EP0415231A2 - Heatpipe - Google Patents

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EP0415231A2
EP0415231A2 EP90115950A EP90115950A EP0415231A2 EP 0415231 A2 EP0415231 A2 EP 0415231A2 EP 90115950 A EP90115950 A EP 90115950A EP 90115950 A EP90115950 A EP 90115950A EP 0415231 A2 EP0415231 A2 EP 0415231A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat pipe
condensate
wettable
pipe according
porous structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90115950A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0415231A3 (en
Inventor
Friedrich Dr. Lindner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR filed Critical Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Publication of EP0415231A2 publication Critical patent/EP0415231A2/en
Publication of EP0415231A3 publication Critical patent/EP0415231A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure

Definitions

  • the invention relates to a heat pipe with a housing containing a heat-transporting medium, which has an evaporation area and a condensation area.
  • the invention is therefore based on the object of improving a heat pipe of the generic type in such a way that this problem no longer occurs.
  • Non-wettability means that the surface tension of the heat-transporting medium is greater than the critical surface tension of the porous structure.
  • the condensate channel is designed as a capillary structure that can be wetted by the condensed medium.
  • capillary forces are also used to improve the transport of the condensate to the evaporation area.
  • a particularly good mode of operation of the heat pipe according to the invention can be achieved in that the capillary structure extends into the condensation area.
  • the capillary structure is formed by the non-wettable structure, which is surface-coated for this with wettable materials.
  • the desired capillary structure and the non-wettable porous structure can be formed in a simple manner by producing a single carrier structure.
  • a non-wettable porous structure is provided between the evaporation area and the steam channel, which is impermeable to the condensed medium due to its pore size.
  • the simplest solution provides that the non-wettable porous structure lines the entire housing on the inside.
  • a solution in which the non-wettable porous structure is part of a housing insert has proven to be structurally advantageous, so that a clear separation between the condensate flow and the steam flow takes place both in the condensation area and in the evaporation area.
  • the capillary structure expediently extends into the evaporation region.
  • the housing insert comprises the steam channel, for example in the form of bores or channels made in the housing insert.
  • the housing insert comprises the condensate channel, which can also be introduced into the housing insert, for example in the form of channels.
  • the housing insert also includes the capillary structure, i. that is, the housing insert partially forms the capillary structure.
  • the housing insert is made from the non-wettable porous structure and is converted into a wettable capillary structure in a peripheral region, for example by superficially coating the non-wettable porous structure with a material wettable by the condensate.
  • the housing is a hollow cylinder and the housing insert is a hollow part that can be inserted into it and has a non-wettable porous structure arranged in the shape of a cylinder jacket.
  • the non-wettable porous structure is a foam material, a woven material or a felt material.
  • non-wettable porous structure in the exemplary embodiments described so far, nothing was said about the material from which the non-wettable porous structure is advantageously made.
  • exemplary embodiments provide for the non-wettable porous structure to be made of graphite, as a non-wettable material for metals or alkali halides serving as a heat-transporting medium, and of Teflon as a non-wettable material for water or ammonia, which serves as a heat-transporting medium.
  • the pore size of the porous structure is determined by the surface tension of the condensate and selected so that it is smaller than the pore size through which the condensate would still pass in the present pressures.
  • a first exemplary embodiment of a heat pipe according to the invention designated as a whole by 10, comprises a housing 12 which is designed as a cylindrical tube 14, closed with end covers 16 and 18.
  • a heat-transporting medium is arranged in the cylindrical tube 14 and is present either as condensate or as steam in the cylindrical tube. If a heat flow 22 is supplied to a wall region 20 of the cylindrical tube 14, an evaporation region 24 forms in the cylindrical tube 14, in which the condensate 26 coming into contact with the wall region 20 evaporates and flows as a steam stream 28 to a condensation region 30 in the tube 14, in which it condenses on contact with a wall area 32 of the cylindrical tube and from there migrates again as a condensate stream 34 to the evaporation area 24. A heat flow 36 can thus be dissipated from the wall area 32.
  • a housing insert 38 is provided within it, which is also designed as a cylindrical tube and extends from one cover 16 to the other cover 18.
  • This housing insert is formed in the evaporation area as a non-wettable porous structure 42 which, due to its porosity, allows the vapor stream 28 which forms in the evaporation area 24 to pass from its intermediate space 44, between the housing insert 38 and the wall area 20, into its axial hollow channel 46, so that the vapor stream 28 can spread along the axial hollow channel 46 and reach the condensation area 30.
  • the axial hollow channel 46 therefore serves as a channel for the steam flow 28.
  • non-wettable porous structure is not permeable to the condensate 26, it is ensured that it has to remain in the intermediate space 44 until it has evaporated.
  • the housing insert 38 is also formed as a non-wettable porous structure 50, which allows the steam flow 28 to pass from the axial hollow channel 46 into an intermediate space 52, arranged between the housing insert 38 and the wall area 32, which however allows the condensate to pass through and thus of the condensate flow 34 into the axial hollow channel 46 due to the pore size of the non-wettable porous structure 50 adapted to the surface tension of the heat-transporting medium.
  • the housing insert 38 can be designed as desired between the non-wettable porous structure 42 in the evaporation area 24 and the non-wettable porous structure 50 in the condensation area 30.
  • the housing insert 38 it is possible to design the housing insert 38 as a closed wall 54, so that a condensate channel is formed through the space 56 between the wall 54 and the outer walls 40 of the cylindrical tube 14.
  • the housing insert 38 and thus also the wall 54 are advantageous to design the housing insert 38 and thus also the wall 54 as a non-wettable porous structure which allows the steam flow 28 of the heat-transporting medium to pass through not the condensate flow 34.
  • the design of the housing insert 38 according to the invention thus ensures that the steam flow 28 is completely separated from the condensate flow 34 in the first exemplary embodiment 10 of the heat pipe according to the invention and thus the steam flow 28 and the condensate flow 34 are not hindered.
  • the increasing condensate formation in the intermediate space 52 creates an increasing pressure, which is responsible for the condensate flow 34 to the evaporation area 24 opposite to the direction of gravity and thus a " Prevents the heat pipe from running dry in the evaporation area since, despite the effect of gravity, the condensate flow 34 to the evaporation area 24 is maintained.
  • At least the intermediate space 56 is filled with a capillary structure 62, which leads to an active capillary action in the axial direction of the cylindrical tube 14 and thus supports the condensate flow 34 from the intermediate space 52 to the intermediate space 44 due to the capillary action.
  • the intermediate space 52 and the intermediate space 44 are additionally filled with the capillary structure 62, so that the capillary effect occurs over the entire axial length of the heat pipe 60.
  • the capillary structure according to the invention can be produced according to the invention in that the housing insert 38, which is designed as a tube, is produced from the non-wettable porous structure and extends to the outer walls 40 of the cylindrical tube, that is to say no macroscopic spaces 44, 52 and 56 between the housing insert 38 and the outer walls.
  • the wettable porous structure is produced in that the non-wettable structure is coated on the surface with a material which is from the heat-transporting medium is superficially wettable.
  • the surface that can now be wetted by the condensed medium in a partial area of the housing insert 38 facing the outer walls 40 creates the capillary structure 62, and the part of the housing insert 38 lying radially on the inside from the non-wettable porous structure, which has not been coated on the surface, now has this originally Structure intended effect in the described embodiment.

