WO1998033031A1 - Wärmerohr und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

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WO1998033031A1
WO1998033031A1 PCT/EP1998/000308 EP9800308W WO9833031A1 WO 1998033031 A1 WO1998033031 A1 WO 1998033031A1 EP 9800308 W EP9800308 W EP 9800308W WO 9833031 A1 WO9833031 A1 WO 9833031A1
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capillary
layer
heat pipe
powder particles
housing
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PCT/EP1998/000308
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Inventor
Rudolf Henne
Doerte Laing
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49353—Heat pipe device making

Definitions

  • the invention relates to a heat pipe for transporting heat from an evaporation area to a condensation area, comprising a housing with housing walls, a capillary structure arranged in the housing and thermally coupled in the evaporation area and in the condensation area in each case with the corresponding housing wall, a capillary structure arranged in the housing and from the evaporation area steam conduit leading to the condensation area and a heat transport medium.
  • Such heat pipes are known from the prior art, in these a structure made of metallic nets, felt or wire mesh is usually used as the capillary structure, the production being complex and expensive because of a large number of manual spot welds, a firm and close contact must exist between the capillary structure and the heat pipe wall.
  • the invention is therefore based on the object of providing a heat pipe with a capillary structure which is as simple to manufacture and permanently usable as possible and to provide a method for producing such a heat pipe.
  • This object is achieved according to the invention in a heat pipe of the type described at the outset in that the capillary structure is an open-pore capillary layer produced by thermal plasma spraying of powder particles.
  • thermal plasma spraying represents a simple possibility of producing open-pore capillary layers from powder particles quickly and with high outputs, the porosity of the capillary layer being able to be defined in a defined manner by suitable operating parameters during plasma spraying.
  • the capillary layer can be made from a wide variety of materials.
  • An advantageous exemplary embodiment provides that the capillary layer is made from powder particles made of a metallic starting material, it being possible here not only to use pure metals but also to use any type of alloy.
  • refractory metal or nickel or nickel-based alloys can be used for high-temperature applications, preferably above 1000 ° Celsius, while brass, bronze or aluminum can be used, for example, in the room temperature range.
  • the capillary layer is made from powder particles made of ceramic starting material, whereby any type of ceramic material can be used.
  • An important boundary condition for all materials for the production of the capillary layer is that they are inert to the respective heat transfer medium.
  • a particularly advantageous structure of the capillary layer is present if it has powder particles which are connected to one another by surface melting and the melting layer which forms and runs over adjacent powder particles. This means that the powder particles are only connected to one another to form a solid layer, that they are melted on the surface and have an enamel layer which extends at least over part of their surface, which in turn ensures that a kind of partial " Coating "for neighboring powder particles is created and this" coating "then holds the powder particles together in the capillary layer itself.
  • a particularly favorable concept provides that the powder particles in the capillary layer below the melt layer each have an unchanged crystal structure compared to the state before plasma spraying.
  • This solution has the great advantage that the crystal structure in the powder particles, with the exception of the melt layer, does not undergo any change, and thus the formation of undesired structures or compounds does not occur, so that such capillary layers have a long service life with high mechanical stability.
  • Such a composite of powder particles melted on the surface can be realized with homogeneously constructed powder particles, with the extent or degree of melting of the particles being able to be defined in plasma spraying by setting the parameters.
  • the powder particles are constructed as particles with a melting point varying from the inside to the outside, the melting point preferably decreasing from the inside to the outside.
  • the particles are constructed from a core and a shell or are also formed as multi-shell particles, for example at least two-shell particles, the core and shell or the plurality of shells being constructed from materials with different melting points, preferably such that the melting point is one outer shell is lower than that of one of the inner shells or the core, the melting points preferably decreasing gradually from the inside to the outside.
  • the size of the powder particles was not further defined in the exemplary embodiments described so far.
  • a particularly advantageous exemplary embodiment provides that the Powder particles have a particle size of approximately 30 ⁇ m to approximately 300 ⁇ m. It is even more advantageous if the powder particles have a particle size of approximately 50 ⁇ m to approximately 200 ⁇ m.
  • the pore size was not defined in connection with the previous explanation of the individual exemplary embodiments.
  • An advantageous exemplary embodiment provides that the capillary layer has pores with an adjusted mean size in the range between approximately 10 ⁇ m and approximately 1000 ⁇ m. It is even more advantageous to form a capillary layer which has pores with an average size in the range between approximately 50 ⁇ m to approximately 300 ⁇ m.
  • the pore size could be subject to considerable fluctuations only in this medium pore size.
  • the smallest value and the largest value of the pore size differ in a volume range by a maximum of a factor of approximately two, i.e. e.g. the smallest value is a maximum of approximately half of the largest value.
  • Such an adhesive layer offers particularly great advantages if it is made from the same powder material as the capillary layer.
  • the adhesive layer itself need not be porous.
  • the adhesive layer is preferably designed as a continuous layer, which in particular has a lower porosity than the capillary layer or even no porosity at all.
  • An advantageous solution provides for the adhesive layer to have a thickness of more than approximately 10 ⁇ m.
  • powder particles with an average size in .mu.m are used to produce the adhesive layer using plasma spraying
  • the capillary layer has a pore size that changes in a predetermined direction, whereby the pore size can either change in steps, or even better, a continuous change is provided is.
  • a varying pore size provides that the pore size in the condensation area is larger than in the evaporation area and continuously decreases from the condensation area to the evaporation area.
  • a further possibility of using a varying pore size provides that the pore size of the capillary layer becomes smaller from one housing side in the direction of a steam channel side, in order on the one hand to have low flow losses on the housing side and to obtain a high capillary force on the steam channel side of the capillary layer.
  • the capillary layer has a defined average pore size directly to this when using an adhesive layer.
  • a particularly favorable solution provides, however, that the capillary layer has increasingly smaller pores starting from the adhesive layer. This means that the porosity of the capillary layer has a gradient from the adhesive layer to increasingly smaller pores, so that the largest pores of the capillary layer are close to the adhesive layer and the finest pores in a region of the capillary layer facing the steam channel.
  • an advantageous exemplary embodiment provides that the capillary layer is part of an insert inserted into the housing of the heat pipe.
  • Such an insert can be produced outside the housing by plasma spraying and then advantageously inserted into the housing and brought into connection with it.
  • the housing comprising the capillary structure is composed of at least two parts and that at least one of the parts is provided with the capillary layer on the inside, in the simplest case this part or both parts being coated on the inside.
  • Such a part can be produced in a particularly simple manner by directly coating the part on the inside with the capillary layer.
  • the parts are preferably connected to one another by joining, in particular welding.
  • the respective facing capillary layers are in capillary contact with one another via so-called arteries designed as a capillary structure.
  • These arteries are preferably held on one of the capillary layers.
  • the arteries are made from conventional flexible mesh or felt-like materials suitable for capillary structures.
  • a particularly adapted to the manufacturing technique of the solution according to the invention provides that the arteries are integrally formed on one of the facing capillary layers and rest in the assembled state of the heat pipe on the other capillary layer with capillary contact.
  • the object of the invention is further achieved in a method for producing a heat pipe for transporting heat from an evaporation area to a condensation area, comprising a housing with housing walls, a capillary structure arranged in the housing and thermally coupled in the evaporation area and in the condensation area with the corresponding housing wall arranged in the housing and leading from the evaporation area to the condensation area and a heat transport medium, according to the invention solved in that the capillary structure is produced by thermal plasma spraying of powder particles as an open-pore capillary layer.
  • the thermal plasma spraying is an HF plasma spraying.
  • HF plasma spraying can be seen in particular in the fact that an HF plasma torch works without electrodes, so that no contamination by electrode erosion can occur.
  • an HF plasma torch has the advantage that a relatively voluminous plasma occurs due to the high-frequency coupling, and thus a large melting range is available, in particular to also melt large particles, which is necessary in the solution according to the invention if an open-pore capillary layer is to be produced.
  • HF plasma spraying has the advantage that the plasma flow and also the powder particle speeds are low in comparison to DC plasma spraying, so that a relatively long residence time of the powder particles in the hot plasma area can be achieved, which is also advantageous when large particles are melted affects.
  • plasma spraying has the great advantage that a defined porosity of the capillary layer, in particular a defined average pore size, can be set by setting the individual parameters of the HF plasma torch.
  • a particularly favorable procedure provides that the plasma spraying is carried out in such a way that the powder particles are melted on the surface, so that a melting layer is formed in the capillary layer, which extends over several powder particles and which holds the powder particles together in the solidified state.
  • the plasma spraying is carried out in such a way that the powder particles below the melt layer have a crystal structure which corresponds to that of the powder particles before the plasma spraying.
  • HF plasma spraying opens up the possibility of using powder particles with a material composition that is essentially homogeneous across their cross-section, since the extent of the surface melting of the powder particles can be adjusted with suitable parameters.
  • the melting of the powder particles can be specified even more advantageously if they are made of material with a melting point that varies over the diameter, the melting point preferably decreasing from the inside to the outside. In the simplest case, this can be achieved with particles having a multi-layer or multi-layer structure, the volume of the material to be melted and the volume of the unmelted core being able to be determined by a stepwise course of the melting point, preferably a stepwise decrease in the melting point from the inside out that the pore size can also be determined thereby.
