CN105934644B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

具有缩小的尺寸、适合于冷却数据中心的电子元件的热交换装置(100)包括：彼此一体化的一对外板(1,2)，配备有分别用于冷却流体和待冷却流体的各自的入口门(11,12)和出口门(12，22)；中间板(3)，插入这种彼此一体化的外板(1,2)之间并具有面对所述外板(1,2)的各自热交换表面(331,332)并配备有适于增大与所述流体的热交换面积的散热片(31,32)，其中整体配置为使各自的流体的流道室(101,102)保持限定在每个外板(1,2)和各自的交换表面(331,331)之间，热交换装置(100)与待冷却的电子元件(图1)的壳体在外板(2)上一体制造。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及热交换器，特别是具有缩小的尺寸的、极其紧凑的交换器，所述交换器适于原位冷却电子元件或适于需要极度缩小的总尺寸的冷却系统的其他应用。
背景技术
与技术和计算机服务的发展相联系的最重要的问题之一是冷却电子元件。特别是，在已知的远程“数据中心”管理，例如“云”类服务的情况下，使用所谓的“闭环控制系统”，即大体上为封装热交换部件的巨大机壳形式的冷却系统。这种系统与储存数据的系统物理上交替设置。
然而，刚刚描述的冷却方案涉及大的总尺寸。进一步地，事实上从数据管理系统预定的理论容量中获取专用于所述冷却系统的空间。
也该注意的是所提及的冷却系统通常管理环境中的空气的温度，而不是直接管理需要冷却的电子元件的温度。因此，用于吸入和冷却空气的装置无论如何都是必需的并且设置在封装数据管理系统和相关联的冷却设备的环境之外。
开发用于冷却微控制器或芯片的甚至小型化的热交换器，例如，US 2001/0079376提及的所谓的“冷板”。这种交换器可以在芯片自身壳体上与芯片壳体一起一体化制造，冷却流体在其中循环。但是，该系统需要小型化的交换器之外的第二热交换阶段以降低冷却流体的温度。然而，这种第二热交换阶段涉及可比得上这种“闭环控制系统”的尺寸的大的总尺寸。
一般地说，相对于应用于不同类型的电子设备或相同电子设备的后续升级，已知的系统既不够紧凑，它们也不能被模块化。
发明内容
本发明所提出和解决的技术问题是提供容许消除根据已知技术所提及的缺点的热交换装置。
这种问题能由根据权利要求1的装置和相关的热交换方法解决。
本发明优选的特征为从属权利要求的对象。
本发明实际上提供了具有极度缩小的总尺寸的热交换装置。在其中一个基础实施方案中，根据两个盖板之间设置中间板的三明治样设置，这种装置包括一对充当壳体的外盖板和插入两者之间的中间板。中间板具有两个热交换面，一般通过在中间板的两个面上实际上两侧地设置的散热片来增加所述两个热交换面的表面。每个这种面都面对各自的外板。以这样的方式，冷却流体或待冷却流体能进入到装置内以获得同一壳体内具有双流体的热交换阶段。
如上所述，中间板具有热交换件，特别是双侧的散热片，优选与所述板一体化的散热片。
有利地，这种热交换件形成限定在中间板和每个盖板之间的流道。优选的，每个流道具有高的高宽之比(纵横比)。
在更明确的实施方案中，两个外盖板之间设置有多个可能由间隔件隔开的中间板。优选地，上面提及的流道限定在成对的相邻的中间板之间或在中间板和相邻的盖板之间，特别是在各自的热交换舌片之间。
