CN1231108C - 用于电气和/或电子单元的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电气和/或电子单元(5)的冷却装置，包括：热传导基体(3)，其具有一个包络表面(7)且适于与要冷却的单元(5)接触；冷却型体(9)，其与所述基体(3)相隔一段距离设置，且其包围至少一部分的基体(3)的包络表面(7)，其中在基体(3)与冷却型体(9)之间设置封闭的、部分真空的空间(11)；和被液体浸透的衬里(19)，其连接在基体(3)的包络表面(7)上。

Description

用于电气和/或电子单元的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种用于电气和/或电子单元的冷却装置，尤其是用于那些具有高的热容量的电气和/或电子单元。

背景技术

在现代高科技设备中越来越需要用于电气或电子设备的冷却装置。尤其是随着计算机工业的发展出现了效率越来越高的处理器，这些处理器由于自身产生大量的热因此需要相当大量的冷却。冷却基本由工作着的风扇来实现，但是风扇会使得噪音被不希望地增大，且风扇的故障会迅速导致需要冷却的单元过热，从而对单元造成损坏。而且，由于在壳体中需要空气进气口，因此在这些冷却系统中的灵敏的电气/电子单元受到外部环境的影响，诸如灰尘，湿度等。

为避免这些缺点，曾建议利用金属的冷却体通过热传导直接发散所述电气/电子单元产生的热，该金属冷却体与壳体外壁上的冷却型体(cooling profile body)连接。在这种情况下，其缺点在于热量通过较长的距离被传导，热传导效果差且不能保证热量的安全散出，尤其是在元件的功率消耗高的情况下，因此在这种情况下仍存在过热的危险。

另外，DE199 44 550 A1中提出利用热导管将电气/电子设备产生的热驱散到位于壳体外壁的冷却型体。这么做的缺点在于，尤其是在近年来开发的处理器具有巨大的高热容量的情况下，所述的冷却不足以保证热量的可靠散发。而且，因为冷却系统的结构必须根据要冷却的单元的类型和位置重新设置，使用多个单独的元件(热导管、冷却型体)，这些元件比较昂贵且需要很大的空间。最后，由于所述的冷却型体连接在壳体的外壁，因此必须进行许多额外的工作以使得壳体的整体美观。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于电气和/或电子单元的集成冷却装置，利用该冷却装置能可靠地冷却产生高热量的元件，该冷却装置能灵活地适应要冷却的物体的形状以及其他一般几何条件，该冷却装置的制造成本低，能作为单独元件来供应且其为包容电气/电子元件的壳体的外壁的美学设计提供了自由的空间。

根据本发明，提供一种用于电气和/或电子单元的冷却装置，其包括：热传导基体，该基体具有包络表面(envelope surface)且适于与要冷却的单元接触；与所述基体相隔一段距离设置的冷却型体，且其至少部分地包围基体的一部分包络表面，其中在所述的基体与冷却型体之间设置封闭的(locked)、部分真空的空间；以及包括被液体浸透的衬里(fleece)，该衬里连接在基体的包络表面上。相同的发明目的也可以由这样一种冷却装置实现，该冷却装置具有：形成为中空体的热传导基体，所述的基体具有适于与要冷却的单元接触的内壁表面；冷却型体，其与基体相隔一段距离设置，且该冷却型体至少部分被基体的至少一部分内壁表面包围，其中在所述基体与冷却型体之间设置封闭的、部分真空的空间；和衬里，其被液体浸透且连接在基体的内壁表面上。

利用根据本发明的冷却装置，当冷却现代化的电气/电子单元时，诸如处理器，可以可靠地发散甚至巨大的热量，其中同时使得成本因素保持地非常低且包容所述电气/电子单元的壳体外壁不受冷却装置的元件的约束。能灵活设计该系统且该系统不需要任何维护。

有利的是，至少一个具有上开口和下开口的风道(air duct)设置在冷却型体的区域中，因此通过冷却型体发散到周围空气的热能容易地被传送到包容电气/电子元件的壳体外部。

有利的是，将一管状包络元件设置在冷却型体上和将一管状内部元件设置在冷却型体内部，使得在冷却型体与管状包络元件或内部元件之间形成几个烟囱状的风道(air duct)，这些风道由冷却型体和包络元件或内部元件限制。因为热空气在风道中上升且与此同时冷空气在风道中从底部流动，从而形成通风，大大地改善了热通过冷却型体排放到周围空气的情况。

为了进一步增加热耗散功率，所述的冷却型体优选地可以大致形成为管状，其中它的侧壁具有Z形或波浪形的截面。

根据本发明的冷却装置优选地具有由塑料制成的模制件，其位于冷却型体与基体之间，这些模制件以气密的方式朝向顶部和底部封闭部分真空的空间。如果非传导性液体额外地用于热传递，则根据本发明的冷却装置也能直接与高电压的元件连接，诸如开关晶体管、可控硅整流器(thyristor)等。

