Zugehörige AnmeldungenRelated registrations
Diese
Anmeldung ist eine (= beruht auf einer) Continuation-in-part-Anmeldung
einer anhängigen
U.S.-Patentanmeldung S.N. 10/680 584 vom 6. Oktober 2003 mit der
Bezeichnung "METHOD
AND APPARATUS FOR EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING
A HEAT PRODUCING DEVICE",
welche eine Continuation-in-part-Anmeldung der U.S.-Patentanmeldung
S.N. 10/439 635 vom 16. Mai 2003 mit der Bezeichnung "METHODS FOR FLEXIBLE
FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS" ist, welche eine
Priorität
gemäß 35 U.S.C. § 119(e)
der anhängigen
U.S.-Provisional-Patentanmeldungen S.N. 60/423 009 vom 1. November
2002 "METHODS FOR
FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT
SINKS", S.N. 60/442
382 vom 24. Januar 2003" OPTIMIZED PLATE
FIN HEAT EXCHANGER FOR CPU COOLING" und S.N. 60/455 729 vom 17. März 2003 "MICROCHANNEL HEAT
EXCHANGER APPARATUS WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF MANUFACTURING
THEREOF" ist, welche
hierdurch sämtlichst
durch Bezugnahme einbezogen werden. Diese Anmeldung ist auch eine
Continuation-in-part-Anmeldung der anhängigen U.S.-Patentanmeldung
S.N. 10/439 912 vom 16. Mai 2003 "INTERWOVEN MANIFOLDS FOR PRESSURE DROP REDUCTION
IN MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS",
welche die Priorität
gemäß 35 U.S.C. § 119(e)
der anhängigen
U.S.-Provisional-Patentanmeldungen S.N. 60/423 009 vom 1. November
2002 "METHODS FOR
FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS", S.N. 60/442 382
vom 24. Januar 2003" "OPTIMIZED PLATE FIN
HEAT EXCHANGER FOR CPU COOLING" und
S.N. 60/455 729 vom 17. März
2003 "MICROCHANNEL
HEAT EXCHANGER APPARATUS WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF
MANUFACTURING THEREOF" beansprucht,
welche hierdurch sämtlichst
unter entsprechender Bezugnahme einbezogen werden.These
Registration is a (= based on a) continuation-in-part application
a pending
U.S. Patent Application S.N. 10/680 584 of 6 October 2003 with the
Name "METHOD
AND APPARATUS FOR EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING
A HEAT PRODUCING DEVICE ",
which is a continuation-in-part application of U.S. Patent Application
S.N. 10/439 635 of 16 May 2003 entitled "METHODS FOR FLEXIBLE
FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS "is what a
priority
according to 35 U.S.C. Section 119 (e)
the pending
U.S. Provisional Patent Applications S.N. 60/423 009 of 1 November
2002 "METHODS FOR
FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT
SINKS ", pp. 60/442
382 of 24 January 2003 "OPTIMIZED PLATE
FIN HEAT EXCHANGER FOR CPU COOLING "and S.N. 60/455 729 of 17 March 2003" MICROCHANNEL HEAT
EXCHANGER APPARATUS WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF MANUFACTURING
THEREOF "is what
thereby all
be incorporated by reference. This application is also a
Continuation-in-part application of pending U.S. patent application
S.N. 10/439 912 of 16 May 2003 "INTERWOVEN MANIFOLDS FOR PRESSURE DROP REDUCTION
IN MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS ",
which is the priority
according to 35 U.S.C. Section 119 (e)
the pending
U.S. Provisional Patent Applications S.N. 60/423 009 of 1 November
2002 "METHODS FOR
FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS ", p.N. 60/442 382
of 24 January 2003 "" OPTIMIZED PLATE FIN
HEAT EXCHANGER FOR CPU COOLING "and
S.N. 60/455 729 of 17 March
2003 "MICROCHANNEL
HEAT EXCHANGER APPARATUS WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF
MANUFACTURING THEREOF "claims
which thereby complete
with appropriate reference.
Diese
Anmeldung ist auch eine Continuation-in-part-Anmeldung der anhängigen U.S.-Patentanmeldung S.N.
10/612 241 vom 1. Juli 2003 "MULTI-LEVEL
MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS",
welche die Priorität
gemäß 35 U.S.C. § 119(e)
der anhängigen
U.S.-Provisional-Patentanmeldung S.N. 60/455 729 vom 17. März 2003 "MICROCHANNEL HEAT
EXCHANGE WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF" beansprucht, welche
beide hierdurch durch Bezugnahme einbezogen werden. Weiterhin beansprucht
diese Anmeldung die Priorität gemäß 35 U.S.C. § 119(e)
der anhängigen
U.S.-Provisional-Patentanmeldung S.N. 60/642 284 vom 7. Januar 2005 "FABRICATION OF HIGH
SURFACE TO VOLUME RATIO STRUCTURES AND THEIR INTEGRATION IN MICRO-HEAT
EXCHANGES FOR LIQUID COOLING SYSTEMS", welche hierdurch durch Bezugnahme
einbezogen wird.These
Application is also a continuation-in-part application of pending U.S. patent application S.N.
10/612 241 of 1 July 2003 "MULTI-LEVEL
MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS ",
which is the priority
according to 35 U.S.C. Section 119 (e)
the pending
U.S. Provisional Patent Application S.N. 60/455 729 of 17 March 2003 "MICROCHANNEL HEAT
EXCHANGE WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF "claims which
both are hereby incorporated by reference. Further claimed
this application takes priority according to 35 U.S.C. Section 119 (e)
the pending
U.S. Provisional Patent Application S.N. 60/642 284 of 7 January 2005 "FABRICATION OF HIGH
SURFACE TO VOLUME RATIO STRUCTURES AND THEIR INTEGRATION IN MICRO-HEAT
EXCHANGES FOR LIQUID COOLING SYSTEMS ", which are hereby incorporated by reference
is included.
Gebiet der
ErfindungTerritory of
invention
Diese
Erfindung betrifft das Gebiet von Wärmetauschern. Genauer gesagt
betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Strukturen aus
einem Material mit einem hohen Oberflächen-/Volumen-Verhältnis aus
mehreren Lagen bzw. Schichten, und die Integration solcher Strukturen
in mikrostrukturierte Wärmetauscher
zwecks effektiver Wärmeabfuhr
in Flüssigkeits-Kühlystemen.These
The invention relates to the field of heat exchangers. More precisely
This invention relates to a method of fabricating structures
a material with a high surface / volume ratio
multiple layers, and the integration of such structures
in microstructured heat exchangers
for the purpose of effective heat dissipation
in liquid cooling systems.
Hintergrund
der Erfindungbackground
the invention
Eine
effektive Wärmeübertragung
in einem Flüssigkeits-Kühlsystem
erfordert eine strömende Flüssigkeit,
die soviel wie möglich
in Kontakt mit dem Oberflächenbereich
des Materials ist, welches thermisch angekuppelt ist, um der gekühlten Vorrichtung bzw.
Einrichtung Wärme
zu entziehen. Eine Herstellung einer verläßlichen und effizienten Struktur
aus einem Material mit einem hohen Oberflächen-Nolumenverhältnis (HSVRM)
ist daher extrem kritisch bzw. äußerst wichtig,
um einen effektiven Mikro-Wärmetauscher
zu entwickeln. Eine Verwendung von Silizium-Mikrokanälen ist
eine Wärme-Aufnahmestruktur
von Flüssigkeits-Kühlsystemen, die zuvor von dem
Erwerber der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen worden ist. Hierzu
wird bspw. auf die anhängige
U.S.-Patentanmeldung S.N. 10/643 684 vom 18. August 2003 "APPARATUS AND METHOD OF
FORMING CHANNELS IN A HEAT-EXCHANGING
DEVICE" verwiesen.A
effective heat transfer
in a liquid cooling system
requires a flowing liquid,
as much as possible
in contact with the surface area
of the material which is thermally coupled to the cooled device or
Device heat
to withdraw. A production of a reliable and efficient structure
made of a material with a high surface-to-volume ratio (HSVRM)
is therefore extremely critical or extremely important
an effective micro heat exchanger
to develop. A use of silicon microchannels is
a heat-receiving structure
of liquid cooling systems previously used by the
Purchaser of the present invention has been proposed. For this
is, for example, on the pending
U.S. Patent Application S.N. 10/643 684 of 18 August 2003 "APPARATUS AND METHOD OF
FORMING CHANNELS IN A HEAT EXCHANGING
DEVICE ".
Kanäle unter
dem Aspekt eines solchen hohen Verhältnisses werden durch ein isotropisches Ätzen von
Silizium hergestellt, was eine weit verbreitete Anwendung beim Mikrobearbeiten
und MEMS gefunden hat. Silizium hat jedoch relativ zu vielen anderen Materialien,
insbesondere relativ zu echten Metallen, eine niedrige thermische
Leitfähigkeit.
Obwohl im Stand der Technik Verfahren zum Herstellen und Ausbildungen
für Mikro-Wärmetauscher
aus Materialien mit höherer
Leitfähigkeit
vorhanden sind, verwenden diese entweder teure Herstel lungstechnologien
oder schreiben komplizierte Strukturen vor, ohne wirtschaftlich
akzeptable Herstellungsverfahren zu spezifizieren.Channels under
The aspect of such a high ratio is determined by an isotropic etching of
Silicon produced, which is a widespread application in micromachining
and MEMS has found. Silicon has, however, relative to many other materials,
especially relative to real metals, a low thermal
Conductivity.
Although in the prior art methods of manufacturing and training
for micro heat exchangers
made of materials with higher
conductivity
are present, they either use expensive manufac turing technologies
or write complicated structures, without economic
to specify acceptable manufacturing methods.
Beispielsweise
beschreibt das U.S.-Patent 6415 860 von K.W. Kelly u. a. die Verwendung
von LIGA-gebildeten Mikrokanälen
in einem Querstrom-Mikro-Wärmetauscher.
Das in dem Kelley-Patent beschriebene Verfahren, auf welches hier
Bezug genommen wird, verwendet LIGA, einen Typ eines im Stand der
Technik bestens bekannten Mikrobearbeitens mit einem hohen Oberflächen-/Volumen-Verhältnis (HARM).
LIGA ist ein mehrstufiges Verfahren, welches Lithographie, Elektroplattieren
und Mikroformen umfaßt,
welches in einer HSVRM-Struktur
resultiert, jedoch aufgrund seiner Verwendung von exotischen Materialien
und des Erfordernisses einer Synchrotonstrahlung kostspielig ist.For example, US Pat. No. 6,415,860 to KW Kelly et al. Describes the use of LIGA-formed microchannels in a cross-flow micro heat exchanger. The method described in the Kelley patent, incorporated herein by reference, uses LIGA, a type of im State of the art well-known micro-machining with a high surface / volume ratio (HARM). LIGA is a multi-step process involving lithography, electroplating and microforms which results in a HSVRM structure, but is costly because of its use of exotic materials and the requirement for synchrotron radiation.
Das
Verfahren gemäß dem U.S.-Patent
5 274 920 von J.A. Matthews beschreibt ein Verfahren zum Herstellen
eines Mikro-Wärmetauschers
durch ein Zusammenlaminieren mehrerer Platten mit ausgenommenen
Abschnitten. Dieses schafft eine Mikrostruktur mit einer Mehrzahl
bzw. Vielzahl mikroskopischer Schlitze. Obwohl die Struktur jeder
Platte sorgfältig
beschrieben ist, beschreibt das Matthews erteilte Patent, auf welches
hierbei Bezug genommen wird, kein kosteneffektives, maßgebliches
Herstellungsverfahren für
die Platten.The
Process according to the U.S. patent
5,274,920 to J.A. Matthews describes a method of manufacturing
a micro heat exchanger
by laminating several plates with recessed ones
Sections. This creates a microstructure with a plurality
or variety of microscopic slots. Although the structure of each
Plate carefully
describes Matthews issued patent, to which
referred to, is not a cost effective, authoritative one
Manufacturing process for
the plates.
Das
J. Schulz-Hader u. a. erteilte U.S.-Patent 6 014 312 beschreibt
eine durch einen Satz von Lagen, die jeweils Öffnungen enthalten, erfolgende Wärmeabsenkung.
Die Lagen sind jeweils übereinander
gestapelt und erzeugen einen Strömungspfad. Das
Patent, auf welches hierdurch Bezug genommen wird, beschreibt polygonale
Ringstruktur-Öffnungen, beschreibt
jedoch kein Verfahren zum Herstellen der Lagen.The
J. Schulz-Hader u. a. U.S. Patent 6,014,312
a heat sink due to a set of layers each containing openings.
The layers are each one above the other
stacked and create a flow path. The
Patent, which is hereby incorporated by reference, describes polygonal
Ring structure openings, describes
however, no method for making the layers.
Kurze Zusammenfassung
der ErfindungShort Summary
the invention
Ein
Wärmetauscher
zirkuliert ein Kühlmaterial
wie ein Fluid, welches Wärme
von einer wärmeerzeugenden
Quelle absorbiert und die Wärme
von der wärmeerzeugenden
Quelle fortbewegt, wodurch die wärmeerzeugende
Quelle gekühlt
wird. Der Wärmetauscher
kann daher zum Kühlen
von unterschiedlichen Wärmequellen
wie Halbleitereinrichtungen, Batterien, Motoren, Wänden von
Verfahrenskammern und jeglicher Quelle verwendet werden, welche Wärme erzeugt.One
heat exchangers
circulates a cooling material
like a fluid, which heat
from a heat-producing
Source absorbs and heat
from the heat-producing
Source moved, causing the heat-generating
Source cooled
becomes. The heat exchanger
can therefore be used for cooling
from different heat sources
such as semiconductor devices, batteries, motors, walls of
Process chambers and any source that generates heat.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Mikrostrukturen
enthaltenden Wärmetauschers
vorgeschlagen. Bei einer Ausgestaltung umfaßt das Verfahren die Schritte
eines Bildens einer Vielzahl von mikrodimensionierten Öffnungen
durch eine Mehrzahl von wärmeleitenden Lagen
unter Verwendung eines Material entfernenden Prozesses bzw. Verfahrens,
um eine Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen zu bilden; und den
Schritt eines Zusammenkuppelns der Mehrzahl von mit Fenstern versehenen
Lagen, um eine Verbund-Mikrostruktur zu bilden.According to the present
The invention will provide a method of making a microstructure
containing heat exchanger
proposed. In one embodiment, the method includes the steps
forming a plurality of microdimensional openings
by a plurality of heat-conducting layers
using a material removing process,
to form a plurality of windowed layers; and the
A step of interconnecting the plurality of fenestrated ones
Layers to form a composite microstructure.
Bei
der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung enthalten
die wärmeleitenden Lagen
Kupfer, und die Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen, die
aus den wärmeleitenden
Lagen gebildet sind, werden durch ein Hartlötverfahren zusammengekuppelt.
Das Löten
wird bevorzugt in einem Ofen unter Vakuum oder reduzierender Atmosphäre durchgeführt, wobei
Gas oder reiner Wasserstoff gebildet wird. Bevorzugt erfolgt das
Löten mit
einem Silber enthaltenden Lötmaterial.
Bei Verwendung von Silber wird der Ofen bevorzugt auf etwa 850° C erwärmt, eine
Temperatur, bei welcher Silber in Kupfer diffundiert und eine Cu-Ag-metallische
Legierung bildet, welche schmilzt und dabei ein exzellentes thermisches
und mechanisches Verbinden schafft.at
of the preferred embodiment of the present invention
the heat-conducting layers
Copper, and the majority of windowed layers, the
from the heat-conducting
Layers are formed, are coupled together by a brazing process.
The soldering
is preferably carried out in an oven under a vacuum or a reducing atmosphere, wherein
Gas or pure hydrogen is formed. This is preferably done
Solder with
a silver-containing solder material.
When using silver, the furnace is preferably heated to about 850 ° C, a
Temperature at which silver diffuses into copper and a Cu-Ag metallic
Alloy forms, which melts and thereby an excellent thermal
and creates mechanical connection.
Wegen
der mikroskopischen Längenabmessungen
der in den wärmeleitenden
Lagen gebildeten Öffnungen
wird der Lötprozeß sorgfältig gesteuert,
so daß das
Lötmaterial
die Öffnungen
nicht vollständig oder
teilweise blockiert. Bevorzugt wird vor dem Löten Silber auf die wärmeleitenden
Lagen in einer Dicke plattiert, die zwischen etwa 0,25 und etwa
2 μ bei wärmeleitenden
Lagen von etwa 150 μ Dicke
variiert.Because of
the microscopic length dimensions
in the heat-conducting
Layers formed openings
the soldering process is carefully controlled,
so that
Solders
the openings
not complete or
partially blocked. Preference is given to silver on the heat-conducting before soldering
Plies plated in a thickness ranging between about 0.25 and about
2 μ at thermally conductive
Layers of about 150 μ thickness
varied.
Das
Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers
umfaßt
vorzugsweise weiterhin einen Schritt eines Ausrichtens der Öffnungen
in jeder der Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen vor dem
Zusammenkuppeln der Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen.
Diese Ausrichtung stellt sicher, daß die Verbund-Mikrostruktur,
die sich aus der Kombination der Mehrzahl von wärmeleitenden Lagen ergibt,
die gewünschten
Eigenschaften aufweist. Beispielsweise stellt die Ausrichtung sicher,
wenn Mikrokanal-Strukturen gebildet werden, daß ihre angestrebten Verhältnisse
primär
von der Anzahl der wärmeleitenden
Lagen abhängen,
die miteinander verbunden sind.The
Method for producing a heat exchanger
comprises
preferably further comprising a step of aligning the openings
in each of the plurality of windowed layers in front of
Coupling together the plurality of windowed layers.
This alignment ensures that the composite microstructure,
which results from the combination of the plurality of heat-conducting layers,
the desired
Features. For example, the alignment ensures
When microchannel structures are formed, their desired ratios
primary
from the number of thermally conductive
Depend on layers
which are interconnected.
Die
vorliegende Erfindung umfaßt
einen weiten Bereich von Verfahren zum Bilden der mit Fenstern versehenen
Lagen, einschließlich
jener, welche auf einer Materialentfernung beruhen und jener, welche
auf einer Materialablagerung beruhen. Beispielhafte Verfahren umfassen,
ohne darauf beschränkt zu
sein, Laser-Bohren, Laser-Bearbeiten, Naßätzen, LIGA, Strahlenlithographie,
Ionenstrahlätzen,
chemische Dampfablage (CVD), physikalische Dampfablage (PVD), Sputter-Ablage,
evaporative Ablagerung, molekulare Strahlepitaxie, elektroloses
und elektrolytisches Plattieren. Obwohl viele dieser Verfahren HARM-Verfahren
sind, erfordert die vorliegende Erfindung nicht ein HARM-Verfahren.The
present invention
a wide range of methods for forming the windowed
Lays, including
those who rely on material removal and those who
based on a material deposit. Exemplary methods include
without being limited to
laser drilling, laser machining, wet etching, LIGA, beam lithography,
ion beam etching,
chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), sputter deposition,
evaporative deposition, molecular beam epitaxy, electroless
and electrolytic plating. Although many of these procedures are HARM procedures
The present invention does not require a HARM method.
Bevorzugt
werden die Mikroöffnungen
durch einen nassen Ätzprozeß gebildet.
Der bevorzugte nasse Ätzprozeß ist ein
isotropischer nasser Ätzprozeß. Bei der
bevorzugten Ausgestaltung, bei welcher die wärmeleitenden Lagen Kupfer enthalten,
kann der Prozeß des
Bildens der Mikroöffnungen
durch chemisches Maskenätzen
(auch bekannt als fotochemisches Bearbei ten oder PCM) erfolgen,
durch elektrochemisches Masken-Ätzen
(auch bekannt als Elektroätzen
oder elektrochemisches Mikrobearbeiten), oder andere geeignete nasse Ätzverfahren.Preferably, the micro-openings are formed by a wet etching process. The preferred wet etching process is an isotropic wet etching process. In the preferred embodiment in which the heat-conductive layers contain copper, the process of forming the micro-openings by chemical masking (also known as fotoche mixing or PCM) by electrochemical masking (also known as electroetching or electrochemical micromachining) or other suitable wet etching techniques.
Die
Verbund-Mikrostruktur, die durch Zusammenkuppeln der Mehrzahl von
wärmeleitenden
Lagen gebildet wird, enthält
eine Mikro-Maschenstruktur, eine Vielzahl von Mikrokanälen oder
eine andere Struktur mit einem hohen Oberflächen-/Volumen-Materialverhältnis. Bei
der vorliegenden Erfindung wird eine Mikrostruktur durch Bilden
von Mikroöffnungen durch
jede der mehreren wärmeleitenden
Lagen gebildet, vorzugsweise unter Verwendung eines nassen Ätzverfahrens,
welches die Bildung eines ersten Mikromusters in einer ersten Seite
jeder wärmeleitenden
Lage umfaßt,
sowie ein zweites Mikromuster in einer zweiten Seite jeder wärmeleitenden
Lage. Auf diese Weise sind die ersten und zweiten Mikromuster komplementär, um kontinuierliche
Mikrokanäle
in der wärmeleitenden
Lage zu bilden. Alternativ sind die ersten und zweiten Mikromuster
so ausgebildet, daß sie
eine sich überlappende
Mikromaschenstruktur in der wärmeleitenden
Lage bilden.The
Composite microstructure formed by coupling the plurality of
thermally conductive
Layers is formed, contains
a micro-mesh, a variety of microchannels or
another structure with a high surface / volume material ratio. at
In the present invention, a microstructure is formed by forming
from micro-openings
each of the several heat-conducting
Layers are formed, preferably using a wet etching process,
which is the formation of a first micropattern in a first page
every heat-conducting
Situation includes
and a second micropattern in a second side of each thermally conductive one
Location. In this way, the first and second micropatterns are complementary to continuous
microchannels
in the heat-conducting
Able to form. Alternatively, the first and second micropatterns are
so educated that she
an overlapping one
Micromesh structure in the heat-conducting
Make up position.
Die
Mehrzahl von wärmeleitenden
Lagen hat bevorzugt eine Dicke zwischen etwa 50 und etwa 250 μ. Weiterhin
haben die in den wärmeleitenden
Lagen gebildeten Mikroöffnungen
bevorzugt Dimensionen zwischen etwa 50 und etwa 300 μ.The
Plurality of thermally conductive
Layers preferably have a thickness between about 50 and about 250 μ. Farther
have those in the heat-conducting
Laying micro-openings formed
preferably dimensions between about 50 and about 300 μ.
Unter
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren
zum Herstellen eines Mikro-Wärmetauschers
eine wärmeleitende Struktur
mit einem hohen Oberflächen-/Volumen-Materialverhältnis (HSVRM)
auf. Das Verfahren umfaßt die
Schritte eines Vorsehens einer Deckelstruktur, die aus einem ersten
Material besteht, Ankuppeln einer Verteilerstruktur, die aus einem
zweiten Material besteht und so ausgebildet ist, daß sie Kühlflüssigkeit von
der Deckelstruktur verteilt, Bilden einer Vielzahl von Mikroöffnungen
durch eine Mehrzahl von wärmeleitenden
Lagen, enthaltend ein wärmeleitendes
Material unter Verwendung eines Material entfernenden Verfahrens,
um eine Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen zu bilden. Das
Verfahren umfaßt
außerdem
ein Zusammenkuppeln der Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen,
um eine HSVRM-Verbund-Struktur zu bilden, welche das wärmeleitende Material
aufweist, wobei die betreffenden Mikroöffnungen, die in jeder der
mehreren wärmeleitenden Lagen
gebildet sind, so ausgebildet sind, daß sie eine HSVRM-Struktur bilden,
wenn die wärmeleitenden Lagen
zusammengekuppelt sind. Das Verfahren umfaßt weiterhin ein Ankuppeln
der Verbund-HSVRM-Struktur an die Verteilerstruktur und die Deckelstruktur,
so daß die
Verteilerlage so ausgebildet ist, daß sie Fluid an die HSVRM-Struktur liefert,
und ein Ankuppeln einer ebenen Basisstruktur, welches ein drittes
Material aufweist, an die HSVRM-Verbundstruktur, die Verteilerstruktur
und die Deckelstruktur, um einen Mikro-Wärmetauscher zu bilden.Under
Another aspect of the present invention includes a method
for making a micro heat exchanger
a thermally conductive structure
with a high surface / volume ratio (HSVRM)
on. The method comprises the
Steps of providing a lid structure consisting of a first
Material consists of coupling a distributor structure, which consists of a
second material and is formed so that they coolant from
the lid structure distributed, forming a plurality of micro-openings
by a plurality of heat-conducting
Layers containing a thermally conductive
Material using a material removing process,
to form a plurality of windowed layers. The
Method includes
Furthermore
a coupling together of the plurality of windowed layers,
to form a HSVRM composite structure, which is the heat-conducting material
having the respective micro-openings in each of the
several heat-conducting layers
are formed so as to form an HSVRM structure,
when the heat-conducting layers
are coupled together. The method further comprises coupling
the composite HSVRM structure to the manifold structure and the lid structure,
So that the
Distributor layer is designed so that it delivers fluid to the HSVRM structure,
and coupling a planar base structure, which is a third
Material has, to the HSVRM composite structure, the distribution structure
and the lid structure to form a micro heat exchanger.
Unter
diesem Aspekt ist die HSVRM-Struktur bevorzugt gemäß dem zuvor
angegebenen Verfahren gebildet, wobei die wärmeleitenden Lagen bevorzugt
aus Kupfer bestehen, und bevorzugt durch ein Lötverfahren zusammengekuppelt
sind. Weiterhin werden der Deckel, der Verteiler und die ebene Basisstruktur
bevorzugt mit der HSVRM-Struktur durch einen Hartlötprozeß unter
Verwendung eines auf Silber basierenden Lötmaterials zusammengekuppelt. Silber
wird bevorzugt auf die Deckel-, Verteiler- und Basisstrukturen in
einer Dicke zwischen etwa 1 und etwa 10μ plattiert. Bevorzugt werden
die wärmeleitenden
Lagen, welche die HSVRM-Struktur bilden, mit etwa 1μ Silber und
die Verteiler-, Deckel- und Basisstrukturen mit etwa 4μ Silber plattiert.
Bei anderen Ausgestaltungen des Lötprozesses wird der Verteiler mit
etwa 4μ Silber
plattiert und die wärmeleitende HSVRM-Struktur
mit 1μ Silber,
während
der Deckel und die ebene Basisstruktur unplattiert bleiben.Under
In this aspect, the HSVRM structure is preferred according to the above
formed method, wherein the heat-conductive layers are preferred
made of copper, and preferably coupled together by a soldering process
are. Furthermore, the lid, the distributor and the flat base structure
preferably with the HSVRM structure by a brazing process under
Use of a silver-based soldering material coupled together. silver
is preferred to the lid, distributor and base structures in
a thickness between about 1 and about 10μ plated. To be favoured
the heat-conducting
Layers forming the HSVRM structure with about 1μ silver and
the manifold, lid and base structures are plated with about 4μ silver.
In other embodiments of the soldering process, the distributor with
about 4μ silver
plated and the heat-conducting HSVRM structure
with 1μ silver,
while
the lid and the flat base structure remain unplated.
Bevorzugt
wird die ebene Basisstruktur im Anschluß an den Zusammenbau des Mikro-Wärmetauschers einem Feinfinish
unterzogen. Weiterhin schafft der zusammengebaute Mikro-Wärmetauscher
eine fluiddichte Struktur für
einen durch das Fluid ermöglichten
Wärmeaustausch
mit Ausnahme einer Mehrzahl von Anschlüssen, welche bevorzugt in der
Deckel- oder Verteilerstruktur
ausgebildet sind, um eine Fluidströmung bevorzugt von einem externen
Fluid-Netzwerk zu ermöglichen.Prefers
the planar base structure becomes a fine finish following the assembly of the micro heat exchanger
subjected. Furthermore, the assembled micro heat exchanger provides
a fluid-tight structure for
one made possible by the fluid
heat exchange
with the exception of a plurality of terminals, which are preferred in the
Cover or distributor structure
are adapted to a fluid flow preferably from an external
To allow fluid network.
Bei
der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die
Anzahl und die Dicke der Mehrzahl von wärmeleitenden Lagen, aus welcher
die HSVRM-Struktur zusammengesetzt ist, so gewählt, daß sie den Druckverlust und
die thermischen Widerstandscharakteristika des Mikro-Wärmetauschers
optimieren.at
the preferred embodiment of the present invention are the
Number and thickness of the plurality of heat conductive layers, from which
the HSVRM structure is composed, chosen so that it the pressure loss and
the thermal resistance characteristics of the micro heat exchanger
optimize.
