WÄRMEROHR, SYSTEM UND VERFAHREN ZUM SCHALTEN UND/ODER PROGRAMMIEREN EINES WÄRMETRANSPORTS

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr 1 mit zumindest einer Arbeitskammer 2 mit zumindest einem Verdampferbereich 3 in Wirkverbindung mit einer Wärmequelle und zumindest einem Kondensatorbereich 4 in Wirkverbindung mit einer Wärmesenke, wobei in der Arbeitskammer 2 ein Arbeitsfluid 5 vorgesehen ist und in einem ersten Betriebszustand mittels des Arbeitsfluids 5 Wärme von der Wärmequelle zu der Wärmesenke transportiert wird. Wesentlich ist, dass das Wärmerohr als schaltbare und/oder programmierbare thermische Diode oder als schaltbarer und/oder programmierbarer Wärmeschalter ausgestaltet ist, indem zumindest ein aktivierbares Funktionsmaterial vorgesehen ist, das angeordnet und ausgestaltet ist, um in einem zweiten Betriebszustand den Verdampferbereich frei von dem Arbeitsfluid zu halten und/oder das Arbeitsfluid am Verdampfen zu hindern, um den Wärmetransport zu reduzieren und/oder zu verhindern und/oder die Wärmeleit-Vorzugsrichtung zu ändern. Weiter betrifft die Erfindung ein System und ein Verfahren zum Verfahren zum Schalten und/oder Programmieren des Wärmetransports in einem Wärmerohr.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Wärmerohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein System mit einem Wärmerohr gemäß Anspruch 12 sowie ein Verfahren zum Schalten und/oder Programmieren des Wärmetransports in einem Wärmerohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

[0002] Wärmerohre (auch bekannt als Heatpipe) ermöglichen durch den Wärmetransport über Verdampfungswärme bekanntermaßen eine hohe Wärmestromdichte. Üblicherweise weisen Wärmerohre eine Heißseite, die Wärmequelle, sowie eine Kaltseite, die Wärmesenke auf. In dem Wärmerohr ist ein Arbeitsfluid vorgesehen, welches im Bereich der Wärmequelle verdampft wird und im Bereich der Wärmesenke kondensiert. Über den Transport des Arbeitsfluids und der Übertragung mittels latenter Kondensations- und Verdampfungswärme findet der Wärmetransport statt.

[0003] Bekannte Wärmerohre weisen für den Wärmestrom eine Vorzugsrichtung auf, das heißt sie sind als thermische Dioden ausgebildet. Das bedeutet, dass die Diode in einer Richtung Wärme sehr gut und in der entgegengesetzten Richtung sehr schlecht leitet.

[0004] Eine solche thermische Diode ist beispielsweise in Boreyko et al. 2011, Applied Physics Letter 99 (23) sowie in der Druckschrift US 8716689 B2 beschrieben. Durch den Einsatz von superhydrophoben Beschichtungen im Bereich der Wärmesenke und superhydrophilen Beschichtungen im Bereich der Wärmequelle entsteht eine Vorzugsrichtung der beschriebenen thermischen Diode für die Wärme: Durch die superhydrophobe Beschichtung stößt die Oberfläche im Bereich der Wärmesenke das Arbeitsfluid ab, sodass es zurück in den superhydrophilen Bereich der Wärmequelle transportiert wird und dort erneut verdampfen kann.

[0005] Nachteilig an den vorbekannten thermischen Dioden aus dem Stand der Technik ist, dass die Vorzugsrichtung für den Wärmetransport vorgegeben und die Diodizität bauartbedingt festliegt, d.h. im laufenden Betrieb nicht verändert bzw. angepasst werden kann.

[0006] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Wärmerohr bzw. ein Verfahren zum Wärmetransport vorzuschlagen, das variabler ist und die Grenzen der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen überwindet.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Wärmerohr gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Schalten und/oder Programmieren des Wärmetransports in einem Wärmerohr gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wärmerohrs finden sich in den Ansprüchen 2 bis 11. In den Ansprüchen 12 bis 14 finden sich Ausgestaltungen eines Systems mit einem erfindungsgemäßen Wärmerohr. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 16 und 17. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.

[0008] Das erfindungsgemäße Wärmerohr umfasst, wie an sich bekannt, zumindest eine Arbeitskammer mit zumindest einem Verdampferbereich und zumindest einem Kondensatorbereich. Der Verdampferbereich steht in Wirkverbindung mit einer Wärmequelle und der Kondensatorbereich in Verbindung mit einer Wärmesenke. In der Arbeitskammer ist ein Arbeitsfluid vorgesehen. In einem ersten Betriebszustand wird mittels des Arbeitsfluids Wärme von der Wärmequelle zu der Wärmesenke transportiert.

[0009] Wesentlich ist, dass das Wärmerohr als schaltbare und/oder programmierbare thermische Diode oder Wärmeschalter ausgebildet ist, in dem zumindest ein aktivierbares Funktionsmaterial vorgesehen ist, das angeordnet und ausgestaltet ist, um in einem zweiten Betriebszustand den Verdampferbereich frei von dem Arbeitsfluid zu halten und/oder das Arbeitsfluid am Verdampfen zu hindern, um den Wärmetransport zu reduzieren und/oder zu verhindern und/oder die Wärmeleitvorzugsrichtung des Wärmetransports zu ändern.

[0010] Das Arbeitsfluid füllt die Arbeitskammer aus und liegt abhängig von Druck und Temperatur sowohl flüssig als auch gasförmig vor. Die Formulierung "den Verdampferbereich frei von dem Arbeitsfluid zu halten" bezieht sich auf das Arbeitsfluid in der Flüssigen Phase in direktem Kontakt und/oder direkter Wechselwirkung mit der Oberfläche des Verdampferbereichs. Dabei liegt es ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass im Verdampferbereich Arbeitsfluid in der gasförmigen Phase vorhanden ist, da das Arbeitsfluid in der gasförmigen Phase das ganze Volumen der Arbeitskammer eines Wärmerohrs ausfüllt.

[0011] Die Erfindung ist in der Erkenntnis der Anmelderin begründet, dass mittels entsprechender Gestaltung der Bedingungen in der Arbeitskammer der Wärmetransport steuerbar und sogar umkehrbar ist.

