DE60130756T2

DE60130756T2 - Verdampfer mit gegen flüssigkeitsüberhitzung beständigem docht

Info

Publication number: DE60130756T2
Application number: DE60130756T
Authority: DE
Inventors: Edward J. Davidsonville KROLICZEK; Kimberly R. Sykesville WRENN; David A. Baltimore WOLF
Original assignee: Swales Aerospace
Current assignee: Swales Aerospace
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: WO2001088456A3; US20050252643A1; US6915843B2; US20030178184A1; US9103602B2; WO2001088456A2; DE60130756D1; US8397798B2; US6382309B1; EP1283977B1; AU2001270315A1; EP1283977A2; US20130220580A1; US6564860B1; ATE374915T1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht allgemein auf das Gebiet der Wärmeübertragung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Loop Heat Pipes und Verdampfer, welche Dochte für die Verwendung darin enthalten.
Hintergrund Information
Es gibt zahlreiche Fälle, wo es wünschenswert ist, Wärme von einem Gebiet mit überschüssiger Wärmeerzeugung zu einem Gebiet zu übertragen, wo zu wenig Wärme vorhanden ist. Das Ziel besteht darin, das Gebiet der Wärmeerzeugung von einer Überhitzung zu schützen, oder das kühlere Gebiet vor zu starker Abkühlung zu schützen. Dies ist ein typisches Wärme-Engineering-Problem, dem man in einem weiten Bereich von Anwendungen begegnet, einschliesslich der Gebäude Umgebungsklimatisierungssysteme, von thermischen Steuerungssystemen von Weltraumsonden, dem menschlichen Körper und in der Elektronik.
Eine Vielfalt von Technologien kann für die Erzielung dieses Wärmeteilungseffekts verwendet werden. Diese umfassen Wärmebrücken (Einfache Streifen aus hoch leitendem Material), geschlossene Schlaufen von gepumpten Ein-Phasen-Fluiden, Wärmerohren, mechanisch gepumpte Zwei-Phasen-Schlaufen und kapillar gepumpte Zwei-Phasen-Schlaufen.
Das fortschrittlichste und wirksamste Konzept ist die kapillare gepumpte Zwei-Phasen-Schlaufe und das entsprechende Wärmerohr (LHP = Loop Heat Pipe). Die LHP-Technologie wurde kürzlich für Raumfahrzeuganwendungen entwickelt, wegen dem sehr geringen Gewicht im Verhältnis zum Wärmeübertragungsgrad, der hohe Zuverlässigkeit, und der innewohnenden Einfachheit.
Eine LHP ist ein Zwei-Phasen-Wärmerübertragungssystem. Die LHP ist eine kontinuierliche Schlaufe, in welcher sowohl der Dampf und die Flüssigkeit immer in die gleiche Richtung fliesst. Wärme wird durch Verdampfen einer Flüssigphasen-Arbeitsflüssigkeit im Verdampferabschnitt absorbiert, über die verdampfte Flüssigkeit in den Leitungen zum Kondensatorabschnitt transportiert, um durch Kondensation am Kondensator entfernt zu werden. Dieser Prozess macht Gebrauch der latenten Verdampfungs-/Kondensationswärme eines Fluids, was die Übertragung von relativ grossen Wärmemengen mit kleinen Flüssigkeitsmengen und vernachlässigbaren Temperaturabfällen erlaubt. Eine Auswahl von Fluiden, einschliesslich Ammoniak, Wasser, Freonen, flüssigen Metallen und kryogenen Fluiden haben sich für LHP-Systeme als zweckmässig erwiesen. Eine einfache LHP besteht aus einem Verdampferabschnitt mit einer kapillaren Dochtstruktur, einem Leitungspaar (eine der Leitungen ist für die Flüssigkeitsversorgung im flüssigen Zustand und die andere ist für den Dampftransport), und einen Kondensatorabschnitt. In vielen Anwendungen. wo die Druckhöhe durch die kapillare Dochtstruktur erzeugt wird, wird genügend Kraft zur Verfügung gestellt, damit die Arbeitsflüssigkeit durch die Schlaufe, sogar gegen die Schwerkraft, zirkulieren kann. In anderen Anwendungen kann jedoch das Druckgefälle wegen Reibungsverlusten, statischen Höhenunterschieden oder andern Kräften zu hoch sein um einen angemessenen Wärmetransfer zu ermöglichen. In diesen Situationen ist es wünschenswert eine mechanische Pumpe einzuschliessen, um die Flüssigkeitsbewegung zu unterstützen. Systeme, die solche Pumpen verwenden, werden gepumpte kapillare Hybridschlaufen genannt.
Bei der Konstruktion von LHP-Verdampfern, wurde auf dem Fachgebiet lange die Verwendung einer zylindrischen Geometrie gelehrt, insbesondere für die Verwendung bei darin enthaltenden Hochdruck-Arbeitsflüssigkeiten, wie Ammoniak. Unter Bezugnahme auf die 1–3 sind Verdampfer des Standes der Technik mit einer zylindrischen Geometrie erläutert, wobei ein Docht 4 einen zentralen Fliesskanal 2 aufweist und an seiner Peripherie durch eine Mehrzahl von Fliesskanälen 6 umgeben ist. Kapillare Verdampfer, die zentrale Kanäle 2 im Docht 4 haben, sind empfindlich auf das als Rückleitung bezeichnete Problem.
Die Rückleitung in kapillaren Evaporatoren bezieht sich auf die Wärmeübertragung wegen einem Temperaturgradient über die Dochtstruktur, zwischen den Dampfrillen 6 im Verdampfer und der Flüssigkeit, die im zentralen Kanal 2 in den Verdampfer zurückkehrt. Diese Energie ist normalerweise die Bilanz, die durch die Rückkehr einer unterkühlten Flüssigkeit und/oder Wärmeaustausch beim Hydroakkumulator im Fall von Wärmerohren erhalten wird. Unter Bezugnahme auf Ku J., „Operational Characteristics of Loop Heat Pipes", SAE Paper 99-01-2007, 29^th International Conference an Environmental Systems. Denver CO. 12.–15. Juli, 1999.
Aus verschieden Gründen wäre es vorteilhaft die Rückleitung zu vermeiden. Erstens würde eine verminderte Rückleitung eine Minimierung oder sogar eine Eliminierung der Flüssigkeitsrücklauf-Unterkühlungsanforderungen erlauben. Zweitens würde eine verminderte Rückleitung eine Verdampfer-Betriebstemperatur erlauben, die in der Nähe der Kühlertemperatur liegt, insbesondere bei tiefer Energie. Drittens würde eine verminderte Rückleitung dem Wärmerohr erlauben, bei tieferem Dampfdruck betrieben zu werden, wobei die schwache Neigung der Dampfdruckmesskurve kleine Druckunterschiede in der Schlaufe erlaubt, um grosse Temperaturgradienten über den Docht zu bewirken. Schliesslich würde eine verminderte Rückleitleitung die Empfindlichkeit einer ungünstigen Erhöhung minimalisieren.
Was daher nötig ist, ist ein Docht für die Verwendung in einem LHP-Verdampfer, welcher eine verbesserte Leistung bezüglich des Rückführvermögens besitzt.
Neben einigen Rückleitungs-Überlegungen, ist ein anderer inhärenter Nachteil des zylindrischen Verdampfers seine Zylindrische Geometrie, da manche Kühlungsanwendungen den Wärmetransport weg von einer Wärmequelle mit einer flachen Oberfläche fordern. Dies stellt eine Herausforderung dar, um einen guten Wärmetransfer zwischen einem gekrümmten Gehäuse eines zylindrischen Verdampfers und einer Wärmequelle mit flache Oberfläche zur Verfügung zu stellen.
Typischerweise ist das Verdampfergehäuse in einen flachen Sattel integriert um an die Anschlussfläche der Wärmequelle zu passen und die Oberflächetemperatur des Sattels ist abhängig von der Rippenwirksamkeit der Konstruktion. 1 zeigt einen zylindrischen Verdampfer 10 des Standes der Technik (Schnitt einer perspektivischen Ansicht), der in einen einzigen Sattels 20 integriert ist, für die Montage an eine einzige Wärmequelle mit flacher Oberfläche (nicht dargestellt). Die Wärmeenergie wird durch eine einzige Wärmeeingabefläche 22 empfangen. 3 zeigt eine alternative Konstruktion eines zylindrischen Verdampfers 30 des Standes der Technik (Schnitt einer perspektivischen Darstellung), der in einen einzigen Sattel 40 integriert ist, der herausragende Rippen aufweist. Die Wärmeenergie wird durch eine einzige Wärmeeeingabefläche 42 empfangen 42. 2 zeigt einen zylindrischen Verdampfer 50 des Standes der Technik (Schnitt einer perspektivischen Darstellung), die in zwei Sättel 60, 70 integriert ist. Die Wärmeenergie wird durch zwei entgegengesetzte Eingabeflächen 62, 72 empfangen.