Unter
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein mikrostrukturierter
Wärmetauscher
eine Mehrzahl von wärmeleitenden
Lagen auf, die jeweils eine Vielzahl von durch sie ausgebildeten
Mikroöffnungen
aufweisen, wobei die Vielzahl von länglichen Mikroöffnungen
ausgerichtet ist und die Mehrzahl von wärmeleitenden Lagen zusammengekuppelt
ist, um eine HSVRM-Struktur zu bilden, wobei jede längliche Öffnung in
einer ersten wärmeleitenden
Lage mit mehr als drei länglichen Öffnungen
von wenigstens einer benachbarten wärmeleitenden Lage kommuniziert.Under
Another aspect of the present invention includes a microstructured one
heat exchangers
a plurality of heat-conducting
Layers, each having a variety of trained by them
microopenings
have, wherein the plurality of elongated micro-openings
is aligned and the plurality of heat conductive layers coupled together
is to form a HSVRM structure, with each elongated opening in
a first heat-conducting
Location with more than three oblong openings
of at least one adjacent heat conductive layer communicates.
Der
mikrostrukturierte Wärmetauscher
weist bevorzugt wärmeleitende
Lagen auf, welche Kupfer aufweisen, und welche durch einen Lötprozeß zusammengekuppelt
sind. Weiterhin sind die Mikroöffnungen
bevorzugt durch ein isotropisches nasses Ätzverfahren wie bei den zuvor
beschriebenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung gebildet, obwohl
sie durch eine Anzahl alternativer Verfahren geschaffen werden können. Weiterhin
sind die Anzahl und Dicke der mehreren wärmeleitenden Lagen bevorzugt
so gewählt,
daß sie
den Druckverlust und die thermischen Widerstandscharakteristika
des mikrostrukturierten Wärmetauschers
optimieren.The microstructured heat exchanger preferably has thermally conductive layers comprising copper and which are coupled together by a soldering process. Furthermore, the micro-openings are preferably by an isotropic wet Etching methods are formed as in the previously described embodiments of the present invention, although they may be provided by a number of alternative methods. Furthermore, the number and thickness of the plurality of heat conductive layers are preferably selected to optimize the pressure loss and thermal resistance characteristics of the microstructured heat exchanger.
Unter
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein mikrostrukturierter
Wärmetauscher
eine Mehrzahl von wärmeleitenden
Lagen auf, welche jeweils eine Vielzahl von länglichen Mikroöffnungen
aufweisen, die sich durch diese erstrecken, wobei die Vielzahl länglicher
Mikroöffnungen ausgerichtet
ist und die Mehrzahl von wärmeleitenden
Lagen zusammengekuppelt ist, um eine HSVRM-Struktur zu bilden, wobei
jede längliche Öffnung in einer
ersten wärmeleitenden
Lage mit nur einer länglichen Öffnung einer
benachbarten wärmeleitenden
Lage kommuniziert.Under
Another aspect of the present invention includes a microstructured one
heat exchangers
a plurality of heat-conducting
Lay on each of which has a variety of elongated micro-openings
extending therethrough, the plurality being elongated
Aligned micro openings
is and the majority of thermally conductive
Layer is coupled together to form a HSVRM structure, wherein
every elongated opening in one
first heat-conducting
Location with only one elongated opening one
adjacent heat-conducting
Location communicates.
Die
Vielzahl länglicher
Mikroöffnungen
ist bevorzugt in jeder der mehreren wärmeleitenden Lagen gleich.
Die Mikroöffnungen
werden wiederum bevorzugt durch ein isotropisches nasses Ätzverfahren
gebildet, welches an einer Mehrzahl von Kupfer enthaltenden wärmeleitenden
Lagen ausgeführt
wird, wobei die Lagen später
durch ein Hartlötverfahren
unter Verwendung eines Silber enthaltenden Lötmaterials miteinander verbunden
werden. Bevorzugt wird die Anzahl und Dicke der Mehrzahl von wärmeleitenden Lagen
so gewählt,
daß sie
den Druckabfall und die thermischen Widerstandseigenschaften des
mikrostrukturierten Wärmetauschers
optimieren.The
Variety elongated
microopenings
is preferably the same in each of the plurality of heat conductive layers.
The micro-openings
are again preferred by an isotropic wet etching process
formed, which at a plurality of copper-containing heat-conducting
Performed layers
becomes, with the situations later
through a brazing process
bonded together using a silver-containing solder material
become. The number and thickness of the plurality of heat-conducting layers is preferred
chosen so
that she
the pressure drop and the thermal resistance properties of the
microstructured heat exchanger
optimize.
Bei
alternativen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird die
Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen durch Material abscheidende
Verfahren gebildet, wie CVD, PVD, molekulare Strahlepitaxy, Sputterablagerung,
evaporative Ablagerung oder Plattieren, und in der oben beschriebenen
Weise zusammengekuppelt.at
alternative embodiments of the present invention will be the
Plurality of windowed layers through material-segregating layers
Processes formed, such as CVD, PVD, molecular beam epitaxy, sputter deposition,
evaporative deposition or plating, and in the above described
Way coupled together.
Die
vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um eine große Vielfalt
von wärmetauschenden
Strukturen zu bilden. Beispielsweise umfaßt die vorliegende Erfindung
eine Bildung durch die oben diskutierten und nachstehend detaillierter
beschriebenen Wärmeaustauschstrukturen,
die in den älteren Anmeldungen
gelehrt werden. Diese umfassen die Strukturen, welche in der anhängigen U.S.-Patentanmeldung
S.N. 10/439 635 vom 16. Mai 2003 „METHODS FOR FLEXIBLE FLUID
DILIVERY AND HOTSPOT COOLING OF MICROCHANNEL HEAT SINKS", in der anhängigen U.S.-Patentanmeldung S.N.
10/439 912 vom 16. Mai 2003 "INTERVOWEN MANIFOLDS
FOR PRESSURE DROP REDUCTION IN MICROCHANEL HEAT EXCHANGERS", in der anhängigen U.S.-Patentanmeldung S.N.
10/680 584 vom 6. Oktober 2003 „METHOD AND APPARATUS FOR
EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING HEAT PRODUCTION DEVICE", und in der anhängigen U.S.-Patentanmeldung
S.N. 10/612 241 vom 1. Juli 2003 „MULTI-LEVEL MICROCHANNEL
HEAT EXCHANGERS" gelehrt
werden.The
The present invention can be used to a great variety
of heat exchanging
To form structures. For example, the present invention includes
an education by the ones discussed above and in more detail below
described heat exchange structures,
those in the older applications
being taught. These include the structures disclosed in pending U.S. Patent Application
S.N. 10/439 635 of 16 May 2003 "METHODS FOR FLEXIBLE FLUID
DILIVERY AND HOTSPOT COOLING OF MICROCHANNEL HEAT SINKS ", in co-pending U.S. patent application S.N.
10/439 912 of 16 May 2003 "INTERVOWEN MANIFOLDS
FOR PRESSURE DROP REDUCTION IN MICROCHANEL HEAT EXCHANGERS ", in pending U.S. patent application S.N.
10/680 584 of 6 October 2003 "METHOD AND APPARATUS FOR
EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING HEAT PRODUCTION DEVICE ", and in the pending U.S. patent application
S.N. 10/612 241 of 1 July 2003 "MULTI-LEVEL MICROCHANNEL
HEAT EXCHANGERS "
become.
Kurze Beschreibung
der verschiedenen Ansichten der ZeichnungenShort description
the different views of the drawings
1A zeigt
eine teilweise Querschnittsansicht von zwei wärmeleitenden Lagen, welche
unter Verwendung von zwei Mikromustern gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung gebildet sind. 1A FIG. 12 shows a partial cross-sectional view of two heat conductive layers formed using two micropatterns according to an embodiment of the present invention. FIG.
1B zeigt
eine perspektivische Ansicht einer wärmeleitenden Lage, welche unter
Verwendung von zwei Mikromustern gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung gebildet ist. 1B FIG. 12 shows a perspective view of a thermally conductive layer formed using two micropatterns according to an embodiment of the present invention. FIG.
1C zeigt
eine perspektivische Darstellung einer HSVRM-Struktur, welche aus
einer Mehrzahl von wärmeleitenden
Lagen gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildet ist. 1C shows a perspective view of a HSVRM structure, which is formed from a plurality of heat conductive layers according to the present invention.
2A zeigt
eine Explosionsdarstellung eines Mikrowärmetauschers gemäß den Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung. 2A shows an exploded view of a micro heat exchanger according to the embodiments of the present invention.
2B zeigt
eine perspektivische Darstellung eines zusammengebauten Mikrowärmetauschers
gemäß den Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung. 2 B shows a perspective view of an assembled micro heat exchanger according to the embodiments of the present invention.
3A zeigt
eine Draufsicht auf die alternative Verteilerschicht bzw. -lage
des Wärmetauschers gemäß der vorliegenden
Erfindung. 3A shows a plan view of the alternative distribution layer or layer of the heat exchanger according to the present invention.
3B zeigt eine Explosionsdarstellung des alternativen
Wärmetauschers
mit der alternativen Verteilerschicht gemäß der vorliegenden Erfindung. 3B shows an exploded view of the alternative heat exchanger with the alternative distribution layer according to the present invention.
4 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer verflochtenen Verteilerschicht
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 4 shows a perspective view of a braided distribution layer according to the present invention.
5 zeigt
eine Draufsicht auf die verflochtene Verteilerschicht mit einer
Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. 5 shows a plan view of the intertwined distribution layer with a boundary layer according to the present invention.
6A zeigt
eine Querschnittsansicht der verflochtenen Verteilerschicht bzw.
-lage mit der Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang den Linien A-A
gesehen. 6A shows a cross-sectional view of the intertwined distribution layer or layer with the boundary layer according to the present invention seen along the lines AA.
6B zeigt
eine Querschnittsansicht der verflochtenen Verteilerschicht mit
der Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang den Linien B-B gesehen. 6B shows a cross-sectional view of the braided distribution layer with the boundary layer according to the present invention seen along the lines BB.
6C zeigt
eine Querschnittsansicht der verflochtenen Verteilerschicht mit
der Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang den Linien C-C gesehen. 6C shows a cross-sectional view of the intertwined distribution layer with the boundary layer according to the present invention seen along the lines CC.
7A zeigt
eine Explosionsdarstellung der verflochtenen Verteilerschicht mit
der Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. 7A shows an exploded view of the braided distribution layer with the boundary layer according to the present invention.
7B zeigt
eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung
der Grenzschicht bzw. -lage gemäß der vorliegenden
Erfindung. 7B shows a perspective view of an alternative embodiment of the boundary layer or layer according to the present invention.
8A zeigt
eine Draufsicht auf eine alternative Verteilerschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. 8A shows a plan view of an alternative distribution layer according to the present invention.
8B zeigt
eine Draufsicht auf die Grenzschicht gemäß der vorliegenden Erfindung. 8B shows a plan view of the boundary layer according to the present invention.
8C zeigt
eine Draufsicht auf die Grenzschicht gemäß der vorliegenden Erfindung. 8C shows a plan view of the boundary layer according to the present invention.
9A zeigt
eine Seitenansicht der alternativen Ausgestaltung des Drei-Etagen-Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 9A shows a side view of the alternative embodiment of the three-level heat exchanger according to the present invention.
9B zeigt
eine Seitenansicht der alternativen Ausgestaltung des Zwei-Etagen-Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 9B shows a side view of the alternative embodiment of the two-level heat exchanger according to the present invention.
10A–10E zeigen perspektivische Ansichten der Grenzschicht
bzw. -lage mit unterschiedlichen Mikro-Stift-Anordnungen gemäß der vorliegenden
Erfindung. 10A - 10E show perspective views of the interface with different micro-pin assemblies according to the present invention.
11 zeigt
eine ausgeschnittene Perspektivdarstellung des alternativen Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 11 shows a cutaway perspective view of the alternative heat exchanger according to the present invention.
12A zeigt eine Explosionsdarstellung eines Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12A shows an exploded view of a heat exchanger according to the present invention.
12B zeigt eine Explosionsdarstellung eines alternativen
Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12B shows an exploded view of an alternative heat exchanger according to the present invention.
12C zeigt eine perspektivische Darstellung des
alternativen Zirkulationsniveaus gemäß der vorliegenden Erfindung. 12C shows a perspective view of the alternative circulation level according to the present invention.
12D zeigt eine perspektivische Darstellung der
Unterseite eines Einlaßniveaus
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12D shows a perspective view of the bottom of an inlet level according to the present invention.
12E zeigt eine perspektivische Darstellung der
Unterseite eines alternativen Einlaßniveaus gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12E shows a perspective view of the bottom of an alternative inlet level according to the present invention.
12F zeigt eine perspektivische Darstellung der
Unterseite eines Auslaßniveaus
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12F shows a perspective view of the bottom of an outlet level according to the present invention.
12G zeigt eine perspektivische Darstellung der
Unterseite eines alternativen Auslaßniveaus gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12G shows a perspective view of the bottom of an alternative outlet level according to the present invention.
12H zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12H shows a cross-sectional view of a heat exchanger according to the present invention.
12I zeigt eine Querschnittsdarstellung des alternativen
Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12I shows a cross-sectional view of the alternative heat exchanger according to the present invention.
13 zeigt
eine Draufsicht auf das Zirkulationsniveau mit einer Anordnung von
Einlaß-
und Auslaßöffnungen
für eine
Ein-Phasen-Fluidströmung gemäß der vorliegenden
Erfindung. 13 Figure 11 is a plan view of the circulation level with an arrangement of inlet and outlet ports for single-phase fluid flow according to the present invention.
14 zeigt
eine Draufsicht auf das Zirkulationsniveau mit einer Anordnung von
Einlaß-
und Auslaßöffnungen
für eine
Zwei-Phasen-Fluidströmung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 14 shows a plan view of the circulation level with an arrangement of inlet and outlet ports for a two-phase fluid flow according to the present invention.
Detaillierte
Beschreibung der Ausgestaltungen der Erfindungdetailed
Description of the embodiments of the invention
Die
vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Bilden von wärmeleitenden
Lagen und ein Zusammenkuppeln mehrerer solcher Lagen, um einen dreidimensional
mikrostrukturierten Bereich zu bilden. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist
der mikrostrukturierte Bereich Mikromaschen, Mikrokanäle oder
andere Mikrostrukturen auf. 1A zeigt
eine erste Ausgestaltung eines Mikromaschen-Bereiches, 2A zeigt
eine zweite Ausgestaltung eines Mikromaschen-Bereiches. 1C zeigt
eine Mehrzahl von gebildeten und zusammengekuppelten Lagen, um Mikrokanäle gemäß den Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung zu bilden.The present invention describes a method for forming thermally conductive layers and coupling together several such layers to form a three-dimensionally microstructured area. In accordance with the present invention, the microstructured region comprises micro-pockets, microchannels or other microstructures. 1A shows a first embodiment of a micro-mesh region, 2A shows a second embodiment of a micro-pocket area. 1C shows a plurality of formed and coupled layers to form microchannels according to the embodiments of the present invention.
1A zeigt
zwei mit Fenstern versehene Lagen 100, 150, welche
gemäß der vorliegenden
Erfindung aus zwei wärmeleitenden
Lagen gebildet sind. Bevorzugt werden die beiden wärmeleitenden Lagen
unter Verwendung eines nassen Ätzverfahrens
gebildet, wobei Fotowerkzeuge verwendet werden, welche die Stellen
und Muster der Mikroöffnungen 120, 170 der
mit Fenstern versehenen Lagen 100, 150 bestimmen.
Die beiden mit Fenstern versehen Lagen weisen eine Mehrzahl von
dicken, massiven Stäben 110, 160 und
dünnen
massiven Stäben 130, 180 auf,
welche die Mikroöffnungen 120 170
bilden. 1A shows two layers provided with windows 100 . 150 , which are formed according to the present invention of two heat-conductive layers. Preferably, the two thermally conductive layers are formed using a wet etching process, using phototool tools showing the locations and patterns of the microapertures 120 . 170 the windowed layers 100 . 150 determine. The two windowed layers have a plurality of thick, solid rods 110 . 160 and thin massive rods 130 . 180 on which the micro-openings 120 170 form.
Bei
der in 1 dargestellten Ausgestaltung sind
die Mikroöffnungen 120 der
mit Fenstern versehenen Lage 100 und die Mikroöffnungen 170 der
mit Fenstern versehenen Lage 150 so ausgebildet, daß sie einander überlappen,
so daß jede Öffnung 120 in der
mit Fenstern versehenen Lage 100 mit mehr als drei Öffnungen 170 der
mit Fenstern versehenen Lage 150 kommuniziert. Bei dieser
Ausgestaltung ist die mit Fenstern versehene Lage 100 unter
Ver wendung eines ersten Mikromusters gebildet und die mit Fenstern
versehene Lage 150 ist unter Verwendung eines zweiten Mikromusters
gebildet. Die ersten und zweiten Mikromuster sind so ausgebildet,
daß sie
die in 1A dargestellte überlappende
Mikromaschenstruktur bilden, wenn die Lagen 100 und 150 zusammengekuppelt
sind.At the in 1 illustrated embodiment are the micro-openings 120 the verse with windows Henen location 100 and the micro-openings 170 the windowed location 150 designed so that they overlap each other so that each opening 120 in the windowed position 100 with more than three openings 170 the windowed location 150 communicated. In this embodiment, the windowed position 100 formed using a first micropattern and the windowed layer 150 is formed using a second micropattern. The first and second micropatterns are designed to match the in 1A formed overlapping micro-mesh structure when the layers 100 and 150 are coupled together.
1B zeigt
eine einzelne mit Fenstern versehene Lage 200, welche aus
einer wärmeleitenden Lage
gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildet ist. Die Lage 200 enthält eine
erste Unterlage aus mikrodimensionierten dicken massiven Trägern 210 und dünnen massiven
Trägern 230,
welche die Mikroöffnungen 220 bilden,
und eine zweite Unterlage von mikrodimensionierten dicken massiven
Trägern 260 und
dünnen
massiven Trägern 240,
welche die Mikroöffnungen 250 bilden. 1B shows a single windowed position 200 which is formed of a heat conductive sheet according to the present invention. The location 200 contains a first backing of micro-sized thick solid straps 210 and thin massive straps 230 which the micro-openings 220 and a second backing of microdimensional thick solid straps 260 and thin massive straps 240 which the micro-openings 250 form.
Bei
der in 1B dargestellten Ausgestaltung
sind die Mikroöffnungen 220 und
die Mikroöffnungen 250 länglich ausgebildet
und so, daß sie
einander überlappen,
so daß jede Öffnung 220 mit
mehr als drei der Öffnungen 250 kommuniziert.
Bei dieser Ausgestaltung sind die Öffnungen 220 in einer
ersten Seite der wärmeleitenden
Lage unter Verwendung eines ersten Mikromusters ausgebildet, und
die Öffnungen 250 in
einer zweiten Seite der wärmeleitenden
Lage, aus welcher die mit Fenstern versehene Lage 200 unter
Verwendung eines zweiten Mikromusters gebildet ist. Bei der Bildung
der mit Fenstern versehenen Lage 200 sind die ersten und
zweiten verwendeten Mikromuster so ausgebildet, daß sie die
in 1B dargestellte, einander überlappende Mikromaschenstruktur
innerhalb der einzelnen mit Fenstern versehenen Lage 200 bilden.At the in 1B illustrated embodiment are the micro-openings 220 and the micro-openings 250 elongated and so that they overlap each other, so that each opening 220 with more than three of the openings 250 communicated. In this embodiment, the openings 220 formed in a first side of the heat-conductive layer using a first micropattern, and the openings 250 in a second side of the heat-conducting layer, from which the windowed position 200 is formed using a second micropattern. In the formation of the windowed position 200 For example, the first and second micropatterns used are designed to correspond to those described in U.S. Pat 1B shown, overlapping micro-pocket structure within the individual windowed layer 200 form.
1C zeigt
eine mikrostrukturierte Materialstruktur 300 mit einer
Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen 310, welche
zusammengekuppelt sind, um eine Vielzahl von Mikrokanälen 320 mit
einem hohen angestrebten Verhältnis
zu bilden. Jede mit Fenstern versehene Lage 310 weist einen
mikrostrukturierten Bereich auf, der dicke massive Träger 330 und
dünne massive
Träger 340 enthält. Die
Träger 330, 340 bilden
die Mikrokanäle 320,
wenn die mit Fenstern versehenen Lagen 310 in die Struktur 300 zusammengebaut
sind. Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Mikrokanäle 320 in
jeder mit Fenstern versehenen Lage 310 vor dem Zusammenkuppeln
der mehreren mit Fenstern versehenen Lagen 310 ausgerichtet.
Diese Ausrichtung stellt sicher, daß die Verbund-Mikrostruktur,
die aus der Kombination der mehreren wärmeleitenden Lagen resultiert,
die gewünschten
Eigenschaften aufweist. Aufgrund der Ausrichtung haben die Mikrokanalstrukturen 320 angestrebte
Verhältnisse,
welche primär
von der Anzahl der Anzahl der mit Fenstern versehenen, miteinander
verbundenen Lagen 310 abhängen. 1C shows a microstructured material structure 300 with a plurality of windowed layers 310 which are coupled together to a variety of microchannels 320 to form with a high desired ratio. Each windowed location 310 has a microstructured area, the thick solid support 330 and thin massive straps 340 contains. The carriers 330 . 340 form the microchannels 320 when the windowed layers 310 into the structure 300 assembled. According to the present invention, the microchannels become 320 in every windowed location 310 prior to coupling together the plurality of windowed layers 310 aligned. This alignment ensures that the composite microstructure resulting from the combination of the multiple thermally conductive layers has the desired properties. Due to the orientation, the microchannel structures have 320 desired ratios, which primarily on the number of the number of windows provided with interconnected layers 310 depend.
Bei
der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung enthalten
die mit Fenstern versehenen Lagen 310 Kupfer und werden
durch einen Lötprozeß zusammengekuppelt.
Das Löten
erfolgt bevorzugt in einem Ofen unter Vakuum oder Reduzieren der
Atmosphäre
wie unter Bildung eines Gases oder reinen Stickrstoffgases. Bevorzugt
erfolgt das Löten
mit einem Silber enthaltenden Lötmaterial. Bei
einer Verwendung von Silber wird der Ofen bevorzugt auf etwa 850°C erhitzt,
eine Temperatur, bei welcher Silber in Kupfer defundiert und eine Cu-Ag-Metallegierung
bildet, welche schmilzt und eine exzellente thermische und mechanische
Verbindung schafft.In the preferred embodiment of the present invention, the windowed layers include 310 Copper and are coupled together by a soldering process. The brazing is preferably carried out in an oven under vacuum or reducing the atmosphere as to form a gas or pure nitrogen gas. Preferably, the soldering is carried out with a silver-containing soldering material. When using silver, the furnace is preferably heated to about 850 ° C, a temperature at which silver diffuses into copper and forms a Cu-Ag metal alloy, which melts and provides excellent thermal and mechanical bonding.
Wegen
der mikroskopischen Längenabmessungen
der in den wärmeleitenden
Lagen gebildeten Öffnungen
wird der Lötprozeß sorgfältig so
gesteuert, daß das
Lötmaterial
die Öffnungen
nicht vollständig oder
teilweise verschließt.
Bevorzugt wird vor dem Löten
Silber auf die mit Fenstern versehen Lagen 310 plattiert,
und zwar in einer Dicke, die zwischen etwa 0,25 und etwa 2 μ für mit Fenstern
versehene Lagen 310 einer Dicke von etwa 150 μ variiert.Because of the microscopic length dimensions of the apertures formed in the thermally conductive layers, the brazing process is carefully controlled so that the braze material does not completely or partially occlude the apertures. Silver is preferably applied to the windowed layers before soldering 310 plated, in a thickness of between about 0.25 and about 2 μ for windowed layers 310 a thickness of about 150 μ varies.
2A zeigt
eine Explosionsdarstellung eines Mikro-Wärmetauschers 400 enthaltend
eine wärmeleitende
(HSVRM) Struktur gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Mikro-Wärmetauscher 400 weist eine
Deckelstruktur 410 auf, die an eine Verteilerstruktur 420 angekuppelt
ist, eine Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen 430,
und eine flache bzw. ebene Basisstruktur 440. Die Verteilerlage 420 ist
so ausgebildet, daß sie
Kühlflüssigkeit
verteilt. Bevorzugt sind alle Komponenten des Mikro-Wärmetauschers 400 durch
Hartlöten
zusammengekuppelt. Die Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen 430 weist
jeweils einen mit Mikroöffnungen
versehenen Bereich 435 auf. Wenn die mehreren mit Fenstern
versehenen Lagen 430 zusammengekuppelt sind, bilden die
Lagen eine Verbund-HSVRM-Struktur enthaltend ein wärmeleitendes
Material, aus dem die mit Fenstern versehenen Lagen 430 gebildet sind. 2A shows an exploded view of a micro-heat exchanger 400 containing a heat conductive (HSVRM) structure according to the present invention. The micro heat exchanger 400 has a lid structure 410 on, attached to a distribution structure 420 is coupled, a plurality of windowed layers 430 , and a flat base structure 440 , The distribution situation 420 is designed so that it distributes cooling fluid. All components of the micro heat exchanger are preferred 400 coupled together by brazing. The majority of windowed layers 430 each has a region provided with micro-openings 435 on. If the multiple windowed layers 430 are coupled together, the layers form a composite HSVRM structure containing a thermally conductive material, from which the windowed layers 430 are formed.
Die
Deckelstruktur 410, die Verteilerstruktur 420 und
die ebene Basisstruktur 440 werden bevorzugt mit der HSVRM-Struktur
zusammengekuppelt, welche durch das Zusammenkuppeln der mit Fenstern
versehenen Lagen 430 durch einen Lötprozeß unter Verwendung eines auf
Silber basierenden Lötmaterials
gebildet worden ist. Silber wird auf die Deckelstruktur 410,
die Verteilerstruktur 420 und die ebene Basisstruktur 440 in
einer Dicke zwischen etwa 1 und etwa 10μ plattiert. Bevorzugter werden die
wärmeleitenden
Lagen 430, welche die HSVRM-Struktur bilden, mit etwa 1 μ Silber und
die Verteilerstruktur 420, die Deckelstruktur 410 und
die Basisstruktur 440 mit etwa 4 μ Silber plattiert. Bei einigen
anderen Ausgestaltungen wird die Verteilerstruktur 420 mit
etwa 4μ Silber
plattiert, während
die Deckelstruktur 410 und die ebene Basisstruktur 440 unplattiert
bleiben.The lid structure 410 , the distribution structure 420 and the flat basic structure 440 are preferably coupled to the HSVRM structure resulting from the coupling together of the windowed layers 430 has been formed by a soldering process using a silver-based soldering material. Silver is on the De ckelstruktur 410 , the distribution structure 420 and the flat basic structure 440 plated in a thickness between about 1 and about 10μ. More preferred are the heat-conductive layers 430 , which form the HSVRM structure, with about 1 μ silver and the distribution structure 420 , the lid structure 410 and the basic structure 440 plated with about 4 μ silver. In some other embodiments, the distribution structure becomes 420 plated with about 4μ silver while the lid structure 410 and the flat basic structure 440 stay unplated.
Bevorzugt
wird die ebene Basisstruktur 440 im Anschluß an den
Zusammenbau des Mikro-Wärmetauschers 400 einem
Feinfinish unterzogen. Weiterhin weist der zusammengebaute Mikro-Wärmetauscher 400 eine
fluiddichte Struktur für
einen durch ein Fluid ermöglichten
Wärmetausch
auf, mit Ausnahme mehrerer Anschlüsse 415, die bevorzugt
in der Deckelstruktur 410 ausgebildet sind, um einem Fluid
zu ermöglichen,
in die Merkmale 425 der Verteilerstruktur 420 und
anschließend
zu der HSVRM-Struktur zu strömen.
Bevorzugt strömt
ein Fluid aus einem externen Fluid-Netzwerk.The flat basic structure is preferred 440 following the assembly of the micro heat exchanger 400 subjected to a fine finish. Furthermore, the assembled micro-heat exchanger 400 a fluid-tight structure for a fluid-enabled heat exchange, with the exception of multiple ports 415 which are preferred in the lid structure 410 are designed to allow a fluid in the features 425 the distribution structure 420 and then to flow to the HSVRM structure. Preferably, a fluid flows from an external fluid network.
Bei
der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die
Anzahl und Dicke der mehreren mit Fenstern versehenen Lagen 430,
welche die Verbund-HSVRM-Struktur bilden, so gewählt, daß der Druckverlust und die
thermischen Widerstandseigenschaften des Mikro-Wärmetauschers 400 optimiert
werden.In the preferred embodiment of the present invention, the number and thickness of the plurality of windowed layers 430 , which form the composite HSVRM structure, chosen so that the pressure drop and the thermal resistance properties of the micro-heat exchanger 400 be optimized.