[0012] Das erfindungsgemäße Wärmerohr unterscheidet sich somit in wesentlichen Aspekten von vorbekannten Wärmerohren:
In dem Wärmerohr ist ein aktivierbares Funktionsmaterial vorgesehen, das von einem ersten Zustand (erster Betriebszustand des Wärmerohrs) in einen zweiten Zustand (zweiter Betriebszustand des Wärmerohrs) wechseln kann. In dem ersten Zustand ermöglicht das aktivierbare Funktionsmaterial den Wärmetransport in die Wärmeleit-Vorzugsrichtung des ersten Betriebszustands oder hat keinen Einfluss auf die Funktion des Wärmerohrs. In dem zweiten Zustand hält das aktivierbare Funktionsmaterial den Verdampferbereich frei von dem Arbeitsfluid bzw. hindert das Arbeitsfluid am Verdampfen. Da der Wärmetransport in dem Wärmerohr maßgeblich über das Verdampfen des Arbeitsfluids in dem Verdampferbereich und den Transport des verdampften Arbeitsfluids in den Kondensatorbereich funktioniert, reduziert bzw. verhindert dies den Wärmetransport in dem Wärmerohr. Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass das aktivierbare Funktionsmaterial derart ausgestaltet ist, dass in dem zweiten Betriebszustand die Wärmeleitvorzugsrichtung durch das aktivierbare Funktionsmaterial geändert wird.

[0013] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmerohr als schaltbare thermische Diode bzw. Wärmeschalter ausgestaltet, in dem das zumindest eine aktivierbare Funktionsmaterial ausgestaltet ist, in einem äußeren Feld zumindest teilweise seine Eigenschaften zu ändern. Mögliche Eigenschaften des aktivierbaren Funktionsmaterials, die durch das äußere Feld änderbar sind, sind Oberflächenbenetzungseigenschaften, Quellvermögen, fluidbindende Eigenschaften und Volumen.

[0014] In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmerohr als programmierbare thermische Diode bzw. Wärmeschalter ausgestaltet, in dem das zumindest eine aktivierbare Funktionsmaterial ausgestaltet ist in Abhängigkeit von Bedingungen innerhalb der Arbeitskammer zumindest teilweise seine Eigenschaften zu ändern. Mögliche Eigenschaften des aktivierbaren Funktionsmaterials, die durch das äußere Feld änderbar sind, sind Oberflächenbenetzungseigenschaften, Quellvermögen, fluidbindende Eigenschaften und Volumen.

[0015] Das aktivierbare Funktionsmaterial ist somit vorzugsweise durch äußere oder innere Einflüsse schaltbar bzw. programmierbar. "Schaltbar" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Betriebszustand durch das aktive Anlegen eines äußeren Feldes gewechselt werden kann. "Programmierbar" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Wärmerohr selbstständig durch materialinhärente innere Faktoren den Zustand ändert, wenn sich Umgebungsbedingungen, insbesondere die Bedingungen in der Arbeitskammer, ändern.

[0016] Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Wärmetransport in dem erfindungsgemäßen Wärmerohr gezielt gesteuert werden kann.

[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmerohr als programmierbare thermische Diode bzw. Wärmeschalter ausgestaltet, in dem das zumindest eine aktivierbare Funktionsmaterial ausgestaltet ist, in Abhängigkeit von Bedingungen innerhalb der Arbeitskammer, insbesondere Temperatur, pH-Wert des Arbeitsfluids und/oder lonenstärke des Arbeitsfluids, seine Eigenschaften zu ändern. Es sind also vorteilhafterweise keine äußeren Felder notwendig, sondern die Steuerung des Wärmetransports im Wärmerohr kann allein über das Arbeitsfluid oder direkte Eigenschaften des Wärmerohrs erfolgen.

[0018] Vorzugsweise ist die Arbeitskammer als ein abgeschlossenes Volumen ausgebildet, insbesondere derart, dass ein Wärmetransport mittels Konvektion des verdampften Fluids und ein Rücktransport des kondensierten Fluids aus dem Kondensatorbereich in den Verdampferbereich erfolgt. Insbesondere ist das abgeschlossene Volumen der Arbeitskammer als druckdichtes System ausgebildet. Insbesondere sind aus dem druckdichten System im Wesentlichen alle Fremdgase mit Ausnahme des Arbeitsfluids entfernt. Dafür kommen verschiedene Bauformen infrage, die sich im Rücktransport des Arbeitsfluids unterscheiden. Bekannt sind hier die Ausgestaltung als Heatpipe oder als 2-Phasen-Thermosyphon.

[0019] Vorzugsweise ist das aktivierbare Funktionsmaterial innerhalb der Arbeitskammer vorgesehen. Dabei ist ebenfalls möglich, dass das aktivierbare Funktionsmaterial als Teil der Arbeitskammer, beispielsweise von Boden und Decke der Arbeitskammer, vorgesehen ist.

[0020] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmerohr mit einem Fluidkreislauf für das Arbeitsfluid ausgebildet. Vorzugsweise umfasst der Fluidkreislauf eine Fluidrückführung für einen Rücktransport des kondensierten Arbeitsfluids von dem Kondensatorbereich zu dem Verdampferbereich. Hierdurch kann gezielt und dosiert das Arbeitsfluid zurück in den Verdampferbereich geführt werden und so ein Austrocknen des Verdampferbereichs vermieden werden.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das abgeschlossene Volumen im Verdampferbereich eine fluidphobe Beschichtung auf und/oder im Kondensatorbereich eine fluidphile Beschichtung. Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass das abgeschlossene Volumen, das heißt die Arbeitskammer, eine zusätzliche Strukturierung sowohl im Verdampferbereich und/oder im Kondensatorbereich aufweist. Hierdurch können beispielsweise die Benetzungseigenschaften der Oberflächen optimiert werden.

[0022] Vorzugsweise ist das zumindest eine aktivierbare Funktionsmaterial in Form einer schaltbaren Beschichtung des Verdampferbereichs und/oder des Kondensatorbereichs der Arbeitskammer ausgebildet, indem zumindest die Oberflächeneigenschaften der Beschichtung des Verdampferbereichs von fluidphil auf fluidphob änderbar ist. Vorzugsweise ist sowohl die Beschichtung des Verdampferbereichs als auch des Kondensatorbereichs derart ausgebildet, dass die Oberflächeneigenschaft der Beschichtung des Verdampferbereichs von fluidphil auf fluidphob änderbar ist, während die Oberflächeneigenschaft der Beschichtung des Kondensatorbereichs von fluidphob auf fluidphil änderbar ist. Das Wärmerohr ist in diesem Fall als schaltbare thermische Diode ausgebildet: Durch das Anlegen eines äußeren Feldes kann das Wärmerohr von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand geändert werden.

