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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines Geräts mit einem elektronischen System in einem Gerätegehäuse.
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Elektronische Systeme erzeugen in der Regel Wärme, die abgeführt werden muss. Wird ein elektronisches System in einer sehr heißen Umgebung betrieben, beispielsweise in einer Hochtemperatur-Klimazone auf See, so besteht das Problem der Abführung der erzeugten Abwärme des Systems. Zur Kühlung solcher Systeme werden üblicherweise Lamellenkühler verwendet, durch deren Lamellen Luft streicht und diese kühlt. Wird sehr viel Abwärme vom elektronischen System erzeugt, so kann diese durch eine kompressorbetriebene Einheit gekühlt werden.
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Aus der
DE 10 2006 041 788 B4 und der
DE 10 2007 020 037 A1 sind Verfahren zum Kühlen von Elektronik von Luftfahrzeugen bekannt, die auf dem Prinzip beruhen, abgekühlte Umgebungsluft für die in einem Gehäuse befindliche Elektronik zu verwenden und diese aus dem Gehäuse wieder abzuführen. Zur Vermeidung von Brandschäden von Elektronik in einem Gehäuse wird in der
WO 2003/049246 A2 vorgeschlagen, dass die Gehäusewände wasserhaltige und faserhaltige Schichten umfassen, so dass in einem Brandfall das Wasser der wasserhaltigen Schicht verdampfen und in die äußere faserhaltige Schicht eindringen kann. Die
DE 21 07 011A schlägt zur Kühlung von Halbleiterbauelementen eines Triebfahrzeugs vor, diese auf die Heizzone eines Wärmerohrs aufzusetzen, das an einem Verdampfer befestigt ist. Die
DE 697 32 256 T2 offenbart ein Wärmeableitungssystem für elektronische Komponenten, bei welchem ein Gehäuse sowohl die Komponenten als auch das Wärmeableitungssystem umfasst. Zur besseren Ableitung von Wärme einer in einem Gehäuse befindlichen elektronischen Baueinheit für ein Raumfahrzeug schlägt die
DE 10 2010 016 288 B4 vor, eine in einem Modulrahmen im Gehäuse und an einem Anbauinterface gehalterte Leiterplatte mit einer Wärme- und Schirmeinrichtung zu versehen, die eine Ableitlage aus einem wärmeleitfähigen und elektrisch leitfähigen Material umfasst.
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Im mobilen Betrieb eines elektronischen Systems können Energie- oder Platzressourcen für elektrische Aggregate zur Kühlung begrenzt sein. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kühlen eines Geräts mit einem elektronischen System in einem Gerätegehäuse anzugeben, mit dem das elektronische System mit verhältnismäßig geringem Energieaufwand effizient gekühlt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst, bei dem Flüssigkeit in einen Verdampfer gebracht wird, die Flüssigkeit verdampft und die Verdampfungskälte mittels einer äußeren Wärmebrücke an das Gerätegehäuse und mittels einer inneren Wärmebrücke zum elektronischen System geführt wird. Die Kühlung kann durch Verdampfungskälte bewirkt werden, sodass auf einen Kompressor verzichtet werden kann. Der Verdampfer ist am oder in der Nähe des Gerätegehäuses angeordnet.
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Die Erfindung ist besonders geeignet zur Anwendung auf einem Fahrzeug, wobei das Gerät dann auf oder im Fahrzeug angeordnet ist. Das Gerät ist entsprechend der Erfindung ein Flugkörper.
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Zweckmäßigerweise ist auch der Verdampfer auf oder im Fahrzeug angeordnet, beispielsweise einem Schiff. Die Flüssigkeit ist Wasser. Die Flüssigkeit kann beispielsweise vom Fahrzeug mitgeführt werden und/oder aus der Umgebung beschafft werden. Erfindungsgemäß ist die Flüssigkeit Seewasser. Beispielhaft kann Seewasser auf einem Schiff oder in einem nicht unter die Erfindung fallenden Beispiel eingefangenes Regenwasser bei einem Landfahrzeug verwendet werden.
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Das elektronische System ist entsprechend der Erfindung ein Wärme erzeugendes elektronisches System. Das elektronische System kann eine CPU umfassen und ist zweckmäßigerweise eine alleine funktionsfähige Einheit, beispielsweise zum Steuern des Geräts, einer Optik, eines Fahrzeugs oder einer anderen selbstständig tätigen Einheit. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung zur Kühlung eines Lenkflugkörpers, beispielsweise innerhalb eines Startbehälters, anwendbar.
