DE1551415C

DE1551415C - Heat exchanger with several fluids for cooling a heat-generating object

Info

Publication number: DE1551415C
Authority: DE
Inventors: Sevgin Beacon NY Oktay (V St A )
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Publication date: 1972-06-22

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Ein anderer Wärmetauscher für elektrische Bau-Kühlung eines in einem Behälter gelagerten wärme- gruppen und Transformatoren, bei dem ebenfalls erzeugenden Objektes, das von einer ersten Flüssig- einander überlagerte Flüssigkeiten verwendet werkeit umgeben ist, der mindestens eine zweite Flüssig- den, wurde durch die USA.-Patentschrift 2 214 865 keit überlagert ist, die eine größere spezifische 5 bekannt. Das zu kühlende elektrische Objekt ist in Wärmekapazität aufweist als die erste Flüssigkeit, eine erste Flüssigkeitsschicht eingesetzt, die z. B. aus wobei die beiden Flüssigkeiten sich nicht mischen, aromatischen Halogenkohlenwasserstoffen bestehen inert und beständig sind. Derartige Wärmetauscher kann. Der Siedepunkt der Flüssigkeit in der zweiten werden zweckmäßigerweise zur Kühlung von Kern- Flüssigkeitsschicht ist so gewählt, daß er etwa der speichern und elektronischen Schaltungen in Rechen- io zulässigen Betriebstemperatur des zu kühlenden anlagen benutzt, um ein vom Umgebungsklima, den Objektes entspricht. Beim Betrieb wird die vom zu Programmen und den Betriebszuständen unabhängi- kühlenden Objekt abzuführende Wärme durch die ges stabiles Arbeitsdiagramm zu bekommen. erste Flüssigkeit auf die überlagerte zweite Flüssig-The invention relates to a heat exchanger for another heat exchanger for electrical building cooling one of the heat groups and transformers stored in a container, which is also generating object that uses liquids superimposed on one another by a first liquid surrounded by at least one second liquid, was disclosed in U.S. Pat. No. 2,214,865 is superimposed on the greater specific 5 known. The electrical object to be cooled is in Has heat capacity as the first liquid, a first liquid layer used, the z. B. off the two liquids do not mix, are composed of aromatic halogenated hydrocarbons are inert and stable. Such heat exchangers can. The boiling point of the liquid in the second are expediently to cool the core liquid layer is chosen so that it is about the save and electronic circuits in computing io permissible operating temperature of the to be cooled systems used to ensure that the ambient climate corresponds to the property. During operation, the from to Programs and the operating states independent cooling object heat to be dissipated by the to get ges stable work chart. first liquid on the superimposed second liquid

Es ist bekannt, daß Flüssigkeiten als Wärme- keit übertragen, welche in Abhängigkeit von der zu-It is known that liquids transfer heat, which depends on the

tauscher zur Kühlung von wärmeerzeugenden elek- 15 geführten Wärmemenge verdampft und dabei dieExchanger for cooling heat-generating electrical 15 evaporated amount of heat and thereby the

trischen Baugruppen (z. B. elektrischen Transforma- Wärme der Kühlanordnung entzieht. Die verdampftetric assemblies (eg electrical transforma- heat from the cooling arrangement. The evaporated

toren und Kondensatoren) besonders in der Stark- Flüssigkeit wird selbsttätig von einem Reservoir er-gates and capacitors), especially in the strong liquid, is automatically generated by a reservoir

stromtechnik verwendbar sind. In der USA.-Patent- setzt.Stromtechnik can be used. In the USA. Patent sets.

schrift 2 643 282 ist eine Kühleinrichtung be- Eine derartige Kühlanordnung ist bei elektronischrieben, bei der ein Radio-Chassis, einschließlich 20 sehen Datenverarbeitungsanlagen ohne zusätzlichen der Elektronenröhren, in eine dielektrische, ver- Aufwand nicht verwendbar, da das Austreten von dampfbare Kühlflüssigkeit gesetzt ist, deren Siede- Dämpfen verhindert werden muß, um keine nachpunkt über der umgebenden Raumtemperatur und teilige Beeinträchtigung des Isolationswiderstandes in unter der maximal zulässigen Betriebstemperatur des den empfindlichen elektrischen Schaltungen zu beGerätes liegt. 25 kommen.writing 2 643 282 is a cooling device. Such a cooling device is written electronically, in the case of a radio chassis, including 20 see data processing equipment without additional of the electron tubes, in a dielectric, cannot be used because of the leakage of Steamable coolant is set, the boiling vapors of which must be prevented in order to avoid any disadvantages above the ambient room temperature and partial impairment of the insulation resistance in below the maximum permissible operating temperature of the device to be used with the sensitive electrical circuits located. 25 come.

Ein anderes Verfahren zur Kühlung eines Trans- Die vorstehend kurz erwähnten Wärmetauscher formators, welches das Konvektionsprinzip ver- sowie andere bekannte ähnliche Kühleinrichtungen wendet, ist in der USA.-Patentschrift 2 774 807 be- sind noch mit wesentlichen Nachteilen behaftet. Zum schrieben. Dabei sind die Transformatorwicklungen Beispiel ist es nicht erwünscht, daß elektronische von einem flüssigen Kühlmittel, welches aus Fluor- 3° Rechner, welche in der modernen Festkörpertechnik kohlenwasserstoff besteht, umgeben, und der Siede- ausgeführt sind, Hochdruck-Kühleinrichtungen entpunkt des Kühlmittels ist so gewählt, daß er der halten, da diese eventuelle Störungen durch UnBetriebstemperatur des Transformators entspricht. dichtigkeiten, unerwünschtes Geräusch oder andere Der Ausgleichsraum im Transformatorgehäuse über Schwierigkeiten verursachen können. In Kühlder Kühlflüssigkeit ist mit einem nichtkondensier- 35 systemen, welche nach dem Wärmetausch-Prinzip baren Gas, ζ. B. Schwefel-Hexafluorid SF 6, gefüllt. wirken (z. B. gemäß der vorstehend erwähnten Der Mantel des Transformatorgehäuses ist mit einem Kühlvorrichtung nach der deutschen Patentschrift Röhrensystem, versehen, in welchem das erhitzte 453 715), bei denen der Wärmetausch in einer Kühlmittel infolge der Konvektion zirkuliert und Grenzschicht von einander überlagerten Medien kondensiert. 40 stattfindet und bei denen kein äußerer KonmpressorAnother method of cooling a trans- The heat exchangers briefly mentioned above formators, which uses the convection principle, as well as other known similar cooling devices US Pat. No. 2,774,807 still has significant disadvantages. To the wrote. In this case the transformer windings are example it is not desirable to be electronic of a liquid coolant, which is made of fluorine- 3 ° computer, which is used in modern solid-state technology consists of hydrocarbons, surrounded, and the boiling point are executed, high-pressure cooling devices of the coolant is chosen so that it will hold, as this may cause malfunctions due to unoperating temperature of the transformer. leaks, unwanted noise or other The compensation space in the transformer housing can cause difficulties. In cooler Cooling liquid is with a non-condensing system, which works on the principle of heat exchange free gas, ζ. B. sulfur hexafluoride SF 6 filled. act (e.g. according to the above-mentioned The jacket of the transformer housing is equipped with a cooling device according to the German patent Pipe system, in which the heated 453 715), in which the heat exchange in a Coolant circulates as a result of convection and boundary layer of superimposed media condensed. 40 takes place and where there is no external compressor

