DE69615946T2

DE69615946T2 - Verfahren zur Herstellung von Tunnelplatten-Wärmerohren

Info

Publication number: DE69615946T2
Application number: DE69615946T
Authority: DE
Inventors: Hisateru Akachi
Original assignee: Actronics KK
Current assignee: Actronics KK
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: CN1150644A; DE69615946D1; EP0753713A3; EP0753713B1; CN1120975C; EP0753713A2; US5737840A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zum Herstellen von Wärmerohren und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von Tunnelplatten- Wärmerohren mit einem Kapillartunnelbehälter darin.
Im Unterschied zu Wärmerohren, bei denen eine Phasenänderung eines kondensierenden Arbeitsfluids mit zwei Phasen genutzt wird, sind Schlangen-Kapillarwärmerohre so aufgebaut, dass ein Arbeitsfluid aufgrund seiner Oberflächenspannung stets in einer Kapillarröhre dispergiert ist, d. h. Flüssigkeitströpfchen und Dampfblasen sind abwechselnd in der gesamten Kapillarröhre angeordnet. Die Flüssigkeitströpfchen und die Dampfblasen werden durch die Druckwelle aufgrund des nuklearen Siedens von Arbeitsfluid in einem Wärmeaufnahmeabschnitt des Wärmerohrs axial in Schwingung versetzt, wodurch Wärme von einem Hochtemperaturabschnitt des Wärmerohrs zu einem Niedrigtemperaturabschnitts desselben transportiert wird. Derartige Schlangen- Kapillarwärmerohre sind beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,921,041 von Akachi, sowie wie dem US-Patent Nr. 5,219,020 von Akachi offenbart, deren Lehren hiermit durch Verweis einbezogen werden. Zu den Merkmalen der Schlangen-Kapillarwärmerohre gehören ausgezeichnete Wärmetransporteigenschaften auch im höchsten Wärmebereich, was bei normalen Wärmerohren nicht möglich ist, die Möglichkeit des leichten Biegens, die Möglichkeit, Dicke und Gewicht zu verringern, und die Möglichkeit, das Volumen zu verringern, da keine Rippen angebracht werden müssen.
Eines der wichtigsten Merkmale des Aufbaus der Schlangen-Kapillarwärmerohre besteht darin, dass das Kapillarrohr so konstruiert ist, dass es einen Innendurchmesser hat, der so klein ist, dass Arbeitsfluid aufgrund seiner Oberflächenspannung stets in dem Kapillarrohr dispergiert ist, d. h., dass Flüssigkeitströpfchen und Dampfblasen abwechselnd in dem gesamten Kapillarrohr angeordnet sind. Ein weiteres Merkmal besteht darin, dass das Kapillarrohr so aufgebaut ist, dass es sich schlangenartig zwischen Hoch- und Niedrigtemperaturbereichen erstreckt, d. h. eine große Anzahl von Abschnitten zum Verdampfen und Kondensieren des Arbeitsfluids hat. Je größer die Anzahl der Windungen des Schlangen-Kapillarwärmerohrs ist, desto weniger hängt die Leistung des Schlangen-Kapillarwärmerohrs von der Schwerkraft ab, wodurch ausgezeichnete Eigenschaften des Schlangen-Kapillarrohrs gewährleistet sind.
Wenn die Schlangen-Kapillarwärmerohre hergestellt werden, wird zunächst die Kapillarröhre ausgebildet. Das heißt, in einem ersten Gießvorgang wird ein Block hergestellt. In einem zweiten Vorgang des Strangpressens wird eine hohle Röhre mit großem Durchmesser durch Strangpressformen hergestellt. In einem dritten Vorgang des Streckens wird der Durchmesser der hohlen Röhre mit großem Durchmesser verringert. Dieser Vorgang wird durch Ziehen unter Verwendung von Ringen zum Ausbilden des Außendurchmessers der Röhre und Stopfen zum Ausbilden des Innendurchmessers derselben ausgeführt. Ein Vielfaches von zehn Ziehvorgängen unter Verwendung der Ringe und der Dome sind notwendig, um die erforderliche Kapillarröhre herzustellen. Die so hergestellten Kapillarröhren werden mit einer Biegemaschine in eine Schlangenform gebracht, so dass das Schlangen-Kapillarwärmerohr entsteht, das in einem Enden-Verschließvorgang, einem Hochvakuum-Entlüftungsvorgang und einem Arbeitsfluid-Füllvorgang zu einem fertigen Erzeugnis wird.
Der fortgeschrittenste Einsatz der Schlangen-Kapillarwärmerohre ist darüber hinaus in US-Patent Nr. 5,697,428 dargestellt.
Dieses Dokument offenbart ein Tunnelplatten-Wärmerohr, das eine erste Metallplatte mit einer Seite, die mit einer Rinne versehen ist, die einen fortlaufenden Kanal darin bildet und eine vorgegebene Anzahl von Windungen sowie eine vorgegebene Anzahl von parallel zueinander angeordneten Abschnitten aufweist, und eine zweite Metallplatte umfasst, die auf einer Seite der ersten Platte angeordnet wird, wobei die zweite Metallplatte den Kanal abschließt, so dass die Rinne der ersten Platte als Tunnel dient, der mit einer vorgegebenen Menge an Arbeitsfluid gefüllt wird. So ermöglicht bei geringerer Dicke und geringerem Gewicht das Tunnelplatten-Wärmerohr effektive Wärmediffusion und effektiven Wärmetransport.