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Das elektronische System ist gemäß der Erfindung wasserdicht vom Gerätegehäuse umschlossen. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Flüssigkeit nicht unmittelbar zum elektronischen System vordringen kann. Entsprechend der Erfindung ist das Gerätegehäuse auch dampfdicht, zumindest in dem Maße, dass das elektronische System dampfdicht gegenüber der verdampften Flüssigkeit abgeschlossen ist.
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Die äußere Wärmebrücke kann erfindungsgemäß durch einen Luftstrom gebildet sein, der am Gerätegehäuse vorbeigeführt wird. Erfindungsgemäß kann auch ein Nebelstrom oder ein Flüssigkeitsstrom eine äußere Wärmebrücke bilden. Die innere Wärmebrücke ist erfindungsgemäß durch ein wärmeleitfähiges Element gebildet, dessen Wärmeleitfähigkeit zwischen dem elektronischen System und dem Gerätegehäuse zumindest 20 % der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer entspricht. Hierbei ist sowohl eine passive Wärmebrücke als auch eine aktive Wärmebrücke, beispielsweise in Form eines Peltierelements, einer Heatpipe oder dergleichen, denkbar.
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Je nach Anwendung kann es vorkommen, dass mehrere Geräte mit jeweils einem vom Gerätegehäuse umschlossenen elektronischen System gekühlt werden sollen. Die mehreren Geräte können hierbei von einem gemeinsamen Außengehäuse umgeben werden. Das Außengehäuse ist vorteilhafterweise durchlässig zumindest für die verdampfte Flüssigkeit, sodass diese unmittelbar zu dem Gerätegehäuse vordringen kann. Das Außengehäuse kann Durchbrüche aufweisen, durch die die Flüssigkeit in flüssiger und/oder gasförmiger Form hindurchtreten kann. Vorteilhafterweise ist der Verdampfer am Außengehäuse befestigt oder in einer Tragstruktur, die auch das Außengehäuse zumindest teilweise trägt.
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Vorteilhafterweise ist ein Gebläse vorhanden, das einen Luftstrom durch den Verdampfer und an das Gerätegehäuse erzeugt. Das Gebläse kann Teil des Verdampfers sein oder ein zusätzliches Gerät, das mit dem Verdampfer zusammenwirkt. Zweckmäßigerweise wird der vom Gebläse erzeugte Luftstrom durch ein Außengehäuse hindurch und um das Gerätegehäuse herumgeführt. Beispielsweise ist das Gebläse an einer Seite des Außengehäuses angeordnet und der die Flüssigkeit verdampfende Teil des Verdampfers an einer gegenüberliegenden Seite des Außengehäuses. Das Gebläse saugt oder drückt Luft durch das Außengehäuse und den Verdampfer beziehungsweise den die Flüssigkeit verdampfende Teil des Verdampfers, sodass die Verdampfungskälte durch den Luftstrom zweckmäßigerweise unmittelbar an das Gerätegehäuse geführt wird.
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Entsprechend der Erfindung wird die Flüssigkeit an einem Flugkörper-Launcher verdampft. Der Verdampfer kann unmittelbar am Launcher angeordnet sein. Die äußere Wärmebrücke wird zweckmäßigerweise durch einen von einem Gebläse verursachten Luftstrom realisiert. Das Gerät ist entsprechend der Erfindung ein Flugkörper im Launcher. Hierdurch kann ein elektronisches System innerhalb des Flugkörper-Launchers effizient gekühlt werden.
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Bei einem langen Einsatz eines großen Geräts in einer tropischen Umgebung kann es sein, dass zur Kühlung des Geräts beziehungsweise der darin enthaltenen Elektronik viel Flüssigkeit benötigt wird. Das Verfahren zum Kühlen wird daher erfindungsgemäß auf einem Wasserfahrzeug angewandt, bei dem Seewasser als Flüssigkeit verwendet wird. Dieses kann zum Verdampfer gepumpt und dort verdampft werden, sodass das Gerät und dessen elektronisches System gekühlt werden und das elektronische System trotz der hohen Temperaturen betriebsbereit gehalten wird. Bei einer nicht unter die Erfindung fallenden Verwendung auf einem Landfahrzeug wird zweckmäßigerweise Süßwasser als Flüssigkeit verwendet. Hierfür ist vorteilhafterweise auf dem Fahrzeug ein Flüssigkeitstank vorhanden, aus dem der Verdampfer gespeist wird. Bei jeder Art Fahrzeug kann eingefangenes Regenwasser als Flüssigkeit verwendet werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Verdampfer ein Fasermaterial enthält, das mit der Flüssigkeit getränkt wird. Die Flüssigkeit kann im Fasermaterial verdampfen und hierdurch die Verdampfungskälte erzeugen. Die Verdampfungskälte wird durch die äußere Wärmebrücke an das Gerätegehäuse geführt. Die äußere Wärmebrücke kann durch einen Luftstrom hergestellt werden, beispielsweise verursacht durch ein Gebläse. Möglich ist auch, dass das Fasermaterial direkt am Gerätegehäuse anliegt und dieses kühlt. Die äußere Wärmebrücke ist in diesem Fall durch das Anliegen des Fasermaterials am Gerätegehäuse realisiert, also durch das Fasermaterial und das darin enthaltene Wasser, das die Verdampfungskälte von der Verdampfungszone zum Gerätegehäuse leitet.
