EP1774239A1 - Thermosiphon - Google Patents

Thermosiphon

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EP1774239A1
EP1774239A1 EP05767523A EP05767523A EP1774239A1 EP 1774239 A1 EP1774239 A1 EP 1774239A1 EP 05767523 A EP05767523 A EP 05767523A EP 05767523 A EP05767523 A EP 05767523A EP 1774239 A1 EP1774239 A1 EP 1774239A1
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EP
European Patent Office
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wall
thermosyphon
heat
lining
container
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05767523A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David Astrain Ulibarrena
José GONZÁLEZ VIAN
José Manuel LAMUELA ROSANO
Salvador Manuel GARCÍA SANTAMARÍA
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.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1774239A1 publication Critical patent/EP1774239A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems

Definitions

  • thermosyphon according to the preamble of claim 1.
  • thermosyphon is known from WO 99/58906.
  • a heat sink with a high surface-area power density such as a Peltier element
  • a heat reservoir such as the interior of a refrigeration appliance
  • heat from the reservoir can not flow quickly enough to the surface of the heat sink, so that it is in operation assumes a temperature which is significantly lower than the current temperature of the heat reservoir and also as the target temperature to which the heat reservoir is to be cooled.
  • Achieving this low temperature requires a large amount of energy so that the lower the temperature of the heat sink during operation, the lower the effective efficiency of the refrigeration appliance using such a heat sink.
  • the same problem occurs with an opposite sign to a heat source which releases thermal energy received by the heat sink to a second reservoir, generally the environment.
  • thermosiphons are a hermetically sealed container which contains a heat transport substance partly as a liquid, partly as a vapor, and in which a high surface area heat sink or source is attached to a first wall of the container and a second wall is provided to be contacted with a heat reservoir.
  • thermosyphon It is distinguished between positive and negative thermosyphon, depending on whether a heat source or sink is attached to the first wall of the container.
  • thermosyphon In a positive thermosyphon, the liquid phase of the heat transport substance at the heat source is boiled, whereby the heat is removed from the source with high efficiency, and the vapor condenses on the second wall of the container, which is in thermal contact with a reservoir cooler than the heat source.
  • the second wall In a negative heat siphon, the second wall is in thermal contact with a heat reservoir that is warmer than the heat sink, and with the aid of heat-transfer fluid vaporized via the second wall of the walls condenses on a comparatively small surface of the first wall cooled by the heat sink, thereby creating a heat sink Intensified heat flow is achieved at the heat sink.
  • thermosyphon While in a positive thermosyphon the effectiveness with increasing heat output of the heat source continues to increase, as the ratio of vapor to liquid and larger and the vapor becomes denser, so that (even if one considers the convection occurring in the container as independent of temperature), the throughput is always higher heat energy (as long as the heat transfer substance is not completely evaporated), decreases with a negative heat siphon efficiency with increasing cooling capacity of the heat sink, because the vapor density drops and thus less and less heat transfer substance is available in the container, which condense on the heat sink and so can give off heat.
  • it is therefore important to keep the vapor pressure in the thermosyphon always as close as possible to the saturation vapor pressure corresponding to the respective operating temperature of the thermosyphon by means of suitable design measures.
  • thermosyphon having the features of claim 1. While in the conventional negative thermosyphon only the surface of the liquid phase in the container is available to let there evaporate the cherries ⁇ transport substance, and heat, which is above the liquid level Wall penetrates into the thermosyphon, essentially contributes only to the heating of the vapor, but not to increase the vapor density, allow the capillary according to the invention, the liquid heat transport substance rise on the inside of the second wall, so that an evaporation of heat transfer fluid substantially on of the entire surface of the second wall is possible and cold saturated steam is created, which allows effective heat transfer to the heat sink.
  • the capillary conduits are preferably formed by the inside of the second wall carrying a lining of a porous material.
  • this material may be a porous ceramic such as alumina based, silica gel, or a fibrous material such as glass fiber.
  • the lining is preferably materially connected to the second wall.
  • a material-locking connection may be made by adhering the porous lining to the inside of the wall, or by making the lining from a material solidified on the inside of the wall.
  • the lining is clamped between the second wall and a perforated intermediate wall, the openings of which allow the entry of heat-transfer fluid to the lining or the escape of steam.