Gemäß einem Verfahren zum Herstellen der Tunnelplatten-Wärmerohre wird in einem ersten Vorgang der Bearbeitung eine Platte aus Metallmaterial, wie beispielsweise reinem Kupfer, Aluminium oder dergleichen, bearbeitet. In einem zweiten Vorgang der Rinnenherstellung wird eine schlangenförmige Rinne mit einer vorgegebenen Breite und Tiefe an einer Seite der Platte durch maschinelle Bearbeitung oder durch Fotoätzen hergestellt. In einem dritten Vorgang des Schichtens wird eine andere Platte ohne Rinne auf die Platte mit der schlangenförmigen Rinne aufgelegt und mit ihr verbunden, so dass eine Schichtplatte mit einem Schlangen-Kapillartunnelbehälter darin entsteht. Für diesen Vorgang ist aufgrund des Wirkens hoher Temperatur und hohen Drucks ein ausgereiftes und spezialisiertes Verfahren erforderlich. In einem vierten Vorgang des Entlüftens und Füllens wird der Schlangen-Kapillartunnelbehälter im dem Hochvakuumzustand entlüftet und anschließend mit einer vorgegebenen Menge an Arbeitsfluid gefüllt, so dass das Tunnelplatten-Wärmerohr entsteht.
Die Schlangen-Kapillarwärmerohre weisen, wie oben beschrieben, ausgezeichnete Eigenschaften auf, wobei die Herstellungskosten jedoch hoch sind. Insbesondere für die Herstellung der Kapillarröhre sind zahlreiche Herstellungsschritte und erheblicher Zeitaufwand erforderlich. Des Weiteren müssen die Schlangen-Kapillarwärmerohre, um die hohe Leistung zu erreichen, eine große Anzahl von Windungen aufweisen, wodurch die Automatisierung erschwert wird.
Darüber hinaus ist für die Tunnelplatten-Wärmerohre ein hochentwickeltes Verfahren zum Herstellen einer schlangenförmigen Rinne auf einer Seite der Platte und zum Schichten einer Vielzahl von Platten erforderlich, wodurch die Herstellungskosten erheblich ansteigen, was dazu führen kann, dass sie sich nur schwer bei anderen Vorrichtungen als den hochwertigen Vorrichtungen einsetzen lassen.
JP-A-60106633 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Platten-Wärmerohrbehälters, bei dem eine Vielzahl von Fluidkanälen in dem Körper eines Plattenbehälters hergestellt werden, und die Enden des Behälterkörpers verschlossen werden, nachdem Trennwände am Ende der Fluidkanäle abgeschliffen wurden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen von Tunnelplatten-Wärmerohren zu schaffen, das eine Verringerung der Herstellungskosten bei Beibehaltung der ausgezeichneten Eigenschaften der Schlangen-Kapillarwärmerohre ermöglicht.
Die genannte Aufgabe wird mit dem Gegenstand von Anspruch 1 erfüllt.
Bevorzugte Ausführungen und weitere Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht, die eine bandartige Röhre nach Abschluss des ersten Vorgangs gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Fig. 1 ähnelnde, teilweise als Schnitt ausgeführte Ansicht, die die bandartige Röhre nach Abschluss des zweiten Vorgangs zeigt;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die das Innere der bandartigen Röhre nach Abschluss des zweiten Vorgangs zeigt;
Fig. 4 ist ein Querschnitt, der die bandartige Röhre nach Abschluss des vierten Vorgangs zeigt;
Fig. 5 ist ein Längsschnitt, der die bandartige Röhre nach Abschluss des fünften Vorgangs zeigt;
Fig. 6 ist eine Draufsicht, die ein bandartiges Tunnelplatten-Wärmerohr zeigt;
Fig. 7 ist eine Fig. 6 ähnelnde, teilweise als Schnitt ausgeführte Ansicht, die eine zweite bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist eine Fig. 7 ähnelnde Ansicht, die eine dritte bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Fig. 2 ähnelnde Ansicht, die die bandartige Röhre nach Abschluss des ersten Vorgangs gemäß einer vierten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist eine Fig. 3 ähnelnde Ansicht, die die bandartige Röhre nach Abschluss des zweiten Vorgangs zeigt;
Fig. 11 ist eine Fig. 5 ähnelnde Ansicht, die die bandartige Röhre nach Abschluss des dritten Vorgangs zeigt;
Fig. 12 ist eine teilweise als Schnitt ausgeführte Seitenansicht, die die bandartige Röhre nach Abschluss des vierten Vorgangs zeigt; und
Fig. 13 ist eine Fig. 8 ähnelnde Ansicht, die eine fünfte bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In den letzten Jahren hat ein erheblicher Fortschritt auf dem Gebiet des Strangpressens stattgefunden. Insbesondere das Strangpressen von leichten und weichen Materialien, wie beispielsweise Aluminium und Magnesium, ermöglicht die Herstellung von bandartigen Röhren mit einer Vielzahl von Kapillarparalleltunneln, die in Längsrichtung ausgebildet sind. Der Durchmesser der Kapillarparalleltunnel kann auf 0,9 mm oder weniger verringert werden, so dass beispielsweise bandartige Röhren mit einer Breite von 20 mm oder weniger und einer Dicke von 1,3 mm oder weniger mit 20 Kapillarparalleltunneln hergestellt werden können. Des Weiteren kann die Länge der bandartigen Röhren mehrere hundert Meter betragen. Die bandartigen Röhren weisen, da sie aus leichtem Metall bestehen und geringe Dicke haben, eine ausgezeichnete Flexibilität auf, so dass sie in gebogener Form eingesetzt werden können.
