DE8903830U1

DE8903830U1 - Thermosyphon

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Publication number: DE8903830U1
Application number: DE8903830U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-29
Filing date: 1989-03-29
Publication date: 1990-07-26
Anticipated expiration: 1999-03-30

Description

Gerd Hörmansdörfer Kastanieneck 6 &lgr;

3167 BURGDORF-BEINHORN 24.03.1989

Spezielles Wärmerohr

Die Erfindung betrifft einen speziellen Thermosyphon, bzw. ein spezielles Wärmerohr, welches sum Zwecke der Wärmeeinkopplung und des Wp-rmetransports zumir. 'ist ir.it eines Teilstück innerhalb eines flüssigen oder pastesen Mediums verlegt: ist.

Derartige Thermosyplaone, bzw. Wärmerohre bestehen vorzugsweise zumindest in einem Teilbereich aus schraubenlinienförmig gewelltem Rohr. Vom Anmelder wurde unter S^- 39 06 135.3 vorgeschlagen, derartige Thermosyphone, bzw. Wärmerohre in Wärmegewinnungsanlagen zu integrieren, wobei vorzugsweise daran gedacht ist, Wärmeenergie aus den« &Bgr;&ogr;&aacgr;^&eegr;, aus Kanälen, aus Flüssen, oder auch aus Klärwerken zu entnehmen. Hierbei ist es erforderlich, den Thermosyphon, bzw. das Wärmerohr zumindest mit der Verdampfersektion an das entsprechende Medium anzukoppeln.

Ist als Wärmequelle einer solchen Wärmegewinnungsanlage der Boden vorgesehen, wobei die Wärme entweder aus einer horizontal vorgetriebenen oder aus einer vertikal abgeteuften Bohrung entnommen werden soll, so muß der Thermosvphon, bzw. das Wärmerohr in die mit Wasser oder angedickter Bohrspülung gefüllte Bohrung eingebracht werden. In ähnlicher Weise ist ein derartiger Strang in einem Kanal in das Abwasser einzubringen, oder z.B. im Becken oder Zulauf eines Klärwerks in Dickstoffe zu verlegen. Hierbei besteht nun das Problem, daß herkömmliche Thermosyphone, bzw. Wärmerohre bereits in Wasser mehr Masse verdrängen, als sie selbst besitzen. Durch dieses Mißverhältnis entstehen an dem Strang Auftriebskräfte, welche bei vertikaler Lage des Strangs den Einbau praktisch unmöglich machen. Bei horizontaler Lage des Strangs schwimmt dieser auf, so daß er nur an seiner Unterseite benetzt wird. Aufgrund des beschriebenen Problems können herkömmliche Thermosyphone, bzw. Wärmerohre in derartigen Wärmegewinnungsanlagen nicht verwendet werden.

Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines speziellen Thermosyphons und eines speziellen Wärmerohres, welche problemlos in flüssige oder pastöse Medien einbaubar sein sollten. Gleichzeitig sollte eine derartige Spezialausführung ebenso flexibel sein, wie eine herkömmliche Version aus schraubenlinienförmig gewelltem Rohr. Die zu schaffende Sonderform sollte ferner ein Ankoppeln an

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ein Zugseil oder an einen Rohrstrang erlauben, um ein Einziehen in eine Horizontalbohrung zu erlauben. Außerdem sollten die erforderlichen Modifikationen sehr kostengünstig herstellbar sein.

Die beschriebene Aufgabe wird nach der Erfindung entsprechend^ der im Anspruch 1 und den ünteransprüchen gegebenen Lehre gelöst. Danach wird der spezielle Thermosyphon und das spezielle Wärmerohr in den in ein flüssiges oder pastöses Medium eingetauchten Teilbereichen mit einem integrierten Ballast derart beschwert, daß der Auftrieb mindestens auf ainen Wert nahe Null reduziert ist.

Tiisraosyphone und Wärmerohre für den beschriebenen Einsatzzweck werden vorteilhaft aus schraubenlinienförmig gewelltem Rohr hergestellt. Diese Art hat den Vorteil der Biegsamkeit und der zusätzlichen Erhöhung der Außendruckfestigkeit. Außerdrm kann ein derartiges Wellrohr endlos hergestellt werden, so daß <?ie bei starren Rohren erforderlichen Verbinder weitgehend entfallen.

Nach der Erfindung kann für derartige Thermosyphone und Thermorohre die Beschwerung im kleineren Durchmesserbereich in einfacher Weise dadur &eegr; realisiert werden, daß die Wandstärke gegenüber herkömmlichen schraubenlinienförmig gewellten Rohren verstärkt ist. Herkömmliche Wellrohre mit z.B. 50 mm Durchmesser werden aus Blech von z.B. 0,5 mm Dicke hergestellt. Je nach der Tiefe der Wellung kann hier eine Erhöhung der Wanddicke z.B. auf einen Wert von 0,6 bis 0,8 mm schon genügen, um ein Gewicht zu erreichen, welches etwa der verdrängten Wassermenge entspricht.