Durch die USA.-Patentschrift 3 024 298 wurde vorhanden ist, bestehen die Nachteile einer uneine Kühlanordnung bekannt, die nach einem Ver- genügenden Wärmeabfuhr von dem zu kühlenden dampfungs-Schwerkraft-Prjnzip arbeitet und bei der Objekt, oder die Wärmetauschanordnung wird in ein isomeres Gemisch, bestehend aus perfluoriertem ihrem Volumen zu umfangreich und zu aufwendig, cyclischen Äther C_flFjjO (bekannt unter ,dem 45 Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen Handelsnamen FC-75 der Firma 3 M Comp.), ver- und verbesserten Wärmetauscher zu schaffen, der wendet wird. Diese Flüssigkeit verdampft bei Er- nur ein verhältnismäßig kleines Volumen aufweist, wärmung durch das wärmeerzeugende und zu bei dem das wärmeerzeugende Objekt im Wärmekühlende Objekt und kondensiert anschließend an tauscher angeordnet werden kann und bei dem die einer kalten Platte. 50 vorstehend erwähnten Nachteile und Probleme derUS Pat. No. 3,024,298 has disclosed the disadvantages of a cooling arrangement which works after sufficient heat dissipation from the steaming-gravity principle to be cooled and in the case of the object, or the heat exchange arrangement becomes an isomeric one Mixture consisting of perfluorinated its volume too extensive and too expensive, cyclic ether C _fl FjjO (known under the 45 The object of the invention is to create a new trade name FC-75 from 3 M Comp.), Improved and improved heat exchangers to create that will turn. This liquid evaporates when it has only a relatively small volume, heating by the heat-generating and at which the heat-generating object can be arranged in the heat-cooling object and then condensed on exchanger and in which a cold plate. 50 disadvantages and problems of the above mentioned

Durch die deutsche Patentschrift 453 715 wurde bekannten Wärmetauscher und KühleinrichtungenThe German patent specification 453 715 made known heat exchangers and cooling devices

eine Vorrichtung zum unmittelbaren Wärmeaustausch beseitigt sind und der außerdem keinen Kompressora device for direct heat exchange are eliminated and also no compressor

zwischen zwei miteinander nicht mischbaren Flüssig- zur Dampfkondensation in der Kühleinrichtung be-between two immiscible liquid condensation for vapor condensation in the cooling device

keiten bekannt, wobei die erste Flüssigkeit eine nötigt.known, the first liquid requires one.

größere Dichte als die zweite Flüssigkeit aufweist. 55 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-Diese Vorrichtung besteht aus einem Behälter, in löst, daß beim Umgebungsdruck die erste Flüssigkeit dem eine Anzahl miteinander verbundener Kanäle einen Siedepunkt aufweist, der tiefer liegt als die angeordnet ist, deren obere Seiten offen sind. Diese zulässige Betriebstemperatur des zu kühlenden Kanäle werden von der zu kühlenden ersten Flüssig- Objektes, daß der Siedepunkt der zweiten Flüssigkeit keit durchströmt, und die zweite Flüssigkeit, die in ⁶° höher liegt als der Siedepunkt der ersten Flüssigkeit diesem Falle als Kühlmittel und zur Ableitung der und daß die zweite Flüssigkeit auf möglichst gleicher Wärme dient, durchströmt den Behälter, wobei sie Temperatur gehalten wird. Weitere Merkmale und die Kanäle umgibt. An der oben offenen Seite der Vorzüge des erfindungsgemäßen Wärmetauschers Kanäle findet eine gegenseitige unmittelbare Be- sind, daß die Wirkung der Wärmeübertragung vom rührung der beiden Flüssigkeiten statt und ein 65 wärmeerzeugenden Objekt auf das Kühlmittel verWärmeübergang längs der waagerechten Grenz- bessert wird, dadurch, daß das flüssige Kühlmittel, flächen der übereinander gelagerten Flüssigkeits- welches der ersten Flüssigkeit entspricht, direkt im schichten. Kontakt mit dem Wärmeerzeuger steht und siedet,has a greater density than the second liquid. This object is achieved according to the invention in that this device consists of a container in which, at ambient pressure, the first liquid in which a number of interconnected channels has a boiling point which is lower than the one whose upper sides are open. This permissible operating temperature of the channels to be cooled are determined by the first liquid object to be cooled that the boiling point of the second liquid flows through, and the second liquid, which is ⁶ ° higher than the boiling point of the first liquid in this case as a coolant and for discharge and that the second liquid is used for the same heat as possible, flows through the container while maintaining its temperature. Other features and the canals surrounding it. At the top open side of the advantages of the heat exchanger channels according to the invention there is a mutual direct concern that the effect of the heat transfer from the contact of the two liquids takes place and a heat-generating object on the coolant heat transfer along the horizontal limit is improved by the fact that the liquid coolant, surfaces of the superimposed liquid - which corresponds to the first liquid, directly in layers. Contact with the heat generator is standing and boiling,