Wenn beide Enden der bandartigen Röhre geschlossen und so geformt werden können, dass die Kapillarparalleltunnel an beiden Enden miteinander in Verbindung stehen, so dass ein Endlos-Schlangen-Kapillartunnelbehälter entsteht, können bandartige Tunnelplatten-Wärmerohre hergestellt werden. Diese Wärmerohre können, wenn sie als lange Schlange ausgebildet sind, genauso eingesetzt werden wie die Schlangen-Kapillarwärmerohre, während, wenn sie parallel zueinander angeordnet sind, sie genauso wie das Tunnelplatten-Wärmerohr eingesetzt werden können, das im US-Patent 5,697,428 offenbart ist.
Ein erstes grundlegendes Verfahren zum Herstellen der bandartigen Tunnelplatten- Wärmerohre schließt fünf Vorgänge ein. Den ersten Vorgang, bei dem beide Enden der bandartigen Röhre mit einer Vielzahl von Kapillarparalleltunneln maschinell in einer vorgegebenen Form bearbeitet werden, den zweiten Vorgang, bei dem Löcher mit einem Durchmesser, der geringer ist als das Zweifache des Durchmessers des Kapillarparalleltunnels von einer Oberfläche der bandartigen Röhre her an entsprechenden Positionen hergestellt werden, die von entsprechenden Enden derselben geringfügig entfernt sind, und zwar mit einem Bearbeitungsverfahren, bei dem kein Grat entsteht, so beispielsweise der Elektroerosivbearbeitung, der Ultraschallbearbeitung, der Laserbearbeitung oder dergleichen, so dass jede Trennwand zwischen den Kapillarparalleltunneln teilweise beseitigt wird, um Verbindung der Kapillarparalleltunnel an beiden Enden derselben miteinander zu gewährleisten, den dritten Vorgang, bei dem die Kapillarparalleltunnel gereinigt werden, um Schmutz und Späne zu beseitigen, die bei der oben beschriebenen spanenden Bearbeitung und Lochherstellung entstanden sind, den vierten Vorgang, bei dem Öffnungen der Löcher durch Schweißen oder Löten eines dünnen Leichtmetallelementes verschlossen werden, nachdem eine Öffnungsverringerungseinrichtung daran angebracht wurde, die Druck auf die Oberfläche der bandartigen Röhre ausübt oder eine Fülleinrichtung mit einem vorgegebenen Material, und den fünften Vorgang, bei dem beide Enden der bandartigen Röhre durch Schweißen oder Zusammendrücken verschlossen werden, so dass die Kapillarparalleltunnel einen Kapillartunnelbehälter bilden. Im letzten Vorgang wird der Kapillartunnelbehälter mit einer vorgegebenen Menge an kondensierendem Arbeitsfluid mit zwei Phasen entsprechend einem Volumeninhalt des Kapillartunnelbehälters gefüllt, so dass das bandartige Tunnelplatten-Wärmerohr entsteht.
Das erste grundlegende Verfahren zum Herstellen der bandartigen Tunnelplatten- Wärmerohre bewirkt die folgenden Effekte:
1. Die bandartige Röhre kann in einem einzigen Vorgang des Strangpressens aus einem Block hergestellt werden und zwar ohne andere Vorgänge, wie beispielsweise den Vorgang des Strangpressens einer hohlen Röhre mit großem Durchmesser, den Vorgang des Streckens der hohlen Röhre, den Vorgang des Bearbeitens einer Platte, den Vorgang des Ausbildens einer schlangenförmigen Rinne und den Vorgang des Schichtens von Platten. Da der Vorgang des Ausbildens einer schlangenförmigen Rinne und der Vorgang des Schichten von Platten, für die hochentwickelte Verfahren und kostenaufwändige Anlagen erforderlich sind, wegfallen, können die Materialkosten verringert werden.
2. Die bandartige Röhre mit einer Dicke von 1,9 mm und einer Breite von 20 mm hat beispielsweise 20 Kapillarparalleltunnel mit einem Durchmesser von 1,0 mm, so dass das bandartige Tunnelplatten-Wärmerohr eine Leistung aufweist, die äquivalent zu der eines Schlangen-Kapillarwärmerohrs mit 20 Schlangen-Kapillarröhren mit einem Innendurchmesser von 1,0 mm ist. So lassen sich, wenn das Schlangen-Kapillarwärmerohr durch das bandartige Tunnelplatten-Wärmerohr ersetzt wird, erhebliche Kosteneinsparungen erzielen.