  • powder particles for plasma spraying No details have so far been given regarding the size of the powder particles for plasma spraying.
  • An advantageous solution provides that powder particles with an average particle size of between approximately
  • 3 ⁇ m and approximately 300 ⁇ m can be used.
  • An average particle size between approximately 50 ⁇ m and approximately 200 ⁇ m is preferably used.
  • capillary layer could be applied directly to the carrier.
  • the plasma spraying which is used in any case for the production of the capillary layer now makes it possible in a particularly simple manner to use an adhesive layer for the capillary layer before applying it to a carrier Apply plasma spraying.
  • Such an adhesive layer has the advantage that, on the one hand, there is good mechanical contact between the capillary layer and the carrier and, on the other hand, there is also good thermal contact, so that a high mechanical and durable connection between the capillary layer and the carrier is obtainable.
  • the adhesive layer can in principle be made of a material that differs from the material of the capillary layer.
  • a particularly favorable solution provides that the adhesive layer is made from the same powder material as the capillary layer.
  • the adhesive layer also has to meet other requirements with regard to porosity.
  • the adhesive layer can be formed as a porous layer, but it does not necessarily have to be formed as a porous layer. It is particularly advantageous if the adhesive layer is produced, for example, as a continuous layer and thus forms an additional protective layer between the housing and the capillary layer and thus also protects the material of the housing against reactions with the heat transfer medium, which is particularly advantageous, if the heat pipes are used at high temperatures and, on the other hand, allows materials to be used for the housing that would not be usable if there was direct contact between the housing and the heat transfer medium, for example due to corrosion or other chemical reactions.
  • the adhesive layer is produced with a thickness of more than approximately 10 ⁇ m.
  • the adhesive layer is produced from powder particles of an average size between approximately 5 ⁇ m and approximately 50 ⁇ m.
  • the method according to the invention is particularly suitable for producing a capillary layer with an average pore size that changes in a predetermined direction in order to improve the effect of the capillary layer in the heat pipe, as already described.
  • the capillary layer is produced starting from the adhesive layer with an increasingly smaller average pore size, and thus a gradient is created within the capillary layer that cannot be produced more easily and efficiently than with plasma spraying , because - as already stated - the pore size can be adjusted by varying the operating parameters during plasma spraying.
  • Such a capillary layer forming part of an insert can be produced in a simple manner, for example, by applying the capillary layer to a shaped body provided with release agent by plasma spraying and after solidification for insertion into the housing is removed from the latter.
  • a capillary layer representing a molded body can thus be produced in a simple manner by thermal plasma spraying.
  • the housing comprising the capillary structure is composed of at least two parts, at least one of which is provided on the inside with the capillary layer, in the simplest case internally coated.
  • the two parts of the housing can be connected to one another in a simple manner by any type of joining, for example welding, to form a closed housing.
  • the capillary layer In connection with the processes for producing the heat pipes described so far, it has not been discussed how the steam channels are produced.
  • the capillary layer it is conceivable for the capillary layer to be tubular, so that it automatically encloses a steam channel lying inside the tube.
  • the capillary layer should preferably be provided separately with at least one, preferably a plurality of steam channels.
  • capillary layer is provided with a steam channel by partially removing it.
  • a steam channel by partially removing it.
  • capillary layer is provided with a steam by injection molding around a detachable body.
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through a first
  • Fig. 3 shows a section along line 3-3 through
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the production of a capillary layer according to the invention by means of an HF plasma torch
  • Fig. 5 is a schematically shown microscopic
  • Fig. 7 shows a schematic microscopic
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of the production of an insert comprising a capillary layer according to the invention
  • FIG. 9 shows a cross section through a second exemplary embodiment of a heat pipe according to the invention.
  • Fig. 10 shows a variant of the second
  • Fig. 11 is a schematic representation of a third
  • Fig. 12 is a section along line 12-12 in Fig. 11;
  • FIG. 13 shows a half-sided cross section through a fourth exemplary embodiment of a heat pipe according to the invention.
  • Fig. 14 is a section along line 14-14 in Fig. 13; 15 shows a schematic partial illustration of a method for producing the capillary layer with arteries of the fourth exemplary embodiment;
  • FIG. 16 is a half-sided cross section through a fifth embodiment of a heat pipe according to the invention.
  • FIG. 17 shows a section along line 17-17 in FIG. 16.
  • a heat pipe designated as a whole in FIG. 1 comprises a housing 12, for example designed as an elongated cylinder, with cylinder walls 14 and end walls 16 and 18.
  • a capillary structure designated as a whole with 20, is provided, which at least in one Evaporation area 22 and in a condensation area 24 is connected to a corresponding housing area 26 or 28 in good thermal contact.
  • the supply of heat to the housing region 26 surrounding the evaporation region 22 leads to the evaporation of a heat transfer medium held by the capillary structure 20 in the evaporation region 22 by capillary forces, with the formation of a steam stream 30 which flows in a steam channel 32 enclosed by the capillary structure 20 to the condensation region 24 and below there Release of heat to the housing region 28 surrounding the condensation region 24 is condensed out again in the capillary structure 20.
  • the capillary structure 20 is now able to transport the condensing heat transfer medium to the evaporation region 22 by means of capillary forces.
  • the capillary structure 20 is formed by an insert 40 which is inserted into the housing 12 such that an outer side 42 of the insert is in thermal contact with an inner side 44 of the cylinder walls 14 is present.
  • end walls 16 and 18 are also provided on their inner side with a capillary structure 46 and 48, which is in contact with the capillary structure 20 of the insert 14 when the end walls 16 and 18 are placed on the cylinder walls 14, so that a capillary effect also via the Capillary structures 46 and 48 with the insert 40 is given.
  • Both the capillary structure of the insert 40 and the capillary structures 46 and 48 are produced in the form of a capillary layer 50 by thermal high-frequency plasma spraying using a high-frequency plasma torch 60, shown in FIG. 4.
  • the high-frequency plasma torch 60 comprises a gas distributor head 62, which is penetrated by a powder feed pipe 64. A stream 66 of powder particles and a carrier gas is fed through the powder feed pipe.
  • the powder feed pipe 64 is surrounded by an intermediate pipe 68 which is surrounded by the gas distributor head 62 and through which a stream 70 of central gas is fed in order to form the plasma and to stabilize the discharge. Furthermore, a stream 74 of protective gas is fed between the intermediate tube 68 and an outer tube 72 and cools an inner side 76 of the outer tube 72.
  • the outer tube 72 is also surrounded in the region of a mouth opening 78 of the powder feed tube by an RF coil 80 which is connected to an RF generator.
  • This RF coil 80 couples high frequency to generate a plasma cylinder in the region of the orifice 78 of the powder feed tube 64, and due to the skin effect in the stream 70 of the central gas to form the plasma, energy is coupled in only in an outer layer thereof due to induced eddy currents he follows.
  • the frequency at which the RF coil 80 is fed is in the range from approximately 100 kHz to a few MHz, with plasma temperatures of around 10,000 K being achieved with conventional geometry.
  • An output nozzle 82 of the HF plasma torch 60 is then provided downstream of the HF coil 80, which is only indicated schematically and serves to set a pressure between a burner interior 84 surrounded by the HF coil and a free jet area 86 of a plasma beam 88 that is being formed to make.
  • a capillary layer 50 produced with such an HF plasma torch 60 has, as shown in FIG.
  • the thermal HF plasma spraying it is particularly advantageously possible, on the one hand, to melt the powder particles on the surface and thus to create the outer melting layer 102 from the same material from which the powder particles 100 are made, which is able to in the capillary layer 50 to connect the powder particles 100 together.
  • the powder particles 100 themselves are retained and, with the exception of their melt layer 102, have a crystal structure that has not changed compared to plasma spraying.
  • the advantage of thermal HF plasma spraying is that the melt layer 102 is in the molten state only in the millisecond range and then quickly in the capillary layer 50 itself due to the cooling passes into solidification, so that there is no danger of scaling. It also prevents the risk of chemical reactions and diffusions and thus the formation of disadvantageous phases and coarse structures.
  • the porosity can be adjusted via the size of the powder particles and the degree of surface melting thereof.
  • the porosity and the capillary structure of the capillary layer can be determined in particular via the burner operating parameters, such as the amount of central gas and its composition, coupled RF power, pressure in the burner interior 84 of the HF plasma torch 60, and in the free jet area 86 of the plasma jet 88, the distance between the capillary layer to be built up 50 and the outlet nozzle and the size of the powder particles that are supplied with the stream 66.
  • the burner operating parameters such as the amount of central gas and its composition, coupled RF power, pressure in the burner interior 84 of the HF plasma torch 60, and in the free jet area 86 of the plasma jet 88, the distance between the capillary layer to be built up 50 and the outlet nozzle and the size of the powder particles that are supplied with the stream 66.
  • a capillary layer according to the invention can be produced even more advantageously if the powder particles 100 'are composed of a core 101a and a shell 101b (FIG. 6), the shell 101b being made of a material whose melting point is lower than that of the core 101a, so that the parameters during plasma spraying can be selected such that the material of the shell 101b essentially melts and forms the melting layer 102 ', but the material of the core 101a remains unmelted and thus the size of the pores 104 via the volume ratio of shell 101b to core 101a '
  • the capillary structure is definable (Fig. 7).