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Insbesondere bei Verwendung von Salzwasser als Flüssigkeit ist es vorteilhaft, wenn das Fasermaterial mit der Flüssigkeit in einem Kreislauf durchspült wird. Durch die Durchspülung kann aus dem Wasser auskristallisiertes Salz aus dem Fasermaterial entfernt werden. Eine zu große Anreicherung von Salz im Fasermaterial und eine dadurch beeinträchtigte Durchdringung und Verdampfung kann verhindert werden.
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Der Verdampfer ist zweckmäßigerweise mit einem Flüssigkeitsreservoir verbunden. Das Flüssigkeitsreservoir, beispielsweise ein Flüssigkeitsbehälter, kann mit einer Flüssigkeitspumpe verbunden sein, die die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir in den Verdampfer pumpt. Bei Verwendung von Seewasser als Flüssigkeit ist das Flüssigkeitsreservoir zweckmäßigerweise über die Flüssigkeitspumpe mit dem Meer verbunden.
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Wird Verdampfungskälte in großem Umfang benötigt, so ist es vorteilhaft, wenn der Verdampfer die Flüssigkeit versprüht oder vernebelt und hierdurch Verdampfungskälte erzeugt. Der Verdampfer kann insofern ein Sprühverdampfer oder Vernebelungsverdampfer sein.
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Insbesondere bei Verwendung auf einem Fahrzeug kann es sein, dass das Gerät mit dem elektronischen System sehr unterschiedlichen Temperaturbedingungen ausgesetzt ist. Je nach Gerät und Anwendung kann das Gerät mit den meisten klimatischen Bedingungen gut zurechtkommen und nur selten in eine Umgebung geführt werden, in der die Funktion des elektronischen Systems durch Überhitzung gefährdet ist. Insofern kann es wünschenswert sein, den Verdampfer nur im Bedarfsfall zur Kühlung des Geräts beziehungsweise des elektronischen Systems zu verwenden.
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Eine sehr flexible Kühlung des Geräts kann erreicht werden, wenn zumindest ein Teil des Außengehäuses abgenommen wird und der Verdampfer am Außengehäuse befestigt wird, beispielsweise an einer Tragstruktur des Außengehäuses, zweckmäßigerweise an der Stelle des abgenommenen Teils. Das Gerätegehäuse des Geräts kann von einem Außengehäuse umgeben sein, beispielsweise einem Außengehäuse eines Startbehälters eines Flugkörpers oder eines Schutzgehäuses um eine CRPA-Antenne. Das Außengehäuse kann von einer Tragstruktur getragen werden, wie einem Gestell oder einer Wandung des Außengehäuses.
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Allgemein kann ein Kühlsystem am Außengehäuse befestigt werden mit Verdampfer, Flüssigkeitsreservoir und Flüssigkeitspumpe, insbesondere ein Kühlsystem mit Verdampfer, Flüssigkeitsreservoir, Flüssigkeitszufuhr und Gebläse. Der Verdampfer beziehungsweise das Kühlsystem wird zweckmäßigerweise über die Tragstruktur gelegt und/oder auf die Tragstruktur aufgesteckt. Durch einen modularen Aufbau des Außengehäuses kann eine sehr flexible Anwendung der Gerätekühlung erreicht werden. Das Gerät und das Außengehäuse bilden zweckmäßigerweise auch ohne das Kühlsystem eine voll funktionsfähige und betriebsbereite Einheit. Das Kühlsystem ist insofern zweckmäßigerweise nur eine Austauscheinheit, mit der das Außengehäuse auf- oder umgerüstet werden kann, insbesondere während des Betriebs des Geräts.