3. Das bandartige Tunnelplatten-Wärmerohr hat, wenn es so aufgebaut ist, dass es schlangenartig zwischen Hoch- und Niedrigtemperaturbereichen verläuft, eine Gesamtzahl von Windungen, die einem Produkt aus der Anzahl von Windungen des Wärmerohrs selbst und der des darin ausgebildeten Schlangen-Kapillartunnelbehälters entspricht, wodurch sich die Leistung verbessert. Das Wärmerohr ermöglicht, wenn es weiterhin mit einer Vielzahl von parallelen Kapillarbehälterzellen und damit einer geringeren Anzahl von Windungen versehen ist, verbesserte Wärmetransportkapazität. Dadurch kann die Länge des Wärmerohrs in Bezug auf eine Sollleistung verringert werden, wodurch sich die Herstellungskosten verringern.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1-6 wird eine erste bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die erste Ausführung entspricht im Wesentlichen dem ersten grundlegenden Herstellungsverfahren. Fig. 1 zeigt den ersten Vorgang, bei dem beide Enden einer bandartigen Röhre 1 mit einer Vielzahl von Kapillarparalleltunneln 3-n, die durch eine Vielzahl von Trennwänden 2-n gebildet werden, in einer vorgegebenen Form maschinell hergestellt werden. Gemäß der ersten Ausführung werden beide Enden der bandartigen Röhre 1 senkrecht in Bezug auf beide Seiten derselben geschnitten. Als Alternative dazu können beide Enden der bandartigen Röhre 1 so geschnitten werden, dass eine Schräge bzw. Krümmung entsteht. Gemäß einem weiteren Verfahren zum Herstellen der bandartigen Tunnelplatten-Wärmerohre ermöglicht das Bearbeitung beider Enden der bandartigen Röhre die Ausbildung des Kapillartunnelbehälters. Diese Bearbeitung sollte jedoch so ausgeführt werden, dass keine Grate entstehen und die Kapillarparalleltunnel verschließen, weil dies einen schwierigen, zeitaufwändigen Vorgang darstellt. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können beide Enden der bandartigen Röhre 1 mit einfachem Schweißen, Zusammendrücken oder Füllen mit Lot ohne zusätzliche spanende Bearbeitung bearbeitet werden, um den Kapillartunnelbehälter herzustellen, so dass das Auftreten von Graten und der Verschluss der Kapillarparalleltunnel 3-n nicht berücksichtigt werden muss.
Fig. 2 zeigt den zweiten Vorgang gemäß der ersten Ausführung, während Fig. 3 das Innere der bandartigen Röhre 1 nach Abschluss des zweiten Vorgangs zeigt. Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, werden bei dem ersten grundlegenden Herstellungsverfahren im zweiten Vorgang Löcher 4-n, 5-n, deren Durchmesser kleiner ist als das Zweifache des Durchmessers des Kapillarparalleltunnels 3-n, von einer Fläche der bandartigen Röhre 1 an entsprechenden Positionen geringfügig beabstandet zu entsprechenden Enden der bandartigen Röhre 1 mit einem Bearbeitungsverfahren hergestellt, bei dem kein Grat entsteht, so beispielsweise mit Elektroerosivbearbeitung, Ultraschallbearbeitung, Laserbearbeitung oder dergleichen, wodurch jede Trennwand 2-n zwischen den Kapillarparalleltunneln 3-n teilweise beseitigt wird, um Verbindung der Kapillarparalleltunnel 3-n an beiden Enden derselben zu gewährleisten. Gemäß der ersten Ausführung werden des Weiteren im zweiten Vorgang die Löcher 4-n, 5-n senkrecht von einer Fläche bzw. beiden Flächen der bandartigen Röhre 1 an entsprechenden Positionen geringfügig beabstandet zu entsprechenden Enden durch Elektroerosivbearbeitung hergestellt. Die Elektroerosivbearbeitung stellt das effektivste der Bearbeitungsverfahren des grundlegenden Herstellungsverfahrens dar. Das heißt, eine große Anzahl von Löchern kann gleichzeitig und in einem Vorgang hergestellt werden, indem die Anzahl der Elektroden erhöht wird. Darüber hinaus liegt ein Leichtmetall, das bei der Bearbeitung anfällt, in Pulverform vor und wird in einer Flüssigkeit für die Elektroerosivbearbeitung dispergiert, ohne dass ein Steg entsteht. Durch die Ausbildung der Löcher 4-n, 5-n werden die Trennwände 2-n, die jeweils zwischen den Kapillarparalleltunneln 3-n angeordnet sind, teilweise abwechselnd beseitigt, so dass ein Abschnitt mit beseitigter Trennwand bzw. Aussparung 6-n pro Trennwand vorhanden ist und Verbindung der Kapillarparalleltunnel 3-n an beiden Enden gewährleistet ist.
Der dritte Vorgang, der nicht dargestellt ist, wird so ausgeführt, dass die Kapillarparalleltunnel 3-n gesäubert werden, um Verunreinigungen und Späne aufgrund der oben beschriebenen Bearbeitung und Perforation zu entfernen. Da der zu säubernde Gegenstand bzw. die bandartige Röhre 1 eine Vielzahl von Tunneln und Löchern enthält, wird der dritte Vorgang vorzugsweise als Ultraschallreinigung ausgeführt, um Reinigung des Inneren der Tunnel und Löcher zu gewährleisten.