2B ist
eine perspektivische Ansicht eines Mikro-Wärmetauschers 500 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Mikro-Wärmetauscher 500 enthält eine
Deckelstruktur 510, eine Verteilerstruktur 520,
eine Basisstruktur 540 und eine Mehrzahl von wärmeleitenden
Lagen 530, welche jeweils eine Vielzahl von länglichen
Mikroöffnungen
aufweisen, welche sich durch die Lagen erstrecken. Die Vielzahl
von länglichen
Mikroöffnungen
ist ausgerichtet und die Mehrzahl von wärmeleitenden Lagen ist zusammengekuppelt,
um eine HSVRM-Struktur zu bilden. Weiterhin enthält die Deckelstruktur 510 eine
Mehrzahl von Fluid-Anschlüssen 560, 570,
um einem Fluid zu ermöglichen,
durch die Verteilerstruktur 520 und die HSVRM-Struktur zu strömen. 2 B is a perspective view of a micro heat exchanger 500 according to the present invention. The micro heat exchanger 500 contains a lid structure 510 , a distribution structure 520 , a basic structure 540 and a plurality of heat conductive layers 530 each having a plurality of elongate micro-openings extending through the layers. The plurality of elongate micro-openings are aligned and the plurality of heat-conductive layers are coupled together to form a HSVRM structure. Furthermore, the lid structure contains 510 a plurality of fluid ports 560 . 570 to allow fluid through the manifold structure 520 and to flow the HSVRM structure.
Bei
den Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind die in den 1A–2B dargestellten,
mit Fenstern versehenen Lagen bevorzugt durch einen nassen Ätzprozeß gebildet.
Bevorzugt verwendet der verwendete nasse Ätzprozeß ein isotropisches nasses Ätzverfahren.
Bei der bevorzugten Ausgestaltung, bei welcher die wärmeleitenden
Lagen Kupfer aufweisen, kann der Prozeß durch chemisches Maskenätzen (auch
als fotochemisches Bearbeiten bzw. PCM bekannt), durch elektrochemisches Maskenätzen (auch
als Elektroätzen
oder elektrochemisches Mikrobearbeiten bekannt) oder einen anderen
geeigneten nassen Ätzprozeß erfolgen.In the embodiments of the present invention are in the 1A - 2 B represented, provided with windows layers preferably formed by a wet etching process. Preferably, the wet etching process used uses an isotropic wet etching process. In the preferred embodiment in which the thermally conductive layers comprise copper, the process may be by chemical mask etching (also known as photochemical machining or PCM), by electrochemical mask etching (also known as electroetching or electrochemical micromachining), or other suitable wet etching process.
Auch
haben gemäß der vorliegenden
Erfindung die in den 1A–2B gezeigten,
mit Fenstern versehenen Lagen bevorzugt eine Dicke zwischen etwa
50 und etwa 250 μ.
Weiterhin weisen die in den wärmeleitenden
Lagen ausgebildeten Mikroöffnungen
zur Erzeugung von mit Fenstern versehenen Lagen bevorzugt Dimensionen
zwischen etwa 50 und 300 μ auf.Also have according to the present invention in the 1A - 2 B shown, with windowed layers preferably has a thickness between about 50 and about 250 μ. Furthermore, the micro-openings formed in the heat-conductive layers for producing windowed layers preferably have dimensions between approximately 50 and 300 μ.
Es
ist ersichtlich, daß die
Grenzschichten und die Verteilerschichten gemäß der vorliegenden Erfindung
auf andere Weise gebildet und kombiniert werden können. Beispielsweise
können
die mit Fenstern versehenen Lagen durch ein Verfahren einer Vielzahl
von Prozessen gebildet werden, einschließlich solcher, die auf einer
Materialablage, auf einer Materialentfernung und einer Materialdeformation beruhen.
Obwohl ein HARM-Verfahren verwendet werden kann, gestattet die vorliegende
Erfindung eine Konstruktion von Strukturen mit einem hohen angestrebten
Verhältnis
aus mit Fenstern versehenen Lagen auch dann, wenn jede Lage nicht
durch einen HARM-Prozeß hergestellt
worden ist. Beispielhafte Verfahren beinhalten – ohne hierauf beschränkt zu sein – Laserbohren,
Laserbearbeiten, Naßätzen, LIGA,
Radiolithography, Ionenstrahlätzen,
chemische Dampfablage, physikalische Dampfablage, Sputter-Ablage, evaporative
Ablage, molekulare Strahlepitaxy, elektroloses Plattieren und elektrolytisches
Plattieren. Auch kann ein Stanzen verwendet werden. Alternativ können diese
Strukturen durch Verwendung von Metall-Spritzguß (MIM), Kunststoff-Spritzguß, andere
Formen des Gießens
oder durch viele andere Mittel gebildet werden.It
it can be seen that the
Boundary layers and the distribution layers according to the present invention
can be formed and combined in other ways. For example
can
the windowed layers by a method of a plurality
be formed by processes, including those on a
Material tray based on material removal and material deformation.
Although a HARM method can be used, the present invention allows
Invention a construction of structures with a high desired
relationship
from windowed layers even if any layer is not
produced by a HARM process
has been. Exemplary methods include, but are not limited to, laser drilling,
Laser processing, wet etching, LIGA,
Radiolithography, ion beam etching,
chemical vapor deposition, physical vapor deposition, sputter deposition, evaporative
Storage, molecular beam epitaxy, electroless plating and electrolytic
Plate. Also punching can be used. Alternatively, these can
Structures through use of metal injection molding (MIM), plastic injection molding, others
Forms of casting
or be formed by many other means.
Wärmetauscher
gemäß der vorliegenden
Erfindung schaffen glatte Strömungspfade
und hochverzweigte Strömungsmuster,
in welchen sich Kühlmaterialien
bewegen. Solche Strukturen reduzieren die Belastung der Pumpen,
welche das Kühlmaterial durch
den Wärmetauscher
pumpen. Das Verfahren zum Herstellen von Wärmetauschern gemäß den Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung ist relativ preiswert. Ein Naßätzen ist
ein chemischer Ätzprozeß, welcher
bevorzugt nasse Chemikalien verwendet, um grabenartige Ausnehmungen
zu bilden, welche letztlich die Strömungspfade bilden. Die Verwendung
von nassen Chemikalien ist billig und schnell verglichen mit anderen
Verfahren zur Herstellung entsprechender Einrichtungen. Die vorliegende
Erfindung kann daher verwendet werden, um auf billige Weise Wärmetauscher
zum Kühlen
verschiedener Vorrichtungen herzustellen, wie Halbleitereinrichtungen,
Motoren, lichtemittierende Einrichtungen, Batterien, Wände von
Verfahrenskammern, MEMS, und jegliche Vorrichtung, welche Wärme erzeugt.
Viele Formen von Kühlmaterialien
können
durch die Wärmetauscher
durchströmt
werden, einschließlich – ohne hierauf beschränkt zu sein – Flüssigkeiten
wie Wasser, Luft, andere Gase, Dämpfe,
Kühlmittel
wie Freon oder andere Materialien oder Kombinationen von Materialien,
welche Wärme
absorbieren und effizient transportieren können.Heat exchangers according to the present invention provide smooth flow paths and highly branched flow patterns in which cooling materials move. Such structures reduce the load on the pumps which pump the cooling material through the heat exchanger. The method of manufacturing heat exchangers according to the embodiments of the present invention is relatively inexpensive. Wet etching is a chemical etching process which preferably uses wet chemicals to form trench-like recesses which ultimately form the flow paths. The use of wet chemicals is cheap and quick compared to other methods of making such devices. The present invention can therefore be used to inexpensively produce heat exchangers for cooling various devices, such as semiconductor devices, motors, light emitting devices, batteries, process chamber walls, MEMS, and any device that generates heat. Many forms of cooling materials can be affected by the heat Metals are traversed, including but not limited to, liquids such as water, air, other gases, vapors, refrigerants such as Freon or other materials, or combinations of materials that can absorb and efficiently transport heat.
3B zeigt eine Explosionsdarstellung des alternativen
Drei-Etagen-Wärmetauschers 100 mit der
alternativen Verteilerschicht gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die alternative Ausgestaltung, wie sie in 3B gezeigt
ist, ist ein Wärmetauscher 100 mit
drei Niveaus, welcher eine Grenzschicht bzw. -lage 102,
wenigstens eine Zwischenschicht bzw. -lage 104 und wenigstens
eine Verteilerschicht bzw. -lage 106 aufweist. Alternativ
ist der Wärmetauscher 100 ein
Zwei-Niveau-Apparat, welcher die Zwischenschicht 102 und
die Verteilerschicht 106 aufweist. 3B shows an exploded view of the alternative three-level heat exchanger 100 with the alternative distribution layer according to the present invention. The alternative embodiment, as in 3B is shown is a heat exchanger 100 with three levels, which is a boundary layer 102 , at least one intermediate layer or layer 104 and at least one distribution layer 106 having. Alternatively, the heat exchanger 100 a two-level apparatus, which is the intermediate layer 102 and the distribution layer 106 having.
3A zeigt
eine Draufsicht auf die alternative Verteilerschicht 106 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Verteilerschicht 106 weist insbesondere, wie
in 3B gezeigt ist, vier Seiten auf
sowie eine Oberseite 130 und eine Bodenseite 132.
Die Oberseite 130 ist jedoch in 3A entfernt,
um die Arbeitsweise der Verteilerschicht 106 darzustellen
und zu beschreiben. Wie in 3A gezeigt
ist, hat die Verteilerschicht 106 eine Anzahl von Kanälen bzw. Passagen 116, 118, 120, 122 sowie
darin ausgebildete Anschlüsse 108 und 109.
Die Finger 118, 120 erstrecken sich vollständig durch
den Körper
der Verteilerschicht 106 in Z-Richtung, wie in 3B gezeigt ist. Alternativ erstrecken
sich die Finger 118 und 120 teilweise durch die
Verteilerschicht 106 in Z-Richtung und haben Öffnungen,
wie in 3A gezeigt ist. Weiterhin erstrecken
sich Passagen 116 und 122 teilweise durch die
Verteilerschicht 106. Die verbleibenden Bereiche zwischen
den Einlaß-
und Auslaßpassagen 116, 120,
die mit 107 bezeichnet sind, erstrecken sich von der Oberseite 130 zur
Bodenfläche 132 und
bilden den Körper
der Verteilerschicht 106. 3A shows a plan view of the alternative distribution layer 106 according to the present invention. The distribution layer 106 in particular, as in 3B is shown, four sides as well as a top 130 and a bottom side 132 , The top 130 is however in 3A removed the operation of the distribution layer 106 to represent and describe. As in 3A has the distributor layer 106 a number of channels or passages 116 . 118 . 120 . 122 and connections formed therein 108 and 109 , The finger 118 . 120 extend completely through the body of the manifold layer 106 in the Z direction, as in 3B is shown. Alternatively, the fingers extend 118 and 120 partly through the distributor layer 106 in z-direction and have openings, as in 3A is shown. Furthermore passages extend 116 and 122 partly through the distributor layer 106 , The remaining areas between the inlet and outlet passages 116 . 120 , with 107 are designated, extending from the top 130 to the floor area 132 and form the body of the manifold layer 106 ,
Wie
in 3A gezeigt ist, tritt das Fluid über den
Einlaßanschluß 108 in
die Verteilerschicht 106 ein und strömt entlang des Einlaßkanals 116 zu
verschiedenen Fingern 118, welche von dem Kanal 116 in
verschiedenen Richtungen in der X- und/oder Y-Richtung abzweigen,
um Fluid zu ausgewählten Bereichen
der Grenzschicht 102 zu bringen. Die Finger 118 sind
in unterschiedlichen, vorgegebenen Richtungen angeordnet, um Fluid
zu den Stellen der Grenzschicht 102 zu bringen, welche
Bereichen entsprechen, die an oder nahe den Heißstellen der Wärmequelle
liegen. Diese Stellen der Grenzschicht 102 sind nachstehend
als Grenzschicht-Heißstellenbereiche
bezeichnet. Die Finger sind so ausgebildet, daß sie sowohl stationär als auch
temporär
variierende Grenzschicht-Heißstellenbereiche
kühlen.
Wie in 3A dargestellt ist, sind die
Kanäle 116, 122 und die
Finger 118, 120 in der X- und/oder Y-Richtung
in der Verteilerschicht 106 angeordnet. Demgemäß gestatten
die verschiedenen Richtungen der Kanäle 116, 122 und
der Finger 118, 120 eine Anlieferung von Fluid,
um Heißstellen
der Wärmequelle 99 zu kühlen und/oder
den Druckabfall innerhalb des Wärmetauschers 100 zu
minimalisieren. Alternativ sind die Kanäle 116, 122 und
Finger 118, 120 periodisch in der Verteilerschicht 106 angeordnet
und bilden ein Muster, wie es in dem in 5 gezeigten
Beispiel ausgebildet ist.As in 3A is shown, the fluid passes through the inlet port 108 into the distribution layer 106 and flows along the inlet channel 116 to different fingers 118 which of the channel 116 branch off in different directions in the X and / or Y direction to deliver fluid to selected areas of the interface 102 bring to. The finger 118 are arranged in different, predetermined directions to fluid to the locations of the boundary layer 102 to bring which areas correspond to, which are at or near the hot spots of the heat source. These sites of the boundary layer 102 hereinafter referred to as boundary layer hot spot areas. The fingers are configured to cool both stationary and temporary varying boundary layer hot spots. As in 3A is shown, are the channels 116 . 122 and the fingers 118 . 120 in the X and / or Y direction in the manifold layer 106 arranged. Accordingly, the different directions of the channels allow 116 . 122 and the finger 118 . 120 a delivery of fluid to hot spots of the heat source 99 to cool and / or the pressure drop within the heat exchanger 100 to minimize. Alternatively, the channels 116 . 122 and fingers 118 . 120 periodically in the distribution layer 106 arranged and form a pattern, as in the in 5 shown example is formed.
Die
Anordnung wie auch die Dimensionen der Finger 118, 120 sind
im Lichte der Heißstellen
der Wärmequelle 99 bestimmt,
welche gekühlt
werden sollen. Die Stellen der Heißstellen wie auch das Wärmeaufkommen,
welches nahe oder an einer Heißstelle
erzeugt wird, werden verwendet, um die Verteilerschicht 106 so
zu konfigurieren, daß die
Finger 118, 120 oberhalb oder benachbart zu den
Grenzschicht-Heißstellenbereichen
in der Grenzschicht 102 plaziert sind. Die Verteilerschicht 106 gestattet bevorzugt
einem Ein-Phasen-Fluid und/oder einem Zwei-Phasen-Fluid zu der Grenzschicht 102 zu
zirkulieren, ohne einen wesentlichen Druckverlust bzw. Druckabfall
innerhalb des Wärmetauschers 100 zu bewirken.
Die Fluidanlieferung an die Grenzschicht-Heißstellenbereiche erzeugt eine
gleichförmige
Temperatur an dem Grenzschicht-Heißstellenbereich wie auch an
Bereichen der Wärmequelle,
die benachbart zu den Grenzschicht-Heißstellenbereichen angeordnet
sind.The arrangement as well as the dimensions of the fingers 118 . 120 are in the light of the hot spots of the heat source 99 determines which ones should be cooled. The hot spot locations as well as the heat generated near or at a hot spot are used around the manifold layer 106 to configure so that the fingers 118 . 120 above or adjacent to the interface hot spot areas in the boundary layer 102 are placed. The distribution layer 106 preferably permits a single-phase fluid and / or a two-phase fluid to the boundary layer 102 to circulate without a significant pressure loss or pressure drop within the heat exchanger 100 to effect. Fluid delivery to the interface hot spot areas creates a uniform temperature at the interface hot spot area as well as at areas of the heat source that are adjacent to the interface hot spot areas.
Die
Dimensionen wie auch die Anzahl von Kanälen 116 und Fingern 118 hängen von
einer Anzahl von Faktoren ab. Bei einer Ausgestaltung haben die
Einlaß-
und Auslaßfinger 118, 120 die
gleichen Breitendimensionen. Alternativ haben die Einlaß- und Auslaßfinger 118, 120 unterschiedliche
Breitendimensionen. Die Breitendimensionen der Finger 118, 120 liegen
innerhalb eines Bereiches von (einschließlich) 0,25-0,50 mm. Bei einer
Ausgestaltung haben die Einlaß-
und Auslaßfinger 118, 120 die
gleichen Längen-
und Tiefendimensionen. Alternativ haben die Einlaß- und Auslaßfinger 118, 120 unterschiedliche
Längen-
und Tiefendimensionen. In einer anderen Ausgestaltung haben die
Einlaß-
und Auslaßfinger 118, 120 über die
Länge der
Finger variierende Breitendimensionen. Die Längendimensionen der Einlaß- und Auslaßfinger 118, 120 liegen
innerhalb eines Bereiches von (einschließlich) 0,5 mm bis zum Dreifachen
der Größe der Länge der
Heizquelle. Weiterhin haben die Finger 118, 120 eine
Höhen- bzw.
Tiefendimension innerhalb eines Bereiches (einschließlich) 0,25-0,50
mm. Weiterhin sind alternativ weniger als 10 oder mehr als 30 Finger
pro Zentimeter in der Verteilerschicht 106 vorgesehen.
Es ist jedoch für
einen Fachmann erkennbar, daß auch
eine Anordnung zwischen 10 und 30 Fingern pro Zentimeter in der
Verteilerschicht möglich
ist.The dimensions as well as the number of channels 116 and fingers 118 depend on a number of factors. In one embodiment, the inlet and outlet fingers 118 . 120 the same width dimensions. Alternatively, the inlet and outlet fingers 118 . 120 different width dimensions. The width dimensions of the fingers 118 . 120 are within a range of (inclusive) 0.25-0.50 mm. In one embodiment, the inlet and outlet fingers 118 . 120 the same length and depth dimensions. Alternatively, the inlet and outlet fingers 118 . 120 different length and depth dimensions. In another embodiment, the inlet and outlet fingers 118 . 120 across the length of the fingers varying width dimensions. The length dimensions of the inlet and outlet fingers 118 . 120 are within a range of (inclusive) 0.5 mm to three times the size of the length of the heat source. Continue to have the fingers 118 . 120 a height or depth dimension within a range (inclusive) 0.25-0.50 mm. Furthermore, alternatively, less than 10 or more than 30 fingers per centimeter are in the manifold layer 106 intended. However, it will be apparent to one skilled in the art that an arrangement of between 10 and 30 fingers per centimeter in the manifold layer is possible.
Es
ist innerhalb der vorliegenden Erfindung vorgesehen, die Geometrien
der Finger 118, 120 und der Kanäle 116, 122 in
einer nicht-periodischen Anordnung vorzunehmen, um ein Kühlen von
Heißstellenbereichen
der Wärmequelle
zu optimieren. Um eine gleichmäßige Temperatur über die
Wärmequelle 99 zu
erzielen, kann die räumliche
Verteilung der Wärmeübertragung
auf das Fluid der räumlichen
Verteilung der Wärmeerzeugung
entsprechen. Wenn das Fluid entlang der Grenzschicht durch die Mikrokanäle 110 strömt, steigt
seine Temperatur an und beginnt unter Zwei-Phasen-Bedingungen zu
verdampfen. Demgemäß unterliegt
das Fluid einer signifikanten Expansion, welche in einer großen Erhöhung der
Geschwindigkeit resultiert. Allgemein wird die Wärmeübertragung von der Grenzschicht
auf das Fluid bei hoher Strömungsgeschwindigkeit
verbessert. Demgemäß ist es
möglich,
die Effizienz der Wärmeübertragung
auf das Fluid durch Anpassung der Querschnittsdimensionen der Fluid- Anlieferungs- und
-Entfernungsfinger 118, 120 und Kanäle 116, 122 in
dem Wärmetauscher 100 entsprechend
anzupassen.It is within the present invention to provide the geometries of the fingers 118 . 120 and the channels 116 . 122 in a non-periodic arrangement to optimize cooling of hot spot areas of the heat source. To get a uniform temperature over the heat source 99 To achieve the spatial distribution of heat transfer to the fluid of the spatial distribution of heat generation. When the fluid along the boundary layer through the microchannels 110 As its temperature rises, it begins to evaporate under two-phase conditions. Accordingly, the fluid undergoes significant expansion resulting in a large increase in speed. Generally, heat transfer from the boundary layer to the fluid is improved at high flow rates. Accordingly, it is possible to increase the efficiency of heat transfer to the fluid by adjusting the cross-sectional dimensions of the fluid delivery and removal fingers 118 . 120 and channels 116 . 122 in the heat exchanger 100 adjust accordingly.
Beispielsweise
kann ein bestimmter Finger für
eine Wärmequelle
ausgebildet werden, an welcher nahe des Einlasses eine höhere Wärmeerzeugung
erfolgt. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, einen größeren Querschnitt
für die
Bereiche der Finger 118, 120 und Kanäle 116, 122 dort
vorzusehen, wo eine Mischung von Flüssigkeit und Dampf erwartet
wird. Obwohl dieses nicht gezeigt ist, kann ein Finger so ausgebildet
sein, daß er
mit einem kleinen Querschnittsbereich am Einlaß beginnt, um eine hohe Geschwindigkeit
der Fluidströmung
zu bewirken. Der betreffende Finger oder Kanal kann auch so ausgestaltet
werden, daß er
sich auf einen größeren Querschnitt
an einem stromabwärts
gelegenen Auslaß erweitert,
um eine Strömung
mit geringerer Geschwindigkeit zu bewirken. Diese Ausbildung der
Finger oder Kanäle
ermöglicht
es dem Wärmetauscher,
den Druckverlust zu minimalisieren, und die Heißstellen-Kühlung
in Bereichen zu optimieren, in welchen das Fluid bzgl. eines Volumens,
seiner Beschleunigung und Geschwindigkeit aufgrund einer Umformung
aus einer Flüssigkeit
in Dampf in eine Zwei-Phasen-Strömung
ansteigt.For example, a particular finger may be formed for a heat source at which higher heat generation occurs near the inlet. Furthermore, it may be advantageous to have a larger cross section for the areas of the fingers 118 . 120 and channels 116 . 122 to provide where a mixture of liquid and vapor is expected. Although not shown, a finger may be configured to start with a small cross-sectional area at the inlet to effect a high velocity fluid flow. The subject finger or channel may also be configured to expand to a larger cross-section at a downstream outlet to effect a lower velocity flow. This formation of the fingers or channels allows the heat exchanger to minimize pressure loss and to optimize hot spot cooling in areas where the fluid is in volume in terms of volume, acceleration and velocity due to conversion from a liquid to steam Phase flow increases.
Weiterhin
können
die Finger 118, 120 und Kanäle 116, 122 so
ausgebildet werden, daß sie
sich entlang ihrer Länge
erweitern und wieder verengen, um die Geschwindigkeit des Fluids
an unterschiedlichen Stellen in dem Mikrokanal-Wärmetauscher 100 zu
erhöhen.
Alternativ ist es möglich,
die Finger- und Kanaldimensionen von groß auf klein und wiederum zurück häufig zu
variieren, um die Wärmeübertragungseffizienz
an die erwartete Wärmeverteilung über die
Wärmequelle 99 anzupassen.
Es wird darauf verwiesen, daß die
zuvor erfolgte Diskussion einer Variation der Dimensionen der Finger
und Kanäle sich
auch auf die anderen diskutierten Ausgestaltungen bezieht und nicht
auf diese Ausgestaltung beschränkt
ist.Furthermore, the fingers can 118 . 120 and channels 116 . 122 be formed so that they widen and narrow along their length, the speed of the fluid at different locations in the microchannel heat exchanger 100 to increase. Alternatively, it is possible to frequently vary the finger and channel dimensions from large to small and back again to increase the heat transfer efficiency to the expected heat distribution across the heat source 99 adapt. It is to be understood that the foregoing discussion of a variation in the dimensions of the fingers and channels also applies to the other embodiments discussed and is not limited to this embodiment.
Alternativ
weist die Verteilerschicht 106, wie in 3A gezeigt
ist, eine oder mehrere Öffnungen 119 in
den Einlaßfingern 118 auf.
Bei dem Drei-Etagen-Wärmetauscher 100 strömt das Fluid,
welches entlang der Finger 118 strömt, nach unten durch die Öffnung 119 in
die Zwischenlage 104. Alternativ strömt das Fluid bei einem Zwei-Etagen-Wärmetauscher 100 entlang
der Finger 118 nach unten durch die Öffnungen 119 direkt
zu der Grenzschicht 102. Weiterhin weist die Verteilerschicht 106,
wie in 3A gezeigt ist, eine Öffnung 121 in
den Auslaßfingern 120 auf.
Bei dem Drei-Etagen-Wärmetauscher 100 strömt das Fluid
von der Zwischenschicht 104 durch die Öffnungen 121 nach
oben in die Auslaßfinger 120.
Alternativ strömt
bei einem Zwei-Etagen-Wärmetauscher 100 das
Fluid aus der Grenzschicht 102 direkt durch die Öffnungen 121 in
die Auslaßfinger 120.Alternatively, the manifold layer 106 , as in 3A shown is one or more openings 119 in the inlet fingers 118 on. In the three-level heat exchanger 100 the fluid flows along the fingers 118 flows down through the opening 119 in the liner 104 , Alternatively, the fluid flows in a two-level heat exchanger 100 along the fingers 118 down through the openings 119 directly to the boundary layer 102 , Furthermore, the distribution layer 106 , as in 3A shown is an opening 121 in the outlet fingers 120 on. In the three-level heat exchanger 100 the fluid flows from the intermediate layer 104 through the openings 121 up into the outlet fingers 120 , Alternatively, flows in a two-level heat exchanger 100 the fluid from the boundary layer 102 directly through the openings 121 into the outlet fingers 120 ,
Bei
der alternativen Ausgestaltung sind die Einlaß- und Auslaßfinger 118, 120 offene
Kanäle, welche
keine Öffnungen
aufweisen. Die Bodenfläche 103 der
Verteilerschicht 106 liegt bei einem Drei-Etagen-Wärmetauscher 100 an
der Oberfläche
der Zwischenschicht 104 an, bzw. bei einem Zwei-Etagen-Wärmetauscher
gegen die Grenzschicht 102. Demgemäß strömt bei dem Drei-Etagen-Wärmetauscher 100 das
Fluid frei zu und von der Zwischenlage 104 und der Verteilerschicht 106.
Das Fluid wird zu und von dem entsprechenden Grenzschicht-Heißstellenbereich
durch Leitungen 105 in der Zwischenlage 104 gerichtet.
Es ist für
den Fachmann erkennbar, daß die
Leitungen 105 direkt zu den Fingern ausgerichtet sind,
wie weiter unten beschrieben ist, oder an anderer Stelle in dem
Drei-Etagen-Wärmetauschersystem
positioniert sind.In the alternative embodiment, the inlet and outlet fingers 118 . 120 open channels, which have no openings. The floor area 103 the distributor layer 106 lies in a three-level heat exchanger 100 at the surface of the intermediate layer 104 on, or in a two-level heat exchanger against the boundary layer 102 , Accordingly, in the three-level heat exchanger, flows 100 the fluid is free to and from the liner 104 and the distribution layer 106 , The fluid is supplied to and from the corresponding boundary layer hot spot area through lines 105 in the liner 104 directed. It will be apparent to those skilled in the art that the lines 105 are aligned directly to the fingers, as described below, or are positioned elsewhere in the three-tier heat exchanger system.
Obwohl 3B den alternativen Drei-Etagen-Wärmetauscher 100 mit
der alternativen Verteilerschicht zeigt, kann der Wärmetauscher 100 alternativ
eine Zwei-Lagen-Struktur aufweisen, welche die Verteilerlage 106 und
die Grenzschicht 102 aufweist, wobei ein Fluid direkt zwischen
der Verteilerschicht 106 und der Grenzschicht 102 strömt, ohne die
Grenzschicht 104 zu passieren. Es ist für den Fachmann erkennbar, daß die Konfiguration
der Verteiler-, Zwischen- und Grenzschichten aus beispielhaften
Zwecken gezeigt sind, und daß hierdurch
die Konfiguration nicht beschränkt
ist.Even though 3B the alternative three-level heat exchanger 100 with the alternative distribution layer shows, the heat exchanger 100 alternatively have a two-layer structure, which is the distribution layer 106 and the boundary layer 102 having a fluid directly between the manifold layer 106 and the boundary layer 102 flows without the boundary layer 104 to happen. It will be apparent to those skilled in the art that the configuration of the distribution, interconnect and barrier layers are shown for exemplary purposes and that the configuration is not limited thereby.