  • the capillary tubes should be submerged in the liquid to ensure a constant supply of liquid to be evaporated.
  • the heat sink is preferably a thermoelectric element such as a Peltier element.
  • Figure 1 is a schematic vertical section through a thermosyphon according to the invention along the plane ll of Fig. 2.
  • Fig. 2 is a horizontal section through the thermosiphon along the plane H-II
  • thermosyphon 3 shows a horizontal section analogous to FIG. 2 through a first modification of the thermosyphon
  • FIG. 4 shows a horizontal section analogous to FIG. 2 through a second modification of the thermosyphon
  • Fig. 5 is a horizontal section through a third modification of the thermosyphon.
  • thermosyphon shown in Fig. 1 comprises a hermetically sealed housing 1 made of a good heat conducting material such as aluminum with a single, undivided interior 2. An in the interior 2 filled amount of
  • Heat transport substance such as butane is such that it is in liquid
  • thermosyphon Under normal operating conditions of the thermosyphon is therefore a supply of liquid heat transfer substance 3 at the bottom of the interior 2, and the rest of the interior space 2 contains the
  • Heat transport substance in the form of vapor the pressure of which depends on the temperatures to which the thermosyphon is exposed.
  • the cold side 5 of a Peltier element is attached as a heat sink.
  • a warm side 6 of the Peltier element is in thermal contact with a heat dissipation aid 7, such as a conventional fin cooler or a positive thermosyphon.
  • the part of the wall 4 touched by the cold side 5 of the Peltier element forms the coldest part of the housing 1, so that the vaporous heat transport substance preferably condenses here, as indicated by drops 8 on the inside of the wall 4, and the wall 4 down to the liquid reservoir 3 flows.
  • a porous layer 10 is attached on the inside of a first wall 4 opposite the second wall 9 of the housing 1.
  • the porous layer 10 is here a ceramic layer of aluminum oxide or a mixture on Aluminiumoxid ground ⁇ position, which is spun in the form of a suspension together with a suitable binder on the inside of the wall 9 and solidified and adhered thereto by evaporation of the carrier liquid of the suspension.
  • the layer 10 is immersed at its lower end in the stock 3 of liquid heat transport substance.
  • the porosity of the layer 10 is adjusted to allow the heat transfer fluid in the layer 10 to rise above the entire height of the interior space 2, so that the heat flowing in from outside via the wall 9 is largely consumed for the evaporation of the heat transfer fluid.
  • the large surface of the porous layer 10 allows a high evaporation rate, is replaced by the steam condensed on the wall 4 immediately, so that the vapor pressure in the interior 2 does not fall substantially below the saturation vapor pressure of réelle ⁇ transport substance at the operating temperature of the thermosyphon.
  • thermosyphon via the second wall 9
  • Slats 12 may also be provided on the inside of the wall 9.
  • Fig. 3 shows a structure with inside vertical slats 12, which are lower than the thickness of the porous layer 10, on the one hand in the interstices 13 between the slats to provide a sufficient line cross-section for the rise of the liquid 3 and on the other hand, via the lamellae 12, to guide the heat effectively into a region of the layer 10 close to the surface, and to evaporate the heat transfer fluid so quickly and efficiently.
  • lamellae 14 may also be provided which are higher than the thickness of the layer 10 and whose effect is simply an enlargement of the wall surface covered with the porous material.
  • FIG. 10 Another alternative embodiment of the cross section of the thermosyphon is shown in FIG.
  • the porous layer 10 is not fully attached to the wall 9, but clamped between the wall and an intermediate wall 15, in which a plurality of large holes 16 is broken, so that the intermediate wall 15 does not escape the escape of vaporized heat transport substance from the porous layer 10 significantly impeded.
  • the intermediate wall 15 For attachment of the intermediate wall 15 may, as shown in the upper part of Fig. 5, a formed on a side wall of the housing 1 vertical rib 17 serve, to which the intermediate wall 15 is pressed by the slightly elastic compressed material of the porous layer 10. At the same time, the intermediate wall 15 thus keeps the porous layer pressed against the wall 9 and thus ensures efficient heat transfer from the wall 9 into the layer 10 and the liquid ascending therein.
  • the compression can be increased to increase the capillary effect in the layer 10 if it turns out to be insufficient to provide sufficient liquid to evaporate the entire surface of the wall 9, or it can be reduced if the material is too compacted to ensure adequate fluid supply.