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Abstract

Um eine Heatpipe (10) mit einem ein wärmetransportierendes Medium beinhaltenden Gehäuse, welches einen Verdampfungsbereich (24) und einen Kondensationsbereich (30) aufweist, derart zu verbessern, daß die heatpipe (10) hinsichtlich ihrer Übertragungsleistung optimal arbeitet, wird vorgeschlagen, daß in dem Gehäuse ein Dampfkanal (46) vorgesehen ist, daß zwischen dem Dampfkanal (46) und dem Kondensationsbereich eine nichtbenetzbare poröse Struktur (42) angeordnet ist, welche aufgrund ihrer Porengröße für das Kondensat undurchlässig ist, und daß ein das Kondensat vom Kondensationsbereich (30) zum Verdampfungsbereich (24) führender Kondensatkanal (56) vorgesehen ist.In order to improve a heat pipe (10) with a housing containing a heat-transporting medium, which has an evaporation area (24) and a condensation area (30), in such a way that the heat pipe (10) operates optimally with regard to its transmission power, it is proposed that in the Housing a steam channel (46) is provided that a non-wettable porous structure (42) is arranged between the steam channel (46) and the condensation area, which is impermeable to the condensate due to its pore size, and that the condensate from the condensation area (30) to Evaporation area (24) leading condensate channel (56) is provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heatpipe mit einem ein wärme­transportierendes Medium beinhaltenden Gehäuse, welches einen Verdampfungsbereich und einen Kondensationsbereich aufweist.The invention relates to a heat pipe with a housing containing a heat-transporting medium, which has an evaporation area and a condensation area.

Derartige Heatpipes sind bekannt.Such heat pipes are known.

Bei diesen Heatpipes besteht das Problem, daß zur Erzie­lung höchster Übertragungsleistungen, insbesondere bei kleinen Querschnitten, der Dampfstrom und der diesem ent­gegengesetzt gerichtete Kondensatstrom nur mit Schwierig­keiten entkoppelt werden können, somit stets der Konden­satstrom durch den entgegengesetzten Dampfstrom mitge­rissen oder behindert wird und folglich die Heatpipe hin­sichtlich ihrer Übertragungsleistung nicht optimal arbeitet.The problem with these heat pipes is that the steam flow and the condensate flow directed in the opposite direction can only be decoupled with difficulty in order to achieve the highest transmission rates, in particular in the case of small cross sections, so that the condensate flow is always entrained or hindered by the opposite steam flow and consequently the heat pipe with regard their transmission performance is not working optimally.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Heat­pipe der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß dieses Problem nicht mehr auftritt.The invention is therefore based on the object of improving a heat pipe of the generic type in such a way that this problem no longer occurs.