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daß dadurch eine erhöhte Dampfblasenbildung statt- Der Kernspeicher 15 ist von der Flüssigkeit 41 findet und daß diese Dampf Waschen ohne An- (Siedeflüssigkeit) umgeben, z. B. dem eingangs wendung eines Kompressors oder eines sonstigen in- erwähnten Fluorkohlenwasserstoff, dessen Siededirekten Wärmetauschers kondensieren. Die Kon- temperatur bei etwa 45 ± 3° C liegt bei einem Luftdensation der Dampfbläschen, die in der ersten und 5 druck im Bereich von 620 bis 857 Torr. Dieser ersten siedenden Kühlflüssigkeit entstehen, erfolgt durch Flüssigkeit 41 ist an deren Oberfläche eine zweite Kerne, welche aus einer zweiten Flüssigkeit stammen, Flüssigkeit 43 (Kondensationsflüssigkeit) überlagert, die der ersten, siedenden Flüssigkeit überlagert ist. welche eine relativ höhere Siedetemperatur hat als Der neugeschaffene Wärmetauscher ist besonders die Siedeflüssigkeit 41. Durch die Überlagerung der nützlich zur Kühlung elektronischer Bauelemente 10 beiden Flüssigkeiten bildet sich eine Grenzfläche 45 bzw. Baugruppen, wie sie z. B. in Rechnern benützt an der Übergangsfläche' der beiden Flüssigkeiten, werden, weil der Wärmetauscher beim Umgebungs- Aus den Fig. 1 und 2 ist zu ersehen, daß von dem luftdruck und im Bereich nahe der Umgebungs- wärmeerzeugenden Kernspeicher 15 in der ersten temperatur arbeitet, so daß Undichtigkeiten im Kühl- Flüssigkeit 41 dreierlei Dampfblasenreihen 46, 47 system weitestgehend verhindert werden und eine 15 und 48 aufsteigen. Die mittlere Dampf blasenreihe 47 Zugänglichkeit bei eventuellen Änderungen leicht ist für den Wärmetausch am vorteilhaftesten, da die möglich ist. Dampfbläschen in der Grenzfläche 45 kondensieren.that as a result, increased vapor bubble formation takes place. The core store 15 is from the liquid 41 finds and that these steam washing surround without an (boiling liquid), z. B. the opening use of a compressor or any other fluorocarbon mentioned, whose boiling point is direct Condense the heat exchanger. The con temperature is around 45 ± 3 ° C with air condensation the vapor bubbles that appear in the first and 5 pressures range from 620 to 857 torr. This first one boiling coolant occurs through liquid 41 is a second one on the surface Cores, which originate from a second liquid, superimposed on liquid 43 (condensation liquid), which is superimposed on the first, boiling liquid. which has a relatively higher boiling temperature than The newly created heat exchanger is particularly the boiling liquid 41. By superimposing the useful for cooling electronic components 10, an interface 45 forms between the two liquids or assemblies, as they are z. B. used in computers at the interface between the two liquids, be because the heat exchanger in the ambient From Figs. 1 and 2 it can be seen that of the air pressure and in the area near the ambient heat generating core storage 15 in the first temperature works, so that leaks in the cooling liquid 41 three types of vapor bubble rows 46, 47 system can be largely prevented and a 15 and 48 rise. The middle row of steam bubbles 47 Accessibility in the event of any changes is easy for the heat exchange as the is possible. Vapor bubbles condense in the interface 45.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher hat im Dieser Fall tritt ein bei richtiger Abstimmung der Prinzip folgenden Aufbau: Das wärmeerzeugende verschiedenen Einflüsse. Die wesentlichen Einflüsse und zu kühlende Objekt (z.B. der Kernspeicher eines 20 sind die Art der Flüssigkeit, die Größe der Grenzelektronischen Rechners einschließlich seiner Steuer- fläche, die Siedetemperatur der Flüssigkeiten, die schaltkreise) steht in direktem Kontakt mit einer Wärmeabsorption und die Mengen der Flüssigkeiten, ersten Flüssigkeit und wird von dieser allseitig um- die Umgebungstemperatur, der Luftdruck und die geben. Dieser ersten Flüssigkeit ist an deren freien vom zu kühlenden Objekt erzeugte Wärmemenge, Oberfläche eine zweite Flüssigkeit überlagert. Bei 25 wobei in diesem Beispiel die Wärme von den im einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher, der ins- direkten Flüssigkeitskontakt stehenden Kernspeicherbesondere zur Kühlung elektronischer Objekte dient, bauteilen (den Ferritkernen, der Drahtflechtung und die z. B. Transistoren, Dioden oder andere wärme- den Rahmen) erzeugt bzw. abgegeben wird. Die linke empfindliche Bauelemente enthalten, wird Vorzugs- Dampfblasenreihe 46 zeigt eine zweite Kondenweise für die erste Flüssigkeitsschicht eine Flüssig- 30 sationsmöglichkeit, nach welcher die Dampfblasen keit gewählt, deren Siedepunkt nur wenig über der nur zum Teil in der Grenzfläche und überwiegend in Temperatur des Umgebungsraumes bei normalem der darüber befindlichen zweiten Flüssigkeitsschicht Luftdruck liegt. ^l 43 — Kondensationsschicht — kondensieren. DieThe heat exchanger according to the invention has the following structure if the principle is This case occurs when the principle is correctly coordinated: The heat-generating various influences. The main influences and the object to be cooled (e.g. the core storage of a 20 are the type of liquid, the size of the electronic limit computer including its control surface, the boiling temperature of the liquids, the circuits) is in direct contact with heat absorption and the quantities of liquids , first liquid and from this all around- the ambient temperature, the air pressure and the give. A second liquid is superimposed on this first liquid on its free surface of the heat generated by the object to be cooled. In this example, the heat from the core storage in a heat exchanger according to the invention, which is in direct contact with the liquid, is used in particular to cool electronic objects (the ferrite cores, the wire braiding and the e.g. transistors, diodes or other warming frames ) is generated or released. The left-hand sensitive components contain preferential vapor bubble row 46 shows a second mode of condensation for the first liquid layer a liquid sation option, according to which the vapor bubbles speed is selected, whose boiling point is only slightly above that only partially in the interface and predominantly in the temperature of the surrounding space with normal air pressure of the second layer of liquid above it. ^l 43 - condensation layer - condense. the

Im folgenden werden unter Heranziehung der rechte Dampfblasenreihe 48 zeigt die vorstehend erzeichnerischen Darstellung die Ausbildung und 35 wähnte Kondensation plus einer Kondensation der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Wärme- Dampfbläschen an der Oberfläche der zweiten tauschers im einzelnen beschrieben. ' Flüssigkeit. Die verschiedenen Arten der Konden-In the following, using the right-hand vapor bubble row 48 shows the above illustrative Representation of the training and 35 mentioned condensation plus a condensation of the Mode of action of the heat vapor bubbles according to the invention on the surface of the second exchanger described in detail. 'Liquid. The different types of condensation

Fig. 1 zeigt im Prinzip den kompletten Wärme- sation werden später besprochen. ·
tauscher (in einem Behälter ist z. B. der Kernspeicher Zur Kühlung der Kondensationsflüssigkeit 43 ist eines Rechners gelagert und von einer dielektrischen 40 eine äußere Kühleinrichtung vorgesehen, welche an Flüssigkeit umgeben, in welcher Dampfbläschen auf- die die Seitenwand 17 des Behälters 11 durchsteigen, welche in der Grenzfläche an der Über- dringenden Rohrstutzen 51 und 52 angeschlossen ist. lagerungsstelle der beiden Flüssigkeiten konden- In der Ausgangsleitung 51 befinden sich ein trichtersieren); förmiger Anschluß 53, ein Reservetank 54 und eineFig. 1 shows in principle the complete heating system will be discussed later. ·
Exchanger (e.g. the core storage device is in a container. which is connected in the boundary area to the overriding pipe socket 51 and 52. Storage point of the two liquids condensate In the outlet line 51 there is a funnel); shaped connector 53, a reserve tank 54 and one

Fig. 2 zeigt im Querschnitt in einer anderen An- 45 Pumpe 55, welche durch den Motor 56 angetriebenFIG. 2 shows a cross section in another pump 55 which is driven by the motor 56

Ordnung die Erzeugung der Dampfbläschen, ihr wird. Die Pumpe 55 drückt die im Tank 54 befirid-Order the generation of the vapor bubbles, you will. The pump 55 presses the fluid in the tank 54

Auftriebsverhalten, ihre Rückführung in die Grenz- liehe Flüssigkeit durch die Kühlschlange 57 zu demBuoyancy behavior, their return to the limit borrowed liquid through the cooling coil 57 to the

fläche und ihre Kondensation in der Grenzfläche; thermostatisch gesteuerten Ventil 59. Die Kühl-surface and its condensation in the interface; thermostatically controlled valve 59. The cooling

Fig. 3 zeigt im Prinzip die Verwendung von drei schlange 57 wird durch das Gebläse58 beblasen und übereinander gelagerten Flüssigkeiten; dies ermög- 50 gekühlt. Ein Temperaturfühler 60 ist im Oberen Belicht eine Kondensation des in der untersten Flüssig- reich des Kernspeichers 15 montiert und wirkt auf keitsschicht erzeugten Dampfes in den verschiedenen die Steuereinheit 61, welche das Regelventil 59 be-Schichten. tätigt und die An- und Abschaltung des Motors 56Fig. 3 shows in principle the use of three snakes 57 is blown by the blower 58 and superimposed liquids; this makes it possible to cool. A temperature sensor 60 is in the upper light a condensation which is mounted in the lowest liquid area of the core store 15 and acts on it Keitsschicht generated steam in the various control unit 61, which the control valve 59 be layers. and the switching on and off of the motor 56