  • glass wool is particularly suitable in this embodiment, wherein the fiber orientation is preferably vertical.
  • Fiber materials such as natural textile fibers or plastic fibers resistant to the transport substance used can be used.

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Abstract

Ein Thermosiphon umfasst einen dichten, eine Wärmetransportsubstanz zum Teil als Flüssigkeit, zum Teil als Dampf enthaltenden Behälter (1) und eine an einer ersten Wand (4) des Behälters (1) angebrachte Wärmesenke (5). An der Innenseite einer zweiten Wand (9) des Behälters (1) sind Kapillarleitungen, vorzugsweise in Form einer porösen Schicht (10), gebildet.

Description

Thermosiphon
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thermosiphon nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Thermosiphon ist aus WO 99/58906 bekannt.
Wenn zur Kühlung eines Wärmereservoirs wie etwa des Innenraumes eines Kältegerätes eine Wärmesenke mit hoher flächenbezogener Leistungsdichte wie ein Peltier-Element eingesetzt wird, tritt das Problem auf, dass Wärme aus dem Reservoir nicht schnell genug zur Oberfläche der Wärmesenke nachfließen kann, so dass diese im Betrieb eine Temperatur annimmt, die deutlich niedriger ist als die aktuelle Temperatur des Wärmereservoirs und auch als die Zieltemperatur, auf die das Wärmereservoir gekühlt werden soll. Diese tiefe Temperatur zu erzielen erfordert einen hohen Energieaufwand, so dass der effektive Wirkungsgrad des eine solche Wärmesenke verwendenden Kältegerätes um so niedriger ist, je tiefer die Temperatur der Wärmesenke während des Betriebs wird. Das gleiche Problem tritt mit umgekehrtem Vorzeichen an einer Wärmequelle auf, die von der Wärmesenke aufgenommene thermische Energie an ein zweites Reservoir, im Allgemeinen die Umgebung, abgibt.
Um diese Probleme zu lindern, ist in WO 99/58906 ein Kältegerät vorgeschlagen worden, das sogenannte Thermosiphons verwendet. Ein solcher Thermosiphon ist ein hermetisch dichter Behälter, der eine Wärmetransportsubstanz zum Teil als Flüssigkeit, zum Teil als Dampf enthält und bei dem eine Wärmesenke oder -quelle mit hoher flächenbezogener Leistung an einer ersten Wand des Behälters angebracht ist und eine zweite Wand vorgesehen ist, um mit einem Wärmereservoir in Kontakt gebracht zu werden.
Es wird zwischen positiven und negativen Thermosiphons unterschieden, je nachdem, ob an der ersten Wand des Behälters eine Wärmequelle oder -senke angebracht ist.
Bei einem positiven Thermosiphon wird die flüssige Phase der Wärmetransportsubstanz an der Wärmequelle zum Sieden gebracht, wodurch die Wärme von der Quelle mit hoher Effizienz abgeführt wird, und der Dampf kondensiert an der zweiten Wand des Behälters, die in thermischem Kontakt mit einem Reservoir steht, das kühler als die Wärmequelle ist. Bei einem negativen Wärmesiphon steht die zweite Wand in thermischem Kontakt mit einem Wärmereservoir, das wärmer als die Wärmesenke ist, und mit Hilfe von über die zweite Wand eingetragener Wände verdunstete Wärmetransportflüssigkeit kondensiert auf einer vergleichsweise kleinen durch die Wärmesenke gekühlten Fläche der ersten Wand, wodurch ein intensivierter Wärmefluss an der Wärmesenke erreicht wird.
Aufgrund der an den zwei Wänden des Behälters stattfindenden Phasenübergänge kann in dem Wärmesiphon eine wesentlich größere Energiemenge transportiert werden als in einem Behälter mit gleichen Abmessungen, in dem die Wärmetransportsubstanz nur in einem einzigen Aggregatzustand vorliegt.
