CN108931151A - 用于冷却电子设备外壳的热交换器 - Google Patents

Abstract

为了减小热交换器(10)的尺寸，建议将热交换器(10)配置成使其具有包括冷凝器单元(32)和蒸发器单元(31)的热交换元件(30)。蒸发器单元(31)包括上端区域(31a)、下端区域(31b)和多个(37)通道(38)，所述多个(37)通道(38)用于将制冷剂(44)从下端区域(31b)输送至上端区域(31a)，所述制冷剂(44)包括液体(58)和气体(59)。上端区域(31a)通过第一管线(41)连接至下端区域(31b)，所述第一管线(41)配置为仅将液体(58)从上端区域(31a)输送至下端区域(31b)。

Description

用于冷却电子设备外壳的热交换器

技术领域

本发明涉及一种用于冷却电子设备外壳的热交换器。进一步地，本发明涉及热交换器在冷却电子设备外壳中的用途。

发明内容

本发明提出了一种用于冷却电子设备外壳的、包括冷凝器侧和蒸发器侧的热交换器。此外，热交换器包括具有冷凝器单元和蒸发器单元的热交换元件。蒸发器单元包括下端区域、上端区域以及用于将制冷剂从下端区域输送到上端区域的多个通道，其中制冷剂包括液体和气体。蒸发器单元的上端区域通过第一管线连接到其下端区域，该第一管线构造成仅将液体从上端区域输送到下区域。

热交换器优选地是空气-空气式(air-to-air)热交换器。热交换器用作电子设备外壳冷却单元。

术语“电子设备外壳”尤其指的是产生热负荷的电子设备外壳，例如，开关柜。优选地，电子设备外壳的特征在于环境温度(即电子设备外壳外部的温度)低于内部温度(即电子设备外壳内部的温度)。

电子设备外壳可以放置在内部或外部。例如，外部应用包括废水管理或电信遮蔽所，其中室内应用可以例如包括冲洗情况(例如在食品和饮料行业中)或者需要保证高水平的腐蚀安全的情况。一般而言，根据本发明的热交换器可以应用于环境温度低于内部温度的任何电子设备外壳冷却情况中。因此，热交换器特别地构造成用于室内应用和户外应用。

特别地，热交换器包括限定热交换器的内部和外部的壳体，其中蒸发器侧和冷凝器侧设置在热交换器的内部。热交换器的壳体优选地是可附接的，更优选地可附接至电子设备外壳的外部，尤其是附接至电子设备外壳的壳体。

蒸发器单元优选设置在热交换器的蒸发器侧，而冷凝器单元有利地设置在冷凝器侧。

蒸发器单元包括多个通道。这些通道优选地具有如毛细管的尺寸。通道有利地配置为微小通道。通道可以优选地配置为更大的迷你通道的端口。特别地，本发明包括多个迷你通道。优选地，蒸发器单元具有5-20个，优选7-15个，更优选9-12个，最优选10个迷你通道。迷你通道在横向方向上优选具有大体上矩形的形状，其中它包括的通道以直线方式在迷你通道内对齐。这种对齐导致迷你通道大体上成矩形形状。每个迷你通道优选地具有2-25个，更优选地4-10个，最优选地5-7个通道。特别地，一个迷你通道有6个通道。特别地，蒸发器单元配置为微小通道热交换器。有利的是，每个微小通道具有在0.1mm-12mm之间的较短横向尺寸，优选地在0.2mm-10mm之间，进一步优选地在0.4mm-6mm之间，最优选地在2mm-5mm之间，而较大的横向尺寸在0.6mm-240mm之间，优选地在1.2mm-200mm之间，进一步优选地在2.4mm-120mm之间，最优选地在12mm-100mm之间。

特别地，通道部分地填充有包含液体和气体的制冷剂。该制冷剂优选地是以液态和气态存在于通道内的两相制冷剂。通道的填充率在10％-95％之间，特别地在30％-80％之间。进一步优选的是，填充率在50％-80％之间，特别地是在50％-75％之间。这些填充率改善了热交换器的性能。通过填充口填充的通道允许热交换元件被抽空并部分地填充有制冷剂。

最优选地制冷剂是R-134A。制冷剂配置为使其不会与热交换器的材料产生任何反应并且不会产生任何不可冷凝的气体。此外，制冷剂配置为使得热交换器具有足够的强度以承受所使用的制冷剂的气压。

两相制冷剂以气态和液态存在于通道内的特征意味着通道填充有液体和气体，即两相制冷剂的液态部分和气态部分，液态部分和气态部分不会分别形成连续的相。相反，液体部分和气体部分是混合的。气体部分是由气泡形成，而液体部分是由液体的液滴或更大的积聚形成。

特别地，冷凝器侧在位于比蒸发器侧更高的位置。蒸发器单元的下端区域优选地布置在比上端区域低的高度处，使得蒸发器单元的上端位于比冷凝器单元的上端低的位置处。然而，冷凝器侧优选地不是在垂直方向上完全位于蒸发器侧上方，而是冷凝器单元和蒸发器单元布置成使得冷凝器单元和蒸发器单元垂直地重叠。换句话说，热交换器的长度小于冷凝器单元和蒸发器单元的长度的总和。重叠，即冷凝器单元和蒸发器单元的垂直重叠的长度与热交换器的长度之比可以在0-1.0之间，优选地在0.1-0.9之间，更优选地在0.3与0.7之间。因此，例如蒸发器单元和冷凝器单元可以沿垂直方向彼此相邻排列。

