DE102010016644A1

DE102010016644A1 - Evaporator for evaporation of liquid coolant, has housing which has inlet opening for liquid coolant and outlet opening for evaporated coolant

Info

Publication number: DE102010016644A1
Application number: DE201010016644
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Schweizer Nils; Prof. Dr.-Ing. Stephan Peter; Dipl.-Ing. Winter Matthias
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2011-11-24

Abstract

The evaporator (1) has a housing (2) which has an inlet opening (3) for the liquid coolant and an outlet opening (4) for the evaporated coolant. The housing has a heat-transmitted housing base (8) and multiple conveying lines (10) for the liquid coolant, in order to convey and to distribute the carried liquid coolant on the housing base. The conveying lines are opened in a delivery port on or in the covering (11).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer zur Verdampfung eines flüssigen Kühlmittels mit einem Gehäuse, das eine Einlassöffnung für das zu verdampfende Kühlmittel aufweist, wobei das Gehäuse einen wärmeübertragenden Gehäuseboden und mehrere Förderleitungen für das flüssige Kühlmittel aufweist, um das flüssige Kühlmittel auf den Gehäuseboden zu fördern und zu verteilen und wobei auf dem Gehäuseboden ein die Verdampfung begünstigender Belag angeordnet ist.The invention relates to an evaporator for evaporating a liquid coolant with a housing having an inlet opening for the coolant to be evaporated, wherein the housing has a heat-transmitting housing bottom and a plurality of liquid refrigerant supply lines to promote the liquid coolant to the housing bottom and to distribute and wherein on the case bottom a evaporation favoring coating is arranged.

Verdampfer werden üblicherweise als Bestandteil eines Kühlsystems, einer Klima- oder Kältemaschine oder einer Wärmepumpe eingesetzt. Ein flüssiges Kühlmittel wird in dem Verdampfer durch Wärmezufuhr aufgeheizt und teilweise oder vollständig verdampft. Das verdampfte Kühlmittel wird üblicherweise innerhalb eines Kreislaufs außerhalb des Verdampfers wieder abgekühlt und kondensiert, um als flüssiges Kühlmittel wieder dem Verdampfer zugeführt zu werden.Evaporators are usually used as part of a cooling system, an air conditioning or refrigeration machine or a heat pump. A liquid coolant is heated in the evaporator by supplying heat and partially or completely evaporated. The vaporized coolant is usually recooled within a circuit outside the evaporator and condensed to be recycled to the evaporator as a liquid coolant.

Es sind unterschiedliche Kühlmittel wie beispielsweise Wasser, Ammoniak oder Methanol bekannt. In Abhängigkeit von dem verwendeten Kühlmittel wird der Verdampfer bei einem für das betreffende Kühlmittel geeigneten Druck betrieben, um die Temperatur bei der die Verdampfung stattfindet und damit den Arbeitspunkt einzustellen.There are known different coolants such as water, ammonia or methanol. Depending on the coolant used, the evaporator is operated at a pressure suitable for the coolant in question to set the temperature at which the vaporization takes place and thus the operating point.

Es hat sich gezeigt, dass der Wärmeübergangskoeffizient auch durch die Formgebung und Materialwahl der Oberfläche beziehungsweise des Belags beeinflusst und begünstigt werden kann, an der die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels stattfinden soll. Aus diesem Grund ist es aus der Praxis bekannt, einen Gehäuseboden, der mit einer externen Wärmequelle wärmeübertragend kontaktiert werden kann, mit einem Belag zu versehen, der die Verdampfung begünstigt.It has been shown that the heat transfer coefficient can also be influenced and promoted by the shape and choice of material of the surface or of the covering on which the evaporation of the liquid coolant is to take place. For this reason, it is known from practice, to provide a housing bottom, which can be contacted with an external heat source heat transfer, with a coating that favors the evaporation.

Bei einem aus der Praxis bekannten Verdampfer wird das flüssige Kühlmittel über mehrere Förderleitungen von einem Flüssigkeitsreservoir in die Nähe des Gehäusebodens gefördert und über dem Gehäuseboden versprüht, um den Gehäuseboden großflächig mit dem flüssigen Kühlmittel zu benetzen. Dabei muss der als Gehäuseboden bezeichnete Bereich des Gehäuses nicht notwendigerweise unten angeordnet sein oder einen Boden des Gehäuses darstellen. Insbesondere bei kleinen Verdampfern kann eine ausreichende Menge an flüssigem Kühlmittel über Kapillarkräfte auch an seitlich oder oben angeordneten Oberflächen gehalten und verdampft werden, so dass der im Folgenden als Gehäuseboden bezeichnete Bereich des Gehäuses auch eine Seitenwand oder eine oben angeordnete Gehäusewand, bzw. ein Gehäusedeckel sowie jeweils ein Bereich davon sein kann.In an evaporator known from practice, the liquid coolant is conveyed via a plurality of delivery lines from a liquid reservoir in the vicinity of the housing bottom and sprayed over the housing bottom to wet the housing bottom over a large area with the liquid coolant. In this case, the area designated as the housing bottom of the housing does not necessarily have to be arranged below or represent a bottom of the housing. In particular with small evaporators, a sufficient amount of liquid coolant can also be held and vaporized by means of capillary forces on laterally or upperly arranged surfaces, so that the area of the housing referred to below as the housing bottom also includes a side wall or a housing wall or a housing cover arranged above each may be an area thereof.

