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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher,
der die Wärmeableitungswirkung
erhöhen kann.
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Stand der Technik
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Die
elektronischen Bauelemente der elektronischen Anlage können bei
Betrieb eine Wärme
erzeugen. Wenn diese wärme
in der elektronischen Anlage gesammelt wird, steigt die Temperatur
der elektronischen Bauelemente, so dass die elektronischen Bauelemente
gestört
oder beschädigt
werden können.
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Um
diese Wärme
abzuführen,
wird üblicherweise
ein Kühlventilator
verwendet, der einen Luftstrom erzeugt, um die Wärme zwangsläufig abzuführen. Da die Luftmenge des
Kühlventilators
begrenzt ist, kann die Kühlwirkung
nicht erhöht
werden. Um dieses Problem zu lösen,
wird eine wassergekühlte Kühlvorrichtung
verwendet, die direkt auf der Wärmequelle
aufliegt.
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1 zeigt
eine herkömmliche
wassergekühlte
Kühlvorrichtung,
die eine Grundplatte 10 und einen Deckel 11 umfaßt. Der
Deckel 10 weist einen Aufnahmeraum 11, ein Wassereinlaßrohr 112 und
ein Wasserauslaßrohr 113 auf.
Das Wassereinlaßrohr 112 und
das Wasserauslaßrohr 113 befinden
sich an zwei gegenüberliegende
Seiten des Deckels 11 und sind mit dem Aufnahmeraum 11 verbunden.
Der Deckel 11 ist auf der Grundplatte 10 angeordnet.
Auf der Grundplatte 10 sind eine Vielzahl von Kühlrippen 13 vorgesehen,
die im Aufnahmeraum 111 des Deckels 11 verschlossen
sind und eine Vielzahl von Kanälen 131 bilden,
die dem Wassereinlaßrohr 112 und
dem Wasserauslaßrohr 113 zugewandt
sind. Wenn eine Kühlflüssigkeit
durch das Wassereinlaßrohr 112 in den
Aufnahmeraum 111 fließt,
wird es durch die Kanäle 131 geführt, wodurch
ein Wärmeaustausch stattfindet,
so dass die Kühlwirkung
erhöht
wird.
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Hierbei
wird durch die Kühlrippen 13 die Kühlfläche vergrößert und
durch die Kühlflüssigkeit die
Wärme der
Kühlrippen 13 abgeleitet.
Da die Kanäle 131 durch
die Kühlrippen
gebildet sind, wird der Reibungswiderstand für die Kühlflüssigkeit erhöht, wodurch
die Fließgeschwindigkeit
und der Konvektionskoeffizient reduziert wird, so dass der Wärmeaustausch
und somit die Wärmeableitungswirkung
der Kühlflüssigkeit
für die
Kühlrippen
nicht gut ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher zu schaffen,
der eine spiralige Führungsnut
aufweist, die die Wärmeableitungswirkung
erhöhen
kann.
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Diese
Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher gelöst, der
einen Hauptkörper
umfaßt,
der ein Zentrum, eine spiralige Führungsnut, die sich radial
von dem Zentrum erstreckt und einen Drehradius besitzt, der sich
von dem Zentrum nach außen
vergrößert, und
eine erste und zweite Öffnung
aufweist, wobei die erste Öffnung über die
Führungsnut
mit der zweiten Öffnung
verbunden ist. Dadurch wird das Mischen des Fluids in der spiraligen
Führungsnut
verstärkt,
so dass die Wärmeaustauschwirkung
und die Wärmeableitungswirkung
erhöht
werden.
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Diese
Aufgabe wird weiter durch den erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher gelöst, der
einen Hauptkörper
umfaßt,
der ein Zentrum, eine spiralige Führungsnut, die sich radial
von dem Zentrum erstreckt und einen Drehradius besitzt, der sich
von dem Zentrum nach außen
vergrößert, eine
erste und zweite Öffnung,
wobei die erste Öffnung über die Führungsnut
mit der zweiten Öffnung
verbunden ist, und mindestens eine erste Turbulenzeinheit aufweist, die
an der Wand der spiraligen Führungsnut
angeordnet ist.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
anliegenden Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 eine
Explosionsdarstellung einer herkömmlichen
wassergekühlten
Kühlvorrichtung,
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2 eine
Explosionsdarstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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3 eine
perspektivische Darstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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4 eine
Teildarstellung der spiraligen Führungsnut
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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5 eine
Darstellung des Dean-Wirbels gemäß 4,
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6 eine
Explosionsdarstellung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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7 eine
Explosionsdarstellung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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8 eine
perspektivische Darstellung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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9 eine
Schnittdarstellung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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10 eine
Darstellung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
beim Einsatz,
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11 eine
Explosionsdarstellung des vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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12 eine
Schnittdarstellung des vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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13 eine
Explosionsdarstellung des fünften
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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14 eine
Schnittdarstellung des fünften bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Die 2, 3, 4 und 5 zeigen das
erste bevorzugte Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers 1,
der einen Hauptkörper 2 umfaßt, der
ein Zentrum 21 (gestrichelte Linie in Figur) und eine spiralige
Führungsnut 22 aufweist,
die sich radial von dem Zentrum 21 erstreckt und einen
Drehradius besitzt, der sich von dem Zentrum nach außen vergrößert. D.
