DE2753660A1

DE2753660A1 - Waermetransportsystem mit einer vorrichtung zur unterbrechung des waermetransportmittelrueckflusses

Info

Publication number: DE2753660A1
Application number: DE19772753660
Authority: DE
Inventors: George A A Dipl Ing Asselmann; Faramarz Dr Mahdjuri; Johann Dipl Chem Dr Schroefer
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1979-06-07
Also published as: EP0002305A1; JPS5485466A; US4254820A

Description

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PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, Steindamm 94, 2000 Hamburg 1

Wärmetransportsystem mit einer Vorrichtung zur Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses

Die Erfindung betrifft ein Wärmetransportsystem mit einem Verdampferbereich und einem räumlich höhergelegenen Kondensorbereich, die beide durch eine Leitung für das verdampfte Wärmetransportmittel miteinander verbunden sind, wobei in dem Rückflußweg für das kondensierte Wärmetransportmittel eine Vorrichtung zur Unterbrechung des Rückflusses vorgesehen ist.

Der Innendruck P„ eines derartigen Wärmetransportsystems ist durch den Dampfdruck des Wärmetransportmittels an der kältesten Stelle, d.h. im Kondensorbereich, bestimmt. Von der Temperatur des Kondensorbereiches hängt also der Innendruck des Wärmetransportsystems ab. Zur Vermeidung einer thermischen überlastung des Wärmetransportsystems und zur Erzielung einer vorgegebenen Höchsttemperatur T des Kondensorbereiches und damit der von diesem abzugebenden Wärme ist es in vielen Fällen erwünscht, die Kondensortemperatur T_R zu begrenzen.

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Danach soll die Kondensortemperatur T_K die vorgegebene Höchsttemperatur T nicht überschreiten, selbst wenn die Temperatur des Verdampferbereiches weit über diesen Wert steigt.

Zur Begrenzung der Kondensortemperatur eines Wärmetransportsystems ist es bekannt, den Dampfstrom des Wärmetransportmittels in der Leitung für das verdampfte Wärmetransportmittel durch ein dort eingebautes Ventil zu steuern und gegebenenfalls zu unterbrechen (US-PS 3 404 und 3 543 839). Hierbei nehmen aber der Druck und die Temperatur im Verdampferbereich unkontrolliert hohe Werte an. Dadurch neigen die Ventile zum Kleben und lassen sich nur mit großem Kraftaufwand betätigen. Eine zuverlässige Steuerungs- bzw. Regelungsfunktion ist hiermit praktisch kaum erreichbar. Außerdem ist es schwierig, Ventile für Gase dichtzuhalten.

Aus der FR-PS 989 715 ist ein Wärmetransportsystem bekannt, bei dem in die Rückflußleitung für das kondensierte Wärmetransportmittel ein von Hand zu betätigendes Ventil untergebracht ist. Hiermit läßt sich zwar der Rückfluß des kondensierten Wärmetransportmittels unterbrechen und damit eine Abkühlung des Kondensorbereiches erreichen, jedoch nicht eine vorgegebene konstante Höchsttemperatur des Kondensorbereiches erreichen.

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Bei einem ferner bekannten Wärmetransportsystem in Form eines Wärmerohres (US-PS 3 414 050) ist die Wand des Wärmerohres mit einer dochtartigen Kapillarstruktur versehen, die zum Flüssigkeitsrückfluß dient. Zur Unterbindung dieses Rückflusses läßt sich die Kapillarstruktur mit Hilfe eines außerhalb des Wärmerohres angebrachten Arbeitskolben unterbrechen. Ein derartiges System ist kompliziert und teuer und bedarf stets einer Kapillarwandung. Außerdem läßt sich auch hiermit nicht ohne weiteres eine konstante Höchsttemperatur des Kondensorbereiches erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetransportsystem mit einer Vorrichtung zur Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses die Temperatur des Kondensorbereiches auf einfache Weise auf einen praktisch konstanten Höchstwert durch eine selbsttätige Regelung zu begrenzen.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetransportsystem eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses im Kondensorbereich angeordnet ist und zur Freigabe des Rückflusses mit einem im System untergebrachten und dem Dampfdruck des Wärmetransportmittels ausgesetzten flexiblen Druckausdehnungsgefäß zusammenwirkt.