Bei flacherer Wellung ebenso wie bei größeren Durchmessern ist diese Art der Beschwerung nicht mehr ausreichend. Hier wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen metallischen Draht volzu-jsweisp runden Querschnitts entweder innen oder außen in die Wellung einzuwickeln. Diese Art der Aufbringung von Ballast hat im Verdampferbereich des Thermosyphons, bzw. des Wärmerohrs keine Nachteile, weil dadurch der Wärmeübergang nicht verschlechtert wird. Gleichzeitig ergibt sich neben der Beschwerung der Vorteil einer Versteifung gegenüber von außen wirkenden Kräften, ohne daß die Biegsamkeit des Wellrohres wesentlich beeinträchtigt wird. Der zur Beschwerung außen aufgewickelte Draht kann nach der Erfindung sogar zusätzlich als Schutz dee Wellrohres vor mechanischen Beschädigungen dienen, wenn er in seinen Abmessungen so festgelegt ist, daß seine Außenkontur im Durchmesser größer ist, als der Durchmesser des Wellrohres. Das Wickeln des Drahtes, vor allem wenn es von außen erfolgt,- ist außerordentlich preiswert zu verwirklichen.

Im Transportbereich des Thermosyphons, bzw. des Wärmerohrs, also jenem Bereich, in welchem die Dampftemperatur höher als die Aussentemperatur ist, ist eine thermische Iso?ation von Vorteil. Für diese Sektion wird nach der Erfindung eine andersartige Beschwerung vorgeschlagen. Hier besteht der Ballast aus einem mit einem Kunststoff oder Elastomer ummantelten Draht vorzugsweise: runden Querschnitts, welcher in gleicher Weise wie zuvor in die Wellung des Rohrmantes gewickelt ist. Eine außenliependia Wicklung ist zu-

sätzlich mit einem Mantel aus einem Kunststoff oder Elastomer um hüllt.

Für höhere Ansprüche an die thermische Isolierwirkung wird nach weiterer Erfindung vorgeschlagen, die Aufgabe der Isolation mit der Aufgabe der Beschwerung des Strangabschnitts innerhalb nur eines Bauteils zu integrieren. Diese Idee wird in der Weise realisiert, daß dem Kunststoff- oder Elastomermaterial schwere Partikel zugemischt werden, welche gleichzeitig mäßig oder schlecht wärmeleitende Eigenschaften besitzen. Hier kommen vor allem anorganische, bzw. mineralische Stoffe in Betracht, während organische Substanzen im wesentlichen wegen der niedrigen Dichte, und Metalle wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit ausscheiden. Als einer von zahlreichen aussichtsreich erscheinenden Stoffen jur Beimengung wird Schwerspat (Bariumsulfat) vorgeschlagen. Die mit dem beschwerenden Zuschlagstoff angereicherte Kunststoff- oder Elastomermasse wird in üblicher Weise als Mantel auf das das Gehäuse des Thermosyphons, bzw. des Wärmerohrs bildende Wellrohr aufgebracht .

Nach weiterer Erfindung wird vorgeschlagen, den Thermosyphon, bzw. das Wärmerohr an seinem unteren, biw. vorde/en Ende mit einem Schwerstück zu versehen. Das Schwerstück ist im wesentlichen ein zylindrisches Stück massives Metall, welches in Bezug auf seine Abmessungen an das erforderliche Gewicht angepasst ist. Es ist erfindungsgemäß zusätzlich mit einigen Verbesserungen versehen, welche das Anschließen von Gerätschaften zum Zwecke des Ziehens erlauben. Diese Verbesserungen bestehen aus einem zylindrischen Fanghals, einer eingedrehten Fangnut, und z.B. einer öse, so daß verschiedene Anschlußmöglichkeiten gegeben sind, falls der Thermosyphon, bzw. das Wärmerohr z.B. in eine Horizontalbohrung eingezogen werden soll. Von Vorteil ist ferner, das Schwerstück in seinem größten Durchmesser mindestens gleich groß oder geringfügig größer festzulegen, als der Durchmesser des entsprechenden als Gehäuse des Thermosyphons oder des Wärmerohrs dienenden Wellrohrs, damit es als Kalibrierstück arbeitet, und so beim Einziehen des Strangs z.B. in eine Bohrung die Wandung der Bohrung glättet und u.U. deren Innendurchmesser aufweitet, um Beschädigungen des tt°llrohrs auszuschließen. Nach weiterer Erfindung wird vorgeschlagen, das Schwerstück über eine lösbare und gegen unbeabsichtigtes Lösen gesicherte Verbindung anzukoppeln.