Für grosse Wärmequellen, die isothermische Oberflächen erfordern, sind häufig mehrere Verdampfer erforderlich. Die Zahl der erforderlichen Verdampfer könnte auch die Dicke der Hülle, die der Integration des Verdampfers dient, erhöhen (d. h. die Distanz zwischen der Wärmeeingabefläche 22 und dem Unterteil 24 des Verdampfers von 1, oder die Distanz zwischen den entgegengesetzten Wärmeeingabeflächen 62, 72 des Verdampfers von 2 nimmt ab). Dies kommt daher, weil die Breite des zylindrischen Verdampfers eine Funktion des Verdampferdurchmessers ist, und auf die Integration der Dicke beschränkt ist. Die Erhöhung der Anzahl der Verdampfer erhöht die die Kosten und die Komplexität des Wärmetransportsystems.
Kapillare Verdampfer mit flacher Geometrie sind so ausgedacht, dass sie auf eine Wärmequelle mit rechteckiger Geometrie passen. Die flache Geometrie eliminiert das Erfordernis eines Sattels und vermeidet die inhärenten Dickeneinschränkungen, welchen gegenwärtig zylindrische kapillare Verdampfer unterworfen sind.
Das Fachgebiet der flachen kapillaren Verdampfer für die Verwendung mit Hochdruck-Arbeitsflüssigkeiten lehrt die Verwendung von strukturellen Halterungen um jeglichen Deformationskräften zu widerstehen, die auf Grund des Drucks der Arbeitsflüssigkeit auftreten. Die Flächen werden miteinander verklebt, was häufig unhandliche Klammern oder dicke Platten verlangt. Klammern, dicke Platten und zusätzliche Halterungsmechanismen haben die Nachteile des unnötigen Gewichts, Dicke und Komplexität.
Das US Patent Nr. 5 725 049 beschreibt eine kapillare gepumpte Schlaufe für die Wärmeübertragung von einem Körperteil zu einem andern Körperteil. Dieses Gerät enthält einen kapillaren Verdampfer für die Verdampfung eines flüssigen Kühlmittels, indem Wärme von einem warmen Körperteil absorbiert wird, einen Kondensator für die Umwandlung eines verdampften Kühlmittels in eine Flüssigkeit durch Wärmeübertragung von der verdampften Flüssigkeit zu einem kühlen Körperteil. Ein erster Rohrabschnitt verbindet einen Auslass des kapillaren Verdampfers mit einem Einlass des Kondensators und ein zweiter Rohrabschnitt verbindet einen Auslass des Kondensators mit einem Einlass des kapillaren Verdampfers. Für den Docht, welcher mit einer kleinen Porengrösse versehen sein kann, wird die Abwesenheit von Fliesskanälen für die Lösung des Rückleitungsproblems nicht vorgeschlagen.
Das US Patent Nr. 5 002 122 erteilt an Sarraf et al. für „Docht mit Tunnelverbindung für Oberflächen mit hoher Energiedichte" bezieht sich auf die Konstruktion eines Verdampferbereichs eines Wärmerohrs mit einer flachen Oberfläche 12 für die Absorption von hohen Energiedichten. Die Kontrolle der thermisch induzierten Belastung der erwärmten Oberfläche 12 wird durch eine Anordnung von Halterungen 14 bewerkstelligt, die von der Rückseite der erwärmten Oberfläche aus der gesinterten Dochtschicht 18 herausragen und gegen eine schwerere Halterungsstruktur 16 angrenzen. Für die gesinterten Dochte 18 wird vorgeschlagen, dass sie aus Silizium und Glas hergestellt sind. Die Halterungen 14, welche aus dem Docht 18 herausragen, sind mit der Platte 12 verbunden, damit die erforderliche Stützung bewirkt wird.
Das US Patent Nr. 4 503 483 erteilt an Baselius für „Wärmerohrkühlmodule für Hochenergie-Schaltkreisplatinen" ist auf ein Wärmerohr gerichtet, das einen Verdampferabschnitt aufweist, der als flaches Rohrmodul 22 ausgebildet ist, für die direkte Anbindung an elektronische Komponenten 28. Diese Verdampferanordnung enthält zwei Dochte 36 im Sandwich zwischen zwei gegenüber liegenden Platten 34. Unter Bezugnahme auf 4 lehrt Basilius die Verwendung einer zentralen Separatorplatte 38, die Stäbe 40 enthält, welche die entgegengesetzt angeordneten Platten 34 fest verbinden, um Festigkeit zu verleihen und eine mechanische Deformation zu vermeiden. Unter Bezugnahme auf Spalte 3, Zeilen 3–11.
Das US Patent Nr. 4 770 238 erteilt an Owen für „Kapillares Wärmetransport- und Flüssigkeitshandhabungsgerät" ist auf ein Wärmetransportgerät mit einem Hauptflüssigkeitskanal 22, und Dampfkanälen 24, 26, 32, 34, das Dochtmaterial 36 enthält, gerichtet. Der Flüssigkeitskanal 22 und die Dampfkanäle 24, 26, 32, 34 sind zwischen den flachen, Wärme leitenden Plattenoberflächen 14, 16 angeordnet. Die Platten 14, 16 sind durch Rippen 38, 40, 42, 44 getrennt, welche eine solche Dicke aufweisen, die ihnen eine strukturelle Steifheit verleiht.
Das US Patent Nr. 4 046 190 erteilt an Marcus für „Flaches Plattenwärmerohr" bezieht sich auf flache Dampfplattenkammer-Wärmerohre, die zwei flache Platten 2, 3 aufweisen, die miteinander in parallelen Ebenen verklebt sind. Zwischenraumstifte 4 sind in regelmässigen Intervallen ausgerichtet um den Platten 2, 3 strukturellen Halt zu verleihen um als Anker für den Metalldocht 5 zu dienen.
Das US Patent 4 685 512 erteilt an Edelstein et al. für „Kapillare gepumpte Wärmetransferplatte und System" offenbart eine kapillare gepumpte Wärmetransferplatte, die zwei Platte und einen Docht enthält. Jede Platte weist ein Netzwerk von Rillen auf, das der Flüssigkeitskommunikation mit einer Flüssigkeitsleitung dient und daher Teile ohne Rillen besitzt, die dicke Wände der Rillen auf der inneren Oberfläche der Platte ausbildet. Wenn die Platten miteinander verklebt werden dienen diese Teile ohne Rillen, welche die Wände der Rillen bilden und die bezüglich dem Dochtmaterial eine erhebliche Dicke aufweisen, der Funktion als Halterungsstrukturen für die Anordnung.
Die Hauptnachteile der Halterungsstrukturen wie Nocken, Stäbe, Rippen und dergleichen (d. h. wie Sarraf et al, Basilius, Marcus et al. und Owen) und klobige Wände (d. h. Edelstein et al.) sind, dass die den Verdampfern Gewicht hinzufügen. Flache Plattenverdampfer ohne Halterungsstrukturen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, sind jedoch nur nützlich in Systemen mit verhältnismässig tiefem Druck, so dass eine Deformation der nichtgestützten Platten vermieden wird, was das natürliche Resultat von Druckkräften wäre, die durch Arbeitsflüssigkeiten mit hohem hohem Arbeitsdruck, wie Ammoniak, ausgeübt würden.
Das US Patent 3 490 718 erteilt an Vary für einen „Kapillaren Radiator" schlägt eine Radiatorkonstruktion vom Kapillartyp vor, die flexibel oder faltbar ist. Dieses Patent offenbart eine Ausführungsform ohne die Verwendung eines intermediären Zwischenraumbildungsmittels für die Erzeugung von kapillaren Durchgängen und daher wird in dieser Ausführungsform keine separate Halterung für die Platten vorgeschlagen. Vary lehrt jedoch, dass ein Radiatormechanismus, der auf diesem Konzept basiert, in einem System von relativ tiefem Druck sein muss, in welchem der kombinierte Sammler- (header) und Dampfdruck unterhalb von etwa 10 psia bleibt.
Das US Patent 5 642 776 erteil an Meyer, IV et al. für „Elektrisch isoliertes gekapseltes Wärmerohr" ist im Wesentlichen ein Wärmerohr in Form einer Einfachen Folienhülle. zwei kunststoffbeschichtete Metallfolienfilme werden an allen vier Kanten miteinander verklebt, um einen Docht einzuschliessen, welcher ein halbhartes Flächengebilde aus Kunststoffschaum ist, in dessen Oberflächen Kanäle eingeschnitten sind. Die offenbarte Arbeitsflüssigkeit ist Wasser, eine Arbeitsflüssigkeit von relativ tiefem Druck. Die Meyer, IV et al.-Offenbarung ist nicht auf Belange von Behältnissen von Hochdruck-Arbeitsflüssigkeiten in flachen Kapillarerdampfern gerichtet.
Es besteht somit ein Bedarf nach einem flachen Kapillarverdampfer, der eine strukturelle Integrität aufweist, um an Hochdruckarbeitsflüssigkeiten angepasst zu sein, wobei klobige Massen von Halterungsstrukturen, wie Rippen oder Dicke Wände, vermieden werden.
