DE3118030C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Wärmerohr-Heizeinrichtung zur Aufheizung des innerhalb des Wärmerohres befindlichen Wärmeträgers mit einer galvanisch getrennten Energiezufuhr.

Wärmerohre sind schon lange bekannt als Mittel zur nahezu verlust­ freien Wärmeübertragung. Es ist nach der DE 24 33 790 A1 auch bereits bekannt, als Heizeinrichtung für das Wärmerohr eine mit diesem zu einer Baueinheit verbundene elektrische Widerstandsheizung zu verwen­ den und so eine tauchsiederartige Anordnung zu bilden.

Obwohl diese elektrische Heizeinrichtung in Verbindung mit dem Wärme­ rohr als nahezu verlustloser und isothermer Wärmeübertrager gegenüber den herkömmlichen elektrischen Heizapparaten entscheidende Vorteile hat, weisen diese Heizeinrichtungen erhebliche Nachteile auf.

So ist wegen der zur Aufheizung bei den bekannten Anordnungen verwen­ deten hohen Spannung eine elektrische Isolation erforderlich, welche die Höhe der möglichen Heiztemperatur begrenzt. Die Wandstärke der er­ forderlichen elektrischen Isolation kann bei der Heizeinrichtung nach der DE 24 33 790 A1 zwar etwas schwächer als bei anderen bekannten Wärmerohrgeräten ausgeführt werden; sie stellt jedoch grundsätzlich einen zwischen elektrischem Leiter und aufzuheizendem Medium befind­ lichen Wärmeleitwiderstand dar, der einen Temperaturabfall bewirkt und außerdem aus werkstoffbedingten Gründen die Höhe der Heiztemperatur des elektrischen Leiters begrenzt.

Bei der bekannten Heizeinrichtung wird der Widerstandsdraht vorzugs­ weise als Heizspule mit mehreren Windungen ausgebildet, was aufgrund der erforderlichen Heizdrahtlänge kostspielig ist, so daß diese Heiz­ einrichtungen aufwendig und damit teuer sind.

Es ist ferner aus der DE 23 22 205 A1 eine Wärmerohr-Heizeinrichtung bekannt, bei welcher die elektrischen Mittel eine galvanische Trennung für die Energiezufuhr zum Wärmerohr hin aufweisen, indem die Wärmezu­ fuhr zur Heizzone mittels induktiver Erhitzung erfolgt.

Dabei ist das geschlossene Reservoir für das Wärmeübertragungsmedium in mehrere, wenigstens hauptsächlich parallel zur Rohrachse verlau­ fende und kranzförmig um den Heizraum liegende Kanäle unterteilt, wo­ bei diese Kanäle durch steife Wandteile voneinander getrennt sind. Die Rohre können dabei mittels induktiver Erhitzung, mittels Hochfrequenz- oder Mittelfrequenzgeneratoren aufgeheizt werden, was jedoch die Tren­ nung der parallelen Rohre verlangt und damit zu einer aufwendigen Kon­ struktion führt. Außerdem können bei induktiver Aufheizung nach dieser Druckschrift unzulässige Materialspannungen auftreten oder zur stören­ den Bildung eines elektromagnetischen Wechselfeldes im Heizraum füh­ ren. Gemäß dieser Druckschrift sind diese Nachteile nur durch eine sehr aufwendige konstruktive Ausgestaltung der Wärmerohr-Heizeinrich­ tung zu vermeiden.

Die Anordnung ist vorzugsweise für große Heizeinrichtungen wie Ofen verwendbar. Sie hat den Nachteil eines aufwendigen Aufbaues, denn die Heizeinrichtung (Wärmerohr) wird aus mehreren einzelnen Rohren gebil­ det, die unter Bildung eines Spaltes nebeneinanderliegen, da bei an­ einanderliegenden Rohren nur die äußeren Wandteile der Rohre für die Wärmeerzeugung benutzt werden würden. Damit ist aber ein Verlust im Wirkungsgrad verbunden. Außerdem bereitet bei dieser bekannten Ein­ richtung die Anpassung an die zur Wärmeübertragung vorgegebenen Bedin­ gungen Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung für ein Wärmerohr zur nahezu verlustlosen Wärmezufuhr mit großen Wärmestrom­ dichten an nur ein Ende des Wärmerohres aufzuzeigen, unter Vermeidung einer Isolation zwischen Wärmerohr und elektrischer Heizeinrichtung sowie mit einer galvanischen Trennung von stromaufnehmendem und wärmeerzeugendem Teil der Wärmerohr-Heizeinrichtung bei einfachem Auf­ bau der Einrichtung. Es soll ferner eine optimale Anpassung der Heiz­ einrichtung an vorgegebene Bedingungen möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches und der Nebenansprüche gelöst. Die Er­ findung kann in drei grundsätzliche Lösungsprinzipien entsprechend den Ansprüchen 1, 15 und 22 eingeteilt werden. Weitere zweckmäßige Ausge­ staltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.