Wie
in 3B gezeigt ist, weist die Zwischenschicht 104 eine
Mehrzahl von Leitungen 105 auf, welche sich durch diese
erstrecken. Die Einströmleitungen 105 leiten
Fluid, welches aus der Verteilerschicht 106 einströmt, zu den
vorgesehenen Grenzschicht-Heißstellenbereichen
der Grenzschicht 102. In ähnlicher Weise kanalisieren
die Öffnungen 105 auch
eine Fluidströmung
von der Grenzschicht 102 zu den Fluid-Auslaßanschlüssen 109. Demgemäß schafft
die Zwischenschicht 104 auch eine Fluidanlieferung von
der Grenzschicht 102 an den Fluid-Auslaßanschluß 109, wo der Fluid-Auslaßanschluß 108 mit
der Verteilerschicht 106 kommuniziert.As in 3B is shown, the intermediate layer 104 a plurality of conduits 105 on which extend through this. The inflow lines 105 conduct fluid, which from the distributor layer 106 flows in to the designated boundary layer hot spot areas of the boundary layer 102 , Similarly, the openings channel 105 also a fluid flow from the boundary layer 102 to the fluid outlet ports 109 , Accordingly, the intermediate layer provides 104 also a fluid delivery from the boundary layer 102 to the fluid outlet port 109 where the fluid outlet port 108 with the distribution layer 106 communicated.
Die
Leitungen 105 sind in der Grenzschicht 104 in
einem vorgegebenen Muster positioniert, welches auf einer Anzahl
von Faktoren basiert, einschließlich – jedoch
nicht begrenzt auf – der
Stellen der Grenzschicht-Heißstellenbereiche,
der Menge der Fluidströmung,
die in dem Grenzschicht-Heißstellenbereich
erforderlich ist, um die Wärmequelle 99 angemessen
zu kühlen,
und der Temperatur des Fluids. Die Leitungen haben eine Breite von
100μ, obwohl
andere Breitendimensionen bis zu mehreren Millimetern möglich sind.
Weiterhin haben die Leitungen andere Dimensionen, welche wenigstens
von den oben erwähnten
Faktoren abhängen.
Es ist für den
Fachmann erkennbar, daß jede
Leitung 105 in der Zwischenlage 104 die gleiche
Form und/oder Dimension aufweist, obwohl dieses nicht erforderlich ist.
Zum Beispiel haben die Leitungen wie die oben beschriebenen Finger
alternativ variierende Längen- und/oder
Breitendimensionen. Weiterhin haben die Leitungen 105 eine
konstante Tiefen- bzw. Höhendimension
durch die Zwischenschicht 104. Alternativ haben die Leitungen 105 variierende
Tiefendimensionen, wie eine trapezförmige oder düsenförmige Dimension
durch die Zwischenschicht 104. Obwohl die horizontale Form
der Leitungen 105 in 2C rechtwinklig
gezeigt ist, können
die Leitungen 105 alternativ jegliche andere Form aufweisen,
einschließlich (jedoch
nicht darauf beschränkt)
einer kreisförmigen Form
(3A), einer gekrümmten oder elliptischen Form.
Alternativ sind eine oder mehrere der Leitungen 105 geformt
und konturiert gemäß einem
Abschnitt eines oder mehrerer der oben erwähnten Finger.The wires 105 are in the boundary layer 104 positioned in a predetermined pattern based on a number of factors including, but not limited to, the locations of the interface hot spot areas, the amount of fluid flow required in the boundary layer hot spot area around the heat source 99 to cool properly, and the temperature of the fluid. The cables have a width of 100μ, although other width dimensions up to several millimeters are possible. Furthermore, the conduits have other dimensions which depend at least on the factors mentioned above. It will be apparent to those skilled in the art that each wire 105 in the liner 104 has the same shape and / or dimension, although this is not required. For example, the leads, such as the fingers described above, alternatively have varying length and / or width dimensions. Furthermore, the lines have 105 a constant depth or height dimension through the intermediate layer 104 , Alternatively, have the wires 105 varying depth dimensions, such as a trapezoidal or nozzle-shaped dimension through the intermediate layer 104 , Although the horizontal shape of the wires 105 in 2C shown at right angles, the wires can 105 alternatively have any other shape, including (but not limited to) a circular shape ( 3A ), a curved or elliptical shape. Alternatively, one or more of the lines 105 shaped and contoured according to a portion of one or more of the above-mentioned fingers.
Die
Zwischenlage 104 ist in dem Wärmetauscher 100 horizontal
positioniert, wobei die Leitungen 105 vertikal positioniert
sind. Alternativ ist die Zwischenlage 104 in irgendeiner
anderen Richtung innerhalb des Wärmetauschers 100 positioniert,
einschließlich
(jedoch nicht hierauf beschränkt)
diagonaler und gekrümmter
Formen. Alternativ sind die Leitungen 105 innerhalb der
Zwischenlage 104 horizontal, diagonal, gekrümmt oder
in einer anderen Richtung positioniert. Weiterhin erstreckt sich
die Zwischenlage 104 horizontal entlang der gesamten Länge des
Wärmetauschers 100,
wobei die Zwischenlage 104 die Grenzschicht 102 von
der Verteilerschicht 106 separiert, um das Fluid zu zwingen, durch
die Leitungen 105 kanalisiert zu werden. Alternativ weist
ein Abschnitt des Wärmetauschers 100 keine
Zwischenlage 104 zwischen der Verteilerschicht 106 und
der Grenzschicht 102 auf, wobei das Fluid frei dazwischen
strömen
kann. Weiterhin erstreckt sich die Zwischenlage 104 alternaiv
vertikal zwischen der Verteilerschicht 106 und der Grenzschicht 102,
um separate bestimmte Zwischenlageabschnitte zu bilden. Alternativ
erstreckt sich die Zwischenlage 104 nicht voll von der
Verteilerschicht 106 zur Grenzschicht 102.The liner 104 is in the heat exchanger 100 positioned horizontally, with the lines 105 are positioned vertically. Alternatively, the liner 104 in any other direction within the heat exchanger 100 positioned, including (but not limited to) diagonal and curved shapes. Alternatively, the lines 105 inside the liner 104 horizontally, diagonally, curved or positioned in another direction. Furthermore, the intermediate layer extends 104 horizontally along the entire length of the heat exchanger 100 , where the liner 104 the boundary layer 102 from the distributor layer 106 separated to force the fluid through the lines 105 to be channeled. Alternatively, a section of the heat exchanger 100 no liner 104 between the distributor layer 106 and the boundary layer 102 on, wherein the fluid can flow freely between them. Furthermore, the intermediate layer extends 104 alternately vertically between the distributor layer 106 and the boundary layer 102 to form separate specific interlayer sections. Alternatively, the intermediate layer extends 104 not full of the distribution layer 106 to the boundary layer 102 ,
Die 3B zeigt eine perspektivische Ansicht
einer anderen Ausgestaltung der Grenzschicht 102 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie in 3B gezeigt ist,
weist die Grenzschicht 102 eine Bodenfläche 103 und eine Mehrzahl
von Mikrokanal-Wandungen 110 auf, wobei der Bereich zwischen den
Mikrokanal-Wandungen 110 Fluid entlang eines Fluid-Strömungspfades
richtet. Die Bodenfläche 103 ist
eben und hat eine hohe thermische Leitfähigkeit, um eine ausreichende
Wärmeübertragung
von der Wärmequelle 99 zu
ermöglichen.
Alternativ weist die Bodenfläche 103 Tröge und/oder
Scheitel auf, die so ausgebildet sind, daß sie Fluid von einer bestimmten Stelle
sammeln oder abweisen. Die Mikrokanal-Wandungen 110 sind
parallel konfiguriert, wie dieses in 3B gezeigt
ist, wobei Fluid zwischen den Mikrokanal-Wandungen 110 entlang eines
Fluidpfades strömt.The 3B shows a perspective view of another embodiment of the boundary layer 102 according to the present invention. As in 3B is shown has the boundary layer 102 a floor area 103 and a plurality of microchannel walls 110 on, being the area between the microchannel walls 110 Fluid directed along a fluid flow path. The floor area 103 is flat and has a high thermal conductivity to ensure adequate heat transfer from the heat source 99 to enable. Alternatively, the floor area indicates 103 Troughs and / or apexes adapted to collect or reject fluid from a particular location. The microchannel walls 110 are configured in parallel, like this one in 3B shown, with fluid between the microchannel walls 110 flows along a fluid path.
Es
ist für
den Fachmann erkennbar, daß die Mikrokanal-Wandungen 110 alternativ
in einer anderen Konfiguration ausgebildet werden können, abhängig von
den oben diskutierten Fak toren. Beispielsweise weist die Grenzschicht 102 alternativ
Nuten zwischen Abschnitten der Mikrokanal-Wandungen 110,
wie dieses in 8C gezeigt ist. Weiterhin haben
die Mikrokanal-Wandungen 110 Dimensionen, welche den Druckabfall
bzw. die Druckdifferenz innerhalb der Grenzschicht 102 minimalisieren.
Es ist auch ersichtlich, daß jegliche
anderen Merkmale neben Mikrokanal-Wänden 110 ebenfalls
möglich
sind, einschließlich – jedoch
hierauf nicht begrenzt – rauher
Oberflächen
und mikroporöser
Strukturen, wie gesinterte Metalle und Siliziumschaum. Die parallelen
Mikrokanal-Wände 110,
wie sie in 3B gezeigt sind, werden
jedoch beispielhaft verwendet, um die Grenzschicht 102 gemäß der vorliegenden
Erfindung zu beschreiben. Alternativ haben die Mikrokanal-Wände 110 nicht-parallele
Konfigurationen.It will be apparent to those skilled in the art that the microchannel walls 110 alternatively may be formed in another configuration, depending on the factors discussed above Fak. For example, the boundary layer 102 alternatively grooves between sections of the microchannel walls 110 like this one in 8C is shown. Furthermore, the microchannel walls have 110 Dimensions showing the pressure drop or pressure difference within the boundary layer 102 minimize. It can also be seen that any other features besides microchannel walls 110 are also possible, including, but not limited to, rough surfaces and microporous structures such as sintered metals and silicon foam. The parallel microchannel walls 110 as they are in 3B however, are exemplified to the boundary layer 102 to describe according to the present invention. Alternatively, have the micro-channel walls 110 non-parallel configurations.
Die
Mikrokanal-Wände 110 ermöglichen dem
Fluid, einem Wärmeaustausch
entlang der ausgewählten
Heißstellen
des Grenzschicht-Heißstellenbereiches
unterzogen zu werden, um die Wärmequelle 99 an
dieser Stelle zu kühlen.
Die Mikrokanal-Wände 110 haben
eine Breitendimension innerhalb des Bereiches von 20-300 μ und eine
Höhendimension
innerhalb des Bereiches von 100μ bis
zu 1 mm, abhängig
von der Leistung der Heizquelle 99. Die Mikrokanal-Wände 110 haben
eine Längendimension,
welche sich zwischen 100μ und
mehreren Zentimetern beläuft,
abhängig
von den Dimensionen der Wärmequelle
sowie der Größe der Heißstellen und
der Wärmeflußdichte
von der Wärmequelle.
Alternativ sind jegliche andere Mikrokanal-Wand-Dimensionen möglich. Die
Mikrokanal-Wände 110 stehen
in einem gegenseitigen Abstand von 50-500μ, abhängig von der Leistung der Wärmequelle 99,
obwohl jegliche andere Trennbereichsdimensionen möglich sind.The micro-channel walls 110 allow the fluid to undergo heat exchange along the selected hot spots of the interface hot spot area around the heat source 99 to cool at this point. The micro-channel walls 110 have a width dimension within the range of 20-300 μ and a height dimension within the range of 100μ up to 1 mm, depending on the power of the heating source 99 , The micro-channel walls 110 have a length dimension that varies between 100μ and more Centimeters, depending on the dimensions of the heat source and the size of the hot spots and the heat flow density of the heat source. Alternatively, any other microchannel wall dimensions are possible. The micro-channel walls 110 are at a mutual distance of 50-500μ, depending on the power of the heat source 99 although any other separation range dimensions are possible.
Unter
erneuter Bezugnahme auf die Anordnung gemäß 3B wird
ausgeführt,
daß die
Oberseite der Verteilerschicht 106 weggeschnitten ist,
um die Kanäle 116, 122 und
die Finger 118, 120 innerhalb des Körpers der
Verteilerschicht 106 zu zeigen. Die Stellen der Wärmequelle 99,
welche mehr Wärme
erzeugen, werden hierdurch als Heißstellen bezeichnet, wobei
die Stellen der Wärmequelle 99,
welche weniger Wärme
erzeugen, hiermit als Warmstellen bezeichnet werden. Wie in 3B gezeigt ist, hat die gezeigte Wärmequelle 99 einen
Heiß stellenbereich,
nämlich
an der Stelle A, und einen Warmstellenbereich, nämlich an der Stelle B. Die
Bereiche der Grenzschicht 102, welche an den Heiß- und Warmstellen
anliegen, werden demgemäß als Grenzschicht-Heißstellenbereiche
bezeichnet. Wie in 3B gezeigt ist,
weist die Grenzschicht 102 einen Grenzschicht-Heißstellenbereich
A, auf welcher oberhalb der Stelle A angeordnet ist, und einen Grenzschicht-Warmstellenbereich
B, welcher oberhalb des Bereiches B angeordnet ist.Referring again to the arrangement according to 3B is carried out that the top of the manifold layer 106 is cut away to the channels 116 . 122 and the fingers 118 . 120 within the body of the distribution layer 106 to show. The places of the heat source 99 , which generate more heat, are hereby referred to as hot spots, wherein the locations of the heat source 99 , which produce less heat, hereby referred to as hot spots. As in 3B is shown has the heat source shown 99 a Hotstellenbereich, namely at the point A, and a hot spot area, namely at the point B. The areas of the boundary layer 102 which abut the hot and hot spots are accordingly referred to as boundary layer hot spots. As in 3B is shown has the boundary layer 102 a boundary layer hot spot area A, on which is located above the point A, and a boundary layer hot spot area B, which is located above the area B.
Wie
in den 3A und 3B gezeigt
ist, tritt das Fluid zunächst
durch den Einlaßanschluß 108 in den
Wärmetauscher 100 ein.
Das Fluid strömt
sodann in einen Einlaßkanal 116.
Alternativ weist der Wärmetauscher 100 mehr
als einen Einlaßkanal 116 auf.
Wie in den 3A und 3B gezeigt
ist, strömt
das Fluid entlang des Einlaßkanals 116 von
dem Einlaßanschluß 108 zunächst und
verzweigt sich durch Finger 118D. Weiterhin strömt das Fluid
entlang des Restes des Einlaßkanals 116 zu
individuellen Fingern 118B und 118C etc..As in the 3A and 3B is shown, the fluid first passes through the inlet port 108 in the heat exchanger 100 one. The fluid then flows into an inlet channel 116 , Alternatively, the heat exchanger 100 more than one inlet channel 116 on. As in the 3A and 3B is shown, the fluid flows along the inlet channel 116 from the inlet port 108 first and branches by fingers 118D , Furthermore, the fluid flows along the remainder of the inlet channel 116 to individual fingers 118B and 118C Etc..
In 3B wird das Fluid dem Grenzschicht-Heißstellenbereich
A durch Strömen
durch die Finger 118A zugeführt, wobei das Fluid durch
Finger 118A zu der Zwischenlage 104 nach unten strömt. Das
Fluid strömt
sodann durch die Einlaßleitung 105A,
die unter dem Finger 118A positioniert ist, zu der Grenzschicht 102,
wobei das Fluid einem thermischen Austausch mit der Wärmequelle 99 unterworfen
wird. Wie beschrieben, sind die Mikrokanäle in der Grenzschicht 102 in
jeglicher Richtung auszubilden. Demgemäß sind die Mikrokanäle 111 in
dem Grenzschichtbereich A rechtwinklig zu dem Rest der Mikrokanäle 110 in
der Grenzschicht 102 positioniert. Demgemäß strömt das Fluid
von der Leitung 105A entlang der in 3B gezeigten
Mikrokanäle 111,
obwohl die Fluidströmung
in anderen Richtungen entlang der verbleibenden Bereiche der Grenzschicht 102 möglich wäre. Die
erwärmte
Flüssigkeit
bewegt sich sodann aufwärts
durch die Leitung 105B zu dem Auslaßfinger 120A.In 3B the fluid becomes the boundary layer hot spot area A by flowing through the fingers 118A supplied, wherein the fluid by fingers 118A to the liner 104 flows down. The fluid then flows through the inlet conduit 105A that under the finger 118A is positioned to the boundary layer 102 wherein the fluid undergoes thermal exchange with the heat source 99 is subjected. As described, the microchannels are in the boundary layer 102 to train in any direction. Accordingly, the microchannels 111 in the boundary layer region A at right angles to the rest of the microchannels 110 in the boundary layer 102 positioned. Accordingly, the fluid flows from the conduit 105A along the in 3B shown microchannels 111 Although, the fluid flow in other directions along the remaining areas of the boundary layer 102 it is possible. The heated liquid then moves upwardly through the conduit 105B to the outlet finger 120A ,
In ähnlicher
Weise strömt
Fluid durch die Finger 118E und 118F in Z-Richtung
nach unten zu der Zwischenlage 104. Das Fluid strömt sodann
durch die Einlaßleitung 105C in
Z-Richtung nach unten zu der Grenzschicht 102. Das erwärmte Fluid
bewegt sich sodann aufwärts
in Z-Richtung aus
der Grenzschicht 102 durch die Auslaßleitung 105D zu den Auslaßfingern 120E und 120F.
Der Wärmetauscher 100 entfernt
das in der Verteilerschicht 106 erwärmte Fluid über die Auslaßfinger 120,
wobei die Auslaßfinger 120 mit
dem Auslaßkanal 122 kommunizieren. Der
Auslaßkanal 122 ermöglicht dem
Fluid, aus dem Wärmetauscher
durch einen Auslaßanschluß 109 zu strömen.Similarly, fluid flows through the fingers 118E and 118F in Z-direction down to the liner 104 , The fluid then flows through the inlet conduit 105C in Z direction down to the boundary layer 102 , The heated fluid then moves upwardly in the Z direction from the boundary layer 102 through the outlet pipe 105D to the outlet fingers 120E and 120F , The heat exchanger 100 remove this in the manifold layer 106 heated fluid through the outlet fingers 120 , wherein the outlet fingers 120 with the outlet channel 122 communicate. The outlet channel 122 allows the fluid from the heat exchanger through an outlet port 109 to stream.
Es
ist bevorzugt, daß die
Einström-
und Ausströmleitungen 105 auch
direkt oder annähernd
direkt über
den entsprechenden Grenzschicht-Heißstellenbereichen positioniert
sind, um Fluid direkt den Heißstellen
der Wärmequelle 99 zuzuführen. Weiterhin
ist jeder Auslaßfinger 120 so
konfiguriert, daß er möglichst
nahe zu einem entsprechenden Einlaßfinger 118 für einen
bestimmten Grenzflächen-Heißstellenbereich
positioniert ist, um den dazwischen stattfindenden Druckverlust
zu minimalisieren. Demgemäß tritt
Fluid in die Grenzschicht 102 über die Einlaßfinger 118A ein
und strömt über die
geringstmögliche
Entfernung längs
der Bodenfläche 103 der Grenzschicht 102 bevor
sie die Grenzschicht 102 zu dem Auslaßfinger 120A verläßt. Es ist
ersichtlich, daß die
Größe des Abstandes über welchen
das Fluid entlang der Bodenfläche 103 strömt, in adäquater Weise
Wärme entfernt,
welche von der Wärmequelle 99 erzeugt
worden ist, ohne einen unnötig
großen Druckverlust
zu erzeugen. Weiterhin sind, wie in den 3A und 3B gezeigt ist, die Ecken der Finger 118, 120 gekrümmt, um
den Druckverlust des entlang der Finger 118 strömenden Fluids
zu reduzieren.It is preferred that the inflow and outflow conduits 105 are also positioned directly or approximately directly over the respective boundary layer hot spot areas to direct fluid directly to the hot spots of the heat source 99 supply. Furthermore, each outlet finger 120 configured to be as close as possible to a corresponding inlet finger 118 for a given interface hot spot area to minimize the pressure loss therebetween. Accordingly, fluid enters the boundary layer 102 over the inlet fingers 118A and flows along the bottom surface for the shortest possible distance 103 the boundary layer 102 before they reach the boundary layer 102 to the outlet finger 120A leaves. It can be seen that the size of the gap above which the fluid is along the bottom surface 103 flows, adequately removes heat, which from the heat source 99 has been produced without generating an unnecessarily large pressure loss. Furthermore, as in the 3A and 3B shown is the corners of the fingers 118 . 120 curved to the pressure loss of the along the fingers 118 to reduce flowing fluid.
Es
ist für
den Fachmann erkennbar, daß die in
den 3A und 3B gezeigte
Konfiguration der Verteilerschicht 106 lediglich beispielhaften
Zwecken dient. Die Konfiguration der Kanäle 116 und Finger 118 in
der Verteilerschicht 106 hängt von einer Anzahl von Faktoren
ab, einschließlich
(jedoch nicht hierauf beschränkt)
der Stellen der Grenzschicht-Heißstellenbereiche, des Umfangs
der Strömung
zu und von den Grenzschicht-Heißstellenbereichen
wie auch von dem Umfang der durch die Wärmequelle in den Grenzschicht-Heißstellenbereichen
erzeugten Wärme.
Beispielsweise weist eine mögliche
Konfiguration der Verteilerschicht 106 ein miteinander
verbundenes Muster von parallelen Einlaß- und Auslaßfingern
auf, welches alternativ entlang der Breite der Verteilerschicht
ausgebildet ist, wie in den 4–7A gezeigt
und weiter unten diskutiert ist. Nichts desto weniger ist jegliche
andere Konfiguration von Kanälen 116 und
Fingern 118 möglich.It will be apparent to those skilled in the art that in the 3A and 3B shown configuration of the distribution layer 106 serves merely exemplary purposes. The configuration of the channels 116 and fingers 118 in the distribution layer 106 depends on a number of factors including (but not limited to) the locations of the interface hot spot areas, the amount of flow to and from the interface hot spot areas, as well as the amount of heat generated by the heat source in the boundary layer hot spot areas. For example, one possible configuration of the manifold layer 106 an interconnected pattern of parallel inlet and outlet fingers, which is alternatively formed along the width of the manifold layer; like in the 4 - 7A shown and discussed below. Nevertheless, any other configuration of channels is 116 and fingers 118 possible.
4 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer alternativen Verteilerschicht 406 gemäß dem Wärmetauscher
der vorliegenden Erfindung. Die Verteilerschicht 406 in 4 umfaßt eine
Mehrzahl von miteinander verflochtenen bzw. verbundenen parallelen
Fluid-Fingern 411, 412, welche einem Ein-Phasen-
und/oder Zwei-Phasen-Fluid ermöglichen,
ohne einen wesentlichen Druckabfall innerhalb des Wärmetauschers 400 zu
der Grenzschicht 402 zu zirkulieren. Wie in 8 gezeigt ist, sind die Einlaßfinger 411 alternativ
zu den Auslaßfingern 412 angeordnet. Es
ist jedoch für
einen Fachmann ersichtlich, daß eine
gewisse Anzahl von Einlaß-
oder Auslaßfingern benachbart
zu einander angeordnet werden kann und dabei nicht auf die alternative
Konfiguration gemäß 4 beschränkt ist.
Weiterhin sind die Finger alternativ so ausgebildet, daß sich ein
paralleler Finger von einem Finger aus verzweigt oder mit einem anderen
parallelen Finger verbunden ist. Demgemäß ist es möglich, mehr Auslaßfinger
als Einlaßfinger
zu haben und umgekehrt. 4 shows a perspective view of an alternative distribution layer 406 according to the heat exchanger of the present invention. The distribution layer 406 in 4 includes a plurality of interconnected parallel fluid fingers 411 . 412 which enable one-phase and / or two-phase fluid without a substantial pressure drop within the heat exchanger 400 to the boundary layer 402 to circulate. As in 8th are shown are the inlet fingers 411 alternatively to the outlet fingers 412 arranged. However, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that a number of inlet or outlet fingers may be disposed adjacent to each other, not the alternative configuration shown in FIG 4 is limited. Furthermore, the fingers are alternatively formed so that a parallel finger is branched from one finger or connected to another parallel finger. Accordingly, it is possible to have more outlet fingers than inlet fingers and vice versa.
Die
Einlaßfinger
bzw. Passagen 411 führen das
in den Wärmetauscher
eintretende Fluid der Grenzschicht 402 zu, und die Auslaßfinger
bzw. Passagen 412 entfernen das Fluid von der Grenzschicht 402,
welches sodann aus dem Wärmetauscher 400 austritt.
Die gezeigte Konfiguration der Verteilerschicht 406 ermöglicht es
dem Fluid, in die Grenzschicht 402 einzutreten und über eine
sehr kurze Distanz in der Grenzschicht 402 zu strömen, bevor
es in die Auslaßpassage 412 eintritt.
Die wesentlich verminderte Länge, über welche
das Fluid entlang der Grenzschicht 402 strömt, vermindert
den Druckabfall in dem Wärmetauscher 400 wesentlich.The inlet fingers or passages 411 lead the entering into the heat exchanger fluid of the boundary layer 402 to, and the Auslaßfinger or passages 412 remove the fluid from the boundary layer 402 , which then from the heat exchanger 400 exit. The shown configuration of the distribution layer 406 allows the fluid to enter the boundary layer 402 to enter and over a very short distance in the boundary layer 402 to flow before entering the outlet passage 412 entry. The significantly reduced length over which the fluid travels along the boundary layer 402 flows, reduces the pressure drop in the heat exchanger 400 essential.
Wie
in den 4–5 gezeigt
ist, weist die alternative Verteilerschicht 406 eine Passage 414 auf,
welche mit zwei Einlaßpassagen 411 kommuniziert
und eine Fluidströmung
zu ihr be wirkt. Wie in den 8, 9 gezeigt ist, weist die Verteilerschicht 406 drei
Auslaßpassagen 412 auf,
welche mit der Passage 418 kommunizieren. Die Passagen 414 in der
Verteilerschicht 406 weisen eine flache bzw. ebene Bodenfläche auf,
welche das Fluid zu den Fingern 411, 412 kanalisiert.
Alternativ hat die Passage 414 eine gewisse Neigung, welche
ein Kanalisieren des Fluids zu ausgewählten Fluidpassagen 411 unterstützt. Alternativ
weist die Einlaßpassage 414 eine oder
mehrere Öffnungen
an ihrer Bodenfläche
auf, welche es einem Teil des Fluids ermöglicht, nach unten zu der Grenzschicht 402 zu
strömen.
In ähnlicher Weise
hat die Passage 418 in der Verteilerschicht eine flache
bzw. ebene Bodenfläche,
welche das Fluid enthält
und das Fluid zu dem Anschluß 408 kanalisiert.
Alternativ hat die Passage 418 eine gewisse Neigung, welche
das Kanalisieren des Fluids zu ausgewählten Auslaßanschlüssen 408 unterstützt. Weiterhin
haben die Passagen 414, 418 eine Breitendimension
von etwa 2 mm, obwohl jegliche andere Breitendimensionen alternativ
möglich
sind.As in the 4 - 5 is shown has the alternative distribution layer 406 a passage 414 on, which with two inlet passages 411 communicates and a fluid flow to her be acts. As in the 8th . 9 is shown has the manifold layer 406 three outlet passages 412 on which with the passage 418 communicate. The passages 414 in the distribution layer 406 have a flat bottom surface which conveys the fluid to the fingers 411 . 412 channeled. Alternatively, the passage has 414 a certain inclination, which is channeling the fluid to selected fluid passages 411 supported. Alternatively, the inlet passage 414 one or more openings at its bottom surface, which allows a portion of the fluid, down to the boundary layer 402 to stream. Similarly, the passage has 418 in the manifold layer, a flat bottom surface containing the fluid and the fluid to the port 408 channeled. Alternatively, the passage has 418 some inclination, which channeling the fluid to selected outlet ports 408 supported. Continue to have the passages 414 . 418 a width dimension of about 2 mm, although any other width dimensions are alternatively possible.
Die
Passagen 414, 418 kommunizieren mit Anschlüssen 408, 409,
wobei die Anschlüsse
an Fluidlinien in einem Kühlsystem
angekuppelt sind. Die Verteilerlage 406 weist horizontal
konfigurierte Fluidanschlüsse 408, 409 auf.
Alternativ weist die Verteilerschicht 406 vertikale und/oder
diagonal konfigurierte Fluidanschlüsse 408, 409 auf,
wie unten diskutiert ist, obwohl dieses in 4–7 nicht dargestellt ist. Alternativ weist
die Verteilerschicht 406 keine Passage 414 auf.