Diese Aufgabe wird bei einer Heatpipe der eingangs be­schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Gehäuse ein Dampfkanal vorgesehen ist, daß zwischen dem Dampfkanal und dem Kondensationsbereich eine nichtbenetz­bare poröse Struktur angeordnet ist, welche aufgrund ihrer Porengröße für das Kondensat undurchlässig ist, und daß ein das Kondensat vom Kondensationsbereich zum Ver­dampfungsbereich führender Kondensatkanal vorgesehen ist.This object is achieved in a heat pipe of the type described in the introduction in that a steam channel is provided in the housing, that a non-wettable porous structure is arranged between the steam channel and the condensation area, which is impermeable to the condensate due to its pore size, and that a the condensate from the condensation area to the evaporation area leading condensate channel is provided.

Nichtbenetzbarkeit bedeutet dabei, daß die Oberflächen­spannung des wärmetransportierenden Mediums größer ist als die kritische Oberflächenspannung der porösen Struktur.Non-wettability means that the surface tension of the heat-transporting medium is greater than the critical surface tension of the porous structure.

Durch die vorliegende Erfindung ist es hiermit erstmalig gelungen, in einer Heatpipe den Dampfstrom vom Kondensat­strom vollständig zu trennen, da die nichtbenetzbare poröse Struktur verhindert, daß das Kondensat im Konden­sationsbereich in den Dampfkanal gelangen kann. Das Kondensat ist vielmehr gezwungen, in dem Kondensatkanal zum Verdampfungsbereich zu strömen, in welchem es wiederum verdampft wird.By means of the present invention, it is now possible for the first time to completely separate the steam flow from the condensate flow in a heat pipe, since the non-wettable porous structure prevents the condensate in the condensation area from entering the steam channel. Rather, the condensate is forced to flow in the condensate channel to the evaporation area, in which it is in turn evaporated.

Durch die ständige Kondensatbildung im Kondensations­bereich wird außerdem der Druck im Kondensat erhöht und somit dieses aufgrund des ansteigenden Drucks durch den Kondensatkanal zum Verdampfungsbereich gedrückt, so daß insbesondere auch ein "Trockenlaufen" von unter Schwer­krafteinfluß arbeitenden Heatpipes nicht mehr vorkommen kann, solange dieser Druck den Kapillardruck der nicht­benetzbaren Struktur nicht übersteigt.Due to the constant formation of condensate in the condensation area, the pressure in the condensate is also increased and thus this is pressed due to the increasing pressure through the condensate channel to the evaporation area, so that in particular a "dry running" of heat pipes working under the influence of gravity can no longer occur as long as this pressure maintains the capillary pressure of the non-wettable structure.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Heatpipe ist vorgesehen, daß der Konden­satkanal als vom kondensierten Medium benetzbare Kapillar­struktur ausgebildet ist. Durch diese Ausbildung des Kondensatkanals werden zusätzlich zu der aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung entstehenden Drucksteigerung im im Kondensationsbereich stehenden Kondensat noch Kapillar­kräfte eingesetzt, um den Transport des Kondensats zum Verdampfungsbereich zu verbessern.In a particularly preferred embodiment of the heat pipe according to the invention, it is provided that the condensate channel is designed as a capillary structure that can be wetted by the condensed medium. As a result of this design of the condensate channel, in addition to the pressure increase in the condensate in the condensation area due to the solution according to the invention, capillary forces are also used to improve the transport of the condensate to the evaporation area.

Eine besonders gute Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Heatpipe läßt sich dadurch erreichen, daß sich die Kapillarstruktur bis in den Kondensationsbereich hinein erstreckt.A particularly good mode of operation of the heat pipe according to the invention can be achieved in that the capillary structure extends into the condensation area.

Darüber hinaus hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Kapillarstruktur durch die nichtbenetzbare Struktur, gebildet ist, die hierfür mit benetzbaren Materialien oberflächenbeschichtet ist. Somit läßt sich in einfacher Weise durch Herstellung einer einzigen Trägerstruktur aus dieser die gewünschte Kapillarstruktur und die nicht­benetzbare poröse Struktur ausbilden.In addition, it has proven to be expedient if the capillary structure is formed by the non-wettable structure, which is surface-coated for this with wettable materials. Thus, the desired capillary structure and the non-wettable porous structure can be formed in a simple manner by producing a single carrier structure.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Ver­dampfungsbereich und dem Dampfkanal eine nichtbenetzbare poröse Struktur vorgesehen ist, welche aufgrund ihrer Porengröße für das kondensierte Medium undurchlässig ist.Furthermore, it is advantageous if a non-wettable porous structure is provided between the evaporation area and the steam channel, which is impermeable to the condensed medium due to its pore size.