Um die während eines Betriebs des Verdampfers erforderliche Menge des flüssigen Kühlmittels ausreichend fein versprühen zu können, muss ein hoher Druck in den Förderleitungen erzeugt werden. Dies wird üblicherweise mit Hilfe einer geeigneten Förderpumpe bewirkt. Um das flüssige Kühlmittel versprühen zu können, muss die Förderpumpe ausreichend leistungsstark sein, so dass der Raumbedarf und der Energieverbrauch der Förderpumpe beträchtlich sind. Weiterhin muss hierbei der Gefahr der Verstopfung der Sprühvorrichtung Sorge getragen werden.In order to be able to spray the amount of liquid coolant necessary during operation of the evaporator sufficiently fine, a high pressure must be generated in the delivery lines. This is usually done by means of a suitable feed pump. In order to spray the liquid coolant, the feed pump must be sufficiently powerful, so that the space requirements and the energy consumption of the feed pump are considerable. Furthermore, in this case the danger of clogging of the spraying device must be taken care of.

Wenn das flüssige Kühlmittel nicht mit einem ausreichenden Druck versprüht, sondern lediglich in Richtung des Wärme übertragenden Gehäusebodens gespritzt wird oder die Anzahl der Förderleitungen je Flächeneinheit des Gehäusebodens reduziert wird, um eine leistungsstärke Pumpe verwenden zu können, so würden die Verdampfungsleistung und damit der Wärmeübertragungskoeffizient merklich sinken und die Effizienz und der Wirkungsgrad des Verdampfers reduziert werden.If the liquid refrigerant is not sprayed with a sufficient pressure, but merely sprayed toward the heat transferring case bottom, or the number of delivery lines per unit area of the case bottom is reduced to use a high-performance pump, the evaporation efficiency and thus the heat transfer coefficient would become noticeable decrease and the efficiency and efficiency of the evaporator can be reduced.

Es wird deshalb als eine Aufgabe des vorliegenden Erfindungsgedankens angesehen, einen Verdampfer der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass eine möglichst effiziente Verdampfung bei einer möglichst geringen erforderlichen Pumpenleistung ermöglicht wird.It is therefore regarded as an object of the present inventive concept, an evaporator of the type mentioned in such a way that the most efficient possible evaporation at the lowest possible required pump power.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verdampfer der eingangs genannten Gattung die Förderleitungen jeweils in eine Austrittsöffnung aus oder in den Belag münden. Es hat sich gezeigt, dass bei einer geeigneten Ausgestaltung des die Verdampfung begünstigenden Belags eine effektive Verteilung des durch die Förderleitung zugeführten flüssigen Kühlmittels dadurch gewährleistet werden kann, dass das Kühlmittel unmittelbar auf einer Oberfläche des Belags oder in dem Belag aus den Förderleitungen austritt und sich ausbreiten kann. Durch den Belag können Kapillarkräfte erzeugt werden, die in kurzer Zeit eine gleichmäßige Verteilung des aus der Förderleitung austretenden flüssigen Kühlmittels in einem Bereich um die Austrittsöffnung der Förderleitung bewirken. Ein Versprühen des flüssigen Kühlmittels aus einer beabstandet zu der Oberfläche des Belags angeordneten Austrittsöffnung ist nicht erforderlich. Das flüssige Kühlmittel kann mit einem vergleichsweise geringen Überdruck auf die Oberfläche des Belags oder in den Belag selbst gefördert werden. Die hierfür erforderliche Pumpenleistung kann von einer kleinen und raumsparend ausgestalteten Förderpumpe bei einem geringen Energiebedarf erzeugt und gewährleistet werden.This object is achieved in that in an evaporator of the type mentioned the delivery lines each open into an outlet opening or in the covering. It has been found that, in a suitable embodiment of the lining favoring the evaporation, an effective distribution of the liquid coolant supplied through the delivery line can be ensured by the coolant exiting and spreading out of the delivery lines directly on a surface of the lining or in the lining can. By the covering capillary forces can be generated, which cause in a short time a uniform distribution of emerging from the feed line liquid coolant in an area around the outlet opening of the feed line. A spraying of the liquid coolant from a spaced apart from the surface of the lining arranged outlet opening is not required. The liquid coolant can be conveyed with a comparatively slight overpressure to the surface of the lining or into the lining itself. The pump power required for this purpose can be generated and ensured by a small and space-saving designed pump with a low energy consumption.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Belag aus einem porösen Material oder aus einem gesinterten Material besteht. Dabei besteht die Grundidee darin, die Länge der so genannten Drei-Phasen-Kontaktlinie zwischen Flüssigkeit, Dampf und Belagmaterial zu maximieren, denn vorangehende Forschungen haben belegt, dass in der Nähe der Drei-Phasen-Kontaktlinie der lokale Wärmeübergangskoeffizient sehr hoch ist. Gleichzeitig muss der Wärmewiderstand zwischen dem Gehäuseboden, über dem der abzuführende Wärmestrom eingetragen wird, und der Drei-Phasen-Kontaktlinie minimiert werden, um einen hohen gesamten Wärmeübergangskoeffizienten zu erreichen. According to an advantageous embodiment of the inventive concept it is provided that the covering consists of a porous material or of a sintered material. The basic idea is to maximize the length of the so-called three-phase contact line between liquid, vapor and lining material, as previous research has shown that near the three-phase contact line the local heat transfer coefficient is very high. At the same time, the thermal resistance between the housing bottom, above which the dissipated heat flow is introduced, and the three-phase contact line must be minimized in order to achieve a high overall heat transfer coefficient.