通道优选地以直线从下端区域延伸到上端区域。特别地，蒸发器单元配置成使得通道在垂直方向上延伸。通道优选地具有设置在蒸发器单元的下端区域中的第一端和设置在上端区域中的第二端。

蒸发器单元的上端区域和/或下端区域可以具有任何形状或尺寸。特别地，下端区域和/或上端区域配置成歧管。特别地，上端区域和/或下端区域配置成使得它们垂直于多个通道延伸。

蒸发器单元的多个通道用于将制冷剂从蒸发器单元的下端区域输送到上端区域。通道中的制冷剂被加热。作为加热的结果，制冷剂，特别是其液体部分部分地蒸发。气体部分(即气泡)聚结成较大的气泡，较大的气泡最终占据相应的整个通道，该相应的整个通道截留在它们之间的制冷剂的液体部分。由于气泡上升，他们将被截留的液体部分带走。这种气泡泵送作用用于将制冷剂从蒸发器单元的下端区域移动至其上端区域。

蒸发器单元的上端区域通过第一管线连接到下端区域，该第一管线构造成仅将液体从上端区域传输到下端区域。之前使用的术语“液体”是指先前已经从蒸发器单元的下端区域移动至上端区域的制冷剂的液体部分。

第一管线优选地配置为将上端区域连接至下端区域的管。优选地，第一管线布置成使得由于重力而将液体从上端区域传输至下端区域。第一管线优选地配置成绝热的。有利地，第一管线的壁是绝热的，使得制冷剂的液体不会沸腾，这可以防止其返回到蒸发器的下端区域。例如，第一管线可以是隔热的以实现这种效果。

有利的是，上端区域配置成将液体和气体彼此分离，使得液体可以借助于第一管线回流至下端区域，其中通过蒸发器单元的多个通道将液体和气体输送至上端区域。分离是重力的结果。术语“液体”和“气体”是指通过通道输送至上端区域的两相制冷剂的液体部分和气体部分。到达上端区域的液体部分和气体部分因此可以形成连续的液相和连续的气相，从而不再存在混合的两相状态。第一管线布置成使得来自连续液相的液体能够回流至蒸发器单元的下端区域。

特别地，上端区域具有比通道的横向尺寸更大的横向尺寸，使得在上端区域中不存在气泡泵送作用并因此不再有相分离。

上端区域优选地为盆形(basin-shaped)或槽形(trough-shaped)。优选地，上端区域配置为水槽。上端区域有利地具有底部，尤其是底壁。在该底壁中，通道的第二端区域优选地设置成使得到达上端区域的制冷剂的液体部分可以积聚在上端区域中。特别地，通道的第二端形成为底壁中的开口。特别地，到达上端区域的液体部分形成连续的液相。该液相覆盖蒸发器单元的上端区域的底部。

第一管线优选地配置为泄放管，其进一步优选地设置在蒸发器单元的底部，尤其是底壁处。配置为泄放管的第一管线仅允许液体从上端区域行进至下端区域。特别地，第一管线配置为气泡泵送液体的返回管线。

优选地，第一管线具有设置在上端区域中的第一端以及可设置在蒸发器单元的下端区域中的第二端。第一端优选地设置在上端区域的下侧。特别地，第一端配置为蒸发器单元中的开口，尤其是其底壁。此外，第一管线的第一端可以配置为蒸发器单元的侧壁中的开口，特别是在靠近底部的区域中，从而也可以借助于第一管线排出少量的积聚液体。

作为本发明的效果，降低蒸发器单元内的液体高度，换句话说降低液柱高度。液柱高度尤其是指到达蒸发器单元的上端区域并在那里积聚的液体的高度。在该上端区域中，不保持制冷剂的液体部分和气体部分的分离，使得液体部分形成连续相以及气体部分形成连续相。借助于第一管线，来自连续液相的液体被允许返回至下端区域，这又减少了液体在上端区域中的积聚并因此减小了液柱高度。结果，蒸发器单元的下端区域的压头显著降低。这种效果允许热交换元件能够以较小的压头来驱动。由于液柱高度可以更小并且仍然提供必需的压力以驱动热交换元件，所以冷凝器单元可以相对于蒸发器单元降低，而不存在冷凝器单元被倒灌的风险。

因此，整个热交换器可配置成在热交换元件的纵向方向上大体上更小，因为可以允许冷凝器单元和蒸发器单元之间的大体上重叠而不存在冷凝器单元被倒灌的风险。

在现有技术已知的布置中，冷凝器单元和蒸发器单元必须被放置在彼此之上，其中冷凝器单元完全位于蒸发器单元的顶部上。然而，由于本发明的气泡泵送作用以及第一管线，冷凝器单元和蒸发器单元可以在垂直方向上非常明显地进行重叠。结果，热交换元件以及整个热交换器可以配置为在垂直方向上相对较短，这使得热交换器更加紧凑。

而且，冷凝器单元具有上端区域、下端区域和多个通道，其中热交换元件具有第二管线，用于将气体从蒸发器单元的上端区域输送至冷凝器单元的上端区域。之前提及的术语“气体”是指已经从蒸发器单元的下端区域输送至上端区域的制冷剂中的气体。在到达蒸发器单元的上端区域后，两相制冷剂的气体部分形成连续的气相，连续的气相通过第二管线行进至冷凝器单元的上端区域。