[0023] Wird im ersten Betriebszustand die Heißseite, das heißt der Verdampferbereich, durch die Wärmequelle erwärmt, verdampft das Arbeitsfluid, das sich auf der fluidphilen Beschichtung des Verdampferbereichs gesammelt hat und ermöglicht einen Wärmetransport von dem Verdampferbereich zu dem Kondensatorbereich. Hier kondensiert das Arbeitsfluid auf der fluidphoben Beschichtung des Kondensatorbereichs. Aufgrund der fluidphoben Oberflächeneigenschaft im Kondensatorbereich kommt es zu Tropfenbildung des Arbeitsfluids. Bei einer stark fluidphoben Ausgestaltung der Oberfläche "springt" das Arbeitsfluid in den Verdampferbereich zurück. Alternativ kann auch eine Fluidrückführung der Tropfen über Kapillarkräfte vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer hydrophilen Dochtstruktur, wie aus dem Stand der Technik für Wärmerohre bekannt. In diesem Zustand ist die thermische Diode thermisch leitend.

[0024] Ändert man im zweiten Betriebszustand (im weiteren auch Sperrzustand) die Oberflächeneigenschaften der Beschichtung in dem Verdampferbereich und/oder Kondensatorbereich, beispielsweise durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes, weist die Heißseite, das heißt der Verdampferbereich, an der Wärmequelle nun hydrophobe Eigenschaften auf. Auf dieser Beschichtung sammelt sich nicht ausreichend Arbeitsfluid und das Arbeitsfluid, das sich dort sammelt, verdampft schnell und kondensiert auf der fluidphilen Beschichtung des Kondensatorbereichs. Dort bleibt das Arbeitsfluid und wird nicht in den Verdampferbereich zurücktransportiert, da die oben genannten rückführenden Mechanismen nicht wirken. Somit trocknet die Heißseite der Arbeitskammer aus und es findet kein Wärmetransport über das Arbeitsfluid statt. Die thermische Diode sperrt.

[0025] Vorzugsweise ist die schaltbare Beschichtung als ORMOCER^® und/oder mit ORMOCER^® ausgebildet. ORMOCER^®e sind anorganisch-organische Hybridpolymere, die die Oberflächeneigenschaften vieler Substrate vorteilhaft beeinflussen können, vgl. z. B. Sanchez et al., Chem. Soc. Rev. 40, 2011, 696-753. ORMOCER^®e können auch als schaltbare Beschichtungen von hydrophil zu hydrophob und zurück ausgebildet werden unter Ausnutzung von aus der Fachliteratur bekannten Mechanismen, siehe B. Xin, J. Hao, Chem. Soc. Rev. 39, 2010, 769-782. Erfindungsgemäße ORMOCER^®e enthalten daher z. B. Imidazoliumalkyl-Endgruppen für elektrisch schaltbare Oberflächeneigenschaften oder Fluoralkylazobenzol- oder Spiropyran-Endgruppen für photochemisch schaltbare Oberflächeneigenschaften.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die ORMOCER^®-Beschichtungen eine Mikro-, Meso- oder Nanostrukturierung auf, die ihre fluidphilen/fluidphoben Eigenschaften durch Ausnutzung von Kapillar- bzw. Lotos-Effekt verstärkt.

[0026] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das aktivierbare Funktionsmaterial derart ausgestaltet, dass Verdampferbereich und Kondensatorbereich im zweiten Betriebszustand die Eigenschaften tauschen. Der zweite Betriebszustand ist somit kein Sperrzustand, sondern ermöglicht einen Wärmetransport in die entgegengesetzte Richtung wie der erste Betriebszustand. In diesem Fall kann in dem zweiten Betriebszustand das Arbeitsfluid in dem ursprünglichen Kondensatorbereich, der jetzt als Verdampferbereich agiert, verdampfen und Wärme von einer Wärmequelle aufnehmen und zu dem ursprünglichen Verdampferbereich, der jetzt als Kondensatorbereich agiert, transportieren. In dem neuen Kondensatorbereich kondensiert das Arbeitsfluid und gibt die Wärme an eine Wärmesenke ab. Dadurch wird die Wärmeleit-Vorzugsrichtung der thermischen Diode umgedreht.

[0027] Vorzugsweise ist das aktivierbare Funktionsmaterial sowohl im Verdampferbereich als auch im Kondensatorbereich als ORMOCER^®-Beschichtung ausgebildet. Die Beschichtungen sind so gewählt, dass durch das Anlegen eines äußeren Feldes, vorzugsweise eines elektrischen Feldes oder eines Strahlungsfeldes, d. h. (UV-)Lichtstrahlung, die Oberflächenbenetzungseigenschaften von Verdampferbereich und Kondensatorbereich getauscht werden.

[0028] Zur Realisierung einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltbarkeit der fluidphilen/fluidphoben Eigenschaften werden beispielsweise ORMOCER^®e eingesetzt, deren funktionelle Endgruppen aus einer ionischen Gruppe (Trialkylammonium-, Imidazolium-, Sulfonat- etc.) besteht, die über einen "Spacer", d. h. eine lineare Alkylkette mit 2-20 C-Atomen, bevorzugt 3-12 C-Atomen, kovalent an das ORMOCER^®-Netzwerk gebunden sind. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes werden (vgl. Langer et al., Science 299, 2003, 371-374) die ionischen Endgruppen von einem elektrisch gleichnamig geladenen Substrat abgestoßen und ragen in den Innenraum der thermischen Diode, was zu einer hydrophilen Eigenschaft der Oberfläche führt. Von einem elektrisch entgegengesetzt geladenen Substrat werden die ionischen Gruppen hingegen angezogen, so dass die unpolaren "Spacer"-Ketten in den Innenraum der thermischen Diode ragen, was zu einer hydrophoben Eigenschaft der Oberfläche führt. Werden also beide einander gegenüberliegende Flächen der thermischen Diode mit demselben funktionellen ORMOCER^® beschichtet, so entsteht durch Anlegen eines elektrischen Feldes eine hydrophile und eine hydrophobe Seite, wobei die Eigenschaften sich durch Umkehrung der Feldrichtung ebenfalls umkehren. Die an die thermische Diode anzulegende elektrische Spannung liegt bevorzugt < 50 V, besonders bevorzugt < 5 V.

[0029] In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das zumindest eine aktivierbare Funktionsmaterial in Form eines Reservoirs für das Arbeitsfluid ausgebildet, insbesondere in Form eines Flüssigkeitsspeichers. Durch das Reservoir wird die Aufnahme bzw. Freigabe des für den Wärmetransports notwendigen Arbeitsfluids gesteuert. Dies bedeutet, dass die verfügbare Menge des Arbeitsfluids veränderlich gemacht werden kann. Im ersten Betriebszustand des Wärmerohrs steht das Arbeitsfluid zur Wärmeleitung zur Verfügung. Das Wärmerohr leitet Wärme. Im zweiten Betriebszustand, dem Sperrzustand, wird das Arbeitsfluid in dem Reservoir, insbesondere in Form eines Flüssigkeitsspeichers, gebunden. In dieser gebundenen Form steht das Arbeitsfluid nicht mehr für den Wärmetransport zur Verfügung. Das Wärmerohr leitet keine Wärme mehr.