Der Belag kann beispielsweise aus zahlreichen kleinen kugelförmigen Metallpartikeln bzw. Kupferpartikeln bestehen, die in eine an die Formgebung des Gehäusebodens angepasste Werkzeugform gefüllt und anschließend gesintert werden. Der Durchmesser der Metallpartikel kann beispielsweise 60 Mikrometer oder 30 Mikrometer betragen. Für die Herstellung eines an die Abmessungen des Gehäusebodens angepassten Belags aus derartigen Metallpartikeln können die Metallpartikel in eine Werkzeugform eingefüllt und anschließend gesintert werden. Während des Sintervorgangs wird zweckmäßigerweise kein oder lediglich ein geringer Druck auf die Metallpartikel ausgeübt. Bei einer übermäßigen Druckbeaufschlagung während des Sinterprozesses würden die an der Oberfläche befindlichen Metallpartikel begünstigt durch den externen Anpressdruck frühzeitig aufschmelzen und sich zu einer geschlossenen Deckschicht verformen, bevor der Sinterprozess vollständig abgeschlossen ist.The covering may, for example, consist of numerous small spherical metal particles or copper particles, which are filled into a mold adapted to the shape of the housing bottom and subsequently sintered. The diameter of the metal particles may be, for example, 60 microns or 30 microns. In order to produce a covering of such metal particles adapted to the dimensions of the housing bottom, the metal particles can be filled into a mold and subsequently sintered. During the sintering process, no or only a slight pressure is expediently exerted on the metal particles. In the event of excessive pressurisation during the sintering process, the surface metal particles would, due to the external contact pressure, melt prematurely and deform into a closed cover layer before the sintering process is completely completed.

Es ist ebenfalls denkbar, dass der Belag eine Netz- oder Gitterstruktur oder eine Oberflächenstrukturierte Formgebung aufweist. Untersuchungen haben ergeben, dass ein aus dünnen Kupferdrähten hergestelltes engmaschiges Netz eine sehr effektive Verdampfung und damit einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten ermöglicht.It is also conceivable that the covering has a mesh or lattice structure or a surface-structured shaping. Investigations have shown that a narrow net made of thin copper wires allows a very effective evaporation and thus a high heat transfer coefficient.