Gemäß F i g. 1 ist der flüssigkeitsdichte Behälter bewirkt! Vom Regelventil 59 führt eine Leitung zumAccording to FIG. 1 the liquid-tight container is effected! From the control valve 59 leads to a line

11 oben durch den Deckel 13 abgeschlossen. Der 55 Eingangsrohrstutzen 52. Es ist zweckmäßig, wenn11 closed at the top by the cover 13. The 55 inlet pipe socket 52. It is useful if

Kernspeicher 15 wird durch eine Öffnung in der die Umgebungsluft der Anordnung ebenfalls tem-Core memory 15 is through an opening in which the ambient air of the arrangement is also tem-

Seitenwand 17 des Behälters 11 eingeführt. Außen peraturgeregelt ist.Side wall 17 of the container 11 inserted. The outside temperature is regulated.

an der Seitenwand 17 ist die Anschlußleiste 21 für Die vorstehend erwähnte Kühleinrichtung hat den den Kernspeicher 15 mittels der Befestigungs- Vorzug, daß sie an einer vom Rechner entfernten schrauben 23 angeordnet unter Verwendung einer 60 Stelle aufstellbar ist und daß der Rechner und dessen Dichtung 19. Diese flüssigkeitsdichte Anschlußleiste Umgebungsbereich nicht mit dieser Kühleinrichtung 21 hat die entsprechenden Anschlußpunkte 25, die belastet werden. In Bedarfsfällen ist es auch möglich, zum Betrieb des Kernspeichers 15 erforderlich sind. das eben erwähnte äußere Kühlsystem durch ein so-Der Kernspeicher 15 besteht in seinem Aufbau aus genanntes Durchflußkühlsystem zu ersetzen, in einer Anzahl von Speicherebenen 31, welche sich 65 welchem temperaturgeregeltes Brunnen-, Leitungsaus den Rahmen 33, den Ferritkernen 35 und den oder Flußwasser verwendbar ist. Weiter ist es mögdurch die Ferrtikerne gefädelten Drähten 37 zu- lieh, die Kühlung durch ein billiges, leicht versammensetzen. dampfendes flüssiges Edelgas vorzunehmen, das inon the side wall 17 is the terminal strip 21 for the cooling device mentioned above has the the core memory 15 by means of the attachment preference that it is attached to a remote from the computer screws 23 arranged using a 60 place can be set up and that the computer and its Seal 19. This liquid-tight connector strip surrounding area does not have this cooling device 21 has the corresponding connection points 25, which are loaded. If necessary, it is also possible for the operation of the core memory 15 are required. the just mentioned external cooling system through a so-der Core memory 15 consists in its structure of replacing said flow-through cooling system, in a number of storage levels 31, which 65 which temperature-controlled well, line from the frame 33, the ferrite cores 35 and the or river water can be used. Further it is possible through lent the ferrite cores to threaded wires 37, the cooling by a cheap, easy to assemble. to make steaming liquid noble gas, which in

geregelter Menge durch den Anschlußstutzen 53 in den Behälter 11 gelangt und durch den oben angebrachten Austrittsstutzen 63 abgeleitet wird. Auch eine indirekte Kühlung der oberen Flüssigkeit 43 ist zu erwägen. Bei diesem bekannten Kühlverfahren ist die Kühlschlange 66 von der Kondensationsflüssigkeit 43 umgeben, und das im Kühlsystem zirkulierende flüssige Kühlmittel verdampft in der Kühlschlange 66. Dieses Kühlsystem 65 enthält in seinem äußeren Kreis weiter den Verdichter 67, den Kondensator 68 und das temperaturgeregelte Ventil 69.Controlled amount passes through the connecting piece 53 into the container 11 and through the attached above Outlet nozzle 63 is derived. Indirect cooling of the upper liquid 43 is also possible to consider. In this known cooling method, the cooling coil 66 is from the condensation liquid 43, and the liquid coolant circulating in the cooling system evaporates in the cooling coil 66. This cooling system 65 also contains the compressor 67, the condenser 68, in its outer circuit and the temperature controlled valve 69.

Es ist ersichtlich, daß die das wärmeerzeugende und zu kühlende Objekt umgebende erste Flüssigkeit einen möglichst niederen Siedepunkt aufweisen muß, wie z. B. Chlorfluorkohlenwasserstoff. Falls die der ersten Flüssigkeit ausgesetzten elektrischen Bauteile (z. B. Schaltungen, Netzteile und andere Bauelemente) ausreichend isoliert sind, ist eine nichtdielektrische Flüssigkeit verwendbar. Wenn die Wärmeerzeugung des zu kühlenden Objektes ausreichend groß ist, wie z. B. bei Transformatoren oder bei Kernreaktor-Installationen, ist Quecksilber als erste Flüssigkeit — Siedeflüssigkeit — geeignet. Für die zweite bzw. die Kondensationsflüssigkeit 43 besteht die Forderung, daß diese sich nicht mit der Siedeflüssigkeit 41 mischt, daß sie ein kleineres spezifisches Gewicht hat und einen merklich höheren Siedepunkt aufweist als die erste Flüssigkeit 41.It can be seen that the first liquid surrounding the heat-generating object to be cooled must have a boiling point as low as possible, such as. B. Chlorofluorocarbon. If the the Electrical components exposed to first liquid (e.g. circuits, power supply units and other components) are sufficiently insulated, a non-dielectric liquid can be used. If the Heat generation of the object to be cooled is sufficiently large, such as. B. with transformers or in nuclear reactor installations, mercury is suitable as the first liquid - boiling liquid. for the second or the condensation liquid 43 is the requirement that this does not come with the Boiling liquid 41 mixes so that it has a smaller specific gravity and a noticeably higher one Has boiling point than the first liquid 41.

Benützt man z. B. Quecksilber als Siedeflüssigkeit 41, dann ist es zweckmäßig, als Kondensationsflüssigkeit 43 flüssigen Stickstoff oder Polyphenyl zu verwenden. Bei Kernreaktoren oder ähnlichen Anlagen ist es zweckmäßig, als Siedeflüssigkeit 41 flüssiges Kalium und als Kondensationsflüssigkeit 43 die leichtere und flüssige Kalium-Natrium-Mischung zu benützen.If you use z. B. mercury as boiling liquid 41, then it is appropriate to use liquid nitrogen or polyphenyl as condensation liquid 43 use. In the case of nuclear reactors or similar systems, it is advisable to use 41 liquid potassium and, as condensation liquid 43, the lighter and liquid potassium-sodium mixture to use.