h. die Führungsnut 22 verläuft von
dem Zentrum 21 spiralig bis die Innenseite des Hauptkörpers 22 und
hat somit eine spiralige Form (spiralige Führungsnut 22), wie es
in 2 dargestellt ist.
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Der
Hauptkörper 22 weist
eine erste Öffnung 221 und
eine zweite Öffnung 222 auf.
Die erste Öffnung 221 befindet
sich im Zentrum 21 und die zweite Öffnung 222 befindet
sich an der Außenseite
des Hauptkörpers 22.
Die erste Öffnung 221 ist über die Führungsnut 22 mit
der zweiten Öffnung 222 verbunden.
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Die
Führungsnut 22 weist
einen ersten Kanal 225 auf, der sich zwischen der Führungsnut 22 und der
zweiten Öffnung 222 befindet,
wodurch ein Fluid (wie Kühlflüssigkeit
oder Wasser) durch die zweite Öffnung 222 in
die Führungsnut 22 fließen kann. Durch
den Drehradius der Führungsnut 222 wird
eine Zentrifugalkraft für
das Fluid erzeugt. Durch die erste Öffnung 221 fließt das Fluid
von einem Achsrohr 31 aus.
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Nachdem
das Fluid durch die zweite Öffnung 222 in
den ersten Kanal 225 eintritt, wird es spiralig (von der
spiraligen Führungsnut 22)
zu der ersten Öffnung 221 geführt. Da
sich der Drehradius der spiraligen Führungsnut in Richtung des Zentrums
verkleinert, erzeugt das Fluid durch die Wirkung der Zentrifugalkraft
und der Trägheit
auf die Wand der spiraligen Führungsnut 22 einen
dreidimensionalen Sekundärstrom,
d. h. Dean-Wirbel, wodurch in der spiraligen Führungsnut 22 gleichzeitig
zwei Wirbelströme
entstehen (4 und 5), die
symmetrisch und gegensinnig sind. Die beiden Wirbelströme (Pfeilrichtung
in 5) fließen
zwischen der Außenwand 227 (dem
Zentrum 21 abgewandter Wand) und der Innenwand 228 (dem
Zentrum 21 zugewandter Wand) der spiraligen Führungnsut 22.
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Das
Fluid fließt
durch die erste Öffnung 221 von
dem Achsrohr 31 aus und tritt dann in eine Pumpe (nicht
dargestellt) ein. Die Pumpe fördert
das Fluid wieder in die zweite Öffnung 222.
Dadurch zirkuliert das Fluid zwischen der spiraligen Führungsnut 22 und
der Pumpe.
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Das
Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das Fluid von der spiraligen
Führungsnut 22 geführt wird,
wodurch ein Sekundärstrom
erzeugt wird, so dass das Mischen des Fluids verstärkt wird.
Daher werden die Wärmeaustauschwirkung
und die Wärmeableitungswirkung
erhöht.
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Wie
aus den 2 und 3 ersichtlich
ist, umfaßt
die Erfindung weiter mindestens einen ersten Deckel 3,
der den Hauptkörper 2 verschließt und auf dem
das Achsrohr 31 angebracht ist. Das Achsrohr 31 ist
mit der ersten Öffnung 221 und
somit auch über die
Führungsnut 22 mit
der zweiten Öffnung 222 verbunden.
Die spiralige Führungsnut 22 besitzt
eine offene Seite 223 und eine geschlossene Seite 224.
D. h. die Führungsnut 22 ist
durch eine Seite des Hauptkörpers 2 durchgehend
und bildet somit die offene Seit 223. Die Führungsnut
ist jedoch nicht durch die andere Seite des Hauptkörpers 2 durchgehend
und bildet somit die geschlossene Seite 224.
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Der
erste Deckel 3 verschließt die offene Seite 223.
D. h. der erste Deckel 3 wird mit der offenen Seite 223 des
Hauptkörpers 2 verbunden,
wodurch der Wärmeaustauscher 1 gebildet
ist.