• 1. Beheizung des Wärmeübertragungsmediums in dem Wärmerohr über die elektrische Widerstandsheizung der Sekundärwicklung eines Transfor­ mators (Fig. 1-12).
• 2. Beheizung des Wärmerohrs über durch Induktion erzeugte Wirbelströme (Fig. 13-18).
• 3. Beheizung des Wärmerohrs mittels elektromagnetischer Wellen (z. B. Mikrowellen, Infrarot, Laser etc.) (Fig. 19).

Die erfindungsgemäßen Heizeinrichtungen aller drei Lösungsprinzipien haben folgende Vorteile:
Dadurch, daß der elektrische Teil der Heizvorrichtung sich nur auf das eine Ende der Heizzone der Wärmerohr-Heizeinrichtung beschränkt (Wärmerohrendabschnitt), wird gegenüber den bekannten elektrischen Heizgeräten eine sehr kompakte und galvanisch getrennte Bauweise des elektrischen Teils erreicht, der außerhalb eines aufzuheizenden z. B. aggressiven Mediums bzw. außerhalb eines entsprechenden, explosions­ gefährdeten Raumes liegen kann.

Die Wärmeübertragungsflächen können hier wesentlich kleiner als bei den bekannten elektrischen Heizeinrichtungen ausgeführt werden, was kostensenkend wirkt.

Weil die elektrischen Isolierwerkstoffe im allgemeinen eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzen, entfällt mit dem elektrischen Isolator selbst sein relativ hoher Wärmeleitwiderstand, so daß der Wärmeträger im Wärmerohr und damit das aufzuheizende Medium jetzt auch diesbezüg­ lich wesentlich höhere Heiztemperaturen erreichen können. Diese hohe Heiztemperatur der elektrischen Wärmerohr-Heizvorrichtung wirkt dann wegen der isothermen Verhältnisse vorteilhaft auf der gesamten Heizoberfläche.

Diese genannten Vorteile gelten auch für die in den Neben- und Unteransprüchen genannten ausgestaltenden Merkmale.

Weitere Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung aufgezeigt.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeich­ nung vereinfacht und teilweise im Schnitt dargestellt und in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert.

Dabei zeigen die

Fig. 1-12 Beispiele mit galvanischer Trennung durch einen Transformator,

Fig. 13-18 Beispiele mit galvanischer Trennung durch einen Wechselstrommagneten,

Fig. 19 ein Beispiel mit Verbindung von Wärmerohren mit einer Heizvorrichtung nach einem Baukastensys­ tem unter Nutzung elektromagnetischer Wellen.

Für alle in den Fig. 1 bis 19 dargestellten Ausführungsbeispiele gilt, daß durch Zwischenschaltung eines Transformators in den Stromkreis zwischen Spannungsquelle und aufzuheizendem Wärmerohr bzw. durch Ein­ satz eines Generators die galvanische Trennung des Wärmerohrs vom Netz erfolgt, so daß bei entsprechender Auslegung die Vorschrift für den Berührungsschutz, auch ohne elektrische Isolation des Wärmerohrs, er­ füllt wird. So kann z. B. unter Verwendung von Wechselstrom die Span­ nung bzw. der Strom mittels eines Trafos transformiert werden, so daß mit einer Primärspule hoher Windungszahl, d. h. mit hoher Spannung und niedrigem Strom bei einer Sekundärspule mit niedriger Windungszahl entsprechend bei einer niedrigeren Spannung ein höherer Strom erzeugt werden kann. Wird diese Transformation entsprechend groß gewählt, so kann auf der Sekundärseite bei einer sehr niedrigen und damit elek­ trisch ungefährlichen Spannung ein sehr hoher Strom erzeugt werden. Eine solche Auslegung kann gleichzeitig hinsichtlich einer optimalen Anpassung von Heizvorrichtung und Wärmerohr hinsichtlich der an die Heizvorrichtung gestellten Forderungen erfolgen. Ferner ist bei den Ausführungsbeispielen in den Fig. 1 bis 12 zur Wärmeerzeugung die Sekundärspule des Trafos über einen Heizwiderstrand (z. B. schlechter elektrischer Leiter) abgeschlossen.

Bei dieser Widerstandsheizung dient die Heizzone des Wärmerohrs oder ein Teil davon als elektrischer Heizwiderstand, d. h. im Wärmerohr­ endabschnitt, so daß der Heizwiderstand unmittelbar mit dem Wärmeüber­ tragungsmedium des Wärmerohrs in Berührung kommt. Hierbei entfällt dann die elektrische Isolation des stromdurchflossenen Wärmerohrteils. Im günstigsten Fall kann der Wärmerohrendabschnitt selbst die Sekun­ därwicklung des Trafos darstellen.