在更多中间板结合的实施方案中，例如，通过使用适当地穿孔于每个(每组)流道的管/分配件，冷却流体和/或待冷却流体可平行地分布至不同流道，特别是成对的相邻的板之间的不同流道。
在穿过热交换流道时流体的负载损耗值非常低的应用的情况下(例如，在流体处于自然循环的情况下)，具有多个中间板的实施方案容许产生具有大截面的流道，因此具有低的负载损耗，而且对热交换效率无极其不利的影响。
在优选的运行方式中，在热交换后冷却流体至少部分地蒸发，也就是说装置具有“蒸发侧”。在这样的情况下，可以影响两相流动(蒸汽-液体)的稳定性并且利用微孔或在流体入口获得的截面的缩小可以避免回流(返流)。
(甚至)通过存在于一个或多个板上或间隔件上的特别是其突出或缩小形式的分配工具，可以控制冷却流体和/或待冷却流体的流动。
从下面的一些实施方案的详细描述来看，本发明的其他优点、特征和使用方式将会变得明显，下面的一些实施方案是示例性的，不具有限制性目的。
附图说明
参考附图中的图片，其中：
图1、图1A和图1B涉及根据本发明的热交换装置的第一优选实施方案，分别在透视的0和根据图1的线A-A和线B-B完成的横纵截面的组装结构中显示第一优选实施方案；
图2、图2A和图2B涉及组成图1的装置的第一外板，通过装置本身内的部分的其前视图、根据图2的线A-A完成的横截面示图和根据图2的线B-B完成的纵截面示图来显示；
图3和3A涉及组成图1的装置的第二外板，分别通过装置本身内的部分的其前视图和根据图3的线A-A完成的截面示图来显示；
图4、图4A和图4B涉及组成图1的装置的中间板，通过其前视图、根据图4的线A-A完成的截面示图和根据图4的线B-B完成的纵截面示图来显示；
图5和图6涉及根据本发明的热交换装置的第二优选实施方案，分别通过其分解透视图和组装结构的透视图来显示；
图5A和图5B分别显示了图5的装置的每个俯视图连同根据线A-A的横截面和根据线B-B的纵截面；
图6A和图6B分别显示了图6的装置的俯视图连同根据线A-A的横截面和根据线B-B的纵截面；
图7、图7A和图7B涉及组成图5的装置的中间板，通过其前视图、根据图7的线A-A完成的横截面示图和根据图7的线B-B完成的纵截面示图来显示；
图8、图8A和图8B涉及图7的中间板的实施方案的变体，通过其前视图、根据图8的线A-A完成的横截面示图和根据图8的线B-B完成的纵截面示图来显示；
图9和图9B涉及组成图5的装置的第一种类型的间隔件，分别通过其前视图和根据图9的线B-B完成的纵截面示图来显示；
图10和图10B涉及组成图5的装置的第二种类型的间隔件，分别通过其前视图和根据图10的线B-B完成的纵截面示图来显示；
图11显示了组成图5的管或分配管的透视图。
上面显示的图中所表现的厚度、形状和曲率只是举例说明，它们并不一定依规模和/或比例来表示。
具体实施方式
首先参照图1、图1A和图1B，根据本发明的第一优选实施方案的热交换装置整体标示为100。装置100通常适合于冷却电子元件，特别是服务器和数据管理系统。在甚至更一般的条件下，装置100特别适合于任何需要极其紧凑的冷却系统或极其紧凑的冷却系统是有利的应用。
装置100主要包括分别由1和2标示的、一体化制造的或将一个整合到另一个上的第一外板和第二外板或第一外盖板和第二外盖板。两个板1和2限定了装置本身的壳体。这种壳体，特别是在第二外板2上，适合固定于待冷却的部件，例如其壳体。这种待冷却部件直接可以是电子元件或与电子元件本身相关联的所谓的“冷板”。
在两个板1和2之间容纳有中间板3，优选地制成为固定至两个外板1和2.