Demgemäß wird das
Fluid direkt von den Anschlüssen 408 den
Fingern 411 zugeführt.
Es wird erneut darauf verwiesen, daß die Verteilerschicht 411 alternativ
keine Passage 418 aufweist, wobei das Fluid in den Fingern 412 direkt
aus dem Wärmetauscher 400 durch
Anschlüsse 408 strömt. Es ist
ersichtlich, daß jegliche
Anzahl von Anschlüssen
alternativ verwendet werden kann, obwohl zwei Anschlüsse 408 in
Verbindung mit den Passagen 414, 418 gezeigt sind.The passages 414 . 418 communicate with connections 408 . 409 wherein the ports are coupled to fluid lines in a cooling system. The distribution situation 406 has horizontally configured fluid connections 408 . 409 on. Alternatively, the manifold layer 406 vertical and / or diagonally configured fluid connections 408 . 409 as discussed below, although this is in 4 - 7 not shown. Alternatively, the manifold layer 406 no passage 414 on. Accordingly, the fluid is directly from the ports 408 the fingers 411 fed. It is again referred to that the distribution layer 411 alternatively no passage 418 having the fluid in the fingers 412 directly from the heat exchanger 400 through connections 408 flows. It will be appreciated that any number of terminals may alternatively be used, although two terminals 408 in connection with the passages 414 . 418 are shown.
Die
Einlaßpassagen 411 haben
Dimensionen, welche dem Fluid gestatten, zu der Grenzschicht zu
strömen,
ohne einen großen
Druckverlust entlang der Passagen 411 zu erzeugen. Die
Einlaßpassagen 411 haben
eine Breitendimension im Bereich von einschließlich 0,25- 5,00 mm, obwohl jegliche andere Breitendimensionen
alternativ möglich sind.
Weiterhin haben die Einlaßpassagen 411 eine Längendimension
im Bereich von einschließlich
0,5 mm bis zum Dreifachen der Länge
der Wärmequelle. Alternativ
sind andere Längendimensionen
möglich. Weiterhin
erstreckt sich, wie oben ausgeführt
ist, die Einlaßpassage 411 nach
unten zu der oder etwas oberhalb der Höhe der Mikrokanäle 410,
so daß das Fluid
direkt zu den Mikrokanälen 410 kanalisiert
wird. Die Einlaßpassagen 411 haben
eine Höhendimension
im Bereich von (einschließlich)
0,25-5,00 mm. Es ist für
den Fachmann erkennbar, daß die
Passagen 411 sich nicht nach unten bis zu den Mikrokanälen 410 erstrecken,
und daß jegliche
andere Höhendimensionen
alternativ möglich
sind. Es ist für
einen Fachmann ersichtlich, daß die
Einlaßpassagen 411, obwohl
sie die gleichen Dimensionen aufweisen, alternativ unterschiedliche
Dimensionen aufweisen können.
Weiterhin haben die Einlaßpassagen 411 alternativ
variierende Breiten, Querschnittsdimensionen und/oder Abstände zwischen
benachbarten Fingern. Insbesondere hat die Einlaßpassage 411 Bereiche
mit einer größeren Breite
oder Tiefen wie auch Bereiche mit engeren Breiten und Tiefen entlang
ihrer Länge.
Die variierenden Dimensionen ermöglichen
es, daß mehr
Fluid an vorgegebene Grenzschicht-Heißstellenbereiche
in der Grenzschicht 402 durch weitere Abschnitte geliefert
wird, während
die Strömung
zu Grenzschicht-Warmstellenbereichen durch die engeren Abschnitte
vermindert wird.The intake passages 411 have dimensions that allow the fluid to flow to the boundary layer without a large pressure drop along the passages 411 to create. The intake passages 411 have a width dimension ranging from 0.25 to 5.00 mm, although any other width dimensions are alternatively possible. Furthermore, the inlet passages 411 a length dimension ranging from 0.5 mm to three times the length of the heat source. Alternatively, other length dimensions are possible. Furthermore, as stated above, the inlet passage extends 411 down to or slightly above the height of the microchannels 410 so that the fluid goes directly to the microchannels 410 is channeled. The intake passages 411 have a height dimension in the range of (including) 0.25-5.00 mm. It will be apparent to those skilled in the art that the passages 411 Do not go down to the microchannels 410 extend and that any other height dimensions are alternatively possible. It will be apparent to one skilled in the art that the inlet passages 411 although they have the same dimensions, they may alternatively have different dimensions. Furthermore, the inlet passages 411 alternatively varying widths, cross-sectional dimensions and / or distances between adjacent fingers. In particular, the intake passage has 411 Areas with a greater width or depth as well as areas with narrower widths and depths along their length. The varying dimensions allow more fluid to reach predetermined interface hot spot areas in the boundary layer 402 is supplied through further sections while reducing the flow to boundary layer hot spot areas through the narrower sections.
Weiterhin
haben die Auslaßpassagen 412 Dimensionen,
welche es dem Fluid ermöglichen, ohne
Erzeugung eines großen
Druckabfalls entlang der Passagen 412 zur Grenzschicht
zu strömen.
Die Auslaßpassagen 412 haben
eine Breitendimension im Bereich von einschließlich 0,25-5,00 mm, obwohl jegliche
andere Breitendimensionen alternativ möglich sind. Weiterhin haben
die Auslaßpassagen 412 eine
Längendimension
im Bereich von einschließlich 0,5
mm bis zum Dreifachen der Länge
der Wärmequelle.
Weiterhin erstrecken sich die Auslaßpassagen 412 nach
unten zur Höhe
der Mikrokanäle 410, so
daß das
Fluid leicht aufwärts
in die Auslaßpassagen 412 strömt, nachdem
es horizontal entlang den Mikrokanälen 410 geströmt ist.
Die Einlaßpassagen 411 haben
eine Höhendimension
im Bereich von einschließlich 0,25-5,00
mm, obwohl jegliche andere Höhendimensionen
alternativ möglich
sind. Obwohl die Auslaßpassagen 412 die
gleichen Dimensionen haben, ist es für den Fachmann ersichtlich,
daß die Auslaßpassagen 412 alternativ
unterschiedliche Dimensionen haben können. Die Einlaßpassagen 412 haben
alternativ variierende Breiten, Querschnittsdimensionen und/oder
Abstände
zwischen benachbarten Fingern.Furthermore, the outlet passages 412 Dimensions that allow the fluid to flow without generating a large pressure drop along the passages 412 to flow to the boundary layer. The outlet passages 412 have a width dimension in the range of 0.25-5.00 mm inclusive, although any other width dimensions are alternatively possible. Furthermore, the outlet passages 412 a length dimension ranging from 0.5 mm to three times the length of the heat source. Furthermore, the outlet passages extend 412 down to the height of the microchannels 410 so that the fluid rises slightly up into the outlet passages 412 after flowing horizontally along the microchannels 410 has flowed. The intake passages 411 have a height dimension in the range of 0.25-5.00 mm inclusive, although any other height dimensions are alternatively possible. Although the outlet passages 412 have the same dimensions, it will be apparent to those skilled in the art that the outlet passages 412 alternatively have different dimensions. The intake passages 412 alternatively have varying widths, cross-sectional dimensions and / or distances between adjacent fingers.
Die
Einlaß-
und Auslaßpassagen 411, 412 sind
segmentiert und unterscheiden sich voneinander, wie in den 4 und 5 gezeigt
ist, wobei sich das Fluid nicht zwischen den Passagen vermischt.
Wie in 8 gezeigt ist, sind insbesondere zwei
Auslaßpassagen
längs der äußeren Ränder der Verteilerschicht 406 angeordnet,
und eine Auslaßpassage 412 ist
in der Mitte der Verteilerschicht 406 angeordnet. Weiterhin
sind zwei Einlaßpassagen 411 an
benachbarten Seiten der mittleren Auslaßpassage 412 ausgebildet.
Diese besondere Konfiguration bewirkt, daß das in die Grenzschicht 402 eintretende Fluid über einen
kurzen Abstand in der Grenzschicht 402 strömt, bevor
es aus der Grenzschicht 402 durch die Auslaßpassage 412 herausströmt. Es ist
jedoch für
den Fachmann erkennbar, daß die
Einlaßpassagen
und Auslaßpassagen
in irgendeiner anderen geeigneten Konfiguration positioniert werden
können, und
daß ihre
Positionierung nicht auf die gezeigte und beschriebene Konfiguration
beschränkt
ist. Die Anzahl von Einlaß-
und Auslaßfingern 411, 412 ist größer als
drei innerhalb der Verteilerschicht 406, jedoch kleiner
als zehn pro Zentimeter über
die Verteilerschicht 406. Es ist für den Fachmann erkennbar, daß jegliche
andere Anzahl von Einlaßpassagen
und Auslaßpassagen
verwendet werden kann, und das die Anzahl nicht auf die gezeigte
und beschriebene beschränkt
ist.The inlet and outlet passages 411 . 412 are segmented and different from each other, as in the 4 and 5 is shown, wherein the fluid does not mix between the passages. As in 8th In particular, two outlet passages are shown along the outer edges of the manifold layer 406 arranged, and an outlet passage 412 is in the middle of the distribution layer 406 arranged. Furthermore, there are two intake passages 411 on adjacent sides of the middle outlet passage 412 educated. This particular configuration causes that in the boundary layer 402 entering fluid over a short distance in the boundary layer 402 flows before leaving the boundary layer 402 through the outlet passage 412 flows out. However, it will be apparent to those skilled in the art that the inlet passages and outlet passages may be positioned in any other suitable configuration, and that their positioning is not limited to the configuration shown and described. The number of inlet and outlet fingers 411 . 412 is greater than three within the distribution layer 406 but less than ten per centimeter across the manifold layer 406 , It will be apparent to those skilled in the art that any other number of inlet passages and outlet passages may be used, and that the number is not limited to those shown and described.
Die
Verteilerschicht 406 ist an die Zwischenschicht (nicht
gezeigt) gekuppelt, wobei die Zwischenschicht (nicht gezeigt) an
die Grenzschicht 402 gekuppelt ist, um einen Drei-Etagen-Wärmetauscher 400 zu
bilden. Auf die hier erwähnte
Zwischenschicht wird oben bei der in 3B gezeigten
Ausgestaltung Bezug genommen. Die Verteilerschicht 406 wird
alternativ an die Grenzschicht 402 gekuppelt und über der
Grenzschicht 402 positioniert, um einen Zwei-Etagen-Wärmetauscher 400 zu
bilden, wie in 7A gezeigt ist. Die 6A–6C zeigen
schematische Querschnittsdarstellungen der bei einem Zwei-Etagen-Wärmetauscher
an die alternative Verteilerschicht 406 gekuppelten Grenzschicht 402. Speziell
zeigt 6A den Querschnitt des Wärmetauschers 400 entlang
der Linie A-A in 5. Weiterhin zeigt 6B den
Querschnitt des Wärmetauschers 400 entlang
der Linie B-B, und 6C zeigt den Querschnitt des
Wärmetauschers 400 entlang der
Linie C-C in 5. Wie oben ausgeführt ist,
erstrecken sich die Einlaß-
und Auslaßpassagen 411, 412 von
der Oberseite zur Unterseite der Verteilerschicht 406.
Wenn die Verteilerschicht und die Grenzschicht 402 aneinandergekuppelt
sind, sind die Einlaß-
und Auslaßpassagen 411, 412 an
der oder etwas oberhalb der Höhe
der Mikrokanäle 410 in
der Grenzschicht 402. Diese Konfiguration bewirkt, daß das Fluid
aus den Einlaßpassagen 411 leicht
durch die Mirkokanäle 410 strömt. Weiterhin
bewirkt diese Konfiguration, daß das
durch die Mikrokanäle
strömende
Fluid leicht bzw. ohne weiteres aufwärts durch die Auslaßpassagen 412 strömt, nachdem
es durch die Mikrokanäle 410 geströmt ist.The distribution layer 406 is coupled to the intermediate layer (not shown) with the intermediate layer (not shown) to the barrier layer 402 is coupled to a three-tier heat exchanger 400 to build. On the here mentioned intermediate layer is above at the in 3B shown embodiment reference. The distribution layer 406 is alternatively to the boundary layer 402 coupled and over the boundary layer 402 positioned to a two-level heat exchanger 400 to form, as in 7A is shown. The 6A - 6C show schematic cross-sectional views of the in a two-level heat exchanger to the alternative distribution layer 406 coupled boundary layer 402 , Specially shows 6A the cross section of the heat exchanger 400 along the line AA in 5 , Further shows 6B the cross section of the heat exchanger 400 along the line BB, and 6C shows the cross section of the heat exchanger 400 along the line CC in 5 , As stated above, the inlet and outlet passages extend 411 . 412 from the top to the bottom of the manifold layer 406 , When the distribution layer and the boundary layer 402 are coupled to each other, are the inlet and outlet passages 411 . 412 at or slightly above the height of the microchannels 410 in the boundary layer 402 , This configuration causes the fluid from the inlet passages 411 easy through the Mirkokanäle 410 flows. Furthermore, this configuration causes the fluid flowing through the microchannels to easily pass upwardly through the outlet passages 412 flows after passing through the microchannels 410 has flowed.
Bei
der alternativen Ausgestaltung ist die Zwischenschicht 104 (3B) zwischen der Verteilerschicht 406 und
der Grenzschicht 402 positioniert, obwohl dieses in den
Zeichnungsfiguren nicht gezeigt ist. Die Zwischenschicht 104 (3B) kanalisiert die Fluidströmung zu
bestimmten vorgegebenen Grenzschicht-Heißstellenbereichen in der Grenzschicht 402.
Weiterhin kann die Zwischenschicht 104 (3B)
verwendet werden, um eine gleichförmige Strömung des in die Grenzschicht 402 eintretenden Fluids
zu schaffen. Auch wird die Zwischenschicht 104 dafür verwendet,
Fluid zu den Grenzschicht-Heißstellenbereichen
in der Grenzschicht 402 zu verbringen, um die Heißstellen
adäquat
zu kühlen,
und eine gleichförmige
Temperatur an der Wärmequelle 99 zu
erzeugen. Die Einlaß-
und Auslaßpassagen 411, 412 sind
nahe den oder oberhalb der Heißstellen
der Wärmequelle 99 positioniert,
um die Heißstellen
adäquat
zu kühlen,
obwohl dieses nicht notwendig ist.In the alternative embodiment, the intermediate layer 104 ( 3B ) between the manifold layer 406 and the boundary layer 402 although not shown in the drawing figures. The intermediate layer 104 ( 3B ) channels the fluid flow to certain predetermined boundary layer hot spot areas in the boundary layer 402 , Furthermore, the intermediate layer 104 ( 3B ) can be used to create a uniform flow in the boundary layer 402 to create incoming fluid. Also, the intermediate layer 104 used to deliver fluid to the interface hot spot areas in the boundary layer 402 to adequately cool the hot spots, and a uniform temperature at the heat source 99 to create. The inlet and outlet passages 411 . 412 are near or above the hot spots of the heat source 99 to adequately cool the hot spots, although this is not necessary.
7A zeigt
eine Explosionsdarstellung der alternativen Verteilerschicht 406 mit
der alternativen Grenzschicht 102 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Grenzschicht 102 weist kontinuierliche Anordnungen
von Mikrokanalwänden 110 auf,
wie dieses in 3B gezeigt ist. Bei
der allgemeinen Betriebsweise tritt Fluid, ähnlich zu der in 3B gezeigten Verteilerschicht 106,
in die Verteilerschicht 406 am Fluidanschluß 408 in
die Verteilerschicht 406 ein und strömt durch die Passage 414 sowie
zu den Fluid-Fingern bzw. -Passagen 411 hin. Das Fluid
tritt in die Öffnung
der Einlaßfinger 411 ein
und strömt entlang
der Finger 411 in X-Richtung,
wie durch Pfeile gezeigt ist. Weiterhin strömt das Fluid nach unten in
Z-Richtung zu der Grenzschicht 402, welche unterhalb der
Verteilerschicht 406 positioniert ist. Wie in 7A gezeigt
ist, überquert
das Fluid in der Grenzschicht 402 die Bodenfläche in X-
und Y-Richtung der Grenzschicht 402 und
führt einen
Wärmeaustausch mit
der Wärmequelle 99 durch.
Das erwärmte
Fluid tritt aus der Grenzschicht 402 durch Aufwärtsströmen in der
Z-Richtung über die
Auslaßfinger 412 aus,
wobei die Auslaßfinger 412 das
erwärmte
Fluid zu der Passage 418 in der Verteilerschicht 406 in
X-Richtung kanalisieren. Das Fluid strömt sodann längs der Passage 418 und
verläßt den Wärmetauscher
durch Ausströmen
durch den Anschluß 409. 7A shows an exploded view of the alternative distribution layer 406 with the alternative boundary layer 102 according to the present invention. The boundary layer 102 has continuous arrangements of microchannel walls 110 on, like this one in 3B is shown. In the general Be For example, fluid occurs similar to that in FIG 3B shown distribution layer 106 , in the distribution layer 406 at the fluid connection 408 into the distribution layer 406 and flows through the passage 414 as well as to the fluid fingers or passages 411 out. The fluid enters the opening of the inlet fingers 411 and flows along the fingers 411 in the X direction, as shown by arrows. Furthermore, the fluid flows down in the Z direction to the boundary layer 402 , which are below the distributor layer 406 is positioned. As in 7A shown crosses the fluid in the boundary layer 402 the bottom surface in the X and Y direction of the boundary layer 402 and performs a heat exchange with the heat source 99 by. The heated fluid exits the boundary layer 402 by flowing up in the Z direction via the outlet fingers 412 from, with the Auslaßfinger 412 the heated fluid to the passage 418 in the distribution layer 406 Channel in the X direction. The fluid then flows along the passage 418 and leaves the heat exchanger by flowing out through the port 409 ,
Die
Grenzschicht, wie sie in 7A gezeigt ist,
weist eine Anzahl von Nuten 416 auf, welche zwischen gruppenförmigen Anordnungen
von Mikrokanälen 410 angeordnet
sind, und das Kanalisieren des Fluids zu und von den Passagen 411, 412 unterstützen. Insbesondere
sind die Nuten 416A direkt unterhalb der Einlaßpassagen 411 der
alternativen Verteilerschicht 406 angeordnet, wobei Fluid,
welches in die Grenzschicht 402 über die Einlaßpassagen 411 eintritt,
direkt zu den benachbart zu den Nuten 416A angeordneten
Mikrokanälen
kanalisiert wird. Demgemäß ermöglichen
die Nuten 416A dem Fluid, direkt in speziell vorgesehene
Strömungspfade
von den Einlaßpassagen 411 kanalisiert
zu werden, wie in 5 gezeigt ist. In ähnlicher
Weise weist die Grenzschicht 402 Nuten 416B auf,
welche direkt unterhalb der Auslaßpassagen 412 in Z-Richtung
positioniert sind. Demgemäß wird Fluid,
welches entlang der Mikrokanäle 410 zu
den Auslaßpassagen
hin strömt,
horizontal zu den Nuten 416B und vertikal zu der Auslaßpassage 412 oberhalb
der Nuten 416B kanalisiert.The boundary layer, as in 7A is shown has a number of grooves 416 which is between grouped arrays of microchannels 410 are arranged, and the channeling of the fluid to and from the passages 411 . 412 support. In particular, the grooves 416A directly below the inlet passages 411 the alternative distribution layer 406 arranged, wherein fluid, which in the boundary layer 402 over the intake passages 411 enters, directly to the adjacent to the grooves 416A channeled microchannels is channeled. Accordingly, the grooves allow 416A the fluid, directly into specially provided flow paths from the inlet passages 411 to be channeled as in 5 is shown. Similarly, the boundary layer 402 groove 416B on which directly below the outlet passages 412 are positioned in the Z direction. Accordingly, fluid passing along the microchannels 410 flows toward the outlet passages, horizontal to the grooves 416B and vertical to the outlet passage 412 above the grooves 416B channeled.
6A zeigt
den Querschnitt eines Wärmetauschers 400 mit
einer Verteilerschicht 406 und einer Grenzschicht 402.
Insbesondere zeigt 6A die mit den Einlaßpassagen 411 verflochtenen
bzw. ineinandergreifenden Auslaßpassagen 412,
wobei Fluid durch die Einlaßpassagen 411 nach
unten strömt
und durch die Auslaßpassagen 412 nach
oben strömt.
Weiterhin strömt
das Fluid, wie in 6A gezeigt ist, horizontal durch
die Mikrokanalwände 410, welche
zwischen den Einlaßpassagen
und Auslaßpassagen
angeordnet und durch die Nuten 416A und 416B separiert
sind. Alternativ sind die Mikrokanalwände kontinuierlich ausgebildet
(3B) und nicht durch Mikrokanäle 410 separiert.
Wie in 6A gezeigt ist, haben die Einlaß- und/oder Auslaßpassagen 411, 412 an
ihren Enden an Stellen nahe den Nuten 416 eine gekrümmte Fläche 420.
Die gekrümmte Fläche 420 leitet
Fluid, welches durch die Passage 411 nach unten strömt, zu den
Mikrokanälen 410, welche
benachbart zu der Passage 411 angeordnet sind. Demgemäß wird das
in die Grenzschicht 102 eintretende Fluid einfacher bzw. „sanfter" zu den Mikrokanälen 410 geleitet,
statt direkt zu den Nuten 416A zu strömen. In ähnlicher Weise unterstützt die gekrümmte Fläche 420 in
den Auslaßpassagen 412 ein
Richten des Fluids aus den Mikrokanälen 410 zu der Auslaßpassage 412.
Bei einer alternativen Ausgestaltung, wie sie in 7B gezeigt
ist, weist die Grenzschicht 402' die oben unter Bezugnahme auf die
Verteilerschicht 406 (8–9) diskutierten Einlaßpassagen 411' und Auslaßpassagen 412' auf. Bei der
alternativen Ausgestaltung wird Fluid von dem Anschluß 408' direkt der
Grenzschicht 402' zugeführt. Das
Fluid strömt
entlang der Passage 414' zu den
Einlaßpassagen 411'. Das Fluid
strömt
sodann in Querrichtung entlang den Mikrokanälen 410' und unterliegt einem Wärmeaustausch
mit der Wärmequelle (nicht
gezeigt), und strömt
zu den Auslaßpassagen 412'. Das Fluid
strömt
dann entlang den Auslaßpassagen 412' zu der Passage 418', wobei das
Fluid die Grenzschicht 402' über den
Anschluß 409' verläßt. Die
Anschlüsse 408', 409' sind in der
Grenzschicht 402' ausgebildet
und alternativ in der Verteilerschicht 406 (7A). 6A shows the cross section of a heat exchanger 400 with a distribution layer 406 and a boundary layer 402 , In particular shows 6A the one with the intake passages 411 interleaved outlet passages 412 , wherein fluid through the inlet passages 411 flows down and through the outlet passages 412 flows upwards. Furthermore, the fluid flows as in 6A shown horizontally through the microchannel walls 410 disposed between the inlet passages and outlet passages and through the grooves 416A and 416B are separated. Alternatively, the microchannel walls are formed continuously ( 3B ) and not through microchannels 410 separated. As in 6A is shown, have the inlet and / or outlet passages 411 . 412 at their ends in places near the grooves 416 a curved surface 420 , The curved surface 420 conducts fluid through the passage 411 flows down to the microchannels 410 which are adjacent to the passage 411 are arranged. Accordingly, that gets into the boundary layer 102 incoming fluid easier or "gentle" to the micro-channels 410 directed, instead of directly to the grooves 416A to stream. Similarly, the curved surface supports 420 in the outlet passages 412 directing the fluid out of the microchannels 410 to the outlet passage 412 , In an alternative embodiment, as in 7B is shown has the boundary layer 402 ' the above with reference to the manifold layer 406 ( 8th - 9 ) discussed inlet passages 411 ' and outlet passages 412 ' on. In the alternative embodiment, fluid is removed from the port 408 ' directly the boundary layer 402 ' fed. The fluid flows along the passage 414 ' to the intake passages 411 ' , The fluid then flows transversely along the microchannels 410 ' and undergoes heat exchange with the heat source (not shown) and flows to the outlet passages 412 ' , The fluid then flows along the outlet passages 412 ' to the passage 418 ' wherein the fluid is the boundary layer 402 ' over the connection 409 ' leaves. The connections 408 ' . 409 ' are in the boundary layer 402 ' formed and alternatively in the distribution layer 406 ( 7A ).
Es
ist für
einen Fachmann ersichtlich, daß der
Wärmetauscher
alternativ in einer vertikalen Position arbeiten kann, obwohl alle
Wärmetauscher
in der vorliegenden Anmeldung mit horizontaler Arbeitsweise gezeigt
sind. Wenn die Wärmetauscher
in der vertikalen Position arbeiten, sind sie alternativ so konfiguriert,
daß jede
Einlaßpassage über einer
benachbarten Auslaßpassage
positioniert ist. Demgemäß tritt
das Fluid durch die Einlaßpassagen
in die Grenzschicht ein und wird auf natürliche Weise zu einer Auslaßpassage
kanalisiert. Es ist auch ersichtlich, daß jegliche andere Konfiguration
der Verteilerschicht und Grenzschicht alternativ verwendbar ist, wenn
der Wärmetauscher
in einer vertikalen Position arbeiten soll.It
is for
a person skilled in the art that the
heat exchangers
alternatively can work in a vertical position, though all
heat exchangers
shown in the present application with horizontal operation
are. When the heat exchangers
working in the vertical position, they are alternatively configured
that each
Intake passage above one
adjacent outlet passage
is positioned. Accordingly, occurs
the fluid through the inlet passages
into the boundary layer and naturally becomes an outlet passage
channeled. It will also be apparent that any other configuration
the distribution layer and boundary layer is alternatively usable when
the heat exchanger
to work in a vertical position.
Die 8A–8C zeigen
Draufsichten auf andere Ausgestaltungen des Wärmetauschers gemäß der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere zeigt 8A eine
Draufsicht auf eine alternative Verteilerschicht 206 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die 8B und 8C zeigen
jeweils eine Draufsicht auf eine Zwischenschicht 204 und
Grenzschicht 202. Weiterhin zeigt 9A einen
Drei-Etagen-Wärmetauscher,
welcher die alternative Verteilerschicht 206 verwendet,
während 9B einen
Zwei-Etagen-Wärmetauscher
zeigt, welcher die alternative Verteilerschicht 206 verwendet.The 8A - 8C show plan views of other embodiments of the heat exchanger according to the present invention. In particular shows 8A a plan view of an alternative distribution layer 206 according to the present invention. The 8B and 8C each show a plan view of an intermediate layer 204 and boundary layer 202 , Further shows 9A a three-level heat exchanger, which is the alternative distribution layer 206 used while 9B shows a two-level heat exchanger, which is the alternative distribution layer 206 used.
Wie
in 8A und 9A gezeigt
ist, weist die Verteilerschicht 206 mehrere Fluidanschlüsse 208 auf,
welche horizontal und vertikal konfiguriert sind. Alternativ sind
die Fluidanschlüsse 208 diagonal
oder in irgendeiner anderen Richtung bezüglich der Verteilerschicht 206 positioniert.
Die Fluidanschlüsse 208 sind
an ausgewählten
Stellen der Verteilerschicht 206 positioniert, um Fluid
effizient an die vorgegebenen Grenzschicht-Heißstellenbereiche des Wärmetauschers 200 zu
liefern. Die mehreren Fluidanschlüsse 208 schaffen einen
signifikanten Vorteil, weil Fluid direkt von einem Fluidanschluß zu einem
bestimmten Grenzflächen-Heißstellenbereich geliefert
werden kann, ohne daß dabei
dem Wärmetauscher 200 ein
signifikanter Druckabfall hinzugefügt wird. Weiterhin sind die
Fluidanschlüsse 208 in der
Verteilerschicht 206 auch so positioniert, daß sie dem
Fluid ermöglichen,
an den Grenzschicht-Heißstellenbereichen über den
geringsten Abstand zum Auslaßanschluß 208 zu
strömen,
so daß das
Fluid eine gleichförmige
Temperatur annimmt, während
ein minimaler Druckverlust zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen 208 erfolgt.
Weiterhin unterstützt die
Verwendung der Verteilerschicht 206 ein Stabilisieren einer
Zwei-Phasen-Strömung
innerhalb des Wärmetauschers 200,
wenn sie die Strömung über die
Grenzschicht 202 gleichförmig verteilt. Es sei darauf
verwiesen, daß der
Wärmetauscher 200 alternativ
mehr als eine Verteilerschicht 206 aufweisen kann, wobei
eine Verteilerschicht 206 das Fluid in den und aus dem
Wärmetauscher 200 leitet,
während
eine andere Verteilerschicht (nicht gezeigt) das Ausmaß der Fluidzirkulation
zu dem Wärmetauscher 200 steuert.
