Verfahren zur serienmässigen Herstellung von Wärmerohren

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur serienmäßigen Herstellung von Wärmerohren, bei dem ein Metallrohr evakuiert, in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium gefüllt und vakuumdicht verschlossen wird, um ein Wärmerohr zu bilden.

[0002] Wärmerohre sind vakuumdicht verschlossene Systeme, in deren Innenraum ein Arbeitsmedium zum Teil in flüssiger Form und zum Teil als gesättigter Dampf vorliegt. Solche Wärmerohre finden mehr und mehr technische und industrielle Anwendung insbesondere auf dem Gebiet der Wärme- und Kältetechnik.

[0003] Wird in einem solchen System einem Bereich, in dem sich flüssiges Arbeitsmedium befindet, Wärme zugeführt, so verdampft es dort und strömt zum kälteren oder gekühlten Bereich, wo es kondensiert und dabei seine aufgenommene Verdampfungswärme abgibt. Das Kondensat wird entweder aufgrund der Schwerkraft oder aufgrund anderer zum Beispiel kapillarer Kräfte in den Bereich der Heizzone zurücktransportiert. Der Umlauf des Arbeitsmediums wird durch den häufig nur sehr geringen Temperaturunterschied zwischen den Heiz- und der Kühlzone bewirkt. In der Heizzone herrscht ein höherer Dampfdruck als in der Kühlzone und dieses Druckgefälle treibt den Dampf zum gekühlten Ende. Ein wesentlicher Vorteil dieser thermischen Bauelemente ist, daß ihre effektive Wärmeleitfähigkeit um Größenordnungen höher ist als die der besten metallischen Leiter. Mit ihnen kann Wärme gegen die Schwerkraft transportiert werden. Sie sind einfach zu handhaben, leicht zu montieren und wartungsfrei.

[0004] Ein wesentlicher Kostenpunkt bei der Herstellung von Wärmerohren ist die Konfektionierung, d.h. das Reinigen, Evakuieren, Füllen und vakuumdichte Verschließen des Wärmerohres. Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Rohr großer Länge zu evakuieren, in genau bemessener Weise mit dem Arbeitsmedium zu füllen und darauf vakuumdicht zu verschließen. Anschließend wird das Rohr großer Länge wendel-oder mäanderartig geformt, so daß eine große Anzahl von einzelnen nebeneinander angeordneten Wärmerohren mit gemeinsamem Dampfraum entsteht.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Wärmerohren wesentlich kostengünstiger zu gestalten. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß dieses Wärmerohr entweder vor oder nach der Füllung mit dem Arbeitsmedium (3) wendel- oder mäanderartig geformt, daß die einzelnen Windungen in dem flüssiges Arbeitsmedium enthaltenden Bereich erwärmt und in dem dampfförmiges Arbeitsmedium enthaltenden Bereich gekühlt werden bis das Arbeitsmedium auf sämtliche Windungen gleichmäßig verteilt ist und daß die einzelnen Windungen durch einen Trennschnitt, vorzugsweise im Bereich der Dampfphase, mit gleichzeitigem vakuumdichtem Verschließen der Trennebenen zu einer Vielzahl von konfektionierten Wärmerohren vereinzelt werden. Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der sehr arbeitsintensive Arbeitsgang Evakuieren und Füllen sowie vakuumdichtes Verschließen für eine Vielzahl von Wärmerohren nur einmal durchgeführt werden muß. Völlig überraschend hat sich beim erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt, daß sich die flüssige Phase des Arbeitsmediums gleichmäßig auf die einzelnen Windungen verteilt.