Fig. 4 zeigt die bandartige Röhre 1 nach Abschluss des vierten Vorgangs. Der vierte Vorgang wird so ausgeführt, dass Öffnungen der Löcher 4-n, 5-n durch Schweißen oder Löten verschlossen werden. Es sind, wie in Fig. 4 dargestellt, die Aussparungen 6-1, 6-2 vorhanden, was zeigt, dass die Trennwände 2-n durch die Löcher 4-n, 5-n teilweise beseitigt worden sind. Die Trennwände 2-n werden teilweise abwechselnd an einer Position beseitigt, die von jedem Ende der bandartigen Röhre 1 geringfügig entfernt ist, so dass die Kapillarparalleltunnel 3-n miteinander an beiden Enden derselben in Verbindung stehen und einen Endlos-Schlangen-Kapillartunnel bilden. Die Öffnungen der Löcher 4-n, 5-n werden mit Füllkörpern 7-n verschlossen. Die Füllkörper 7-n sollten bei einer Schweiß- bzw. Löttemperatur des Leichtmetalls nicht zum Schmelzen bzw. zur Zersetzung kommen. Daher werden Füllkörper 7-n eingesetzt, die eine hohe Temperatur, beispielsweise 900ºC, aushalten, ohne sich zu verändern. Des Weiteren sollten die Füllkörper 7-n aus einem Material bestehen, das gegenüber einem Flussmittel (flux) beständig ist, das beim Schweißen bzw. Löten bei dieser hohen Temperatur eingesetzt wird. Ein Lot 8 dient dazu, eine Leichtmetallplatte 9-1 an der Oberfläche der bandartigen Röhre 1 mit den Löchern 4-n, 5-n anzubringen, um die Löcher 4-n, 5-n hermetisch zu verschließen. Wenn der Durchmesser der Löcher 4-n, 5-n sehr klein ist, können die Öffnungen der Löcher 4-n, 5-n auch lediglich mit dem Lot 8 ohne Einsatz der Leichtmetallplatte 9-1 verschlossen werden. Im Allgemeinen sollte die Oberfläche der bandartigen Röhre 1 nach dem Schweißen bzw. Löten geglättet werden. Gemäß einer ersten Ausführung wird, wenn die Glätte der Oberfläche der wandartigen Röhre 1 erforderlich ist, der vierte Vorgang darüber hinaus mit einer Oberflächenglätteinrichtung ausgeführt. Desgleichen können, wenn der Durchmesser der Löcher 4-n, 5-n sehr klein ist, die Füllkörper 7-n weggelassen werden. Darüber hinaus können die Füllkörper 7-n durch Einrichtungen zum Verschließen der Öffnungen der Löcher 4-n, 5-n ersetzt werden, durch die Druck auf die Oberfläche der bandartigen Röhre 1 ausgeübt wird.
Fig. 5 zeigt den fünften Vorgang, bei dem beide Enden 10-1, 10-2 der bandartigen Röhre 1 durch Schweißen oder Zusammendrücken hermetisch verschlossen werden, so dass die Kapillarparalleltunnel 3-n einen Kapillartunnelbehälter bilden. Die Kapillarparalleltunnel 3-n, die miteinander über die Löcher 4-n, 5-n in Verbindung stehen, bilden einen Endlos-Schlangen-Kapillartunnelbehälter.
Der mit den oben beschriebenen fünf Vorgängen hergestellte Kapillartunnelbehälter wird mit einer vorgegebenen Menge an kondensierendem Arbeitsfluid mit zwei Phasen entsprechend einem Volumeninhalt des Kapillartunnelbehälters gefüllt, so dass ein bandartiges Tunnelplatten-Wärmerohr entsteht, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Ein Loch zum Einspritzen des Arbeitsfluids ist in Fig. 6 nicht dargestellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird eine zweite bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführung dient dazu, aus dem langen bandartigen Tunnel 1 das lange bandartige Tunnelplatten-Wärmerohr herzustellen, das schlangenförmig zwischen Hoch- und Niedrigtemperaturbereichen verläuft. Gemäß der zweiten Ausführung werden Windungen des bandartigen Tunnelplatten-Wärmerohrs nicht vollständig durch die Anordnung der Aussparungen 6-n in der bandartigen Röhre 1 gewährleistet, sondern durch die Schlangenanordnung der bandartigen Röhre 1 selbst. Löcher 12, 13 werden senkrecht durch Elektroerosivbearbeitung von einer Kante bzw. beiden Kanten der bandartigen Röhre 1 aus hergestellt, die parallel zu den Kapillarparalleltunneln 3-n sind, und zwar an entsprechenden Position, die von beiden Enden der bandartigen Röhre 1 geringfügig entfernt sind. Die Löcher 12, 13 werden ausgebildet, um die Trennwände 2-n teilweise zu beseitigen und sind so tief, dass sie auf alle Kapillarparalleltunnel 3-n auftreffen. So stehen die Kapillarparalleltunnel 3-n miteinander über die Aussparung 6-n in der Nähe beider Enden derselben in Verbindung, um so als nichtschlangenförmiger Kapillartunnelbehälter zu dienen. Das Tunnelplatten-Wärmerohr mit einem nichtschlangenförmigen Kapillartunnelbehälter weist eine niedrigere obere Wärmekennziffer (top heat characteristic) auf als das Tunnelplatten-Wärmerohr mit einem fortlaufenden Schlangen-Kapillartunnelbehälter, jedoch eine höhere maximale Wärmetransportkapazität als letzteres Wärmerohr, wobei dies auf die Anordnung einer Vielzahl paralleler Tunnelbehälterzellen zurückzuführen ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der dritten Ausführung wird das bandartige Tunnelplatten-Wärmerohr mit einer geringeren Anzahl von Kapillarparalleltunneln 3-n und einer geringeren Anzahl von Windungen hergestellt. Gemäß der dritten Ausführung werden im zweiten Vorgang die Löcher 12, 13 senkrecht durch Elektroerosivbearbeitung von einer Kante der bandartigen Röhre 1 jeweils an entsprechenden Positionen hergestellt, die von entsprechenden Enden der bandartigen Röhre 1 geringfügig beabstandet sind. Die Löcher 12, 13 werden hergestellt, um die Trennwände 2-n teilweise zu beseitigen, und sind so tief, dass sie 2/3 der Kapillarparalleltunnel 3-n erreichen. Die Löcher 12, 13 werden im Wesentlichen symmetrisch von der gegenüberliegenden Kante der bandartigen Röhre 1 her ausgebildet, so dass 113 der Kapillarparalleltunnel 3-n miteinander über die Löcher 12, 13 in Verbindung stehen, so dass ein Schlangen-Kapillartunnelbehälter mit zwei Windungen in der bandartigen Röhre 1 entsteht. Das Tunnelplatten-Wärmerohr mit einem derartigen Schlangen-Kapillartunnelbehälter hat eine geringere Anzahl an Windungen in der bandartigen Röhre 1. Wenn es jedoch lang und so angeordnet ist, dass es schlangenartig zwischen Hoch- und Niedrigtemperaturen verläuft, entspricht die Anzahl der Windungen des Wärmerohrs im Wesentlichen dem Dreifachen der der bandartigen Röhre 1, so dass es eine hohe Leistung aufweist. Verglichen mit der ersten Ausführung weist die dritte Ausführung lediglich zwei Löcher 12, 13, d. h. 1/10 oder weniger der Anzahl der Löcher bei der ersten Ausführung auf, wodurch sich die Bearbeitung vereinfacht und die Herstellungskosten weiter verringert werden.