Nachstehend wird die F i g. 2 erläutert. In dem inneren Behälter 73 ist unten ebenfalls das wärmeerzeugende Objekt 79, z. B. ein Kernspeicher oder ein anderes elektronisches Bauteil, angeordnet. Dieses wird wiederum von der ersten Flüssigkeit 77, welche einen relativ niedrigen Siedepunkt aufweist, umgeben. Dieser Flüssigkeit 77 ist die Kondensationsflüssigkeit 75 überlagert. Durch die Wände des Behälters 73 erfolgt eine Wärmeübertragung durch Leitung, da die Behälterwände aus Kupfer bestehen. Das elektrische und wärmeerzeugende Bauteil ist mit den zwei Anschlußleitungen 81 und 83 versehen, die durch die Siedeflüssigkeit 77, durch die Wand 73 des inneren Behälters und durch die Wand des äußeren Behälters 85 geführt sind. Diese Anschlußleitungen 81 und 83 sind isoliert, falls die Flüssigkeit 77 nicht dielektrisch ist. Das gleiche gilt für die elektronischen Bauelemente des wärmeerzeugenden Bauteils 79. Zur Abführung der in die Kondensationsflüssigkeit 75 übertragenen Wärme ist in dieser Flüssigkeitsschicht 75 eine Kühlschlange 87 angeordnet. Die Kondensationsvorgänge der beim Wärmetausch auftretenden Dampfbläschen in und über der Grenzfläche 89 werden, wie bereits erwähnt wurde, später ausführlicher erläutert.The following is the FIG. 2 explained. In the inner container 73 is below also the heat generating Object 79, e.g. B. a core memory or another electronic component arranged. This is in turn from the first liquid 77, which has a relatively low boiling point, surround. The condensation liquid 75 is superimposed on this liquid 77. Through the walls of the Container 73 there is a heat transfer by conduction, since the container walls are made of copper. The electrical and heat-generating component is provided with the two connecting lines 81 and 83, the through the boiling liquid 77, through the wall 73 of the inner container and through the wall of the outer container 85 are performed. These connecting lines 81 and 83 are insulated if the liquid 77 is not dielectric. The same applies to the electronic components of the heat generating Component 79. To dissipate the heat transferred into the condensation liquid 75 is in this Liquid layer 75 a cooling coil 87 is arranged. The condensation processes during heat exchange occurring vapor bubbles in and above the interface 89, as already mentioned, explained in more detail later.

Die Kühlschlange 87 ist eine sekundäre Einrichtung und dient zur Wärmeabfuhr in dieser Wärmetauschanordnung. Der innere Kupferbehälter 73 hat in den Seitenwänden in Höhe des Flüssigkeitsspiegels eine Anzahl Überlauföffnungen. Bei einer Erwärmung der Flüssigkeiten erfolgt eine Ausdehnung derselben, so daß die überschüssige Kondensationsflüssigkeit 75 an den Außenwänden des Behälters 73 herabläuft und diese benetzt. Die abtropfende Kondensationsflüssigkeit 75 wird in einem Sammelbecken 93 im äußeren Behälter 85 aufgefangen und bei Erreichung eines bestimmten Pegels durch die Pumpe 97 abgesaugt und dabei über ein äußeres Kühlsystem 99 geführt. Dieses Kühlsystem 99 kann benachbart oder in einer größeren Entfernung vom Rechner montiert sein. Die gekühlteThe cooling coil 87 is a secondary device and serves to dissipate heat in this heat exchange arrangement. The inner copper container 73 has a number of overflow openings in the side walls at the level of the liquid level. When the liquids are heated, they expand, so that the excess condensation liquid 75 runs down the outer walls of the container 73 and wets them. The dripping condensation liquid 75 is collected in a collecting basin 93 in the outer container 85 and, when a certain level is reached, is sucked off by the pump 97 and guided through an external cooling system 99. This cooling system 99 can be mounted next to or at a greater distance from the computer. The chilled

ίο Kondensationsflüssigkeit 75 wird durch die Pumpe 97 dem Verteiler 101 zugeleitet, welcher die gekühlte Flüssigkeit nahe der Grenzfläche 89 der Kondensationsschicht 75 wieder zuführt. Die kleinen Pfeile am Verteilerausgang deuten an, daß die zurückgeführte und gekühlte Kondensationsflüssigkeit direkt in die Grenzfläche 89 gesprüht wird, so daß die aufsteigenden Dampfbläschen frühzeitig kondensieren. Die beiden Behälter 73 und 85 sind durch einen einzigen Deckel 103 abgedeckt. Die Abstandsbolzen 105 oder andere Mittel gewährleisten den vertikalen Abstand der beiden Behälter zueinander. Der seitliche Abstand zwischen den beiden Behältern ist sehr klein, er beträgt etwa 1,6 mm und ist in der F i g. 2 übertrieben groß dargestellt. Der Überlauf des Behälters 73 dient natürlich auch zur Kühlung des inneren Behälters und seines Inhalts. Die in der F i g. 2 dargestellten Dampfblasenreihen 46, 47 und 48 bilden sich ähnlich den in der F i g. 1 dargestellten Dampfblasenreihen aus. Durch die Überlaufanordnung und dadurch, daß die überlaufende Kondensationsflüssigkeit so gewählt ist, daß sie eine große Wärmeaufnahmefähigkeit hat, wird die Wirksamkeit des Wärmetauschers beachtlich erhöht.
Es wurde bereits erwähnt, daß die Kondensationsflüssigkeit vorzugsweise aus Wasser oder Kieselsäureester bestehen soll. Weiterhin sind geeignet wenig korrosive Kühl- und Hydraulikflüssigkeiten für elektronische Geräte, deren Siedepunkt bei 215° C liegt. Die Oberflächenspannungswerte der zwei Flüssigkeiten (Wasser und Kieselsäureester) sind voneinander sehr verschieden.ίο Condensation liquid 75 is fed by the pump 97 to the distributor 101, which feeds the cooled liquid near the interface 89 of the condensation layer 75 again. The small arrows at the distributor outlet indicate that the returned and cooled condensation liquid is sprayed directly into the interface 89 so that the rising vapor bubbles condense early. The two containers 73 and 85 are covered by a single cover 103. The spacer bolts 105 or other means ensure the vertical spacing of the two containers from one another. The lateral distance between the two containers is very small, it is about 1.6 mm and is shown in FIG. 2 exaggerated. The overflow of the container 73 is of course also used to cool the inner container and its contents. The in the F i g. The rows of vapor bubbles 46, 47 and 48 shown in FIG. 2 are formed similarly to those in FIG. 1 shown rows of vapor bubbles. The effectiveness of the heat exchanger is considerably increased by the overflow arrangement and the fact that the overflowing condensation liquid is selected so that it has a high heat absorption capacity.
It has already been mentioned that the condensation liquid should preferably consist of water or silicic acid ester. Furthermore, low-corrosive coolants and hydraulic fluids with a boiling point of 215 ° C are suitable for electronic devices. The surface tension values of the two liquids (water and silicic acid ester) are very different from each other.

Für die Siedeflüssigkeit 41, 77 ist vorteilhafterweise Perfluordimethylzyklobutan oder Fluorkohlenwasserstoff zu verwenden, deren Siedepunkt im Temperaturbereich 50 ± 5° C liegt.For the boiling liquid 41, 77 is advantageously perfluorodimethylcyclobutane or fluorocarbon should be used with a boiling point in the temperature range 50 ± 5 ° C.