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Mit gleichem Vorteil wird zumindest ein Gehäuseteil eines ersten Außengehäuses, das um das insbesondere voll betriebsfähige Gerät mit dem elektronischen System angeordnet ist, abgenommen, ein anderes Gehäuseteil wird an dessen Stelle gesetzt, das mit dem Verdampfer verbunden wird oder ist, und das elektronische System setzt seinen Betrieb mit der Verdampferkühlung fort. Zur Umrüstung des Außengehäuses mit dem Verdampfer kann das Gerät in Betrieb bleiben oder für den Umrüstungsvorgang kurzfristig außer Betrieb genommen werden. Das Außengehäuse kann Teil einer integralen Einheit mit einer vorgegebenen Funktion sein, beispielsweise eines Flugkörper-Launchers. Der Verdampfer beziehungsweise ein Kühlsystem mit dem Verdampfer kann optional hinzugefügt werden. Beispielsweise werden geschlossene Seitenwände der integralen Einheit ersetzt durch offene Wände mit dem Verdampfer und beispielsweise einem Gebläse.
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Bei Einwirkung starker Sonnenstrahlung auf das Gerät und/oder auf den Verdampfer kann es vorkommen, dass die Verdampfungswirkungen des Verdampfers nicht ausreichen, um das Gerät ausreichend zu kühlen. Es ist insofern vorteilhaft, wenn am Verdampfer ein Abschattungsdach angeordnet ist und zwischen Verdampfer und Abschattungsdach ein Luftstrom geführt wird, zweckmäßigerweise getrieben durch ein Gebläse. Das Abschattungsdach kann ein Außengehäuse oder lediglich ein Dach über dem Gerät und/oder dem Verdampfer sein oder Teil eines Außengehäuses bilden. Bei Vorhandensein eines Abschattungsdaches kann der Verdampfer direkt am Gerät angeordnet sein.
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In einer nicht unter die Erfindung fallenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die äußere Wärmebrücke eine Heatpipe aufweist. Durch die Heatpipe kann in einfacher Weise Wärme vom Gerät beziehungsweise dessen Gerätegehäuse zum Verdampfer transportiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die äußere Wärmebrücke ein Peltierelement umfassen. Ebenfalls möglich ist ein Kompressor, der Wärme mittels eines komprimierten Wärmeträgers vom Gerätegehäuse zum Verdampfer transportiert. Der Wärmeträger wird beispielsweise nach seiner Erwärmung am Gerätegehäuse auf dem Weg zum Verdampfer komprimiert.
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Wenn eine Einheit mit mehreren Geräten gekühlt werden soll, kann dies mit einem großen Verbrauch an Flüssigkeit einhergehen. Um die Menge der verdampften Flüssigkeit zu reduzieren, kann es sinnvoll sein, die Verdampfungskälte gezielt nur auf einen Teil der Geräte zu richten, zweckmäßigerweise auf denjenigen Teil der Geräte, der die meiste Wärme erzeugt. Wenn nur eine oder einzelne der mehreren Geräte aktiv sind, kann die Verdampfungskälte gezielt nur auf diese Geräte gerichtet werden, sodass andere Geräte, beispielsweise die übrigen Geräte, vorteilhafterweise zumindest weitgehend frei von Verdampfungskälte beziehungsweise der Kühlung durch Verdampfungskälte bleiben.
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Generell ist es insofern bei mehreren Geräten mit jeweils einem elektronischen System vorteilhaft, wenn ein Leitmittel die Verdampfungskälte gezielt auf zumindest eines der Geräte lenkt und später die Lenkung verändert und die Verdampfungskälte gezielt auf zumindest eines der anderen Geräte gelenkt wird, wobei das erstere Gerät nicht mehr oder weitgehend nicht mehr gekühlt wird. Wenn die elektronische Aktivität der Geräte von einem Gerät zu einem anderen Gerät wechselt, ist es vorteilhaft, die Kühlung der Aktivität nachzuführen, also das Gerät mit der größten Aktivität am meisten zu kühlen.
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Mit anderen Worten: Es ist vorteilhaft, wenn bei mehreren Geräten mit jeweils einem elektronischen System eine Aktivität der Geräte reihum abgewechselt wird und ein Leitmittel die Verdampfungskälte gezielt von einem zum nächsten aktiven Gerät umlenkt, wobei die Umlenkung von der Aktivitätsschaltung der Geräte gesteuert wird.
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Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn ein Gerät vorgekühlt wird, bereits bevor die Aktivität einsetzt oder erhöhte Aktivität einsetzt. Ebenso kann es sinnvoll sein, ein Gerät auch nach Reduzierung der Aktivität noch eine vorbestimmte Zeit weiter zu kühlen. Das Leitmittel kann eine elektronische Steuereinheit umfassen bzw. sein.
