Dampf, um die Wärmemenge aufzunehmen und das Teilchensieden hervorzurufen. Eine Wechselwirkung mit der Druckwelle in der von einem oberen Ende der Wärme aufnahmeabschnittsgruppe 1-H-2 eingeführten axialen Vi bration trägt zu einer langsamen Arbeitsfluidzirkulation bei. Bei der Wärmeabgabe ist die Dampfschaumgruppe in dem Arbeitsfluid eines Teils des kapillaren Behälters 1-C verteilt, in dem die Flüssigkeitsphase reichhaltig wird, um die Entstehung der axialen Vibration zu erleichtern. Von der Dampferzeugungskammer 6 erzeugte ausreichende Mengen und Anzahl werden von einem offenen Ende der Wärmeauf nahmegruppe 1-H-1 eingeführt.

Fig. 10 zeigt eine siebte Ausführungsform des kapillaren Wärmerohrs. Bei dem kapillaren Wärmerohr, das die Wärme menge von einem Wärmeaufnahmeabschnitt zu einem Wärmeab gabeabschnitt transportiert, wenn das Arbeitsfluid als zirkulierender Strom in dem kapillaren Röhrchen 1 fließt, bewirken die Zick-Zack-Wicklungen, daß eine große Anzahl von geradlinigen Rohrabschnitten gesammelt und dicht neben einander angeordnet sind, um so Wärmeaufnahme- und Wärme abgabeabschnitte großer Kapazität zu bilden. In diesem Fall ist es unmöglich, den Kurvenradius jeder Windung unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes zu senken. Viele Schwierig keiten treten auf, wenn die Dichte der nebeneinanderlie genden Anordnung erhöht wird. Ein Grenzwert des Kurven radius enthält eine erste Grenze, indem eine erste Wende infolge eines abrupten Anstiegs des Druckverlustes des Innenrohres entsteht. Solche Anstiege des Druckverlustes akkumulieren bei einer großen Anzahl von Windungen, wodurch das kapillare Wärmerohr nicht mehr arbeiten kann. Eine zweite Grenze besteht darin, daß beim Biegen ein lokales Pressen und Zusammendrücken entsteht, wenn der Kurvenradius im Falle eines dünnen Kapillarröhrchens verringert wird. Der minimale Kurvenradius des kapillaren Röhrchens mit einem Außendurchmesser von 1 mm und einem Innendurchmesser von 0,7 mm beträgt 2 mm Innendurchmesser und etwa 3 mm Außendurchmesser. Die Grenze des Kurvenradius des kapillaren Röhrchens eines Außendurchmessers von 3 mm und eines Innen durchmessers von 2,4 mm beträgt 3 mm Innendurchmesser und etwa 6 mm Außendurchmesser.

Bei dem kapillaren Wärmerohr der siebten Ausführungsform wird der Wärmetransport durch Druckwellenimpulse hervor gerufen, die sich in dem Arbeitsfluid ausbreiten, und durch axiale Vibration des Fluids. Dies ruft keine große Dämpfung der Vibration selbst bei abrupten Krümmungen hervor, wenn die Amplitude klein ist. Somit ist das Problem der technologischen Herstellungsbegrenzung gelöst.

Wie Fig. 10 zeigt, hat der Kapillarbehälter 1 eine Zick- Zack-Form mit mehreren Windungen. Die gekrümmten rohr förmigen Abschnitte in der Windungsgruppe sind integral als ein gemeinsames Innendruckrohr oder als Innendruck behälter 7 und 8 geformt. Die Endgruppen der Windungsgruppe sind in den inneren Behältern 7 und 8 offen. In Fig. 10 be zeichnet H die Wärmeaufnahmeeinrichtung und C die Kühlungs einrichtung. 1-H bezeichnet den Wärmeaufnahmeabschnitt des Kapillarbehälters. 1-C bezeichnet den Wärmeabgabeabschnitt des Kapillarbehälters. Das Arbeitsfluid in den Innendruck kesseln 7, 8 breitet die Druckwelle und den axial ge richteten Vibrationsdruck in allen Richtungen auf der Basis des Pascal′schen Prinzips in Richtung der Öffnungs enden der jeweiligen Windungen des Kapillarröhrchens 1 aus. Die Innendruckbehälter 7 und 8 dienen als gekrümmte rohr förmige Abschnitte mit extrem kleinen Kurvenradien. Damit können die Windungen des Kapillarbehälters 1 verkleinert und extrem dicht zueinander angeordnet werden.