Die einfachste Lösung sieht hierbei vor, daß die nicht­benetzbare poröse Struktur das gesamte Gehäuse innen auskleidet.The simplest solution provides that the non-wettable porous structure lines the entire housing on the inside.

Als konstruktiv vorteilhaft hat sich eine Lösung erwiesen, bei welcher die nichtbenetzbare poröse Struktur Teil eines Gehäuseeinsatzes ist, so daß sowohl im Kondensations­bereich als auch im Verdampfungsbereich eine klare Auf­trennung zwischen Kondensatstrom und Dampfstrom erfolgt.A solution in which the non-wettable porous structure is part of a housing insert has proven to be structurally advantageous, so that a clear separation between the condensate flow and the steam flow takes place both in the condensation area and in the evaporation area.

Zweckmäßigerweise erstreckt sich bei der erfindungsgemäßen Heatpipe die Kapillarstruktur bis in den Verdampfungs­bereich.In the heat pipe according to the invention, the capillary structure expediently extends into the evaporation region.

Hierbei ist günstigerweise vorgesehen, daß der Gehäuse­einsatz den Dampfkanal umfaßt, beispielsweise in Form von in den Gehäuseeinsatz eingebrachten Bohrungen oder Kanälen.It is advantageously provided that the housing insert comprises the steam channel, for example in the form of bores or channels made in the housing insert.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Gehäuseeinsatz den Kondensatkanal umfaßt, wobei dieser beispielsweise eben­falls in Form von Kanälen in den Gehäuseeinsatz einbring­bar ist.It is also advantageous if the housing insert comprises the condensate channel, which can also be introduced into the housing insert, for example in the form of channels.

Nur vorteilhafter ist es, wenn der Gehäuseeinsatz die Kapillarstruktur mit umfaßt, d. h., daß der Gehäuseeinsatz teilweise die Kapillarstruktur bildet.It is only more advantageous if the housing insert also includes the capillary structure, i. that is, the housing insert partially forms the capillary structure.

Als besonders kostengünstige Lösung hat es sich dabei erwiesen, wenn der Gehäuseeinsatz aus der nichtbenetzbaren porösen Struktur hergestellt und in einem peripheren Bereich in eine benetzbare Kapillarstruktur umgewandelt ist, beispielsweise durch ein oberflächliches Beschichten der nichtbenetzbaren porösen Struktur mit einem von dem Kondensat benetzbaren Material.It has proven to be a particularly cost-effective solution if the housing insert is made from the non-wettable porous structure and is converted into a wettable capillary structure in a peripheral region, for example by superficially coating the non-wettable porous structure with a material wettable by the condensate.

Eine konstruktiv besonders bevorzugte Lösung sieht vor, daß das Gehäuse ein Hohlzylinder ist und der Gehäuse­einsatz ein in diesen einsetzbares hohles Teil mit einer zylindermantelförmig angeordneten nichtbenetzbaren porösen Struktur.A structurally particularly preferred solution provides that the housing is a hollow cylinder and the housing insert is a hollow part that can be inserted into it and has a non-wettable porous structure arranged in the shape of a cylinder jacket.

Bei allen bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde nichts über die Materialstruktur der nichtbenetz­baren porösen Struktur ausgesagt. So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn die nichtbenetzbare poröse Struktur ein Schaummaterial, ein Gewebematerial oder ein Filzmaterial ist.In all of the exemplary embodiments described so far, nothing was said about the material structure of the non-wettable porous structure. For example, it is advantageous if the non-wettable porous structure is a foam material, a woven material or a felt material.

Ferner wurde bei den bislang beschriebenen Ausführungsbei­spielen nichts darüber ausgesagt, aus welchem Material die nichtbenetzbare poröse Struktur vorteilhafterweise herge­stellt ist. So sehen beispielsweise Ausführungsbeispiele vor, die nichtbenetzbare poröse Struktur aus Graphit, als nichtbenetzbares Material für als wärmetransportierendes Medium dienende Metalle oder Alkalihalogenide, sowie aus Teflon als nichtbenetzbares Material für als wärmetrans­portierendes Medium dienendes Wasser oder Ammoniak auszu­bilden.Furthermore, in the exemplary embodiments described so far, nothing was said about the material from which the non-wettable porous structure is advantageously made. For example, exemplary embodiments provide for the non-wettable porous structure to be made of graphite, as a non-wettable material for metals or alkali halides serving as a heat-transporting medium, and of Teflon as a non-wettable material for water or ammonia, which serves as a heat-transporting medium.