  • the insert 40 is produced, as shown in FIG. 8, by spraying the capillary layer 50 onto a mandrel 110 with a cylindrical outer surface 112, to which a release agent 114 is applied.
  • the capillary layer 50 which is applied over the entire circumference of the mandrel 110 and has approximately the same thickness, thus forms a cylindrical part which, due to the release agent 114, can be pulled off the mandrel 110 and inserted as an insert 40 into the cylinder walls 14.
  • the required dimension of the outside 42 of the insert 40 is largely determined by the thickness of the applied capillary layer and, if necessary, also shaped by mechanical finishing so that the insert 40 bears on the inside 44 of the cylinder walls 14 with good thermal contact.
  • a heat pipe shown in FIG. 1 can also be produced in that, as shown in FIG. 9, the housing 12 consists of two cylinder halves 120 and 122 is produced, wherein these cylinder halves 120 and 122 can be assembled in such a way that a joining plane 124 is formed which extends through the longitudinal axis 116 of the housing.
  • These two cylinder halves 120 and 122 can be provided with the capillary layer 50 in a simple manner by thermal HF plasma spraying on their inner sides 126 and 128 before they are formed to form the joining plane 124.
  • the capillary layer 50 can, as shown in FIG. 7, be sprayed directly onto the inner sides 126 and 128 of the cylinder halves 120, 122.
  • An advantageous variant of the second exemplary embodiment provides, as shown in FIG. 10, that an adhesive layer 130 is first applied to the respective inner side, for example the inner side 128, which is then followed by the capillary layer 50.
  • the adhesive layer 130 is preferably made of the same material as the capillary layer, but of powder particles of smaller diameter, the thermal HF plasma spraying being carried out in such a way that the adhesive layer 130 has less or even no porosity and the respective inner side in order to apply the adhesive layer 130 , for example the inside 128 of the housing half 122, covered continuously.
  • the capillary layer 50 which finds a particularly firm hold on the adhesive layer 130, can then be applied to this adhesive layer in a simple manner by using a larger particle diameter and only superficially melting the particles, thus the adhesive layer 130 not only serves for fixing the capillary layer 50 on the respective inside, for example the inside 128, but also also to ensure good heat conduction between the capillary layer 50 and the respective housing.
  • a third exemplary embodiment shown in FIGS. 11 and 12, relates to a coaxial heat pipe in which the housing 212 is formed by two cylinder walls 214 and 216 which run coaxially to one another and are plugged in and closed at the ends, each of the cylinder walls 214 and 216 on its side Inner side 218 or 220 facing steam channel 32 is provided with a capillary structure 222 or 224, steam channel 32 then lying between the capillary structures.
  • the capillary layers 222 and 224 are then additionally connected via ring-shaped connecting capillary structures 226 or 228 running radially to the cylinder axis 116, the capillary structure 226 being formed by a capillary layer which sits on an end-side drain wall, while the capillary structure 228 is an additionally inserted element, represents, for example, a previously known network material, which abuts the capillary layers 222 and 224 and thus also ensures a connection between them.
  • the inner sides 218 and 220 of the cylinder walls 214 and 216 are preferably provided with the capillary layers 222 and 224, respectively, in that cylinder half-shells are thermally HF plasma syringes are provided with the capillary layer, which is formed in the same way as described in detail in connection with the first exemplary embodiment.
  • the heat pipe is also a coaxial heat pipe, so-called arteries 230, which extend radially to the cylinder axis 116 and act as a capillary structure and are distributed over the entire circumference, are provided between the capillary structure 224 and the capillary structure 222 connect the capillary layers 222 and 224 to each other.
  • the arteries 230 are formed, for example, by being integrally formed on the capillary layer 224.
  • Arteries 230 of this type can be produced, for example, by first applying a capillary layer 224 with a thickness which also includes the radial extension of the arteries 230 and then creating grooves 232 between the arteries by locally removing the capillary layer 224, so that on the one hand the inside 220 covering capillary layer 224 remains and, on the other hand, the arteries 230 integrally formed thereon, which when the heat pipe is assembled then have such a radial extension that they are in contact with an inside 234 of the capillary layer 222 and a capillary contact between the arteries 230 and the capillary layer 222 consists.
  • a capillary layer 224 with a thickness which also includes the radial extension of the arteries 230 and then creating grooves 232 between the arteries by locally removing the capillary layer 224, so that on the one hand the inside 220 covering capillary layer 224 remains and, on the other hand, the arteries 230 integrally formed thereon, which when the heat pipe is
  • the capillary layer 224 is first applied and then placed on this mask body 236, between which spaces remain, in which the arteries then continue when the thermal RF plasma spraying continues Form 230.
  • the mask bodies 236 can then be removed after the arteries 230 have built up.
  • mask bodies 236 of this type are formed from graphite, which can be removed thermally after the arteries have been completed by thermal HF plasma spraying, without changing the capillary layer and the arteries 230.
  • arteries 240 are formed from several layers of mesh material, which is usually used as a capillary structure in heat pipes, this mesh material in each case being C-shaped and, for example, having a leg 242 with, for example, the capillary layer 224 is connected.
  • the connection to the capillary layer 224 takes place, for example, by spot welding in the region of the leg 242 of the corresponding artery 240.
  • the other leg 244 of the respective artery then bears against the respective inner side 234 of the capillary layer 222 when the heat pipe is assembled in such a way that there is a capillary contact between the respective leg 244 and the capillary layer 222.
  • the fifth exemplary embodiment is designed in the same way as the third and fourth exemplary embodiment, so that reference is made to the explanations regarding the description of further parts.
  • the arteries are each provided with openings 250 in the azimuthal direction, which thus provide an azimuthal steam flow and not just a steam flow in the radial direction to the cylinder axis 116 or parallel to allow this.

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Abstract

Um ein Wärmerohr (10) zum Transport von Wärme von einem Verdampfungsbereich (22) zu einem Kondensationsbereich (24), umfassend ein Gehäuse (12) mit Gehäusewänden, eine in dem Gehäuse (12) angeordnete und im Verdampfungsbereich (22) sowie im Kondensationsbereich (24) jeweils mit der entsprechenden Gehäusewand thermisch gekoppelte Kapillarstruktur (20), einen in dem Gehäuse (12) angeordneten und vom Verdampfungsbereich (22) zum Kondensationsbereich (24) führenden Dampfkanal (32) sowie einem Wärmetransportmedium zu schaffen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmerohrs zur (10) Verfügung zu stellen, wird vorgeschlagen, daß die Kapillarstruktur (20) eine durch thermisches Plasmaspritzen von Pulverpartikeln hergestellte offenporige Kapillarschicht ist.

Description

Wärmerohr und Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr zum Transport von Wärme von einem Verdampfungsbereich zu einem Kondensationsbereich, umfassend ein Gehäuse mit Gehäusewänden, eine in dem Gehäuse angeordnete und im Verdampfungsbereich sowie im Kondensationsbereich jeweils mit der entsprechenden Gehäusewand thermisch gekoppelte Kapillarstruktur, einen in dem Gehäuse angeordneten und vom Verdampfungsbereich zum Kondensations- bereich führenden Dampfkanal sowie einem Wärmetransportmedium.
Derartige Wärmerohre sind aus dem Stand der Technik bekannt, bei diesen wird üblicherweise als Kapillarstruktur eine Struktur, hergestellt aus metallischen Netzen, Filzen oder Drahtgeweben, verwendet, wobei die Herstellung aufwendig und kostenintensiv ist da durch eine Vielzahl von manuell durchzuführenden Punktschweißungen ein fester und enger Kontakt zwischen der Kapillarstruktur und der Wärmerohrwandung gegeben sein muß.
Ferner besteht bei diesen Lösungen das Problem, daß beim Langzeiteinsatz innere Korrosion durch den nur schwer vermeidbaren Restsauerstoff oder durch Diffusionsvorgänge, vorwiegend im Bereich der durch das Punktschweißen in ihrem Gefüge veränderten Kontaktstellen, auftreten können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wärmerohr mit einer möglichst einfach herzustellenden und dauerhaft einsetzbaren Kapillarstruktur zu schaffen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmerohrs zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird bei einem Wärmerohr der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kapillarstruktur eine durch thermisches Plasmaspritzen von Pulverpartikeln hergestellte offenporige Kapillarschicht ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß das thermische Plasmaspritzen eine einfache Möglichkeit darstellt, schnell und mit hoher Leistungen offenporige Kapillarschichten aus Pulverpartikeln herzustellen, wobei sich die Porosität der Kapillarschicht durch geeignete Betriebsparameter beim Plasmaspritzen definiert einstellen läßt.
Die Kapillarschicht kann dabei aus den unterschiedlichsten Materialien hergestellt werden. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Kapillarschicht aus Pulverpartikeln aus metallischem Ausgangsmaterial hergestellt ist, wobei hier nicht nur reine Metalle, sondern jede Art von Legierungen eingesetzt werden kann. Beispielsweise können hierbei für Hochtemperaturanwendungen, vorzugsweise von über 1000° Celsius, refraktäre Metall oder Nickel oder Nickel- basislegierungen eingesetzt werden, während beispielsweise im Raumtemperaturbereich Messing, Bronze oder Aluminium eingesetzt werden können.