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Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf ein System gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 13 umfassend ein Gerät, nämlich einen Flugkörper, mit einem Gerätegehäuse, einem elektronischen System im Gerätegehäuse und einer inneren Wärmebrücke zwischen elektronischem System und Gerätegehäuse. Um eine Kühlung des elektronischen Systems zu erreichen, umfasst das System einen Verdampfer am Gerätegehäuse und eine Flüssigkeitspumpe zum Pumpen von Flüssigkeit in den Verdampfer.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die teilweise in einigen abhängigen Ansprüchen zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Die Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden, insbesondere bei Rückbezügen von Ansprüchen, sodass ein einzelnes Merkmal eines abhängigen Anspruchs mit einem einzelnen, mehreren oder allen Merkmalen eines anderen abhängigen Anspruchs kombinierbar ist. Außerdem sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination sowohl mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaften der entsprechenden Vorrichtungseinheit gegenständlich formuliert zu sehen und funktionale Vorrichtungsmerkmale auch als entsprechende Verfahrensmerkmale.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 einen Flugkörper-Launcher auf einem Fahrzeug mit einer Vielzahl von Flugkörpern und austauschbaren Seitenwänden,
- 2 einen Flugkörper-Launcher auf einem Fahrzeug mit einem Kühlsystem umfassend einen Verdampfer und ein Gebläse,
- 3 einen Flugkörper-Launcher auf einem Fahrzeug mit einem Kühlsystem umfassend einen Sprühverdampfer und ein Gebläse und
- 4 ein System mit mehreren elektronischen Geräten, die jeweils über eine äußere Wärmebrücke mit einem Verdampfer thermisch gekoppelt sind.
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1 zeigt mehrere Geräte 2 mit jeweils einem Gerätegehäuse 4 und einem elektronischen System 6, das jeweils über eine innere Wärmebrücke 8 mit dem Gerätegehäuse 4 verbunden ist. Um die Geräte 2 ist ein Außengehäuse 10 gelegt, das die Geräte 2 zumindest teilweise umschließt. Das Außengehäuse 10 und die Geräte 2 sind auf einem Fahrzeug 12 angeordnet, das in 1 nur schematisch angedeutet ist. Die Geräte 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel Flugkörper in einem Flugkörper-Launcher, der die Geräte 2 mit dem Außengehäuse 10 umschließt. Das Fahrzeug 12 ist ein Schiff. Der Flugkörper-Launcher und die Flugkörper sind schematisiert und geschnitten dargestellt, sodass deren elektronische Systeme 6 innerhalb der Gerätegehäuse 4 in 1 sichtbar werden.
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Bei einer Verwendung in einer sehr heißen Klimazone kann das System aus Geräten 2 und Außengehäuse 10 umgebaut werden, sodass die Wärme aus den elektronischen Systemen 6 der Geräte 2 besser abgeführt werden kann. Hierfür ist zumindest ein Teil des Außengehäuses 10, beispielsweise die beiden Seitenwände des Flugkörper-Launchers, abnehmbar und durch ein entsprechend passendes Außengehäusesegment ersetzbar. Im gezeigten Beispiel sind die Außenwände jeweils durch Öffnungen 14, 16 enthaltende Gehäuseteile 18, 20, wie Seitenwände, ersetzbar. Die Gehäuseteile 18, 20 können, wie durch die beiden geschwungenen Pfeile in 1 angedeutet ist, an die Stelle der Seitenwände des Außengehäuses 10 eingesetzt werden, sodass das Außengehäuse 10 von Umgebungsluft durchströmbar ist. Bereits auf diese Weise kann eine etwas bessere Kühlung der Geräte 2 und damit der elektronischen Systeme 6 erreicht werden.
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Zur weiteren Verbesserung der Kühlung kann das System mit einem Verdampfer 22 ausgestattet werden. Mehrere verschiedene Ausführungsformen sind vorteilhaft. Im Folgenden sind gleich oder ähnlich wirkende Bauteile in verschiedenen Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugsziffern und anderen Bezugsbuchstaben bezeichnet, wobei sie identisch zueinander oder mit geringfügigen Unterschieden, z.B. in Abmessung, Position und/oder Funktion, zueinander sein können. Wird die Bezugsziffer alleine ohne einen Bezugsbuchstaben erwähnt, so sind die entsprechenden Bauteile aller Ausführungsbeispiele angesprochen.
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Der Verdampfer 22a aus 2 enthält eine Fasermatte 24 aus synthetischem Fasermaterial, das innerhalb eines Verdampfergehäuses 26 befestigt ist. Wie aus 2 zu sehen ist, kann der Verdampfer 22a auf das Gehäuseteil 18 aufgebracht werden, oder das Gehäuseteil 18 ist Teil des Verdampfers 22 und wird zusammen mit diesem am Außengehäuse 10 angeordnet, zweckmäßigerweise bei abgenommener Seitenwand des Außengehäuses 10.