Ferner wurde im Zusammenhang mit den bislang dargestellten Ausführungsbeispielen nichts über die Porengröße der porösen Struktur ausgesagt. Die Porengröße wird dabei durch die Oberflächenspannung des Kondensats festgelegt und so gewählt, daß sie kleiner als die Porengröße ist, durch welche das Kondensat bei den vorliegenden Drucken noch hindurchtreten würde.Furthermore, nothing was said about the pore size of the porous structure in connection with the exemplary embodiments described so far. The pore size is determined by the surface tension of the condensate and selected so that it is smaller than the pore size through which the condensate would still pass in the present pressures.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne­rischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

  • Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer in Längs­richtung aufgeschnittenen Heatpipe und
  • Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer in Längs­richtung aufgeschnittenen Heatpipe.
Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawing of an exemplary embodiment. The drawing shows:
  • Fig. 1 is a perspective view of a first embodiment of a heat pipe cut open in the longitudinal direction and
  • Fig. 2 is a perspective view of a second embodiment of a heat pipe cut open in the longitudinal direction.

Ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes erstes Ausführungsbei­spiel einer erfindungsgemäßen Heatpipe umfaßt ein Gehäuse 12, welches als zylindrisches Rohr 14, verschlossen mit endseitigen Deckeln 16 und 18 ausgebildet ist.A first exemplary embodiment of a heat pipe according to the invention, designated as a whole by 10, comprises a housing 12 which is designed as a cylindrical tube 14, closed with end covers 16 and 18.

In dem zylindrischen Rohr 14 ist ein wärmetrans­portierendes Medium angeordnet, welches entweder als Kondensat oder als Dampf in dem zylindrischen Rohr vor­liegt. Wird einem Wandbereich 20 des zylindrischen Rohrs 14 ein Wärmestrom 22 zugeführt, so bildet sich im zylin­drischen Rohr 14 ein Verdampfungsbereich 24, in welchem das mit dem Wandbereich 20 in Kontakt kommende Kondensat 26 verdampft und als Dampfstrom 28 zu einem Kondensations­bereich 30 im Rohr 14 strömt, in welchem es bei Kontakt mit einem Wandbereich 32 des zylindrischen Rohrs konden­siert und von dort als Kondensatstrom 34 wieder zum Ver­dampfungsbereich 24 wandert. Vom Wandbereich 32 kann somit ein Wärmestrom 36 abgeführt werden.A heat-transporting medium is arranged in the cylindrical tube 14 and is present either as condensate or as steam in the cylindrical tube. If a heat flow 22 is supplied to a wall region 20 of the cylindrical tube 14, an evaporation region 24 forms in the cylindrical tube 14, in which the condensate 26 coming into contact with the wall region 20 evaporates and flows as a steam stream 28 to a condensation region 30 in the tube 14, in which it condenses on contact with a wall area 32 of the cylindrical tube and from there migrates again as a condensate stream 34 to the evaporation area 24. A heat flow 36 can thus be dissipated from the wall area 32.

Zur Trennung des Dampfstroms 28 vom Kondensatstrom 34 in dem zylindrischen Rohr ist innerhalb desselben ein Gehäuseeinsatz 38 vorgesehen, welcher ebenfalls als zylin­drisches Rohr ausgebildet ist und sich vom einen Deckel 16 zum anderen Deckel 18 erstreckt. Dieser Gehäuseeinsatz ist im Verdampfungsbereich als nichtbenetzbare poröse Struktur 42 ausgebildet, welche aufgrund ihrer Porösität den sich im Verdampfungsbereich 24 bildenden Dampfstrom 28 von einem Zwischenraum 44, zwischen dem Gehäuseeinsatz 38 und dem Wandbereich 20, in seinen axialen Hohlkanal 46 hin­durchtreten läßt, so daß der Dampfstrom 28 sich längs des axialen Hohlkanals 46 ausbreiten und in den Kondensations­bereich 30 gelangen kann. Der axiale Hohlkanal 46 dient daher als Kanal für den Dampfstrom 28.In order to separate the steam flow 28 from the condensate flow 34 in the cylindrical tube, a housing insert 38 is provided within it, which is also designed as a cylindrical tube and extends from one cover 16 to the other cover 18. This housing insert is formed in the evaporation area as a non-wettable porous structure 42 which, due to its porosity, allows the vapor stream 28 which forms in the evaporation area 24 to pass from its intermediate space 44, between the housing insert 38 and the wall area 20, into its axial hollow channel 46, so that the vapor stream 28 can spread along the axial hollow channel 46 and reach the condensation area 30. The axial hollow channel 46 therefore serves as a channel for the steam flow 28.