[0030] Im Rahmen dieser Beschreibung ist mit der Formulierung "das Wärmerohr leitet keine Wärme mehr" der Sperrzustand der Diode gemeint. Dies bedeutet, dass der Wärmetransport im Vergleich zum anderen Schaltzustand erheblich verringert ist. Trotzdem kann ein geringer Wärmestrom, beispielsweise auch über die thermische Leitung von Bauteilen, stattfinden.

[0031] Bevorzugt ist das Reservoir für das Arbeitsfluid als Gel, insbesondere als Polymergel, als Adsorbens oder als mesoskopisch strukturierte Oberfläche ausgebildet.

[0032] Insbesondere bevorzugt ist das Reservoir als chemisch vernetztes Polymergel ausgebildet. Das vernetzte Polymergel ist so ausgestaltet, dass es durch das Arbeitsfluid aufquillt und dann einen Volumenphasenübergang aufweist, vorzugsweise zwischen einem gequollenen und einem kollabierten Zustand des Hydrogels.

[0033] Insbesondere für den Fall, dass das Arbeitsfluid Wasser ist, ist das Reservoir bevorzugt als wasserbindendes Hydrogel ausgebildet. Das Polymergel weist einen wasserbindenden und einen nicht wasserbindenden Zustand auf. Bevorzugt wird der Übergang von dem ersten Betriebszustand zu dem Sperrzustand des Wärmerohrs, das heißt von einem nicht fluidbindenden Zustand des Polymergels zu dem fluidbindenden Zustand des Polymergels durch einen Temperaturübergang induziert. Das Polymergel kann als Polymergel mit einem Volumenphasenübergang des UCST-Typs (Upper Critical Solution Temperature) oder des LCST-Typs (Lower Critical Solution Temperature) ausgebildet sein. Bei einem Volumenphasenübergang des UCST-Typs wird das vernetzte Polymergel erst bei Überschreiten der kritischen Temperatur (Grenztemperatur) durch das Arbeitsfluid aufgequollen. Bei einem Volumenphasenübergang des LCST-Typs wird das Arbeitsfluid bei Überschreiten der kritischen Temperatur (Grenztemperatur) aus dem vernetzten Polymergel verdrängt. Demzufolge sperrt das Wärmerohr bei einem UCST-Übergang oberhalb der kritischen Temperatur. Bei einem LCST-Übergang sperrt das Wärmerohr unterhalb der kritischen Temperatur. Mit der Grenztemperatur lässt sich somit eine Schalttemperatur für den Übergang von dem ersten Betriebszustand zu dem Sperrzustand des Wärmerohrs definieren.

[0034] Bekannte Polymere, die einen UCST-Volumenphasenübergang aufweisen, sind beispielsweise in Macromol. Rapid Commun. 33, 1898 - 1920, 2012 beschrieben. Bekannte Polymere, die einen LCST-Volumenphasenübergang aufweisen, sind zum Beispiel in Adv. Polym. Sci. 242, 29 - 89, 2011 beschrieben. Die genannten Polymergele wechselwirken mit Wasser und sind daher insbesondere für ein Wärmerohr geeignet, bei dem Wasser als Arbeitsfluid eingesetzt wird. Es gibt jedoch auch eine Reihe von Polymeren, die die beschriebenen Eigenschaften und das beschriebene Verhalten mit organischen Fluiden, wie zum Beispiel Mineralölen, aufweisen, beispielsweise J. Polym. Sci. A46, 5724 - 5733, 2008. In diesem Fall kann auch ein anderes Fluid als Wasser als Arbeitsfluid eingesetzt werden.

[0035] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Reservoir als Adsorbens ausgebildet. Ein Adsorbens bindet Fluid. Die im Adsorbens gebundene Fluidmenge wird auch als Beladung bezeichnet. Mit steigender Temperatur (und dem damit verbundenen steigenden Dampfdruck des gebundenen Fluids) nimmt die Beladung eines Adsorbens ab und das Fluid wird wieder freigegeben.

[0036] Vorzugsweise weist das Adsorbens eine Grenztemperatur auf, sodass beim Überschreiten dieser Grenztemperatur, bzw. eines bestimmten Dampfdrucks des Fluids, das Fluid recht abrupt vom Adsorbens wieder freigegeben wird. Mit der Grenztemperatur lässt sich somit eine Schalttemperatur für den Übergang von dem Sperrzustand zu dem ersten Betriebszustand des Wärmerohrs definieren.

[0037] Ein Materialbeispiel für ein Adsorbens mit einer definierten Grenztemperatur bzw. dem damit verknüpften Dampfdruck des Fluids ist das Adsorbens AQSOA^™-Z05 von Mitsubishi^™.

[0038] Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, dass die Eigenschaften des Flüssigkeitsspeichers nicht durch Temperatur, sondern durch einen anderen physikalischen oder chemischen Stimulus beeinflusst wird. Beispiele hierfür sind UV-Licht oder Mikrowellenstrahlung sowie pH-Wert, lonenstärke oder die Anwesenheit bestimmter organischer Moleküle. Beispiele hierfür sind in Angew. Chem. Int. Ed. 55, 6641 - 6644, 2015 beschrieben. Die Schaltung der thermischen Diode ist somit durch verschiedenste Faktoren möglich und kann entsprechend auf den Einsatzbereich und die Umgebungsbedingungen angepasst werden.

[0039] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein System mit einem Wärmerohr mit den erfindungsgemäßen oben beschriebenen Eigenschaften sowie Mitteln zur Feldbeaufschlagung, um die Eigenschaften des aktivierbaren Funktionsmaterials zu ändern.

[0040] Vorzugsweise sind als Mittel zur Feldbeaufschlagung Felderzeuger für ein E-Feld, ein B-Feld, ein Spannungs-Dehnungs-Feld, zur Erzeugung von Licht, insbesondere UV-Licht, zur Erzeugung von Wärme und/oder zur Erzeugung von Kälte vorgesehen. Es kann sowohl lediglich eine der genannten Felderzeuger oder eine Kombination mehrerer der genannten Felderzeuger vorgesehen sein. Beispiele hierfür sind ein Kondensator, eine Spule, ein Excenter, eine (UV-) Lichtquelle oder eine Heiz- und Kühlvorrichtung. Dadurch können die Steuerungsmöglichkeiten individuell an das verwendete Arbeitsfluid sowie an das verwendete aktivierbare Funktionsmaterial angepasst werden.