Fig. 1 mit dem zugehörigen Schnitt E-E in Fig. 2 zeigt eine elektri­ sche Wärmerohr-Heizeinrichtung mit einem Transformator 1 mit einem ge­ schlossenen Eisenkern (Magnetkern) und einer Primärwicklung 2 und einer Sekundärwicklung 3. Die Primärwicklung 2 ist an eine Wechsel­ stromquelle 4 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 3 ist hier mit zwei Windungen dargestellt, was auf einen entsprechend hohen Strom schließen läßt, und ist über zwei Leiterplatten 5 unmittelbar mit dem Wärmerohrendabschnitt (A), nachfolgend "Heizzone A" genannt, des Wärmerohrs 6 verbunden. Die Leiterplatten 5 sind, wie aus dem Schnitt E-E in Fig. 2 ersichtlich, einander diagonal gegenüberliegend angeord­ net, so daß der Strom über das Material des Wärmerohrs 6 strömen muß. Durch die Wahl eines Materials mit hohem elektrischen Widerstand heizt sich das Wärmerohr 6 in dieser Heizzone A entsprechend stark auf. Da­ mit der Strom gleichmäßig über die Länge der Heizzone A des Wärmerohrs 6 eingeleitet wird, müssen die Leiterplatten 5 gute elektrische Leit­ fähigkeit besitzen.

Das in der Heizzone A verdampfende Wärmeübertragungsmedium gelangt in bekannter Weise in die Transportzone B und von dort in die Kondensa­ tionszone C, die mit Rippen 7 versehen ist. Das Wärmerohr 6 ist ferner im Bereich der Transportzone C mit einer Wärmeisolation 8 versehen.

Bei dem in der Fig. 3 mit dem zugehörigen Schnitt F-F in Fig. 4 darge­ stellten zweiten Ausführungsbeispiel dient der stirnseitige Boden 9 des Wärmerohrs 6 bei einer aufgeweiteten Heizzone A als Heizwider­ stand. Auf der Sekundärseite des Transformators 1 sind Wicklungen 3 vorgesehen, die - wie aus Fig. 4 erkennbar - für eine gute Wärmelei­ tung entsprechend verteilt mit dem Boden 9 des aufgeweiteten Wärme­ rohrs 6 verbunden ist. Der Boden 9 wird hier aus elektrisch leitendem Material ausgebildet und zur Erwärmung des Wärmeträgers in der Heiz­ zone A im Wärmerohr 6 aufgeheizt.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist über das Ende des Wärmerohrs 6 ein Becher 10 gestülpt, der der guten Wärme­ leitung wegen eng an dem Wärmerohr 6 anliegt und analog dem vorherigen Ausführungsbeispiel durch z. B. zwei Sekundärwicklungen 3 mit dem Eisenkern des Transformators 1 verbunden ist. Die Enden der Wicklungen 3 sind jeweils einerseits am Boden 9 des Bechers 10 und andererseits an dessen Rand 11 befestigt, um eine gleichmäßige Strom- und damit Wärmeverteilung zu erreichen. Diese Ausführung nach Fig. 5 kann alter­ nativ mit Abstrichen hinsichtlich einer gleichmäßigen Wärmeverteilung auch ohne Becher erfolgen, so daß die Wicklungen 3 in gleicher Weise aber direkt im Bereich der Heizzone A des Wärmerohrs 6 befestigt sind.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel dient die Heizzone A des Wärmerohrs 6 selbst als Sekundärwicklung (eine Win­ dung). Die Primärwicklung 2 sitzt auf einer elektrisch isolierten Hülse 12 und ist in einem becherförmigen Eisenkern 13 des Transforma­ tors 1 angeordnet, der über die Heizzone A des Wärmerohrs 6 gestülpt ist. Ein weiterer T-förmiger Eisenkern 14 des Transformators 1 liegt so koaxial innerhalb der Heizzone A des Wärmerohrs 6, daß über diesen und den Boden 9 bzw. den Umfangsabschnitten 15 des Wärmerohrs 6 der magnetische Fluß gewährleistet ist. Der scheibenförmige Kopf des T-förmigen Eisenkerns 14 muß so ausgelegt werden, daß ein Spalt 16 für den Kondensatrückstrom und den Dampfstrom auf der Innenseite des Wärmerohrs 6 verbleibt.

Für höhere Betriebstemperaturen des Wärmerohrs wird als T-förmiger Kern 14 anstelle eines Ferrits z. B. ein Stahlkern eingesetzt. Damit der Kern 14 jedoch magnetisch leitend bleibt, darf die Curietemperatur des Kern-Materials nicht überschritten werden.