Auch das bereits erwähnte Wärmetauschsystem, das auf der Verwendung flüssiger Metalle (Kalium-Natrium) basiert, hat eine Grenzfläche, da die Siedeflüssigkeit gesättigt ist (das geschmolzene Kondensationsmaterial ist in einer Menge vorhanden, welche die Lösbarkeit überschreitet). Als Kondensationsmaterial ist es auch möglich, flüssiges Natrium zu verwenden und als Siedematerial eine Flüssigkeit, welche ein größeres spezifisches Gewicht hat und einen niedriger liegenden Siedepunkt als das Natrium. Eine Anwendungsmöglichkeit für derartige Wärmetauscher, bei denen als Kondensationsflüssigkeit geschmolzenes Natrium verwendet wird, ist z. B. gegeben bei Tiefsee-Projekten oder bei WeItraumobjekten auf Grund der dabei auftretenen Temperaturen und atmosphärischen Drücke. Auch bei derartigen Wärmetauschern ist das Prinzip gewahrt, daß eine Kondensation im Bereich der Grenzfläche stattfindet.Also the already mentioned heat exchange system, which is based on the use of liquid metals (potassium-sodium) based, has an interface because the boiling liquid is saturated (the molten condensation material is present in an amount exceeding the solubility). It is also possible to use liquid sodium as a condensation material use and as a boiling material a liquid which has a greater specific weight and a lower boiling point than sodium. An application for such Heat exchangers using molten sodium as the condensation liquid is z. B. given in deep-sea projects or in space objects due to the occurring Temperatures and atmospheric pressures. Even with such heat exchangers, the principle is maintained, that condensation takes place in the area of the interface.

Die Entwicklung der Dampfbläschen ist in der F i g. 2 zwecks besserer Anschaulichkeit etwas vergrößert und schematisch dargestellt. Dabei entspricht die mittlere Dampfblasenreihe 47, bei der die Dampf-The development of the vapor bubbles is shown in FIG. 2 somewhat enlarged for the sake of clarity and shown schematically. The middle row of vapor bubbles corresponds to 47, in which the vapor

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Wäschen in der Grenzfläche 89 kondensieren, der der Fig. 1 ist z.B. ein derartiges System dargestellt, vorteilhaftesten Lösung, da hierbei der beste Wärme- bei dem der erzeugte Dampf durch den Ausgangstausch zustande kommt. Wenn ein aufsteigendes rohrstutzen 51 zu der Kondensations-, Kühl- und Dampfbläschen in die Grenzfläche gelangt, bildet sich Verdichtungsemrichtung geleitet wird. In der F i g. 2 ein zeitweiliger Gleichgewichtszustand aus, so daß 5 ist bei der linken und rechten Dampf blasenreihe 46, das Bläschen in der Grenzfläche schwebt und in 48 durch Pfeile angedeutet, daß sich die in der Kon-Kontakt mit der kühleren Kondensationsflussigkeit densationsflüssigkeit aufsteigenden Dampfbläschen in kommt, wobei ihm Wärme entzogen wird. Durch Form von kugelförmigen Kondensationströpfchen die Abkühlung und den Druck der Kondensations- abwärts bewegen. Diese in der Kondensationsflüssigflüssigkeitsschicht implodiert das Dampfbläschen und io keit absinkenden kugelförmigen Kondensationskondensiert zu Siedeflüssigkeit. tröpfchen bestehen aus einer Mischung, die Anteile Eine aus der Siedeflüssigkeit aufsteigende Dampf- der Siedeflüssigkeit in flüssigem und dampfförmigem blasenreihe zerfällt in der Grenzfläche in eine An- Zustand enthält. An Hand der F i g. 3 wird diese zahl kleiner Bläschen, die, wie vorstehend erwähnt Abwärtsbewegung der kugelförmigen Kondensationswurde, in der Grenzfläche schweben und dadurch 15 tröpfchen beschrieben. Hierzu ist zu bemerken und eine große Oberfläche bilden und damit einen guten auch zu beobachten, daß die in Richtung Grenzfläche Kontakt zu der Kondensationsflüssigkeit herstellen. absinkenden kugelförmigen Kondensationströpfchen Es wurde bereits erwähnt, daß eine Wechselbeziehung dabei ihre Größe verringern.Washes condense in the interface 89; FIG. 1 shows, for example, a system of this type, the most advantageous solution, since here the best heat in which the steam generated comes about through the initial exchange. When an ascending pipe stub 51 reaches the condensation, cooling and vapor bubbles in the interface, compression equipment is formed and is directed. In FIG. 2 a temporary state of equilibrium, so that 5 is in the left and right rows of steam bubbles 46, the bubble floats in the interface and indicated by arrows in 48 that the vapor bubbles rising in contact with the cooler condensation liquid comes into contact, whereby heat is withdrawn from him. Through the form of spherical condensation droplets, the cooling and the pressure of the condensation move downwards. This in the condensation liquid layer implodes the vapor vesicle and lowering spherical condensation condenses to boiling liquid. Droplets consist of a mixture that contains parts of a vapor rising from the boiling liquid - the boiling liquid in a liquid and vaporous series of bubbles breaks down in the interface into an on state. On the basis of FIG. 3 this number of small bubbles, which, as mentioned above, was the downward movement of the spherical condensation, float in the interface and thereby describe 15 droplets. It should be noted in this regard and a large surface area and thus a good one can also be observed that the contact with the condensation liquid in the direction of the interface is made. sinking spherical condensation droplets It has already been mentioned that a correlation thereby reduces their size.