Während bei einem positiven Thermosiphon die Effektivität mit zunehmender Heizleistung der Wärmequelle immer weiter steigt, weil das Verhältnis von Dampf zu Flüssigkeit immer größer und der Dampf immer dichter wird, so dass (selbst wenn man die in dem Behälter auftretende Konvektionsgeschwindigkeit als temperaturunabhängig annimmt) der Durchsatz an Wärmeenergie immer höher wird (solange die Wärmetransportsubstanz nicht vollständig verdampft ist), nimmt bei einem negativen Wärmesiphon die Effektivität mit zunehmender Kühlleistung der Wärmesenke ab, weil die Dampfdichte abfällt und damit immer weniger Wärmetransportsubstanz im Behälter zur Verfügung steht, die an der Wärmesenke kondensieren und so Wärme abgeben kann. Um einen effektiven negativen Thermosiphon zu erhalten, ist es daher wichtig, durch geeignete konstruktive Maßnahmen den Dampfdruck in dem Thermosiphon stets möglichst nahe an dem der jeweiligen Betriebstemperatur des Thermosiphons entsprechenden Sättigungsdampfdruck zu halten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Thermosiphon mit den Merkmalen des Anspruches 1. Während bei dem herkömmlichen negativen Thermosiphon lediglich die Oberfläche der Flüssigkeitsphase im Behälter zur Verfügung steht, um dort die Wärme¬ transportsubstanz verdunsten zu lassen, und Wärme, die über oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegende Wandbereiche in den Thermosiphon eindringt, im Wesentlichen nur zur Erwärmung des Dampfes beiträgt, nicht aber zur Vergrößerung der Dampfdichte, erlauben es die erfindungsgemäßen Kapillarleitungen, die flüssige Wärmetransportsubstanz an der Innenseite der zweiten Wand aufsteigen zu lassen, so dass eine Verdampfung von Wärmetransportflüssigkeit im Wesentlichen auf der gesamten Fläche der zweiten Wand möglich ist und kalter Sattdampf entsteht, der einen wirksamen Wärmetransport zur Wärmesenke ermöglicht.
Die Kapillarleitungen sind vorzugsweise dadurch gebildet, dass die Innenseite der zweiten Wand eine Auskleidung aus einem porösen Material trägt.
Bei diesem Material kann es sich insbesondere um eine poröse Keramik, etwa auf Aluminiumoxidgrundlage, handeln, um Kieselgel, oder um ein Fasermaterial wie etwa Glasfaser.
Um einen effektiven Wärmeübergang von der zweiten Wand auf das poröse Material und die darin aufsteigende Wärmetransportflüssigkeit zu gewährleisten, ist die Auskleidung vorzugsweise materialschlüssig mit der zweiten Wand verbunden. Eine solche materialschlüssige Verbindung kann durch Verkleben der porösen Auskleidung an der Innenseite der Wand hergestellt sein, oder dadurch, dass die Auskleidung aus einem an der Innenseite der Wand verfestigten Material hergestellt ist.
Einer anderen Ausgestaltung zufolge ist die Auskleidung zwischen der zweiten Wand und einer durchbrochenen Zwischenwand eingeklemmt, deren Durchbrechungen den Zutritt von Wärmetransportflüssigkeit zu der Auskleidung bzw. das Entweichen von Dampf zulassen.
Unter normalen Betriebsbedingungen sollten die Kapillarleitungen in die Flüssigkeit eintauchen, so dass ständiger Nachschub an zu verdampfender Flüssigkeit gewährleistet ist.
Bei der Wärmesenke handelt es sich vorzugsweise um ein thermoelektrisches Element wie etwa ein Peltier-Element.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen vertikalen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Thermosiphon entlang der Ebene l-l der Fig. 2;
Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch den Thermosiphon entlang der Ebene H-Il aus
Fig. 1 ;
Fig. 3 einen horizontalen Schnitt analog Fig. 2 durch eine erste Abwandlung des Thermosiphons;
Fig. 4 einen horizontalen Schnitt analog Fig. 2 durch eine zweite Abwandlung des Thermosiphons; und
Fig. 5 einen horizontalen Schnitt durch eine dritte Abwandlung des Thermosiphons.
Der in Fig. 1 gezeigte Thermosiphon umfasst ein hermetisch dichtes Gehäuse 1 aus einem gut wärmeleitenden Material wie etwa Aluminium mit einem einzigen, nicht unterteilten Innenraum 2. Eine in den Innenraum 2 eingefüllte Menge einer
Wärmetransportsubstanz wie zum Beispiel Butan ist so bemessen, dass sie in flüssigem
Zustand den Innenraum 2 nicht vollständig ausfüllt. Unter normalen Betriebsbedingungen des Thermosiphons befindet sich daher ein Vorrat an flüssiger Wärmetransportsubstanz 3 am Boden des Innenraumes 2, und der Rest des Innenraumes 2 enthält die
Wärmetransportsubstanz in Form von Dampf, dessen Druck von den Temperaturen abhängt, denen der Thermosiphon ausgesetzt ist.