如所举例说明的，本发明的装置的当前实施方案中，提供了两个称为板的外体，一般相对于在S方向检测的厚度，其沿标示为L的纵向和标示为T的横向具有平面结构。实施方案变体可以提供，外板1和外板2中的一个或两个由形状不一定为平面结构的一个或多个外体替代。
如刚才所述的，那么纵向L和横向T通常可以与板1、板2和板3相关联以及与装置100相关联，在本示例中，后者对应于一般的延伸方向。在本实施方案中，对于板1、板2和板3以及整个装置100的每一个的几何结构，沿着这种的方向L和T，确定对称轴或大体上的对称性。
在图2、图2A和图2B中能更好的看出，第一外板1具有用于热交换的冷却流体(或制冷剂)的第一入口门11和用于这种流体向下排出的第一出口门12，如在下文中将会详细地说明的。
在本实施方案中，这种第一入口门11和第一出口门12大体上以轴L为中心设置。这种入口门11和出口门12优选地限定为，在S方向上向板1外延伸且适于连接至用于供给这种冷却流体的回路的套管、导管或喷嘴。优选地，入口门11和出口门12具有圆形的几何结构。
第一板1包括制成为固定于另外两个板2和3的外周边缘部分14。外周边缘14和板1通常整体上具有大体上多边形的形状，优选地具有圆角。在本示例中，这种形状大体上是六边形。当然，对于板1和另外两个板2和3，不同的形状甚至圆形也是可能的。
在装置100内，板1具有陷进去或降低的表面或中心面13，外接于边缘部分14。在这种降低的表面，入口门11和出口门12打开。
靠近入口门11，第一板1，在陷进去的表面13，具有分配工具。在本示例中，这种分配工具包括相对于表面13向装置100(在S方向上)内突出的横向件形状的分配隔板16。分配工具进一步包括表面13的分配部分161，该分配部分161外接入口门11并优选地为具有圆角的三角形外形。分配表面161由隔板16和边缘14外周限定。在更一般的条件下，分配表面161能提供具有由入口门11向隔板16增大的区域的喇叭形的或锥形发展。
在第一热交换隔室内，特别是在下文将限定的相关的热交换流道内，分配工具实际上起到对在第一入口板11进入装置100的冷却流体进行分配的作用。
实施方案变体可以提供即使在其他位置和/或其他板上分配件的使用。
从图3和3A能更好的看出，在这种情况下，第二外板2还具有用于待冷却流体(或热流体)的(第二)入口门21和用于排出这种流体向下热交换的(第二)出口门22，如将在下文中详细解释说明的。
在本实施方案中，这种第二入口门21和第二出口门22大体上以轴T为中心设置。入口门21和出口门22还优选地限定为在S方向上向外延伸且适于连接至供给这种待冷却流体的回路的套管、导管或喷嘴。优选地，入口门21和出口门22具有圆形的几何结构。
仍然基于优选的实施方案，入口门21具有比第二出口门22大的尺寸，尤其是直径，原因将在下文中解释。
与第一板1相似，第二外板2还具有制成为固定于其他两个板1和3的外周边缘部分24。外周边缘24和板2通常作为整体具有与第一板1相同的形状，那么对于后者的相同描述是有效的。
边缘24外接陷进去的或降低的面或中心面23，类似于对第一板1的解释说明。在表面24，入口门21和出口门22两个都打开。
优选地，两个板1和2的每一个在各自的边缘14和24具有成斜角的外形。该配置为底座保持限定在这种斜角之间，优选地大体上具有“V”样形状，以承受熔接(有或无填充材料)。
在图4、图4A和图4B中能更好的看出，中间板3还具有多边形的整体形状，类似于对于板1和2所描述的，以便封装于后者间。进一步的，中间板3还具有外周边缘34。在后者内，分别限定第一热交换面331和第二热交换面332，它们由所述边缘34包围并对应于板3的相对面。特别地，第一交换面33设置为面对第一外板1的表面13以与后者一起限定这种冷却流体流经的第一热交换隔室。类似的，第二交换表面332设置为面对第二外板2的表面23以与后者一起限定待冷却流体流经的第二热交换隔室。
热交换表面331和332具有各自的(第一或第二)交换件，该交换件适于分别增加与所述冷却流体和所述待冷却流体的热交换面积。在本实施方案中，这种交换件可以是散热片形状的，优选地在S方向上向各自的外板1和2突出，在图1A中分别标示为31和32。这种交换件从各自的表面331和332的底部突出，并且它们在各自的陷进去的表面13和23分别插入所限定的第一外板1或第二外板2的隔室。
实施方案变体可以提供交换件的不同的实现方式或形状，例如直的或具有特定形状的针的形式。
在本实施方案中，热交换件31和32设置为形成这种各自的用于冷却流体或待冷却流体的流道(或微流道)。在图1A中，这种流道分别标示为101和102。流道101和102处理从各自的第一入口门11或第二入口门21到各自的第一出口门12或第二出口门22的各自的流体。