In vielen terrestrische Applikationen, einschliesslich der Elektronik, wird die Wärme einer Wärmequelle über einen passiven Kühler dissipiert, einem Kühler, der durch einen Ventilator oder ein anderes konventionelles Mittel unterstützt wird. Die konventionellen Muster haben nicht das tiefe Verhältnis von Gewicht zu übertragener Wärme, das für die LHP-Technologie charakteristisch ist. Unglücklicherweise stellten LHP des Standes der Technik keinen Weg für die Reduktion des Rückleitungsvermögens zur Verfügung, was häufig hauptsächlich wegen dem hohen hydrostatischen Druck der Fall ist, der durch erhöhte Differentiale verursacht wird, die bei terrestrischen Applikationen auftreten. Der Temperaturgradient über den Docht ist direkt proportional zum Druckunterschied über den Docht. Das heisst, dass die Gravitation einen hydrostatischen Druck bewirkt, welcher den Temperaturgradienten über dem Docht erhöht, was das Rückleitungsvermögen erhöht, und das hohe Rückleitungsvermögen limitiert die LHP-Konstruktions-Auswahlmöglichkeiten, indem Hochdruck-Arbeitsflüssigkeiten verlangt werden. Dies schliesst Wasser (eine erwünschte Auswahl) und andere Niederdruck-Fluide als praktische Auswahl für terrestrische Anwendungen aus.
Was daher benötigt wird, ist eine LHP, welche unter terrestrischen Bedingungen mit reduzierter Rückleitung arbeiten kann.
LHPs des vorherigen Standes der Technik sind klobig und weisen einen Verdampfer und einen Kondensator auf, die dazu tendieren voneinander einen physischen Abstand zu haben.
Was somit erforderlich ist, ist eine LHP, die physisch kompakt ist, mit verschiedenen Komponenten, die in einem einheitlichen Packet integriert sind.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Docht für die Verwendung in einem LHP-Verdampfer, der eine verbesserte Leistung bezüglich des Rückleitungsvermögens aufweist, zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung einen Docht zur Verfügung zustellen, der gegen überhitzte Fluide tolerant ist, welcher das Rückleitungsvermögen in Verdampfern reduziert, ungeachtet der Geometrie des Verdampfers und ungeachtet, ob auch der Dampfdruck der verwendeten Arbeitsflüssigkeit hoch oder tief ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung einen flachen Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen, der eine strukturelle Integrität besitzt um Hochdruck-Arbeitsflüssigkeiten aufzunehmen, wobei gleichzeitig klobige Massen von Halterungsstrukturen, wie Rippen oder dicke Wände, vermieden werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen, der eine dünnwandige flache Geometrie mit minimalem Gewicht aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es einen Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen, der eine dünnwandige flache Geometrie aufweist und zweckmässig ist für die Verwendung mit Hochdruck- und Niederdruck-Arbeitsflüssigkeiten.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung einen Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen, der eine dünnwandige flache Geometrie aufweist und zweckmässig ist für die Verwendung mit Niederdruck-Arbeitsflüssigkeiten.
Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen, der eine Geometrie mit minimaler Dicke an der Wärmeübertragungsoberfläche aufweist.
Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen, der eine dünnwandige flache Geometrie mit minimalen Temperaturdifferenzen über der Wärmetransferschnittstelle besitzt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Klammern zu vermeiden, welche die Platten eines Kapillarverdampfers mit flacher Geometrie zusammenhalten.
Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, das Erfordernis eines Sattels zu vermeiden, um an die Anschlussfläche der Wärmequelle and den zylindrischen Verdampfer anzupassen.
Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen leichtgewichtigen flachen Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen, der in einem minimalen Abstand mit einer Wärmequelle mit einer flachen Oberfläche leicht integriert werden kann.
Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine mechanische Stabilität zur Verfügung zu stellen, um zwei gegenüberliegende Gehäuseplatten eines flachen Verdampfers mit einem Metalldocht zusammenzuhalten, und der Zugspannung des Dochtmaterials zu vertrauen, damit eine Deformation der Platten vermieden wird.
Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für die Zusammensetzung eines Leichtgewichts-Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen, der einen gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständigen Docht besitzt.
Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kapillarverdampfer zur Verfügung zu stellen, der geätzte Mikrokanäle als Dampfrillen besitzt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung eine LHP zur Verfügung zu stellen, die unter terrestrischen Bedingungen zuverlässig arbeiten kann, ungeachtet des Dampfdruckes der Arbeitsflüssigkeit.
Es ist noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine LHP zur Verfügung zu stellen, die mit verschieden Komponenten, die in ein einheitliches Packet integriert sind, materiell kompakt ist.
Die obigen Ziele werden durch ein Wärmerohr gemäss der Definition im Anspruch 1 erhalten. Es enthält einen Kapillardocht der eine Struktur besitzt, die resistent auf Wärmerückführung ist. Der Docht hat eine Konfiguration, welche gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständig ist.
Einige der obigen Ziele werden durch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmerohrs erhalten, die einen flachen Kapillarverdampfer, der eine erste Platte, die einen primären Docht, und eine zweite Platte aufweist. Der primäre Docht ist im Sandwich zwischen der ersten und zweiten Platte und ist an die erste und die zweite Platte gebunden. Gegebenenfalls ist auch ein sekundärer Docht in einem Flüssigkeitsverteilrohr enthalten, was das Eintreten einer Arbeitsflüssigkeit in den primären Docht erleichtert.
Gewisse der obigen Ziele werden durch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmerohrs erhalten, das einen Kapillarverdampfer mit einem Flüssigkeitsrücklauf, mehrere Dampfrillen in Flüssigkeitskommunikation mit einem Dampfauslass und eine Docht aufweist. Der Docht hat eine erste Oberfläche, die an den Flüssigkeitsrücklauf anliegt und eine zweite Oberfläche, die and die Dampfrillen anliegt, wobei die Porengrössen innerhalb des Dochts die Nukleierung einer Arbeitsflüssigkeit zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche verhindert. Der Verdampfer kann irgend eine Geometrie besitzen, einschliesslich zylindrisch, flach usw.
Andere der obigen Ziele können durch Ausführungsformen des erfindungsgemässen Wärmerohrs erhalten werden, das einen flachen Kapillarverdampfer besitzt, der eine erste Platte, eine zweite Platte, einen primären Docht, der im Sandwich zwischen der ersten und zweiten Platte ist, und ein Mittel für die Vermeidung eine wesentlichen Deformation der ersten und zweiten Platte in Gegenwart von Dampf einer Arbeitsflüssigkeit enthalten. Das Mittel für die Vermeidung wird durch eine feste Fixierung (z. B. Bindung) der Platte an den Docht verkörpert, so dass die Platten von der Zugfestigkeit des Dochts einen strukturellen Halt beziehen.
Einige der obigen Ziele können erhalten werden durch ein Wärmeübertragungsmittel, das einen Verdampfer enthält. Der Verdampfer enthält mindestens eine Dampfrille, einen Dampfverteiler und einen Flüssigkeitsverteiler und hat eine Rückleitung. Flüssigkeit fliesst in die Flüssigkeitsrückleitung und fliesst durch den Docht, ohne dass ein Nukleirung im Docht stattfindet. Die Wärme, die and die Wärmeingabefläche(n) übertragen wird, verdampft die Flüssigkeit und in den Dampfrillen, die am Gehäuse und/oder am Docht eingearbeitet sind, bildet sich der Dampf.
Während der Docht gegebenenfalls Kanäle für den Flüssigkeitsfluss haben kann, besteht ein signifikanter Vorteil eines kontinuierlichen gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständigen Dochts in der Minimierung der Wärmeleitung von den Dampfrillen zum Flüssigkeitsverteiler. Konsequenterweise wird das Ausmass der Unterkühlung, das für den Schleifenbetrieb erforderlich ist, minimiert. Wenn der Docht Kanäle für den Flüssigkeitsfluss besitzt wird gegebenenfalls ein sekundärer Docht verwendet, um Flüssigkeit zum primären Docht zu führen. Der sekundäre Docht ist so konfiguriert, dass er den gesamte Dampf, der in der Flüssigkeitsrückflussleitung zurückgeführt wird, im Reservoir kanalisiert.
Eines der obigen Ziele wird durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Wärmerohrs erhalten, das einen Verdampfer, einen Kondensator, eine Dampfleitung und eine Flüssikeitsrückführleitung enthält. Der Verdampfer hat einen Flüssigkeitseinlass, einen Dampfauslass und einen gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständigen Docht. Der Kondensator besitzt einen Dampfeinlass und einen Flüssigkeitsauslass. Die Dampfleitung stellt die Flüssigkeitskommunikation zwischen dem Dampfauslass dem Dampfeinlass her. Die Flüssigkeitsrückflussleitung stellt die Flüssigkeitskommunikation zwischen dem Flüssigkeitsauslass und dem Flüssigkeitseinlass her. Das Wärmerohr arbeitet zuverlässig in einem terrestrischen Gravitationsfeld.
Mindestens eines der Ziele kann erhalten werden durch eine Kühlvorrichtung für die Kühlung von Wärme erzeugenden Komponenten. Die Kühlvorrichtung besitzt einen Kühler mit einer grossen Empfangsfläche und einem Wärmerohr, in das in eine Seite des Kühlers eingebettet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung sind durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung ersichtlich, gelesen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungsfiguren.
1 erläutert eine perspektivische Schnittzeichnungsansicht eines Beispiels eines Kapillarverdampfers gemäss dem Stand der Technik mit zylindrischer Geometrie.