Fig. 11 zeigt eine achte Ausführungsform des erfindungs gemäßen Kapillarwärmerohrs. Das Kapillarwärmerohr der achten Ausführungsform und sein in Fig. 11B abgebildetes Gegenstück gemäß der US-PS 49 21 041 und der JP-A1-Showa 63-3 18 493 sind in ihrem Arbeitsprinzip vollständig unter schiedlich zueinander. In der äußeren Struktur stimmen sie jedoch überein, und die Umsetzung in die Praxis ist nahezu dieselbe. Wenn diese Merkmale wirkungsvoll benutzt werden, haben sie bessere und schlechtere Punkte. Wenn die Herstellung und Konstruktion beendet ist, können vielfältige Modifikationen erzeugt werden.

Die auffallendsten Merkmale der Kapillarröhrchen sind, daß das Einfüllen des Arbeitsfluids und das Vergrößern und Verringern der eingefüllten Menge in der Praxis leicht auszuführen sind, nachdem das Produkt fertiggestellt ist. Wenn das erstere zu dem letzteren modifiziert ist, können Rückschlagventile leicht in dem Kapillarröhrchen ange bracht werden. Wenn das letztere von dem letzteren zu dem ersteren modifiziert wird, können die Rückschlagventile einfach weggelassen werden. Das Schneiden und Verbinden des Kapillarbehälters ist leicht zu bewerkstelligen. Die Befestigung der Rückschlagventile und die Eliminations vorgänge sind ebenfalls leicht ausführbar. Wenn solche Befestigungsvorgänge vorher festgelegt sind, werden Teile, an denen die Rückschlagventile zu entfernen sind, oder an denen sie zu befestigen sind, mit einem vorbestimmten Ab stand weggeschnitten. Sich erweiternde Verbindungen wie bei 11-2 und 12-1 in den Fig. 11A und 11B oder Vater- und Mutter-Selbstkupplungen können an beiden Schnittenden angebracht werden. Zwei Kapillarbehälter mit Vater- und Mutter-Selbstkupplungen 11-1 und 12-2 werden vorbereitet. Einer der beiden Kapillarbehälter 9 wird als Verbindungs behälter benutzt, um die Länge einzustellen. Der andere ist von den zwei Arten des Kapillarbehälters 10 mit Rückschlagventil 2-1. Wenn diese ausgetauscht, entfernt und angebracht werden, ergibt sich ein Kapillarwärmerohr 1, in dem das Rückschlagventil 2-1 entfernbar angebracht ist. Das erstere und das letztere Kapillarwärmerohr sind aus tauschbar und modifizierbar. Insbesondere wenn das letztere Wärmerohr zu dem ersteren Wärmerohr der achten Aus führungsform ausgetauscht wird, ist eine kleine Ein stellung der eingeschlossenen Flüssigkeitsmenge nahezu unnötig.

Der Grund hierfür liegt darin, daß bei dem Kapillarwärme rohr der achten Ausführungsform die Druckwelle und Vibra tionswelle vorzugsweise ohne Änderung durch die einge schlossene Flüssigkeit über einen weiten Einstellbereich von 65% bis 95% der vollen Füllmenge des Innenvolumens ausgebreitet werden.