Für die praktische Anwendung der Erfindung wird es je nach Einbaulage günstig sein, das Stranggewicht gegen das Gewicht des verdrängten Volumens so auszubalancieren, daß ein Auftrieb zwischen Null und einem geringen Negativwert resultiert. Dadurch wird einerseits verhindert, daß schädliche Druck- oder Zugkräfte auf das Wellrohr ausgeübt werden, andererseits ein problemloser Einbau ermöglicht, bzw. ein Aufschwimmen verhindert.

Mit der Erfindung wird somit ein spezieller Thermosyphon und ein spezielles Wärmerohr zur Verfügung gestellt, welche den problemlosen Einbau z.B. in mit Wasser oder Spülung gefüllte Bohrungen, in Abwasserkanäle, die Einbringung in Zuläufe oder Becken von Klärwerken, bzw. ähnliche Sinbausi tust ionen erlauben, auch

die Einbkustrecken ganz oder teilweise horizontal verlaufen. Die Außenclruckfestigkeit der Rohrtour ist verbessert, ohne die Wärmeübertragung, bzw. die Biegsamkeit zu beeinträchtigen. Die thermische Isolation ist im Transportbereich trotz einer Beschwerung gewährleistet. Die vorgeschlagene Integration von Ballast ist zu außerordentlich geringen Kosten zu verwirklichen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der fünf Zeichnungsfiguren näher erläutert werden. Die Zeichnungsfiguren 1 bis 4 zeigen jeweils eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Beschwerung am Gehäusemantel eines Thermosyphons, bzw. eines Wärmerohres. Aus Gründen der Zeichnungsvereinfachung sind in den Zeichnungsfiguren 1, 2 und 4 die jeweils in den Wellungen eines Wellrohrs liegenden Drähte rund und mit einem der Wellung entsprechenden Durchmesser dargestellt, obwohl eine solche Ausführung nicht zwingend und für die praktische Verwirklichung nicht unbedingt optimal sein muß. In Fig.5 ist das AusfUhrungsbeispiel eines Schwerstücks dargestellt.

Fig.l zeigt in einer geschnittenen Darstellung ein Wellrohr 1, welches als Gehäusemantel eines Thermosyphons, bzw. eines Wärmerohres dient. Es ist aus Blech 2 gefertigt und schraubenlinienförmig gewellt. In die Wellung ist als Ballast ein Draht mit rundem Querschnitt eingelegt.

Fig.2 zeigt in gleicher Darstellungsweise eine erfindungsgemäße vorteilhafte Abwandlung der Ballastintegration in ein Wellrohr 4 aus Blech 5, wobei der Runddraht 6 so auf die Wellung des Wellrohres abgestimmt ist, daß der durch seine äußere Kontur gebildete Durchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Wellrohres, um so gleichzeitig als Schutz des Wellrohres vor mechanischen Beschädigungen zu dienen.

Auch Fig.3 ist geschnitten yeZcichüct. Es ist »iieclsruin sin Wellrohr 7 aus Blech 8 dargestellt, welches den Transportbereich eines Therxnpsyphons, bzw. eines Wärmerohrs verkörpern soll. Die erforderliche Isolation ist durch einen Mantel 9 aus einem Kunststoff oder Elastomer gebildet, in welchen kleine Partikel aus einer Substanz mit hoher Dichte und vorzugsweise mäßiger oder geringer Wärmeleitfähigkeit eingebettet sind. Die beschwerenden Partikel sind durch eine Punktierung der Schnittfläche angedeutet.

Wie Fig.3 so zeigt auch Fig.4 die geschnittene Prinzipskizze eines Transportbereiches. Das Wellrohr 10 aus Blech 11 ist mit einem beschwerenden Runddraht 12 bewickelt, welcher mit einer Beschichtung 13 z.B. aus Kunststoff umhüllt ist. Zusätzlich ist ein Mantel 14 aus einem Kunststoff oder Elastomer und darin eingebetteten schweren Partikeln aufgebracht.

In Fig.5 ist das Ausführungsbeispiel eines am unteren oder vorderen Ende eines Thermosyphons oder eines Wärmerohres angebrachten Schwerstückes zu sehen. Das Schwerstück 15 ist mit dem als Gehäusemantel des Thermosyphons, bzw. des Wärmerohres dienenden Wellrohr 16 verbunden. Zum Anschluß verschiedener Gerätschaften zum

Fangen oder Ziehen ist sowohl ein Fanghals 18, eine Fangnut 19, und ein Auge 20 gebildet. Eine leichte Verdickung 17 dient als Kaliber mit Schutzfunktion für das Wellrohr während des Einziehens des Strangs z.B. in eine Bohrung.

