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Wärmerohr
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Funktionsweise
Das Wärmerohr besteht aus einem hermetisch gekapselten Rohr dessen Innenseite mit einer Kappilarstruktur(Docht) bedeckt ist. Es ist so plaziert das je eine Wärmeübertragungsfläche für Wärmequelle und -senke besteht. Das Rohr ist mit einer gewissen Menge eines Wärmeübertragungsmediums gefüllt. Das Medium ist zum Teil flüssig und füllt den restlichen Raum mit Dampf aus. Der Druck im Rohr ist sehr klein und die Flüssigkeit an der heißen Seite beginnt bei Wärmeeinwirkung sofort zu verdampfen. Dadurch wird dem zu kühlenden Material die Wärme entzogen. Der Dampf strömt durch Konvektion zur Senke (Kühlzone), gibt die Verdampfungswärme wieder ab und kondensiert dabei. Das flüssig gewordene Medium kehrt in die heiße Zone zurück und ist wieder bereit, Wärme aufzunehmen. Zwischen Heiz- und Kühlzone besteht dabei ein geringer Temperaturunterschied. Bei geeigneter Konstruktion des Wärmerohrs kreist das Medium allein durch Schwerkraft oder durch die Kapillarwirkung eines Dochtes. Außerdem können so begrenzte Entfernungen überbrückt werden. Die Leistung erhöht sich bei schnellerer Abkühlung der Kondensationszone (Dampf zu Flüssigkeit).
Der Vorteil des Wärmerohrs liegt in der hohen Wärmestromdichte (Für Wasser-Kupfer-Wärmerohre bis ca. 40W/cm² einkoppelbarer Wärmestrom) und der antriebslosen Zirkulation des Fluids. Kühl- und Heizzone können konstruktiv sehr sicher getrennt sein, was beispielsweise bei gefährlichen Fluiden notwendig sein kann.
Beispiele
Typische Anwendungsbereiche
- Raumfahrt (seit Ende der 1950er / Anfang 1960er) und Satellitentechnik
- die stabile Gründung von Bauwerken in Permafrost-Böden (Alaskapipeline)
- Wärmetauschersysteme
- Mikroelektronikkühlung (z. B. in modernen Handys oder in Computern)
- Erdwärmesonden (siehe Geothermie)
Typische Arbeitsfluide
Je nach Temperaturbereich (nach Siedepunkt von kalt bis warm sortiert):
- Flüssiggase (Helium, Stickstoff, etc.)
- Alkohole (Methanol, Ethanol, etc.)
- Wasser
- Metalle (Quecksilber, Natrium, Lithium, Aluminium, etc.)
Typische Docht-Materialien
- Kupfer (sehr verbreitet in Verbindung mit Wasser)
- Kupfer-Bronze
- Aluminium
- Stahl
- Nickel-Legierungen
- selten Kohlenfaser
Typische Dochtformen
Weblinks
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