Alternativ zirkulieren alle der mehreren Verteilerschichten 206 Fluid
zu ausgewählten
entsprechenden Grenzschicht-Heißstellenbereichen
in der Grenzschicht 202.As in 8A and 9A is shown has the manifold layer 206 several fluid connections 208 on, which are configured horizontally and vertically. Alternatively, the fluid connections 208 diagonal or in any other direction with respect to the manifold layer 206 positioned. The fluid connections 208 are at selected points of the distribution layer 206 positioned to efficiently deliver fluid to the predetermined boundary layer hot spot areas of the heat exchanger 200 to deliver. The multiple fluid connections 208 provide a significant advantage because fluid can be delivered directly from a fluid port to a particular interface hot spot area without affecting the heat exchanger 200 a significant pressure drop is added. Furthermore, the fluid connections 208 in the distribution layer 206 Also positioned to allow the fluid to be at the interface hot spot areas the least distance from the outlet port 208 to flow so that the fluid assumes a uniform temperature, while a minimal pressure loss between the inlet and outlet ports 208 he follows. It also supports the use of the distribution layer 206 stabilizing a two-phase flow within the heat exchanger 200 when they cross the flow over the boundary layer 202 uniformly distributed. It should be noted that the heat exchanger 200 alternatively more than one distribution layer 206 may have, wherein a distribution layer 206 the fluid in and out of the heat exchanger 200 while another manifold layer (not shown) directs the amount of fluid circulation to the heat exchanger 200 controls. Alternatively, all of the multiple distribution layers circulate 206 Fluid to selected corresponding boundary layer hot spot areas in the boundary layer 202 ,
Die
alternative Verteilerschicht 206 hat Querdimensionen, welche
eng mit den Dimensionen der Grenzschicht 202 übereinstimmen.
Weiterhin hat die Verteilerschicht 206 die gleichen Dimensionen
wie die Wärmequelle 99.
Alternativ ist die Verteilerschicht 206 größer als
die Wärmequelle 99.
Die vertikalen Dimensionen der Verteilerschicht 206 liegen
innerhalb des Bereiches von 0,1 und 10 mm. Weiterhin sind die Öffnungen
in der Verteilerschicht 206, welche die Fluidanschlüsse 208 aufnehmen,
innerhalb eines Bereiches zwischen 1 mm und der gesamten Breite
oder Länge
der Wärmequelle 99.The alternative distribution layer 206 has transverse dimensions, which are closely related to the dimensions of the boundary layer 202 to match. Furthermore, the distributor layer has 206 the same dimensions as the heat source 99 , Alternatively, the distribution layer 206 bigger than the heat source 99 , The vertical dimensions of the manifold layer 206 are within the range of 0.1 and 10 mm. Furthermore, the openings are in the manifold layer 206 which the fluid connections 208 within a range between 1 mm and the entire width or length of the heat source 99 ,
10A zeigt eine perspektivische Darstellung einer
Ausgestaltung der Grenzschicht 302 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 10A gezeigt ist, weist die Grenzschicht 302 eine
Anzahl von Säulen 303 auf,
welche sich von der Bodenfläche 301 der
Grenzschicht 302 nach oben erstrecken. Weiterhin zeigt 10A eine mikroporöse Struktur 301, welche
an der Bodenfläche
der Grenzschicht 302 ausgebildet ist. Es ist ersichtlich,
daß die
Grenzschicht 302 nur die mikroporöse Struktur 301 aufweisen
kann, wie auch eine Kombination der mikroporösen Struktur mit einem anderen
Merkmal der Grenzschicht (z.B. Mikrokanäle, Säulen etc.). 10A shows a perspective view of an embodiment of the boundary layer 302 according to the present invention. As in 10A is shown has the boundary layer 302 a number of columns 303 on which is different from the bottom surface 301 the boundary layer 302 extend upwards. Further shows 10A a microporous structure 301 , which are at the bottom surface of the boundary layer 302 is trained. It can be seen that the boundary layer 302 only the microporous structure 301 as well as a combination of the microporous structure with another feature of the interface (eg, microchannels, columns, etc.).
Die
Grenzschicht 302 weist die Säulen 303 statt Mikrokanälen auf
gemäß der Fluidströmung von den
Einlaßöffnungen
zu den diese umgebenden Auslaßöffnungen
in der Verteilerschicht 302 (12A). Wie
weiter unten in weiteren Einzelheiten diskutiert wird, strömt das Fluid
nach unten zu der Grenzschicht 302 über eine Anzahl von Einlaßöffnungen, wobei
das Fluid sodann aus der Grenzschicht 302 über eine
Anzahl von Auslaßöffnungen
austritt, welche unter einem optimalen Abstand zu den Einlaßöffnungen
beabstandet sind. In anderen Worten, strömt das Fluid von jeder Einlaßöffnung zu
der am nächsten
gelegenen Auslaßöffnung.
Bei dieser Ausgestaltung ist jede Einlaßöffnung durch Auslaßöffnungen umgeben.
Demgemäß strömt das in
die Grenzschicht 302 eintretende Fluid in Richtung zu den
umgebenden Auslaßöffnungen.
Demgemäß schaffen die
Säulen 303 in
der Grenzschicht 302 eine ausreichende Wärmeübertragung
auf das Fluid und ermöglichen
es dem Fluid mit einem geringen Druckverlust von den Einlaßöffnungen
zu den Auslaßöffnungen
zu strömen.The boundary layer 302 has the columns 303 instead of microchannels in accordance with the fluid flow from the inlet ports to the surrounding outlet ports in the manifold layer 302 ( 12A ). As will be discussed in more detail below, the fluid flows down to the boundary layer 302 via a number of inlet ports, the fluid then leaving the boundary layer 302 exits through a number of outlet openings, which are spaced at an optimum distance from the inlet openings. In other words, the fluid flows from each inlet port to the nearest outlet port. In this embodiment, each inlet opening is surrounded by outlet openings. Accordingly, this flows into the boundary layer 302 entering fluid toward the surrounding outlet ports. Accordingly, the columns create 303 in the boundary layer 302 sufficient heat transfer to the fluid and allow the fluid to flow with a low pressure loss from the inlet openings to the outlet openings.
Die
Grenzschicht 302 weist eine dichte Anordnung von hohen,
nahe benachbart angeordneten Säulen 303 auf,
welche sich senkrecht von der Bodenfläche 301 aus erstrecken
und mit der Bodenfläche
der Verteilerschicht in Kontakt sind. Alternativ sind die Säulen 303 nicht
in Kontakt mit der Bodenfläche
der Verteilerschicht. Weiterhin erstreckt sich wenigstens eine der
Säulen 303 alternativ
unter einem Winkel zur Bodenfläche 301 der
Grenzschicht 302. Die Säulen 303 stehen
auch in gleichem Abstand zueinander entlang der Grenzschicht 302,
so daß die
Wärmeübertragungsmöglichkeiten
der Grenzschicht 302 über
die Bodenfläche 301 gleichförmig sind.The boundary layer 302 has a dense array of tall, closely spaced columns 303 on which is perpendicular to the floor surface 301 extend out and in contact with the bottom surface of the manifold layer. Alternatively, the columns 303 not in contact with the bottom surface of the manifold layer. Furthermore, at least one of the columns extends 303 alternatively at an angle to the ground surface 301 the boundary layer 302 , The columns 303 are also equally spaced along the boundary layer 302 , so that the heat transfer possibilities of the boundary layer 302 over the floor area 301 are uniform.
Alternativ
stehen die Säulen 303 nicht
in einem gleichen Abstand zueinander, wie dieses in 10B gezeigt ist, in welcher die Säulen 303 in
der Mitte der Grenzschicht 302 weiter voneinander entfernt
sind als die Säulen 303 an
den Rändern.
Diese Säulen 303 sind
abhängig
von den Dimensionen der Wärmequelle 99 zueinander
beabstandet, sowie abhängig
von dem auf das Fluid ausgeübten
Strömungswiderstand
und der Größe und Stellen
der Heißstellen
und der Wärmeflußdichte
von der Wärmequelle 99.
Beispielsweise bietet eine geringere Dichte der Säulen 303 der
Strömung
einen geringeren Widerstand, jedoch auch eine geringere Oberfläche für eine Wärmeübertragung
von der Grenzschicht 302 auf das Fluid. Es wird darauf
verwiesen, daß die
Konfiguration der nicht-periodisch mit gegenseitigem Abstand angeordneten
Säulen 303,
die bei der Ausgestaltung in 10B gezeigt
ist, hierauf nicht beschränkt
ist, und daß andere
Anordnungen abhängig
von den Bedingungen der Wärmequelle wie
der gewünschten
Betriebsweise des Kühlsystems
möglich
sind.Alternatively, stand the columns 303 not at an equal distance from each other, like this one in 10B is shown, in which the columns 303 in the middle of the boundary layer 302 are farther apart than the columns 303 on the edges. These pillars 303 are dependent on the dimensions of the heat source 99 spaced from each other, and depending on the flow resistance applied to the fluid and the size and locations of the hot spots and the heat flow density from the heat source 99 , For example, provides a lower density of the columns 303 the flow has a lower resistance, but also a lower surface for heat transfer from the boundary layer 302 on the fluid. It should be noted that the configuration of the non-periodically spaced columns 303 that in the design in 10B is shown, is not limited thereto, and that other arrangements depending on the conditions of the heat source as the desired operation of the cooling system are possible.
Weiterhin
sind die Säulen 303 bevorzugt
als Zylinder mit kreisförmigem
Querschnitt ausgebildet, wie dieses in 10A gezeigt
ist, um dem Fluid zu ermöglichen,
von den Einlaßöffnungen
zu den Auslaßöffnungen
mit einem geringsten Widerstand zu strömen. Die Säulen 303 können jedoch
alternativ andere Formen aufweisen einschließlich – ohne hierauf beschränkt zusein – Säulen 303B mit
quadratischem Querschnitt (10B),
Rautenquerschnitt, elliptischem Querschnitt 303C (10C), hexagonalem Querschnitt 303D (10D) oder eine andere Form. Weiterhin kann die
Grenzschicht 302 alternativ eine Kombination von unterschiedlich
geformten Säulen
entlang der Bodenfläche 301 aufweisen.Furthermore, the columns 303 preferably designed as a cylinder with a circular cross section, as this in 10A is shown to allow the fluid to flow from the inlet ports to the outlet ports with a least resistance. The columns 303 however, may alternatively have other shapes, including but not limited to columns 303B with square cross section ( 10B ), Diamond cross section, elliptical cross section 303C ( 10C ), hexagonal cross-section 303D ( 10D ) or another form. Furthermore, the boundary layer 302 alternatively, a combination of differently shaped columns along the bottom surface 301 exhibit.
Beispielsweise
kann die Grenzschicht 302 eine Anzahl von Anordnungen rechtwinkliger
Flossen bzw. Rippen 303E aufweisen, wie in 10E gezeigt ist, welche radial zueinander in ihrer
betreffenden Anordnung angeordnet sind. Weiterhin kann die Grenzschicht 302 mehrere
Säulen 303B aufweisen,
die zwischen den Anordnungen rechtwinkliger Rippen 303E angeordnet
sind. Bei einer Ausgestaltung sind die offenen kreisförmige Bereiche
innerhalb der radial angeordneten rechtwinkligen Rippen 303E unterhalb
jeder Einlaßöffnung angeordnet,
wobei die Rippen 303E die Strömung zu den Auslaßöffnungen
unterstützten.
Demgemäß unterstützen die
radial angeordneten Rippen 303E die Strömung dabei, den Druckabfall
zu minimalisieren, während
sie eine annähernd
gleichförmige
Verteilung des Kühlfluids durch
die Grenzschicht 302 ermöglichen. Abhängig von
der Größe und relativen
Anordnung der Einlaß- und Auslaßöffnungen
gibt es viele mögliche
Konfigurationen der Säulen
und/oder Rippen, und die Auswahl der optimalen Anordnung der Grenzschicht 302 hängt davon
ab, ob das Flu id einer Ein-Phasen-Strömung oder einer Zwei-Phasen-Strömung unterworfen
wird. Es ist für
den Fachmann ersichtlich, daß die verschiedenen
Konfigurationen der Säulen
bzw. Stifte 303 bei jeder der hier diskutierten Ausgestaltungen und
Variationen verwendet werden kann.For example, the boundary layer 302 a number of arrays of right-angled fins 303E have, as in 10E is shown, which are arranged radially to each other in their respective arrangement. Furthermore, the boundary layer 302 several columns 303B have, between the arrangements of right-angled ribs 303E are arranged. In one embodiment, the open circular regions are within the radially disposed rectangular ribs 303E arranged below each inlet opening, wherein the ribs 303E supported the flow to the outlet openings. Accordingly, the radially disposed ribs assist 303E the flow thereby minimizing the pressure drop while providing an approximately uniform distribution of the cooling fluid through the boundary layer 302 enable. Depending on the size and relative location of the inlet and outlet ports, there are many possible configurations of the columns and / or fins, and the selection of the optimal arrangement of the boundary layer 302 depends on whether the fluid is subjected to a single-phase flow or a two-phase flow. It will be apparent to those skilled in the art that the various configurations of the pillars 303 can be used in any of the embodiments and variations discussed herein.
11 zeigt
eine weggebrochene perspektivische Ansicht eines Drei-Etagen-Wärmetauschers 200 mit
der alternativen Verteilerschicht 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie in 11 gezeigt ist, ist der Wärmetauscher 200 in
separate Bereiche aufgeteilt, abhängig von der entlang des Körpers der Wärmequelle 99 erzeugten
Wärmemenge.
Die unterteilten Regionen sind durch die vertikale Zwischenschicht 204 und/oder
Mikrokanal-Wandmerkmale 210 in der Grenzschicht 202 separiert.
Es ist jedoch für
den Fachmann erkennbar, daß die
in 11 gezeigte Anordnung nicht auf die gezeigte Konfiguration
beschränkt
ist, und lediglich beispielhaften Zwecken dient. Der Wärmetauscher 200 wird
an eine oder mehrere Pumpen gekuppelt, wobei eine Pumpe an die Einlässe 208A und
eine andere Pumpe an den Einlaß 208B gekuppelt
ist. 11 shows a broken away perspective view of a three-level heat exchanger 200 with the alternative distribution layer 200 according to the present invention. As in 11 is shown is the heat exchanger 200 divided into separate areas, depending on the heat source along the body 99 amount of heat generated. The subdivided regions are through the vertical interlayer 204 and / or microchannel wall features 210 in the boundary layer 202 separated. However, it will be apparent to those skilled in the art that the in 11 shown arrangement is not limited to the configuration shown, and serves only exemplary purposes. The heat exchanger 200 is coupled to one or more pumps, with a pump to the inlets 208A and another pump to the inlet 208B is coupled.
Wie
in 3 gezeigt ist, hat die Wärmequelle 99 eine
Heißstelle
im Bereich A und eine Warmstelle im Bereich B, wobei die Heißstelle
im Bereich A mehr Wärme
erzeugt als die Warmstelle im Bereich B. Es ist ersichtlich, daß die Wärmequelle 99 alternativ
mehr als eine Heißstelle
und als eine Warmstelle an irgendeiner Stelle zu einer vorgegebenen
Zeit aufweisen kann. Da die Stelle A bei dem Beispiel eine Heißstelle
ist und mehr Wärme
an der Stelle A auf die Grenzschicht 202 oberhalb der Stelle
A überträgt (in 11 als
Grenzschicht-Heißstellenbereich
A bezeichnet), wird mehr Fluid und/oder ein höheres Ausmaß von Flüssigkeitsströmung an
dem Grenzflächen-Heißstellenbereich
A in dem Wärmetauscher 200 vorgesehen,
um die Stelle A in adäquater
Weise zu kühlen.
Obwohl der Grenzschicht-Heißstellenbereich
B größer als
der Grenzschicht-Heißstellenbereich
A dargestellt ist, ist ersichtlich, daß die Grenzschicht-Heißstellenbereiche
A und B wie auch jegliche andere Grenzschicht-Heißstellenbereiche
des Wärmetauschers 200 jegliche
Größe und/oder
Konfiguration relativ zueinander aufweisen können.As in 3 shown has the heat source 99 a hot spot in area A and a hot spot in area B, the hot spot in area A producing more heat than the hot spot in area B. It can be seen that the heat source 99 alternatively, may have more than one hot spot and as a hot spot at any one point at a given time. Since the point A in the example is a hot spot and more heat at the point A on the boundary layer 202 above point A transmits (in 11 referred to as boundary layer hot spot area A), more fluid and / or a higher level of liquid flow becomes at the interface hot spot area A in the heat exchanger 200 provided to cool the point A in an adequate manner. Although the boundary layer hot spot area B is shown to be greater than the boundary layer hot spot area A, it can be seen that the boundary layer hot spot areas A and B as well as any other boundary layer hot spot areas of the heat exchanger 200 may have any size and / or configuration relative to each other.
Alternativ
tritt das Fluid, wie in 11 gezeigt
ist, in den Wärmetauscher über Fluidanschlüsse 208 ein
und wird zu dem Grenzschicht-Heißstellenbereich A durch Strömen entlang
der Zwischenschicht 204 zu den Einströmleitungen 205A gerichtet.
Das Fluid strömt
sodann durch die Einströmleitungen 205A in
Z-Richtung in den Grenzschicht-Heißstellenbereich
A der Grenzschicht 202. Das Fluid strömt zwischen den Mikrokanälen 210A, wobei
Wärme von
der Stelle A auf das Fluid durch Leitung durch die Grenzschicht 202 übergeht.
Das erwärmte
Fluid strömt
entlang der Grenzschicht 202 in dem Grenzschicht-Heißstellenbereich
A zum Auslaßanschluß 209A,
wo das Fluid den Wärmetauscher 200 verläßt. Es ist
für den
Fachmann ersichtlich, daß jegliche
Anzahl von Einlaßanschlüssen 208 und
Auslaßanschlüssen 209 für einen
bestimmten Grenzschicht-Heißstellenbereich
oder eine Anzahl von Grenzschicht-Heißstellenbereichen verwendet
werden kann. Weiterhin kann der Auslaßanschluß 209A alternativ
an jeder anderen Stelle vertikal positioniert werden, einschließlich der
Verteilerschicht 209B, jedoch hierauf nicht begrenzt, obwohl
der Auslaßanschluß 209A nahe
der Grenzschicht 202A gezeigt ist.Alternatively, the fluid enters as in 11 is shown in the heat exchanger via fluid connections 208 and becomes the interface hot spot area A by flowing along the intermediate layer 204 to the inflow lines 205A directed. The fluid then flows through the inflow lines 205A in the Z direction in the boundary layer hot spot area A of the boundary layer 202 , The fluid flows between the microchannels 210A , wherein heat from the point A to the fluid through conduction through the boundary layer 202 passes. The heated fluid flows along the boundary layer 202 in the boundary layer hot spot area A to the outlet port 209A where the fluid is the heat exchanger 200 leaves. It will be apparent to those skilled in the art that any number of inlet ports 208 and outlet connections 209 can be used for a particular boundary layer hot spot area or a number of boundary layer hot spot areas. Furthermore, the outlet port 209A alternatively, be positioned vertically at any other location, including the manifold layer 209B but not limited thereto, although the outlet port 209A near the boundary layer 202A is shown.
In ähnlicher
Weise hat die Wärmequelle 99 bei
dem in 11 gezeigten Beispiel eine Warmstelle
an der Stelle B, welche weniger Wärme erzeugt als die Stelle
A der Wärmequelle 99.
Fluid, welches durch den Anschluß 208B eintritt, wird
zu dem Grenzschicht-Heißstellenbereich
B durch Strömen entlang
der Zwischenschicht 204B zu den Einströmleitungen 205B geleitet.
Das Fluid strömt
sodann durch die Einströmleitungen 205B in
Z-Richtung nach
unten in den Grenzschicht-Heißstellenbereich B
der Grenzschicht 202. Das Fluid strömt zwischen den Mikrokanälen 210 in
X- und Y-Richtung, wobei Wärme,
welche durch die Wärmequelle
an der Stelle B erzeugt wird, auf das Fluid übertragen wird. Das erwärmte Fluid
strömt
entlang der gesamten Grenzschicht 202B im Grenzschicht-Heißstellenbereich
B aufwärts
zum Auslaßanschluß 209B in
Z-Richtung über
die Ausströmleitungen 205B in
der Zwischenlage 204, wobei das Fluid den Wärmetauscher 200 verläßt.Similarly, the heat source has 99 at the in 11 shown example, a hot spot at the point B, which generates less heat than the point A of the heat source 99 , Fluid passing through the port 208B enters the boundary layer hot spot area B by flowing along the intermediate layer 204B to the inflow cables 205B directed. The fluid then flows through the inflow lines 205B in the Z direction down into the boundary layer hot spot area B of the boundary layer 202 , The fluid flows between the microchannels 210 in the X and Y directions, wherein heat generated by the heat source at the point B is transferred to the fluid. The heated fluid flows along the entire boundary layer 202B in the boundary layer hot spot area B up to the outlet port 209B in the Z direction via the discharge lines 205B in the liner 204 wherein the fluid is the heat exchanger 200 leaves.
Alternativ
weist der Wärmetauscher 200,
wie in 9A gezeigt ist, eine dampfdurchlässige Membran 214 auf,
welche über
der Grenzschicht 202 positioniert ist. Die wärmedurchlässige Membran 214 ist in
dichtendem Kontakt mit den inneren Seitenwänden des Wärmetauschers 200.
Die Membran ist so konfiguriert, daß sie mehrere kleine Öffnungen
aufweist, welche es entlang der Grenzschicht 202 erzeugtem
Dampf ermöglichen,
durch den Anschluß 209 zu
entweichen. Die Membran 214 ist außerdem hydrophob konfiguriert,
um zu verhindern, daß flüssiges Fluid,
welches entlang der Grenzschicht 202 strömt, durch
die Öffnungen
der Membran 214 gelangen kann. Weitere Details der dampfdurchlässigen Membran 114 sind
in der anhängigen
U.S. Anmeldung S.N. 10/366 128 vom 12. Februar 2003 „WAVER
ESCAPE MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER" beschrieben, auf welche hiermit Bezug genommen
wird.Alternatively, the heat exchanger 200 , as in 9A is shown, a vapor permeable membrane 214 on which over the boundary layer 202 is positioned. The heat-permeable membrane 214 is in sealing contact with the inner side walls of the heat exchanger 200 , The membrane is configured to have a number of small apertures along the boundary layer 202 allow generated steam through the connection 209 to escape. The membrane 214 is also hydrophobic configured to prevent liquid fluid flowing along the boundary layer 202 flows through the openings of the membrane 214 can get. Further details of the vapor-permeable membrane 114 are described in pending US application SN 10/366 128 of Feb. 12, 2003 "WAVER ESCAPE MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER", which is hereby incorporated by reference.
12A zeigt eine Explosionsdarstellung des Wärmetauschers 300 gemäß der vorliegenden Erfindung. 12B zeigt eine Explosionsdarstellung eines alternativen
Wärmetauschers 300' gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie in den 12A und 12B gezeigt ist, weisen die Wärmetauscher 300, 300' die Grenzschicht 302, 302' und die daran
gekuppelte Verteilerschicht 306, 306' auf. Wie oben
ausgeführt
ist, ist der Wärmetauscher 300, 300' an die (nicht
gezeigte) Wärmequelle
gekuppelt oder alternativ voll in die Wärmequelle integriert (z.B.
in einen Mikroprozessor eingebettet). Es ist für einen Fachmann ersichtlich,
daß die
Grenzschicht 302, 302' im wesentlichen eingeschlossen
ist und in 12A nur zu exemplarischen Darstellungszwecken
gesondert gezeigt ist. Bevorzugt weist die Grenzschicht 302, 302' eine Mehrzahl
von Säulen 303 auf,
die entlang der Bodenfläche 301 angeordnet
sind. Weiterhin haben die Säulen
alternativ irgendeine beliebige Form, wie dieses unter Bezugnahme
auf die 10A–10E diskutiert
worden ist, und/oder bestehen aus radial angeordneten Rippen 303E.
Es sei nochmals darauf verwiesen, daß die Grenzschicht 302 alternativ
andere Merkmale als die oben erwähnten
aufweisen kann (z.B. Mikrokanäle,
aufgerauhte Flächen).
Die Grenzschicht 302 wie auch die Merkmale innerhalb der Schicht
bzw. Lage 302 haben außerdem
bevorzugt die gleichen thermischen Leitfähigkeitseigenschaften, wie
oben diskutiert worden ist und nicht erneut diskutiert wird. Obwohl
die Grenzschicht 302 verglichen mit der Verteilerschicht 306 kleiner
gezeigt ist, ist es für
den Fachmann ersichtlich, daß die
Grenzschicht 302 und die Verteilerschicht 306 relativ
zueinander und zu der Wärmequelle 99 jegliche
andere Größe aufweisen
können.
Die verbleibenden Merkmale der Grenzschicht 302, 302' haben die gleichen Eigenschaften
wie die oben beschriebenen Grenzschichten und werden nicht detaillierter
beschrieben. 12A shows an exploded view of the heat exchanger 300 according to the present invention. 12B shows an exploded view of an alternative heat exchanger 300 ' according to the present invention. As in the 12A and 12B is shown, the heat exchanger 300 . 300 ' the boundary layer 302 . 302 ' and the manifold layer coupled thereto 306 . 306 ' on. As stated above, the heat exchanger is 300 . 300 ' coupled to the (not shown) heat source or alternatively fully integrated into the heat source (eg embedded in a microprocessor). It will be apparent to one skilled in the art that the boundary layer 302 . 302 ' is essentially included and in 12A is shown separately for illustrative purposes only. Preferably, the boundary layer 302 . 302 ' a plurality of columns 303 on that along the bottom surface 301 are arranged. Furthermore, the pillars alternatively have any shape, such as this with reference to FIGS 10A - 10E has been discussed, and / or consist of radially arranged ribs 303E , It should again be noted that the boundary layer 302 may alternatively have features other than those mentioned above (eg, microchannels, roughened surfaces). The boundary layer 302 as well as the characteristics within the layer or position 302 also preferably have the same thermal conductivity properties as discussed above and will not be discussed again. Although the boundary layer 302 compared with the distributor layer 306 is smaller, it will be apparent to those skilled in the art that the boundary layer 302 and the distribution layer 306 relative to each other and to the heat source 99 may have any other size. The remaining features of the boundary layer 302 . 302 ' have the same properties as the boundary layers described above and will not be described in more detail.
Allgemein
minimalisiert der Wärmetauscher 300 den
Druckabfall innerhalb des Wärmetauschers unter
Verwendung der Anlieferungskanäle 322 in
der Verteilerschicht 306. Die Anlieferungskanäle 322 sind
innerhalb der Verteilerschicht 306 vertikal positioniert
und versorgen die Grenzschicht 302 vertikal mit Fluid,
um den Druckabfall in dem Wärmetauscher 300 zu
reduzieren. Wie oben ausgeführt
worden ist, wird ein Druckabfall in dem Wärmetauscher 300 erzeugt
bzw. erhöht
durch das über
eine wesentliche Zeit und/oder einen erheblichen Abstand entlang
der Grenzschicht in X- und Y-Richtung strömende Fluid. Die Verteilerschicht 306 minimalisiert
die Strömung
in der X- und Y-Richtung indem sie das Fluid zwingt, vertikal durch
mehrere Anlieferungskanäle 322 zur Grenzschicht 302 zu
strömen.