Claims

• tee

Gerd Hörmansdörfer

Kastanieneck 6 &lgr;

3167 BURGDORF-BEINHORN 24.03.1989

Spezielles Wärmerohr

nsprüche

ISThermosyphon,>bestehend aus einem gasdicht verschlossenen Behältnis vorzugsweise rchrähnlicher Ausbildung mit einem Vorrat eingeschlossener Arbeitsflüssigkeit und einem bestimmten Innendruck, bzw. Wärmerohr (Heatpipe), bestehend aus einem gasdicht verschlossenen Behältnis vorzugsweise rohrähnlicher Ausbildung mit einer inneren Kapillarstruktur, einem Vorrat eingeschlossener Arbeitsflüssigkeit und einem bestimmten Innendruck, wobei in beiden Fällen die Arbeitsflüssigkeit durch Anlegen einer Temperaturdifferenz an der wärmeren Zone zum Verdampfen und an der kälteren Zone zum Kondensieren gebracht und dabei mittels des Dampfstroms Wärmeenergie von der wärmeren Zone zur kälteren Zone und mittels des Rückflusses des Kondensats an der Wand des Behältnisses, in der Kapillarstruktur, oder auch über eine separate Arterie Kälteenergie von der kälteren Zone zur wärmeren Zone transportiert wird, wobei der Thermosyphon odor das Wärmerohr mindestens in einem Teilstück aus einem schraubenlinienförmig gewelltem Rohr besteht, und entweder ständig oder zumindest während des -Einbauvorgangs mindestens mit einem Teilstück in ein flüssiges oder pastöses Medium eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens dieses eingetauchte Teilstück mit Hilfe von Ballast derart beschwert ist, daß im eingetauchten Zustand der Auftrieb mindestens auf einen Wert nahe Null reduziert ist.
2. Thermosyphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballast durch eine gegenüber einem herkömmlichen Thermosyphon, bzw. gegenüber einem herkömmlichen Wärmerohr vergrößerte Wandstärke des Rohrmantels realisiert ist.
3. Thermosyphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß am unteren bzw. vorderen Ende ein Schweretück angebracht ist.
4. Thermosyphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwerstück mit einem zylindrischen Fanghals versehen ist.
5. Thermosysphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwerstück mit einer eingedrehten Faiignut versehen ist.
6. Thermosyphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spitze des Schwerstücks ein Auge, bzw. eine öse, ein Haken oder dergleichen angebracht ist.
7. Thermosiphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der größte Außendurchmesser des Schwerstücks entweder gleich groß oder geringfügig größer ist, als der Außendurefemesser des Wellrohrs, welches das Gehäuse des Theri?osyphons, bzw. des Wärsierohrs bildet.
8. Thermosyphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Schwerstück über eine lösbare und gegen unbeabsichtigtes Lösen gesicherte Verbindung angekoppelt ist.
9. Thermosyphon, bzw. K£.r«ierohr nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß der Ballast mindestens zum Teil, vorzugsweise im Verdampferbereich, durch einen innen oder außen schraubenlinienförmig ein- oder aufgewickelten metallischen Traht vorzugsweise runden Querschnitts gebildet ist.
10. Thermosysphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der außen schraubenlinienförmig in die Wellung des Wellrohres eingelegte Draht in seinen Abmessungen so festgelegt ist, daß seine Außenkontur nach dem Einlegen einen geringfügig größeren Durchmesser bildet als der Durchmesser des Wellrohres, um bei der Montage oder beim Einziehen z.B. in eine Tiefbohrung die Wandung des Wellrohres vor Beschädigungen zu schützen.
11. Thermosyphon, bzw. Wärmerohr nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballast mindestens zum Teil, vorzugsweise im Transportbereich, in den thermisch isolierenden Mantel integriert ist.
12. Thermosyphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballast aus einem vorzugsweise mit einem Kunststoff oder Elastomer isolierten metallischen Draht vorzugsweise runden Querschnitts besteht, welcher schraubenlinienförmig in die Wellen des Gehäusemantels gelegt und vorzugsweise in einen weiteren Kunststoff oder Elastomer eingebettet oder durch diesen nach außen umhüllt ist.
13. Thermosyphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ballast aus schweren Partikeln gebildet ist, welche direkt in Mischung mit einem Kunststoff oder Elastomer auf den Gehäusemantel des Thermosyphons, bzw. des Wärmerohrs gebracht sind.
14. Thermosyphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die schweren Partikel eine schlechte thermische Leitfähigkeit besitzen.
15. Thermoeyphon, bzw. Wärmerohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die schweren Partikel aus Schwerspat (Bariumsulfat) bestehen.