优选地，热交换件31和32直接邻接至两个外板1和2的表面13和表面23。以这样的方式，闭合的流道保持限定在热交换件31,32和各自的板1,2之间。
在本示例中，该配置为使这种流道，对于中间板3的每个面，一个与另一个互相平行，并且分别在纵向方向(L)上相对于板(对于流道101)和在横向方向(T)上相对于板(流道102)具有大体上直线的发展。
在使用时，那么，在第一板1和中间板3的第一交换面331之间，即在第一交换隔室，特别地在其流道101内，冷却流体从第一入口板11流至第一出口板12。同时，在第二板2和中间板3的第二交换面332之间，即在第二交换隔室，特别地在其流道102内，待冷却流体从第二入口板21流至第二出口板22。
待冷却流体可以来自与电子元件直接关联的“冷板”或其他冷却装置。或者，装置100可以制成为，例如在它自身的第二外板2直接地固定于电子元件，特别地，固定于其壳体。
冷却流体可以选自包括多种制冷剂例如水、R134a制冷剂或任何其他流体的组。对于待冷却流体也是相同的。
在本示例中，这种入口门和出口门的设置决定了两个流体根据大体上互相正交的方向流动。特别地，在本实施方案中，由第一热交换件31形成的流道101大体地正交于由第二热交换件32形成的流道102，这与这种各自的入口门和出口门的设置相一致。
当然，不同的配置也是可能的。例如实施方案变体可以提供决定所述流体同向或逆向流动的装置100的配置。
仍然在本实施方案中，优选的应用提供了冷却流体以液体或两相状态进入且它可以至少部分地以气态形式出去。
进一步地，在本示例中，提供了待冷却流体以气体形式进入并以液体状态出去，为此入口门21优选地提供比出口门22的面积大的入口面积。
通过考虑这种优选的应用，第一板1可以定位为“蒸发侧”，第二板2可以定义为“冷凝侧”。
在待冷却流体来自掠过(skimming)电子元件的回路，然后流至装置100的可适用的配置中，这种流体确实为气体状态。在这种情况下，实际上通过相同的刚提及的状态交换供给流体循环，而不需要“冷凝侧”的循环泵。
在冷却流体的一侧，代替地，可以提供在相同装置外且基于例如额外的制冷剂的使用的冷却器(冷却装置)。
实施方案变体可以提供所谓的“两步或多步”交换配置，其中，在从各自的出口门流出前，在各自的交换隔室内，这种流体的一个或两个实际上进行多通路。为了该目的，在这种隔室内可以提供分隔板。
进一步，在热交换系统内，可以装配多个装置，例如上面描述的一个，其中根据串联或并联的连接所述装置优选地为一个到另一个冷却流体连通。
在替代实施方案中，如上所描述的，具有双边散热片的多个中间板可以封装在两个外板或盖板之间，在两个外板之间多个中间板实际上以在三明治样结构中一个平行于另一个方式设置。与这种一个堆叠到另一个上的中间板一起，面对的板的热交换件组或散热片组建立了两个板之间的这种(微)流道。这种流道优选地由板的表面和/或其散热片的表面封闭。在两个外盖板之间堆叠多个中间板的这种配置可以避免通过熔接或焊接连接相邻板之间的(内)热交换区域的需要。
图6至图11实际上涉及设置多个中间板的实施方案。现将仅参照与目前为止例示的第一个实施方案区分开的方面来描述这种其他实施方案。特别地，除了对外盖板和每个中间板的不同说明或表示，参照板1、板2和板3已经做出的同样的考虑是有效的。
如图5和图6所示，第二实施方案的装置标示为200，实际上具有两个外盖板，在此标示为201和202，分别插入它们中的三个中间板301,302,303。在每对中间板之间，插入有间隔件或间隔板。特别的，在第一中间板301和第二中间板302之间插入有第一间隔件205，在第二中间板302和第三中间板303之间插入有第二间隔件206。
在图5A和5B的分解结构和图6A和6B的装配结构中可以更好地看出板的具体结构和设置。图7、图7A和图7B中示出了中间板的具体结构。
如图中所示的，特别是刚刚提及的图7、图7A和图7B，每个中间板具有双边散热片，其中就这种第一实施方案而言，一个面上的散热片组在相对于相对面上的散热片组在正交方向上延伸。
仍然如图中所示，特别是图6A和6B中，类似于这种第一实施方案，面对第二盖板202的第一中间板301的一个面的热交换散热片和面对第一盖板201的第三中间板303的散热片插入其降低的表面，从而限定了大体上直线的流道。每个面对另一个中间板的中间板的散热片与一个邻接至另一个上的所面对的散热片边缘一起还限定了大体上矩形的流道。因此，该配置为一个在另一个上的所面对的两个中间板的面上的散热片在相同方向上延伸并优选具有相同的斜度以限定所述流道。在本示例中，与在一个中间板和一个对应盖板之间限定的流道的高度相比，在所面对的中间板之间限定的流道具有较高的高度，特别是具有大体上两倍高的高度(在S方向上)。