优选地，冷凝器单元与上述蒸发器单元相似地进行配置。这尤其适用于通道以及上端区域和下端区域的构造。然而，对冷凝器单元来说，多个通道的功能是不同的。这些通道用于从冷凝器单元的上端区域向其下端区域输送制冷剂，尤其是液体。输送是重力的结果。

第二管线优选地配置为管，所述管具有布置在蒸发器单元的上端区域处的第一端和布置在冷凝器单元的上端区域处的第二端。第二管线优选地配置为气体上升管。第二管线的第一端优选设置成使得积聚在上端区域中的液体不能到达第二管线的第一端。因此，第二管线的第一端相对于第一管线的第一端设置得相当地较高。特别地，第一端设置在蒸发器单元的上端区域的顶部，使得第二管线仅用于输送气体。第一端可以设置在蒸发器单元的顶壁或侧壁中，尤其是在靠近顶部的区域中。

总而言之，本热交换器具有相管理系统，其特征在于在行进至蒸发器单元的上端区域之后分离两相制冷剂的两相。虽然通过第一管线和第二管线的相管理系统降低蒸发器单元内的液柱高度，但它也降低了第二管线中的液柱高度。

结果，热交换元件可以小于不使用相管理系统的现有技术已知的相同容量的单元。与没有这种系统的热交换元件相比，具有相管理系统的热交换元件能够以每单位体积更大的特定冷却容量进行包装。由于冷凝器单元在蒸发器单元中的重叠部分不会导致冷凝器单元的倒灌，因此这允许热交换元件以及热交换器在垂直方向上更短。

特别地，热交换元件具有第三管线，用于将液体从冷凝器单元的下端区域输送至蒸发器单元的下端区域。该第三管线也优选地配置成管，特别是液体制冷剂回流管线。之前使用的术语“液体”是指在从冷凝器单元的上端区域行进至冷凝器单元的下端区域的液体。第三管线具有设置在冷凝器单元的下端区域中的第一端和设置在蒸发器单元的下端区域中的第二端。第一管线的第二端也可以在第三管线上开口，因此，液体也到达蒸发器单元的下端区域。

第二管线中减小的液柱高度允许热交换元件在第三管线中以较低的液体压头使制冷剂循环。因此，第三管线内需要较短的液柱，使得可以实现冷凝器单元和蒸发器单元之间在垂直方向上的大体上重叠。这种效果使得热交换元件能够以由于第三管线中液柱高度降低而产生的较小的压头来驱动。

热交换元件有利地配置为热虹吸管。特别地，热交换器配置为两相热虹吸空气-空气式热交换器。

进一步优选地，热交换元件，特别是蒸发器单元和/或冷凝器单元具有挤压型金属材料。优选地，热交换元件，特别是蒸发器单元和/或冷凝器单元是由挤压型金属材料形成。金属材料优选为铝。特别地，蒸发器单元和/或冷凝器单元配置为钎焊铝式的微小通道热交换器。热交换元件特别地不包含铜。

有利地，热交换元件的整个功能部分是由一种金属材料制成。由于热交换元件仅由一种金属制成，所以它比包括多于一种金属的传统热交换元件更耐腐蚀，其中由于该双金属构造会导致电化学腐蚀。热交换元件可进一步被机电地以金属或富含金属的化合物进行电镀或涂覆，所述金属或富含金属的化合物充当牺牲阳极并因此为热交换元件的功能部分提供阴极保护。上述用于这种保护的金属优选地为锌。术语热交换器的“功能部分”尤其是指除了可能的涂层之外的整个热交换器。

冷凝器侧和蒸发器侧优选地通过隔板彼此分开。有利的是，冷凝器侧和蒸发器侧通过隔板完全分开。

热交换器特别地配置用于电子设备外壳冷却的情况，其中外壳的环境空气被灰尘、液体、气体等污染。该隔板防止污染物(尤其是来自电子设备外壳外部的污染物)进入电子设备外壳的内部。优选地，隔板是由固体板，特别是金属板形成，尤其是由铝制成。固体板也可以由塑料制成。隔板可以有利地由热交换器的壳体的内壁形成。

热交换元件具有纵向方向。特别地，蒸发器单元具有纵向方向，而蒸发器单元具有最优选的纵向方向，最优选的纵向方向与热交换元件的纵向方向对齐并平行。

热交换器有利地包括蒸发器风机和冷凝器风机，其中，蒸发器风机用于在蒸发器侧产生第一空气流，冷凝器风机用于在冷凝器侧产生第二空气流，其中所述隔板配置为分离第一空气流和第二空气流。特别地，隔板配置为空气侧隔板，用于完全分离蒸发器侧上的第一空气流和冷凝器侧上的第二空气流。为此，隔板可以是气密的。

特别地，蒸发器风机设置在蒸发器侧，其中冷凝器风机设置在热交换器的冷凝器侧。蒸发器风机和/或冷凝器风机优选地设置在热交换器的内部。冷凝器风机优选地配置成将冷的环境空气从热交换器的外部吸入热交换器的内部，尤其是在冷凝器侧。冷凝器风机设置在热交换器内，以使热空气排出至热交换器的外部。另一方面，蒸发器风机设置成从电子设备外壳吸入热空气。吸入的冷的环境空气穿过冷凝器侧并形成第二空气流，而来自电子设备外壳的吸入的热空气穿过蒸发器侧并形成第一空气流。