2 erläutert eine perspektivische Schnittzeichnungsansicht eines andern Beispiels eines Kapillarverdampfers gemäss dem Stand der Technik mit zylindrischer Geometrie.
3 erläutert eine perspektivische Schnittzeichnungsansicht noch eines andern Beispiels eines Kapillarverdampfers gemäss dem Stand der Technik mit zylindrischer Geometrie.
4 erläutert eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständigen Dochts gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 erläutert eine Schnittzeichnungsansicht des Dochts gemäss 4.
6 erläutert eine perspektivische Schnittzeichnungsansicht gemäss einer erfindungsgemässen Ausführungsform, entlang ihrer Längsachse, innerhalb der Verdampfergehäuses 80, welche schematisch Flüssigkeitsfliesspfade durch das Innere des Dochtkörpers zeigt.
7 erläutert eine Schnittzeichnungsansicht eines flachen Kapillarverdampfers gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 erläutert eine Explosionsansicht eines flachen Kapillarverdampfers gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 erläutert eine perspektivische Ansicht einer Verdampfer/Reservoiranordnung gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 erläutert eine Schnittzeichnungsansicht einer Verdampfer/Reservoiranordnung gemäss 9.
11 erläutert eine Teilschnittzeichnungsansicht einer Dochtstruktur dargestellt in 10.
12 erläutert eine Seitenansicht des Dochts von 11.
13 erläutert eine Detailansicht des Dochts von 11.
14 erläutert eine Planansicht einer LHP 400 gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 erläutert eine perspektivische Ansicht einer Kühlanordnung, welche eine LHP gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
16 erläutert eine Schnittzeichnungsansicht der Kühlanordnung gemäss 15.
17 erläutert eine andere Schnittzeichnungsansicht der Kühlanordnung gemäss 15.
18 erläutert graphische Leistungskurven eines Arbeitsbeispiels eines flachen Plattenverdampfers gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1. Die Dochtaspekte der Erfindung
Ein Verdampferdocht, wie er in der vorliegenden Erfindung verkörpert wird, ist beständig gegen die Rückleitung von Wärmeenergie. Ein weiterer Aspekt eines Dochts der vorliegenden Erfindung ist die Toleranz gegen überhitzte Flüssigkeiten.
Zwei Faktoren beeinflussen signifikant wie viel Rückleitung durch einen Docht eines Kapillarverdampfers vorkommt: (1) der Temperaturgradient zwischen den Dampfrillen und der Flüssigkeitsrückllauf, und (2) der thermische Widerstand zwischen den Dampfrillen und der Flüssigkeitsrückleitung. Die Rückführung nimmt ab mit einem zunehmenden Temperaturgradienten. Die Rückleitung erhöht sich mit einem abnehmenden thermischen Widerstand. Daher reduzieren die Minimierung des Temperaturgradienten über den Docht und die Erhöhung der thermischen Widerstands des Dochts die Rückleitung.
Die Reduktion des Temperaturgradienten über den Docht wird erhalten, indem das Vorkommen einer Nukleierung im zentralen Flüssigkeits-Rückflusskanal 2 im Docht 4 vermieden wird. Ein Faktor für die Vermeidung der Blasenbildung im Docht besteht darin, sicherzustellen dass der Docht frei ist von signifikanten Porengrössenstreuungen, d. h. dass der Docht homogen ist. Im Weiteren wird die Flüssigkeitsüberhitzungstoleranz gefördert, indem eine Porengrösse ausgewählt wird, die klein genug ist, um die Nukleierung von überhitzter Flüssigkeit, die durch den Docht vom Flüssigkeitsrücklauf zum Dampfkanal fliesst, zu vermeiden. Zusätzlich reduziert die Eliminierung des zentralen Fliesskanals 2 ebenfalls den Temperaturgradienten. Dies erlaubt der Flüssigkeit, die von der Flüssigkeitsrückleitung durch den Docht zu den Dampfrillen fliesst, zu überhitzen, was den Docht gegen die Flüssigkeitsüberhitzung beständig macht. Die Eigenschaften der Überhitzungstoleranz setzt voraus, dass die Nukleierung wirksam unterdrückt wird.
Die Porengrösse kann einheitlich sein (d. h. homogen) über das Dochtmaterial, oder alternative können die Porengrössen über den Docht abgestuft sein (z. B. gemäss dem lokalisierten Druck innerhalb des Dochts).
Die Zunahme der thermischen Resistenz zwischen den Dampfrillen und dem Flüssigkeitsrücklauf wird erzielt, indem ein Dochtmaterial ausgewählt wird, das eine tiefe thermische Leitfähigkeit besitzt, und/oder indem längere Leitungspfade geschaffen werden. In den Dochten des Standes der Technik, die einen zentralen Fliesskanal 2 besitzen (bez. 1–3), läuft der Rückleitungspfad parallel durch den Docht 4. Wenn der Durchmesser des zentralen Fliesskanals 2 reduziert wird, wird Rücklaufpfadlänge erhöht, wobei der thermische Widerstand zunimmt. Durch die vollständige Eliminierung des zentralen Fliesspfades 2, wird die zurückkehrende Flüssigkeit gezwungen axial durch den Docht zu fliessen. Der axiale Flusszwang erhöht die Pfadlänge signifikant und somit wird der thermische Widerstand erhöht.
Durch das Entfernen des zentralen Fliesskanals 2, um einen gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständigen Docht zu schaffen, wird daher die Rückleitung ebenfalls vermindert indem der thermische Widerstand erhöht wird.
Ein Aspekt eines Dochts gemäss der vorliegenden Erfindung ist die Auswahl der Porengrösse, um die Unterdrückung der Nukleierung zu fördern. Ein anderer Aspekt eines Dochts gemäss der vorliegenden Erfindung ist der kleine thermisch leitende Pfad zwischen den Dampfkanälen und der Flüssigkeitsrücklauf um die Rückleitung zu minimieren. Noch ein anderer Aspekt eines Dochts gemäss der vorliegenden Erfindung ist die hohe Durchlässigkeit für einen kleinen Druckabfall über dem Docht. Ein weiterer Aspekt eines Dochts gemäss der vorliegenden Erfindung ist die hohe Zugfestigkeit zur Aufnahme von Hochdruck-Arbeitsflüssigkeiten.
Nicht alle der oben erwähnten Eigenschaften müssen notwendigerweise in jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorhanden sein, um die Ziele der vorliegenden Erfindung zu erhalten. In der Tat sind einige bis zu einem gewissen Grad miteinander austauschbar. Die Änderung eines Aspektes, um die Leistung zu begünstigen, hat oft einen nachteiligen Effekt auf einen andern Aspekt. Zum Beispiel bewirkt eine verminderte Porengrösse oft eine verminderte Permeabilität, so dass der zusätzliche Druckabfall innerhalb des Dochts mindestens teilweise die Zunahme des kapillaren Pumpdruckes ausgleicht. Eine gute Leistung wird erreicht, indem eine Porengrösse ausgewählt wird, welche den maximalen erhältlichen Druckabfall ausserhalb des Verdampfers für ein vorgegebenes Verdampferdesign zur Verfügung stellt. Der maximale erhältliche Druckabfall ausserhalb des Verdampfers ΔP_ERHÄLTLICH ist definiert gemäss der Beziehung ΔPERHÄLTLICH = Δ2KAPILLAR – APABFALL. worin ΔP_KAPILLAR der kapillare Druckanstieg über dem Docht ist und ΔP_ABFALL der Druckabfall über dem Verdampfer ist. Ein detailliertes Beispiel wird nachstehend beschrieben.
Ein Docht, verkörpert gemäss der vorliegenden Erfindung, ist nützlich für einen weiten Bereich von Kapilarverdampfern. Er ist nützlich für Verdampfer diverser Geometrien, einschliesslich flacher und zylindrischer. Er ist nützlich für Verdampfer, die aus verschieden Materialien hergestellte Dochte erfordern, einschliesslich nichtmetallische Dochte (z. B. polymere, keramische) und metallische Dochte. Zusätzlich ist ein Docht, der die vorliegende Erfindung verkörpert, nützlich für einen weiten Bereich von Arbeitsflüssigkeiten (Wasser, Ammoniak, Butan, Freone usw.), einschliesslich denjenigen, die einen tiefen Dampfdruck aufweisen, und denjenigen mit einem hohen Dampfdruck.
Ein anderes Beispiel für die Änderung von Dochteigenschaften zur Begünstigung der Leistung mit einem nachteiligen Effekt auf eine andere Eigenschaft ist die Erhöhung der Zugfestigkeit, indem ein Metalldocht anstelle von Kunststoffdochten für Hochdruckflüssigkeiten verwendet wird. Dieser Materialwechsel erhöht die thermische Leitfähigkeit des Dochts und daher die Rückleitung zwischen den Dampfkanälen und den Flüssigkeitsrückläufen erhöht wird. Eine Art um den Effekt der thermische Leitfähigkeit des Dochts zu reduzieren ist die Verwendung eines Dochts, der Eigenschaften hat, welche die Beständigkeit des Dochts gegen Flüssigkeitsüberhitzung stark begünstigen.