zwischen der Siedeflüssigkeit, Kondensationsflüssig- Die F i g. 3 zeigt, daß in einem Behälter 111 drei keit, der Wärmeerzeugung usw. besteht und daß eine 20 Flüssigkeiten übereinander angeordnet sind (Drei-Abstimmung der verschiedenen Faktoren aufeinander flüssigkeitssystem). Da die zweite Flüssigkeitsschicht erforderlich ist, um zu erreichen, daß die aufsteigen- 113 keine ausreichende Wärmekapazität hat, welche den Dampfblasenreihen in der Grenzfläche sich auf- gewährleistet, daß alle Dampfbläschen in ihr konlösen und daß die Bläschen dort kondensieren. Die densieren, wurde noch die dritte Flüssigkeitsschicht erzeugten Dampfbläschen sind in manchen Fällen 25 115 hinzugefügt. Die die zweite Flüssigkeit durchnicht alle gleich. Dadurch ist es möglich, daß eine dringenden Dampfbläschen kondensieren jetzt in der unterschiedliche Kondensation stattfindet. In Ab- zweiten Grenzfläche 121, welche sich zwischen der Mngi.ekeit von der Wärmeerzeugung bilden sich in zweiten und der dritten Flüssigkeitsschicht 113 und der Siedeflüssigkeit zunächst kleine Dampfbläschen, 115 bildet. Die von dem wärmeerzeugenden Objekt welche sich in etwa horizontaler Richtung bewegen 30 117 in der untersten Flüssigkeitsschicht erzeugten und dabei zu größeren Dampfbläschen zusammen- Dampfblasenreihen kondensieren vorzugsweise in der schließen. Dieser Vorgang dauert so lange, bis der Grenzfläche 119, welche sich zwischen der ersten Auftrieb der Bläschen so groß geworden ist, daß sie und der zweiten Flüssigkeitsschicht 116 und 113 ausdurch die Grenzfläche in die darüber befindliche bildet. An der Grenzfläche 121 kondensieren im Kondensationsschicht eindringen. Ein ähnlicher Vor- 35 wesentlichen die größeren Dampfbläschen, welche gang kann sich auch bei der Auflösung der aus der die erste Grenzfläche 119 durchbrochen haben oder Siedeflüssigkeit aufsteigenden Dampfblasenreihen (be- die sich in dieser Grenzfläche bilden. Die Siedestehend aus einer Reihe kleiner Dampfbläschen) er- punkte der drei Flüssigkeiten sind so aufeinander geben, wenn die in der Grenzfläche nacheinander an- abgestimmt, daß sich dieser Ablauf der Kondensation fallenden kleinen Dampfbläschen sich zu einer 40 in den 2 Grenzflächen ergibt. Bei der Auswahl der größeren Dampfblase zusammenschließen. Dieser Flüssigkeiten sind Betrachtungen über die Löslich-Vorgang wirkt quasi so, als ob in der Siedeflüssigkeit keit, die Siedepunkte, die Verträglichkeit und die durch das elektrische Bauteil eine größere Wärme Beständigkeit in der Grenzfläche sehr wichtig,
erzeugt worden wäre. Das Merkmal dieser zweiten Für einen Wärmetauscher, der auf dem Drei-Kondensationsart ist, daß die kleinen Dampfbläschen 45 flüssigkeitsprinzip basiert, können bei geeigneten in der Grenzfläche und die größeren Dampfbläschen Druckverhältnissen die 3 Xylole (meta, para und in der darüber befindlichen Kondensationsflüssigkeit ortho) oder Stickstoff, Sauerstoff und Argon in kondensieren. Es besteht natürlich auch die Möglich- flüssigem Zustand verwendet werden. Natürlich sind keit, daß eine geringe Anzahl größerer Dampf- Sauerstoff und Argon auch für den Zweiflüssigkeitsbläschen bis zur Oberfläche der Kondensations- 5° Wärmetauscher geeignet, welcher bereits vorstehend flüssigkeit aufsteigt und daß sie dann dort konden- beschrieben wurde. Für Zweischicht-Wärmetauscher, sieren. Es ist somit verständlich, daß bei einer bei denen geschmolzenes Metall verwendet wird, stärkeren Wärmeerzeugung durch die wärme- sind die folgend genannten Metallpaare geeignet: erzeugenden und zu kühlenden Objekte die Dampf- Cadmium—Eisen, Blei—Zink, Chrom—Wismut und .bläschenkondensation nach dem zweiten Konden- 55 Blei-^Eisen. . . sationsverfahren zunimmt. Dabei ist es auch möglich, Unter Bezugnahme auf die F i g. 3 wird auf die .daß eine kleine unbedeutende Anzahl von Dampf- linke Dampfblasenreihe 125 verwiesen, welche die bläschen den Spiegel der Kondensationsflussigkeit vorteilhafteste Art der Kondensation in der Grenz-.durchbricht und in den darüber befindlichen Raum fläche 119 darstellt, wie dies bereits vorstehend begelangt, jedoch ist dies bei einem richtig abgestimm- 60 schrieben wurde. Die mittlere Dampfblasenreihe 127 ten Wärmetauscher eine Ausnahme. Es bestehen besteht in ihrem unteren Teil im Bereich der Siede-Anwendungsmöglichkeiten für solche Fälle, bei flüssigkeit 116 aus Bläschen kleinen Durchmessers, ,denen der Austritt der Dampfbläschen aus der in der mittleren Flüssigkeitsschicht 113 sind die Flüssigkeitsoberfläche erzwungen wird, z. B. durch . Dampfbläschen größer, außerdem sind dort noch abVerwendung dünner Flüssigkeitsschichten und durch 65 sinkende oder rückfallende kugelförmige . Kondeneine größere Wärmeerzeugung. In diesem Fall wird sationströpfchen sichtbar. Eines dieser rücksinkenden der austretende Dampf zu einem entfernt aufge- kugelförmigen Kondensationströpfchen 131 ist auf stellten Kondensations- und Kühlsystem geleitet. In der linken Seite der F i g. 3 vergrößert dargestellt,between the boiling liquid, condensation liquid- The F i g. 3 shows that in a container 111 there is three speed, the generation of heat, etc. and that a 20 liquids are arranged one above the other (three-way coordination of the various factors on one another liquid system). Since the second liquid layer is required in order to achieve that the aufsteigen- 113 does not have sufficient heat capacity, which move up ensures the vapor bubble rows in the interface, that all vapor bubbles konlösen in it and that the bubbles condense there. The condense, was still the third layer of liquid vapor bubbles generated are added in some cases 25,115. The second liquid is not all the same. This makes it possible for an urgent vapor bubble to condense in which different condensation takes place. In the absence second interface 121, which are formed between the Mngi.ekeit of heat generation is formed in the second and third liquid layer 113 and the boiling liquid, first small vapor bubbles, 115th The 30 117 generated by the heat-generating object, which move in an approximately horizontal direction, in the lowermost liquid layer and thereby combine to form larger vapor bubbles - rows of vapor bubbles preferably condense in the close. This process lasts until the interface 119, which has become so large between the first buoyancy of the bubbles, that it and the second liquid layer 116 and 113 form through the interface into the one above it. At the interface 121 condense in the penetrate condensation layer. A similar advantage is the larger vapor bubbles, which can also arise during the dissolution of the rows of vapor bubbles rising from the first boundary surface 119 or boiling liquid (which form in this boundary surface. The boiling consists of a row of small steam bubbles) - Points of the three liquids are given to one another if the small vapor bubbles falling in the boundary surface are coordinated one after the other, that this process of condensation results in a 40 in the 2 boundary surfaces. Combine when choosing the larger vapor bubble. These liquids are considerations about the solubility process acts as if in the boiling liquid, the boiling points, the compatibility and the greater heat resistance in the interface due to the electrical component are very important,
would have been generated. The characteristic of this second For a heat exchanger that is based on the three-condensation mode, that the small vapor bubbles 45 is based on the liquid principle, the 3 xylenes (meta, para and ortho in the condensation liquid above) can be used with suitable pressure conditions in the interface and the larger vapor bubbles. or nitrogen, oxygen and argon to condense in. There is of course also the possible- liquid state to be used. Of course it is possible that a small number of larger steam, oxygen and argon are also suitable for the two-liquid vesicles up to the surface of the condensation heat exchanger, which already rises above liquid and that it was then described condensing there. For two-layer heat exchangers, sieren. It is thus understandable that in those in which molten metal is used, stronger heat generation by the heat, the following metal pairs are suitable: objects to be generated and to be cooled are steam-cadmium-iron, lead-zinc, chromium-bismuth and bubble condensation after the second condensation 55 lead ^ iron. . . sation process increases. It is also possible, with reference to FIGS. 3 is applied to the .that a small insignificant number of steam vapor bubble left series referenced 125 which .durchbricht limit the bubbles of the mirror Kondensationsflussigkeit advantageous type of condensation in the surface and in the space above it is 119, as already mentioned begelangt , however, this is the case with a correctly coordinated 60 was written. The average void number 127 th heat exchanger an exception. There are in their lower part in the range of boiling applications for such cases, with liquid 116 from small-diameter bubbles, where the exit of the vapor bubbles from the liquid surface in the middle liquid layer 113 is forced, z. B. by. Vapor bubbles are larger, there are also thin layers of liquid and, due to 65 sinking or falling back, spherical layers. Condensate greater heat generation. In this case, sation droplets will be visible. One of these receding steam escaping to a distant spherical condensation droplet 131 is directed to the condensation and cooling system. In the left side of FIG. 3 shown enlarged,