冷凝器风机和蒸发器风机优选地布置成使得第一空气流和第二空气流都穿透热交换元件，优选地基本上垂直穿过热交换元件的纵向方向来穿透热交换元件。特别地，蒸发器风机设置为使得第一空气流行进通过热交换元件的蒸发器单元，而冷凝器风机设置为使得第二空气流行进通过冷凝器单元。

为了产生第一和/或第二空气流，外壳优选地分别在蒸发器侧和冷凝器侧具有两个开口。

在冷凝器侧，热交换器的壳体优选地包括第一开口，用于使来自热交换器的外部的冷的环境空气进入热交换器的内部。冷的环境空气借助冷凝器风机通过冷凝器侧的第一开口吸入。冷凝器风机特别地设置成使得在通过第一开口进入内部之后，冷的环境空气朝向冷凝器风机穿过冷凝器单元。壳体进一步优选具有第二开口，用于使热空气在冷凝器侧从热交换器的内部排出至外部。用“热空气”表示通过冷凝器单元加热的环境空气。通过冷凝器单元并通过第二开口以热的(即加热的)空气形式流出至热交换器的外部的冷的环境空气形成第二气流。特别地，冷凝器风机设置在壳体的第二开口处和/或其中。可替换地，冷凝器风机可通过第二开口吸入冷的环境空气，而接着第一开口用作加热空气的出口。特别地，冷凝器风机可以反转其旋转方向，并且因此配置为拉动空气通过冷凝器单元或推动空气通过冷凝器单元。

在蒸发器侧，热交换器的壳体特别地包括用于使来自电子设备外壳内部的热空气进入热交换器内部的第三开口。为此目的，电子设备外壳的壳体也可以具有与第三开口对齐的开口。借助于蒸发器风机将热空气从电子设备外壳吸入热交换器的内部，蒸发器风机进一步优选设置在第三开口处和/或第三开口中。

蒸发器风机特别地设置为使得吸入的热空气通过蒸发器单元并通过壳体中的第四开口以冷空气的形式返回，即通过穿过蒸发器单元冷却的空气回至电子设备外壳的内部。穿过蒸发器单元并返回到电子设备外壳的来自电子设备外壳的热空气形成由蒸发器风机产生的第一空气流。蒸发器单元优选布置在第四开口处和/或第四开口内。

第三和第四开口有利地布置成使得在通过蒸发器单元之后并且在返回到电子设备外壳的内部之前，第一空气流偏转至内壁，例如，外壳的隔板。可替换地，蒸发器风机可通过第四开口吸入冷的环境空气，而接着第三开口用作冷却的空气的出口。特别地，蒸发器风机可以反转其旋转方向，并且因此配置为拉动空气通过蒸发器单元或推动空气通过蒸发器单元。

热交换器比已知的空气-空气式热交换器更完全地防止污染物进入电子设备外壳。这是通过完全被隔板分开的冷凝器侧和蒸发器侧来实现的。两者之间的唯一通道足够大，以允许可以容易地密封第二管线和第三管线。

具有如前所述的相管理系统的热交换器能够在第一空气流和第二空气流之间具有低的ΔT的情况下运行。虽然传统热交换器可能需要7℃的ΔT来启动制冷剂流，但带有相管理系统的本热交换器可能仅需要5℃的ΔT，优选地仅为3℃。

与现有技术的热交换器相比，根据本发明的热交换器更小且性价比更高。此外，根据本发明的热交换器可以构造成具有与已知热交换器相似的功能，但是单元的每特定冷却容量的物理体积更小。因此，热交换器更紧凑。

有利的是，通道的横向尺寸，优选地直径足够小，使得制冷剂的液体部分的表面张力能够防止制冷剂的气体部分朝向蒸发器单元的上端区域通过它们。由此，朝向冷凝器侧移动的气体部分连同它们一起带走液体部分。此外，由于以下两个原因，通道的可能较大的横向尺寸是有利的：应当减少迷你通道内的流动限制，同时应该增加制冷剂的质量流率。由于存在增加横向尺寸的原因以及减小横向尺寸的原因，通过优选地构造通道得到折衷方案使得横向尺寸在0.1mm-12mm之间，优选地在0.2mm-10mm之间，进一步优选地在0.4mm-6mm之间，最优选地在2mm-5mm之间。

对于蒸发器单元内的通道来说，横向尺寸的特征是最关键的，因为它有利于将制冷剂运送至蒸发器单元的上端区域的气泡泵送作用。这确保了蒸发器单元的通道被制冷剂连续地润湿。

术语“横向尺寸”是指与通道和/或热交换元件的纵向方向(尤其是与蒸发器单元的纵向方向和/或冷凝器单元的纵向方向)交叉的方向上的尺寸。特别地，通道具有椭圆形状。最优选的是，通道具有圆形形状，使得横向尺寸指的是通道的直径。特别地，通道在相应的迷你通道的挤压期间形成为迷你通道的端口。