Alternativ dazu ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Kapillarschicht aus Pulverpartikeln aus keramischem Ausgangsmaterial hergestellt ist, wobei jede Art von keramischen Materialien verwendet werden kann. Eine wichtige Randbedingung bei allen Materialien für die Herstellung der Kapillarschicht ist die, daß diese gegenüber dem jeweiligen Wärmeträgermedium inert sind.
Eine besonders vorteilhafte Struktur der Kapillarschicht liegt dann vor, wenn diese durch oberflächliches Anschmelzen und die dabei sich bildende und über benachbarte Pulverpartikel verlaufende Schmelzschicht miteinander verbundene Pulverpartikel aufweist. Das heißt, daß die Pulverpartikel lediglich dadurch miteinander zu einer festen Schicht verbunden werden, daß sie oberflächlich angeschmolzen sind und eine sich zumindest über einen Teil ihrer Oberfläche erstreckende SchmelzSchicht tragen, die wiederum dafür sorgt, daß mit der Schmelzschicht von benachbarten Pulverpartikeln eine Art teilweiser "Überzug" für benachbarte Pulverpartikel entsteht und dieser "Überzug" die Pulverpartikel dann in der Kapillarschicht selbst zusammenhält.
Ein besonders günstiges Konzept sieht dabei vor, daß die Pulverpartikel in der Kapillarschicht jeweils unterhalb der Schmelzschicht eine gegenüber dem Zustand vor dem Plasmaspritzen unveränderte Kristallstruktur aufweisen. Diese Lösung hat den großen Vorteil, daß die Kristallstruktur in den Pulverpartikeln mit Ausnahme der Schmelzschicht keinerlei Veränderung erfährt und somit auch die Bildung von unerwünschten Strukturen oder Verbindungen unterbleibt, so daß derartige Kapillarschichten eine hohe Lebensdauer bei gleichzeitig auch hoher mechanischer Stabilität aufweisen. Ein derartiger Verbund aus oberflächlich angeschmolzenen Pulverpartikeln läßt sich mit homogen aufgebauten Pulverpartikeln realisieren, wobei beim Plasmaspritzen ein Umfang oder Grad des Anschmelzens der Partikel durch Einstellung der Parameter definierbar ist.
Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Pulverpartikel als über einem Durchmesser von innen nach außen einen variierenden Schmelzpunkt aufweisende Partikel aufgebaut sind, wobei der Schmelzpunkt vorzugsweise von innen nach außen abnimmt. Im einfachsten Fall sind die Partikel hierbei aus einem Kern und einer Schale aufgebaut oder auch als mehrschalige Partikel, beispielsweise mindestens zweischalige Partikel, ausgebildet, wobei Kern und Schale oder die mehreren Schalen aus Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten aufgebaut sind, vorzugsweise so, daß der Schmelzpunkt einer äußeren Schale niedriger liegt als der einer der inneren Schalen oder des Kerns, wobei vorzugsweise die Schmelzpunkte stufenweise von innen nach außen abnehmen.
Damit besteht die Möglichkeit beim Plasmaspritzen beispielsweise nur die äußerste Schale aufzuschmelzen, deren Material dann zur Verfügung steht, um einen stabilen Verbund zwischen den einzelnen Partikeln zu gewährleisten, während der Kernbereich unaufgeschmolzen bleibt und somit die Entstehung der porösen Schicht mit der gewünschten Porengröße gewährleistet.
Im Rahmen der bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele wurde die Größe der Pulverpartikel nicht näher definiert. So sieht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Pulverpartikel eine Partikelgröße von ungefähr 30 μm bis ungefähr 300 μm aufweisen. Noch vorteilhafter ist es, wenn die Pulverpartikel eine Partikelgröße von ungefähr 50 μm bis ungefähr 200 μm aufweisen.
Ferner wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele auch nicht die Porengröße näher definiert. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Kapillarschicht Poren mit einer eingestellten mittleren Größe im Bereich zwischen ungefähr 10 μm und ungefähr 1000 μm aufweist. Noch vorteilhafter ist eine Ausbildung einer Kapillarschicht, welche Poren mit einer mittleren Größe im Bereich zwischen ungefähr 50 μm bis ungefähr 300 μm aufweist.
Die Porengröße könnte, wenn eine mittlere Porengröße eingehalten wird, erheblichen Schwankungen nur diese mittlere Porengröße unterliegen.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, insbesondere um eine definierbare Wirkung der Kapillarschicht zu erhalten, wenn in einem Volumenbereich der kleinste Wert und der größte Wert der Porengröße sich maximal um einen Faktor von ungefähr zwei unterscheiden, das heißt z.B. der kleinste Wert maximal ungefähr die Hälfte des größten Wertes beträgt.
Rein prinzipiell wäre es denkbar, die Kapillarschicht unmittelbar auf einem für diese vorgesehenen Träger, beispielsweise einer Gehäusewand, aufzutragen. Aus Gründen der mechanischen Stabilität und des guten Wärmekontakts sieht eine besonders zweckmäßige Lösung vor, daß zwischen der Kapillarschicht und einem Träger für diese eine Haftschicht mittels Plasmaspritzen aufgetragen wird.
Eine derartige Haftschicht bietet dann besonders große Vorteile, wenn diese aus demselben Pulvermaterial wie die Kapillarschicht hergestellt ist.
Die Haftschicht selbst braucht dabei nicht porös ausgebildet zu sein. Vorzugsweise ist die Haftschicht als durchgängige Schicht ausgebildet, welche insbesondere ein geringere Porosität als die Kapillarschicht oder sogar gar keine Porosität mehr aufweist.
Eine vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, daß die Haftschicht eine Dicke von mehr als ungefähr 10 μm aufweist.
Vorzugsweise werden zum Herstellen der Haftschicht mittels Plasmaspritzen Pulverpartikel mit einer mittleren Größe im
Bereich zwischen ungefähr 5 μm und ungefähr 50 μm eingesetzt.
Um die gewünschte Wirkung, insbesondere die Transportwirkung, der Kapillarschicht im Wärmerohr zu verbessern, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Kapillarschicht eine sich in einer vorgegebenen Richtung ändernde Porengröße aufweist, wobei sich die Porengröße entweder in Stufen ändern kann, oder noch besser eine kontinuierliche Änderung vorgesehen ist. Eine Möglichkeit der Nutzung einer variierenden Porengröße sieht vor, daß die Porengröße im Kondensationsbereich größer ist als im Verdampfungsbereich und von dem Kondensations- bereich zu dem Verdampfungsbereich hin kontinuierlich kleiner wird.
Eine weitere Möglichkeit der Nutzung einer variierenden Porengröße sieht vor, daß die Porengröße der Kapillarschicht von einer Gehäuseseite in Richtung einer Dampfkanalseite kleiner wird, um einerseits auf der Gehäuseseite geringe Strömungsverluste zu haben und auf der Dampfkanalseite der Kapillarschicht eine hohe Kapillarkraft zu erhalten.
Prinzipiell wäre es möglich, bei Einsatz einer Haftschicht auf diese unmittelbar die Kapillarschicht mit einer definierten mittleren Porengröße aufzutragen. Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, daß die Kapillarschicht von der Haftschicht ausgehend zunehmend kleiner werdende Poren aufweist. Das heißt, daß die Kapillarschicht hinsichtlich ihrer Porosität ausgehend von der Haftschicht einen Gradient zu immer kleineren Poren aufweist, so daß die größten Poren der Kapillarschicht nahe der Haftschicht liegen und die feinsten Poren in einem dem Dampfkanal zugewandten Bereich der Kapillarschicht .
Hinsichtlich des Aufbaus der erfindungsgemäßen Wärmerohre wurden im Zusammenhang mit den bislang beschriebenen Ansprüchen keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Kapillarschicht Teil eines in das Gehäuse des Wärmerohrs eingesetzten Einsatzes ist. Ein derartiger Einsatz läßt sich außerhalb des Gehäuses durch Plasmaspritzen herstellen und dann in vorteilhafterweise in das Gehäuse einsetzen und mit diesem in Verbindung bringen.
Eine alternative Lösung hierzu sieht vor, daß das die Kapillarstruktur umfassende Gehäuse aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt ist und daß mindestens eines der Teile auf einer Innenseite mit der Kapillarschicht versehen ist, wobei im einfachsten Fall dieses eine Teil oder beide Teile innenbeschichtet sind.
Ein derartiges Teil läßt sich in besonders einfacher Weise durch direktes Beschichten des Teils auf der Innenseite mit der Kapillarschicht herstellen.
Die Teile sind vorzugsweise durch Fügen, insbesondere Schweißen, miteinander verbunden.
Im Fall koaxialer Wärmerohre ist vorzugsweise vorgesehen, daß die jeweils einander zugewandten Kapillarschichten über sogenannte als Kapillarstruktur ausgebildete Arterien miteinander in kapillarem Kontakt stehen. Diese Arterien sind vorzugsweise an einer der Kapillarschichten gehalten. Im einfachsten Fall sind die Arterien aus herkömmlichen für Kapillarstrukturen geeigneten flexiblen netz- oder filzähnlichen Materialien hergestellt.