Um gewährleisten zu können, dass das flüssige Kühlmittel effektiv in die Ausnehmungen an einer Oberfläche des Belags oder in Hohlräume innerhalb des Belags transportiert werden, um dort verdampfen zu können, ist vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen der Förderleitungen an eine Oberfläche des Belags angepresst werden. Der Anpressdruck kann äußerst gering sein, so dass die Förderleitungen im Wesentlichen auf der Oberfläche des Belags aufstehen und ausschließlich durch das Eigengewicht der Förderleitungen auf den Belag gedrückt werden. Der Anpressdruck der Förderleitungen an die Oberfläche des Belags kann durch eine geeignete Ausgestaltung einer Aufnahme und Halterung der Förderleitungen auch erheblich höher vorgegeben werden, so dass erreicht und gewährleistet wird, dass ein den Austrittsöffnungen zugeordneter Endbereich der Förderleitungen flüssigkeitsdicht an die Oberfläche des Belags angepresst werden oder sogar ein wenig in den Belag eingedrückt werden und eindringen. Auf diese Weise kann mit einfachen konstruktiven Mitteln verhindert werden, dass das flüssige Kühlmittel aus den Förderleitungen austritt, bevor das flüssige Kühlmittel auf oder in de Oberfläche des Belags eindringen kann und durch die Formgebung und Materialbeschaffenheit des Belags verteilt und bei einer Erwärmung verdampft wird.In order to be able to ensure that the liquid coolant is effectively transported into the recesses on a surface of the lining or into cavities within the lining in order to be able to evaporate, it is provided that the outlet openings of the delivery lines are pressed against a surface of the lining. The contact pressure can be extremely low, so that the delivery lines rise substantially on the surface of the covering and are pressed exclusively by the weight of the delivery lines on the covering. The contact pressure of the delivery lines to the surface of the lining can also be set significantly higher by a suitable embodiment of receiving and holding the delivery lines, so that it is achieved and ensured that an outlet openings associated end portion of the delivery lines are liquid-tight pressed against the surface of the lining or even be pressed a bit into the coating and penetrate. In this way, it can be prevented by simple structural means that the liquid coolant exits the feed lines before the liquid coolant can penetrate on or in de surface of the lining and is distributed by the shape and material properties of the lining and evaporated by heating.

Es hat sich gezeigt, dass das flüssige Kühlmittel einen Flüssigkeitsfilm bilden kann, der den Belag bedeckt. Während des Verdampfungsvorgangs kann in einer Grenzschicht zwischen der Oberfläche des Gehäusebodens und dem Belag Dampf entstehen. Dieser Dampf kann langlebige Dampfblasen bilden, die nicht durch den Flüssigkeitsfilm und damit nicht aus dem Belag heraus abgeführt werden können. Diese Dampfblasen haben eine isolierende Wirkung und können den Wärmeübergang von dem Gehäuseboden in den Belag erheblich mindern.It has been found that the liquid coolant can form a liquid film that covers the coating. During the evaporation process, vapor may be generated in a boundary layer between the surface of the housing bottom and the lining. This vapor can form long-lasting vapor bubbles that can not be removed by the liquid film and thus not from the coating out. These vapor bubbles have an insulating effect and can significantly reduce the heat transfer from the housing bottom into the lining.

Wenn durch die Förderleitungen das flüssige Kühlmittel mit einem zumindest geringen Überdruck in den Belag eingepresst wird, wird in dem Belag eine kontinuierliche Strömung erzeugt, die in einem Bereich um die Austrittsöffnungen der Förderleitungen herum eine Ausbildung von wärmeisolierenden Dampfblasen effektiv verhindert.When the liquid coolant is pressed into the lining by the delivery lines with at least a slight overpressure, a continuous flow is generated in the lining, which effectively prevents formation of heat-insulating vapor bubbles in a region around the exit openings of the delivery lines.