Ein gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständiger Docht wird als kontinuierliche Dochtstruktur definiert, die entlang des Fliesspfades eine genügend kleine Porengrösse besitzt, so dass ein stabiler Betrieb mit einer überhitzten Flüssigkeit im Docht erlaubt wird, und keine Nukleierung entlang des Fliesspfades ermöglicht wird. Nukleierung kommt bei Poren vor, wo Blasen existieren können, die grösser sind als der kritische Blasenradius. Verfahren für die Bestimmung der zweckmässigen Porengrösse, die erforderlich sind, dass eine Nukleierung stattfinden kann, werden diskutiert in Rohsenow, W. M. and Hartnett., ed. „Boiling" im Handbook of Heat Transfer, Ch. 12 (McGraw-Hill 1973). Der Grad, in welchem die Flüssigkeit überhitzt wird, wird als Differenz zwischen der Temperatur der Flüssigkeit und der lokalen Sättigungstemperatur bestimmt. Änderungen der lokalen Sättigungstemperatur entsprechen Änderungen des lokalen Drucks, wegen dem Fluss der Flüssigkeit durch den Docht.
Ein Docht, der die Nukleierung unterdrückt, ist nicht auf einen homogenen Docht oder einen Docht mit streng einheitlichen Eigenschaften eingeschränkt. Zum Beispiel. kann ein Docht mit abgestufter Porosität eine Unterdrückung der Nukleierung bewirken, unter der Voraussetzung, dass die Grössenverteilung nicht erlaubt, dass die lokale Porengrösse die kritische Grösse der überhitzten Flüssigkeit überschreitet. Dochte mit internen Kanälen, die grösser sind als der kritische Blasenradius, sind ebenfalls nukleierungsunterdrückend, vorausgesetzt dass der Kanal nicht Teil des Fliesspfades durch den Docht ist. Ein die Nukleierung unterdrückender Docht kann aus Metall oder aus Nichtmetallischen Materialien hergestellt sein.
Unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird ein gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständiger Docht 90 gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert, welcher so konstruiert ist, dass ein stabiler Verdampferbetrieb mit überhitzter Flüssigkeit in der Verdampferzone zwecks verminderter Rückleitung ermöglicht wird. Der gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständige Docht 90 ist in der Flüssigkeitsfliessrichtung kontinuierlich, mit einer genügend kleinen Porengrösse um die Nukleierung der überhitzten Flüssigkeit innerhalb des Dochts während dem Betrieb zu verhindern. Eine wichtige Unterscheidung zwischen einem gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständige Docht 90 und Dochten gemäss dem Stand der Technik besteht darin, dass der zentrale Fliesskanal eliminiert wurde, um die Nukleierungsunterdrückung zu fördern. Die Stirnseite 94, wo die Flüssigkeit in den Docht 90 eintritt, besitzt keinen eingebohrten zentralen Kanal. Diese gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständige Konfiguration minimiert die Docht-Rückleitung von den Dampfrillen 92 zum Flüssigkeitseinlass. Der Docht 90 hat Dampfrillen 92, jedoch keinen zentralen Fliesskanal.
Alternativ können Dampfrillen entweder in den Docht (wie in 4 gezeigt) oder in die Verdampferwand eingearbeitet sein (wie in den 1–3 gezeigt).
Unter Verweis auf 6 erläutert ein schematisches Diagramm (eine Schnittansicht des Dochts entlang seiner Längsachse, innerhalb des Verdampfergehäuses 80) die Flüssigkeitsfliesspfade (unterbrochene Linien) durch das Innere des gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständigen Dochtkörpers 98 von der Stirnseite 94, wo die Flüssigkeit in den Dampfrillen 92 verdampft. Diese schematische Ansicht ist vereinfacht (um eine klare Erläuterung vorzulegen), dass es nicht gewisse bevorzugte Flüssigkeits-Rückführmechanismen schildert (es wird beispielsweise auf 10 verwiesen, für mehr Einzelheiten von diesen Aspekten der bevorzugten Ausführungsform).
2. Die flache Kapillarverdampfer-Ausführungsform
Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verdampfer für die Verwendung in einem LHP in eine flache Geometrie konfiguriert, die mit der Auswahl einer Hochdruckarbeitsflüssigkeit kompatibel ist.
Ein flacher Verdampfer ist so konfiguriert, dass er in geeigneter Weise auf flache Oberflächen passt, welche gewöhnlich bei Wärme erzeugenden Geräten vorliegen. Um die flachen Seiten des Verdampfers vom Aufwölben wegen dem Dampfdruck, der durch die verdampfte Arbeitsflüssigkeit ausgeübt wird, zu bewahren, wird ein kontinuierlicher Docht verwendet. Durch das Verkleben der beiden flachen Seiten des Verdampfers mit dem Docht, hält die Zugfestigkeit des Dochts die Seiten innen fest und bewahrt sie von einer Deformation nach aussen.
Ein wichtiger Aspekt dieser Ausführungsform besteht darin, dass der Verdampfer nicht genau „flach" sein muss, sondern dass er fähig ist, zu einer dünnen Geometrie geformt zu werden, die gebogen oder unregelmässig ist. Das Formen der „flachen" Verdampferausführungsform in nichtflache Konfigurationen ist eine Sache der Bequemlichkeit um eine gute thermische Kupplung zu den Wärmequellen zu erhalten, die gebogen oder unregelmässig sind. in andern Worten ist die Flachheit des Kapillarverdampfers nicht erfindungswesentlich; es ist lediglich eine bequeme Form zum Zwecke der Beschreibung.
Bezug nehmend auf 7 wird ein Verdampfer 100 gemäss einer bevorzugter Ausführungsform gezeigt, welche zwei im wesentlichen ebenen gegenüberliegenden Platten 102, 104 besitzt, von welchen jede Dampfrillen 106 besitzt. Die Platten 102, 104 sind typischerweise aus rostfreiem Stahl hergestellt und sind mit einem Metalldocht 108 verbunden, mittels einer Bindestelle 110 zum Zweck der Verwendung der Festigkeit des Dochts 108 für das Druckbehältnis. Die Bindestelle 110 kann durch sintern oder löten gebildet sein. Die Bindestelle 110 führt über die Länge der Platten 102, 104.
Gemäss alternativen Ausführungsformen, werden, statt der Bildung von Dampfrillen 106 in den Platten 102, 104, die Dampfrillen im Docht 108 gebildet, anliegend an die Stelle, wo der Docht 108 mit den Platten 102, 104 verbunden ist. Als weitere Alternative können die Dampfrillen sowohl in den Platten 102, 104, als auch im Docht 108 ausgebildet sein.
Das Verbinden ist eine breite Klasse von Verbindungstechniken, von welchen das Sintern und das Löten bevorzugt werden. Das Sintern ist die Anwendung von Druck unterhalb der anwendbaren Schmelztemperatur über eine genügende Zeitperiode für das Erfolgen der Bindung. Es wird vorzugsweise in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt um die Bildung von Oxiden zu vermeiden. Siehe Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers, Eugene and Baumeister III, Theodore, editors, Seiten 13–22, 13–23, (McGraw-Hill, 9th ed. 1987). Beim Löten wird durch Erwärmen auf über 450°C Koaleszenz erzeugt, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls verbunden. Ein Füllmetall, das einen Schmelzpunkt unter dem der zu verbindenden Metallen besitzt, wird in der Schnittstelle zwischen der Platte und dem Docht durch kapillare Anziehung verteilt. Id. auf Seite 13–41. Natürlich kann die Erfindung unter Verwendung anderer Bindungstechniken ausgeführt werden, einschliesslich Diffusionsbindung oder chemischer Bindung.
Der Metalldocht wird nach der Zugfestigkeit basierend auf der gewünschten Arbeitsflüssigkeit ausgewählt, vorzugsweise 2,5 mal Dampfdruck der Arbeitsflüssigkeit bei der bezeichneten maximalen Betriebstemperatur. Die Systemgeometrie spielt auch eine Rolle. Je breiter die Dampfrillen bezüglich des Zwischenraums zwischen den Dampfrillen sind, um so höher muss die Zugfestigkeit des Dochtmaterial sein. Das heisst wegen den breiteren Dampfrillen ist dort weniger Oberflächenbereich auf den Platten vorhanden (zwischen den Dampfrillen), die mit dem Docht verbunden werden müssen. Wenn allerdings die ausgewählte Arbeitsflüssigkeit eine Niederdruckflüssigkeit ist, dann besteht keine Anforderung nach einer signifikanten Zugfestigkeit des Dochts zur Stützung der Struktur. Nichtmetallisches Dochtmaterial ist somit zweckmässig für die Verwendung bei Tiefdruckfluiden in flachen Kapillarverdampfer.