Des Weiteren schließt ein zweites grundlegendes Verfahren zum Herstellen der bandartigen Tunnelplatten-Wärmerohre fünf Vorgänge ein: Den ersten Vorgang, bei dem beide Enden der bandartigen Röhre mit einer Dicke von 1 bis 4 mm und einer Vielzahl von Kapillarparalleltunneln mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger in einer vorgegebenen Form maschinell hergestellt werden, den zweiten Vorgang, bei dem Trennwände, die jeweils zwischen den Kapillarparalleltunneln angeordnet sind, teilweise entfernt werden, und zwar mit einem Bearbeitungsverfahren, bei dem kein Grat entsteht, so beispielsweise der Elektroerosivbearbeitung, der Ultraschallbearbeitung, der Laserbearbeitung oder dergleichen, und zwar an jeder Seitentrennwand bzw. mehreren Trennwänden in einem vorgegebenen Bereich von 3 bis 10 mm von entsprechenden Enden der bandartigen Röhre, um die Aussparungen herzustellen, die abwechselnd an beiden Enden der bandartigen Röhre angeordnet sind, den dritten Vorgang, bei dem die bandartige Röhre an Endabschnitten derselben entsprechend der Tiefe der Aussparungen und mit einer vorgegebenen Länge von den entsprechenden Enden aus gequetscht wird, um so die Kapillarparalleltunnel hermetisch zu verschließen, wobei dieses Quetschen mit nichtgequetschten Abschnitten 1 bis 3 mm vom tiefsten Abschnitt der Aussparungen her ausgeführt wird, den vierten Vorgang, bei dem die gequetschten Enden der bandartigen Röhre durch Schweißen oder Löten hermetisch verschlossen werden, so dass die Kapillarparalleltunnel einen Kapillartunnelbehälter mit ausgezeichnetem inneren Druckwiderstand bilden, und den fünften Vorgang, bei dem der Kapillartunnelbehälter mit einer vorgegebenen Mengen an kondensierendem Arbeitsfluid mit zwei Phasen entsprechend einem Volumeninhalt des Kapillartunnelbehälters gefüllt wird, so dass das bandartige Tunnelplatten-Wärmerohr entsteht.
Der wichtigste der oben erwähnten Vorgänge ist der zweite Vorgang des teilweisen Beseitigens der Trennwände, durch den die Kapillarparalleltunnel einen oder mehrere Schlangen-Kapillartunnelbehälter bilden. Der zweitwichtigste ist der dritte Vorgang des Quetschens der Endabschnitte der bandartigen Röhre, der es ermöglicht, zu verhindern, dass ein geschmolzenes Metall in die Kapillarparalleltunnel eindringt, wenn gequetschte Enden durch Schweißen oder Löten verschlossen werden, und durch minimale Anordnung der oben erwähnten nichtgequetschten Abschnitte wird die Verschlechterung der Funktion des Schlangen-Kapillartunnelbehälters verhindert.
Das zweite grundlegende Verfahren zum Herstellen der bandartigen Tunnelplatten- Wärmerohre führt zu den gleichen Effekten wie das erste grundlegende Verfahren.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9-12 wird eine vierte bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vierte Ausführung entspricht im Wesentlichen dem zweiten grundlegenden Herstellungsverfahren. Fig. 9 zeigt den ersten Vorgang, bei dem beide Enden der bandartigen Röhre 1 mit einer Vielzahl von Kapillarparalleltunneln 3-n, die durch eine Vielzahl von Trennwänden 2-n gebildet werden, in einer vorgegebenen Form verarbeitet werden. Gemäß der vierten Ausführung werden beide Enden der bandartigen Röhre 1 senkrecht an beiden Seiten geschnitten. Als Alternative dazu können beide Enden der bandartigen Röhre 1 so geschnitten werden, dass sie eine Schräge bzw. Krümmung bilden. Im Allgemeinen stellt das Bearbeiten der bandartigen Röhre 1, die aus einem leichten und weichen Metall besteht, einen schwierigen Vorgang dar, bei dem das Entstehen von Graten und die Verformung der Öffnungen der Kapillarparalleltunnel 3-n verhindert werden müssen, bzw. die entstandenen Grate entfernt werden müssen. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung machen die beiden Enden der bandartigen Röhre 1 keine Ebenengenauigkeit erforderlich, wie es weiter unten beschrieben ist, so dass das Entstehen der Grate und das Verschließen der Kapillarparalleltunnel 3-n nicht berücksichtigt werden muss.