Die Heizzone A des Wärmerohrs 6 als einzige Sekundärwicklung 3 des Trafos 1 stellt eine reine Widerstandsheizung dar, während der Magnet­ kern 14 selbst innerhalb des Wärmerohrs 6 durch Wirbelströme induktiv aufgeheizt wird; ebenfalls werden die Wärmerohrteile in den übergangs­ stellen zwischen T-förmigem Magnetkern 14 (mit Boden 9) und äußerem Becher 13 induktiv erhitzt. Damit wird das Wärmeübertragungsmedium innerhalb des entstandenen Wärmerohrringkanals sowohl über die Wand des Wärmerohrs 6 als auch über den T-förmigen Stahl-Magnetkern 14 auf­ geheizt; vorteilhaft muß dann auf den Oberflächen beider im Hinblick auf den aufzuheizenden Kondensatrückstrom eine Kapillarstruktur vorge­ sehen sein.

Alternativ kann der Magnetkern 14 - um einen guten Magnetfluß zu ge­ währleisten - über Durchbrüche durch den Wärmerohrboden und über z. B. 2 oder 4 armförmige Magneten am Umfang des Wärmerohrs einen geschlos­ senen Magnetkreis bilden. Dies ist jedoch aufwendig, insbesondere wegen der erforderlichen Dichtheit des Wärmerohrs.

Ähnlich wird bei dem in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsbei­ spiel verfahren. Der Magnetkern des Trafos 1 ist ähnlich wie bei den ersten drei Ausführungsbeispielen ringförmig ausgebildet, wobei auf einem Abschnitt 17 des Eisenkerns die Primärwicklung 2 angeordnet ist, während um den anderen Abschnitt 17a des Eisenkerns die Heizzone A des Wärmerohrs 6 als Sekundärspule 3 dient.

Bei dem in der Fig. 8 mit dem zugehörigen Schnitt G-G in Fig. 9 darge­ stellten sechsten Ausführungsbeispiel erfolgt die Aufheizung so wie bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel, mit dem Unter­ schied, daß die Heizzone A des Wärmerohrs 6 senkrecht auf einem Wärme­ rohrabschnitt 18 angeordnet ist, der als Transportzone B dient. Dies kann für die Herstellung eine wesentliche Vereinfachung bedeuten.

Fig. 10 mit dem zugehörigen Schnitt H-H in Fig. 11 zeigt ein zu Fig. 7 alternatives siebentes Lösungsbeispiel. Hier ist die Heizzone A des Wärmerohrs 6 als Ringkanal 19 ausgebildet, der eine Windung der Sekun­ därwicklung darstellt, und bei gut elektrisch leitendem Material ent­ sprechend stark aufgeheizt wird. Fig. 11 zeigt einen Schnitt H-H durch diesen Wärmerohr-Ringkanal 19 der Fig. 10. Der Vorteil dieser Anord­ nung ist, daß die vollständige thermische Trennung von Wärmerohr 6 und Eisenkern des Transformators 1 möglich ist.

Analog dem Ausführungsbeispiel in Fig. 8 und 9 wird im achten Beispiel der Fig. 12 mit zugehörigem Schnitt I-I in Fig. 12a ebenfalls die Heizzone A des Wärmerohrs 6 als Ringkanal 19 ausgebildet und als sol­ cher ist eine Windung der Sekundärwicklung des Eisenkerns des Trafos 1 entsprechend stark aufgeheizt.

Der Vorteil dieser Anordnung in Fig. 10 bis 12 ist, daß der ringför­ mige Eisenkern des Trafos 1 nicht durch den Dampfraum des Wärmerohrs 6 hindurch geführt werden muß, so daß das Wärmerohr 6 als abgeschlos­ senes System vorgefertigt werden kann und seitens der Abdichtung un­ problematisch ist. Auch unterbleibt somit eine Aufheizung des Eisen­ rings durch die Wärmeentwicklung in der Sekundärwicklung 3, d. h. Im Wärmerohr 6 selbst. Dabei wird Wärme sowohl am Innen- als auch am Außenmantel der ringförmig ausgebildeten Heizzone A des Wärmerohrs 6 erzeugt, so daß mit dieser Anordnung bei entsprechender Kapillarstruk­ tur an den Mantel- und Bodenflächen des Wärmerohrs 6 hohe Wärmeströme auftreten können.