Mit anderen Worten, zahlreiche individuelle Fluidströmungen werden
direkt von oben auf die Grenzschicht 302 aufgegeben. Die
Anlieferungskanäle 322 sind
in einem optimalen Abstand zueinander positioniert, um dem Fluid
zu ermöglichen,
nur minimal in der X- und Y-Richtung und vertikal aufwärts aus
der Grenzschicht 302 zu strömen, daher bewirkt die Kraft
individueller Fluidpfade von den optimal positionierten Kanälen 322 auf
natürliche
Weise, daß das
Fluid in einem aufwärts
gerichteten Fluidpfad von der Grenzschicht 302 wegströmt. Weiterhin
maximalisieren die individuellen Kanäle 322 die Aufteilung
der Fluidströmung
zwischen den bzw. in die diversen Kanäle 322 in der Grenzschicht 302 und
reduzieren hierdurch den Druckverlust in dem Wärmetauscher 300 während die
Wärmequelle 99 effektiv
gekühlt
wird. Weiterhin ermöglicht
die Konfiguration des Wärmetauschers 300,
daß der Wärmetauscher 300 bezüglich seiner
Größe kleiner ausgebildet
werden kann als andere Wärmetauscher,
weil das Fluid nicht über
größere Abstände in der
lateralen X- und Y-Richtung zu strömen braucht, um die Wärmequelle 99 adäquat zu
kühlen.Generally, the heat exchanger minimizes 300 the pressure drop within the heat exchanger using the delivery channels 322 in the distribution layer 306 , The delivery channels 322 are inside the distribution layer 306 vertically positioned and provide the boundary layer 302 vertically with fluid to the pressure drop in the heat exchanger 300 to reduce. As stated above, there is a pressure drop in the heat exchanger 300 generated or increased by the flowing over a substantial time and / or a considerable distance along the boundary layer in the X and Y direction fluid. The distribution layer 306 minimizes flow in the X and Y directions by forcing the fluid vertically through multiple delivery channels 322 to the boundary layer 302 to stream. In other words, numerous individual fluid flows are made directly from the top of the boundary layer 302 given up. The delivery channels 322 are positioned at an optimum distance from each other to allow fluid, only minimally in the X and Y directions and vertically upwards out of the boundary layer 302 therefore, the force of individual fluid paths will result from the optimally positioned channels 322 naturally, that the fluid in an upward fluid path from the boundary layer 302 flows away. Furthermore, the individual channels maximize 322 the distribution of fluid flow between or in the various channels 322 in the boundary layer 302 and thereby reduce the pressure loss in the heat exchanger 300 while the heat source 99 is effectively cooled. Furthermore, the configuration of the heat exchanger allows 300 in that the heat exchanger 300 can be made smaller in size than other heat exchangers, because the fluid does not need to flow over larger distances in the lateral X and Y directions to the heat source 99 to cool adequately.
Die
in 12A gezeigte Verteilerschicht 306 weist
zwei individuelle Niveaus auf. Insbesondere enthält die Verteilerschicht 306 ein
Niveau 308 und ein Niveau 312. Das Niveau 308 ist
an die Grenzschicht 302 und das Niveau 312 gekuppelt.
Obwohl 12A darstellt, daß das Niveau 312 oberhalb
des Niveaus 308 positioniert ist, ist von einem Fachmann erkennbar,
daß das
Niveau 308 alternativ oberhalb des Niveaus 312 positioniert
sein kann. Es ist von einem Fachmann auch erkennbar, daß alternativ
jede Anzahl von Niveaus gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen sein kann.In the 12A shown distribution layer 306 has two individual levels. In particular, the distribution layer contains 306 a level 308 and a level 312 , The level 308 is at the boundary layer 302 and the level 312 coupled. Even though 12A represents that level 312 above the level 308 is positioned by a person skilled in the art that the level 308 alternatively above of the level 312 can be positioned. It will also be apparent to one skilled in the art that, alternatively, any number of levels may be provided in accordance with the present invention.
Die
in 12B gezeigte alternative Verteilerschicht 306 weist
drei individuelle Niveaus auf. Insbesondere enthält die Verteilerschicht 306 ein
Zirkulationsniveau 304',
ein Niveau 308',
und ein Niveau 312'.
Das Zirkulationsniveau 304' ist
an die Grenzschicht 302' gekuppelt
wie auch das Niveau 308'. Das
Niveau 308' ist
an das Zirkulationsniveau 304' und das Niveau 312' gekuppelt.
Obwohl 12B zeigt, daß das Niveau 312' über dem
Niveau 308' positioniert
ist, ist es von einem Fachmann erkennbar, daß das Niveau 308' alternativ
oberhalb des Niveaus 312 angeordnet sein kann. Es ist von
einem Fachmann auch erkennbar, daß jegliche Anzahl von Niveaus
alternativ gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen sein kann.In the 12B shown alternative distribution layer 306 has three individual levels. In particular, the distribution layer contains 306 a circulation level 304 ' , a level 308 ' , and a level 312 ' , The circulation level 304 ' is at the boundary layer 302 ' coupled as well as the level 308 ' , The level 308 ' is at the circulation level 304 ' and the level 312 ' coupled. Even though 12B shows that the level 312 ' above the level 308 ' is positioned, it is obvious from a person skilled in the art that the level 308 ' alternatively above the level 312 can be arranged. It will also be appreciated by those skilled in the art that any number of levels may alternatively be provided in accordance with the present invention.
12C zeigt eine perspektivische Darstellung des
Zirkulationsniveaus 304' gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Zirkulationsniveau 304' weist eine Oberseite 304A' und eine Bodenfläche 304B' auf. Wie in
den 12B und 12C gezeigt
ist, weist das Zirkulationsniveau 304' diverse Öffnungen 322' auf, welche
sich durch das Zirkulationsniveau 304' erstrecken. Bei einer Ausgestaltung
verlaufen die Austrittsöffnungen
der Öffnungen 322' bündig zur Bodenfläche 304B'. Alternativ
erstrecken sich die Öffnungen 322' bis unter die
Bodenfläche 304B', um Fluid näher an die
Grenzschicht 302' heranzubringen.
Weiterhin weist das Zirkulationsniveau 304' zahlreiche Öffnungen 324' auf, welche
sich durch das Zirkulationsniveau 304' von der Oberseite 304A' zur Bodenseite 304B' erstrecken
und als zylindrische Vorsprünge
in Z-Richtung über
einen vorgegebenen Abstand vorstehen. Es ist für einen Fachmann erkennbar,
daß die Öffnungen 322', 324' sich alternativ unter
einem Winkel durch das Zirkulationsniveau erstrecken können und
nicht vollständig
vertikal verlaufen müssen.
Wie oben ausgeführt
ist, ist bei einer Ausgestaltung die Grenzschicht 302' (12B) an die Bodenfläche 304B' des Zirkulationsniveaus 304' gekuppelt.
Demgemäß tritt
Fluid in die Grenzschicht 302' durch Strömen nur durch die Öffnungen 322' in Z-Richtung
ein und tritt aus der Grenzschicht 302' durch Strömen nur durch die Öffnungen 324' in Z-Richtung
aus. Wie oben erwähnt
ist, wird in die Grenzschicht 302' über die Öffnungen 322' eintretendes
Fluid separat zu dem die Grenzschicht 302' über die Öffnungen 324' durch das Zirkulationsniveau 304' verlassende
Fluid gehalten. 12C shows a perspective view of the circulation level 304 ' according to the present invention. The circulation level 304 ' has a top 304A ' and a floor area 304B ' on. As in the 12B and 12C is shown, indicates the circulation level 304 ' various openings 322 ' which is due to the circulation level 304 ' extend. In one embodiment, the outlet openings of the openings extend 322 ' flush with the floor surface 304B ' , Alternatively, the openings extend 322 ' to below the floor area 304B ' to get fluid closer to the boundary layer 302 ' in bringing. Furthermore, the circulation level 304 ' numerous openings 324 ' which is due to the circulation level 304 ' from the top 304A ' to the bottom side 304B ' extend and protrude as cylindrical projections in the Z direction over a predetermined distance. It will be apparent to one skilled in the art that the openings 322 ' . 324 ' Alternatively, they may extend at an angle through the circulation level and need not extend completely vertically. As stated above, in one embodiment, the boundary layer 302 ' ( 12B ) to the floor surface 304B ' of the circulation level 304 ' coupled. Accordingly, fluid enters the boundary layer 302 ' by flowing only through the openings 322 ' in the Z direction and exits the boundary layer 302 ' by flowing only through the openings 324 ' in Z direction. As mentioned above, in the boundary layer 302 ' over the openings 322 ' entering fluid separately to the boundary layer 302 ' over the openings 324 ' by the circulation level 304 ' leaving leaving fluid.
Wie
in 12C gezeigt ist, hat ein Teil der Öffnungen 324' bevorzugt zylindrische
Teile, welche sich von der Oberseite 304A' in Z-Richtung von dem Zirkulationsniveau 304' erstrecken,
so daß Fluid durch
die Öffnungen 324' direkt zu dem
Korridor 326' in
dem Niveau 312' (12F und 12G)
strömt. Bevorzugt
sind die zylindrischen Vorsprünge
wie in 12C kreisförmig, doch können sie
alternativ auch jegliche andere Form aufweisen. Entlang der Grenzschicht 302' strömt das Fluid
jedoch von jeder Öffnung 322' zu der benachbarten Öffnung 324' in lateralen
und vertikalen Richtungen. Es ist bevorzugt, daß die Öffnungen 322' und die Öffnungen 324' thermisch zueinander
isoliert sind, so daß Wärme von dem
erwärmten
Fluid, welches die Grenzschicht 302' durch die Verteilerschicht 306 verläßt, das
gekühlte Fluid
nicht beeinflußt,
welches durch die Verteilerschicht 306' zur Grenzschicht 302' strömt.As in 12C shown has a part of the openings 324 ' preferably cylindrical parts extending from the top 304A ' in the Z direction from the circulation level 304 ' extend so that fluid through the openings 324 ' directly to the corridor 326 ' in the level 312 ' ( 12F and 12G ) flows. Preferably, the cylindrical projections are as in 12C circular, but they can alternatively have any other shape. Along the boundary layer 302 ' However, the fluid flows from each opening 322 ' to the adjacent opening 324 ' in lateral and vertical directions. It is preferred that the openings 322 ' and the openings 324 ' are thermally insulated from each other so that heat from the heated fluid, which is the boundary layer 302 ' through the distributor layer 306 leaves, which does not affect the cooled fluid passing through the manifold layer 306 ' to the boundary layer 302 ' flows.
12D zeigt eine Ausgestaltung des Niveaus 308 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie in 12D gezeigt ist, enthält das Niveau 308 eine Oberseite 308A und
eine Unterseite 308B. Bevorzugt ist die Unterseite 308B des
Niveaus 308 direkt an die Grenzschicht 302 angekuppelt,
wie in 12A gezeigt ist. Das Niveau 308 weist
einen ausgenommenen Korridor 320 auf, welcher diverse Fluid-Anlieferungskanäle 322 aufweist,
welche bevorzugt Fluid zu der Grenzschicht 302 liefern.
Der ausgenommene Korridor 320 ist in abgedichtetem Kontakt
mit der Grenzschicht 302, wobei das Fluid, welches die
Grenzschicht 302 verläßt, in dem
Korridor 320 um die Kanäle 322 herum
und zwischen diesen strömt
und durch den Anschluß 314 ausströmt. Es sei
darauf verwiesen, daß aus
der Grenzschicht 302 austretendes Fluid nicht in die Anlieferungskanäle 322 eintritt. 12D shows an embodiment of the level 308 according to the present invention. As in 12D shown contains the level 308 a top 308A and a bottom 308B , The underside is preferred 308B of the level 308 directly to the boundary layer 302 hitched as in 12A is shown. The level 308 has a recessed corridor 320 on which various fluid delivery channels 322 which preferably has fluid to the boundary layer 302 deliver. The exempted corridor 320 is in sealed contact with the boundary layer 302 , wherein the fluid, which is the boundary layer 302 leaves, in the corridor 320 around the channels 322 around and between them and through the connection 314 flows. It should be noted that from the boundary layer 302 escaping fluid not in the delivery channels 322 entry.
12E zeigt eine perspektivische Darstellung der
Unterseite einer alternativen Ausgestaltung des Niveaus 308' gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Niveau 308' weist
eine Oberseite 308A' und
eine Unterseite 308B' auf,
wobei die Unterseite des Niveaus 308B' direkt an das Zirkulationsniveau 304' (12C) angekuppelt ist. Das Niveau 308' weist bevorzugt
einen Anschluß 314', einen Korridor 320' und eine Mehrzahl
von Öffnungen 322', 324' in der Bodenseite 308B' auf. Es ist
für einen
Fachmann erkennbar, daß das
Niveau 308' jegliche
Anzahl von Anschlüssen
und Korridoren aufweisen kann. Die Öffnungen 322', 324' in 12E sind so konfiguriert, daß sie dem Zirkulationsniveau 304' gegenüberliegen
bzw. zugewandt sind. Wie in 12E gezeigt
ist, leiten die Öffnungen 322' Fluid, welches
in den Korridor 320' eintritt
so, daß es
in die Grenzschicht 302' strömt, während die Öffnungen 324' Fluid direkt
von der Grenzschicht 302' so
leiten, daß es
zu dem Niveau 312' strömt. Die Öffnungen 324' erstrecken
sich vollständig
durch den Korridor 320' in
dem Niveau 308'.
Die Öffnungen 324' sind individualisiert
und separiert, so daß sich
durch die Öffnungen 324' strömendes Fluid
nicht vermischt oder in Kontakt kommt mit dem Fluid, welches durch
die den Öffnungen 324' zugeordneten
Zylinder strömt.
Die Öffnungen 324' sind auch individualisiert,
um sicherzustellen, daß Fluid,
welches durch jede Öffnung 324' eintritt, entlang
des durch die Öffnungen 324' geschaffenen Strömungspfades
strömt.
Bevorzugt sind die Öffnungen 324 vertikal
ausgebildet. Daher wird das Fluid vertikal durch einen erheblichen
Abschnitt der Verteilerschicht 306' kanalisiert. Es ist ersichtlich,
daß das gleiche
für die Öffnungen 322' gilt, insbesondere
in einem Fall, in welchem das Niveau zwischen der Grenzschicht und
dem Niveau positioniert ist. 12E shows a perspective view of the underside of an alternative embodiment of the level 308 ' according to the present invention. The level 308 ' has a top 308A ' and a bottom 308B ' on, taking the bottom of the level 308B ' directly to the circulation level 304 ' ( 12C ) is coupled. The level 308 ' preferably has a connection 314 ' a corridor 320 ' and a plurality of openings 322 ' . 324 ' in the bottom side 308B ' on. It is obvious to a person skilled in the art that the level 308 ' may have any number of terminals and corridors. The openings 322 ' . 324 ' in 12E are configured to match the circulation level 304 ' are facing or facing each other. As in 12E is shown, direct the openings 322 ' Fluid entering the corridor 320 ' so that it enters the boundary layer 302 ' flows while the openings 324 ' Fluid directly from the boundary layer 302 ' so direct it to the level 312 ' flows. The openings 324 ' extend completely through the corridor 320 ' in the level 308 ' , The openings 324 ' are individualized and separated, so that through the openings 324 ' flowing fluid does not mix or come in contact with the fluid passing through the orifices 324 ' associated cylinder flows. The openings 324 ' are also individualized to ensure that Fluid passing through each opening 324 ' enters, along the through the openings 324 ' created flow path flows. The openings are preferred 324 formed vertically. Therefore, the fluid becomes vertical through a substantial portion of the manifold layer 306 ' channeled. It can be seen that the same for the openings 322 ' is true, especially in a case where the level between the boundary layer and the level is positioned.
Obwohl
die gezeigten Öffnungen
bzw. Löcher
die gleiche Größe haben,
können
die Öffnungen 322 unterschiedliche
bzw. variierende Durchmesser entlang einer Länge aufweisen. Beispielsweise
können
die am Anschluß 314 angeordneten
Löcher 322 einen
kleineren Durchmesser aufweisen, um die durch sie hindurch erfolgende
Fluidströmung
zu beschränken.
Die kleineren Löcher 322 zwingen
demgemäß das Fluid
durch die Öffnungen 322 nach
unten zu strömen,
welche weiter von dem Anschluß 314 entfernt
sind. Diese Variation der Durchmesser der Löcher 322 ermöglicht eine
gleichmäßigere Teilung des
Fluids in die Grenzschicht 302. Es ist für einen Fachmann
erkennbar, daß die
Durchmesser der Löcher 322 alternativ
variiert werden können,
um ein gezieltes Kühlen
in bekannten Grenzschicht-Heißstellenbereichen
der Grenzschicht 302 vorzunehmen. Es ist für den Fachmann
erkennbar, daß die obige
Diskussion auch auf die Öffnungen 324' anwendbar ist,
wobei die Dimensionen der Öffnungen 324' variieren oder
unterschiedlich sind, um ein gleichförmiges Ausströmen von
der Grenzschicht 302 zu bewirken.Although the apertures shown are the same size, the apertures may be 322 have different or varying diameters along a length. For example, at the connection 314 arranged holes 322 have a smaller diameter to restrict the fluid flow therethrough. The smaller holes 322 accordingly force the fluid through the openings 322 to flow down, which continues from the port 314 are removed. This variation of the diameter of the holes 322 allows a more even division of the fluid into the boundary layer 302 , It will be apparent to one skilled in the art that the diameters of the holes 322 alternatively, may be varied to provide selective cooling in known boundary layer hot spots of the boundary layer 302 make. It will be apparent to those skilled in the art that the above discussion also applies to the apertures 324 ' applicable, the dimensions of the openings 324 ' vary or are different in order to uniformly flow out of the boundary layer 302 to effect.
Bei
einer Ausgestaltung führt
der Anschluß 314 Fluid
zu dem Niveau 308 und der Grenzschicht 302. Der
Anschluß 314 in 12D erstreckt sich bevorzugt von der Oberfläche 308A durch
einen Abschnitt des Körpers
des Niveaus 308 zu dem Korridor 320. Alternativ
erstreckt sich der Anschluß 314 zu dem
Korridor 320 von der Seite oder von dem Boden des Niveaus 308.
Es ist bevorzugt, daß der
Anschluß 314 an
den Anschluß 315 in
dem Niveau 312 gekuppelt ist (12A–12B). Der Anschluß 314 führt zu dem
Korridor 320, welcher eingeschlossen ist, wie in 12C gezeigt ist, oder ausgenommen, wie in 12D gezeigt ist. Der Korridor 320 dient
bevorzugt dazu, Fluid von der Grenzschicht 302 zu dem Anschluß 314 zu
kanalisieren. Der Korridor 320 kanalisiert alternativ Fluid
von dem Anschluß 314 zu
der Grenzschicht 302.In one embodiment, the connection leads 314 Fluid to the level 308 and the boundary layer 302 , The connection 314 in 12D preferably extends from the surface 308A through a section of the body of the level 308 to the corridor 320 , Alternatively, the terminal extends 314 to the corridor 320 from the side or bottom of the level 308 , It is preferred that the terminal 314 to the connection 315 in the level 312 is coupled ( 12A - 12B ). The connection 314 leads to the corridor 320 which is included as in 12C is shown or excluded, as in 12D is shown. The corridor 320 preferably serves to remove fluid from the boundary layer 302 to the connection 314 to channel. The corridor 320 Alternatively, it channels fluid from the port 314 to the boundary layer 302 ,
Wie
in 12F und 12G gezeigt
ist, ist der Anschluß 315 in
dem Niveau 312 bevorzugt zu dem Anschluß 314 ausgerichtet
und kommuniziert mit diesem. Unter Bezugnahme auf 12a tritt Fluid bevorzugt in den Wärmetauscher 300 über einen Anschluß 316 ein
und strömt durch
den Korridor 328 nach unten zu den Verteilerkanälen 322 in
dem Niveau 308, gegebenenfalls zu der Grenzschicht 302. In
bezug auf 12B tritt Fluid alternativ in
den Wärmetauscher 300' bevorzugt über den
Anschluß 315' ein und strömt durch
den Anschluß 314' in dem Niveau 308' und gegebenenfalls
zur Grenzschicht 302'. Der
Anschluß 315 in 12F erstreckt sich bevorzugt von der Oberseite 312a aus
durch den Körper des
Niveaus 312. Alternativ erstreckt sich der Anschluß 315 von
einer Seite des Niveaus 312. Alternativ enthält das Niveau 312 keinen
Anschluß 315,
wobei das Fluid in den Wärmetauscher 300 über den Anschluß 314 (12D und 12E)
eintritt. Weiterhin weist das Niveau 312 einen Anschluß 316 auf, welcher
bevorzugt das Fluid zu dem Korridor 328' kanalisiert. Es ist für einen
Fachmann erkennbar, daß das
Niveau jegliche Anzahl von Anschlüssen und Korridoren aufweisen
kann. Der Korridor 328 kanalisiert bevorzugt Fluid zu den
Anlieferungskanälen 322 und
gegebenenfalls zu der Grenzschicht 302.As in 12F and 12G shown is the connection 315 in the level 312 preferably to the terminal 314 aligned and communicates with this. With reference to 12a Fluid preferably enters the heat exchanger 300 via a connection 316 and flows through the corridor 328 down to the distribution channels 322 in the level 308 , optionally to the boundary layer 302 , In relation to 12B Alternatively, fluid enters the heat exchanger 300 ' preferably over the connection 315 ' and flows through the connection 314 ' in the level 308 ' and optionally to the boundary layer 302 ' , The connection 315 in 12F preferably extends from the top 312a out through the body of the level 312 , Alternatively, the terminal extends 315 from one side of the level 312 , Alternatively, the level contains 312 no connection 315 , wherein the fluid in the heat exchanger 300 over the connection 314 ( 12D and 12E ) entry. Furthermore, the level indicates 312 a connection 316 which prefers the fluid to the corridor 328 ' channeled. It will be apparent to one skilled in the art that the level may include any number of terminals and corridors. The corridor 328 preferably channels fluid to the delivery channels 322 and optionally to the boundary layer 302 ,
12G zeigt eine perspektivische Unterseitenansicht
einer alternativen Ausgestaltung des Niveaus 312' gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Niveau 312' ist
bevorzugt an das Niveau 308' in 12E gekuppelt. Wie in 12F gezeigt
ist, weist das Niveau 312' einen
ausgenommenen Korridorbereich 328' innerhalb des Körpers auf,
welcher entlang der Bodenseite 312B' angeordnet ist. Der ausgenommene
Korridor 328' kommuniziert
mit dem Anschluß 316', wobei Fluid
direkt von dem ausgenommenen Korridor 328' zu dem Anschluß 316' strömt. Der ausgenommene Korridor 328' ist über der
Oberseite 308A' des
Niveaus 308' positioniert,
um dem Fluid eine freie Aufwärtsströmung von
den Öffnungen 324' zu dem Korridor 328' zu ermöglichen.
Der Umfang des ausgenommenen Korridors 320' und der Bodenfläche 312B' ist gegen die
Oberseite 308A' des
Niveaus 312' abgedichtet,
so daß das
gesamte Fluid aus den Öffnungen 324' über den
Korridor 328' zu
dem Anschluß 316' strömt. Jede
der Öffnungen 330' in der Bodenfläche 312B' ist ausgerichtet
zu und kommuniziert mit einer entsprechenden Öffnung 321' in dem Niveau 308' (12E), wobei die Öffnungen 330' so positioniert
sind, daß sie
bündig
mit der Oberseite 308A' des
Niveaus 308' (12E) abschließen.
Alternativ haben die Öffnungen 330 einen Durchmesser,
der etwas größer als
der Durchmesser der entsprechenden Öffnung 324' ist, wobei
sich die Öffnungen 324' durch die Öffnungen 330 in
den Korridor 328' erstrecken. 12G shows a bottom perspective view of an alternative embodiment of the level 312 ' according to the present invention. The level 312 ' is preferred to the level 308 ' in 12E coupled. As in 12F shown is the level 312 ' a recessed corridor area 328 ' inside the body, which is along the bottom side 312B ' is arranged. The exempted corridor 328 ' communicates with the connection 316 ' where fluid is directly from the gutted corridor 328 ' to the connection 316 ' flows. The exempted corridor 328 ' is over the top 308A ' of the level 308 ' positioned to allow the fluid a free upward flow from the openings 324 ' to the corridor 328 ' to enable. The extent of the recessed corridor 320 ' and the floor area 312B ' is against the top 308A ' of the level 312 ' sealed so that all the fluid from the openings 324 ' over the corridor 328 ' to the connection 316 ' flows. Each of the openings 330 ' in the floor area 312B ' is aligned with and communicates with a corresponding opening 321 ' in the level 308 ' ( 12E ), with the openings 330 ' are positioned so that they are flush with the top 308A ' of the level 308 ' ( 12E ) to lock. Alternatively have the openings 330 a diameter slightly larger than the diameter of the corresponding opening 324 ' is, taking care of the openings 324 ' through the openings 330 in the corridor 328 ' extend.
12H zeigt eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers
gemäß 12A entlang den Linien H-H gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 12H gezeigt ist, ist die Grenzschicht 302 an
eine Wärmequelle 99 gekuppelt.
Wie oben ausgeführt
ist, ist der Wärmetauscher 300 alternativ
integral mit der Wärmequelle 99 als
eine Komponente ausgebildet. Die Grenzschicht 302 ist an
die Unterseite 308B des Niveaus 308 gekuppelt.
Weiterhin ist das Niveaus 312 bevorzugt an das Niveau 308 gekuppelt,
wobei die Oberseite 308A des Niveaus 308 gegen
die Unterseite 312B des Niveaus 312 abgedichtet
ist. Der Umfang des Korridors 320 des Niveaus 308 kommuniziert
mit der Grenzschicht 302. Weiterhin kommuniziert der Korridor 328 in
dem Niveau 312 mit den Öffnungen 322 in
dem Niveau 308. Die Bodenseite 312B des Niveaus 312 ist
gegen die Oberfläche 308A des
Niveaus 308 abgedichtet, so daß es nicht zwischen den beiden
Niveaus 308, 312 zu Fluidleckagen kommt. 12H shows a cross-sectional view of the heat exchanger according to 12A along the lines HH according to the present invention. As in 12H is shown is the boundary layer 302 to a heat source 99 coupled. As stated above, the heat exchanger is 300 alternatively integral with the heat source 99 formed as a component. The boundary layer 302 is at the bottom 308B of the level 308 coupled. Furthermore, this is the level 312 preferably at the level 308 coupled, being the top 308A of the level 308 against the bottom 312B of the level 312 is sealed. The size of the corridor 320 of the level 308 communicates with the boundary layer 302 , The corridor continues to communicate 328 in the level 312 with the openings 322 in the level 308 , The bottom side 312B of the level 312 is against the surface 308A of the level 308 sealed so that it is not between the two levels 308 . 312 comes to fluid leaks.
Die 12I zeigt einen Querschnitt des alternativen Wärmetauschers
gemäß 12B entlang den Linien I-I gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 12I gezeigt ist, ist die Grenzschicht 302' an eine Wärmequelle 99' angekuppelt.
Die Grenzschicht 302' ist
an die Bodenfläche
bzw. Unterseite 304B' des
Zirkulationsniveaus 304' gekuppelt.
Auch ist das Zirkulationsniveau 304 an das Niveau 308' gekuppelt,
wobei die Oberseite 304A' des
Zirkulationsniveaus 304' gegen
die Unterseite 308B' des
Niveaus 308' abgedichtet
ist. Weiterhin ist das Niveau 312' bevorzugt an das Niveau 308' gekuppelt,
wobei die Oberseite 308A' des
Niveaus 308' gegen
die Unterseite 312B' des
Niveaus 312' abgedichtet
ist. Der Umfang des Korridors 320' des Niveaus 308' kommuniziert
mit den Öffnungen
in der Oberfläche 304A' des Zirkulationsniveaus 304', so daß Fluid
zwischen den beiden Niveaus nicht durch Leckagen entweichen kann.
Weiterhin kommuniziert der Umfang des Korridors 328' in dem Niveau 312' mit den Öffnungen in
der Oberseite 308A' des
Zirkulationsniveaus 308', so
daß Fluid
nicht zwischen den beiden Niveaus durch Leckage entweicht.The 12I shows a cross section of the alternative heat exchanger according to 12B along the lines II according to the present invention. As in 12I is shown is the boundary layer 302 ' to a heat source 99 ' hitched. The boundary layer 302 ' is at the bottom surface or underside 304B ' of the circulation level 304 ' coupled. Also, the circulation level 304 to the level 308 ' coupled, the top 304A ' of the circulation level 304 ' against the bottom 308B ' of the level 308 ' is sealed. Still, the level is 312 ' preferably at the level 308 ' coupled, the top 308A ' of the level 308 ' against the bottom 312B ' of the level 312 ' is sealed. The size of the corridor 320 ' of the level 308 ' communicates with the openings in the surface 304A ' of the circulation level 304 ' so that fluid between the two levels can not escape through leaks. Furthermore, the scope of the corridor communicates 328 ' in the level 312 ' with the openings in the top 308A ' of the circulation level 308 ' so that fluid does not escape between the two levels due to leakage.
Während des
Betriebes tritt gekühltes
Fluid in den Wärmetauscher 300 durch
den Anschluß 316 in
das Niveau 312' ein,
wie in den 12A und 12H durch
Pfeile gezeigt ist. Das gekühlte
Fluid strömt
durch den Anschluß 316 nach
unten zu dem Korridor 328 und strömt nach unten zu der Grenzschicht 302 über die
Verteilerkanäle 322.
Das gekühlte
Fluid im Korridor 320 mischt sich nicht und kommt nicht
in Kontakt mit jeglichem erwärmten
Fluid, welches den Wärmetauscher 300 verläßt. Das
in die Grenzschicht 302 einströmende Fluid unterliegt einem
Wärmeaustausch
und nimmt die von der Wärmequelle 99 erzeugte
Wärme auf.