Im oberen Bereich einer ersten Wand 4 des Gehäuses 1 , oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, ist als eine Wärmesenke die kalte Seite 5 eines Peltier-Elementes angebracht. Eine warme Seite 6 des Peltier-Elementes steht in thermischem Kontakt mit einem Hilfsmittel zur Wärmedissipation 7, wie etwa einem herkömmlichen Rippenkühler oder einem positiven Thermosiphon.
Der von der kalten Seite 5 des Peltier-Elementes berührte Teil der Wand 4 bildet die kälteste Stelle des Gehäuses 1 , so dass die dampfförmige Wärmetransportsubstanz bevorzugt hier kondensiert, wie durch Tropfen 8 an der Innenseite der Wand 4 angedeu¬ tet, und die Wand 4 hinab zum Flüssigkeitsvorrat 3 fließt. An der Innenseite einer der ersten Wand 4 gegenüberliegenden zweiten Wand 9 des Gehäuses 1 ist eine poröse Schicht 10 angebracht. Die poröse Schicht 10 ist hier eine keramische Schicht aus Aluminiumoxid oder einem Gemisch auf Aluminiumoxidgrund¬ lage, das in Form einer Suspension zusammen mit einem geeigneten Bindemittel auf die Innenseite der Wand 9 aufgeschleudert und daran durch Verdunsten der Trägerflüssigkeit der Suspension verfestigt und angeheftet ist. Alternativ kommt als Grundbestandteil der porösen Schicht 10 auch Kieselgel in Betracht.
Grundsätzlich wäre es auch möglich, die poröse Schicht 10 getrennt von der Wand 9 vorzufertigen und sie anschließend mit Hilfe eines Klebstoffs an der Wand zu befestigen. Da allerdings die Schicht 10 möglichst dünn sein sollte, um den Wärmefluss durch die Wand 9 in den Innenraum 2 nicht zu verlangsamen, ist anzunehmen, dass geeignete vorgefertigte Schichten 10 mit der benötigten Porosität sehr empfindlich und schwierig zu handhaben sein werden, so dass die direkte Erzeugung der Schicht 10 an der Wand 9 als das aussichtsreichere Verfahren angesehen wird.
Die Schicht 10 taucht an ihrem unteren Ende in den Vorrat 3 an flüssiger Wärmetransportsubstanz ein. Die Porosität der Schicht 10 ist so eingestellt, dass sie das Aufsteigen der Wärmetransportflüssigkeit in der Schicht 10 über die gesamte Höhe des Innenraumes 2 ermöglicht, so dass die von außen über die Wand 9 zufließende Wärme weitestgehend für die Verdunstung der Wärmetransportflüssigkeit verbraucht wird. Die große Oberfläche der porösen Schicht 10 ermöglicht eine hohe Verdunstungsrate, durch die an der Wand 4 kondensierter Dampf umgehend ersetzt wird, so dass der Dampfdruck im Innenraum 2 nicht wesentlich unter den Sättigungsdampfdruck der Wärme¬ transportsubstanz bei der Betriebstemperatur des Thermosiphons abfällt.
Um den Wärmezufluss in den Thermosiphon über die zweite Wand 9 zu intensivieren, kann diese, wie in Fig. 2 gezeigt, an ihrer Außenseite mit Rippen oder Lamellen 11 versehen sein.
Lamellen 12 können auch an der Innenseite der Wand 9 vorgesehen sein. So zeigt Fig. 3 eine Struktur mit innenseitigen vertikalen Lamellen 12, die niedriger sind als die Dicke der porösen Schicht 10, um einerseits in den Zwischenräumen 13 zwischen den Lamellen einen ausreichenden Leitungsquerschnitt für den Aufstieg der Flüssigkeit 3 bereitzustellen und andererseits über die Lamellen 12 die Wärme effektiv in einen oberflächennahen Bereich der Schicht 10 zu führen und die Wärmetransportflüssigkeit so zügig und effizient zu verdunsten.