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Allgemein gesprochen, kann das Gerät 2 von einem Außengehäuse 10 umgeben sein, das von einer Tragstruktur getragen wird, beispielsweise einem Gestell oder Wandelementen selbst. Nun kann zumindest ein Segment oder Teil des Außengehäuses 10 abgenommen werden und ein Verdampfer 22 kann an der Tragstruktur befestigt werden, zweckmäßigerweise an der Stelle des abgenommenen Segments. Möglich ist auch ein Kühlsystem mit Verdampfer 22, Flüssigkeitsreservoir 32, Flüssigkeitszufuhr 30 und Gebläse 28. Eine solche Systemmodifikation kann während des Betriebs des Systems beziehungsweise Gerätes 2 vorgenommen werden. Es wird dann zumindest ein Gehäuseteil eines ersten Außengehäuses 10, das um das voll betriebsfähige Gerät 2 mit dem elektronischen System 6 angeordnet ist, abgenommen und ein anderes Gehäuseteil 18, 20 an dessen Stelle gesetzt. Dieses kann mit dem Verdampfer 22 verbunden sein. So modifiziert kann das elektronische System 6 seinen Betrieb mit der Verdampferkühlung ohne Unterbrechung fortsetzen.
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Der Verdampfer 22 ist zweckmäßigerweise mit einem Gebläse 28 ausgestattet, das über einen Elektromotor angetrieben wird, der in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 2 umfasst das Gebläse 28 drei Lüfter, die übereinander angeordnet sind. Der Verdampfer 22 ist mit Öffnungen 14, 16 versehen, sodass mithilfe des Gebläses 28 durch Verdampfungskälte gekühlte Luft durch den Verdampfer 22 gezogen werden kann, die auch die Geräte 2 umströmt.
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Zur Erzeugung der Verdampfungskälte kann der Verdampfer 22 mit Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, befüllt werden. Hierzu ist eine Flüssigkeitspumpe 30 vorhanden, die mit einem Flüssigkeitsreservoir 32 verbunden ist. Durch die Flüssigkeitspumpe 30 wird Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 32 und eine Leitung 34 in der Weise in den Verdampfer 22 gepumpt, dass dessen Fasermatte 24 mit der Flüssigkeit getränkt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 2 wird die Flüssigkeit, beispielsweise Seewasser, oben in den Verdampfer 22 eingefüllt und sickert schwerkraftbedingt durch die Fasermatte 24 nach unten zurück zum Flüssigkeitsreservoir 32.
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Während des Betriebs des Verdampfers 22 pumpt die Flüssigkeitspumpe 30 Flüssigkeit in den Verdampfer 22, und das Gebläse 28 sorgt für einen Luftstrom durch den Verdampfer 22 beziehungsweise dessen Fasermatte 24, sodass dort durch das Verdampfen der darin enthaltenden Flüssigkeit Verdampfungskälte erzeugt wird. Diese überträgt sich auf die die Fasermatte 24 durchströmende Luft und wird zu den Geräten 2 transportiert und kühlt hierdurch deren Gerätegehäuse 4. Der Luftstrom von der Fasermatte 24 zu den Geräten 2 dient als äußere Wärmebrücke 42a. Über die innere Wärmebrücke 8 kann den elektronischen Systemen 6 hierdurch mehr Wärme entzogen werden, sodass die elektronischen Systeme 6 effizient gekühlt werden.
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Um ein Verstopfen der Fasermatte 24 zu verhindern, wird mehr Flüssigkeit in den Verdampfer 22 gepumpt, als im regulären Betrieb im Verdampfer 22 verdampft wird, sodass ein Flüssigkeitsstrom, beispielsweise durch die Fasermatte 24, im Betrieb erhalten bleibt. Hierdurch können Auskristallisationen, beispielsweise Salz bei der Verwendung von Seewasser, durch den Flüssigkeitsstrom ausgeschwemmt werden und sich im Flüssigkeitsreservoir 32 ansammeln, sodass einer Verstopfung der Fasermatte 24 entgegengewirkt wird.