Generell kann der Verdampfer in zwei verschiedenen Modi betrieben werden. Die beiden Modi sind abhängig vom zugeführten Wärmestrom und Massenstrom des Kühlmediums. Im ersten Modus sind Wärmestrom und Massenstrom so aufeinander abgestimmt, dass die Dampfströmung im Verdampfer ausreicht, um nicht verdampftes Kühlmedium mitzureißen und durch den Dampfausgang abzutransportieren. In diesem Modus erzielt der Verdampfer die höchsten Wärmeübergangskoeffizienten. Übersteigt allerdings der zugeführte Wärmestrom den mit dem Massenstrom eingebrachten Latent-Wärmestrom des Kühlmediums, kommt es zur Austrocknung des Verdampfers und damit zum Versagen des Systems. Im zweiten Modus wird die nicht verdampfte Flüssigkeit nicht durch den Dampf mitgerissen. Dadurch wird der Verdampfer geflutet und der Verdampfungsmechanismus ändert sich zu einem Blasensiede-Prozess. Auch in diesem Modus wird eine Verbesserung des Wärmeübergangs durch den Belag und die Förderleitungen bewirkt, indem der Belag zur Erhöhung der aktiven Keimstellendichte führt und die Förderleitungen die vorher beschriebene isolierende Wirkung der Dampfblasen mindern.In general, the evaporator can be operated in two different modes. The two modes depend on the supplied heat flow and mass flow of the cooling medium. In the first mode, heat flow and mass flow are coordinated so that the steam flow in the evaporator is sufficient to entrain unvaporized cooling medium and transported away through the steam outlet. In this mode, the evaporator achieves the highest heat transfer coefficients. If, however, the heat flow supplied exceeds the latent heat flow of the cooling medium introduced with the mass flow, the evaporator dries up and thus the system fails. In the second mode, the unevaporated liquid is not entrained by the vapor. This flooding the evaporator and the evaporation mechanism changes to a bubble boiling process. In this mode, too, an improvement in the heat transfer through the lining and the delivery lines is effected by the coating leads to increase the active Keichenstellendichte and the delivery lines reduce the previously described insulating effect of the vapor bubbles.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Förderleitungen dünne Rohre aus einem wärmebeständigen, formstabilen Material oder aus Metall sind. Durch die Verwendung eines formstabilen Materials können die Förderleitungen ausreichend mechanisch belastbar ausgestaltet werden, um über einen langen Zeitraum hinweg bei den üblicherweise herrschenden Betriebsbedingungen ihre Formgebung und Anordnung innerhalb des Verdampfers und insbesondere relativ zu dem Gehäuseboden bzw. dem auf dem Gehäuseboden angeordneten Belag beizubehalten. Dünne Rohre können einfacher und kostengünstiger hergestellt werden als entsprechende Ausnehmungen in einem massiven Reaktionsblock, so dass auch eine große Anzahl von Förderleitungen im Verhältnis zu der mit den Förderleitungen abgedeckten Oberfläche des Belags wirtschaftlich sinnvoll ist.According to an advantageous embodiment of the inventive concept it is provided that the Delivery pipes are thin pipes made of a heat-resistant, dimensionally stable material or of metal. By using a dimensionally stable material, the delivery lines can be configured sufficiently mechanically strong to maintain their shape and arrangement within the evaporator and in particular relative to the housing bottom or disposed on the housing bottom covering over a long period of time under the usual operating conditions. Thin tubes can be made simpler and cheaper than corresponding recesses in a solid reaction block, so that even a large number of delivery lines in relation to the covered with the delivery lines surface of the covering makes economic sense.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet derartiger Verdampfer bzw. Kühlvorrichtungen stellt die Kühlung von elektrischen oder elektronischen Komponenten wie beispielsweise Mikroprozessoren dar. Die zu kühlende Oberfläche, an die die Abmessungen des Gehäusebodens zweckmäßigerweise angepasst sind, beträgt dabei üblicherweise einige Quadratzentimeter. Insbesondere für eine derartige Verwendung des Verdampfers ist es zweckmäßig, dass die Förderleitungen einen äußeren Durchmesser von weniger als 1 mm, vorzugsweise von etwa 0,5 mm aufweisen. Der Verdampfer kann mehr als 10 Förderleitungen, vorzugsweise mehr als 20 Förderleitungen je Quadratzentimeter Belagfläche aufweisen.An important application of such evaporators or cooling devices is the cooling of electrical or electronic components such as microprocessors. The surface to be cooled, to which the dimensions of the housing bottom are suitably adapted, is usually a few square centimeters. In particular, for such use of the evaporator, it is expedient that the delivery lines have an outer diameter of less than 1 mm, preferably of about 0.5 mm. The evaporator can have more than 10 delivery lines, preferably more than 20 delivery lines per square centimeter of coating surface.

Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des über die Förderleitungen an- bzw. in den Belag zugeführten flüssigen Kühlmittels möglichst rasch zu bewirken ist es zweckmäßig, dass der Belag kapillarkrafterzeugende Strukturen mit typischen Abmessungen von weniger als 1 mm, vorzugsweise von weniger als 0,5 mm aufweist. Die kapillarkrafterzeugenden Strukturen können bei einem porösen Material beispielsweise aus offenen Poren gebildet werden, in denen auf Grund der Kapillarkräfte eine aufgebrachte bzw. eindringende Flüssigkeit durch die offenen Poren hindurch aufgesogen und verteilt wird. Die kapillarkrafterzeugenden Strukturen können in einfacher Weise durch einen vorzugsweise drucklos durchgeführten Sintervorgang aus kleinen Metallpartikeln bzw. Kupferpartikeln erzeugt werden, die zu einem den Belag bildenden Gebilde verfestigt werden. Der Durchmesser der Partikel kann in der Größenordnung der kapillarkrafterzeugenden Strukturen sein und weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,1 mm betragen.In order to bring about as uniform a distribution as possible of the liquid coolant supplied via the delivery lines or into the coating, it is expedient for the coating to have capillary force-generating structures with typical dimensions of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm , The capillary force generating structures can be formed in a porous material, for example, from open pores, in which due to the capillary forces an applied or penetrating liquid is absorbed and distributed through the open pores. The capillary force generating structures can be produced in a simple manner by a sintering process, preferably carried out without pressure, of small metal particles or copper particles, which are solidified to form a structure forming the lining. The diameter of the particles may be on the order of the capillary force generating structures and may be less than 1 mm, preferably less than 0.1 mm.