Wie oben beschrieben, hat das erfindungsgemäße Mikro- Wärmerohr bzw. Heizrohr folgende Merkmale: ein hermetisch abgedichteter, kapillarer Behälter enthält vakuumdicht eingeschlossen ein vorbestimmtes komprimierbares Arbeits fluid einer vorbestimmten Menge; der hermetisch abgedichte te, kapillare Behälter ist aus einem langen, metallischen, dünnen Rohr mit einem ausreichend kleinen Durchmesser hergestellt, der die Bewegung des zweiphasigen, verengbaren Arbeitsfluids in einem Zustand ermöglicht, in dem das Ar beitsfluid infolge der Oberflächenspannung stets in den Kapillarbehälter eingefüllt und abgeschlossen ist; mehrere vorbestimmte Teile des kapillaren Behälters dienen als Wärmeaufnahmeabschnitte und als Wärmeabgabeabschnitte, wobei die Wärmeabgababschnitte zwischen den Wärmeaufnahme abschnitten angeordnet sind; das Mikro-Heizrohr mit einem Innendurchmesser von weniger als 1,2 mm ist leicht her stellbar und der klein bemessene Wärmeradiator hat eine hohe Leistungsfähigkeit. Da diese Leistungsfähigkeit bei dem Kopfwärmemodus im Vergleich zu anderen Wärmerohren nicht reduziert ist, kann ein kleiner Wärmeradiator gemäß der vorliegenden Erfindung auch mit Vorteil dann ange wendet werden, wenn eine häufige Änderung der Aufstellungs lage auftritt. Da zudem die eingefüllte Flüssigkeitsmenge viel geringer ist, gewährleistet das Mikro-Wärmerohr eine ausreichende Festigkeit gegen Zentrifugalkraft und Impulse. Da zudem in dem Behälter keine geschweißten Abschnitte vor handen sind, hat der Wärmeradiator eine hohe Betriebs sicherheit.

Während es bei herkömmlichen Heizrohren unmöglich ist, eine lange Nutzungsdauer wegen der Verwendung des Vibra tionsmechanismus und des Rückschlagventils zu garantieren, vermeidet der erfindungsgemäße Behälter diese anfälligen Bauteile und außerhalb angeordnete Mechanismen wegen der besonderen Betriebsweise. Deshalb kann eine langfristige Benutzung des erfindungsgemäßen kapillaren Behälters ga rantiert werden. Die Zuverlässigkeit ist nahezu perfekt.

Während bei den herkömmlichen Wärmerohren Herstellungs fehler bei dem Rückschlagventil auftreten und die Leistungs fähigkeit stark variiert, sind diese Probleme bei der Er findung vermieden. Die Zuverlässigkeit ist erheblich ver bessert. Das erfindungsgemäße kapillare Wärmerrohr hat einen extrem einfachen Aufbau. Es ist keine neue Her stellungsanlage erforderlich, und das erfindungsgemäße Wärmerohr kann unmittelbar durch Massenproduktion herge stellt werden.

Die vorliegende Erfindung kann auf alle bevorzugten Aus führungsformen angewendet werden. Das Wärmerohr ist leicht herstellbar unter Elimination des Rückschlagventils und einem Wiederabdichten des Arbeitsfluids. Neben den oben beschriebenen Wirkungen hat das erfindungsgemäße Wärme rohr weitere Vorteile.

Das allgemein als Mikro-Wärmerohr bezeichnete kapillare Wärmerohr hat einen Innendurchmesser von 3 mm bis zu einem µm-Bereich.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs formen beschränkt, vielmehr liegen zahlreiche Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Erfindungsgedankens.

Claims

1. Wärmerohr, gekennzeichnet durch

a) ein metallisches, längliches Röhrchen mit durchgehend kapillarer Abmessung,
b) ein vorbestimmtes zweiphasiges, kondensierbares Arbeits fluid in einer vorbestimmten Menge, die geringer ist als ein Innenvolumen des metallischen, länglichen Röhrchens, wobei das letztere einen kleinen Innendurchmesser hat, der es ermöglicht, daß das zweiphasige, kondensierbare Arbeitsfluid in dem Fließkanal des Röhrchens sich bewegt, in dem es stets eingefüllt und in dem metallischen Röhr chen infolge seiner Oberflächenspannung geschlossen ist,
c) wenigstens einen Wärmeaufnahmeabschnitt an einem ersten vorbestimmten Teil des metallischen, länglichen Röhr chens und
d) wenigstens einen Wärmeabgabeabschnitt an einem zweiten vorbestimmten Teil des metallischen, länglichen Röhrchens, wobei der Wärmeaufnahmeabschnitt und der Wärmeabgabeab schnitt abwechselnd an dem metallischen Röhrchen angeordnet sind.

2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden des metallischen, länglichen Röhrchens miteinander verbunden sind, um einen kontinuierlichen kapillaren, schleifenartigen Fließkanal zu bilden.

3. Wärmerohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nahezu alle Teile des schleifen artigen kapillaren Behälters zick-zack-ähnlich in mehreren Windungen oder spiralähnlich in mehreren Krümmungen ver laufen, daß mehrere Wärmeaufnahmeabschnitte und Wärmeabgabe abschnitte angeordnet sind und daß nahezu alle Wärmeaufnahme abschnitte und Wärmeabgabeabschnitte an vorbestimmten Teilen des metallischen, länglichen Röhrchens der jeweiligen Krümmungen von nahezu allen zick-zack-förmigen oder spiral förmigen Teilen angeordnet sind.

4. Wärmerohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenfläche des metallischen, länglichen Röhrchens glatt poliert ist.

5. Wärmerohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeisolierabschnitt, der einen Wärmeaufnahmeabschnitt und einen benachbarten Wärmeab gabeabschnitt in dem metallischen, länglichen Röhrchen ver bindet, durch das metallische, länglich Röhrchen mit einer ausreichenden Dicke gebildet ist, im Vergleich zu derjenigen des Wärmeabgabeabschnitts und des Wärmeaufnahmeabschnitts, oder aber durch ein metallisches Röhrchen aus einem Material, das einen hohen Young′s Modul und eine hohe anti-Kriech eigenschaft hat.

6. Wärmerohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolierabschnitt mit einem Isoliermaterial beschichtet ist.

7. Wärmerohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiphasige, kondensierbare Arbeitsfluid aus einem flüssigen Metall besteht.

8. Wärmerohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine von mehreren Wärmeaufnahme abschnittsgruppen in eine gemeinsame Dampferzeugungskammer eingeführt wird, wobei deren Enden zu der gemeinsamen Dampf erzeugungskammer hin offen sind.

9. Wärmerohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische, längliche Röhrchen mehrere Windungen aufweist, wobei die gebogenen Abschnitte der Windungen als ein gemeinsames Innendruck ventil oder als ein gemeinsamer Innendruckbehälter ausge bildet sind und die Enden der Windungen hierzu offen sind.

10. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden des metallischen, länglichen Rohres hermetisch abgedichtet sind.

11. Wärmerohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische, längliche Röhrchen zick-zack-ähnlich mit mehreren Windungen oder spiralähnlich mit mehreren Windungen geformt ist und daß ein vorbestimmter Teil jedes gekrümmten Abschnitts durch den Wärmeaufnahmeabschnitt und ein anderer vorbestimmter Teil durch den Wärmeabgabeabschnitt gebildet ist.

12. Wärmerohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das längliche Röhrchen einen Innendurchmesser hat, der gleich oder kleiner ist als 1,2 mm, und daß das Röhrchen aus sauerstofffreiem Kupfer besteht.

13. Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohres, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Anordnen einer die Zirkulationsfließrichtung begrenzenden Einrichtung in einem vorbestimmten Teil eines hermetisch abgedichteten metallischen, kapillaren Röhrchens, dessen beide Enden miteinander verbunden sind;
b) Ausbilden wenigstens eines Wärmeaufnahmeabschnitts an einem ersten vorbestimmten Teil des metallischen, ka pillaren Röhrchens;
c) Ausbilden wenigstens eines Wärmeabgabeabschnitts an einem zweiten vorbestimmten Teil des metallischen ka pillaren Röhrchens;
d) dichtes Einschließen eines vorbestimmten zweiphasigen, kondensierbaren Arbeitsfluids in dem schleifenartigen metallischen kapillaren Röhrchen in einer vorbestimmten Menge, so daß eine gegenseitige Wirkung zwischen der die Zirkulationsfließrichtung begrenzenden Einrichtung, einem durch den Wärmeaufnahmeabschnitt hervorgerufenen Teilchensieden und eine Temperaturdifferenz zwischen den Wärmeaufnahmeabschnitten und den Wärmeabgabeab schnitten bewirkt, daß das zweiphasige Arbeitsfluid in dem Fließkanal des schleifenartigen metallischen kapillaren Röhrchens in der Richtung fließt, die durch die Begrenzungseinrichtung begrenzt ist, um einen Wärme austausch zwischen den Wärmeaufnahmeabschnitten und den Abgabeabschnitten hervorzurufen, und
e) Entfernen der die Zirkulationsfließrichtung begrenzenden Einrichtung auf dem metallischen kapillaren Röhrchen.