Eine besonders an die Herstellungstechnik der erfindungsgemäßen Lösung angepaßte Ausführungsform sieht ferner vor, daß die Arterien einstückig an eine der einander zugewandten Kapillarschichten angeformt sind und im zusammengebauten Zustand des Wärmerohrs an der jeweils anderen Kapillarschicht mit Kapillarkontakt anliegen. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner bei einem Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs zum Transport von Wärme von einem Verdampfungsbereich zu einem Kondensationsbereich, umfassend ein Gehäuse mit Gehäusewänden, eine in dem Gehäuse angeordnete und im Verdampfungsbereich sowie im Kondensationsbereich jeweils mit der entsprechenden Gehäusewand thermisch gekoppelte Kapillarstruktur, einen in dem Gehäuse angeordneten und vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich führenden Dampfkanal sowie ein Wärmetransportmedium, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kapillarstruktur durch thermisches Plasmaspritzen von Pulverpartikeln als offenporige Kapillarschicht hergestellt wird.
Der Vorteil der Herstellung der Kapillarstruktur in Form einer offenporigen Kapillarschicht durch Plasmaspritzen wurde bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wärmerohr erläutert, so daß hierauf vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.
Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn das thermische Plasmaspritzen ein HF-Plasmaspritzen ist. Der Vorteil des HF- Plasmaspritzens ist insbesondere darin zu sehen, daß ein HF- Plasmabrenner elektrodenlos arbeitet, so daß keinerlei Verunreinigungen durch Elektrodenabbrand auftreten können. Ferner bietet ein HF-Plasmabrenner den Vorteil, daß ein relativ voluminöses Plasma durch die Hochfrequenzeinkopplung erfolgt und somit ein großer AufSchmelzbereich zur Verfügung steht, um insbesondere auch große Partikel anzuschmelzen, was bei der erfindungsgemäßen Lösung erforderlich ist, wenn eine offenporige Kapillarschicht hergestellt werden soll. Ferner hat das HF-Plasmaspritzen den Vorteil, daß die Plasma- strömungs- und auch die Pulverpartikelgeschwindigkeiten im Vergleich zum DC-Plasmaspritzen niedrig sind, so daß eine relativ lange Verweilzeit der Pulverpartikel im heißen Plasmabereich erreichbar ist, die sich ebenfalls beim Anschmelzen großer Partikel vorteilhaft auswirkt.
Darüber hinaus hat das Plasmaspritzen neben der Effizienz und der Schnelligkeit den großen Vorteil, daß sich durch das Einstellen der einzelnen Parameter des HF-Plasmabrenners eine definierte Porosität der Kapillarschicht, insbesondere eine definierte mittlere Porengröße einstellen läßt.
Eine besonders günstige Verfahrensführung sieht vor, daß das Plasmaspritzen so ausgeführt wird, daß die Pulverpartikel oberflächlich angeschmolzen werden, so daß sich in der Kapillarschicht eine sich über mehrere Pulverpartikel erstreckende Schmelzschicht ausbildet, welche im erstarrten Zustand die Pulverpartikel zusammenhält.
Besonders günstig ist es hierbei, wenn das Plasmaspritzen derart durchgeführt wird, daß die Pulverpartikel unterhalb der Schmelzschicht eine Kristallstruktur aufweisen, welche der der Pulverpartikel vor dem Plasmaspritzen entspricht.
Grundsätzlich eröffnet das HF-Plasmaspritzen die Möglichkeit Pulverpartikel mit über ihrem Querschnitt im wesentlichen homogener Materialzusammensetzung zu verwenden, da sich mit geeigneten Parametern der Umfang des oberflächlichen Anschmelzens der Pulverpartikel einstellen läßt. Noch vorteilhafter läßt sich jedoch das Anschmelzen der Pulverpartikel vorgeben, wenn diese aus Material mit einem über dem Durchmesser variierenden Schmelzpunkt aufgebaut sind, wobei der Schmelzpunkt vorzugsweise von innen nach außen abnimmt. Im einfachsten Fall läßt sich dies mit mehr- schalig oder mehrschichtig aufgebauten Partikeln realisieren, wobei durch einen stufenförmigen Verlauf des Schmelzpunkts, vorzugsweise eine stufenförmige Abnahme des Schmelzpunkts von innen nach außen, das Volumen de aufzuschmelzenden Materials und das Volumen des unaufgeschmolzenen Kerns festlegbar ist, so daß auch damit die Porengröße festlegbar ist.
Hinsichtlich der Größe der Pulverpartikel für das Plasmaspritzen wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß als Pulverpartikel solche mit einer mittleren Partikelgröße zwischen ungefähr
3 μm und ungefähr 300 μm verwendet werden.
Vorzugsweise findet eine mittlere Partikelgröße zwischen ungefähr 50 μm und ungefähr 200 μm Verwendung.
Im Zusammenhang mit den bislang erläuterten Ausführungsbeispielen wurde lediglich davon gesprochen, eine Kapillarschicht als solche herzustellen.
Beispielsweise könnte eine derartige Kapillarschicht direkt auf dem Träger aufgetragen werden.
Das ohnehin für die Herstellung der Kapillarschicht verwendete Plasmaspritzen macht es nun in besonders einfacher Art und Weise möglich, vor einem Auftragen der Kapillarschicht auf einem Träger für diese eine Haftschicht mittels Plasmaspritzen aufzutragen. Eine derartige Haftschicht hat den Vorteil, daß einerseits ein guter mechanischer Kontakt zwischen der Kapillarschicht und dem Träger entsteht und andererseits auch ein guter thermischer Kontakt, so daß eine hohe mechanische und dauerfeste Verbindung zwischen der Kapillarschicht und dem Träger erhältlich ist.
Die Haftschicht kann prinzipiell aus einem Material sein, das sich von dem Material der Kapillarschicht unterscheidet. Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, daß die Haftschicht aus demselben Pulvermaterial wie die Kapillarschicht hergestellt ist.
Auch hinsichtlich der Porosität sind an die Haftschicht andere Anforderungen zu stellen. Die Haftschicht kann als poröse Schicht ausgebildet sein, sie muß jedoch nicht notwendigerweise als poröse Schicht ausgebildet sein. So ist es besonders vorteilhaft, wenn die Haftschicht beispielsweise als durchgehende Schicht hergestellt wird und somit noch eine zusätzliche Schutzschicht zwischen dem Gehäuse und der Kapillarschicht bildet und somit auch noch das Material des Gehäuses gegen Reaktionen mit dem Wärmeträgermedium schützt, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn die Wärmerohre bei hohen Temperaturen eingesetzt werden und andererseits erlaubt, für das Gehäuse Materialien zu verwenden, die bei direktem Kontakt zwischen Gehäuse und Wärmeträgermedium, beispielsweise aufgrund von Korrosionserscheinungen oder anderen chemischen Reaktionen, nicht verwendbar wären.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Haftschicht mit einer Dicke von mehr als ungefähr 10 μm hergestellt wird. Hinsichtlich der verwendeten Pulverpartikel für das Aufbringen der Haftschicht mittels Plasmaspritzen ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Haftschicht aus Pulverpartikeln einer mittleren Größe zwischen ungefähr 5 μm und ungefähr 50 μm hergestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders dazu eine Kapillarschicht mit einer sich in einer vorgegebenen Richtung ändernden mittleren Porengröße herzustellen, um damit - wie bereits beschrieben - die Wirkung der Kapillarschicht im Wärmerohr zu verbessern.
Bei Verwendung einer Haftschicht hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kapillarschicht von der Haftschicht ausgehend mit zunehmend kleiner werdender mittlerer Porengröße hergestellt wird und somit ein Gradient innerhalb der Kapillarschicht hergestellt wird, der mit keinem anderen Verfahren einfacher und effizienter hergestellt werden kann als mit Plasmaspritzen, da - wie bereits ausgeführt - die Porengröße durch Variation der Betriebsparameter beim Plasmaspritzen einstellbar ist.
Hinsichtlich der Herstellung des Wärmerohrs selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß die Kapillarschicht als Teil eines Einsatzes hergestellt und dann in das Gehäuse eingesetzt wird.
Eine derartige, Teil eines Einsatzes bildende Kapillarschicht läßt sich beispielsweise in einfacher Weise dadurch herstellen, daß die Kapillarschicht durch Plasmaspritzen auf einen mit Trennmittel versehenen Formkörper aufgetragen und nach Erstarren zum Einsetzen in das Gehäuse von diesem abgenommen wird. Damit ist in einfacher Weise durch das thermische Plasmaspritzen eine einen Formkörper darstellende Kapillarschicht herstellbar.
Eine Alternative zu der vorstehend beschriebenen Variante zur Herstellung eines Wärmerohrs sieht vor, daß das die Kapillar- struktur umfassende Gehäuse aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt wird, von denen mindestens eines auf seiner Innenseite mit der Kapillarschicht versehen, im einfachsten Fall innenbeschichtet, wird. Die zwei Teile des Gehäuses lassen sich dabei in einfacher Weise durch jede Art von Fügen, beispielsweise Schweißen miteinander zu einem geschlossenen Gehäuse verbinden.