甚至在该情况下，实施方案变体可以提供散热片的不同设置。例如，图8、图8A和图8B显示了标示为304的中间板的示例，中间板装配有在对于板本身的两个面相同的方向上延伸的大体上直线的双边散热片310和320，它们易于限定流道。
具有相等的双边散热片的多个中间板(即在板两侧具有方向上优选地尺寸上类似的散热片)联接到一起的特定组合能使两个流体中的一个相对于另一个通路截面大大地增加。这样，虽然获得高效率的热交换，但是通过具有较大截面的流道的流体的负载损耗大大降低。在如下的应用中这种组合是非常有利的：流体之一在自然循环情况下移动的应用和为了获得所需的最大流量值以正确地处理设计热功率，需要具有非常低的流体负载损耗的应用。
这种板的特定组合甚至可以用于“冷板”类型装置的侧-流体实现中。
图9、图9B和图10、图10B分别显示了第一间隔件205和第二间隔件206。这种间隔件都分别具有复制散热片所涉及的中间板的表面的形状的通座215和216。进一步的，第一间隔件205，在这种表面具有分配隔板261。当然，实施方案变体可以提供不同的分配工具。
如图5所示，在本实施方案中，提供了在第一盖板201，在本文标示为110的相关入口门内插入有用于制冷剂的分配管300。这种分配管300实际上适于在多个板之间限定的对应流道中的流体分配。为了该目的，中间板具有对于这样的导管的合适的通座。例如，对于图7所示的中间板，这种通座标示为351。当然，在本文考虑过的示例中，在第一外板201和第三中间板303之间以及在第二中间板302和第一中间板301之间的交替流道组中分配制冷剂。在其他流道，即在第三中间板303和第二中间板302之间以及在第一中间板301和第二外板202之间的流道中，反而供给待冷却流体。为了该目的，该板具有用于供给这种待冷却流体的第二通座。例如，对于图7所示的中间板，这种通座标示为352。待冷却流体可以通过对流以自然的方式供给或利用加压供应系统供给。分配管300内的冷却流体利用适当的加压供应装置供给。冷却流体甚至可以通过对流以自然的方式供给。在加压供给的情况下，待冷却流体可以利用类似于分配管300的导管来供给。
分配管300以透视的方式显示在图11中。其上的两个狭槽或孔，在本示例中延长孔，更大程度地可见，借此这种流道被供料。特别地，第一狭槽311设插入第一盖板201和第三中间板303之间的流道，第二狭槽312设插入第二中间板302和第一中间板301之间的流道。
一般地说，在本文考虑过的具有装置200内的多个中间板的实施方案中，提供了按照并联热交换配置的待冷却流体和制冷剂的分配。特别地，在热交换件形成的各自的流道中以交替水平沿着装置的厚度供应这种两个流体。横向地，即根据并联的供给和获取设置，沿着装置的S方向从/朝向两外板的入口门和出口门供给和获取流体。
这种间隔件(也)用于实现装置的机械密封和对应流体穿过的每个回路的完整性(分离)(简而言之，以保证两回路间密封)。
间隔件能在外缘焊接至与其相邻的板(例如，类似于在这种具有单个中间板的装置中在中间板和外板之间进行的)。
如上所述，在具有多个中间板的实施中，每个中间板在引入和排出两种流体的分配通道具有座，特别是孔，然而，间隔件可以仅在封装在间隔件的对应位置中的分配通道上具有孔，该分配通道引入和排出不穿过用于热交换的流道的流体。
为了保证这种的机械密封和每个回路的完整性，利用在合适的通座中获得的焊接，可以将多个板一个至一个的焊接在一起。
在实施变体中，不利用焊接方法而利用螺钉联接、密封胶或O形环或等效的机械方法的所有已述部件间的整体连接是可能的。这样，可以获得模块性增大的中间板，即可以二阶矩的方式增加其他中间板，以满足增大待处理功率的随后需要。
本发明的系统，特别是在这种串联或并列和/或具有多个中间板的多个装置的情况下，可以与提高其机械密封的外框结合使用。
如上所述，本发明装置，特别是在上面解释说明的实施方案中，可以紧凑地限定并且它适合于以缩小的尺寸实现。
仅举例来说，参照图1至图4B，下文中提供了按尺寸制作的(中间)板的示例，该(中间)板，相对于所述类型的装置的其相应理论平面表面，具有(利用散热片或其他热交换件)增加的交换表面。
W＝43mm-热交换表面的尺寸，在本示例中，沿纵轴L中间板3的平面表面331和平面表面332的尺寸
Y＝83mm-沿横轴T中间板3的热交换平面表面331,332的尺寸
S理论＝W×Y＝43×83＝3569mm2-理论热交换平面表面的面积
第一热交换件31的尺寸，即在本示例中，散热片限定的平行于横轴T的流道的尺寸：
