DE2427968C3

DE2427968C3 - Wärmerohr

Info

Publication number: DE2427968C3
Application number: DE2427968A
Authority: DE
Inventors: Hermann J. 8000 Muenchen Schladitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-10
Filing date: 1974-06-10
Publication date: 1980-03-27
Also published as: DE2427968A1; US4015659A; DE2427968B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmerohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für den Wirkungsgrad derartiger Wärmerohre ist es wesentlich, daß durch das Kapillarsystem eine möglichst große Menge des kondensierten Mediums in möglichst kurzer Zeit von dem wärmeabgegenden Ende zu dem wärmeaufnehmenden Ende des Wärmerohrs zurückgeführt wird. Um dies zu erreichen, soll der wirksame Durchmesser der Kapillaren möglichst klein sein und es sollen möglichst viele Kapillaren vorhanden sein. Um möglichst viele Kapillaren unterbringen zu können, soll das Kapillarsystem ein möglichst großes Porenvolumen haben. Das Material, aus dem das Kapillarsystem besteht, muß für das verdampfbare Medium gut benetzbar sein, da dies für die Ausbildung der kapillaren Flüssigkeitssäule entscheidend ist Weiterhin soll das Kapillarsystem aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehen, um am wärmeaufnehmenden Ende des Wärmerohres eine schnelle Übertragung der zugeführten Wärme an das verdampfbare Medium und am wärmeabgebenden Ende eine schnelle Übertragung der Wärme von dem Medium auf die Wand des Wärmerohres zu gewährleisten. Schließlich wäre es wünschenswert, daß das Kapillarsystem hochtemperaturbeständig ist, um hochsiedende Flüssigkeiten, beispielsweise flüssige Metall wie Cadmium, Cäsium, Natrium, Zink und dergleichen verwenden zu können. Dies ist besonders wichtig bei der Verwendung derartiger Wärmerohre bei Temperaturen in der Größenordnung von 2000⁰C.

Bei einem bekannten Wärmerohr (DE-OS 22 52 994) weist die Innenwand eine der azimutalen Flüssigkeitsverteilung dienende Kapillarstruktur auf, die mittels eines Dochtsteges aus Metallfilz oder mehrerer derartiger Dochtstege eine kapillare Verbindung zu einem mit Abstand zur Wärmerohrwand angeordneten, dem Flüssigkeitstransport in Wärmerohr-Längsrichtung dienenden Kapillarkörper aufweist Der Ausbildung der wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Enden ist hierbei keine besondere Beachtung geschenkt

Bei einem anderen bekannten Wärmerohr (DE-OS 21 28 566) wird als Stützmaterial für die Rohrwand zusammengepreßte Stahlwolle verwendet, die gleichzeitig zum Transport des verdampften Mediums von dem wärmeaufnehmenden zum wärmeabgebenden Ende dient Der Rücktransport erfolgt durch die Kapillarwirkung einer porösen Masse an der Wand des Wärmerohrs, deren Poren kleiner sind als diejenigen in der Stahlwolle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits eine möglichst rasche Wärmeaufnahme und-abgabe an den Enden des Wärmerohres und andererseits einen raschen Transport des kondensierten Mediums von wärmeabgebenden zum wärmeaufnehmenden Ende des Wärmerohres zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst

Durch den RIz aus ungerichteten Metallwhiskern wird die Wärme äußerst rasch aufgenommen, bzw. abgegeben, während durch die Ausbildung der Kapillarstruktur zwischen den Enden des Wärmerohres aus gerichteten Whiskern oder metallisierten anorganischen Fäden eine Vielzahl von parallelen Kapillaren erzeugt wird, die einen sehr geringen Strömungswiderstand haben und daher einen schnellen Rücktransport des kondensierten Mediums ermöglichen.

Polykristalline Metallwhisker DE-PS 12 24 934. »Zeitschrift für Metallkunde, 1968. Heft 1. Seiten 18 bis 22, »Fachberichte für Oberflächentechnik« 1970, Heft 7/8, Seiten 145 bis 150) zeichnen sich durch eine sehr hohe Festigkeit aus und sie können daher in Dicken von wenigen μηι bis unter ein μιη zur Bildung eines Kapillarsystems verwendet werden, das einerseits ein außerordentlich großes Porenvolumen von über 90%, andererseits jedoch eine sehr hohe mechanische Festigkeit aufweist Die Porengröße ist durch entsprechende Schüttung und Pressung in weiten Grenzen beliebig einsteilbar. Durch die Bildung des Kapillarsystems aus einer unendlichen Vielzahl von außerordentlich dünnen Metallwhiskern erhält das Kapillarsystem eine sehr große innere Oberfläche, wodurch eine schnelle Wärmeübertragung sowohl am wärmeaufnehmenden Ende als auch am wärmeabgebenden Ende des Wärmerohres erfolgt

Die metallisierten, anorganischen Fäden oder Fasern können beispielsweise Quarzfasern, hochschmelzende Glasfasern oder keramische Fasern sein, da in diesem Zwischenbereich die Wärmeleitfähigkeit des Kapillarsystems von untergeordneter Bedeutung ist

Vorzugsweise haben die Metallwhisker oder die metallisierten anorganischen Fäden eine äußere Schicht aus einem Metall, welches von dem verdampfbaren Medium besonders benetzt wird. Die äußere Schicht kann beispielsweise aus Nickel, Kupfer, Silber, Zink, Zinn, Cadmium, Aluminium, Chrom, Wolfram, Kobalt, Titan oder Molybdän bestehen. Die Metallwhisker können auch aus Legierungen bestehen, wie in der DE-PS 12 24 934 beschrieben ist Durch die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung der Whisker ist eine Vielzahl von verschiedenen Verdampfungsmedien verwendbar.