Es ist ebenfalls denkbar, dass der Belag aus einer zunächst flachen Metallscheibe hergestellt wird, deren den Förderleitungen zugewandte Oberfläche mit einem strukturgebenden Verfahren bearbeitet wird. So können beispielsweise Kanäle oder einzelne Kanalabschnitte spanend oder spanlos in die Metallscheibe eingearbeitet werden, um eine strukturierte Oberfläche zu bilden.It is also conceivable that the covering is produced from an initially flat metal disc whose surface facing the delivery lines is processed with a structuring method. Thus, for example, channels or individual channel sections can be machined or not machined into the metal disk to form a structured surface.

Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass in dem Verdampfer ein Flüssigkeitsreservoir beabstandet zu dem Belag angeordnet ist und die Förderleitungen parallel und beabstandet zueinander zwischen dem Flüssigkeitsreservoir und dem Belag angeordnet sind, so dass das flüssige Kühlmittel aus dem Flüssigkeitsreservoir zu dem Belag gefördert werden kann. Das Flüssigkeitsreservoir weist dabei zweckmäßigerweise Abmessungen auf, die an die Abmessungen des Belags angepasst sind und eine näherungsweise vollständige Abdeckung des Belags ermöglichen. Die Förderleitungen überbrücken einen Abstand zwischen dem Flüssigkeitsreservoir und dem Belag, damit der in und auf dem erhitzten Belag gebildete Flüssigkeitsdampf abgeführt werden kann, ohne dass ein übermäßiger Druckanstieg die Verdampfungsrate beeinträchtigt.According to one embodiment of the inventive concept, it is provided that in the evaporator, a liquid reservoir is arranged spaced from the covering and the conveying lines are arranged parallel and spaced apart between the liquid reservoir and the lining, so that the liquid coolant can be conveyed from the liquid reservoir to the lining , The liquid reservoir expediently has dimensions which are adapted to the dimensions of the covering and allow an approximately complete covering of the covering. The delivery lines bridge a distance between the liquid reservoir and the lining so that the liquid vapor formed in and on the heated lining can be removed without an excessive pressure increase affecting the evaporation rate.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele näher erörtert, die in der Zeichnung näher dargestellt sind. Es zeigt:Hereinafter, embodiments will be discussed in more detail, which are shown in more detail in the drawing. It shows:

1 eine perspektivische Schnittansicht durch einen Verdampfer, 1 a perspective sectional view through an evaporator,

2 eine zweidimensionale Schnittansicht des Verdampfers aus 1, 2 a two-dimensional sectional view of the evaporator 1 .

3 eine vergrößerte Schnittansicht des in 1 dargestellten Verdampfers in einem Bereich eines Gehäusebodens, der von einem Belag aus einem gesinterten Material bedeckt wird, und 3 an enlarged sectional view of the in 1 shown evaporator in a region of a housing bottom, which is covered by a coating of a sintered material, and

4 eine Schnittansicht gemäß 2, wobei der Belag aus einem Metallnetz besteht. 4 a sectional view according to 2 , wherein the covering consists of a metal net.

Ein in den 1 und 2 exemplarisch abgebildeter Verdampfer 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer Einlassöffnung 3 für ein zu verdampfendes flüssiges Kühlmittel und eine Auslassöffnung 4 für den verdampften Kühlmitteldampf auf. Das Gehäuse 2 besteht aus einem topfförmigen Unterteil 5, das über einen ringförmigen Einsatz 6 mit einem trichterförmig ausgebildeten Deckel 7 verbunden ist. Das Unterteil 5 weist einen ebenen Gehäuseboden 8 auf, der aus einem Material mit guten Wärmeleiteigenschaften besteht und wärmeübertragend mit einer zu kühlenden Oberfläche verbindbar ist. Die zu kühlende Oberfläche kann beispielsweise eine Oberseite eines Mikroprozessors oder einer anderen elektronischen Komponente sein.One in the 1 and 2 exemplary pictured evaporator 1 has a housing 2 with an inlet opening 3 for a liquid coolant to be evaporated and an outlet opening 4 for the vaporized refrigerant vapor. The housing 2 consists of a pot-shaped lower part 5 that has an annular insert 6 with a funnel-shaped lid 7 connected is. The lower part 5 has a flat housing bottom 8th on, which consists of a material with good heat conduction properties and heat transfer is connectable to a surface to be cooled. For example, the surface to be cooled may be an upper surface of a microprocessor or other electronic component.