[0006] Als Material für das Wärmerohr verwendet man zweckmäßigerweise Kupfer, da sich dieses Material infolge seiner guten Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Verformbarkeit als sehr vorteilhaft erwiesen hat. Die Rohre können dabei sowohl als nahtlos gezogene Rohre als auch als längsnahtgeschweißte Rohre verwendet werden. In Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, aus einem längseinlaufenden Metallband, vorzugsweise aus Kupfer, kontinuierlich ein Schlitzrohr zu formen, dieses an seinen Bandkanten zu verschweißen, auf eine Trommel aufzuwickeln, zu evakuieren und mit dem Arbeitsmedium zu füllen und an seinen Enden vakuumdicht zu verschließen, darauf die Windungen in ihrem unteren Bereich zu erwärmen und ggf. im oberen Bereich zu kühlen und darauf im oberen Bereich durchzutrennen. Nach diesem Verfahren lassen sich beispielsweise aus einer Fertigungslänge von ca. 400 m je nach Kerndurchmesser der Trommel eine Vielzahl von konfektionierten Wärmerohren in einem Arbeitsgang herstellen. Um flexible Wärmerohre herzustellen, wird das Rohr im selben Arbeitsgang nach dem Schweißen gewellt. In Durchführung der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die mit dem Rohr bewickelte Trommel teilweise in ein erwärmtes Wasserbad zu tauchen und die Rohrwindungen ggf. an den aus dem Wasserbad herausragenden Bereichen zu kühlen. Innerhalb kurzer Zeit verteilt sich dabei das einseitig eingefüllte flüssige Arbeitsmedium auf sämtliche Windungen gleichmäßig. Beim Durchtrennen der Rohre wird zunächst das Rohr flachgepreßt und im abgeflachten Bereich die Durchtrennung vorgenommen. Beide Arbeitsgänge werden gleichzeitig mit einer speziellen Zange durchgeführt. Zur Sicherheit können die Enden noch in ein Lotbad eingetaucht werden. Die einzelnen Wärmerohre, die nach diesem Verfahren in leicht gebogenem Zustand anfallen, können ggf. noch gerichtet werden.

[0007] Die Erfindung ist anhand des in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0008] Das in einem kontinuierlichen Arbeitsprozeß durch Formen eines Metallbandes und Längsnahtschweißen desselben hergestellte gewellte Rohr 1 mit einer Länge von beispielsweise 400 m wird entweder auf eine Spule aufgetrommelt oder, wie in der Figur vereinfacht dargestellt, in Form eines Mäanders gebogen. Das Rohr 1 besteht vorteilhafterweise aus Kupfer und weist beispielsweise eine Wanddicke von 0,3 mm auf. Das Rohr 1 wird an ainem Ende vakuumdicht zum Beispiel mittels der Kappe 2 verschlossen und am anderen Ende mit einem nicht dargestellten Rohrstutzen versehen, an den eine Vakuumpumpe angeschlossen werden kann, welche das Rohr 1 evakuiert. Nach dem Evakuieren wird das Arbeitsmittel 3 eingefüllt und das Rohr vakuumdicht verschlossen. (s. Figur 1) Das auf die nicht dargestellte Trommel aufgewickelte Rohr 1 bzw. der Mäander wird sodann von oben in ein Wasserbad 4 von beispielsweise 60 °C teilweise eingetaucht. Dabei verdampft das Arbeitsmedium 3 in der links dargestellten Rohrwindung und der Dampf kondensiert im oberen Bereich des Mäanders. Das Kondensat fließt nach unten ab und gelangt somit in die nächste Windung. Auf diese Weise ist das Arbeitsmedium 3 nach einer gewissen Zeit von der linken Windung aus auf sämtliche Windungen gleichmäßig verteilt. (s. Figur 2) Nun wird mittels einer nicht dargestellten geeigneten Zange jeder U-Bogen im oberen Bereich durchtrennt, wobei gleichzeitig die Rohrenden vakuumdicht verschlossen werden. (s. Figur 3) Es ist somit möglich, aus dem einmal evakuierten und gefüllten Rohr 1, wie im Beispiel dargestellt, sieben einzelne Wärmerohre herzustellen. Die U-förmig geformten Wärmerohre bzw. im Falle einer Aufwicklung auf eine Trommel kreisrunden Wärmerohre können ggf. noch gerichtet werden. Jedes einzelne Wärmerohr ist dann in genau bemessener Weise mit annähernd der gleichen Menge Arbeitsmedium 3 gefüllt. Bei gerade gerichteten Wärmerohren kann ggf. noch die Länge den Einbaubedingungen angepaßt werden, indem bei senkrechter Haltung des Wärmerohres eine bestimmte Länge von oben abgetrennt wird, wobei wiederum die Rohrenden vakuumdicht verschlossen werden müssen.