附图说明

下面将参照附图来详细说明本发明的详细情况、优点和特点。

图1表示根据本发明的冷却装置的第一实施例的顶部平面图；

图2表示图1的冷却装置沿线A-A剖取的截面图；

图3表示根据本发明的冷却装置的第二优选实施例的顶部平面图；和

图4表示图3的冷却装置沿线B-B剖取的截面图。

具体实施方式

图1和图2表示本发明的第一优选实施例。冷却装置具有基体3，其与要冷却的电气/电子单元5接触。该基体可以与要冷却的电气/电子单元直接接触或者通过一个热桥(未示出)接触。在本示例中，基体3由高热传导材料，诸如铝或铜，形成为完全圆筒状，且该基体至少具有在转变点(transition point)与热源5相同的基面。但是，也可以将基体3形成为具有椭圆或多角形截面的完整体，也可以将基体3形成为一个中空体且其侧壁为任意形状。在任意情况下，基体3包括包络表面7，该包络表面在基体的外周边上包围所述的基体。

冷却型体9设置在基体的包络表面7周围并与其相隔一定距离，该冷却型体也形成为管状，其中冷却型体的壁发生变形以使表面增大。在本示例中，该冷却型体的壁的变形为波状凸起，也可以为星形、Z形和所有其它能提供足够的冷却表面的型面。冷却型体9在理想情况下有最大的表面且其由具有优良的热传导特性的材料构成，例如铝或铜。

在冷却型体9与基体3之间设置空间11，所述的空间通过本身公知的真空泵被部分抽空排气到一定程度。该空间11的上部和下部通过模制件以气密的方式被封闭，所述的模制件固定在基体3与冷却型体9之间。这些模制件13优选地由硬塑料构成且通过例如气密粘着(air-tightadhesion)与冷却型体9和基体3连接，从而使所述的部分真空保持更长一段时期。另外，也可以采用本领域技术人员公知的其他密封方式。模制件13当然也可以由其他适合的材料制成，例如金属，但是使用硬塑料可以使冷却装置也能用于冷却带高压元件5而不需要采用其他方式。这些模制件被加工地非常精确且它们的外部形状与冷却型体9的侧壁的形状相同，且它们内部的形状与基体3的一样。因此，在本示例中为一种中间带有圆形凹槽的花状。由于随着真空的程度越强液体的沸点就越低，因此所述的部分真空通过适当的阀产生且应尽可能的高。优选地，在所述电气/电子单元5的整个使用寿命中都维持该部分真空。但是，也可以想象在一定的时间间隔重复该抽真空的过程。

一个管状包络元件15优选地设置在冷却型体9上，所述的包络元件包围该冷却型体且紧密地靠在冷却型体的外壁凸起上。该管状包络元件15可以基本上由任何材料制成。优选地，该包络元件形成为柔性软管且放置在冷却型体9上。从而导致冷却型体9的两个凸起与管状包络元件15之间的烟囱状风道17优选地位于壳体(未示出)的外侧，所述的风道具有上开口和下开口，所述的壳体包围所述的电气/电子单元5。如果在没有各个风道17产生的烟囱效应时冷却作用也足够的情况下，也可以省去管状包络元件15。所述烟囱状风道的长度及它们的传送方式可以以几乎任意种方式设计且基本取决于壳体的几何形状，所述的热必须被传导到该壳体的外部。

冷却效应本身由进入基体3与冷却型体9之间的部分真空的空间11中的液体来实现。所述的液体首先全部位于衬里19中，该衬里通过粘结剂连接在基体3的包络表面7上。在冷却带高电压的元件5时，使用非传导性液体，优选为蒸馏水或酒精。但是，也可以使用所有其他适用于热传导的液体。

最后，在部分真空的空间11内的冷却型体9的内部凸起上直接设置纱网21，所述的纱网用于驱散凝析液。尤其是在冷却装置的倾斜位置处，所述的纱网用于将凝析液返回冷却装置的下部且从而返回到衬里19上。在这种情况下，可以使用例如金属纱网。但是，也可以使用其他多种材料。而且，冷却型体9的面对所述部分真空的空间11的面也可以被衬里层(未示出)覆盖，该衬里层因其毛细管效应负责冷凝蒸汽的排放。

图3和4表示根据本发明的冷却装置的第二优选实施例。如果在在第二示例中没有详细说明某些元件，对于这些元件的材料和空间设计，这些元件可参考参照图1和2所述的实施例。本实施例基于相同的发明点。基体103还与电气/电子单元105连接。基体103形成为中空体，且优选为中空的圆柱体。衬里119连接在基体103的内壁面106上。冷却型体109具有更小的外径且设置在基体103的内部，以使得其至少部分被基体103的内壁面106包围。

与第一实施例一样，在基体103与冷却型体109之间生产部分真空的空间，但是气密封闭所需的模制件13的外缘与基体103的形状相适应且其内缘与冷却型体109的形状相适应，其中所述的模制件连接基体103与冷却型体。

一个管状内部元件116被插入冷却型体109中且紧密地靠在冷却型体的向内指向的凸起上，从而在冷却型体109的两个内部凸起与管状内部元件116之间产生烟囱状风道117。管状内部元件116由这样一种材料制成，这种材料足够硬从而能保持管状内部元件塞入冷却型体109内部。纱网121紧密地靠在部分真空的空间111内的冷却型体109上。