[0041] Das erfindungsgemäße System weist ebenfalls die oben beschriebenen Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Wärmerohrs und/oder einer bevorzugten Ausführungsform davon auf.

[0042] Vorzugsweise ist das System flexibel in Bezug auf Heißseite und Kaltseite ausgebildet. Ist das Wärmerohr als Wärmerohr mit einer umkehrbaren Wärmeleit-Vorzugsrichtung ausgebildet, sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, dass Verdampferbereich und Kondensatorbereich durch den Kontakt mit einer Heißseite oder entsprechend einer Kaltseite ihre Funktion zugewiesen bekommen. Vorzugsweise ist ein guter thermischer Kontakt zwischen Verdampferbereich und Kondensatorbereich und Heißseite respektive Kaltseite vorgesehen. Es ist ein guter thermischer Kontakt von Wärmesenke und Wärmequelle zum Wärmerohr vorgesehen.

[0043] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das System mit einem Wärmerohr mit einer Kombination aus zwei Funktionsmaterialien ausgebildet ist, wobei eines der beiden Funktionsmaterialien als ein oben beschriebener Flüssigkeitsspeicher, insbesondere in Form eines Polymergels ausgebildet ist. Das andere Funktionsmaterial ist vorzugsweise als ein in seinen fluidphilen/fluidphoben Eigenschaften veränderbares ORMOCER^® ausgebildet, bevorzugt unter Einfluss von Licht, insbesondere UV-Licht.

[0044] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Wie an sich bekannt, wird das Verfahren zum Schalten und/oder Programmieren des Wärmetransports mit einem Wärmerohr mit zumindest einer Arbeitskammer mit zumindest einem Verdampferbereich und zumindest einem Kondensatorbereich und einem Arbeitsfluid durchgeführt. Es umfasst dabei die folgenden Verfahrensschritte:

A Verdampfen des Arbeitsfluids in dem Verdampferbereich, wobei Wärme mit dem gasförmigen Arbeitsfluid von dem Verdampferbereich zu dem Kondensatorbereich transportiert wird,

B Kondensieren des Arbeitsfluids in dem Kondensatorbereich, wobei die Wärme an eine Wärmesenke abgeführt wird.

[0045] Wesentlich ist, dass das Wärmerohr als thermischen Diode oder Wärmeschalter betrieben wird, indem die thermische Leitfähigkeit durch das Anlegen eines äußeren Feldes und/oder in Abhängigkeit von Bedingungen innerhalb der Arbeitskammer geändert wird.

[0046] Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Durchführung mittels des erfindungsgemäßen Wärmerohrs und/oder einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmerohrs ausgebildet. Das erfindungsgemäße Wärmerohr ist hingegen bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.

[0047] Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt ebenfalls die oben beschriebenen Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Wärmerohrs und/oder des erfindungsgemäßen Systems.

[0048] Vorzugsweise wird die thermische Leitfähigkeit des Wärmerohrs geändert, indem der Verdampferbereich frei von dem Arbeitsfluid gehalten wird und/oder das Arbeitsfluid am Verdampfen gehindert wird.

[0049] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in dem Wärmerohr in einem ersten Betriebszustand Wärme von einer an dem Verdampferbereich angeordneten Heißseite (Wärmequelle) zu einer an dem Kondensatorbereich angeordneten Kaltseite (Wärmesenke) transportiert. Durch das das Anlegen eines äußeren Feldes in einem Verfahrensschritt C wird das Wärmerohr in einen zweiten Betriebszustand überführt. Vorzugsweise wird dazu ein E-Feld, ein B-Feld, ein Spannungs-Dehnungs-Feld erzeugt oder das aktivierbare Funktionsmaterial mit Licht, insbesondere UV-Licht, mit Wärme und/oder Kälte beaufschlagt. In dem zweiten Betriebszustand ist kein oder zumindest nicht mehr ausreichend Arbeitsfluid in dem Verdampferbereich verfügbar. Der Verdampferbereich trocknet aus und das Wärmerohr leitet keine Wärme mehr in Richtung der Wärmeleit-Vorzugsrichtung des ersten Betriebszustands.

[0050] Alternativ kann das Arbeitsfluid in Abhängigkeit von Bedingungen innerhalb der Arbeitskammer von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wechseln. Parameter, die Wechsel von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand initiieren können sind Temperatur, pH-Wert des Arbeitsfluids und/oder lonenstärke des Arbeitsfluids. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Wärmerohr "programmiert" werden kann, bei bestimmten Bedingungen den Betriebszustand zu wechseln, ohne dass ein externer Einfluss notwendig ist.

[0051] Vorzugsweise wird das Arbeitsfluid mittels einer schaltbaren Oberflächenbeschichtung aus dem Verdampferbereich der Arbeitskammer verdrängt, wie oben bereits beschrieben.

[0052] Alternativ kann das Arbeitsfluid mittels eines aktivierbaren Funktionsmaterials gebunden werden. Dazu ist das zumindest eine aktivierbare Funktionsmaterial vorzugsweise in Form eines Reservoirs für das Arbeitsfluid ausgebildet, insbesondere in Form eines Flüssigkeitsspeichers. Durch das Reservoir wird die Aufnahme bzw. Freigabe des für den Wärmetransport notwendigen Arbeitsfluids gesteuert. Dies bedeutet, dass die verfügbare Menge des Arbeitsfluids verändert werden kann. Im ersten Betriebszustand des Wärmerohrs steht das Arbeitsfluid zur Wärmeleitung zur Verfügung. Das Wärmerohr leitet Wärme. Im zweiten Betriebszustand, dem Sperrzustand, wird das Arbeitsfluid in dem Reservoir, insbesondere in Form eines Flüssigkeitsspeichers, gebunden. In dieser gebundenen Form steht das Arbeitsfluid nicht mehr für den Wärmetransport zur Verfügung. Das Wärmerohr leitet keine Wärme mehr.

[0053] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Wärmeleit-Vorzugsrichtung der thermischen Diode umgedreht, indem durch das Anlegen eines äußeren Feldes und/oder in Abhängigkeit von Bedingungen innerhalb der Arbeitskammer die Oberflächeneigenschaften von Verdampferbereich und Kondensatorbereich getauscht werden. In diesem Fall kann in einem zweiten Betriebszustand das Arbeitsfluid in dem ursprünglichen Kondensatorbereich, der jetzt als Verdampferbereich agiert, verdampfen und Wärme von einer Wärmequelle aufnehmen und zu dem ursprünglichen Verdampferbereich, der jetzt als Kondensatorbereich agiert, transportieren. In dem neuen Kondensatorbereich kondensiert das Arbeitsfluid und gibt die Wärme an eine Wärmesenke ab. Dadurch dreht sich die Wärmeleit-Vorzugsrichtung im Vergleich zum Betriebszustand 1 um.