Die metallische Verbindung der Metallwhisker in

Form polykristalliner Metallwhisker an ihren Berührungsstellen miteinander und/oder mit der Wand des Wärmerohres kann in an sich bekannter Weise durch eine mittels thermischer Zersetzung einet Metallverbindung erzeugte Metallabscheidung erfolgen. Besonders bevorzugt ist hierbei die Abscheidung von Metall aus der Gasphase, beispielsweise durch thermische Zersetzung eines Metallcarbonyle.

Für die Merkmale der Unteransprüche wird kein selbstständiger Schutz begehrt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschriebea Es zeigt

F i g. 1 ein Wärmerohr im Längsschnitt,

Fig.2 eine Mikrophotographie des Kapillarsystems im Bereich A von F i g. 1, und

F i g. 3 eine Mikrophotographie des Kapillarsystems im Bereich B von F i g. 1.

Ein Wärmerohr 1 besteht aus einem .-ohrförmigen Körper (Fig. J) aus einem gut wärmeleitfähigen Material, der an seinen beiden Enden 2 und 3 durch Deckel 4 und 5 verschlossen ist. Die Innenwand des Rohres 1 ist mit einem Kapillarsystem 6 in Form eines Hohlzylinders verbunden. In dem Kapillarsystem 6 befindet sich ein verdampfbares Medium, welches durch Wärmezufuhr an dem wärmeaufnehmenden Ende 2 des Wärmerohres verdampft wird. Der Dampf, der mehr Raum beansprucht als die Flüssigkeit, strömt entlang des rohrförmigen Körpers zum anderen, wärmeabgebenden Ende 3 des Wärmerohres 1, um dort zu kondensieren. Beim Kondensieren wird ein Unterdruck erzeugt, durch den weiterer Dampf von dem wärmeaufnehmenden Ende 2 zum wärmeabgebenden Ende 3 befördert wird. Das kondensierte Medium strömt aufgrund der Kapillarwirkung des Kapillarsystems 6 zum wärmeaufnehmenden Ende 2 des Wärmerohres zurück.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht • das Kapillarsystem 6 aus polykristallinen Metallwhiskern, die zumindest im Bereich der Enden 2 und 3 des Wärmerohres I mit dessen Innenwand metallisch verbunden sind. Im Bereich der Enden 2 und 3 wird das Kapillarsystem von einem Filz aus ungerichteten

!" polykristallinen Metallwhiskern gebildet Eine Mikrophotographie dieses Filzes in 20-facher Vergrößerung zeigt F i g. 2. Dieser Filz hat ein Porenvolumen von ca. 90% bein einem Durchmesser der Whisker von etwa 3 bis 5 μΐη. Zwischen den Enden 2 und 3 wird das Kapillarsystem von parallel zueinander ausgerichteten polykristallinen Metallwhiskern gebildet Fig.3 zeigt diese Whisker wiederum in 20-facher Vergrößerung. Die Kapillaren zwischen den Whiskern haben einen Durchmesser von weniger als 10 μπι.

.'<· Die Whisker können miteinander durch Heißpressen, Sintern und andere in der Pulvermetallurgie übliche Verfahren sowie durch eine Metallabscheidung z. B. aus der Gasphase, zu einem selbsttragenden Skelett verbunden werden. Mit den gleichen Verfahren erfolgt

-'"· die metallische Verbindung des Kapillarsystems 6 mit der Rohrwand zumindest im Bereich des wärmeaufnehmenden Endes 2 und des wärmeabgebenden Endes 2 des Rohres 1.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist mit dem

i^|! gleichen Erfolg auch bei sogenannten Wärmeplatten verwendbar, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten wie Wärmerohre und sich von diesen praktisch nur durch eine andere Querschnittsform unterscheiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmerohr, bestehend aus einem dicht verschlossenen rohrförmigen Körper, der ein inneres Kapillarsystem in Form eines Metallfilzes enthält und zum Teil von einem verdampfbaren Medium gefüllt ist und ein wärmeaufnehmendes Ende und ein wärmeabgebendes Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarsystem (6) im Bereich des wärmeaufnehmenden Endes (2) und des wärmeabgebenden Endes (3) des Wärmerohres (1) aus einem Filz aus tingerichteten Metallwhiskern (F i g. 2) und zwischen diesen Enden aus parallel zueinander und zur Längserstreckung des Wärmerohres (1) ausgerichteten Metallwhiskern (Fig.3) oder metallisierten anorganischen Fäden besteht.

2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht der Whiskern oder Fäden aus einem der Metalle Nickel, Kupfer, Silber, Zink, Zinn, Cadmium, Aluminium, Chrom, Wolfram, Kobalt, Titan, Molybdän oder Legierungen dieser Metall besteht

3. Wärmerohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallwhisker in Form polykristalliner Metallwhisker an ihren Berührungsstellen miteinander und/oder mit der Wand des Wärmerohres (1) durch eine mittels thermischer Zersetzung einer Metallverbindung erzeugte Metallabscheidung verbunden sind.