下面将说明根据本发明的冷却过程。首先，生产热的元件5和105分别加热基体3和103且通过对流分别把热传送给基体3和103。这使得所述的基体被加热，且由于在真空中沸点温度降低，包含在衬里19和119中的液体已经分别处于相对较低的温度，分别在部分真空的空间11和111中蒸发。液体蒸汽分别通过纱网21和121扩散且分别在与部分真空的空间11和111相关联的冷却型体9和109的壁面上冷凝，其中热被传递给该冷却型体。冷却的、凝结的液体分别在冷却型体9和109上向下流且再次被分别供应给衬里19和119。这也可以通过适当的毛细结构，诸如其他衬里以直接的方式实现。纱网21和121在倾斜位置的情况下分别阻止冷凝的液体分别直接滴回到部分真空的空间11和111。该热传导机构通过蒸发的液体是非常地有效的且提供巨大的热传导而系统本身的温度并不高。

所述的冷却型体利用通过蒸汽冷凝而散发的热加热并将其热量发散到周围空气。空气受热分别在烟囱状的风道17和117中向上升，而冷空气从底部进入风道，从而实现强抽吸效应。

最后，也可以想象利用几个排成阵列的冷却装置进一步增强热耗散。

当衬里直接连接到要冷却的物体(不采用基体)上时能实现更好的冷却效果，因为要作为热耗散的限制因素的要冷却的物体与基体之间的热传导不再应用。为此要冷却的物体必须具有适当的几何形状。

因此，产生一种冷却装置，其也用在气密、防尘和水密的系统中，在大于150W的功率损耗的情况下该装置也能安全地散热且其制造成本相对较低。当然，不带有风扇的集成冷却装置的原理并不限于本说明书中公开的具体实施例。所述的冷却装置也可是这样，只有一部分基体被衬里覆盖或至少部分基体被冷却型体包围等，反过来也可以。也可以想象，根据本发明的冷却装置也可以用于被污染气体和液体的热损失的回收或用于回收生物过程中产生的热。为此，尤其在第二实施例中是适当的，因为第二实施例表示具有较大的热接收表面的基体。大体上，根据本发明的冷却装置能灵活地适应所有外部基体条件。因此，提出一种集成的解决方案，其有效地节省空间且不用维护，并且其能以与环境兼容的方式工作。

Claims (10)

1、一种用于电气和/或电子单元(5)的冷却装置，包括：热传导基体(3)，其具有两个前表面和一个包络表面(7)且适于通过一个前表面与要冷却的单元(5)接触；冷却型体(9)，其与所述基体(3)相隔一段距离设置，其中在基体(3)的包络表面与冷却型体(9)之间设置封闭的、部分真空的空间(11)；和被液体浸透的衬里(19)，其连接在基体(3)的包络表面(7)上，从而在操作过程中包含在衬里(19)中的液体在空间(11)中蒸发，在冷却型体(9)的内壁表面上凝结并再次被供应给衬里(19)，其中所述的冷却型体(9)在径向上包围基体(3)的包络表面(7)。

2、一种用于电气和/或电子单元(105)的冷却装置，包括：形成为中空体的热传导基体(103)，所述基体具有内壁表面(106)和外壁表面(107)且适于通过外壁表面(107)与要冷却的单元(105)接触；冷却型体(109)，其设置在所述基体(103)的内部，使得至少部分冷却型体被基体(103)的内壁表面(106)包围，其中在基体(103)与冷却型体(109)之间设置气密的、部分真空的空间(111)；和被液体浸透的衬里(119)，其连接在基体(103)的内壁表面(106)上，从而在操作过程中包含在衬里(119)中的液体在空间(111)中蒸发，在冷却型体(109)的面对空间(111)的壁面上冷凝并再次被供给衬里(119)。

3、如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，在所述冷却型体(9)的区域中设置至少一个风道(17)，所述风道具有上开口和下开口。

4、如权利要求1或3所述的冷却装置，其特征在于，在所述的冷却型体(9)上设置管状包络元件(15)，从而在冷却型体(9)和管状包络元件(15)之间形成由冷却型体(9)与包络元件(15)限定的多个烟囱状风道(17)。

5、如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，在所述冷却型体(109)的区域中设置至少一个风道(117)，所述风道具有上开口和下开口。

6、如权利要求2或5所述的冷却装置，其特征在于，管状内部元件(116)插入冷却型体(109)，从而在冷却型体(109)与管状内部元件(116)之间形成由冷却型体(109)和管状内部元件(116)限定的多个烟囱状风道(117)。

7、如权利要求1-3和5中任一项所述的冷却装置，其特征在于，冷却型体(9，109)大致形成为管状，其中其侧壁具有Z形或波浪形截面。

8、如权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，冷却型体(9，109)大致形成为管状，其中其侧壁具有Z形或波浪形截面。

9、如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，冷却型体(9，109)大致形成为管状，其中其侧壁具有Z形或波浪形截面。

10、如权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，塑料模制件(13，113)设置在冷却型体(9，109)与基体(3，103)之间，所述模制件以气密的方式朝向顶部和底部封闭空间(11，111)。

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