Im Zusammenhang mit den bislang beschrieben Verfahren zur Herstellung der Wärmerohre wurde nicht darauf eingegangen, wie die Dampfkanäle hergestellt werden. Beispielsweise ist es denkbar, die Kapillarschicht rohrförmig auszubilden, so daß sie automatisch einen im Innern des Rohrs liegenden Dampfkanal umschließt.
Bei komplexeren konstruktiven Lösungen, beispielsweise bei koaxialen Wärmerohren ist jedoch vorzugsweise die Kapillarschicht gesondert mit mindestens einem, vorzugsweise mehreren Dampfkanälen zu versehen.
So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Kapillarschicht durch teilweises Abtragen derselben mit einem Dampfkanal versehen wird. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, die Kapillarschicht durch Einsetzen einer Maske beim Plasmaspritzen mit einem Dampf anal zu versehen.
Eine andere Möglichkeit sieht vor, daß die Kapillarschicht durch Umspritzen eines herauslösbaren Körpers mit einem Dampf anal versehen wird.
Weitere Merkmale und Vorteile sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines in Längsrichtung aufgebrochenen Wärmerohrs;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein erstes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmerohrs;
Fig. 3 einen Schnitt längs Linie 3-3 durch das
Wärmerohr gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Herstellung einer erfindungsgemäßen Kapillarschicht mittels eines HF-Plasmabrenners;
Fig. 5 eine schematisch dargestellte mikroskopische
Struktur im Querschnitt durch die erfindungsgemäß hergestellte Kapillarschicht; Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Pulver- partikels aus unterschiedliche Schmelzpunkte aufweisendem Material;
Fig. 7 eine schematisch dargestellt mikroskopische
Struktur ähnlich Fig. 5 bei Verwendung von Pulverpartikeln gemäß Fig. 6;
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Herstellung eines Einsatzes umfassend eine erfindungsgemäße Kapillarschicht;
Fig. 9 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmerohrs;
Fig. 10 eine Darstellung einer Variante des zweiten
Ausführungsbeispiels;
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines dritten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmerohrs im Querschnitt;
Fig. 12 einen Schnitt längs Linie 12-12 in Fig. 11;
Fig. 13 einen halbseitigen Querschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmerohrs;
Fig. 14 einen Schnitt längs Linie 14-14 in Fig. 13; Fig. 15 eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Kapillarschicht mit Arterien des vierten Ausführungsbeispiels;
Fig. 16 einen halbseitigen Querschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmerohrs und
Fig. 17 einen Schnitt längs Linie 17-17 in Fig. 16.
Ein in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnetes Wärmerohr umfaßt ein Gehäuse 12, beispielsweise ausgebildet als langgestreckter Zylinder, mit Zylinderwänden 14 und Abschlußwänden 16 und 18. In dem geschlossenen Gehäuse 12 ist eine als Ganzes mit 20 bezeichnete Kapillarstruktur vorgesehen, welche zumindest in einem Verdampfungsbereich 22 und in einem Kondensations- bereich 24 mit einem entsprechenden Gehäusebereich 26 bzw. 28 in gutem Wärmekontakt verbunden ist.
Die Zufuhr von Wärme zu dem den Verdampfungsbereich 22 umgebenden Gehäusebereich 26 führt zum Verdampfen eines von der Kapillarstruktur 20 im Verdampfungsbereich 22 durch Kapillarkräfte gehaltenen Wärmeträgermediums unter Ausbildung eines DampfStroms 30, welcher in einem von der Kapillarstruktur 20 umschlossenen Dampfkanal 32 zum Kondensationsbereich 24 strömt und dort unter Abgabe von Wärme an den den Kondensationsbereich 24 umgebenden Gehäusebereich 28 wieder in der Kapillarstruktur 20 auskondensiert. Die Kapillarstruktur 20 ist nunmehr in der Lage, durch Kapillarkräfte das kondensierende Wärmeträgermedium zum Verdampfungsbereich 22 zu transportieren. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmerohrs, dargestellt in Fig. 2 und 3, ist die Kapillarstruktur 20 durch einen Einsatz 40 gebildet, welcher in das Gehäuse 12 derart eingesetzt ist, daß eine Außenseite 42 des Einsatzes an einer Innenseite 44 der Zylinderwände 14 in Wärmekontakt anliegt.
Ferner sind die Abschlußwände 16 und 18 auf ihrer Innenseite ebenfalls mit einer Kapillarstruktur 46 bzw. 48 versehen, welche bei endseitig auf die Zylinderwände 14 aufgesetzten Abschlußwänden 16 und 18 in Kontakt mit der Kapillarstruktur 20 des Einsatzes 14 steht, so daß eine Kapillarwirkung auch über die Kapillarstrukturen 46 und 48 mit dem Einsatz 40 gegeben ist.
Sowohl die Kapillarstruktur des Einsatzes 40 als auch die Kapillarstrukturen 46 und 48 sind in Form einer Kapillarschicht 50 durch thermisches Hochfrequenzplasmaspritzen mittels eines Hochfrequenzplasmabrenners 60, dargestellt in Fig. 4 hergestellt.
Der Hochfrequenzplasmabrenner 60 umfaßt einen Gasverteilerkopf 62, welcher von einem Pulverzuführrohr 64 durchsetzt ist. Durch das Pulverzuführrohr wird ein Strom 66 aus Pulver- partikeln und einem Trägergas zugeführt.
Das Pulverzuführrohr 64 ist umgeben von einem vom Gasverteilerkopf 62 umfaßten Zwischenrohr 68 durch welches ein Strom 70 von Zentralgas zur Bildung des Plasmas und zur Stabilisierung der Entladung zugeführt wird. Ferner wird zwischen dem Zwischenrohr 68 und einem Außenrohr 72 ein Strom 74 von Schutzgas zugeführt, welcher eine Innenseite 76 des Außenrohrs 72 kühlt.
Das Außenrohr 72 ist ferner im Bereich einer Mündungsöffnung 78 des Pulverzufuhrrohrs von einer HF-Spule 80 umgeben, welche an einen HF-Generator angeschlossen ist. Durch diese HF-Spule 80 erfolgt eine Einkopplung von Hochfrequenz zur Erzeugung eines Plasmazylinders im Bereich der Mündungsöffnung 78 des Pulverzufuhrrohrs 64, wobei aufgrund des Skineffekts in dem Strom 70 des Zentralgases zur Bildung des Plasmas nur in einer äußeren Schicht desselben eine Energieeinkopplung aufgrund von induzierten Wirbelströmen erfolgt. Die Frequenz, bei welcher die HF-Spule 80 gespeist wird liegt dabei im Bereich von ungefähr 100 kHz bis einige MHz, wobei bei üblicher Geometrie Plasmatemperaturen um 10 000 K erreicht werden.
Stromabwärts der HF-Spule 80 ist dann noch eine Ausgangsdüse 82 des HF-Plasmabrenners 60 vorgesehen, welche nur schematisch angedeutet ist, und dazu dient, eine Druckeinstellung zwischen einem von der HF-Spule umgebenden Brennerinnenraum 84 und einem Freistrahlbereich 86 eines sich ausbildenden Plasmastrahls 88 vorzunehmen.
Mit einem derartigen HF-Plasmabrenner 60 lassen sich elektrodenlos, und somit unter Vermeidung von Verunreinigungen auch relativ große Partikel aufschmelzen, wobei das relativ voluminöse Plasma im Brennerinnenraum 84 und die relativ lange Partikelverweilzeit in dem heißen Plasmabereich die Aufschmelzung von Pulverpartikeln in einer Größe von mehreren 100 μm begünstigen. Eine mit einem derartigen HF-Plasmabrenner 60 hergestellte Kapillarschicht 50 weist, wie in Fig. 5 dargestellt, eine Vielzahl von Pulverpartikeln 100 auf, welche mit einer Schmelzschicht 102 überzogen sind, wobei die Schmelzschicht 102 die jeweiligen Pulverpartikel 100 zumindest in Teilbereichen ihrer Oberfläche umgibt und sich außerdem nicht über ein Pulverpartikel 100 sondern zumindest auch über ein weiteres benachbartes Pulverpartikel 100 erstreckt und somit einen zumindest teilweisen oberflächlichen Überzug über die Pulverpartikel 100 bildet, der diese zusammenhält, so daß sich zwischen den Pulverpartikeln 100, teilweise überzogen mit den Schmelzschichten 102, Poren 104 vorzugsweise um weniger als einen Faktor zwei variierender Größe bilden, und somit insgesamt die Kapillarschicht 50 entsteht, die eine offenporige Struktur aufweist und somit als Kapillarstruktur zu dienen in der Lage ist.
Mit dem erfindungsgemäßen thermischen HF-Plasmaspritzen ist es besonders vorteilhaft möglich, einerseits die Pulverpartikel oberflächlich anzuschmelzen und damit aus demselben Material, aus welchem die Pulverpartikel 100 selbst aufgebaut sind, die äußere Schmelzschicht 102 zu schaffen, welche in der Lage ist, in der Kapillarschicht 50 die Pulverpartikel 100 miteinander zu verbinden. Andererseits bleiben die Pulverpartikel 100 selbst erhalten und weisen mit Ausnahme ihrer Schmelzschicht 102 eine gegenüber vor dem Plasmaspritzen unveränderte Kristallstruktur auf.