[0054] Das erfindungsgemäße Wärmerohr, das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren sind insbesondere geeignet, Wärmeströme effektiv ein- und ausschalten bzw. steuern oder regeln zu können. Wärmeschalter oder thermische Dioden auf der Basis von Wärmerohren sind insbesondere geeignet, da diese hohe Schaltfaktoren erreichen können und durch den hohen Wärmetransport im leitenden Zustand nur einen sehr geringen Wärmewiderstand aufweisen. Darüber hinaus können sie als sehr kompakte Bauformen realisiert werden und sind daher leicht integrierbar. Je nach Ausgestaltung sind die Wärmerohre einfach aufgebaut, bestehen aus wenigen Einzelteilen und müssen keine beweglichen Teile beinhalten.

[0055] Weitere bevorzugten Merkmale und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmerohrs und der erfindungsgemäßen Verfahren werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1

eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmerohrs,

Figur 2

eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wärmerohrs.

[0056] Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer thermischen Diode mit einem aktivierbaren Funktionsmaterial in Form einer schaltbaren Beschichtung in dem Verdampferbereich und dem Kondensatorbereich mit den Teilabbildungen a) im leitenden Zustand und b) im Sperrzustand.

[0057] Das Wärmerohr 1 weist eine Arbeitskammer 2 auf mit zumindest einem Verdampferbereich 3 und zumindest einem Kondensatorbereich 4. Der Verdampferbereich 3 steht in Wirkverbindung mit einer Wärmequelle (nicht dargestellt), vorliegend mit der Temperatur T₁= 100° C und der Kondensatorbereich 4 in der Verbindung mit einer Wärmesenke (nicht dargestellt) mit der Temperatur T₂ = 10° C. In der Arbeitskammer 2 ist ein Arbeitsfluid 5 vorgesehen.

[0058] Die Arbeitskammer 2 ist vorliegend als ein abgeschlossenes, druckdichtes Volumen ausgebildet, welches derart ausgebildet ist, dass ein Wärmetransport mittels Konvektion des verdampften Arbeitsfluids 5 erfolgt und ein Rücktransport des kondensierten Arbeitsfluids 5 erfolgt.

[0059] Das Arbeitsfluid 5 ist vorliegend Wasser.

[0060] Der Verdampferbereich 3 und der Kondensatorbereich 4 sind mit einer Beschichtung 6 aus aktivierbarem Funktionsmaterial ausgebildet. Sowohl die Beschichtung 6 des Verdampferbereichs 3 als auch des Kondensatorbereichs 4 istderart ausgebildet, dass die Oberflächeneigenschaft der Beschichtung 6a des Verdampferbereichs 3 von hydrophil auf hydrophob und wieder zurück änderbar ist, während die Oberflächeneigenschaft der Beschichtung 6b des Kondensatorbereichs 4 von hydrophob auf hydrophil und wieder zurück änderbar ist. Dabei sind die Beschichtungen 6 so ausgelegt, dass Verdampferbereich 3 und Kondensatorbereich 4 gerade die entgegengesetzten Oberflächenbenetzungseigenschaften aufweisen.

[0061] Vorliegend ist die Beschichtung 6 aus aktivierbarem Funktionsmaterial als schaltbare Beschichtung 6 aus ORMOCER^® und/oder mit ORMOCER^® ausgebildet. ORMOCERE^® sind, wie bereits beschrieben, anorganisch-organische Hybridpolymere, die die Oberflächeneigenschaften vieler Substrate vorteilhaft beeinflussen können. ORMOCERE^® können auch als schaltbare Beschichtungen 6 von hydrophil zu hydrophob und zurück ausgebildet werden unter Ausnutzung von aus der Fachliteratur bekannten Mechanismen, siehe B. Xin, J. Hao, Chem. Soc. Rev. 39, 2010, 769-782.

[0062] Vorliegend sind die Beschichtungen 6a in dem Verdampferbereich 3 und 6b in dem Kondensatorbereich 4 mit einem elektrisch schaltbaren ORMOCER^® ausgebildet, wie oben beschrieben. Vorliegend bestehen die Beschichtungen aus einem ORMOCER^® mit funktionellen Endgruppen in Form von Methylimidazoliumdodecylsilylgruppen. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes werden (vgl. Langer et al., Science 299, 2003, 371-374) diese ionischen Endgruppen von einem elektrisch gleichnamig geladenen Substrat abgestoßen und ragen durch "Streckung" der Dodecyl-Kette in den Innenraum der thermischen Diode. Vorliegend ist das Substrat in dem Verdampferbereich elektrisch gleichnamig geladen ausgebildet. Dies führt zu einer hydrophilen Eigenschaft der Oberfläche 6a in dem Verdampferbereich 3. In dem Kondensatorbereich 4 ist ein elektrisch entgegengesetzt geladenes Substrat vorgesehen. Dadurch werden die ionischen Gruppen hingegen angezogen, so dass die unpolaren Dodecyl-Ketten in den Innenraum der thermischen Diode ragen, was zu einer hydrophoben Eigenschaft der Oberfläche 6b in dem Kondensatorbereich führt.

[0063] Durch Anlegen eines elektrischen Feldes entstehen eine hydrophile und eine hydrophobe Seite, wobei die Eigenschaften sich durch Umkehrung der Feldrichtung ebenfalls umkehren.

[0064] Das Wärmerohr 1 ist somit vorliegend als schaltbare thermische Diode ausgebildet: In einem ersten Betriebszustand wird mittels Verdampfen des Arbeitsfluids 5 Wärme von der Wärmequelle zu der Wärmesenke transportiert, indem Wärme mit dem gasförmigen Arbeitsfluid 5 von dem Verdampferbereich 3 zu dem Kondensatorbereich 4 transportiert wird. Der Verdampferbereich 3 wird durch die Wärmequelle erwärmt und das Arbeitsfluid 5, das sich auf der hydrophilen Beschichtung 6a des Verdampferbereichs 3 gesammelt hat, verdampft und ermöglicht einen Wärmetransport von dem Verdampferbereich 3 zu dem Kondensatorbereich 4. In dem Kondensatorbereich 4 kondensiert das Arbeitsfluid 5 auf der hydrophoben Beschichtung 6b des Kondensatorbereichs 4 und es wird die Wärme an eine Wärmesenke abgeführt. Aufgrund der hydrophoben Oberflächeneigenschaft im Kondensatorbereich 4 kommt es zu Tropfenbildung des Arbeitsfluids 5. Aufgrund der stark hydrophoben Ausgestaltung der Oberfläche "springt" das Arbeitsfluid 5 in den Verdampferbereich 3 zurück.