Mit dieser Anordnung in Fig. 12 ist besonders einfach eine vollstän­ dige thermische Trennung des heißen Wärmerohrs 6 von dem ringförmigen Eisenkern des Trafos 1 möglich. Eine geringfügige Wärmeübertragung könnte noch durch eine zusätzliche Wärmeisolation 20 des gesamten wärmeerzeugenden Wärmrohrs 6 unterbunden werden. Ein Durchbruch durch das Wärmerohr 6 wird hier in Fig. 12 ganz vermieden. Fertigungstech­ nisch ließe sich diese Lösung besonders einfach realisieren. Der "Ringmagnet" läßt sich z. B. einfach aus geschachtelten U-T-Transfor­ matorenblechen oder aus Schnittband-Kernen oder, da er hier selbst nicht heiß wird, aus Ferrit-Kernen aufbauen.

Eine Möglichkeit über Induktion Wärme zu erzeugen und das Wärmerohr 6 direkt zu beheizen besteht in der Ausnutzung der bei Wechsel-Induktion entstehenden Wirbelströme. Bei den in den Fig. 13 bis 18 dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Heizzone A des Wärmerohrs 6 selbst durch Wirbelströme durchsetzt und damit direkt induktiv erwärmt. Dabei können auch die wärmeerzeugenden Wirbelströme unmittelbar das Wärme­ trägermedium aufheizen.

Ist der ohmsche Widerstand des Wärmerohrs 6 relativ klein, so werden in demselben schon hohe Ströme bzw. hohe Wärmeleistungen bei relativ niedriger Frequenz erreicht, wobei 50 Hz schon ausreichen. Ist jedoch der ohmsche Widerstand des wirbelstromdurchsetzten Abschnitts des Wärmerohrs 6 groß, so fließen nur relativ kleine Ströme. Ist bei einem bestimmten Werkstoff des Wärmerohrs 6 der ohmsche Widerstand groß, so können durch Zwischenschalten eines guten Leiters, wie beispielsweise Kupfer, in den Magnetfluß höhere Wärmeströme bei relativ niedrigen Frequenzen erreicht werden. Die dadurch entstehende große Wärmelei­ stung kann dann über gut wärmeleitende Materialien an das Wärmerohr abgeführt werden.

Bei dem in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der stirn­ seitige Boden 9 des Wärmerohrs 6 und evtl. wie gezeichnet die Heizzone A des Wärmerohrs 6 im Magnetfluß eines Elektromagneten 21, hier topf­ förmig dargestellt. Damit auch eine Aufheizung des im Magnetfluß lie­ genden Wärmerohrmantelabschnitts 22 erfolgt, muß konzentrisch im Wärmerohr 6 ein Kern 23 liegen, der sich im Falle eines Metalls eben­ falls erhitzt (ähnlich Beispiele in Fig. 6 und 16 bzw. 17). Eine Spule 24 ist an eine Wechselstromquelle 4 angeschlossen. Um hohe Wirbel­ ströme und damit große Wärme im Boden 9 und im anschließenden Wärme­ rohrmantelabschnitt 22 zu erzeugen, muß der spezifische Widerstand des Wärmerohrbodens 9, -kerns 23 und -mantels 22 klein sein, um die Fre­ quenzen niedrig zu halten. Ist der ohmsche Widerstand des Wärmerohr­ bodens 9 und -mantels 22 jedoch hoch, so kann vorteilhafterweise eine Scheibe 23 mit niedrigem spezifischem Widerstand in den Magnetfluß eingesetzt werden, die dann mit dem Boden 9 unmittelbar verbunden ist, so daß die in ihr erzeugte Wärme durch Wärmeleitung unmittelbar auf den Wärmerohrboden 9 übertragen wird. Bei dem in Fig. 14 mit zugehöri­ gem Schnitt K-K in Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispiel werden axial zur Heizzone A des Wärmerohrs 6 zwei oder mehrere Hufeisen­ magnete 26 über dem Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet, die über Spulen 25 erregt werden, deren Wicklungen für die Stromquelle 4 paral­ lel geschaltet sind. Hierdurch bilden sich längs des Mantels des Wärmerohrs 6, der möglichst mit magnetisch leitendem Material ausge­ führt werden sollte, Wirbelströme, die das Wärmerohr 6 in der Heizzone A aufheizen. Dies ist eine direkte induktive Beheizung des Wärmerohrs 6. Besteht jedoch das Wärmerohr 6 aus einem magnetisch schlecht lei­ tenden Material, so wird vorteilhaft eine Hülse (Ummantelung) aus magnetisch gut leitendem Werkstoff bei innigstem Berührungskontakt auf das Wärmerohr aufgebracht, zumindest im Bereich der Heizzone A, so daß die jetzt in der Hülse bzw. Ummantelung auftretende Wärme infolge Wirbelströme gut an das Wärmerohr 6 abgeleitet wird. Bezüglich der Frequenzen gilt das gleiche wie beim vorherigen Beispiel. Um eine mög­ lichst gleichmäßige Aufheizung zu erzielen, sind die Hufeisenmagneten 26 vorteilhafterweise auf gegenüberliegende Seiten des Wärmerohrs 6 gleichmäßig über dem Umfang verteilt angeordnet.