dabei stellt der halbmondförmige Teil den Anteil der Siedeflüssigkeit dar, und der kleine Kreis kennzeichnet die gasförmige Sphäre. Eine Kondensation der größeren Dampfbläschen an der Grenzfläche 121 ergibt Flüssigkeitströpfchen, die in die unterste Flüssigkeitsschicht 116 zurückkehren. Die rechte Dampfblasenreihe 129 bildet sich in der ersten Flüssigkeitsschicht 116 aus kleinen Dampfbläschen, die dann, wie bereits vorstehend beschrieben wurde, in der ersten Grenzfläche 119 sich zu größeren Dampfbläschen zusammenschließen, welche die Grenzfläche 119 durchstoßen, in der zweiten Flüssigkeitsschicht 113 weiter aufsteigen und dann als kugelförmige Kondensationströpfchen in diese Flüssigkeitsschicht wieder zurücksinken. Über dem Behälter 111 ist vergrößert ein rücksinkendes doppeltes Kondensationströpfchen 133 dargestellt, es enthält je zwei Flüssigkeits- und Gassphären aus der ersten und siedenden Flüssigkeit 116 in einer anderen einhüllenden Flüssigkeitssphäre.the crescent-shaped part represents the portion of the boiling liquid, and the small circle denotes the gaseous sphere. A condensation of the larger vapor bubbles at the interface 121 results in liquid droplets which return to the lowermost liquid layer 116. The right Vapor bubble row 129 forms in the first liquid layer 116 from small vapor bubbles, which then, as already described above, become larger in the first interface 119 Close together vapor bubbles which pierce the interface 119 in the second liquid layer 113 continue to rise and then sink back into this layer of liquid as spherical condensation droplets. Above that Container 111 is shown enlarged, a sinking double condensation droplet 133, it contains two liquid and two gas spheres each from the first and boiling liquid 116 in another enveloping liquid sphere.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß durch diese Erfindung die Mangel und Nachteile vermieden werden, die sich bei einer Dampferzeugung in einer einzigen Flüssigkeit ergeben. Bei der vorliegenden Erfindung ist wesentlich, daß die Dampfbläschen in die Flüssigkeit eingeschlossen sind und in der Flüssigkeit kondensieren und somit einen guten Wärmetausch bewirken. Um jedoch einen guten Wärmetauscher zu bekommen, werden im Vergleich zu der Siedeflüssigkeit von der überlagerten Kondensationsflüssigkeit die folgenden wesentlichen Eigenschaften gefordert:From the above description it can be seen that the deficiency and by this invention Disadvantages can be avoided that arise when steam is generated in a single liquid. In the present invention it is essential that the vapor bubbles be enclosed in the liquid and condense in the liquid and thus cause good heat exchange. Around However, getting a good heat exchanger will be compared to the boiling liquid of the superimposed condensation liquid, the following essential properties are required:

Eine niedrigere Dichte, ein höherer Siedepunkt, weiter eine chemische und inerte Verträglichkeit, eine höhere spezifische Wärmekapazität und keine Mischbarkeit.A lower density, a higher boiling point, further chemical and inert compatibility, a higher specific heat capacity and no miscibility.

Die verschiedenen Eigenschaften der einander zu überlagernden Flüssigkeiten stehen in Wechselbeziehung zueinander und sind so aufeinander abgestimmt, daß die bei der Wärmeerzeugung in der Siedeflüssigkeit entstehenden kleinen Dampfbläschen in reihenförmiger Form in etwa vertikaler Richtung in die Grenzfläche aufsteigen und sich in dieser dann in horizontaler Richtung auseinander bewegen und kondensieren. Im Effekt sind die Dampfbläschen immer von Flüssigkeit umschlossen. Die angestrebte fortlaufende Kondensation der Dampfbläschen wird dadurch wesentlich erleichtert, daß man eine Kühlung der Kondensationsflüssigkeit vornimmt, wobei das Kühlaggregat an einer entfernten Stelle sich befinden kann. Zur Kühlung von wärmeerzeugenden elektronischen oder elektrisch nicht isolierten Objekten ist eine relativ dünne Schicht einer hochqualifizierten dielektrischen Siedeflüssigkeit, welche als Kühlflüssigkeit wirkt, erforderlich.The different properties of the liquids to be superimposed are interrelated to each other and are coordinated so that the heat generation in the Boiling liquid, small steam bubbles in a row-like form in an approximately vertical direction rise into the interface and then move apart in this horizontal direction and condense. In effect, the vapor bubbles are always surrounded by liquid. The intended Continuous condensation of the vapor bubbles is greatly facilitated by the fact that one Cooling of the condensation liquid takes place, with the cooling unit at a remote location can be located. For cooling of heat-generating electronic or electrically non-insulated Objects is a relatively thin layer of a high quality dielectric boiling liquid, which acts as a coolant, is required.

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand von Beispielen näher erläutert, welche einige vorteilhafte Anwendungen aufzeigen. Das schließt jedoch nicht aus, daß es noch eine größere Anzahl weiterer Anwendungsfälle gibt, die in den Bereich des Erfindungsgedankens fallen.The invention has been explained in more detail above using examples, some of which are advantageous Show applications. However, this does not rule out the fact that there are still a large number of other applications that fall within the scope of the inventive concept.

Claims

Patent claims:

1. Heat exchanger for cooling a heat-generating object stored in a container, which is surrounded by a first liquid on which at least a second liquid is superimposed, which has a greater specific heat capacity than the first liquid, the two Liquids do not mix, are inert and stable, characterized by that at ambient pressure the first liquid has a boiling point which is lower than that permissible operating temperature of the object to be cooled, that the boiling point of the second liquid is higher than the boiling point of the first liquid and that the second liquid is on is kept as constant as possible.

2. Heat exchanger according to claim 1 for cooling electrical or electronic, not completely isolated objects, characterized in that those in contact with these objects standing first liquid has a high dielectric constant.

3. Heat exchanger according to one of claims 1 or 2, in particular for cooling electronic objects, characterized in that the first liquid consists of fluorocarbon, for example perfluorodimethylzyldobutane, or a chlorofluorocarbon and the second liquid consists of water or silicic acid ester.

4. Heat exchanger according to claim 1 for cooling objects with high operating temperatures, characterized in that the first liquid of liquid oxygen and the second liquid consists of liquid argon or that the first liquid consists of mercury and the second liquid consists of polyphenyl or liquid nitrogen.

5. Heat exchanger according to claim 1 for cooling objects with very high operating temperatures (Nuclear reactors), characterized in that liquid metals and / or metal compounds are superimposed on one another as the first and / or second liquid.

6. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that three liquid layers are superimposed on each other.

7. Heat exchanger according to claim 1 or 6, characterized in that the first liquid layer of liquid nitrogen, the second liquid layer of liquid oxygen and the third liquid layer consists of liquid argon.

8. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that a cooling system (51 to 63) it is provided that the second liquid (43) is kept at the same temperature as possible (FIG. 1).

9. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3 or 8, characterized in that that a container (73) at the level of the second liquid (75) has overflow openings through which the liquid, which expands when heated, escapes onto the outer container walls, which wets them as they run down, whereupon they are caught (105), cooled and again the second liquid layer near the interface (89) between the two liquids is supplied, and that the container (73) surrounded by a second outer container (85) is (Fig. 2).

1 sheet of drawings