H31＝2.5mm，S方向上的高
Tk31＝0.28mm，T方向上的尺寸(厚度)
Gap31＝0.7mm，两相邻散热片(T方向上)之间的间隙
Nfin31＝舍去的比值Y/(Tk31+Gap31)＝
＝舍去的43/(0.28+0.7)＝舍去的43.88＝
＝43,即散热片的参考数量
Seff 31＝Nfin31×Y×2×H31+(Y×W)＝43×83×2×2.5+(83×43)＝21414mm2
比Seff31/S理论＝21414/3569＝6
第二热交换件32，即在本示例中，散热片限定的平行于纵轴L的流道的尺寸：
H32＝1.7mm S方向上的高
Tk32＝0.22mm L方向上的尺寸(厚度)
Gap32＝0.44mm两相邻散热片(L方向上)中间的间隙
Nfin32＝舍去的比值Y/(Tk32+Gap32)＝
＝舍去的83/(0.22+0.44)＝舍去的125.76＝
＝125,即散热片的参考数量
Seff 32＝Nfin32×W×2×H32+(Y×W)＝125×43×2×1.7+(83×43)＝21844mm2
比值Seff32/S理论＝21844/3569＝6.12
在实施方案中，可以考虑比值Seff/S理论包括于6-16范围内，优选的值等于11.
因此，在实施方案示例中，中间板的双边热交换件为确定热交换表面相对于基础平面表面增加包括于6-16倍范围内的倍数，优选地11倍。
目前为止参考优选实施方案描述了本发明。这意味着可以存在属于由本文如下权利要求的保护范围所限定的发明核心的其他实施方案。

Claims (22)

1.适于冷却电子元件的紧凑式热交换装置，所述热交换装置包括：
第一外板，具有用于冷却流体的第一入口门和用于这种流体向下热交换的第一出口门；
第二外板，与所述第一外板固定并具有用于待冷却流体的第二入口门和用于这种流体向下热交换的第二出口门；和
插在所述第一外板和第二外板之间并与后者固定的一个中间板或多个中间板，
这种中间板一个相对于另一个和/或相对于所述第一外板和第二外板平行设置，
其中，所述中间板或每个中间板具有设置在所述中间板的相对侧的第一热交换表面和第二热交换表面，整体配置为使所述第一热交换表面和第二热交换表面的每一个面对所述第一外板或第二外板或另一个相邻的中间板的对应表面，
其中，所述第一热交换表面和第二热交换表面的每一个配备有适于增加与冷却流体或与待冷却流体的热交换面积的各自的第一交换件或第二交换件，
其中整体配置为使所述第一交换件和第二交换件连同面对它们的所述第一外板或第二外板或其他中间板的所述对应表面一起限定用于使用中冷却流体从所述入口门流至所述出口门或使用中待冷却流体从所述第二入口门流至所述第二出口门的流道，
所述热交换装置适于制成为与电子元件一起固定或与待冷却流体连通至电子元件，
其中所述第一外板具有用于冷却流体的流体分配工具，所述分配工具包括突出的分配隔板和/或锥形的分配表面。
2.根据权利要求1所述的热交换装置，包括一个单独的中间板，其中整体配置为在使用中冷却流体从所述第一入口门流至所述第一出口门的流道保持限定在所述第一外板和所述第一交换表面之间以及在使用中待冷却流体从所述第二入口门流至所述第二出口门的流道保持限定在所述第二外板和所述第二交换表面之间。
3.根据权利要求2所述的热交换装置，所述热交换装置适于制成为固定至与待冷却的电子元件相关联的其他冷却装置。
4.根据权利要求2所述的热交换装置，所述热交换装置配置用于所述冷却流体和待冷却流体的同向流体或逆向流体。
5.根据权利要求2所述的热交换装置，其中所述第一入口门和第一出口门和所述第二入口门和第二出口门和/或所述流道配置成使得冷却流体和待冷却流体的各自流动大体上产生两者之间的正交。
6.根据权利要求2所述的热交换装置，其中所述流道大体上为直线的。
7.根据权利要求2所述的热交换装置，其中所述第一热交换件和/或第二热交换件配置成使热交换表面增加6至16倍。
8.根据权利要求2所述的热交换装置，其中所述第一入口门和第一出口门和/或所述第二入口门和第二出口门具有不同的尺寸以考虑入口和出口流体的不同状态。
9.根据权利要求2所述的热交换装置，其中所述第一热交换件和第二热交换件与各自的中间板一体实现。
10.根据权利要求2所述的热交换装置，其中所述流道是闭合的，所述交换件邻接到与其面对的相关板的表面上或邻接到后者的热交换件的末端边缘上。
11.根据权利要求2所述的热交换装置，其中，所述锥形的分配表面具有大体上三角形外形。
12.根据权利要求2所述的热交换装置，其中所述第一入口门和第二入口门和/或所述第一出口门和第二出口门中的一个或每一个大体上横向或纵向地以各自的第一外板或第二外板为中心。