Bei dem in der Fig. 16 mit zugehörigem Detail in Fig. 17 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel ist die Heizzone A des Wärmerohrs 6 zwischen den Polen 27 einer hufeisenförmigen magnetisch leitenden Anordnung 26 eingebracht, und zwar derart, daß die Achse der Magnetspule 24 und da­ mit der Magnetfluß senkrecht zu der Achse des Wärmerohrs 6 steht. Hierdurch wird die gesamte Heizzone A des Wärmerohrs 6 von Wirbelströ­ men durchsetzt und damit direkt aufgeheizt. Um hohen Magnetfluß und damit hohe Wirbelströme im Wärmerohr 6 auch bei geringem Erregerauf­ wand zu erzielen, muß man jedoch den Luftspalt, d. h. den Innenraum des Wärmerohrs 6 verringern. Hierfür und zur optimalen Magnetflußfüh­ rung durch das Wärmerohr 6 wird in diesen Abschnitt des Wärmerohrs 6 ein Metallkern 28 eingesetzt, wobei für den Kondensatrückstrom und den Dampfstrom des Wärmeträgers im Wärmerohr ein ausreichender Ringspalt 29 verbleiben muß. Wird für den Metallkern 28 Stahl mit kleinem spezi­ fischem ohmschen Widerstand verwendet, so erhitzt sich dieser eben­ falls aufgrund der hohen Wirbelströme, so daß die Aufheizung des Kon­ densatrückstroms nicht nur über den Außen-, sondern auch zusätzlich über den Innenmantel des Ringspaltes 29 erfolgt. Wird der Metallkern 28 aus einem ferritischen Werkstoff ausgeführt, so wird die Wärme überwiegend nur im Mantel des Wärmerohrs 6 erzeugt. Falls das Wärme­ rohrmaterial nicht sonderlich für die Ausbildung großer Wirbelströme geeignet ist, kann es vorteilhaft mit einem Rohr aus einem geeigneten Werkstoff mit kleinem spezifischen ohmschen Widerstand bzw. mit guter magnetischer Leitfähigkeit, z. B. mit Kupfer ummantelt werden. Bei der Auslegung ist dafür zu sorgen, daß die magnetische Durchflutung und damit die Aufheizung des Wärmerohrs 6 möglichst gleichmäßig über den Wärmerohrumfang bzw. -querschnitt erfolgt (u. a. Wärmerohrdurchmesser größer als Polbreite zu wählen).

In Fig. 18 wird ein zur vorigen Ausführungsform alternatives Beispiel gezeigt, bei dem durch ein sehr abgeflachtes Wärmerohr 6 mit ange­ nähert rechteckigem Querschnitt eine gute gleichförmige Magnetflußfüh­ rung zwischen den Polen 27 der magnetisch leitenden Anordnung 26 durch den Wärmerohrmantel auch ohne Einsatz eines Metallkerns 28 im Wärme­ rohrinnern erzielt wird. Dies kann eine kostensparende Lösung sein.

Eine weitere Möglichkeit Wärme zu erzeugen und diese vorteilhaft an den Wärmeträger eines Wärmerohrs 6 weiterzugeben, besteht in der Ener­ gieübertragung bzw. Wärmeerzeugung mittels elektromagnetischer Wellen, wobei die Beheizung des Wärmerohrs 6 über eine schwarze Scheibe oder Ummantelung des Wärmerohrs mit anschließender Wärmeleitung zum Wärme­ rohr 6 erfolgen kann.

So können z. B. Mikrowellen erzeugt werden, die von metallischen Wän­ den reflektiert werden, hingegen alle nicht-metallischen Medien durch­ dringen. Treffen diese Mikrowellen auf Flüssigkeiten, so bringen sie die Moleküle in Bewegung. Die dadurch bewirkte Molekularreibung er­ hitzt die Flüssigkeit, d. h. hier direkt den Wärmeträger im Wärmerohr 6. Bei dem in Fig. 19 dargestellten Ausführungsbeispiel werden in einem Magnetron 30 Mikrowellen erzeugt, die unmittelbar auf das Wärme­ übertragungsmedium wirken und dort Molekularreibung und damit Wärme erzeugen. Das Magnetron 30 ist bei dem ausgeführten Beispiel am Boden 9 des Wärmerohrs 6 angeordnet, wobei der Mikrowellensender 33 unmit­ telbar in den Innenraum der Heizzone A des Wärmerohrs 6 ragt. Besteht der Wärmerohrboden 9 aus nicht-metallischem Werkstoff, z. B. aus Kera­ mik, so kann der Mikrowellensender auch außerhalb des Wärmerohrs 6 liegen, da die Mikrowellen den Wärmerohrboden 9 durchdringen.