Ein Flüssigkeitsverteiler 112 ist am einen Ende des Dochts 108 angeordnet und ein Dampfverteiler 114 ist am entgegengesetzten Ende des Dochts 108 angeordnet. Die Richtung des Flüssigkeitsflusses durch den Docht 108 und die Dampfrillen 106 führt vom Flüssigkeitsverteiler 112 zum Dampfverteiler 114.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 7 erläutert ist, umfasst der Flüssigkeitsverteiler 112 eine Flüssigkeitsrücklauf 116 (d. h. eine Bajonett-Flüssigkeitsrücklauf) und ein sekundärer Docht 118, gebildet aus Dochtmaschen, oder einem andern Dochtmaterial. Der sekundäre Docht 118 ist nicht erforderlich für Schlaufenorientierungen wo die Flüssigkeit vom Hydro-Sammler durch die Schwerkraft zum Verdampfer transportiert wird. Der sekundäre Docht ist so konstruiert, dass die Dampfdurchlasskanäle 128 zwischen dem Docht 108 und dem Hydro-Sammler (d. h. dem Flüssigkeitsverteiler 112) ausgebildet sind. Zum Zwecke der klaren Erläuterung ist die schematische Ansicht in solcher Weise vereinfacht, dass gewisse bevorzugte Informationen von Flüssigkeitsrückführmechanismen (siehe 10 z. B. für mehr Einzelheiten über diese Aspekte von dieser bevorzugten Ausführungsform) nicht dargestellt sind.
Unter Bezugnahme auf die Explosionsdarstellung von 8 wird eine Platten/Dochtanordnung 202 gebildet durch eine Kombination des Dochts 108, der zwischen den Platten 108 im Sandwich ist und mit den Platten 102, 104 verbunden ist. Die Platten/Dochtanordnung 202 ist bündig auf den drei Seiten, die an den Flüssigkeitsverteiler 212 und die Seitenstäbe 204, 206 anliegen. Die Platten 102, 104 dehnen sich beide über den Docht 108 aus, wobei die Überhänge 208, 210 an der Seite, die an den Dampfverteiler 214 angrenzen, gebildet werden. Die Länge der Überhänge 208, 210 liegen vorzugsweise im Bereich von etwa 0,03 bis etwa 0,04 Zoll.
Der Dampfverteiler 214 hat einen halbkreisförmigen Ausschnitt, dessen Durchmesser ungefähr gleich der Dicke des Dochts 108 ist. Der Flüssigkeitsverteiler 212 hat ebenfalls einen halbkreisförmigen Ausschnitt mit einem Durchmesser der etwa gleich der Dicke des Dochts 108 ist. Ein Paar von Seitenstäben 204, 206 ist an gegenüberliegenden Seiten der Docht/Plattenkombination 202 und gegenüberliegenden Enden der Verteiler 214, 216 angeordnet. Als Resultat ist der Docht vollständig durch die obere und untere Platte 102, 104, den Seitenstäben 204, 206 und den Verteilern 214, 216 eingeschlossen.
Der Betrieb des Flachen Kapillarverdampfers gemäss dieser Ausführungsform wird nun erklärt.
Das Gehäuse des flache Kapillarverdampfers (siehe 7) hat ein Paar von gegenüberligenden flachen externen Oberflächen 120, 124, die durch die Oberflächen der Platten definiert werden, die den entsprechenden inneren Oberflächen 122, 124 welche an den Docht 108 gebunden sind, entgegengesetzt sind. Die Wärme wird an die externen Oberflächen 120, 124 angelegt, welche die Arbeitsflüssigkeit im Gehäuse verdampft, primär in der Nähe der Dampfrillen 106. Die verdampfte Arbeitsflüssigkeit verflüchtigt sich durch die Dampfrillen 106 und tritt dann aus dem Verdampfer 100 durch den Dampfverteiler 114 aus.
Die Platten/Dochtanordnung 202 kann in verschiedener Art durch eine aus einer Kombination von Materialien gebildet werden, die ausgewählt sind auf Basis einer Anzahl von Betrachtungen, einschliesslich:

• Zweckfähigkeit für die Verbindung (z. B. Sintern oder Löten);
• erwarteter Druckbereich (hoch oder tief); und
• Korrosionsvermeidung.

Sowohl der Druckbereich als auch die Korrosion werden primär durch die Wahl der Arbeitsflüssigkeiten beeinflusst. Beispiele von Metallen, die zweckmässig für die Verwendung mit Hochdruck-Arbeitsflüssigkeiten sind: rostfreier Stahl, Nickel (einschliesslich Legierungen davon) und Titan (einschliesslich Legierungen davon).

Anwendbare Dochteigenschaften für die Verdampferfunktionalität sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgelistet. TABELLE 1

DOCHTEIGENSCHAFT	ANWENDBARER BEREICH
Blasenpunkt	0.01 bis 100 Mikron
Permeabilität	10^–10 bis 10^–16 m²
Porosität	30% bis 90% Leervolumen
Zugfestigkeit	Abhängig von der Wahl der Arbeitsflüssigkeit und der Systemgeometrie

Die Breiten-, Dicken- und Längendimensionen des Verdampfers sind nicht kritisch und können so ausgewählt werden, dass sie zweckmässig für alle erforderlichen Kühlungsituationen sind. Ähnlich können der Wärmeinput und die Geometrien des Flüssikeitsverteilers, die Dampfrillen und der Docht nach den spezifischen Anwendungen variieren und liegen für Fachpersonen auf der Hand.
Gemäss einer alternativen Ausführungsform kann der flache Kapillarverdampfer in besonderer Weise für den Wärmeinput, der nur über eine einzige Platte übertragen wird, angepasst werden.
Es ist bevorzugt dass die Dampfrillen der vorliegenden Erfindung als Mikrokanäle hoher Dichte ausgebildet sein können. Die Verwendung von Dampfrillen in Form von Mikrokanälen hoher Dichte ist vorteilhaft, da sie in einem hohen Film-Koeffizient resultiert. Es ist bevorzugt Mikrokanäle mittels eines Ätzprozesses zu bilden, da das Ätzen einen ökonomisch wirksamen Prozess für die Bildung von Mikrokanälen hoher Dichte darstellt.
Das Verdampfergehäuse kann auf verschiedene Arten hergestellt werden. Vorrätige Platten können in eine Halbzylinderform gebogen werden um zweckmässige Verteiler zu bilden, wie Flüssigkeits- und Dampfverteiler 112, 114, dargestellt in 7. Alternativ können die Verteiler vom Lagerbestand bearbeitet werden, wie die Flüssigkeits- und Dampfverteiler 212, 214 dargestellt in 8. Als weitere Alternative, kann jeder Verteiler miteinander bearbeitet werden, mit einer der Platten als einheitlicher Teil. Natürlich kann jeder der Teile individuell geformt werden (wie in 8 gezeigt) und dann zusammen geschweisst oder gelötet werden. Bearbeitete Verteiler 212, 214 können weiter bearbeitet werden, nach der Zusammensetzung mit andern Teilen, so dass sie Montageflansche bilden, oder einfach, um überflüssiges Material zu entfernen, um das Gewicht zu reduzieren.
In der Flachplattenausführungsform (siehe 7 und 8) ist der Docht gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständig auf Basis einer Auswahl einer Porengrösse, die klein genug ist, um die Nukleierung der überhitzten Flüssigkeit zu vermeiden, die durch den Docht vom Flüssigkeitsrücklauf 116 zum Dampfkanal 106 fliesst. Die Porengrösse kann einheitlich sein (z. B. homogen) über das Dochtmaterial, oder alternativ kann die Porengrösse über den Docht abgestuft sein (z. B. gemäss dem lokalisierten Druck im Docht).
3. Die zylindrische Kapilarverdampfer-Ausführungsform
Gemäss einer andern Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verdampfer für die Verwendung in einer LHP unter Verwendung einer zylindrischen Konfiguration konfiguriert.
Unter Bezugnahme auf 9 wird eine perspektivische Ansicht einer Verdampfer/Reservoir-Anordnung 300 erläutert. Der Verdampfer 310 ist zusammenhängend mit dem Reservoir 320, das die kondensierte Arbeitsflüssigkeit enthält, die von einem Kondensator (nicht dargestellt) über die Flüssigkeitsrückflussleitung 330 zurückgeflossen ist. Die Wärmeenergiereingabe an den Verdampfer 310 verdampft die Arbeitsflüssigkeit vom Reservoir 320, und die verdampfte Flüssigkeit tritt durch den Dampfauslass 340 aus.
Unter Bezugnahme auf 10 wird eine Schittzeichnungsansicht einer Verdampfer/Reservoir-Anordnung 300 von 9 erläutert. Die Arbeitsflüssigkeit in flüssiger Phase kehrt via Flüssigkeitsrückfluss 330 zum Reservoir zurück. Arbeitsflüssigkeit in flüssiger Phase kehrt via den Diffuser 324 ins Reservoir 320 zurück. Der Diffuser 324 hat radiale Kanäle 325, welche für jeden Durchgang von Dampfblasen, die in der zurück fliessenden Flüssigkeit enthalten sein können, einen leichten Durchgang ermöglichen. Innerhalb des Reservoirgehäuses 322 befindet sich die Reservoirabschirmung 326. Der gesamte Flüssigkeitsfluss vom Reservoir 320 in den Verdampfer 310 wird durch die Reservoirabschirmung 326 und die Dichtung 328 erleichtert. Die Resevoirabschirmung ist zwischen dem Diffuser 324 und der Dichtung 328 befestigt. Die Dichtung besteht vorteilhaft aus vier Schichten von Sieben mit einer Maschenweite von 200 mesh, die zum Durchmesser des Dochts 312 passend ausgeschnitten sind.