Der Gehäuseboden 8 muss nicht notwendigerweise unten an dem Gehäuse angeordnet oder das Gehäuse 2 in der gezeigten Ausrichtung relativ zu einer zu kühlenden Oberfläche angeordnet sein. Es sind beliebige Anordnungen oder Ausrichtungen desjenigen Bereichs des Gehäuses 2 denkbar, der mit einer zu kühlenden Oberfläche kontaktiert und zur Verdampfung des flüssigen Kühlmittels verwendet wird.The caseback 8th does not necessarily have to be placed at the bottom of the housing or the housing 2 be arranged in the orientation shown relative to a surface to be cooled. There are any arrangements or orientations of that portion of the housing 2 conceivable, which is contacted with a surface to be cooled and used to evaporate the liquid coolant.

In einem mittleren Bereich des ringförmigen Einsatzes 6 ist beabstandet zu dem Gehäuseboden 8 ein Flüssigkeitsreservoir 9 angeordnet. Die Einlassöffnung 3 mündet in das Flüssigkeitsreservoir 9, so dass durch die Einlassöffnung 3 flüssiges Kühlmittel in das Flüssigkeitsreservoir 9 einströmen kann.In a middle area of the annular insert 6 is spaced from the housing bottom 8th a liquid reservoir 9 arranged. The inlet opening 3 flows into the liquid reservoir 9 , so through the inlet opening 3 liquid coolant in the liquid reservoir 9 can flow in.

Eine große Anzahl von parallel und beabstandet zueinander angeordneten Förderleitungen 10 ragen ausgehend von dem Flüssigkeitsreservoir 9 bis zu einem Belag 11, der den Gehäuseboden 8 bedeckt. Der Belag 11 bildet eine Verdampfungsfläche und ist aus einem die Verdampfung begünstigenden Material hergestellt und/oder weist eine die Verdampfung begünstigende Oberflächengestaltung und Formgebung auf. Die als kleine Metallröhrchen mit einem Außendurchmesser von 0,5 mm ausgestalteten Förderleitungen 10 münden in den Belag 11, so dass ein Ende einer jeden Förderleitung 10 mit einer Austrittsöffnung 12 unmittelbar auf dem Belag 11 aufsteht.A large number of parallel and spaced apart conveyor lines 10 protrude from the liquid reservoir 9 up to a surface 11 of the caseback 8th covered. The surface 11 forms an evaporation surface and is made from a material favoring the evaporation and / or has a surface design and shaping which promotes evaporation. Designed as a small metal tube with an outer diameter of 0.5 mm conveyor lines 10 flow into the pavement 11 , so that an end of each promotion line 10 with an outlet opening 12 directly on the surface 11 gets up.

Der Belag 11 kann beispielsweise aus einem gesinterten Partikelverbund bestehen, wie es exemplarisch in 2 dargestellt ist. Für die Herstellung des Partikelverbunds sind Kupferpartikel mit einem Durchmesser von 36 Mikrometern gesintert und dadurch zu einem formstabilen Belag 11 miteinander verfügt.The surface 11 may for example consist of a sintered particle composite, as exemplified in 2 is shown. For the production of the particle composite, copper particles with a diameter of 36 micrometers are sintered and thus a dimensionally stable coating 11 with each other.

Der Belag 11 kann auch aus einem engmaschigen Netz 13 aus Kupferdraht bestehen. Entlang der einzelnen Kupferdrähte wird das durch die Förderleitungen 10 herangeführte und in das Netz 13 eingedrückte flüssige Kühlmittel rasch auf benachbarte Maschen verteilt. Der Kupferdraht wird von dem Gehäuseboden 8 effizient erhitzt, so dass das flüssige Kühlmittel über eine große effektive Oberfläche verteilt und verdampft wird.The surface 11 can also be made from a tight mesh 13 consist of copper wire. Along the individual copper wires that is through the delivery lines 10 introduced and into the network 13 pressed liquid coolant quickly distributed to adjacent mesh. The copper wire is removed from the case back 8th heated efficiently, so that the liquid coolant is distributed over a large effective surface and evaporated.