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Anders als im Ausführungsbeispiel aus 2 gezeigt ist, ist es ausreichend, die Fasermatte 24 nur an einer Seite des Außengehäuses 10 anzuordnen, beispielsweise an der gegenüberliegenden Seite das Gebläse 28. Bei Anordnung der Fasermatte 24 an einer Seitenwand ist jedoch gegebenenfalls die Oberseite des Außengehäuses 10 einer starken Sonneneinstrahlung ausgesetzt, sodass eine unerwünschte Wärmeentwicklung die Kühlung der elektronischen Systeme 6 beeinträchtigt. Wie in 2 gezeigt ist, kann die Fasermatte 24 in einteiliger oder mehrteiliger Form auch über einen oberen Teil des Außengehäuses 10 geführt werden. Hierfür ist sie beispielsweise nach oben über Gehäuseöffnungen oder flächig einem äußeren Luftstrom zugänglich, sodass die Flüssigkeit in der Fasermatte 24 nach oben abdampfen kann. Bei dem Ausführyngsbeispiel aus 2 ist die Fasermatte 24 nach oben hin freigelegt und somit großflächig von Luft umströmbar, sodass Wind die Fasermatte 24 effizient kühlt.
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Das Flüssigkeitsreservoir 32 kann durch eine Flüssigkeitsquelle gespeist werden, beispielsweise das Meer bei Verwendungen des Verdampfers 22 auf einem Wasserfahrzeug. Hierfür kann eine weitere Pumpe 36 vorhanden sein, die die Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle in das Flüssigkeitsreservoir 32 pumpt. In 2 ist dies schematisch durch eine nach unten reichende Leitung 38 dargestellt, die bis ins Meer reicht. Bei einer nicht erfindungsgemäßen Verwendung auf einem Landfahrzeug kann die Flüssigkeitsquelle beispielsweise ein Kanister oder ein Wassertank sein, aus dem das Flüssigkeitsreservoir 32 des Verdampfers 22 gespeist wird.
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3 zeigt einen anderen Verdampfer 22b, der einen Sprühvernebeler 40 enthält. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den FIGen 1 und 2, auf das bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Um nicht bereits Beschriebenes mehrfach ausführen zu müssen, sind generell alle Merkmale eines vorangegangenen Ausführungsbeispiels im jeweils folgenden Ausführungsbeispiel übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben sind, es sei denn, Merkmale sind als Unterschiede zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Der Sprühvernebeler 40 umfasst mehrere Sprühdüsen, mit denen die Flüssigkeit jeweils fein vernebelt wird. Durch das gegenüberliegende Gebläse 28 wird die vernebelte Flüssigkeit in einen Luftstrom gebracht, durch den der Flüssigkeitsnebel noch weiter verdampft und hierdurch weitere Verdampfungskälte erzeugt wird. Die durch die Verdampfung des Sprühnebels gekühlte Luft wird durch das Außengehäuse 10 zum Gebläse 28 gezogen und umspült somit die Geräte 2 und kühlt deren Gerätegehäuse 4. Der Luftstrom wirkt als äußere Wärmebrücke 42b vom Verdampfer 22b zu den Geräten 2.
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Bei dem Ausführungsbeispiel aus 4 enthält der Verdampfer 22c wieder eine Fasermatte 24, die über eine Pumpe 30 mit Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsreservoir 32 getränkt wird, wie durch den Pfeil in die Fasermatte 24 in 4 angedeutet ist. Zur Abschattung gegen Sonneneinstrahlung ist der Verdampfer 22c mit einem Abschattungsdach 46 abgeschattet. Weiter ist es sinnvoll, zwischen dem Verdampfer 22c und dem Abschattungsdach 46 aktiv einen Luftstrom zu führen, beispielsweise mit einem Gebläse 48.
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Der Verdampfer 22c beziehungsweise in diesem Ausführungsbeispiel dessen Fasermatte 24 ist über jeweils eine äußere Wärmebrücke 42c mit dem Gerät 2 beziehungsweise dessen Gerätegehäuse 4 verbunden. In einem nicht unter die Erfindung fallenden, einfachen Beispiel ist die äußere Wärmebrücke 42c ein wärmeleitfähiges Material mit einer Wärmeleitfähigkeit, die zumindest 20 % der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer entspricht. Um die Kühlung der Geräte 2 beziehungsweise deren elektronische Systeme 6 zu verbessern, kann die äußere Wärmebrücke 42c in einem nicht unter die Erfindung fallenden Beispiel auch eine aktive Wärmebrücke sein, also eine Wärmebrücke 42 mit einem Element, das durch Energiezufuhr Wärme transportiert. Beispielsweise kann die äußere Wärmebrücke 42 eine Heatpipe aufweisen oder ein Peltierelement. Ebenso denkbar ist ein Kompressor, der einen Wärmeträger komprimiert und hierdurch - nach dem Wirkprinzip eines Kühlschranks - Wärme vom Gerätegehäuse 4 zum Verdampfer 22c transportiert.