[0065] Durch das Anlegen eines äußeren Feldes, vorliegend mit einer Spannung in Höhe von 5 V, kann das Wärmerohr 1 von dem ersten wärmeleitenden Betriebszustand in den zweiten nicht wärmeleitenden Betriebszustand geschaltet werden.

[0066] Durch das Anlegen des äußeren Feldes ändern sich, wie beschrieben, die Oberflächeneigenschaften der Beschichtung 6 in dem Verdampferbereich 3 und in dem Kondensatorbereich 4. Der Verdampferbereich 3 an der Wärmequelle weist nun hydrophobe Eigenschaften auf. Auf der Beschichtung 6a des Verdampferbereichs 3 sammelt sich nicht ausreichend Arbeitsfluid 5 und das Arbeitsfluid 5, das sich dort sammelt, verdampft schnell und kondensiert auf der hydrophilen Beschichtung 6b des Kondensatorbereichs 4. Dort bleibt das Arbeitsfluid 5 und wird nicht in den Verdampferbereich 3 zurücktransportiert, da das Arbeitsfluid 5 von der jetzt hydrophilen Oberfläche nicht abgestoßen wird. Somit trocknet die Heißseite der Arbeitskammer 2 aus und es findet kein Wärmetransport über das Arbeitsfluid 5 statt. Die thermische Diode sperrt.

[0067] Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines thermischen Schalters mit einem aktivierbaren Funktionsmaterial in Form eines Flüssigkeitsreservoirs mit den Teilabbildungen a) im leitenden Zustand und b) im Sperrzustand.

[0068] Zur Vermeidung von Wiederholungen soll im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zu Figur 1 eingegangen werden.

[0069] Vorliegend ist das zumindest eine aktivierbare Funktionsmaterial in Form eines Reservoirs für das Arbeitsfluid 5 ausgebildet, nämlich in Form eines als wasserbindenden Hydrogels 7. Das wasserbindende Hydrogel 7 ist vorliegend wie folgt ausgebildet:
Hydrogele mit einem Volumenphasenübergang des LCST-Typs können beispielsweise durch radikalische Polymerisation unter Verwendung folgender Monomere hergestellt werden. Die genannten Zusammensetzungen sind nicht als ausschließlich zu verstehen:

Zusam men setzun g	Monomer 1	Mol -%	Monomer 2	Mol -%	Vernetzer	Mol -%
1		50 - 80		0 - 30		2 - 20
2		50 - 85		2 - 30		2 - 20
3		50 - 85		2 - 30		2 - 20
4		30 - 80		10 - 45		2 - 25
5		30 - 80		10 - 45		2 - 25
6		30 - 80		10 - 45		2 - 25
7		80 - 98	-			2 - 20
8		20 - 80		10 - 50		2-20
9		30 - 90		10 - 40		2 - 20
9		20 - 80		10 - 50		2 - 20

[0070] Hydrogele mit einem Volumenphasenübergang des UCST-Typs können beispielsweise durch radikalische Polymerisation unter Verwendung folgender Monomere hergestellt werden. Die genannten Zusammensetzungen sind nicht als ausschließlich zu verstehen:

Zusam men setzung	Monomer 1	Mol -%	Monomer 2	Mol -%	Vernetzer	Mol -%
1		80 - 98	-			2 - 20
2		80 - 98	-			2 - 20
3		60 - 90		10 - 30		2 - 20
4		60 - 90		10 - 30		2 - 20

[0071] Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, durch nachträgliche Vernetzung löslicher Polymere geeignete Hydrogele herzustellen, die einen Volumenphasenübergang aufweisen. Um auf diese Weise ein Hydrogel mit einem Volumenphasenübergang des LCST-Typs zu erhalten, kann zum Beispiel teilweise hydrolysiertes Poly(vinylacetat) mit 1,4-Butandioldiglycidylether, Poly(ethylenglykol)-diglycidylether oder anderen di- oder multifunktionellen Epoxiden vernetzt werden.

[0072] Durch das wasserbindende Hydrogel 7 wird die verfügbare Menge des Arbeitsfluids 5 veränderlich gemacht. Das wasserbindende Hydrogel 7 weist einen wasserbindenden und einen deutlich weniger wasserbindenden Zustand auf. Vorliegend wird der Übergang von dem ersten Betriebszustand zu dem Sperrzustand des Wärmerohrs 1, das heißt von einem deutlich weniger wasserbindenden Zustand des Hydrogels 7 zu dem wasserbindenden Zustand des Hydrogels 7 durch einen Temperaturübergang induziert, vorliegend in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis ca. 150 °C. Diese Erwärmung erfolgt durch Erwärmung der Heißseite auf der Verdampferseite, d. h. ohne ein äußeres Feld.

[0073] Im ersten Betriebszustand des Wärmerohrs 1 steht das Arbeitsfluid 5 zur Wärmeleitung zur Verfügung. Das Wärmerohr 1 leitet Wärme. Im zweiten Betriebszustand, dem Sperrzustand, wird das Arbeitsfluid 5 in dem wasserbindenden Hydrogel 7 gebunden. In dieser gebundenen Form steht das Arbeitsfluid 5 nicht mehr für den Wärmetransport zur Verfügung. Das Wärmerohr 1 leitet keine Wärme mehr.

[0074] Im Unterschied zu Figur 1 ist keine Beschichtung vorgesehen, die für einen Rücktransport des Arbeitsfluids 5 von dem Kondensatorbereich 4 zu dem Verdampferbereich 3 sorgt. Das Wärmerohr 1 ist daher vorliegend mit einer Fluidrückführung in Form einer Dochtstruktur (nicht dargestellt) ausgebildet.

Ansprüche

1. Wärmerohr (1) mit zumindest einer Arbeitskammer (2) mit zumindest einem Verdampferbereich (3) in Wirkverbindung mit einer Wärmequelle und zumindest einem Kondensatorbereich (4) in Wirkverbindung mit einer Wärmesenke, wobei in der Arbeitskammer (2) ein Arbeitsfluid (5) vorgesehen ist, und in einem ersten Betriebszustand mittels des Arbeitsfluids (5) Wärme von der Wärmequelle zu der Wärmesenke transportiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wärmerohr (1) als schaltbare und/oder programmierbare thermische Diode oder als schaltbarer und/oder programmierbarer Wärmeschalter ausgestaltet ist, indem zumindest ein aktivierbares Funktionsmaterial vorgesehen ist, das angeordnet und ausgestaltet ist, um in einem zweiten Betriebszustand den Verdampferbereich (3) frei von dem Arbeitsfluid (5) zu halten und/oder das Arbeitsfluid (5) am Verdampfen zu hindern, um den Wärmetransport zu reduzieren und/oder zu verhindern und/oder die Wärmeleit-Vorzugsrichtung zu ändern.