Aufgrund der Tatsache, daß die nichtbenetzbare poröse Struktur nicht durchlässig für das Kondensat 26 ist, ist sichergestellt, daß dieses im Zwischenraum 44 so lange zu verbleiben hat, bis es verdampft ist.Due to the fact that the non-wettable porous structure is not permeable to the condensate 26, it is ensured that it has to remain in the intermediate space 44 until it has evaporated.

Im Kondensationsbereich 30 ist der Gehäuseeinsatz 38 eben­falls als nichtbenetzbare poröse Struktur 50 ausgebildet, welche den Dampfstrom 28 von dem axialen Hohlkanal 46 in einen Zwischenraum 52, angeordnet zwischen dem Gehäuse­einsatz 38 und dem Wandbereich 32, hindurchtreten läßt, welche jedoch ein Hindurchtreten des Kondensats und somit des Kondensatstroms 34 in den axialen Hohlkanal 46 auf­grund der der Oberflächenspannung des wärmetransportieren­den Mediums angepaßten Porengröße der nichtbenetzbaren porösen Struktur 50 verhindert.In the condensation area 30, the housing insert 38 is also formed as a non-wettable porous structure 50, which allows the steam flow 28 to pass from the axial hollow channel 46 into an intermediate space 52, arranged between the housing insert 38 and the wall area 32, which however allows the condensate to pass through and thus of the condensate flow 34 into the axial hollow channel 46 due to the pore size of the non-wettable porous structure 50 adapted to the surface tension of the heat-transporting medium.

Zwischen der nichtbenetzbaren porösen Struktur 42 im Ver­dampfungsbereich 24 und der nichtbenetzbaren porösen Struktur 50 im Kondensationsbereich 30 kann der Gehäuse­einsatz 38 beliebig ausgebildet sein. Beispielsweise ist es bei einem vereinfachten Ausführungsbeispiel möglich, den Gehäuseeinsatz 38 als geschlossene Wand 54 auszu­bilden, so daß durch den Zwischenraum 56 zwischen der Wand 54 und den Außenwänden 40 des zylindrischen Rohrs 14 ein Kondensatkanal entsteht.The housing insert 38 can be designed as desired between the non-wettable porous structure 42 in the evaporation area 24 and the non-wettable porous structure 50 in the condensation area 30. For example, in a simplified embodiment, it is possible to design the housing insert 38 as a closed wall 54, so that a condensate channel is formed through the space 56 between the wall 54 and the outer walls 40 of the cylindrical tube 14.

Um jedoch den Verdampfungsbereich 24 und den Konden­sationsbereich 30 beliebig in axialer Richtung des zylin­drischen Rohrs 14 legen zu können, ist es vorteilhaft, den Gehäuseeinsatz 38 und somit auch die Wand 54 als nicht­benetzbare poröse Struktur auszubilden, welche den Dampf­strom 28 des wärmetransportierenden Mediums hindurchläßt, jedoch nicht den Kondensatstrom 34.However, in order to be able to place the evaporation area 24 and the condensation area 30 arbitrarily in the axial direction of the cylindrical tube 14, it is advantageous to design the housing insert 38 and thus also the wall 54 as a non-wettable porous structure which allows the steam flow 28 of the heat-transporting medium to pass through not the condensate flow 34.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gehäuseeinsatzes 38 ist somit sichergestellt, daß eine vollständige Trennung des Dampfstroms 28 vom Kondensatstrom 34 in dem ersten Ausführungsbeispiel 10 der erfindungsgemäßen Heat­pipe erfolgt und somit sich der Dampfstrom 28 und der Kondensatstrom 34 nicht behindern.The design of the housing insert 38 according to the invention thus ensures that the steam flow 28 is completely separated from the condensate flow 34 in the first exemplary embodiment 10 of the heat pipe according to the invention and thus the steam flow 28 and the condensate flow 34 are not hindered.

Wird eine derartige Heatpipe im Schwerefeld betrieben und liegt der Kondensationsbereich 30 tiefer als der Ver­dampfungsbereich 24, so entsteht durch die zunehmende Kondensatbildung im Zwischenraum 52 ein zunehmender Druck, welcher für den Kondensatstrom 34 zum Verdampfungsbereich 24 entgegengesetzt zur Richtung der Schwerkraft verant­wortlich ist und somit ein "Trockenlaufen" der Heatpipe im Verdampfungsbereich verhindert, da trotz Wirkung der Schwerkraft der Kondensatstrom 34 zum Verdampfungsbereich 24 aufrecht erhalten bleibt.If such a heat pipe is operated in the gravitational field and the condensation area 30 is lower than the evaporation area 24, the increasing condensate formation in the intermediate space 52 creates an increasing pressure, which is responsible for the condensate flow 34 to the evaporation area 24 opposite to the direction of gravity and thus a " Prevents the heat pipe from running dry in the evaporation area since, despite the effect of gravity, the condensate flow 34 to the evaporation area 24 is maintained.