特别地，可以在制冷剂流中结合止回阀，其有利于朝向热交换器的冷凝器单元的气体运动以及大部分液体回流到蒸发器单元。

此外，热交换器可以包括设置在相邻通道之间，特别是不同迷你通道的相邻通道之间的金属板。特别是，金属板设置在相邻的迷你通道之间。金属板优选地配置为翅片，尤其是起褶的翅片。翅片有利地是由铝制成。金属板优选地钎焊在通道之间，以通过传导来帮助冷凝器侧和/或蒸发器侧的空气与通道内的制冷剂之间的热传递。除了促进热传递外，金属板还为热交换元件提供稳定性。特别地，金属板设置成使得每英寸有4-40个金属板，最好是每英寸12-25个金属板。金属板特别地设置成V形或U形结构。金属板可以进一步安装百叶窗或不安装百叶窗。

有利的是，金属板以朝向通道延伸方向(尤其是热交换器的纵向方向)成角度布置，其中角度优选地在0°-90°之间，更优选地在60°-89.9°之间甚至更优选地在70°-89.7°之间，最优选在80°-89.5°之间。相邻金属板之间的角度可以在0°-180°之间，更优选在0°-90°之间，甚至更优选在0°-45°之间，最优选在0°-10°之间。相邻金属板之间的角度可以在0°-180°之间，更优选在0°-90°之间，甚至更优选在0°-45°之间，最优选在0°-10°之间。

金属板可以具有恒定的厚度，其中厚度有利地在0.01mm-5mm之间，更优选在0.025mm-2.3mm之间，甚至更优选在0.05mm-1mm之间，最优选在0.07mm-0.4mm之间。

特别地，所述冷凝器单元配置为比蒸发器单元更大。因此，冷凝器单元的尺寸可以更大，特别是关于其在纵向方向上的尺寸，即其长度。冷凝器单元的长度优选地为蒸发器单元的长度的至少1.2倍，最优选至少1.5倍。较大的结构是有利的，因为它确保了冷凝器侧的两相制冷剂的完全冷凝。

此外，本发明的一方面涉及如上所述的热交换器在冷却电子设备外壳中的用途。

附图说明

下面参照优选实施例的附图描述在此公开的本发明的上述和其他特征。所图解说明的实施例旨在说明而非限制本发明。附图包含以下图形：

图1是根据本发明的热交换器附接至电子设备外壳的纵向截面图；

图2是根据图1的热交换器的蒸发器单元和冷凝器单元的纵向截面图；

图3是沿图2的A-A线的横截面图；

图4是蒸发器单元和冷凝器单元之间的制冷剂流动的示意图；和

图5是迷你通道的放大的横截面图。

具体实施方式

图1示出构造为空气-空气式热交换器(11)的热交换器(10)的纵向截面图。热交换器(10)附接至电子设备外壳(90)。为此目的，热交换器(10)包括附接到电子设备外壳(90)的相应壳体(91)的壳体(21)。壳体(91)限定电子设备外壳(90)的内侧(55)和外侧(56)。

热交换器(10)包括冷凝器侧(15)和蒸发器侧(12)。热交换器(10)的冷凝器侧(15)位于比蒸发器侧(12)更高的位置。冷凝器侧(15)通过构造为金属板(19)的隔板(18)(即壳体(21)中的内壁(20))与蒸发器侧(12)分开。冷凝器侧(15)和蒸发器侧(12)均设置在热交换器(10)的内部(53)。热交换器(10)在其蒸发器侧(12)包括构造成产生第一空气流(14)的蒸发器风机(13)。此外，热交换器(10)在冷凝器侧(15)具有冷凝器风机(16)，冷凝器风机(16)构造成产生第二空气流(17)。隔板(18)配置为用于分离第一空气流(14)和第二空气流(17)。

热交换器(10)包括构造为热虹吸管(30a)的热交换元件(30)。热交换元件(30)包括蒸发器单元(31)和冷凝器单元(32)。蒸发器单元(31)设置在热交换器(10)的蒸发器侧(12)，而冷凝器单元(32)设置在冷凝器侧(15)。蒸发器单元(31)具有上端区域(31a)和下端区域(31b)。而且，冷凝器单元(32)具有上端区域(32a)和下端区域(32b)。

蒸发器单元(31)具有纵向方向(31c)和横向方向(31d)以及沿纵向方向(31c)上的长度(31e)和沿横向方向(31d)上的宽度(31f)。冷凝器单元(32)也具有沿纵向方向(32d)的长度(32e)以及沿横向方向(32d)的宽度(32f)。蒸发器单元(31)的纵向方向(31c)对应于冷凝器单元(32)的纵向方向(32c)。这同样适用于横向方向(31d、32d)。此外，纵向方向(31c、32c)对应于垂直方向(52)，而横向方向(31d、32d)对应于水平方向(51)。

在垂直方向(52)上，蒸发器单元(31)和冷凝器单元(32)彼此重叠了重叠部分(34)。因此，热交换器的长度(10a)小于冷凝器单元(32)和蒸发器单元(31)的长度(32e、31e)的总和。

由于重叠部分(34)，隔板(18)具有与垂直方向(52)成角度的一个部分(即第二部分(18b))。第二部分(18b)形成倾斜的。此外，隔板具有沿水平方向(51)延伸的第一部分(18a)和第三部分(18c)。第二部分(18b)设置在第一部分(18a)和第三部分(18c)之间。每个部分(18a、18b、18c)约等于在水平方向(51)上投影的隔板(18)的整个长度的三分之一。