13.根据权利要求1所述的热交换装置，包括堆叠设置的多个中间板以在热交换装置中限定以不同水平设置的流道组。
14.根据权利要求13所述的热交换装置，包括用于分配冷却流体和/或待冷却流体的系统，所述分配系统配置成在使用中根据两个流体的交替分布向不同水平上的流道平行地供给这种流体中的一个或每一个以及从不同水平上的流道平行地获取这种流体中的一个或每一个。
15.根据权利要求13或14所述的热交换装置，包括至少一个插在相邻中间板之间的间隔件，所述间隔件具有通座，所述通座复制具有所述第一交换件或所述第二交换件的所述相邻中间板的表面的形状，使得所述第一交换件和所述第二交换件邻接在彼此之上，沿相同方向延伸且具有相同的斜度，以限定所述流道。
16.根据权利要求1所述的热交换装置，其中，所述第一交换件和所述第二交换件为散热片。
17.根据权利要求1所述的热交换装置，其中，在所述第二外板处，所述热交换装置适于制成为与电子元件一起固定或与待冷却流体连通至电子元件。
18.根据权利要求3所述的热交换装置，其中，所述热交换装置适于制成为固定至与待冷却的电子元件相关联的“冷板”。
19.根据权利要求7所述的热交换装置，其中，所述第一热交换件和/或第二热交换件配置成使热交换表面增加11倍。
20.一种热交换系统，包括多个热交换装置，每个热交换装置为根据前述任一项权利要求所述的热交换装置，其中，根据串联或并联连接的设置，所述热交换装置与冷却流体和/或待冷却流体一个到另一个地连通。
21.一种冷却电子系统的方法，所述方法提供了根据前述任何一项权利要求所述的热交换装置或热交换系统的使用，其中所述或每个热交换装置制成为固定至各自的电子元件的壳体或处于与其流体连通，其中所述第二入口门与掠过电子元件的待冷却流体的回路流体连通。
22.根据权利要求21所述的冷却电子系统的方法，其中所述电子系统是数据中心。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3034851B1 (de) * 2014-12-15 2019-06-05 Innio Jenbacher GmbH & Co OG Brennkraftmaschine
EP3417229A4 (en) * 2016-02-18 2019-03-13 Ironside Engineering, Inc. HIGH EFFICIENCY THERMAL DISSIPATION METHODS AND SYSTEMS FOR CIRCUITS AND ELECTRONIC SYSTEMS
US10136550B2 (en) * 2016-09-30 2018-11-20 International Business Machines Corporation Cold plate device for a two-phase cooling system
US10085362B2 (en) 2016-09-30 2018-09-25 International Business Machines Corporation Cold plate device for a two-phase cooling system
FI129577B (en) * 2019-06-28 2022-05-13 Beneq Oy Atomic layer growth equipment
US11412640B2 (en) 2019-07-29 2022-08-09 Pratt & Whitney Canada Corp. Plate cooler for aircraft electronic components
US11414202B2 (en) 2019-11-06 2022-08-16 Pratt & Whitney Canada Corp. Plate cooler for aircraft electronic components
CN111076595B (zh) * 2020-01-10 2020-12-08 山东华昱压力容器股份有限公司 一种板管式熔融盐蓄热部件及其蓄热罐

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09292193A (ja) * 1996-04-26 1997-11-11 Showa Alum Corp 熱交換器
CA2437780A1 (en) * 2002-08-26 2004-02-26 Onda S.P.A. Plate heat exchanger
CN1508867A (zh) * 2002-12-16 2004-06-30 株式会社电装 用于使半导体器件的两个侧面冷却的冷却器