Je nach Kondensortemperatur und damit Je nach Innendruck des Wärmetransportsystems dehnt sich das Druckausdehnungs-

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gefäß mehr oder weniger aus und betätigt dabei die im Rückflußweg für das kondensierte Wärmetransportmittel untergebrachte Vorrichtung, wodurch der Wärmetransportmittelrückfluß entweder unterbrochen oder freigegeben wird. Bei Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses sammelt sich das kondensierte Wärmetransportmittel oberhalb der Unterbrechungsvorrichtung. Da zwischen dieser Stelle und dem Kondensor weiterhin ein Wärmetransport durch Verdampfung und Kondensation des Wärmetransportmittels erfolgen kann, soll die Unterbrechungsvorrichtung für den Wärmetransportmittelrückfluß im Kondensorbereich liegen. Hierdurch findet zwar bei Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses innerhalb des Kondensorbereiches ein ständiger Temperaturausgleich statt, der Wärmetransport vom Verdampferbereich zum Kondensorbereich ist jedoch unterbrochen, wodurch dem Kondensorbereich keine weitere Wärme zugeführt wird, so daß er abkühlen kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Wärmetransportsystems nach der Erfindung sind Verdampferbereich und Kondensorbereich Teile eines geschlossenen Wärmerohres, in welchem die Vorrichtung zur Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses und das mit ihr zusammenwirkende Druckausdehnungsgefäß untergebracht sind, wobei die Verdampferund Kondensorbereiche durch eine die Unterbrechungsvorrichtung überbrückende Druckausgleichsleitung miteinander verbunden sind.

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Vorzugsweise entspricht der Innendruck P des Druckausdehnungsgefäßes im entlasteten Zustand dem durch eine vorgegebene Höchsttemperatur T_Q des Kondensorbereiches erzielbaren Dampfdruck P des Wärmetransportmittels.

Zweckmäßig ist die Vorrichtung zur Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses ein Ventil, dessen Ventilkörper mit dem Druckausdehnungsgefäß verbunden ist. Das Druckausdehnungsgefäß kann als gasgefüllter Faltenbalg ausgebildet sein. Es ist auch möglich, im Druckausdehnungsgefäß eine mechanische Feder unterzubringen, wobei man das Gefäß entweder evakuiert oder mit Gas von definiertem Druck füllt. Der Innendruck P des Druckausdehnungsgefäßes entspricht dem in ihm herrschenden Gasdruck plus eventueller Federkräfte o.dgl.

•Nunmehr wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein als Wärmerohr ausgebildetes Wärmetransportsystem nach der Erfindung mit einem offenen Ventil für den Wärmetransportmittelrückfluß.

In Flg. 2 ist das Wärmerohr nach Fig. 1 mit geschlossenem Ventil dargestellt.

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Ein geschlossenes V.'ärmerohr 1 weist in seinem unteren Teil einen Verdampferbereich 2 auf; sein oberer Teil ist als Kondensorbereich 3 ausgebildet und auf der Außenseite mit einer Anzahl flanschartiger Wärmeaustauscher 4 versehen. Im Wärmerohr 1 befindet sich ein im kalten Zustand flüssiges Wärmetransportmittel 5, z.B. Wasser, Ammoniak, niedere Alkohole und Paraffine sowie Freone, das sich normalerweise im Verdampferbereich 2 sammelt. Wird der Verdampferbereich 2 von außen erhitzt, erwärmt sich das Wärmetransportmittel 5 und steigt in Form von Dampf 6 nach oben in den Kondensorbereich 3, wo es kondensiert und damit seine Verdampfungswärme an die Wärmeaustauscher 4 abgibt, wonach es in flüssiger Form 14 wieder in den Verdampferbereich 2 zurückfließt.

Im Kondensorbereich 3 des Wärmerohres 1 ist ein Ventil 7 untergebracht, dessen Ventilsitz 8 an der Innenwandung des Wärmerohres 1 befestigt und dessen Ventilkörper 9 mit einem ebenfalls im Wärmerohr 1 untergebrachten Druckausdehnungsgefäß 10 verbunden ist. Dieses Druckausdehnungsgefäß 10 ist als gasgefüllter Faltenbalg ausgebildet, der über Stützen am Wärmerohr 1 befestigt ist. Sein Innendruck P im entlasteten Zustand entspricht dem durch die vorgegebene Höchsttemperatur T des Kondensorbereiches 3 erzielbaren Dampfdruck P des Wärmetransportmittels 5. Der Verdampferbereich 2 und der Kondensorbereich 3 stehen durch eine das Ventil 7 überbrückende Druckausgleichsleitung 12 miteinander in Verbindung.

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Im Betriebszustand ist das Y/ärmerohr 1 derart angeordnet, daß der Kondensorbereich 3 räumlich höher als der Verdampferbereich 2 liegt. Bei offenem Ventil 7 (Fig. 1) sammelt sich dann das flüssige Wärmetransportmittel 5 unten im Verdampferbereich 2. Wenn der Verdampferbereich 2 erwärmt wird, entsteht ein Kreislauf von Wärmetransportmitteldampf 6, der im Kondensorbereich 3 kondensiert, und flüssigem Wärmetransportmittel 5t das aufgrund der Schwerkraft wieder in den Verdampferbereich 2 zurückfließt. Hierbei gibt der Dampf 6 seine V/ärme im Kondensorbereich 2 an die Wärmeaustauscher 4 ab, wo sie für Nutzzwecke verwendet werden kann. Ist die Kondensortemperatur T_R kleiner als die vorgegebene Kondensor-Höchsttemperatur T , so ist der Druck P^ im Wärmerohr 1 kleiner als der der Temperatur T entsprechende Dampfdruck P des V/ärmetransportmitteis 5 (Pu = P_Qt wenn T₁, = Τ_Λ). In diesem Fall ist der Innendruck P des Falten-

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balges 10 größer als P^, so daß das Ventil 7 durch den Faltenbalg offengehalten wird.