热交换元件(30)，特别是蒸发器单元(31)和冷凝器单元(32)包括为铝(36)的挤压型金属材料(35)。在图1中未示出穿透隔板(18)的用于蒸发器单元(31)和冷凝器单元(32)之间的流体传输的连接。

在冷凝器侧(15)，热交换器(10)的壳体(21)包括第一开口(22)，用于使来自热交换器(10)的外部(54)的冷的环境空气(26)进入热交换器的内部(53)。冷的环境空气(26)借助冷凝器风机(16)通过冷凝器侧的第一开口(22)吸入。冷的环境空气(26)通过第一开口(22)进入内部(53)并且朝向冷凝器风机(16)经过冷凝器单元(32)。

在冷凝器风机(16)的位置处，热交换器(10)的壳体(21)包括第二开口(23)，用于使热空气(27)在冷凝器侧(15)离开热交换器(10)的内部(53)至外部(54)。用“热空气”表示通过冷凝器单元(32)加热的环境空气。通过冷凝器单元(32)并通过第二开口(23)以热的(即加热的)空气(27)形式流出至热交换器(10)的外部(54)的冷的环境空气(26)形成第二气流(17)。

在蒸发器侧(12)，热交换器的壳体(21)包括第三开口(24)，用于使来自电子设备外壳(90)的内部(55)的热空气(28)进入热交换器(10)的内部(53)。通过设置在第三开口(24)处的蒸发器风机(13)将热空气(28)从电子设备外壳(90)吸入热交换器(10)的内部(53)。吸入的热空气(28)通过蒸发器单元(31)并通过壳体(21)中的第四开口(25)以冷空气(29)的形式返回，即通过穿过蒸发器单元(31)冷却的空气回至电子设备外壳(90)的内部(55)。蒸发器单元(31)设置在第四开口(25)中。通过蒸发器单元(31)并以冷空气(29)形式返回到电子设备外壳(90)的来自电子设备外壳(90)的热空气(28)形成第一空气流(14)，第一空气流(14)是由蒸发器风机(13)生成。在通过蒸发器风机(13)之后并在返回至电子设备外壳(90)的内部(55)之前，第一空气流(14)偏转至壳体(21)的内壁上，特别是隔板(18)上，最优选的是隔板(18)的第二部分(18b)上。

总而言之，为了允许第一空气流(14)和第二空气流(17)，热交换器(10)的壳体(21)在蒸发器侧(12)和冷凝器侧(15)分别具有两个开口。

第一空气流(14)和第二空气流(17)可以在它们各自的流动方向上反转。为了反转流动方向，可以反转蒸发器风机(13)以及冷凝器风机(16)的旋转方向。详细地，冷凝器风机(16)通过设置冷凝器风机(16)的第二开口(23)吸入冷的环境空气(26)。冷的环境空气(26)在冷凝器侧(15)进入热交换器(10)的内部(53)，穿过冷凝器单元(32)并且通过壳体(21)内的第一开口(22)以热的(即加热的)空气(27)的形式离开至热交换器(10)的外部(54))。

在蒸发器侧(12)，来自电子设备外壳(90)的内部(55)的热空气(28)通过第四开口(25)进入热交换器(10)的内部(53)，通过蒸发器单元(31)经过第三开口(24)从热交换器(10)的内部(53)以冷的(即冷却的)空气形式离开至电子设备外壳(90)的内部(55)。在第三开口(24)处设置蒸发器风机(13)。

因此，冷凝器风机(16)能够推动空气穿过冷凝器单元(32)或穿过冷凝器单元(32)将空气吸入。对于蒸发器单元(31)，这同样适用于蒸发器风机(13)。

两相制冷剂(45)以气态(即气体(59))和液态(即液体(58))存在于通道(38)内(也参见图4)。这意味着通道(38)分别填充有不形成连续相的两相制冷剂(45)的液体部分(58a)和气体部分(59a)。相反，液体部分(58a)和气体部分(59a)是混合的。气体部分(59a)是由气泡形成，而液体部分(58a)是由液体(58)的液滴或更大的积聚形成。

在蒸发器单元(31)中，利用第一空气流(14)加热制冷剂(44)。作为加热的结果，制冷剂(44)，特别是其液体部分(58a)部分蒸发。气体部分(59a)(即气泡)聚结成较大的气泡，该较大的气泡最终占据相应的整个通道(38)，相应的整个通道(38)截留在它们之间的制冷剂(44)的液体部分(59a)。由于气泡上升，他们将被截留的液体部分(58)带走。这种气泡泵送作用用于将制冷剂(44)从下端区域(31b)移动至蒸发器单元(31)的上端区域(31a)(也参见图4)。

图2示出了热交换元件(30)的蒸发器单元(31)和冷凝器单元(32)。特别地示出了热虹吸管(30a)。

蒸发器单元(31)的上端区域(31a)和下端区域(31b)均被设计为歧管(33)。这同样适用于冷凝器单元(32)，特别是其上端区域(32a)及其下端区域(32b)。由于蒸发器单元(31)的上端区域(31a)位于比冷凝器单元(32)的下端区域(32b)高的位置处，因此蒸发器单元(31)和冷凝器单元(32)通过重叠部分(34)在垂直方向(52)上进行重叠。