DE202010007615U1 (de) * 2009-07-08 2010-08-26 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Plattenwärmetauscher
CN202816913U (zh) * 2012-10-24 2013-03-20 中国电子科技集团公司第三十八研究所 微通道液冷热沉装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL107643C (zh) * 1956-03-21
US4403652A (en) * 1981-04-01 1983-09-13 Crepaco, Inc. Plate heat exchanger
DE19945978A1 (de) * 1999-09-24 2001-08-30 Univ Stuttgart Lehrstuhl Und I Fluidverteilungsrahmen für Mehrkammerstacks
SE516178C2 (sv) * 2000-03-07 2001-11-26 Alfa Laval Ab Värmeöverföringsplatta, plattpaket, plattvärmväxlare samt användning av platta respektive plattpaket för framställning av plattvärmeväxlare
US7011143B2 (en) * 2004-05-04 2006-03-14 International Business Machines Corporation Method and apparatus for cooling electronic components
DE102007002492A1 (de) * 2007-01-11 2008-09-25 Deutsche Mechatronics Gmbh Plattenförmig aufgebauter Wärmetauscher, Kühlvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers
US20080314559A1 (en) * 2007-06-21 2008-12-25 Hsu I-Ta Heat exchange structure and heat dissipating apparatus having the same
US20110079376A1 (en) 2009-10-03 2011-04-07 Wolverine Tube, Inc. Cold plate with pins
TWI413751B (zh) * 2010-10-26 2013-11-01 Inventec Corp 一種液態冷卻流體熱交換室
US20120211211A1 (en) 2011-02-17 2012-08-23 David Shih Heat sink equipped with a vapor chamber

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09292193A (ja) * 1996-04-26 1997-11-11 Showa Alum Corp 熱交換器
CA2437780A1 (en) * 2002-08-26 2004-02-26 Onda S.P.A. Plate heat exchanger
CN1508867A (zh) * 2002-12-16 2004-06-30 株式会社电装 用于使半导体器件的两个侧面冷却的冷却器
DE202010007615U1 (de) * 2009-07-08 2010-08-26 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Plattenwärmetauscher
CN202816913U (zh) * 2012-10-24 2013-03-20 中国电子科技集团公司第三十八研究所 微通道液冷热沉装置

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US10224263B2 (en) 2019-03-05
EP3097374B1 (en) 2018-01-10

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