Bei einem zweiten verbesserten, als Ganzes mit 60 bezeich­neten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Heatpipe sind mit dem ersten Ausführungsbeispiel identische Teile mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführungen zum ersten Aus­führungsbeispiel verwiesen werden kann.In a second improved embodiment of the heat pipe according to the invention, designated as a whole by 60, parts identical to the first embodiment are provided with the same reference numerals, so that reference can be made to the explanations for the description of the first embodiment with regard to their description.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist zumindest der Zwischenraum 56 mit einer Kapillarstruktur 62 gefüllt, welche zu einer in axialer Richtung des zylindrischen Rohrs 14 aktiven Kapillarwirkung führt und somit den Kondensatstrom 34 von dem Zwischenraum 52 zu dem Zwischen­raum 44 aufgrund der Kapillarwirkung unterstützt.In contrast to the first exemplary embodiment, at least the intermediate space 56 is filled with a capillary structure 62, which leads to an active capillary action in the axial direction of the cylindrical tube 14 and thus supports the condensate flow 34 from the intermediate space 52 to the intermediate space 44 due to the capillary action.

Besonders vorteilhaft ist es bei diesem zweiten Aus­führungsbeispiel auch, wenn zusätzlich noch der Zwischen­raum 52 und der Zwischenraum 44 mit der Kapillarstruktur 62 ausgefüllt sind, so daß die Kapillarwirkung über die gesamte axiale Länge der Heatpipe 60 eintritt.In this second exemplary embodiment, it is also particularly advantageous if the intermediate space 52 and the intermediate space 44 are additionally filled with the capillary structure 62, so that the capillary effect occurs over the entire axial length of the heat pipe 60.

Die erfindungsgemäße Kapillarstruktur kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß dadurch hergestellt werden, daß der als Rohr ausgebildete Gehäuse­einsatz 38 aus der nichtbenetzbaren porösen Struktur her­gestellt ist und bis zu den Außenwänden 40 des zylin­drischen Rohrs reicht, also keine makroskopischen Zwischenräume 44, 52 und 56 zwischen dem Gehäuseeinsatz 38 und den Außenwänden entstehen. Die benetzbare poröse Struktur wird dadurch erzeugt, daß die nichtbenetzbare Struktur oberflächlich mit einem Material beschichtet wird, welches von dem wärmetransportierenden Medium oberflächlich benetzbar ist. Durch die nunmehr vom konden­sierten Medium benetzbare Oberfläche in einem den Außen­wänden 40 zugewandten Teilbereich des Gehäuseeinsatzes 38 entsteht die Kapillarstruktur 62, und der bezüglich dieser radial innenliegende Teil des Gehäuseeinsatzes 38 aus der nichtbenetzbaren porösen Struktur, der oberflächlich nicht beschichtet wurde, hat nun die ursprünglich dieser Struktur zugedachte Wirkung in dem beschriebenen Aus­führungsbeispiel.In a preferred exemplary embodiment, the capillary structure according to the invention can be produced according to the invention in that the housing insert 38, which is designed as a tube, is produced from the non-wettable porous structure and extends to the outer walls 40 of the cylindrical tube, that is to say no macroscopic spaces 44, 52 and 56 between the housing insert 38 and the outer walls. The wettable porous structure is produced in that the non-wettable structure is coated on the surface with a material which is from the heat-transporting medium is superficially wettable. The surface that can now be wetted by the condensed medium in a partial area of the housing insert 38 facing the outer walls 40 creates the capillary structure 62, and the part of the housing insert 38 lying radially on the inside from the non-wettable porous structure, which has not been coated on the surface, now has this originally Structure intended effect in the described embodiment.

Als nichtbenetzbare poröse Struktur können bei dem jeweiligen wärmetransportierenden Medium die in der nachfolgenden Tabelle aufgelisteten Materialien zum Einsatz kommen. TABELLE Wärmetransportierendes Medium nichtbenetzbare poröse Struktur Hg Glas Hg Graphit (C) H₂O Teflon H₂O Graphit (C) H₂O Polyäthylen NH₃ Teflon NH₃ Polytetrafluoräthylen NH₃ Polyäthylen LiF Graphit (C) Ag Graphit (C) NaF Graphit (C) Al Graphit (C) H₂O Polyvinylfluorid NH₃ Polyvinylfluorid H₂O Polyäthylenterephthalat NH₃ Polyäthylenterephthalat The materials listed in the table below can be used as the non-wettable porous structure for the respective heat-transporting medium. TABLE Heat transport medium non-wettable porous structure Ed Glass Ed Graphite (C) H₂O Teflon H₂O Graphite (C) H₂O Polyethylene NH₃ Teflon NH₃ Polytetrafluoroethylene NH₃ Polyethylene LiF Graphite (C) Ag Graphite (C) NaF Graphite (C) Al Graphite (C) H₂O Polyvinyl fluoride NH₃ Polyvinyl fluoride H₂O Polyethylene terephthalate NH₃ Polyethylene terephthalate

Als Beschichtung zur Umwandlung der nichtbenetzbaren porösen Struktur in eine von dem kondensierten wärmetrans­portierenden Medium benetzbare Kapillarstruktur ist es beispielsweise denkbar, die jeweilige Struktur oberfläch­lich zu metallisieren.As a coating for converting the non-wettable porous structure into a capillary structure that can be wetted by the condensed heat-transporting medium, it is conceivable, for example, to metallize the respective structure on the surface.