Erreicht oder überschreitet die Kondensortemperatur Tj, den Wert von T , so ist der Dampfdruck im Wärmerohr P_H = P_Q. Durch diesen Überdruck wird der Faltenbalg 10 zusammengedrückt, wobei er den Ventilkörper 9 mitnimmt, so daß das Ventil 7 schließt (Fig. 2). Nunmehr wird das Wärmetransportmittel, das im Verdampferbereich 2 verdampft, durch die Druckausgleichsleitung 12 in den Kondensorbereich 3 gelangen und nach seiner Verflüssigung im Raum 13 oberhalb des ge-

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schlossenen Ventils 7 gesammelt. Der Rückfluß des kondensierten Wärmetransportmittels 5 in den Verdampferbereich 2 und folglich auch der weitere Wärmetransport v/erden auf diese V/eise unterbunden, so daß sich die Kondensortemperatur Tj, verringert. Sinkt diese Temperatur T„ unterhalb von T , wird das Ventil 7 durch den Innendruck P des Faltenbalges 10 geöffnet, so daß das flüssige Wärmetransportmittel 5 wieder in den Verdampferbereich 2 gelangen kann, bis T„ wiederum gleich T wird. Das durch den Faltenbalg druckgesteuerte Ventil 7 arbeitet somit selbsttätig und bewirkt eine praktisch konstante Kondensortemperatur T .

Das Wärmerohr 1 kann gegebenenfalls im Inneren eine Kapillarstruktur aufweisen, welche zum Rücktransport des kondensierten Wärmetransportmittels dient. Diese Kapillarstruktur muß aber im Bereich des Ventils 7 unterbrochen sein, d.h. sie darf nur oberhalb und/oder unterhalb des Ventils vorhanden sein.

Das beschriebene Wärmerohr läßt sich günstig anwenden bei Sonnenkollektoren und bei Warmwasserspeichern mit zwei getrennten Speichertanks, wobei in beiden Fällen eine Erwärmung des mit den Wärmeaustauschern A in Verbindung stehenden Heizmittels über eine vorgegebene Höchsttemperatur T hinaus vermieden wird.

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Claims

PHILIPS PATEHTVERWALTUNG GMBH, Steindamin 94, 2000 Hamburg Hamburg 1 Patentansprüche:

1./ Wärmetransportsystem mit einem Verdampferbereich und einem räumlich höhergelegenen Kondensorbereich, die beide durch eine Leitung für das verdampfte Wärmetransportmittel miteinander verbunden sind, wobei in df.m Rückflußweg für das kondensierte Wärmetransportmittel eine Vorrichtung zur Unterbrechung des Rückflusses vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (7) zur Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses im Kondensorbereich (3) angeordnet ist und zur Freigabe des Rückflusses mit einem im System (1) untergebrachten und dem Dampfdruck des Wärmetransportmittels (5) ausgesetzten flexiblen Druckausdehnungsgefäß (10) zusammenwirkt.

2. Wärmetransportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verdampferbereich (2) und Kondensorbereich (3) Teile eines geschlossenen Wärmerohres (1) sind, in welchem die Vorrichtung (7) zur Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses und das mit ihr zusammenwirkende Druckausdehnungsgefäß (10) untergebracht sind, wobei die Ver-

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dämpfer- und Kondensorbereiche durch eine die Unterbrechungsvorrichtung überbrückende Druckausgleichsleitung (12) miteinander verbunden sind.

3. Wärmetransportsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck (P) des Druckausdehnungügefäßes (10) im entlasteten Zustand den durch eine vorgegebene Höchsttemperatur (T ) des Kondensorbereiches (3) erzielbaren Dampfdruck (P_Q) des Wärmetransportmittels (5) entspricht.

4. Wärmetransport sy st em nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Unterbrechung des Wärmetransportmittelrückflusses ein Ventil (7) ist, dessen Ventilkörper (9) mit dem Druckausdehnungsgefäß (10) verbunden ist.

5. Wärmetransportsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausdehnungsgefäß als gasgefüllter Faltenbalg (10) ausgebildet ist.

6. Wärmetransportsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckausdehnungsgefäß (10) eine mechanische Feder untergebracht ist.

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