Arbeitsflüssigkeit fliesst vom Reservoir in den Verdampfer durch einen direkten Eingang in den Docht 312, welcher durch ein Verdampfergehäuse 314 umgeben ist. Wenn die Arbeitsflüssigkeit vom Docht 312 bei den Dampfrillen 316 heraus kommt, ändert sie die Phase von flüssig zu dampfförmig. Der Dampf tritt durch den Dampfauslass 340 aus dem Verdampfer aus.
Unter Bezugnahme auf 11 & 12 wird eine Dochtstruktur mit Endoberflächen 315 und 319 im Verdampfer von 10 in einer Teilschnittansicht (11) und in einer Stirnansicht (12) erläutert. Die Dampfrillen 316 sind rund um die Peripherie des zylindrischen Dochts 312 angeordnet. Das Eintrittsende der Dampfrillen ist in einem Abstand vom Flüssigkeitseingang 315 des Dochts 312 angeordnet. Kleine seitliche Rillen 317 dehnen sich zwischen den Dampfrillen 316 aus. Die kleinen seitlichen Rillen 317 sind optionale Merkmale, nicht wesentlich für die Praxis der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 13 wird eine Detailansicht des Dochts von 11 erläutert. Das Detail zeigt die Seite 316' der Dampfrille 316, wo sich kleine seitliche Rillen 317 mit den Dampfrillen 316 vereinigen. Als Herstellungshilfsmittel sind die kleinen seitlichen Rillen als Gewinde am zylindrischen Docht 312 herausgearbeitet. Die Gewinde 317 haben eine Tiefe A, konisch nach innen, mit einem Winkel B und sind mit einer Steigung C beabstandet. Eine Steigung C von etwa 60 Gewindegängen pro Zoll wird bevorzugt, kann jedoch breit variieren. Die Tiefe A liegt vorzugsweise im Bereich 15 bis 20 Tausendstel eines Zoll. Der Verjüngungswinkel B ist vorzugsweise etwa 16 Grad.
Ein Docht gemäss der Ausführungsform des zylindrischen Verdampfers setzt den Aspekt der Flüssigkeitsüberhitzungsbeständigkeit der vorliegenden Erfindung um.
4. Die terrestrische LHP-Ausführungsform
Gemäss einer andern Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die LHP mit Wasser als Arbeitsflüssigkeit konfiguriert und um zuverlässig unter terrestrischen Bedingungen (1g) zu arbeiten.
Bezugnehmend auf 14 wird eine Planansicht einer LHP 400 gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Diese LHP verwendet die zylindrische Verdampfer/Reservoir-Anordnung 300 (im einzelnen oben beschrieben) als Teil der Schlaufe. Die Verdampfer/Reservoir-Anordnung 300 ist mit einem Kondensator 410 über eine Dampfleitung 420 und einem Flüssigkeitsrücklauf 430 verbunden. Der Kondensator 410 ist thermisch mit einem Kühler 412 mit Rippen 414 gekoppelt.
Wie oben im Hintergrundabschnitt diskutiert, waren Wärmerohre für die terrestrische Verwendung gemäss dem Stand der Technik problematisch. Das primäre Problem war die Unfähigkeit Wasser oder andere Flüssigkeiten mit niederem Dampfdruck in Gegenwart von Gravität zu verwenden, wegen der exzessiven Rückleitung.
Die vorliegende Erfindung stellt eine LHP zur Verfügung, die zuverlässig in einem terrestrischen Umfeld arbeitet, ungeachtet des Dampfdruckes der ausgewählten Arbeitsflüssigkeit. Der Verdampfer verwendet einen gegen Flüssigkeitsüberhitzung beständigen Docht gemäss den oben offenbarten Prinzipien.
Nachstehend ist ein Arbeitsbeispiel beschrieben, das im einzelnen schildert, wie die Dochtparameter ausgewählt werden können, um optimale Pumpcharakteristiken vom Verdampfer allein zu erhalten.
Eine terrestrische LHP, welche die vorliegende Erfindung verkörpert, hat viele Vorteile über andere Wärmetransferoptionen. Zum Beispiel beinhalten vorbekannte Optionen für die Kühlung von Computern und anderer Elektronik einen Kühler (passive Konvektionskühlung). Die terrestrische LHP-Technologie entfernt die Wärme effektiver als beide dieser Optionen, ohne dass die Zuverlässigkeit geopfert wird. Es ist aktives System das gezwungen Wärme von der Wärmequelle weg pumpt, es hat zusätzlich keine Beweglichen Teile (die von der Arbeitsflüssigkeit verschieden sind) welche aussteigen können.
5. Die kompakte flache LHP-Ausführungsform
Gemäss noch einer andern Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die LHP konfiguriert, dass sie kompakt und integriert für die Verwendung zum Kühlen von lokalisierten Wärmequellen, wie Elektronik, ist. Die LHP ist konfiguriert um zuverlässig unter terrestrischen Bedingungen (1g) zu arbeiten.
Unter Bezugnahme auf 15 ist eine perspektivische Ansicht einer Kühlanordnung 500, die eine LHP enthält, gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, erläutert. Die LHP selbst ist nicht sichtbar in dieser Ansicht, welche eine Komponenten-Montagedeckschicht 510 enthält, die mit einem Kühler 512 über eine Kühlerdeckschicht 514 verbunden ist. Die Wärme erzeugenden Komponenten 522, 524 (bez. auf 16), die gekühlt werden müssen, sind auf der Montagedeckschicht 510 montiert.
Unter Bezugnahme auf 16 wird einer Schnittansicht der Kühlanordnung 500 von 15 erläutert. Diese Ansicht zeigt den Verdampfer, das Reservoir und die Flüssigkeitsrückführteile der LHP-Struktur. Die Wärmeenergie wird durch die Komponenten 522, 524 (gezeigt als Phantom) welche auf der Montagedeckschicht 516 der Komponenten-Montagedeckschicht 510 montiert sind. Komponenten hoher Energiedichte 522 sind entlang der Unterseite eines Kapillardochts 534 angeordnet. Komponenten tiefer Energiedichte, wie Komponenten 524 sind auf der Montagedeckschicht 516 in einer Distanz vom Verdampferteil 530 entfernt angeordnet. Ein Flüssigkeitsreservoir 540 oberhalb des Dochts 534 des Verdampfers 530 angeordnet. Das Flüssigkeitsreservoir 540 enthält Flüssigkeit 542 und gegebenenfalls ein Leervolumen 544.
Flüssigkeit fliesst in das Reservoir 540 über die Flüssigkeitsrückläufen 552, 554, die sich von entgegengesetzten Enden der Komponenten Montagedeckschicht 510 ausdehnen und bis durch den Docht 534 in das Reservoir 540. Obschon die Flüssigkeitsrückläufen 552, 554 normalerweise Flüssigkeit enthalten, wurde die Schilderung von Flüssigkeit in den Rückführleitungen in dieser Ansicht zwecks Klarheit ausgelassen.
Der Docht 534 wird so verkörpert, dass er die oben beschriebenen Aspekte der Beständigkeit gegen Überhitzte Flüssigkeiten einschliesst, mit dem Kompromiss von zwei Fliesspfaden durch den Docht, um den Fluss von Flüssigkeit von den Rückführleitungen 552, 554 in das Reservoir 540 zu erlauben. In einem praktikablen Ausmass werden diese Rückführleitungen durch den Docht 534 in minimaler Grösse gehalten und in einem Abstand von den Dampfrillen 532. Nahezu der gesamte Rückfluss von Flüssigkeit durch den Docht 534 beginnt an der oberen Oberfläche des Dochts (d. h. an der Schnittstelle zwischen dem Reservoir 540 und dem Docht 534), nicht von den Flüssigkeitsrückführkanälen.
Die LHP wird mit einem zweckmässigen Volumen Arbeitsflüssigkeit beladen über den Beladungsstutzen 560, welcher dann mit einem semipermanenten Stopfen 562 verschlossen 562 wird.
Die Schnittstelle 518 zwischen der Komponenten-Montagedeckschicht 510 und der Kühlerdeckschicht 514 sind so verbunden, dass ein hermetischer Verschluss gebildet wird. Die Verklebung kann erhalten werden durch Sintern, Löten, Schweissen (Widerstand, EB, etc.) Epoxyverklebung, Diffusionsverklebung oder irgend ein anderes Verfahren das den gewünschten hermetischen Verschluss bewirkt.