Ferner ist der Vorteil beim thermischen HF-Plasmaspritzen darin zu sehen, daß die Schmelzschicht 102 nur im Millisekundenbereich im schmelzflüssigen Zustand ist und dann in der Kapillarschicht 50 selbst schnell aufgrund des Abkühlens in die Erstarrung übergeht, so daß keinerlei Gefahr einer Verzunderung besteht. Ferner wird damit auch die Gefahr chemischer Reaktionen und Diffusionen und somit die Bildung nachteiliger Phasen und Grobstrukturen verhindert.
Schließlich läßt sich die Porosität über die Größe der Pulverpartikel und den Grad des oberflächlichen Anschmelzens derselben je nach Anwendungsfall einstellen.
Die Porosität und die Kapillarstruktur der Kapillarschicht läßt sich insbesondere über die Brennerbetriebsparameter, wie Menge des Zentralgases und Zusammensetzung desselben, eingekoppelte HF-Leistung, Druck im Brennerinnenraum 84 des HF- Plasmabrenners 60, und im Freistrahlbereich 86 des Plasmastrahls 88, dem Abstand zwischen aufzubauender Kapillarschicht 50 und der Austrittsdüse und die Größe der Pulverpartikel, die mit dem Strom 66 zugeführt werden, einstellen.
Somit lassen sich großflächige Kapillarschichten mit definiertem Aufbau und gleichmäßiger Qualität einerseits schnell und andererseits endkonturnah herstellen.
Noch vorteilhafter läßt sich eine erfindungsgemäße Kapillarschicht dann herstellen, wenn die Pulverpartikel 100' aus einem Kern 101a und einer Schale 101b aufgebaut sind (Fig. 6), wobei die Schale 101b aus einem Material ist, dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der des Kerns 101a, so daß die Parameter beim Plasmaspritzen so gewählt werden können, daß das Material der Schale 101b im wesentlichen aufschmilzt und die Schmelzschicht 102' bildet, das Material des Kerns 101a jedoch unaufgeschmolzen bleibt und somit über das Volumenverhältnis Schale 101b zu Kern 101a die Größe der Poren 104' der Kapillarstruktur definierbar ist (Fig. 7). Beispielsweise erfolgt die Herstellung des Einsatzes 40, wie in Fig. 8 dargestellt, durch Aufspritzen der Kapillarschicht 50 auf einem Dorn 110 mit einer zylindrischen Außenfläche 112, auf welche ein Trennmittel 114 aufgetragen ist.
Die über den gesamten Umfang des Dorns 110 aufgetragene Kapillarschicht 50 mit ungefähr gleicher Dicke bildet somit ein zylindrisches Teil, welches aufgrund des Trennmittels 114 von dem Dorn 110 abziehbar und als Einsatz 40 in die Zylinderwände 14 einschiebbar ist. Hierzu wird die erforderliche Dimension der Außenseite 42 des Einsatzes 40 weitgehend durch die Dicke der aufgetragenen Kapillarschicht bestimmt und gegebenenfalls noch durch mechanische Nachbearbeitung so geformt, daß der Einsatz 40 mit gutem Wärmekontakt an der Innenseite 44 der Zylinderwände 14 anliegt.
Dies läßt sich besonders vorteilhaft dann erreichen, wenn die Außenseite 42 des Einsatzes 40 bezüglich einer Zylinderachse 116 des Dorns 110 konisch ausgebildet wird und andererseits im Gegenzug ebenfalls die Innenseite 44 der Zylinderwände 14, so daß beim Einschieben des Einsatzes 40 in Richtung der Zylinderachse 116, welche gleichzeitig die Symmetrieachse auch der Zylinderwände 14 darstellt, ein flächiges Anliegen der Außenseite 42 an der Innenseite 44 ergibt.
Alternativ zum Herstellen eines Einsatzes 40 und Einsetzen desselben in das Gehäuse 12 läßt sich ein in Fig. 1 dargestelltes Wärmerohr auch dadurch herstellen, daß, wie in Fig. 9 dargestellt, das Gehäuse 12 aus zwei Zylinderhälften 120 und 122 hergestellt ist, wobei diese Zylinderhälften 120 und 122 so zusammensetzbar sind, daß sich eine Fügeebene 124 bildet, welche durch die Längsachse 116 des Gehäuses hindurchverläuft.
Diese beiden Zylinderhälften 120 und 122 lassen sich vor ihrem Zusammensetzen unter Bildung der Fügeebene 124 auf ihren Innenseiten 126 und 128 mit der Kapillarschicht 50 durch thermisches HF-Plasmaspritzen in einfacher Weise versehen. Die Kapillarschicht 50 läßt sich dabei, wie in Fig. 7 dargestellt, unmittelbar auf die Innenseiten 126 und 128 der Zylinderhälften 120, 122 aufspritzen.
Eine vorteilhafte Variante des zweiten Ausführungsbeispiels sieht, wie in Fig. 10 dargestellt, vor, daß zunächst auf die jeweilige Innenseite, beispielsweise die Innenseite 128, eine Haftschicht 130 aufgetragen wird, auf welche dann die Kapillarschicht 50 folgt.
Vorzugsweise ist die Haftschicht 130 aus demselben Material wie die Kapillarschicht, jedoch aus Pulverpartikeln kleineren Durchmessers, wobei zum Aufbringen der Haftschicht 130 das thermische HF-Plasmaspritzen so geführt wird, daß die Haftschicht 130 eine geringere oder sogar gar keine Porosität aufweist, und die jeweilige Innenseite, beispielsweise die Innenseite 128 der Gehäusehälfte 122, durchgehend überdeckt. Auf diese Haftschicht läßt sich dann in einfacher Art und Weise durch Verwenden eines größeren Partikeldurchmessers und nur oberflächliches Aufschmelzen der Partikel die Kapillarschicht 50 auftragen, die auf der Haftschicht 130 besonders festen Halt findet, somit dient die Haftschicht 130 nicht nur zur Fixierung der Kapillarschicht 50 auf der jeweiligen Innenseite, beispielsweise der Innenseite 128, sondern außerdem auch dazu, eine gute Wärmeleitung zwischen der Kapillarschicht 50 und dem jeweiligen Gehäuse sicherzustellen.
Ein drittes Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 11 und 12 betrifft ein koaxiales Wärmerohr, bei welchem das Gehäuse 212 durch zwei koaxial zueinander verlaufende und ineinander- gesteckte sowie endseitig verschlossene Zylinderwände 214 und 216 gebildet ist, wobei jede der Zylinderwände 214 und 216 auf ihrer dem Dampfkanal 32 zugewandten Innenseite 218 bzw. 220 mit einer Kapillarstruktur 222 bzw. 224 versehen ist, wobei dann zwischen den Kapillarstrukturen der Dampfkanal 32 liegt.
Die Kapillarschichten 222 und 224 sind dann ihrerseits noch zusätzlich über radial zur Zylinderachse 116 verlaufende ringförmige verbindende Kapillarstrukturen 226 oder 228 verbunden, wobei die Kapillarstruktur 226 durch eine Kapillarschicht gebildet ist, die auf einer endseitigen Abflußwand sitzt, während die Kapillarstruktur 228 ein zusätzlich eingesetztes Element, beispielsweise aus einem bislang bekannten Netzmaterial darstellt, welches an den Kapillarschichten 222 sowie 224 jeweils anliegt und damit ebenfalls eine Verbindung zwischen diesen gewährleistet.
Vorzugsweise werden auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel die Innenseiten 218 und 220 der Zylinderwände 214 bzw. 216 dadurch mit den Kapillarschichten 222 bzw. 224 versehen, daß jeweils Zylinderhalbschalen durch thermisches HF-Plasmaspritzen mit der Kapillarschicht versehen werden, die in gleicher Weise ausgebildet wird wie im Detail im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 13 und 14 ist das Wärmerohr ebenfalls ein koaxiales Wärmerohr, wobei zwischen der Kapillarstruktur 224 und der Kapillarstruktur 222 radial zur Zylinderachse 116 verlaufende und als Kapillarstruktur wirksame sogenannte Arterien 230 vorgesehen sind, welche über den gesamten Umfang verteilt jeweils die Kapillarschichten 222 und 224 miteinander verbinden.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die Arterien 230 beispielsweise dadurch ausgebildet, daß sie einstückig an die Kapillarschicht 224 angeformt sind.
Derartige Arterien 230 lassen sich beispielsweise dadurch herstellen, daß zunächst eine Kapillarschicht 224 mit einer Dicke aufgetragen wird, welche die radiale Erstreckung der Arterien 230 mitumfaßt und dann Nuten 232 zwischen den Arterien durch lokales Abtragen der Kapillarschicht 224 hergestellt werden, so daß einerseits die die Innenseite 220 überdeckende Kapillarschicht 224 stehenbleibt und andererseits die an diese einstückig angeformten Arterien 230, welche beim Zusammensetzen des Wärmerohrs dann eine derartige radiale Erstreckung aufweisen, daß sie an einer Innenseite 234 der Kapillarschicht 222 berührend anliegen und ein kapillarer Kontakt zwischen den Arterien 230 und der Kapillarschicht 222 besteht. Alternativ dazu ist, wie in Fig. 15 dargestellt, bei einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels vorgesehen, zunächst die Kapillarschicht 224 aufzutragen und dann auf diese Maskenkörper 236 aufzulegen, zwischen welchen Zwischenräume verbleiben, in denen sich bei Fortsetzung des thermischen HF-Plasmaspritzens dann die Arterien 230 bilden. Die Maskenkörper 236 lassen sich dann nach Aufbau der Arterien 230 entfernen.