Andererseits können, wie in Fig. 4 gezeigt, auch Lamellen 14 vorgesehen sein, die höher als die Dicke der Schicht 10 sind und deren Wirkung einfach in einer Vergrößerung der mit dem porösen Material bedeckten Wandoberfläche liegt.
Eine weitere alternative Ausgestaltung des Querschnitts des Thermosiphons ist in Fig. 5 gezeigt. Hier ist die poröse Schicht 10 nicht vollflächig an der Wand 9 befestigt, sondern zwischen der Wand und einer Zwischenwand 15 eingeklemmt, in die eine Vielzahl von großen Löchern 16 gebrochen ist, damit die Zwischenwand 15 den Austritt von verdampfter Wärmetransportsubstanz aus der porösen Schicht 10 nicht nennenswert behindert.
Zur Befestigung der Zwischenwand 15 kann, wie im oberen Teil von Fig. 5 gezeigt, eine an einer Seitenwand des Gehäuses 1 geformte vertikale Rippe 17 dienen, an die die Zwischenwand 15 durch das geringfügig elastische komprimierte Material der porösen Schicht 10 angedrückt ist. Gleichzeitig hält so die Zwischenwand 15 die poröse Schicht gegen die Wand 9 gedrückt und sorgt so für einen effizienten Wärmeübergang von der Wand 9 in die Schicht 10 und die darin aufsteigende Flüssigkeit.
Alternativ können, wie im unteren Teil der Figur dargestellt, Gewindestifte 18 an der Wand
9 befestigt sein, auf denen die poröse Schicht 10 aufgespießt ist und an denen die Zwischenwand 15 jeweils durch eine Mutter 19 angedrückt gehalten ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass sie eine stufenlose Einstellung der Kompression der porösen Schicht
10 ermöglicht. Das heißt, die Kompression kann erhöht werden, um den Kapillareffekt in der Schicht 10 zu steigern, wenn sich herausstellt, dass dieser nicht ausreicht, um die gesamte Fläche der Wand 9 ausreichend mit zu verdampfender Flüssigkeit zu versorgen, oder er kann verringert werden, wenn das Material zu stark verdichtet ist, um eine ausreichende Flüssigkeitsversorgung zu gewährleisten.
Als flexibles Material für die poröse Schicht 10 ist bei dieser Ausgestaltung insbesondere Glaswolle geeignet, wobei die Faserausrichtung vorzugsweise vertikal ist. Auch andere Fasermaterialien wie etwa natürliche Textilfasern oder gegen die verwendete Transportsubstanz beständige Kunststofffasern können verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Thermosiphon mit einem dichten, eine Wärmetransportsubstanz zum Teil als Flüssigkeit, zum Teil als Dampf enthaltenden Behälter (1) und einer an einer ersten Wand (4) des Behälters (1) angebrachten Wärmesenke (5) , dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite einer zweiten Wand (9) des Behälters (1)
Kapillarleitungen gebildet sind.
2. Thermosiphon nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarleitungen an der Innenseite der zweiten Wand (9) durch eine Auskleidung aus einem porösen Material (10) gebildet sind.
3. Thermosiphon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (10) eine Keramik auf Aluminiumoxidgrundlage ist.
4. Thermosiphon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (10) Kieselgel enthält.
5. Thermosiphon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (10) ein Fasermaterial umfasst.
6. Thermosiphon nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial Glasfaser ist.
7. Thermosiphon nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (10) materialschlüssig mit der zweiten Wand (9) verbunden ist.
8. Thermosiphon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (10) verklebt ist.
9. Thermosiphon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (10) aus einem an der Innenseite der zweiten Wand verfestigten Material hergestellt ist.
10. Thermosiphon nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung (10) zwischen der zweiten Wand und einer durchbrochenen Zwischenwand (15) eingeklemmt ist.
11. Thermosiphon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarleitungen unter normalen Betriebsbedingungen in die Flüssigkeit (3) eintauchen.
12. Thermosiphon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (5) ein thermoelektrisches Element ist.
EP05767523A 2004-07-23 2005-07-20 Thermosiphon Withdrawn EP1774239A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05767523A Withdrawn EP1774239A1 (de) 2004-07-23 2005-07-20 Thermosiphon

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EP (1) EP1774239A1 (de)
DE (1) DE102004035735A1 (de)
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