Unter Bezugnahme auf 17 wird eine weitere Schnittzeichnungsansicht 500 von 15 erläutert. Diese Ansicht zeigt die Leitungsanordnung der Dampffliesskanäle, der Kondensatorfliesskanäle und der Flüssigkeitsrückläufe, welche alle in die obere Oberfläche 511 der Komponenten-Montagedeckschicht 510 eingearbeitet sind, Dampfrillen 532 führen verdampfte Arbeitsflüssigkeit vom Docht 534 in ein Paar von gegenüberliegenden gebogenen Dampfverteilern 536. Dampf fliesst von den Dampfverteilern 536 in ein Paar von Dampffliesskanälen 538, die sich in die entgegengesetzten Richtungen ausdehnen. Parallele Kondensatorfliesskanäle 550, die in allen vier Quadranten der Komponenten-Montagedeckschicht 510 angeordnet sind, zieht verdampfte Arbeitsflüssigkeit von den Dampffliesskanälen 538 und den gebogenen Dampfverteilern 536. Wenn sie kondensiert, fliesst die Arbeitsflüssigkeit vom Zentrum der Komponenten-Montagedeckschicht 510 hinaus gegen die Peripherie über die Kondensatorfliesskanäle 550. An den peripheren Enden der Kondensatorfliesskanäle 550 wird die kondensierte Arbeitsflüssigkeit in den Flüssigkeitsrückführverteilern 552', 554' gesammelt und zum Flüssigkeitsreservoir zurückgeführt, über die Flüssigkeitsrückführkanäle 552, 554. Um einen regelmässigen Fluss durch jeden der Kondensatorfliesskanäle 550 zu bewirken, sind fein bearbeitete Kapillarfliessregulatoren 556 zwischen den peripheren Enden jedes Kondensatorfliesskanals 550 und den Flüssigkeitsrückführverteilern 552', 554' angeordnet.
Die Wärme, die über die Kondensationsflüsse freigesetzt wird, fliesst aufwärts in den Kühler 512. Dies hat den Gesamteffekt nicht nur des Kühlens der Montageseite 516, jedoch auch der Isothermalisierung der Montageseite. Das heisst die Temperatur auf der Montageseite 516 ist mehr oder weniger ausgeglichen, statt dass sie im Zentrum besonders heiss ist, wo die Komponente hoher Energiedichte 522 angeordnet ist.
6. Arbeitsbeispiel
Ein Arbeitsbeispiel gemäss einer flachen Kapillarverdampfer-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird wie folgt beschrieben.
Ammoniak wird als Arbeitsflüssigkeit ausgewählt. Dies ist eine Hochdruck-Arbeitsflüssigkeit. Der Dampfdruck von Ammoniak ist bei 60°C 2600 kPa. Folglich sollte die Zugfestigkeit des Dochts und die Verklebung mindestens etwa 6500 kPa betragen. Der Docht ist rostfreier Stahl wegen seiner hoch festen Eigenschaften und seiner Korrosionsbeständigkeit in einer Ammoniak-Umgebung.
Die aktive Länge der Wärmeeintragungsoberfläche des Verdampfers ist 2 Zoll. Ein hoher Wärmefluss von 40 W/Zoll² über 25 Zoll wird nahe des Flüssigkeitsverteilers mit einer Last von 1 W/Zoll² über dem Rest der Wärmeeintragsoberfläche festgestellt.
Unter Bezugnahme auf 18 sind Leistungskurven für einen beispielhaften flachen Plattenverdampfer in einer graphischen Darstellung erläutert. Die Kurve mit einer dünnen ausgezogenen Linie stellt den erhältlichen Verdampfer-Druckanstieg (ΔP_KAPILLARE) dar, die Kurve mit der unterbrochenen Linie stellt den Verdampfer-Druckabfall (ΔP_ABFALL) dar, und die Kurve mit der dicken ausgezogenen Linie stellt den erhältlichen Druckabfall (ΔP_ERHÄLTLICH) dar. Für das in diesem Arbeitsbeispiel ausgewählte Dochtmaterial und Arbeitsflüssigkeit wird die optimale Porengrösse erreicht, wenn der maximale ΔP_ERHÄLTLICH von 2600 Pa ein 6 Mikron Docht ist. 18 demonstriert ebenfalls das Phänomen, dass unter einer gewissen Porengrösse (in diesem Fall 3 Mikron) der Verdampferdruckabfall die erhältliche Kapillardruckhöhe überschreitet.
Nachdem das Grundkonzept der Erfindung beschrieben worden ist, ist es für Fachpersonen leicht ersichtlich, dass beabsichtigt ist, dass die vorhergehende detaillierte Offenbarung nur beispielhaft präsentiert, und nicht limitierend ist. Verschiedene Änderungen, Verbesserungen und Modifikationen sind für Fachpersonen umfasst, sind jedoch oben nicht ausdrücklich erwähnt. Diese und andere Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen sollen durch die vorliegende Offenbarung vorgeschlagen sein, und liegen im Bereich der vorliegenden Erfindung. Folglich wird die vorliegende Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

Ein Wärmerohr vom Schlaufentyp umfassend einen Verdampfer (310) enthaltend einen Flüssigkeitseinlass (330), einen Dampfeinlass (340) und einen kapillaren Docht (90, 98, 108) mit einer ersten Oberfläche (94, 315) angrenzend an den Flüssigkeitseinlass (330, 116) und eine zweite Oberfläche (319) angrenzend an den Dampfauslass (340); einen Kondensator (410) enthaltend einen Kondensator-Dampfeinlass und einen Kondensator-Flüssigkeitsauslass; eine Dampfleitung (420), die die Flüssigverbindung zwischen dem Dampfauslass (340) und dem Kondensator-Dampfeinlass sicherstellt; und eine Flüssigkeits-Rückflussleitung (340), welche die Flüssigkommunikation zwischen dem Kondensator-Flüssigkeitsauslass und dem Flüssigkeitseinlass (330, 116) sicherstellt; wobei der Verdampfer eine oder mehrere Dampf-Rillen (92, 106, 316) besitzt, in Flüssigkommunikation mit dem Dampfauslass (340), und worin die Porengrösse im kapillaren Docht den kritischen Blasenradius nicht überschreitet, so dass eine Nukleierung einer Arbeitsflüssigkeit zwischen der ersten Arbeitsfläche zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberflächen unterdrückt wird, derart, dass der kapillare Docht im Wesentlichen frei ist von Energierückführung von der zweiten Oberfläche (319) zur ersten Oberfläche (94, 315), dadurch gekennzeichnet, dass der kapillare Docht frei ist von jeglichen internen Flüssigkeitsfliesskanälen.
Das Wärmerohr vom Schlaufentyp gemäss Anspruch 1 oder 2, worin der Verdampfer mehrere Dampf-Rillen (316) enthält, die in Flüssigkommunikation mit dem Dampfauslass (340) sind.
Das Wärmerohr vom Schlaufentyp gemäss Anspruch 1 oder 2, worin die Porengrösse zwischen der ersten und zweiten Oberfläche im Wesentlichen einheitlich ist.
Das Wärmerohr vom Schlaufentyp gemäss Anspruch 1 oder 2, worin die Porengrösse zwischen der ersten und zweiten Oberfläche graduiert ist.
Das Wärmerohr vom Schlaufentyp gemäss Anspruch 1, worin der Docht eine im Wesentlichen zylindrische Geometrie besitzt.
Das Wärmerohr vom Schlaufentyp gemäss Anspruch 1, worin der Docht eine im Wesentlichen flache Geometrie besitzt.
Das Wärmerohr vom Schlaufentyp gemäss Anspruch 1, worin der Docht aus einem Polymerharz geformt ist.
Das Wärmerohr vom Schlaufentyp gemäss Anspruch 7, worin der Docht Polytetrafluorethylen enthält.
Das Wärmerohr vom Schlaufentyp gemäss Anspruch 1, worin der Docht aus Metall geformt ist.
Ein Verdampfer (310) enthaltend einen Flüssigkeitseinlass (330), einen Dampfeinlass (340), einen kapillaren Docht (90, 98, 108) umfassend eine erste Oberfläche (315) eine zweite Oberfläche (319) und eine oder mehrere Dampfrillen (92, 106, 316) in Flüssigverbindung mit dem Dampfauslass (340), wobei die erste Oberfläche (315) an den Flüssigkeitseinlass (330) anliegt und die zweite Oberfläche (319) an den Dampfauslass (340) und an eine oder mehrere Dampfrillen (92, 106, 316) anliegt, wobei die Porengrösse im kapillaren Docht den kritischen Blasenradius nicht überschreitet, so dass eine Nukleierung einer Arbeitsflüssigkeit zwischen der ersten Arbeitsfläche zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche unterdrückt wird, derart, dass der kapillare Docht im Wesentlichen frei ist von Energierückführung von der zweiten Oberfläche zur ersten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapillare Docht frei ist von jeglichen internen Flüssigkeitsfliesskanälen.
Der Verdampfer gemäss Anspruch 10, enthaltend mehrere Dampf-Rillen (316), die in Flüssigkommunikation mit dem Dampfauslass (340) sind.
Der Verdampfer gemäss Anspruch 10 oder 11, worin die Porengrösse zwischen der ersten und zweiten Oberfläche im Wesentlichen einheitlich ist.
Der Verdampfer gemäss Anspruch 10 oder 11, worin die Porengrösse zwischen der ersten und zweiten Oberfläche graduiert ist.
Der Verdampfer gemäss Anspruch 10, worin der Docht eine im Wesentlichen zylindrische Geometrie besitzt.
Der Verdampfer gemäss Anspruch 10, worin der Docht eine im Wesentlichen flache Geometrie besitzt.
Der Verdampfer gemäss Anspruch 10, worin der Docht aus einem Polymerharz geformt ist.
Der Verdampfer gemäss Anspruch 16, worin der Docht aus Polytetrafluorethylen enthält.
Der Verdampfer gemäss Anspruch 10, worin der Docht aus Metall geformt ist.