蒸发器单元(31)和冷凝器单元(32)具有形成为微小通道(39)的多个通道(37)。蒸发器单元(31)的通道(38)具有布置在下端区域(31b)中的第一端(38a)以及布置在上端区域(31a)中的第二端(38b)。特别地，通道(38)的第二端(38b)设置为在形成为盆(60)的上端区域(31a)的底部(60a)中的开口(62)。特别地，上端区域(31a)包括通道(38)通向的底壁(60b)。通道(38)的第二端(38b)因此形成为上端区域(31a)的底壁(60b)中的开口(62)。此外，通道(38)的第一端区域(38a)形成为蒸发器单元(31)的下端区域(31b)的顶壁(60c)中的开口(62)。

此外，冷凝器单元(32)包括具有第一端(38a)和第二端(38b)的多个通道(37)，所述第一端(38a)和第二端(38b)以与上述用于蒸发器单元(31)相同的方式进行设计。

到达蒸发器单元(31)的上端区域(31a)的制冷剂(44)的液体部分(58a)和气体部分(59a)通过重力而允许分离并形成各自的连续相(58b、59b)，即覆盖上端区域(31a)的底壁(60b)的连续液相(58b)和连续气相(59b)(也参见图4)。

液体(58)(即连续液相(58b))行进通过热交换元件(30)的第一管线(41)。第一管线(41)配置为管(46)。第一管线具有设置在蒸发器单元(31)的上端区域(31a)中的第一端(41a)和设置在蒸发器单元(31)的下端区域(31b)中的第二端(41b)(也参见图4)。

第一管线(41)构造为上端区域(31a)的泄放管(61)。第一端(41a)特别地设计为上端区域(31a)的侧壁(60d)中开口(62)，上端区域(31a)靠近底部(60a)。当液体(58)(即来自连续液相(58b)的液体)被允许流回至蒸发器单元(31)的下端区域(31b)时，气体(59)通过热交换元件(30)的构造为管(46)的第二管线(42)行进至冷凝器单元(32)的上端区域(32a)，其中所述气体(59)(即来自连续气相(59b)的气体)已经行进至上端区域(31a)。第二管线(42)具有设置在蒸发器单元(31)的上端区域(31a)的第一端部(42a)和第二端部(42b)。

到达冷凝器单元(32)的上端区域(32a)的气体(59)是由第二空气流(17)冷却。在冷却之后，制冷剂(44)的气体部分(59a)再次冷凝，并且制冷剂(44)通过冷凝器单元的通道(38)返回至蒸发器单元(32)的下端区域(32b)。

为了将积聚的液体(58)从下端区域(32b)返回到蒸发器单元的下端区域(31b)，热交换元件(30)包括构造为管(46)的第三管线(43)，所述管(46)从冷凝器单元(32)的下端区域(32b)延伸至蒸发器单元(31)的下端区域(31b)。因此，第三管线(43)具有设置在冷凝器单元(32)的下端区域(32b)中的第一端(43a)和设置在蒸发器单元(31)的下端区域(31b)中的第二端(43b)。第一管线(41)的第二端(41b)在第三管线(43)中开口。

在相邻的通道(38)之间设置有翅片(48)形式的金属板(47)，即起褶的铝翅片(49)。金属板(47)通过传导促进通道(38)内的空气流(14、17)和制冷剂(44)之间的热传递。金属板(47)朝向通道(38)延伸的方向，特别是垂直方向(52)形成角度(50)。起褶的铝翅片(49)在相邻通道(38)之间布置成V形构造。

图3是沿图2的A-A线的横截面图。通道(38)具有横向尺寸(40)和大体上椭圆的形状。通道(38)形成为大体上为矩形的迷你通道(57)的端口。特别地，六个通道(38)形成一个迷你通道(57)的端口，其中蒸发器单元(31)包括十个迷你通道(57)(参见图5)。在迷你通道(57)之间设置有起褶的铝翅片(49)形式的金属板(47)。

在图4中，示出了在热交换元件(30)的蒸发器单元(31)和冷凝器单元(32)之间的制冷剂(44)的流动的示意图。

示例性地示出了蒸发器单元(31)中的超尺寸的通道(38)。在通道(38)内存在两相制冷剂(45)，即呈液体部分(58a)形式的液体(58)和呈气体部分(59a)形式的气体(59)。由于加热，液体部分(58a)蒸发，从而形成气泡形式的较大的气体部分(59a)。总而言之，制冷剂(44)经由气泡泵送作用从下端区域(31b)经过通道(38)行进至蒸发器单元(31)的上端区域(31a)。

由于与通道(38)的横向尺寸相比，上端区域(31a)的尺寸(即横向尺寸)更大，允许气体部分(59a)和液体部分(58a)分离并形成连续液相(58b)和连续气相(59b)。连续液相(58b)覆盖上端区域(31a)的底部(60a)。第一管线(41)的第一端(41a)在上端区域(31a)的侧壁中形成开口(62)，使得来自连续液相(58b)的液体(58)能够流回至下端区域(31b)。第一管线(41)的第二端(41b)终止于热交换元件(30)的第三管线(43)中，其中液体(58)从第三管线(43)返回到下端区域(31b)。

上端区域(31a)中的连续气相(59b)借助于第二管线(42)行进至冷凝器单元(32)的上端区域(32a)。示例性地，示出了冷凝器单元(32)的超尺寸的通道(38)。液体部分(58a)通过冷凝而形成并由于重力行进至冷凝器单元(32)的下端区域(32b)。从下端区域(32b)，通过第三管线(43)将液体(58)输送至蒸发器单元(31)的下端区域(31b)。