Fig. 10 zeigt das Innere der bandartigen Röhre 1 nach Abschluss des zweiten Vorgangs. Bei dem zweiten Vorgang werden die Trennwände 2-n, die jeweils zwischen den Kapillarparalleltunneln 3-n angeordnet sind, an jeder zweiten Trennwand in einem vorgegebenen Bereich von entsprechenden Enden der bandartigen Röhre 1 aus teilweise beseitigt, sodass ein Abschnitt mit beseitigter Trennwand bzw. eine Aussparung 14-n, 15-n pro Trennwand vorhanden ist. Dadurch sind die Aussparungen 14-n, 15-n abwechselnd angeordnet, so dass Verbindung der Kapillarparalleltunnel 3-n an beiden Enden der bandartigen Röhre 1 gewährleistet ist.
Gemäß der vierten Ausführung werden die Trennwände 2-n, wie in Fig. 10 dargestellt, an jeder zweiten Trennwand teilweise beseitigt, um einen Endlos-Schlangen-Kapillartunnelbehälter herzustellen. Als Alternative dazu können die Trennwände 2-n im Abstand von jeweils mehreren Trennwänden teilweise beseitigt werden, um eine Vielzahl von parallelen Kapillarbehälterzellen herzustellen. Letztere Struktur ermöglicht eine Vergrößerung der Menge an Arbeitsfluid, so dass ein Tunnelplatten-Wärmerohr mit höherer maximaler Wärmetransportkapazität entsteht.
Normalerweise liegt die Tiefe der Aussparungen 14-n, 15-n zwischen 3 mm oder mehr und 10 mm oder weniger von den entsprechenden Enden der bandartigen Röhre 1 aus. Dieser Wert ist zum Verschließen beider Enden der bandartigen Röhre 1 im dritten Vorgang erforderlich. Wenn jedoch ein Raum für Löcher zum Anbringen des Tunnelplatten- Wärmerohrs oder ein Raum zum Abdichten nach dem Einfüllen des Arbeitsfluids erforderlich ist, wird die Tiefe der Aussparungen 14-n, 15-n vergrößert, um den Bereich der gequetschten Enden zu vergrößern, die im dritten Vorgang hergestellt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Trennwände 2-n mit einem Bearbeitungsverfahren teilweise beseitigt, bei dem kein Grat entsteht, so beispielsweise mit Elektroerosivbearbeitung, Ultraschallbearbeitung, Laserbearbeitung oder dergleichen, da durch das Auftreten der Grate Leistung und Zuverlässigkeit des Tunnelplatten-Wärmerohrs verschlechtert werden. Des Weiteren werden im zweiten Vorgang die Kapillarparalleltunnel 3-n gereinigt, um das beim Bearbeiten entstandene feine Pulver zu entfernen.
Fig. 11 zeigt die bandartige Röhre 1 nach Abschluss des dritten Vorgangs. Der dritte Vorgang ist ein vorbereitender Vorgang zum Verschließen beider Enden der bandartigen Röhre 1. Die bandartige Röhre 1 wird an Endabschnitten entsprechend der Tiefe der Aussparungen 14-n, 15-n gequetscht, und zwar in einer Länge von den entsprechenden Enden aus, durch die die Kapillarparalleltunnel 3-n hermetisch verschlossen werden, wobei dieses Quetschen so ausgeführt wird, dass gequetschte Endabschnitte 16-1, 16-2 und nichtgequetschte Abschnitte in 1 bis 3 mm von der tiefsten Position der Aussparung 14-n, 15-n aus entstehen. Das Quetschen ist das einzige Verfahren, bei dem keine Möglichkeit besteht, dass die Kapillarparalleltunnel 3-n bzw. die Vertiefungen 14-n, 15-n beim Schweißen von einem geschmolzenen Metall verschlossen werden. Jeder nichtgequetschte Abschnitt entspricht einem Verbindungsabschnitt zwischen den zwei benachbarten Kapillarparalleltunneln 3-n bzw. einer Windung in dem Tunnelplatten-Wärmerohr. Theorie und praktischer Versuch belegen, dass die Leistung des Tunnelplatten-Wärmerohrs am besten ist, wenn die Länge des nichtgequetschten Abschnitts dem Durchmesser bzw. Fluiddurchmesser des Kapillarparalleltunnels 3-n entspricht. Diese verringerte Länge des nichtgequetschten Abschnitts bzw. des Verbindungsabschnitts kann mit keinem anderen Verfahren des Verschließens der bandartigen Röhre 1 aufgrund des möglichen Verschließens durch geschmolzenes Metall beim Schweißen bzw. Löten hergestellt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Länge des Verbindungsabschnitts, die durch die des nichtgequetschten Abschnitts bestimmt wird, auf 1 bis 3 mm bzw. äquivalent zum Fluiddurchmesser des Kapillarparalleltunnels 3-n festgelegt werden.