2. Wärmerohr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wärmerohr (1) als schaltbare thermische Diode bzw. Wärmeschalter ausgestaltet ist, indem das zumindest eine aktivierbare Funktionsmaterial ausgestaltet ist, in einem äußeren Feld zumindest teilweise seine Eigenschaften zu ändern.

3. Wärmerohr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wärmerohr (1) als programmierbare thermische Diode bzw. Wärmeschalter ausgestaltet ist, indem das zumindest eine aktivierbare Funktionsmaterial ausgestaltet ist, in Abhängigkeit von Bedingungen innerhalb der Arbeitskammer (2), insbesondere Temperatur, pH-Wert des Arbeitsfluids (5) und/oder lonenstärke des Arbeitsfluids (5) seine Eigenschaften zu ändern.

4. Wärmerohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Arbeitskammer (2) als ein abgeschlossenes Volumen ausgebildet ist, welches derart ausgebildet ist, dass ein Wärmetransport mittels Konvektion des verdampften Arbeitsfluids (5) erfolgt und ein Rücktransport des kondensierten Arbeitsfluids (5) erfolgt, insbesondere dass das abgeschlossene Volumen als druckdichtes System ausgebildet ist, bevorzugt dass aus dem druckdichten System im Wesentlichen alle Fremdgase mit Ausnahme des Arbeitsfluids (5) entfernt sind.

5. Wärmerohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Wärmerohr (1) mit einem Fluidkreislauf für das Arbeitsfluid (5) ausgebildet ist, vorzugsweise dass der Fluidkreislauf eine Fluidrückführung für einen Rücktransport des kondensierten Arbeitsfluids (5) von dem Kondensatorbereich (4) zu dem Verdampferbereich (3) umfasst.

6. Wärmerohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das abgeschlossene Volumen im Verdampferbereich (3) eine fluidphobe Beschichtung (6) und/oder Strukturierung aufweist und/oder im Kondensatorbereich (4) eine fluidphile Beschichtung (6) und/oder Strukturierung, insbesondere
dass das abgeschlossene Volumen im Verdampferbereich (3) eine hydrophile Beschichtung (6) und/oder Strukturierung aufweist und/oder im Kondensatorbereich (4) eine hydrophobe Beschichtung (6) und/oder Strukturierung oder dass das abgeschlossene Volumen im Verdampferbereich (3) eine oleophile Beschichtung (6) und/oder Strukturierung aufweist und/oder im Kondensatorbereich (4) eine oleophobe Beschichtung (6) und/oder Strukturierung.

7. Wärmerohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zumindest eine Funktionsmaterial in Form einer schaltbaren Beschichtung des Verdampferbereichs (3) und/oder des Kondensatorbereichs (4) ausgebildet ist, indem zumindest die Oberflächeneigenschaft der Beschichtung des Verdampferbereichs (3) von fluidphil auf fluidphob änderbar ist.

8. Wärmerohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die schaltbare Beschichtung (6) als ORMOCER^® und/oder mit ORMOCER^® ausgebildet ist.

9. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zumindest eine Funktionsmaterial in Form eines Reservoirs für das Arbeitsfluid (5) ausgebildet ist, insbesondere in Form eines Flüssigkeitsspeichers.

10. Wärmerohr nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Reservoir für das Arbeitsfluid (5) als Gel, insbesondere als Polymergel, als Adsorbens oder als mesoskopisch strukturierte Oberfläche ausgebildet ist.

11. Wärmerohr nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Reservoir für das Arbeitsfluid (5) als Polymergel ausgebildet ist, das einen durch Temperatur induzierten Volumenphasenübergang aufweist, insbesondere als ein Polymer mit einem Volumenphasenübergang des UCST-Typs oder als ein Polymer mit einem Volumenphasenübergang des LCST-Typs.

12. System umfassend ein Wärmerohr nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel zur Feldbeaufschlagung vorgesehen sind, um die Eigenschaften des aktivierbaren Funktionsmaterials zu ändern.

13. System nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Mittel zur Feldbeaufschlagung Felderzeuger für ein elektrisches Feld, ein magnetisches Feld, ein Spannungs-Dehnungs-Feld, zur Erzeugung von Licht, insbesondere UV-Licht, zur Erzeugung von Wärme und/oder zur Erzeugung von Kälte vorgesehen sind.

14. System nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das System mit einer Kombination aus zwei Funktionsmaterialien ausgebildet ist, wobei eines der beiden Funktionsmaterialien als ein Flüssigkeitsspeicher nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ausgebildet ist, und das andere Funktionsmaterial als ein in seinen fluidphilen/fluidphoben Eigenschaften veränderbares ORMOCER^® ausgebildet ist, bevorzugt unter Einfluss von Licht, insbesondere UV-Licht.

15. Verfahren zum Schalten und/oder Programmieren des Wärmetransports in einem Wärmerohr mit zumindest einer Arbeitskammer (2) mit zumindest einem Verdampferbereich (3) und zumindest einem Kondensatorbereich (4) und einem Arbeitsfluid (5)
mit folgenden Verfahrensschritten:

A Verdampfen des Arbeitsfluids (5) in dem Verdampferbereich (3), wobei Wärme mit dem gasförmigen Arbeitsfluid (5) von dem Verdampferbereich (3) zu dem Kondensatorbereich (4) transportiert wird,

B Kondensieren des Arbeitsfluids (5) in dem Kondensatorbereich (4), wobei die Wärme an eine Wärmesenke abgeführt wird,

dadurch gekennzeichnet,
dass das Wärmerohr (1) als thermische Diode oder Wärmeschalter betrieben wird, indem die thermische Leitfähigkeit durch das Anlegen eines äußeren Feldes und/oder in Abhängigkeit von Bedingungen innerhalb der Arbeitskammer (2) geändert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die thermische Leitfähigkeit der thermischen Diode oder des Wärmeschalters geändert wird, indem der Verdampferbereich (3) frei von dem Arbeitsfluid (5) gehalten wird und/oder das Arbeitsfluid (5) am Verdampfen gehindert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wärmeleit-Vorzugsrichtung der thermischen Diode umgekehrt wird, indem durch das Anlegen eines äußeren Feldes und/oder in Abhängigkeit von Bedingungen innerhalb der Arbeitskammer (2) die Oberflächeneigenschaften von Verdampferbereich (3) und Kondensatorbereich (4) getauscht werden.

Zeichnung