Ansprüche

1. Verfahren zur serienmäßigen Herstellung von Wärmerohren, bei dem ein Metallrohr evakuiert, in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium gefüllt und vakuumdicht verschlossen wird, um ein Wärmerohr zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Wärmerohr (1) entweder vor oder nach der Füllung mit dem Arbeitsmedium (3) wendel- oder mäanderartig geformt wird, daß die einzelnen Windungen in dem flüssiges Arbeitsmedium enthaltenden Bereich erwärmt und in dem dampfförmiges Arbeitsmedium enthaltenden Bereich gekühlt werden, bis das Arbeitsmedium auf sämtliche Windungen gleichmäßig verteilt ist, und daß die einzelnen Windungen durch einen Trennschnitt, vorzugsweise im Bereich der Dampfphase, mit gleichmäßigem vakuumdichtem Verschließen der Trennebenen zu einer Vielzahl von konfektionierten Wärmerohren vereinzelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, um das Wärmerohr zu bilden, ein längseinlaufendes Metallband, vorzugsweise aus Kupfer, kontinuierlich zu einem Schlitzrohr geformt, an seinen Bandkanten verschweißt, auf eine Trommel aufgewickelt, an seinen Enden vakuumdicht verschlossen, evakuiert und mit dem Arbeitsmedium (3) gefüllt wird, die Windungen in ihrem unteren Bereich erwärmt und im oberen Bereich gekühlt und darauf im oberen Bereich durchtrennt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr nach dem Schweißen gewellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Rohr (1) bewickelte Trommel teilweise in ein erwärmtes Wasserbad getaucht wird und die Rohrwindungen an den aus dem Wasserbad herausragenden Bereichen gekühlt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchtrennen der Rohre (1) zunächst das Rohr (1) flachgepreßt und im abgeflachten Bereich die Durchtrennung vorgenommen wird.

Claims

1. Process for the series production of heater tubes, wherein a metal tube is evacuated, filled in an accurately measured way with a working medium and is sealed vacuum-tight, in order to form a heater tube, characterised in that this heater tube (1), either before or after filling with the working medium (3), is shaped into a coil or meander, that the individual windings are heated in the zone containing liquid working medium and are cooled in the zone containing vaporous working medium, until the working medium is uniformly distributed over all the windings, and that the individual windings are separated into single pieces by a severing cut, preferably in the zone of the vapour phase, with uniform vacuum-tight sealing of the severing planes, to give a plurality of made-up heater tubes.

2. Process according to Claim 1, characterised in that, in order to form the heater tube, a metal strip which runs in longitudinally and preferably consists of copper, is continuously formed into a slit tube, is welded up at its strip edges, is wound upon a drum, is sealed vacuum-tight at its ends, is evacuated and is filled with the working medium (3) and the windings are heated in their lower zone and cooled in the upper zone and are then severed in the upper zone.

3. Process according to Claim 2, characterised in that the tube is corrugated after welding.

4. Process according to Claim 2 or 3, characterised in that the drum wound with the tube (1) is partially immersed into a heated waterbath and the tube windings are cooled in the zones projecting from the waterbath.

5. Process according to one of the preceding claims, characterised in that, on severing of the tubes (1), the tube (1) is first pressed flat and severing is carried out in the flattened zone.

Revendications

1. Procédé de fabrication en série de tubes de chaleur, procédé selon lequel on réalise le vide dans un tube métallique, on y introduit un fluide, dosé de façon précise, et on ferme le tube de façon étanche au vide, procédé caractérisé en ce qu'on utilise un tube de grande longueur, dans lequel on réalise le vide puis on introduit du fluide de travail, on met ce tube de grande longueur sous la forme d'une hélice ou de méandres, on réchauffe les diverses spires, de préférence en leur point le plus bas, et on les refroidit en leur point le plus haut, et on sépare les diverses spires par une coupure, de préférence réalisée au point le plus haut, tout en assurant en même temps une fermeture étanche au vide dans le plan de coupe, pour obtenir un grand nombre de tubes de chaleur, distincts.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une bande métallique longitudinale, de préférence en cuivre, que l'on met en continu sous la forme d'un tube fendu dont on soude les bords, on enroule ce tube sur un tambour, on ferme ses extrémités de façon étanche au vide, on réalise le vide à l'intérieur du tube et on y introduit un fluide de travail, on réchauffe les spires dans leur partie inférieure et on les refroidit le cas échéant dans leur partie supérieure, puis on les sépare en réalisant une fermeture étanche au vide.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on ondule le tube 1 après l'avoir soudé.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'on immerge partiellement le tambour sur lequel est enroulé le tube 1 ou les extrémités inférieures des méandres du tube 1 dans un bain 4 de liquide chaud et on refroidit les spires ou parties de méandres du tube 1 qui sortent du bain 4.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour couper les tubes, on aplatit tout d'abord le tube à l'endroit de la coupure et on le coupe dans cette partie aplatie.

Zeichnung