图5示出了热交换器(10)的迷你通道(57)的放大横截面图。迷你通道57具有大体上矩形的形状，而通道38具有大体上椭圆形的形状。通道(38)形成为迷你通道(57)的端口。

附图标记列表

10 热交换器

10a 热交换器的长度

11 空气-空气式热交换器

12 蒸发器侧

13 蒸发器风机

14 第一空气流

15 冷凝器侧

16 冷凝器风机

17 第二空气流

18 隔板

18a 第一部分

18b 第二部分

18c 第三部分

19 金属板

20 壁

21 热交换器的壳体

22 第一开口

23 第二开口

24 第三开口

25 第四开口

26 冷环境空气

27 热交换器的内部排出的热空气

28 来自电子设备外壳的热空气

29 返回至电子设备外壳的冷空气

30 热交换元件

30a 热虹吸管

31 蒸发器单元

31a 蒸发器单元的上端区域

31b 蒸发器单元的下端区域

31c 蒸发器单元的纵向方向

31d 蒸发器单元的横向方向

31e 蒸发器单元的长度

31f 蒸发器单元的宽度

32 冷凝器单元

32a 冷凝器单元的上端区域

32b 冷凝器单元的下端区域

32c 冷凝器单元的纵向方向

32d 冷凝器单元的横向方向

32e 蒸发器单元的长度

32f 蒸发器单元的宽度

33 岐管

34 重叠部分

35 挤压型金属材料

36 铝

37 多个通道

38 通道

38a 第一端

38b 第二端

39 微小通道

40 横向尺寸

41 第一管线

41a 第一管线的第一端

41b 第一管线的第二端

42 第二管线

42a 第二管线的第一端

42b 第二管线的第二端

43 第三管线

43a 第三管线的第一端

43b 第三管线的第二端

44 制冷剂

45 两相制冷剂

46 管

47 金属板

48 翅片

49 起褶的铝翅片

50 角度

51 水平方向

52 垂直方向

53 热交换器的内部

54 热交换器的外部

55 电子设备外壳的内部

56 电子设备外壳的外部

57 迷你通道

58 液体

58a 液体部分

58b 连续液相

59 气体

59a 气体部分

59b 连续液相

60 盆

60a 底部

60b 底壁

60c 顶壁

60d 侧壁

61 泄放管

62 开口

90 电子设备外壳

91 壳体

Claims (15)

1.一种用于冷却电子设备外壳(90)的热交换器(10)，包括冷凝器侧(15)和蒸发器侧(12)，

其中热交换器(10)包括具有冷凝器单元(32)和蒸发器单元(31)的热交换元件(30)，

其中蒸发器单元(31)包括上端区域(31a)、下端区域(31b)和多个(37)通道(38)，所述多个(37)通道(38)用于将制冷剂(44)从下端区域(31b)输送至上端区域(31a)，所述制冷剂(44)包括液体(58)和气体(59)，

其中上端区域(31a)通过第一管线(41)连接至下端区域(31b)，所述第一管线(41)配置为仅将液体(58)从上端区域(31a)输送至下端区域(31b)。

2.根据权利要求1所述的热交换器(10)，其中所述上端区域(31a)配置为将通过多个(37)通道(38)输送至上端区域(31a)的液体(58)和气体(59)彼此分离以形成连续的液相(58b)和连续的气相(59b)，使得液体(58)能够通过第一管线(41)流回至下端区域(31b)。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器(10)，其中，所述蒸发器单元(31)的上端区域(31a)配置为盆形，其中所述第一管线(41)配置为泄放管(61)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中所述冷凝器侧(15)位于比所述蒸发器侧(12)更高的位置。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中所述冷凝器单元(32)和所述蒸发器单元(31)布置为使得所述冷凝器单元(32)和所述蒸发器单元(31)竖直地重叠。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中冷凝器单元(32)具有上端区域(32a)、下端区域(32b)和多个(37)通道(38)，其中热交换元件(30)具有第二管线(42)，用于将气体(59)从蒸发器单元(31)的上端区域(31a)输送至冷凝器单元(32)的上端区域(32a)。

7.根据权利要求6所述的热交换器(10)，其中热交换元件(30)具有第三管线(43)，用于将液体(58)从冷凝器单元(32)的下端区域(32b)输送至蒸发器单元(31)的下端区域(31b)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中所述热交换元件(30)是热虹吸管(30a)。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中冷凝器侧(15)和蒸发器侧(12)通过隔板(18)彼此分离。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中所述热交换器(10)包括蒸发器风机(13)和冷凝器风机(16)，其中，所述蒸发器风机(13)配置为在蒸发器侧(12)产生第一空气流(14)，所述冷凝器风机(16)配置为在冷凝器侧(15)产生第二空气流(17)，其中所述隔板(18)配置为分离第一空气流(14)和第二空气流(17)。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中通道(38)具有0.1mm-12mm，优选地0.2mm-10mm，进一步优选地0.4mm-6mm，最优选地2mm-5mm的横向尺寸(40)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中通道(38)部分地填充有制冷剂(44)。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中热交换器(10)包括设置在相邻通道(38)之间的金属板(47)。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器(10)，其中所述冷凝器单元(32)配置为大于所述蒸发器单元(31)。

15.根据权利要求1-14所述的热交换器(10)在冷却电子设备外壳(90)中的用途。