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Bei manchen Anwendungen kann es vorkommen, dass mehrere Geräte 2 gekühlt werden sollen. Dies ist in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben und in den FIGen dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Kühlung von mehreren Geräten 2 beschränkt, sondern ebenso gut anwendbar auf die Kühlung eines einzigen Geräts 2, sodass die vorangegangenen Ausführungsbeispiele auch auf nur ein einziges zu kühlendes Gerät 2 gelesen werden können.
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Bei der Verwendung mehrerer Geräte 2 können diese gleichermaßen gekühlt werden, sodass die Geräte 2 also alle zumindest im Wesentlichen gleich stark gekühlt werden. Je nach Anwendung kann es jedoch vorkommen, dass die Geräte 2 beziehungsweise deren elektronische Systeme 6 unterschiedlich stark Wärme erzeugen. In einem solchen Fall ist es sinnvoll, auch die Kühlung entsprechend der Wärmeerzeugung anzupassen. Hierfür wird dann in unterschiedlichem Umfang Verdampfungskälte zu den Geräten 2 geführt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel aus 4 ist durch die Schraffuren der elektronischen Systeme 6 angedeutet, dass diese eine unterschiedliche Wärmeenergie pro Zeit erzeugen. Je stärker die Schraffur, desto mehr Wärmeenergie wird pro Zeit durch das betreffende elektronische System 6 erzeugt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel braucht das mittlere der Geräte 2 die stärkste Kühlung und das linke der Geräte eine geringere Kühlung und das rechte der Geräte 2 keine Kühlung. Ebenfalls möglich ist eine proaktive Kühlung. Beispielsweise ist das mittlere der Geräte 2 aktiv und das linke der Geräte 2 wird in Kürze aktiv und soll daher proaktiv gekühlt werden. Die größte Wärmemenge wird vom aktiven Gerät 2 abgeführt und eine geringere Wärmemenge proaktiv vom noch nicht aktiven Gerät. Die Kühlung wird also entsprechend der Aktivität der Geräte 2 mitgeführt beziehungsweise mitgeschaltet.
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Bei Verwendung von nicht unter die Erfindung fallenden aktiven äußeren Wärmebrücken 42c ist die verschieden starke Leitung von Verdampfungskälte zum Gerätegehäuse 4 beziehungsweise unterschiedlich starke Abfuhr von Wärme aus dem Gerätegehäuse 4 beziehungsweise durch die äußere Wärmebrücke 42c kein Problem. Eine aktive äußere Wärmebrücke 42c kann mithilfe einer Steuereinheit 44, die ein Teil des Verdampfers 22 sein kann, gesteuert werden. Mehrere Wärmebrücken 42c werden dann entsprechend der Aktivität des zugeordneten Geräts 2 gesteuert.
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Auch beim Ausführungsbeispiel aus 3 ist eine solche gezielte Kühlsteuerung möglich. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 3 sind mehrere Vernebelungsdüsen des Sprühvernebelers 40 vorhanden, die beispielsweise durch eine Steuereinheit 44 unterschiedlich angesteuert werden können. Auf diese Weise können einzelne Reihen von Geräten 2 mehr als andere Reihen gekühlt werden. Auch bei dem Ausführungsbeispiel aus 2 wäre eine selektive Kühlung möglich, beispielsweise durch eine unterschiedliche Ansteuerung der Ventilatoren des Gebläses 28. Auf diese Weise kann ein Luftstrom entlang der Geräte 2 gezielt geführt und einige Geräte 2 mehr als andere gekühlt werden. Hierdurch kann sowohl beim Gebläse 28 Gebläseenergie beziehungsweise beim Sprühvernebeler 40 Vernebelungenergie als auch Flüssigkeit eingespart werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gerät
- 4
- Gerätegehäuse
- 6
- elektronisches System
- 8
- innere Wärmebrücke
- 10
- Außengehäuse
- 12
- Fahrzeug
- 14
- Öffnung
- 16
- Öffnung
- 18
- Gehäuseteil
- 20
- Gehäuseteil
- 22
- Verdampfer
- 24
- Fasermatte
- 26
- Verdampfergehäuse
- 28
- Gebläse
- 30
- Flüssigkeitspumpe, Flüssigkeitszufuhr
- 32
- Flüssigkeitsreservoir
- 34
- Leitung
- 36
- Pumpe
- 38
- Leitung
- 40
- Sprühvernebeler
- 42
- äußere Wärmebrücke
- 44
- Steuereinheit
- 46
- Abschattungsdach
- 48
- Gebläse
