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Heatpipes
Einleitung
Heatpipes sind bestmögliche Wärmeleiter, mit denen es möglich ist, Wärme dauerhaft, wartungsfrei
und ohne äußere Energiezufuhr zu übertragen. Die Heatpipe ist dabei um ein vielfaches besser als
Kupfer, einem Material mit einer sehr guten thermischen Leitfähigkeit. Ermöglicht wird dieses
Leistungsverhalten durch einen zweiphasigen Wärmetransport. Während in einem Vollmaterial die
Wärmeleitung über Gitterschwingungen und Ladungen erfolgt, ist die Heatpipe ein evakuiertes, mit
einer kleinen Menge Flüssigkeit befülltes, Kupferrohr. Wenn die Heatpipe an einer Seite erwärmt
wird, verdampft an dieser Stelle das Arbeitsmedium und der Dampf steigt zum kalten Ende, wo er
kondensiert. Dampf kann schneller größere Mengen Wärme transportieren als ein Feststoff. Der
kondensierte Dampf, nun wieder als Flüssigkeit, muss vom kalten Ende zurück zum heißen Ende
transportiert werden, damit der Kreislauf erhalten bleibt. Hierfür wird im Idealfall die Schwerkraft
genutzt, was aber voraussetzt, dass die heiße Seite unterhalb der kalten Seite ist und auch der
Transportbereich frei von Siphonen ist. Soll ein lageunabhängiger Betrieb ermöglicht werden, werden
auf die Innenoberfläche Kapillarstrukturen aufgebracht, die Flüssigkeiten gegen die Schwerkraft
transportieren können. Üblich sind hier feine Drahtgewebe (sog. Mesh) oder eine poröse
Sinterstruktur. Das gebräuchlichste Arbeitsmedium ist Wasser, da die meisten Anwendungsfälle im
Temperaturbereich zwischen 20 °C und 200 °C liegen und Wasser im diesem Temperaturbereich die
besten Eigenschaften für das Heatpipeprinzip besitzt.
Abb. 1: Prinzipieller
Aufbau einer Heatpipe
[1]
Anwendung
Leistung
Heatpipes haben keine konstante Maximalleistung. Das Betriebsverhalten ist Temperatur- und
Leistungsabhängig. So können Heatpipes bei geringen Temperaturen, bezogen auf den
Temperaturbereich, weniger Leistung übertragen als bei mittleren und höheren Temperaturen.
Wassergefüllte Heatpipes (Temperaturbereich 3°C - 250°C) können bei 200°C deutlich mehr Leitung
übertragen als bei 10°C das hängt im Wesentlich an den temperaturabhängigen physikalischen
Eigenschaften des Wassers. So nimmt bspw. die Viskosität mit steigender Temperatur ab. Die von
QUICK-OHM angegebenen Leistungen gelten bei einer Temperatur von etwa 70°C, das bedeutet,
dass die Heatpipes bei höheren Temperaturen mehr Leistung übertragen können, wohingegen bei
Temperaturen unterhalb von 70°C mit einem leichten Leistungsverlust kalkuliert werden muss.