Die Öffnungen 322 sind
optimal so angeordnet, daß das
Fluid über
den geringstmöglichen
Abstand in X- und Y-Richtung in der Grenzschicht 302 strömt, um den
Druckabfall in dem Wärmetauscher 300 zu
minimalisieren, während
es die Wärmequelle 99 wirksam
kühlt.
Das erwärmte
Fluid strömt
sodann aufwärts
in Z-Richtung aus der Grenzschicht 302 zum Korridor 320 in
dem Niveau 308. Das erwärmte
Fluid, welches aus der Verteilerschicht 306 austritt, mischt
sich nicht und kommt nicht in Kontakt mit gekühltem Fluid, welches in die
Verteilerschicht 306 eintritt. Das erwärmte Fluid strömt nach
dem Eintritt in den Korridor 320 zu den Anschlüssen 314 und 315 und
tritt aus dem Wärmetauscher 300 aus.
Es ist für
einen Fachmann ersichtlich, daß das
Fluid alternativ entgegen dem in den 12A und 12H gezeigten Weg strömen kann, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.During operation, cooled fluid enters the heat exchanger 300 through the connection 316 in the level 312 ' like in the 12A and 12H shown by arrows. The cooled fluid flows through the port 316 down to the corridor 328 and flows down to the boundary layer 302 over the distribution channels 322 , The cooled fluid in the corridor 320 does not mix and does not come into contact with any heated fluid containing the heat exchanger 300 leaves. That in the boundary layer 302 inflowing fluid undergoes heat exchange and removes that from the heat source 99 generated heat. The openings 322 are optimally arranged so that the fluid over the smallest possible distance in the X and Y direction in the boundary layer 302 flows to the pressure drop in the heat exchanger 300 to minimize it while the heat source 99 effectively cools. The heated fluid then flows upwardly in the Z direction from the boundary layer 302 to the corridor 320 in the level 308 , The heated fluid coming from the manifold layer 306 exits, does not mix and does not come in contact with cooled fluid which enters the manifold layer 306 entry. The heated fluid flows into the corridor after entering 320 to the connections 314 and 315 and exits the heat exchanger 300 out. It will be apparent to one skilled in the art that the fluid may alternatively be used in the manner contemplated in U.S. Pat 12A and 12H flowed away, without departing from the scope of the present invention.
Bei
der alternativen Betriebsweise, wie sie durch Pfeile in den 12B und 12I gezeigt
ist, tritt gekühltes
Fluid durch den Anschluß 316' in das Niveau 312' des Wärmetauschers 300' ein. Das gekühlte Fluid
strömt
durch den Anschluß 315' nach unten
zu dem Anschluß 314' in dem Niveau 308'. Das Fluid
strömt
sodann in den Korridor 320' und
strömt nach
unten zu der Grenzschicht 302' über die Öffnungen 322' in dem Zirkulationsniveau 304'. Die gekühlte Flüssigkeit
in dem Korridor 320' mischt
sich jedoch nicht mit erwärmten
Fluid, welches den Wärmetauscher 300' verläßt, und
kommt auch nicht mit diesem in Kontakt. Das in die Grenzschicht 302' eintretende Fluid
wird einem Wärmeaustausch
unterworfen und nimmt die in der Wärmequelle 99 erzeugte
Wärme auf.
Wie weiter unten diskutiert ist, sind die Öffnungen 322' und 324' so angeordnet,
daß das
Fluid über die
optimale kürzeste
Entfernung entlang der Grenzschicht 302' von jeder Öffnung 322' zu einer benachbarten Öffnung 324' strömt, um den
dazwischen erfolgenden Druckabfall zu reduzieren, während sie
die Wärmequelle 99 wirksam
kühlt.
Das erwärmte
Fluid strömt
sodann aufwärts
in Z-Richtung von der Grenzschicht 302' durch das Niveau 308' über die
diversen Öffnungen 324 zum
Korridor 328' des
Niveaus 312'. Das
erwärmte
Fluid mischt sich nicht und kommt nicht in Kontakt mit einem gekühlten Fluid,
welches in die Verteilerschicht 306' eintritt, wenn es durch die Öffnungen 324' nach oben strömt. Das
erwärmte
Fluid strömt
nach dem Eintritt in den Korridor 328' in dem Niveau 312' zum Anschluß 316' und verläßt den Wärmetauscher 300'. Es ist für einen
Fachmann erkennbar, daß das
Fluid alternativ entgegen der in den 12B und 12I gezeigten Strömungsrichtungen strömen kann,
ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.In the alternative mode of operation, as indicated by arrows in the 12B and 12I is shown, cooled fluid passes through the port 316 ' in the level 312 ' of the heat exchanger 300 ' one. The cooled fluid flows through the port 315 ' down to the terminal 314 ' in the level 308 ' , The fluid then flows into the corridor 320 ' and flows down to the boundary layer 302 ' over the openings 322 ' in the circulation level 304 ' , The cooled liquid in the corridor 320 ' However, does not mix with heated fluid, which is the heat exchanger 300 ' leaves, and does not come in contact with this. That in the boundary layer 302 ' Incoming fluid is subjected to heat exchange and takes in the heat source 99 generated heat. As discussed below, the openings are 322 ' and 324 ' arranged so that the fluid over the optimal shortest distance along the boundary layer 302 ' from every opening 322 ' to an adjacent opening 324 ' flows to reduce the intervening pressure drop while it is the heat source 99 effectively cools. The heated fluid then flows upwardly in the Z direction from the boundary layer 302 ' through the level 308 ' over the various openings 324 to the corridor 328 ' of the level 312 ' , The heated fluid does not mix and does not come in contact with a cooled fluid entering the manifold layer 306 ' enters when passing through the openings 324 ' flows upwards. The heated fluid flows into the corridor after entering 328 ' in the level 312 ' to the connection 316 ' and leaves the heat exchanger 300 ' , It will be apparent to one of ordinary skill in the art that the fluid may alternatively be used in opposition to that described in U.S. Pat 12B and 12I flow directions shown can flow without departing from the scope of the present invention.
In
der Verteilerschicht 306 sind die Öffnungen 322 so angeordnet,
daß der
Abstand, über
welchen das Fluid in der Grenzschicht 302 strömt, minimalisiert
wird, während
eine adäquate
Kühlung
der Wärmequelle 99 erfolgt.
Bei der alternativen Verteilerschicht 306' sind die Öffnungen 322' und 324' so angeordnet,
daß der
Abstand, über
welchen das Fluid in der Grenzschicht 302' strömt, minimalisiert ist, während eine
adäquate
Kühlung
der Wärmequelle 99 erfolgt.
Insbesondere schaffen die Öffnungen 322', 324' wesentliche
vertikale Fluidpfade, so daß die
Strömung
in X- und Y-Querrichtung im Wärmetauscher 300 minimalisiert
wird. Demgemäß reduzieren
die Wärmetauscher 300, 300' die Distanz
erheblich, über
welche das Fluid strömen
muß, um
die Wärmequelle 99 adäquat zu
kühlen,
was wiederum den innerhalb des Wärmetauschers 300, 300' erzeugten Druckabfall
erheblich reduziert.In the distribution layer 306 are the openings 322 arranged so that the distance over which the fluid in the boundary layer 302 flows, is minimized while adequately cooling the heat source 99 he follows. In the alternative distribution layer 306 ' are the openings 322 ' and 324 ' arranged so that the distance over which the fluid in the boundary layer 302 ' flows, is minimized while adequately cooling the heat source 99 he follows. In particular, create the openings 322 ' . 324 ' significant vertical fluid paths, so that the flow in the X and Y transverse direction in the heat exchanger 300 is minimized. Accordingly, the heat exchangers reduce 300 . 300 ' the distance considerably over which the fluid must flow to the heat source 99 to cool adequately, which in turn inside the heat exchanger 300 . 300 ' generated pressure drop significantly reduced.
Die
spezielle Anordnung und die Querschnittsgrößen der Öffnungen 322 und/oder
der Öffnungen 324 hängen von
einer Mehrzahl von Faktoren ab einschließlich – jedoch nicht hierauf beschränkt – der Strömungsbedingungen,
der Temperatur, der von der Wärmequelle 99 erzeugten
Wärme und
der Strömungsrate
des Fluids. Es wird darauf verwiesen, daß es ersicht lich ist, obwohl
die folgende Diskussion sich auf Öffnungen 322 und 324 bezieht, daß auch nur Öffnungen 322 oder 324 vorgesehen sein
können.The special arrangement and the cross-sectional sizes of the openings 322 and / or the openings 324 depend on a number of factors, including, but not limited to, the flow conditions, the temperature, that of the heat source 99 generated heat and the flow rate of the fluid. It is to be understood that it is apparent, though the following discussion is directed to apertures 322 and 324 relates that even only openings 322 or 324 can be provided.
Die Öffnungen 322, 324 sind
zueinander unter einem optimalen Abstand angeordnet, wobei der Druckabfall
minimalisiert wird, wenn die Wärmequelle 99 adäquat auf
eine gewünschte
Temperatur gekühlt
wird. Diese Anordnung und optimale Distanz der Öffnungen 322 und/oder
der Öffnungen 324 bei dieser
Ausgestaltung gestattet auch eine unabhängig Optimierung der Öffnungen 32, 324 und
Fluidpfade allgemein durch die Grenzschicht 302 durch einen Wechsel
der Dimensionen und Orte der individuellen Öffnungen. Weiterhin vergrößert die
Anordnung der Öffnungen
bei dieser Ausgestaltung ebenfalls signifikant die Aufteilung der
Gesamtströmung,
welche in die Grenzschicht eintritt, wie auch den Umfang des durch
das Fluid gekühlten
Bereiches, welche durch jede Öffnung 322 eintritt.The openings 322 . 324 are arranged at an optimum distance from each other, whereby the pressure drop is minimized when the heat source 99 adequately cooled to a desired temperature. This arrangement and optimal distance of the openings 322 and / or the openings 324 In this embodiment also allows an independent optimization of the openings 32 . 324 and fluid paths generally through the boundary layer 302 by changing the dimensions and locations of the individual openings. Furthermore, the arrangement of the openings in this embodiment also significantly increases the distribution of the total flow entering the boundary layer as well as the circumference of the fluid cooled area passing through each opening 322 entry.
Bei
einer Ausgestaltung sind die Öffnungen 322, 324 in
einer alternierenden Konfiguration bzw. einem „Schwarzweißmuster" in der Verteilerschicht 306 angeordnet,
wie in den 13 und 14 gezeigt
ist. Jede der Öffnungen 322, 324 ist
durch den geringsten Abstand voneinander separiert, welchen das
Fluid in dem „Schwarzweißmuster" zurücklegen muß. Die Öffnungen 322, 324 müssen jedoch
um einen Abstand voneinander separiert werden, der groß genug
ist, um zu gewährleisten,
daß die
Kühlflüssigkeit
der Grenzschicht 302 über
eine ausreichende Zeit zugeführt
wird. Wie die 13 und 14 zeigen,
ist bevorzugt vorgesehen, daß eine
oder mehrere der Öffnungen 322 benachbart
zu einer entsprechenden Anzahl von Öffnungen bzw. umgekehrt so vorgesehen
sind, daß das
in die Grenzschicht 302 eintretende Fluid den wenigstens
erforderlichen Abstand entlang der Grenzschicht 302 zurücklegt,
bevor es die Grenzschicht 302 verläßt. Demgemäß ist es, wie in den Figuren
gezeigt ist, bevorzugt, daß die Öffnungen 322, 324 radial
um einander herum verteilt angeordnet sind, um dabei behilflich
zu sein, daß das Fluid über den
geringst erforderlichen Abstand von einer Öffnung 322 zu der
nächsten Öffnung 324 strömt. Beispielsweise
tritt Fluid, wie in 13 gezeigt ist, in die Grenzschicht 302 über eine
spezielle Öffnung 322 ein
und strömt über den
Pfad mit gering stem Widerstand zu einer benachbarten Öffnung 324.
Weiterhin haben die Öffnungen 322, 324 bevorzugt
eine Kreisform, obwohl die Öffnungen
jegliche andere Form aufweisen können.In one embodiment, the openings 322 . 324 in an alternating configuration or "black and white" pattern in the distribution layer 306 arranged as in the 13 and 14 is shown. Each of the openings 322 . 324 is separated by the smallest distance that the fluid must travel in the "black-and-white pattern." The openings 322 . 324 However, they must be separated by a distance which is large enough to ensure that the cooling liquid of the boundary layer 302 is supplied over a sufficient time. As the 13 and 14 show, it is preferably provided that one or more of the openings 322 adjacent to a corresponding number of openings or vice versa are provided so that in the boundary layer 302 entering fluid the least required distance along the boundary layer 302 travels before there is the boundary layer 302 leaves. Accordingly, as shown in the figures, it is preferable that the openings 322 . 324 are distributed radially around each other to help in that the fluid over the least necessary distance from an opening 322 to the next opening 324 flows. For example, fluid occurs as in 13 is shown in the boundary layer 302 over a special opening 322 and flows over the path with minimal resistance to an adjacent opening 324 , Furthermore, the openings have 322 . 324 preferably a circular shape, although the openings may have any other shape.
Weiterhin
können
die Öffnungen
alternativ nicht von irgendeinem der Niveaus der Verteilerschicht 306 vorstehen,
wie oben ausgeführt
ist, obwohl die in den Figuren gezeigten Öffnungen 324 von dem
Zirkulationsniveau 304 oder den Niveaus 308, 312 als
zylindrische Teile vorstehen. Es ist ebenfalls bevorzugt, daß die Verteilerschicht 306 abgerundete Flächen aufweist
um die Bereiche, wo das Fluid die Richtung wechselt, um dabei behilflich
zu sein, den Druckabfall in dem Wärmetauscher 300 zu
reduzieren.Further, alternatively, the openings may not be from any of the levels of the manifold layer 306 protrude, as stated above, although the openings shown in the figures 324 from the circulation level 304 or the levels 308 . 312 project as cylindrical parts. It is also preferred that the distribution layer 306 Rounded surfaces around the areas where the fluid changes direction to help, the pressure drop in the heat exchanger 300 to reduce.
Die
optimale Abstandskonfiguration wie auch die Dimensionen der Öffnungen 322, 324 hängen von
der Temperatur ab, welcher das Fluid entlang der Grenzschicht 302 ausgesetzt
ist. Es ist ebenfalls wichtig, daß die Querschnittsdimensionen für die Flüssigkeitspfade
in den Öffnungen 322, 324 groß genug
sind, um den Druckabfall in dem Wärmetauscher 300 zu
reduzieren. Für
den Fall, daß das Fluid
entlang der Grenzschicht 302 nur eine Ein-Phasen-Strömung ausführt, ist
jede Öffnung 322 bevorzugt
durch mehrere benachbarte Öffnungen 324 in einer
symmetrischen hexagonalen Anordnung umgeben, wie in 13 gezeigt
ist. Weiterhin ist es bei einer Ein-Phasen-Strömung bevorzugt, daß die Anzahl der Öffnungen
in dem Zirkulationsniveau 304 annähernd gleich ist. Weiterhin
haben die Öffnungen 322, 324 für eine Ein-Phasen-Strömung bevorzugt
den gleichen Durchmesser. Es ist für einen Fachmann erkennbar,
daß andere
Anordnungen wie auch jegliche Verhältnisse der Öffnungen 322, 324 alternativ
möglich
sind.The optimal spacing configuration as well as the dimensions of the openings 322 . 324 depend on the temperature of the fluid along the boundary layer 302 is exposed. It is also important that the cross-sectional dimensions for the liquid paths in the openings 322 . 324 are large enough to reduce the pressure drop in the heat exchanger 300 to reduce. In the event that the fluid along the boundary layer 302 is only one-phase flow, is every opening 322 preferably by a plurality of adjacent openings 324 surrounded in a symmetrical hexagonal arrangement, as in 13 is shown. Furthermore, in a single-phase flow, it is preferable that the number of orifices in the circulation level 304 is approximately equal. Furthermore, the openings have 322 . 324 for a single-phase flow, preferably the same diameter. It will be apparent to one skilled in the art that other arrangements as well as any ratios of openings 322 . 324 alternatively possible.
Für den Fall,
bei dem das Fluid entlang der Grenzschicht 302 einer Zwei-Phasen-Strömung unterliegt,
sind nicht-symmetrische Anordnungen der Öffnungen 322, 324 bevorzugt,
um sich der Beschleunigung des Zwei-Phasen-Fluids anzupassen. Es
können
jedoch auch symmetrische Anordnungen der Öffnungen 322, 324 für eine Zwei-Phasen-Strömung vorgesehen
sein.In the case where the fluid along the boundary layer 302 is subject to two-phase flow are non-symmetrical arrangements of the openings 322 . 324 preferred to adapt to the acceleration of the two-phase fluid. However, symmetrical arrangements of the openings may also be used 322 . 324 be provided for a two-phase flow.
Beispielsweise
können
die Öffnungen 322, 324 in
dem Zirkulationsniveau 304 symmetrisch angeordnet sein,
wobei die Öffnungen 324 größere Öffnungen
als die Öffnungen 322 aufweisen.
Alternativ kann die hexagonale symmetrische Anordnung, wie sie in 13 gezeigt
ist, in dem Zirkulationsniveau 204 für eine Zwei-Phasen-Strömung verwendet
werden, wobei mehr Öffnungen 324 als Öffnungen 322 in dem
Zirkulationsniveau 304 vorhanden sind.For example, the openings 322 . 324 in the circulation level 304 be arranged symmetrically, with the openings 324 larger openings than the openings 322 exhibit. Alternatively, the hexagonal symmetric arrangement as shown in FIG 13 is shown in the circulation level 204 be used for a two-phase flow, with more openings 324 as openings 322 in the circulation level 304 available.
Es
sei darauf verwiesen, daß die Öffnungen 322, 324 in
dem Zirkulationsniveau alternativ angeordnet werden können, um
Heißstellen
der Wärmequelle 99 zu
kühlen.
Demgemäß werden
beispielsweise zwei Öffnungen 322 alternativ
unmittelbar benachbart zueinander in dem Zirkulationsniveau 304 vorgesehen,
wobei beide Öffnungen 322 nahe
einem oder oberhalb eines Grenzschicht-Heißstellenbereiches positioniert
werden. Es ist ersichtlich, daß die geeignete
Anzahl von Öffnungen 324 benachbart
zu beiden Öffnungen 322 positioniert
ist, um den Druckabfall in der Grenzschicht 302 zu reduzieren.
Demgemäß versorgen
die beiden Öffnungen 322 den Grenzschicht-Heißstellenbereich
mit Kühlflüssigkeit, um
ihn, wie oben ausgeführt
worden ist, einer gleichförmigen,
im wesentlichen gleich großen
Temperatur zu unterwerfen.It should be noted that the openings 322 . 324 in the circulation level may alternatively be arranged to heat the heat source 99 to cool. Accordingly, for example, two openings 322 alternatively immediately adjacent to each other in the circulation level 304 provided, with both openings 322 be positioned near or above a boundary layer hot spot area. It can be seen that the appropriate number of openings 324 adjacent to both openings 322 is positioned to reduce the pressure drop in the boundary layer 302 to reduce. Accordingly, the two openings supply 322 the boundary layer hot spot area with cooling liquid to subject it, as stated above, a uniform, substantially equal temperature.
Wie
oben ausgeführt
ist, hat der Wärmetauscher 300 signifikante
Vorteile gegenüber
anderen Wärmetauschern.
Die Konfiguration des Wärmetauschers 300 wird
alternativ aufgrund der Reduzierung des Druckverlustes, welcher
durch die vertikalen Fluidpfade bewirkt wird, alternativ mit einer
Pumpe mit entsprechend geringer Leistung betrieben. Weiterhin gestattet
die Konfiguration des Wärmetauschers 300 eine
unabhängige
Optimierung des Einlasses und der Fluidpfade entlang der Grenzschicht 302.
Weiterhin gestatten die separaten Niveaus eine den Kundenwünschen gerechte
Ausbildung, um die Gleichförmigkeit
der Wärmeübertragung,
die Verringerung des Druckabfalls und die Dimensionen der darin
enthaltenen individuellen Komponenten zu optimieren. Die Konfiguration
des Wärmetauschers 300 reduziert auch
den Druckabfall in Systemen, in welchen das Fluid einer Zwei-Phasen-Strömung unterliegt,
und kann dabei in Ein-Phasen- und Zwei-Phasen-Systemen verwendet
werden. Weiterhin ermög licht
der Wärmetauscher
zahlreiche unterschiedliche Herstellungsverfahren und ermöglicht eine
Einstellung der Komponentengeometrie für Toleranzzwecke.As stated above, the heat exchanger has 300 significant advantages over other heat exchangers. The configuration of the heat exchanger 300 Alternatively, due to the reduction of the pressure loss caused by the vertical fluid paths, alternatively, it is operated with a correspondingly low power pump. Furthermore, the configuration of the heat exchanger allows 300 an independent optimization of the inlet and the fluid paths along the boundary layer 302 , Furthermore, the separate levels allow customization to optimize the uniformity of heat transfer, the reduction in pressure drop, and the dimensions of the individual components contained therein. The configuration of the heat exchanger 300 also reduces pressure drop in systems in which the fluid undergoes two-phase flow, and can be used in single-phase and two-phase systems. Furthermore, the heat exchanger made possible numerous different production methods and allows adjustment of the component geometry for tolerance purposes.
Die
Einzelheiten darüber,
wie der Wärmetauscher 100 wie
auch die individuellen Schichten bzw. Lagen in dem Wärmetauscher 100 herzustellen
sind, werden unten diskutiert. Die folgende Diskussion bezieht sich
auf die Wärmetauscher
gemäß der vorliegenden
Erfindung, obwohl dabei ausdrücklich
auf den Wärmetauscher 100 in 3B und darin enthaltene individuelle Lagen
bzw. Schichten der Einfachheit halber ausdrücklich Bezug genommen wird.
Es ist für
einen Fachmann auch ersichtlich, daß die Herstellungsdetails,
obwohl sie in bezug auf die vorliegende Erfindung beschrieben sind,
alternativ auch auf konventionelle Wärmetauscher wie auch auf Zwei-
und Drei-Etagen-Wärmetauscher
angewendet werden können,
welche einen Einlaßanschluß und einen
Auslaßanschluß verwenden,
wie dieses in den 1A–1C gezeigt
ist.The details about how the heat exchanger 100 as well as the individual layers in the heat exchanger 100 are discussed below. The following discussion refers to the heat exchangers according to the present invention, although expressly referring to the heat exchanger 100 in 3B and individual layers or layers contained therein are expressly referred to for the sake of simplicity. It will also be apparent to one skilled in the art that the manufacturing details, although described in relation to the present invention, may alternatively be applied to conventional heat exchangers as well as to two and three deck heat exchangers employing an inlet port and an outlet port like this in the 1A - 1C is shown.
Bevorzugt
hat die Grenzschicht einen thermischen Expansionskoeffizienten (CTE),
welcher gleich oder annähernd
gleich zu demjenigen der Wärmequelle 99 ist.
Demgemäß dehnt
sich die Grenzschicht bevorzugt gemäß der Wärmequelle 99 aus und
zieht sich gemäß dieser
zusammen. Alternativ kann das Material der Grenzschicht 302 einen CTE
aufweisen, welcher unterschiedlich zu dem CTE des Wärmequellenmaterials
ist. Eine aus einem Material wie Silizium hergestellte Grenzschicht 302 hat einen
CTE, welcher demjenigen der Wärmequelle 99 entspricht,
und weist eine hinreichend große
thermische Leitfähigkeit
auf, um eine adäquate
Wärmeübertragung
von der Wärmequelle 99 auf
das Fluid zu bewirken. Es können
jedoch auch andere Materialien alternativ für die Grenzschicht 302 verwendet
werden, welche CTEs aufweisen, welche der Wärmequelle 99 entsprechen.Preferably, the boundary layer has a thermal expansion coefficient (CTE) equal to or approximately equal to that of the heat source 99 is. Accordingly, the boundary layer preferably expands according to the heat source 99 and pulls together according to this. Alternatively, the material of the boundary layer 302 have a CTE different from the CTE of the heat source material. A boundary layer made of a material such as silicon 302 has a CTE, which is that of the heat source 99 corresponds to and has a sufficiently high thermal conductivity to allow adequate heat transfer from the heat source 99 to effect on the fluid. However, other materials may alternatively be used for the boundary layer 302 which have CTEs which are the heat source 99 correspond.
Die
Grenzschicht hat bevorzugt eine hohe thermische Leitfähigkeit,
um eine ausreichende Leitung zwischen der Wärmequelle 99 und dem
entlang der Grenzschicht 302 strömenden Fluid zu ermöglichen,
so daß die
Wärmequelle 99 nicht überhitzt wird.
Die Grenzschicht be steht bevorzugt aus einem Material mit einer
hohen thermischen Leitfähigkeit von
100 W/m-K. Es ist
jedoch für
einen Fachmann ersichtlich, daß die
Grenzschicht 302 eine thermische Leitfähigkeit von mehr oder weniger
als 100 W/m-K aufweisen kann und hierauf nicht beschränkt ist.The boundary layer preferably has a high thermal conductivity to provide sufficient conduction between the heat source 99 and along the boundary layer 302 allow flowing fluid, so that the heat source 99 not overheated. The boundary layer is preferably made of a material having a high thermal conductivity of 100 W / mK. However, it will be apparent to one skilled in the art that the boundary layer 302 may have a thermal conductivity of more or less than 100 W / mK and is not limited thereto.
Um
die bevorzugte hohe thermische Leitfähigkeit zu erzielen, ist die
Grenzschicht bevorzugt aus Kupfer hergestellt. Alternativ besteht
die Grenzschicht aus irgendeinem anderen Material einschließlich – jedoch
nicht hierauf beschränkt – einzeln-kristalliner-dielektrischer
Materialien, Metalle, Aluminium, Nickel, einem Halbleitersubstrat
wie Silizium, Kovar, Graphit, Diamant, Verbundstoffen und jeglichen
anderen geeigneten Legierungen. Ein alternatives Material der Grenzschicht 302 ist
gemustert bzw. gegossen mit einem organischen Maschenwerk.In order to achieve the preferred high thermal conductivity, the barrier layer is preferably made of copper. Alternatively, the barrier layer is made of any other material including, but not limited to, single crystalline dielectric materials, metals, aluminum, nickel, a semiconductor substrate such as silicon, kovar, graphite, diamond, composites, and any other suitable alloys. An alternative material of the boundary layer 302 is patterned or cast with an organic meshwork.
Die
vorliegende Erfindung ist unter Bezugnahme auf spezifische Ausgestaltungen
beschrieben worden, und zwar unter Einbeziehung von Details, um
das Verständnis
der Prinzipien der Konstruktion und Betriebsweise der Erfindung
verständlich
zu machen. Insoweit sollen Bezugnahmen auf spezifische Ausgestaltungen
und Details den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht beschränken. Es
ist für den
Fachmann ersichtlich, daß Modifikationen
bezüglich
der zu Erläuterungszwecken
gewählten
Ausgestaltungen möglich
sind, ohne von dem Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen.The
The present invention is made with reference to specific embodiments
been described, including details to
the understanding
the principles of construction and operation of the invention
understandable
close. In that regard, references to specific embodiments
and details do not limit the scope of the appended claims. It
is for the
One skilled in the art will recognize that modifications
in terms of
for explanatory purposes
selected
Embodiments possible
without departing from the spirit and scope of the invention.
ZusammenfassungSummary
Es
sind eine Struktur und ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrostruktur
zur Verwendung in einem Wärmetauscher
offenbart. Der Wärmetauscher enthält eine
Verteilerschicht bzw. -lage und einen mikrostrukturierten Bereich.
Die Verteilerschicht enthält eine
Struktur, um ein Fluid an den mikrostrukturierten Bereich zu liefern.
Der mikrostrukturierte Bereich ist aus mehreren mit Fenstern versehenen
Lagen aus wärmeleitenden
Lagen gebildet, durch welche eine Vielzahl von Mikroöffnungen
durch einen nassen Ätzprozeß gebildet
sind. Die Mehrzahl von mit Fenstern versehenen Lagen wird sodann
zusammengekuppelt, um eine Verbund-Mikrostruktur zu bilden. There is disclosed a structure and method for making a microstructure for use in a heat exchanger. The heat exchanger contains a distribution layer and a mi cro-structured area. The manifold layer includes a structure to deliver a fluid to the microstructured area. The microstructured region is formed of a plurality of windowed layers of thermally conductive layers through which a plurality of microapertures are formed by a wet etching process. The plurality of windowed layers are then coupled together to form a composite microstructure.