Die Förderleitungen 10 stehen unmittelbar auf einer nicht völlig ebenen Oberfläche des Belags 11 auf. Das durch die Förderleitungen 10 bzw. durch deren Austrittsöffnungen 12 austretende flüssige Kühlmittel dringt in die Zwischenräume des Belags 11 ein und wird auf Grund der in dem Belag 11 wirkenden Kapillarkräfte rasch gleichmäßig über den Belag 11 verteilt. Der Belag 11 wird von dem Gehäuseboden 8 her erhitzt, so dass begünstigt durch die große Oberfläche des Belags 11 und die gleichmäßige Verteilung das flüssige Kühlmittel Wärme aufnimmt und verdampft und dabei eine Kühlung des Gehäusebodens 8 und der über den Gehäuseboden 8 wärmeleitend kontaktierten Oberfläche beispielsweise eines Mikroprozessors bewirkt.The delivery lines 10 stand directly on a not completely flat surface of the covering 11 on. That through the delivery lines 10 or through their outlet openings 12 escaping liquid coolant penetrates into the interstices of the lining 11 and is due to in the covering 11 acting capillary forces quickly evenly over the pad 11 distributed. The surface 11 is from the case back 8th heated, so favored by the large surface of the covering 11 and the even distribution the liquid coolant absorbs heat and evaporates while cooling the housing bottom 8th and the over the case back 8th thermally conductive contacted surface causes, for example, a microprocessor.

Das verdampfte Kühlmittel wird durch seitlich neben dem Flüssigkeitsreservoir 9 angeordnete Dampfkanäle 14 zu dem Deckel 7 des Verdampfers geleitet und durch die Auslassöffnung 4 abgeführt. Der Verdampfer 1 wird üblicherweise in einem Kühlkreislauf betrieben, in dem das aus der Auslassöffnung 4 austretende verdampfte Kühlmittel wieder abgekühlt und kondensiert wird, um über die Einlassöffnung 3 erneut dem Verdampfer 1 zugeführt zu werden.The vaporized coolant is discharged through the side of the liquid reservoir 9 arranged steam channels 14 to the lid 7 passed through the evaporator and through the outlet opening 4 dissipated. The evaporator 1 is usually operated in a cooling circuit in which the from the outlet opening 4 Exiting evaporated refrigerant is cooled again and condensed to pass over the inlet 3 again the evaporator 1 to be fed.

Ein derartiger Verdampfer 1 eignet sie vor allem für eine Verwendung in Luftfahrzeugen und insbesondere in Raumfahrzeugen, bei denen der für die Kühlung zur Verfügung stehende Raum, bzw. das zur Verfügung stehende Gewicht sowie der Energiebedarf möglichst gering sein müssen. Die Kapillarkräfte werden in geeigneter Weise zur Verbesserung der Verdampfungsleistung genutzt. Eine oftmals nicht ausreichende ausschließlich über Kapillarkräfte bewirkte Zuführung des flüssigen Kühlmittels wird durch eine kleine Förderpumpe unterstützt. Da auf Grund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verdampfers 1 keine große Pumpenleistung notwendig ist, kann eine raumsparende, leichte und nur einen geringen Energiebedarf aufweisende Förderpumpe verwendet werden.Such an evaporator 1 It is particularly suitable for use in aircraft and in particular in spacecraft, where the available space for cooling, or the available weight and the energy needs must be as low as possible. The capillary forces are suitably used to improve the evaporation performance. An often insufficient due to capillary forces supplying the liquid coolant is supported by a small pump. Because of the inventive design of the evaporator 1 no large pump power is necessary, a space-saving, lightweight and only a small energy requirement having feed pump can be used.

Claims

An evaporator for evaporating a liquid refrigerant comprising a housing having a liquid coolant inlet port and a vaporized coolant outlet port, the housing having a heat transferring housing bottom and a plurality of liquid coolant supply lines for supplying the supplied liquid coolant to the housing bottom to be conveyed and distributed, and wherein on the housing bottom, a evaporation favoring lining is arranged, characterized in that the delivery lines ( 10 ) in each case into an outlet opening ( 12 ) on or in the covering ( 11 ).

Evaporator according to claim 1, characterized in that the lining ( 11 ) consists of a porous or a sintered material.

Evaporator according to claim 1, characterized in that the lining ( 11 ) has a mesh or grid structure or a surface-structured shape.

Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet openings ( 12 ) of the delivery lines ( 10 ) to a surface of the lining ( 11 ) are pressed.

Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the Delivery lines ( 10 ) are thin tubes made of a heat-resistant, dimensionally stable material or of metal.

Evaporator according to claim 5, characterized in that the delivery lines ( 10 ) have an outer diameter of less than 1 mm, preferably about 0.5 mm.

Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the lining ( 11 ) has capillary force generating structures with typical dimensions of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm.

Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporator ( 1 ) more than ten delivery lines ( 10 ), preferably more than twenty delivery lines ( 10 ) per square centimeter covering surface has.

Evaporator according to one of the preceding claims, characterized in that in the evaporator ( 1 ) a liquid reservoir ( 9 ) spaced from the pad ( 11 ) and the delivery lines ( 10 ) parallel and spaced from each other between the liquid reservoir ( 9 ) and the covering ( 11 ) are arranged.