Fig. 12 zeigt die bandartige Röhre 1 nach Abschluss des vierten Vorgangs. Beim vierten Vorgang werden die gequetschten Enden der bandartigen Röhre 1 durch Schweißen oder Löten hermetisch abgeschlossen, so dass die Kapillarparalleltunnel 3-n einen Schlangen-Kapillartunnelbehälter bilden. Das Schweißen bzw. Löten der gequetschten Enden dient nicht nur dazu, die Enden der bandartigen Röhre 1 über geschweißte bzw. verlötete Abschnitte 17-1, 17-2 hermetisch zu verschließen, sondern auch dazu, beide Stirnseiten der gequetschten Endabschnitte 16-1, 16-2 durch geschmolzenes Metall integral zu verbinden, das in den Zwischenraum zwischen ihnen eindringt. Die verschweißten bzw. verlöteten Endabschnitte der bandartigen Röhre 1 weisen eine ausgezeichnete Luftdichtigkeit auf, so dass kein Druckfestigkeitstest des Schlangen-Kapillartunnelbehälters ausgeführt werden muss. Des Weiteren weisen die verschweißten bzw. verlöteten Endabschnitte einen höheren inneren Druckwiderstand auf, der über 150 Kgf/cm² liegt, wenn beide Enden der bandartigen Röhre 1, die beispielsweise eine Dicke von 2 mm, eine Breite von 20 mm und 20 Kapillarparalleltunnel 3-n mit einem Fluiddurchmesser von 1,8 mm gemäß der vierten Ausführung haben, verschlossen werden. Des Weiteren übersteigt die Dicke der verschweißten bzw. verlöteten Endabschnitte die der bandartigen Röhre 1 selbst nicht, was den Vorteil hat, dass das Tunnelplatten-Wärmerohr leicht zwischen Heizeinheiten eingeführt werden und mit ihnen in Kontakt gebracht werden kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13 wird eine fünfte bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Um das Tunnelplatten-Wärmerohr herzustellen, sollte Arbeitsfluid in selbiges eingespritzt werden. Zu diesem Zweck wird eine Arbeitsfluid-Einspritzröhre 18 mit einer vorgegebenen Endposition der bandartigen Röhre 1 durch Schweißen oder Löten verbunden, so dass sie mit einem Ende des Kapillarparalleltunnels 3-n in Verbindung steht. Dann werden die Endabschnitte der bandartigen Röhre 1 gequetscht, wobei die vorgegebene Abschlussposition der bandartigen Röhre 1, d. h. die Arbeitsfluid-Einspritzröhre 18, umgangen wird. Wenn das Schleifen-Tunnelplatten-Wärmerohr hergestellt worden ist, werden beide Enden der Arbeitsfluid-Einspritzröhre jeweils mit den äußersten Kapillarparalleltunneln 3-n der bandartigen Röhre 1 verbunden. Fig. 13 zeigt das Tunnelplatten-Wärmerohr unmittelbar vor dem fünften Vorgang. Im fünften Vorgang wird der Kapillartunnelbehälter der bandartigen Röhre 1 im Hochvakuumzustand entlüftet und dann mit einer vorgegebenen Menge an kondensierendem Arbeitsfluid mit zwei Phasen auf einen Volumeninhalt des Kapillartunnelbehälters gefüllt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmerohrs aus einer Röhre mit Kapillarparalleltunneln, die durch Trennwände gebildet werden, das die folgenden Schritte umfasst:

- Formen der Enden der Röhre;

- Ausbilden von Aussparungen in den Trennwänden in der Nähe jedes der Enden der Röhre, wobei der Schritt des Ausbildens das Ausbilden erster Löcher von einer Oberfläche der Röhre her einschließt, und wobei die ersten Löcher einen Durchmesser haben, der kleiner ist als das Zweifache des Durchmessers der Kapillarparalleltunnel, sowie des Verschließens der ersten Löcher;

- Verschließen der Enden der Röhre, um einen Kapillartunnelbehälter herzustellen;

- Reinigen des Kapillartunnelbehälters; und

- Füllen des Kapillartunnelbehälters mit einer vorgegebenen Menge an vorgegebenem Arbeitsfluid.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Ausbildens entsprechend einem Verfahren ausgeführt wird, bei dem kein Grat entsteht und das Elektroerosivbearbeitung, Ultraschallbearbeitung und Laserbearbeitung einschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Löcher abwechselnd an jedem der Enden der Röhre ausgebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verschließen der Öffnungen mit einem Lot ausgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Verschließens der Öffnungen des Weiteren mit Mitteln zum Verringern der Öffnungen der Löcher ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Verschließens der Öffnungen des Weiteren mit einer Platte ausgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Ausbildens das Ausbilden von zwei zweiten Löchern von wenigstens einer Kante der Röhre aus einschließt, wobei jedes der zwei zweiten Löcher mit allen der Kapillarparalleltunnel in Verbindung steht.

8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Ausbildens das Ausbilden von zwei dritten Löchern von einander gegenüberliegenden Kanten der Röhre aus einschließt, wobei jedes der zwei dritten Löcher mit 2/3 der Kapillarparalleltunnel in Verbindung steht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das vorgegebene Arbeitsfluid ein kondensierendes Fluid mit zwei Phasen enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aussparungen sich jeweils von 3 bis 10 mm von den Enden der Röhre aus erstrecken.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Aussparungen an jeder zweiten Trennwand angeordnet sind.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Aussparungen im Abstand von jeweils mehreren Trennwänden angeordnet sind.