Beispielsweise sind derartige Maskenkörper 236 aus Graphit ausgebildet, das sich nach Fertigstellung der Arterien durch thermisches HF-Plasmaspritzen thermisch entfernen läßt, ohne die Kapillarschicht und die Arterien 230 zu verändern.
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 16 und 17 sind Arterien 240 aus mehreren Lagen von Netzmaterial, welches üblicherweise bei Wärmerohren als Kapillarstruktur Verwendung findet, gebildet, wobei dieses Netzmaterial jeweils C-förmig geformt und beispielsweise mit einem Schenkel 242 mit beispielsweise der Kapillarschicht 224 verbunden wird. Die Verbindung mit der Kapillarschicht 224 erfolgt beispielsweise durch Punktschweißen im Bereich des Schenkels 242 der entsprechenden Arterie 240. Es ist aber auch denkbar, den jeweiligen Schenkel 242 der jeweiligen Arterie 240 während des thermischen HF-Plasmaspritzens in die Kapillarschicht 224 miteinzubetten und damit bereits die jeweilige Arterie 240 in der durch thermisches HF- Plasmaspritzen hergestellten Kapillarschicht 224 zu verankern. Der andere Schenkel 244 der jeweiligen Arterie liegt dann beim Zusammenbau des Wärmerohrs an der jeweiligen Innenseite 234 der Kapillarschicht 222 so an, daß ein Kapillarkontakt zwischen dem jeweiligen Schenkel 244 und der Kapillarschicht 222 besteht.
Im übrigen ist das fünfte Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgebildet wie das dritte und vierte Ausführungsbeispiel, so daß bezüglich der Beschreibung weiterer Teile auf die Ausführungen hierzu Bezug genommen wird.
Sowohl beim vierten als auch beim fünften Ausführungsbeispiel sind die Arterien, wie in den Fig. 14 und 16 dargestellt, jeweils noch in azimuthaler Richtung mit Durchbrüchen 250 versehen, welche somit einen azimuthalen Dampfström und nicht nur einen Dampfstrom in radialer Richtung zur Zylinderachse 116 oder parallel zu dieser zulassen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Wärmerohr zum Transport von Wärme von einem Verdampfungsbereich zu einem Kondensationsbereich, umfassend ein Gehäuse mit Gehäusewänden, eine in dem Gehäuse angeordnete und im Verdampfungsbereich sowie im Kondensationsbereich jeweils mit der entsprechenden Gehäusewand thermisch gekoppelte Kapillarstruktur, einen in dem Gehäuse angeordneten und vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich führenden Dampfkanal sowie einem Wärmetransportmedium, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kapillarstruktur (20) eine durch thermisches Plasmaspritzen von Pulverpartikeln (100) hergestellte offenporige Kapillarschicht (50, 222, 224) ist.
2. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50, 222, 224) aus Pulverpartikeln (100) aus metallischem Ausgangsmaterial hergestellt ist.
3. Wärmerohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50, 222, 224) aus Pulverpartikeln aus keramischem Ausgangsmaterial hergestellt ist.
4. Wärmerohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50) durch oberflächliches Anschmelzen und die dabei sich bildende und zumindest teilweise über benachbarte Pulverpartikel (100) verlaufende Schmelzschicht (102) miteinander verbundene Pulverpartikel (100) aufweist.
5. Wärmerohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikel (100) in der Kapillarschicht (50, 222, 224) jeweils unterhalb der Schmelzschicht (102) eine gegenüber dem Zustand vor dem Plasmaspritzen unveränderte Kristallstruktur aufweisen.
6. Wärmerohr nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzschicht (102') aus einem Material gebildet ist, dessen Schmelzpunkt unterhalb dem eines Kerns (101a) des Pulverpartikels in der Kapillarschicht (50, 222, 224) liegt.
7. Wärmerohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikel (100) eine mittlere Partikelgröße im Bereich von ungefähr
30 μm bis ungefähr 300 μm aufweisen.
8. Wärmerohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikel eine mittlere Partikelgröße im
Bereich von ungefähr 50 μm bis ungefähr 200 μm aufweisen.
9. Wärmerohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50, 222, 224) Poren (104) mit einer mittleren Größe im
Bereich zwischen ungefähr 10 μm und ungefähr 1000 μm aufweist.
10. Wärmerohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50, 222, 224) Poren (104) mit einer mittleren Größe im Bereich zwischen ungefähr 50 μm bis einige Hundert μm aufweist.
11. Wärmerohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kapillarschicht (50) und einem Träger (122) eine Haftschicht (130) mittels Plasmaspritzen aufgetragen ist.
12. Wärmerohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht ( 130 ) aus demselben Pulvermaterial wie die Kapillarschicht (50) hergestellt ist.
13. Wärmerohr nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (130) als durchgängige Schicht ausgebildet ist.
14. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (130) eine Dicke von mehr als ungefähr 10 μm aufweist.
15. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (130) Pulverpartikel mit einer mittleren Größe im Bereich zwischen ungefähr
5 μm und ungefähr 50 μm aufweist.
16. Wärmerohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50) eine sich in einer vorgegebenen Richtung ändernde Größe der Poren (104) aufweist.
17. Wärmerohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50) Teil eines in das Gehäuse ( 12 ) einsetzbaren Einsatzes (40) ist.
18. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei Teilen (120, 122) zusammengesetzt ist, und das mindestens eines der Teile auf einer Innenseite mit der Kapillarschicht (50) versehen ist .
19. Wärmerohr nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei einander gegenüberliegenden Kapillarschichten (222, 224) eine (224) mit einem Arterienelement (230, 240) fest verbunden ist, während dieses an der anderen ( 222 ) mit Kapillarkontakt anliegt.
20. Wärmerohr nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Arterienelement ( 230 ) einstückig an die dieses tragende Kapillarschicht (224) angeformt ist.
21. Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohrs zum Transport von Wärme von einem Verdampfungsbereich zu einem Kondensationsbereich, umfassend ein Gehäuse mit Gehäusewänden, eine in dem Gehäuse angeordnete und im Verdampfungs- bereich sowie im Kondensationsbereich jeweils mit der entsprechenden Gehäusewand thermisch gekoppelte Kapillarstruktur, einen in dem Gehäuse angeordneten und vom Verdampfungsbereich zum Kondensationsbereich führenden Dampfkanal und ein Wärmetransportmedium, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarstruktur (20) durch thermisches Plasmaspritzen von Pulverpartikeln (100) als offenporige Kapillarschicht (50, 222, 224) hergestellt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaspritzen ein HF-Plasmaspritzen ist.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaspritzen so ausgeführt wird, daß die Pulverpartikel (100) oberflächlich angeschmolzen werden, so daß sich in der Kapillarschicht (50, 222,
224 ) eine im erstarrten Zustand die Pulverpartikel ( 100 ) verbindende Schmelzschicht (102) bildet.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaspritzen derart durchgeführt wird, daß die Pulverpartikel (100) unterhalb der Schmelzschicht ( 102 ) eine Kristallstruktur aufweisen, welche der der Pulverpartikel ( 100 ) vor dem Plasmaspritzen entspricht.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaspritzen mit Pulverpartikeln (100') erfolgt, die einen sich von innen nach außen ändernden Schmelzpunkt aufweisen.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulverpartikel (100) solche mit einer mittleren Partikelgröße von ungefähr 30 μm bis ungefähr 300 μm verwendet werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem Auftragen der Kapillarschicht (50) auf einem Träger (122) für diese eine Haftschicht (130) mittels Plasmaspritzen aufgetragen wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (130) aus demselben Pulvermaterial wie die Kapillarschicht (50) hergestellt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (130) als durchgehende Schicht hergestellt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (130) mit einer
Dicke von mehr als 10 μm hergestellt wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (130) aus Pulverpartikeln mit einer mittleren Größe zwischen ungefähr
5 μm und ungefähr 50 μm hergestellt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50) mit einer sich in einer vorgegebenen Richtung ändernden mittleren Porengröße hergestellt wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50) als Teil eines Einsatzes (40) hergestellt und dann in das Gehäuse (12) eingesetzt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht (50) auf einem mit Trennmittel versehenen Formkörper (110) aufgetragen und zum Einsetzen in das Gehäuse (12) von diesem abgenommen wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) aus zwei Teilen (120, 122) zusammengesetzt wird, von denen mindestens eines vorher auf seiner Innenseite (126, 128) mit der Kapillarschicht (50) versehen wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht durch mechanisches Abtragen von Teilen derselben mit einem Dampfkanal versehen wird.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht durch Verwenden einer Maske beim Plasmaspritzen mit einem Dampfkanal versehen wird.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarschicht durch Umspritzen eines herauslösbaren Körpers mit einem Dampfkanal versehen wird.
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