Claims (12)

1. Heatpipe mit einem ein wärmetransportierendes Medium beinhaltenden Gehäuse, welches einen Verdampfungs­bereich und einen Kondensationsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (12) ein Dampfkanal (46) vorge­sehen ist, daß zwischen dem Dampfkanal (46) und dem Kondensationsbereich (30) eine nichtbenetzbare poröse Struktur (50) angeordnet ist, welche aufgrund ihrer Porengröße für das Kondensat (34) undurchlässig ist, und daß ein das Kondensat (34) vom Kondensations­bereich (30) zum Verdampfungsbereich (24) führender Kondensatkanal (56,62) vorgesehen ist.1. Heat pipe with a housing containing a heat-transporting medium, which has an evaporation area and a condensation area, characterized in that a steam channel (46) is provided in the housing (12) that between the steam channel (46) and the condensation area (30) a non-wettable porous structure (50) is arranged, which is impermeable to the condensate (34) due to its pore size, and that a condensate channel (56, 62) leading the condensate (34) from the condensation area (30) to the evaporation area (24) is provided . 2. Heatpipe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensatkanal als vom kondensierten Medium benetzbare Kapillarstruktur (62) ausgebildet ist.2. Heat pipe according to claim 1, characterized in that the condensate channel is designed as a capillary structure (62) wettable by the condensed medium. 3. Heatpipe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kapillarstruktur (62) in den Kondensations­bereich (30) hinein erstreckt.3. Heat pipe according to claim 2, characterized in that the capillary structure (62) extends into the condensation area (30). 4. Heatpipe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß sich die Kapillarstruktur (62) in den Verdampfungsbereich (24) hinein erstreckt.4. Heat pipe according to claim 2 or 3, characterized in that the capillary structure (62) extends into the evaporation region (24). 5. Heatpipe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarstruktur (62) durch die nichtbenetzbare Struktur, oberflächenbeschichtet mit benetzbaren Materialien, gebildet ist.5. Heat pipe according to one of claims 2 to 4, characterized in that the capillary structure (62) is formed by the non-wettable structure, surface-coated with wettable materials. 6. Heatpipe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ver­dampfungsbereich (24) und dem Dampfkanal (46) eine nichtbenetzbare poröse Struktur (42) vorgesehen ist, welche aufgrund ihrer Porengröße für das kondensierte Medium (26) undurchlässig ist.6. Heat pipe according to one of the preceding claims, characterized in that between the evaporation area (24) and the steam channel (46) a non-wettable porous structure (42) is provided, which is impermeable to the condensed medium (26) due to its pore size. 7. Heatpipe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtbenetzbare poröse Struktur (42,50) Teil eines Gehäuseeinsatzes (38) ist.7. Heat pipe according to one of the preceding claims, characterized in that the non-wettable porous structure (42, 50) is part of a housing insert (38). 8. Heatpipe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseeinsatz (38) den Dampfkanal (46) umfaßt.8. Heat pipe according to claim 7, characterized in that the housing insert (38) comprises the steam channel (46). 9. Heatpipe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Gehäuseeinsatz (38) den Kondensat­kanal (62) umfaßt.9. Heat pipe according to claim 7 or 8, characterized in that the housing insert (38) comprises the condensate channel (62). 10. Heatpipe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseeinsatz (38) die Kapillarstruktur (62) umfaßt.10. Heat pipe according to claim 9, characterized in that the housing insert (38) comprises the capillary structure (62). 11. Heatpipe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) ein Hohlzylinder und der Gehäuseeinsatz (38) ein in diesen einsetz­bares hohles Teil mit einer zylindermantelförmig angeordneten nichtbenetzbaren porösen Struktur (42,50) ist.11. Heat pipe according to one of claims 7 to 10, characterized in that the housing (12) is a hollow cylinder and the housing insert (38) is a hollow part which can be inserted therein and has a non-wettable porous structure (42, 50) arranged in the shape of a cylinder jacket. 12. Heatpipe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtbenetzbare poröse Struktur (42,50) ein Schaummaterial oder ein Gewebematerial oder ein Filzmaterial ist.12. Heat pipe according to one of the preceding claims, characterized in that the non-wettable porous structure (42, 50) is a foam material or a fabric material or a felt material.
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