Anstelle von Mikrowellen können auch andere elektromagnetische Wellen, z. B. Infrarotstrahlung, Laserstrahlen etc. für die Energieübertragung bzw. Wärmeerzeugung verwendet werden.

Natürlich sind auch andere Anordnungen bzw. Kombinationen für eine elektrische Wärmerohrheizeinrichtung denkbar, die ebenfalls im Sinne dieser erfindungsgemäß dargestellten Beispiele liegen.

Legende

 A Heizzone (Wärmerohrendabschnitt)
 B Transportzone
 C Kondensationszone
 1 Transformator
 2 Primärwicklung
 3 Sekundärwicklung
 4 Wechselstromquelle
 5 Leiterplatten
 6 Wärmerohr
 7 Rippen an der Kondensationszone
 8 Wärmeisolation
 9 stirnseitiger Boden des Wärmerohrs 6
10 Becher über der Heizzone A des Wärmerohrs 6
11 Rand des Bechers 10
12 elektrisch isolierte Hülse
13 Eisenkern, becherförmig
14 Eisenkern, T-förmig
15 Umfangsabschnitte des Wärmerohrs 6
16 Spalt auf der Innenseite des Wärmerohrs 6
17 Abschnitt des Eisenkerns des Trafo 1
17a anderer des Eisenkerns des Trafo 1
18 Wärmerohrabschnitt (Transportzone B)
19 Ringkanal (Wärmerohr)
20 Wärmeisolation
21 Elektromagnet
22 Wärmerohrmantelabschnitt
23 Kern
24 Spule
25 Spulen
26 Hufeisenmagnete
27 Pole des Hufeisenmagneten
28 Metallkern
29 Ringspalt
30 Magnetron
31 -
32 -
33 Mikrowellensender

Claims (28)

1. Elektrische Wärmerohr-Heizeinrichtung zur Aufheizung des innerhalb des Wärmerohres befindlichen Wärmeträgers mit einer galvanisch getrennten Energiezufuhr, dadurch gekennzeichnet, daß die galvani­ sche Trennung durch einen Transformator (1) erfolgt, dessen Sekun­ därteil mit dem wärmeaufnehmenden Wärmerohrendabschnitt (A) ver­ bunden ist (Fig. 1 bis 12).

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (3) auf einen elektrischen Heizwiderstand wirkt.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerohrendabschnitt (A) den elektrischen Heizwiderstand bildet.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizwiderstand in unmittelbarer Kontaktverbin­ dung mit dem Wärmerohrendabschnitt (A) steht.

5. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den elektrischen Heizwiderstand bildende Wärmerohrendabschnitt (A) zwischen zwei an der Wandung des Wärmerohrs (6) anliegenden Leiterplatten (5) angeordnet ist, an welchen die Enden der Sekun­ därwicklung (3) befestigt sind (Fig. 1, 2).

6. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den elektrischen Heizwiderstand bildende Wärmerohrendabschnitt (A) einen stirnseitig erweiterten Boden (9) aufweist, wobei die Enden der Sekundärwicklung (3) jeweils mit Abstand voneinander am Boden (9) befestigt sind (Fig. 3, 4).

7. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Heizwiderstand ein über den Wärmerohrendabschnitt (A) gezogener Becher (10) angeordnet ist, an dem mindestens ein Wick­ lungsdraht der Sekundärwicklung (3) befestigt ist, wobei ein Ende vorteilhaft am Becherboden (9) und das andere Ende am Becherrand (11) befestigt ist (Fig. 5).

8. Heizeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sekundärwicklungen (3) parallel geschaltet sind.

9. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerohrendabschnitt (A) selbst die Sekundärwicklung (3) des Transformators (1) bildet (Fig. 6 bis 12).

10. Heizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (2) koaxial zum Wärmerohrendabschnitt (A) angeord­ net ist und daß der Magneteisenkern (13) becherförmig über den Wärmerohrendabschnitt (A) gestülpt ist sowie als Kern (14) T-förmig mit einem Boden (9) konzentrisch in demselben verläuft (Fig. 6).

11. Heizeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magneteisenkern (13) außerhalb des Wärmerohrendabschnitts (A) über den Umfang verteilte Arme aufweist, die direkt über Durchbrüche im Wärmerohrmantel mit denen des innerhalb des Wärmerohrs (6) liegen­ den T-förmigen Kerns (14) verbunden sind.

12. Heizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (17) des Magneteisenkerns (16) koaxial zum Wärmerohr­ endabschnitt (A) verläuft, wobei der Wärmerohrendabschnitt (A) parallel oder senkrecht zur Wärmerohrachse angeordnet ist und der Abschnitt (17a) des Magneteisenkerns des Transformators (1) inner­ halb des Wärmerohrendabschnitts (A) oder innerhalb des Freiraumes eines vom Wärmerohrendabschnitt (A) gebildeten Ringraumes (19) angeordnet ist (Fig. 7 bis 12).

13. Heizeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ringraum (19) ausgebildete Wärmerohrendabschnitt (A) durch eine zusätzliche Wärmeisolation (20) gegenüber dem Magneteisenkern des Transformators (1) thermisch isoliert ist (Fig. 10 bis 12).

14. Heizeinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der koaxial angeordnete Abschnitt (17a) des Magneteisenkerns des Transformators (1) den quer am Wärmerohr (6) angeordneten Wärmerohrendabschnitt (A) vollständig durchläuft (Fig. 8 und 12).

15. Elektrische Wärmerohr-Heizeinrichtung zur Aufheizung des innerhalb des Wärmerohrs (6) befindlichen Wärmeträgers mit einer galvanisch getrennten Energiezufuhr, dadurch gekennzeichnet, daß die galvani­ sche Trennung durch einen Wechselstromelektromagnet (21) erfolgt, dessen magnetische Wechselinduktion zur Erzeugung von Wirbelströ­ men im wärmeaufnehmenden Wärmerohrendabschnitt (A) dient (Fig. 13 bis 18).

16. Heizeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnboden (9) des Wärmerohrs (6) und evtl. ein Abschnitt des Wärmerohrmantels, letzteres vorteilhaft bei Einlage eines konzen­ trischen Magnetkerns (23) innerhalb des Wärmerohrs (6) zur Magnet­ flußführung, im Magnetfluß eines topfförmigen Elektromagneten (21) angeordnet ist (Fig. 13).

17. Heizeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wirbelstromerhöhung in den Magnetfluß eine Scheibe (9) und/oder eine Rohrummantelung mit niedrigem spezifischen Widerstand ange­ ordnet ist, die direkt mit dem Wärmerohrendabschnitt (A) verbunden ist.

18. Heizeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß über den Wärmerohrumfang gleichmäßig verteilt zwei oder mehrere Huf­ eisenmagnete (26) angeordnet sind, welche axial längs des Wärme­ rohrmantels liegen, so daß im Wärmerohrmantel axiale Wirbelströme erzeugt werden (Fig. 14, 15).

19. Heizeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerohrendabschnitt (A) zwischen den Polen (27) eines Hufeisen­ magneten (26) angeordnet ist (Fig. 16).

20. Heizeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß - für eine optimale Magnetflußführung bzw. zur Verringerung der Spaltverluste - innerhalb des Wärmerohrendabschnitts (A) koaxial ein Kern (28) angeordnet ist, der vorteilhaft mit dem das Wärme­ rohr stirnseitig verschließenden Deckel (9) verbunden ist, wobei noch ein ausreichender Ringspalt (29) für den Kondensatrückstrom und den Dampfstrom verbleibt (Fig. 16, 17).

21. Heizeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerohrendabschnitt (A) flach ausgebildet ist und flach zwischen den eng beieinander liegenden Polen (27) des Magnetkreises (26) angeordnet ist (Fig. 18).

22. Elektrische Wärmerohr-Heizeinrichtung zur Aufheizung des innerhalb des Wärmerohrs befindlichen Wärmeträgers mit einer galvanisch ge­ trennten Energiezufuhr, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung durch elektromagnetische Wellen erfolgt.

23. Heizeinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung über ein Magnetron (30), das Mikrowellen erzeugt, die auf den Kondensatrückstrom des Wärmeträgers im Wärmerohr (6) tref­ fen und diesen aufheizen, erfolgt (Fig. 19).

24. Heizeinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetron (30) am stirnseitigen Ende des Wärmerohrs (6) angeordnet ist und daß ein Mikrowellensender (33) in das Wärmerohr ragt.

25. Heizeinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmerohrboden (9) oder -mantel (6) aus nicht-metallischem Mate­ rial, z. B. Keramik, besteht.

26. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Grenzwertüberwachung innerhalb des Wärme­ rohres (6) ein Temperaturfühler oder ein druckempfindliches Schaltelement am Wärmerohr (6) angebracht ist.

27. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Temperaturregelung ein Temperatursensor im auf­ zuheizenden Medium angeordnet ist.

28. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu einer einzigen bestimmten Heizeinrichtung nach Art eines Baukastensystems unterschiedliche, austauschbare Wärme­ rohreinsätze für unterschiedliche Verwendungszwecke vorgesehen sind, die mittels einer Steckverbindung mit der Heizvorrichtung verbindbar sind.