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Bei
der Verwendung zur Wärmeableitung
für eine
Wärmequelle,
d. h. eine elektronische Vorrichtung (wie Computer, Notebook, Kommunikationskasten
oder dergleichen), die bei Betrieb eine wärme erzeugt, kann der Hauptkörper 2 mit
einer Seite (der der offenen Seite 223 gegenüberliegenden
Seite des Hauptkörpers 2)
auf der Wärmequelle
aufliegen. Durch das Fluid in der spiraligen Führungsnut 22 findet
ein Wärmeaustausch
mit der Wärmequelle
statt. Durch den Drehradius der spiraligen Führungsnut 22 wird
eine Zentrifugalkraft und eine Trägheit erzeugt, wodurch der
Teil des Fluids, der der Wärmequelle
zugewandt ist (mit höherer
Temperatur), und der Teil des Fluids, der der Wärmequelle abgewandt ist, besser
miteinander gemischt werden, so dass die Wärmeaustauschwirkung (Wärmeableitungswirkung)
erhöht
wird.
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6 zeigt
das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch
unterscheidet, dass der Wärmeaustauscher
einen zweiten Deckel 7 umfaßt. Der erste Deckel 3 und
der zweite Deckel 7 verschließen die beiden Seiten des Hauptkörpers 2. Hierbei
bildet die spiralige Nut 22 an den beiden Seiten des Hauptkörpers 2 jeweils
eine offene Seite 223, die von dem ersten und zweiten Deckel 3, 7 verschlossen
sind.
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Die 7, 8 und 9 zeigen
das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch
unterscheidet, dass der Wärmeaustauscher weiter
mindestens eine erste Turbulenzeinheit 4 umfaßt, die
an der Bodenwand 226 der spiraligen Führungsnut 22 angeordnet
ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die erste Turbulenzeinheit 4 an der geschlossenen Seite 224 der
spiraligen Führungsnut 22 angebracht.
An dem ersten Deckel 3, der die offene Seite 223 der
spiraligen Führungsnut 22 verschließt, ist
mindestens eine zweite Turbulenzeinheit 5 vorgesehen. D.
h. die erste Turbulenzeinheit 4 und die zweite Turbulenzeinheit 5 sind
an der geschlossenen Seite 224 und der offenen Seite 223 der
spiraligen Führungsnut 22 angeordnet.
Die erste Turbulenzeinheit 4 und die zweite Turbulenzeinheit 5 sind durch
Vorsprünge
an der geschlossenen Seite 224 und der offenen Seite 223 gebildet.
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Wie
aus den 5, 9 und 10 ersichtlich
ist, kann das Fluid des Wärmeaustauschers 1 von
der zweiten Öffnung 222 zu
der ersten Öffnung 221 oder
von der ersten Öffnung 221 zu
der zweiten Öffnung 222 fließen. In
den Figuren fließt
das Fluid von der zweiten Öffnung 222 zu
der ersten Öffnung 221 und
tritt durch das Achsrohr 31 aus (Pfeilrichtung in 10).
D. h. das Fluid tritt durch die zweite Öffnung 222 in den
ersten Kanal 225 der spiraligen Führungsnut 22 ein,
fließt
entlang der spiraligen Führungsnut 22 bis
das Zentrum 21 des Hauptkörpers 2. Wenn das
Fluid in der spiraligen Führungsnut 22 fließt, wird
durch die Trägheit
und die Zentrifugalkraft ein dreidimensionaler Sekundärstrom erzeugt,
d. h. Dean-Wirbel, wodurch in der spiraligen Führungsnut 22 gleichzeitig
zwei Wirbelströme
entstehen, die symmetrisch und gegensinnig sind. Die beiden Wirbelströme (Pfeilrichtung
in 5) fließen
zwischen der Außenwand 227 (dem
Zentrum 21 abgewandter Wand) und der Innenwand 228 (dem
Zentrum 21 zugewandter Wand) der spiraligen Führungnsut 22.
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Gleichzeitig
wird durch die erste Turbulenzeinheit 4 und die zweite
Turbulenzeinheit 5 an der Bodenwand 226 und des
ersten Deckels 3 in der spiraligen Führungsnut 22 ein Wirbelstrom
erzeugt, wodurch der Konvektionskoeffizient des Konvektionsfelds
in der spiraligen Führungsnut 22 erhöht wird. Durch
die erste Turbulenzeinheit 4 und die zweite Turbulenzeinheit 5 entstehen
in der spiraligen Führungsnut 22 auch
zwei Wirbelströme,
die symmetrisch und gegensinnig sind. Die beiden Wirbelströme (Pfeilrichtung
in 5) fließen
zwischen der Außenwand 227 (dem
Zentrum 21 abgewandter Wand) und der Innenwand 228 (dem
Zentrum 21 zugewandter Wand) der spiraligen Führungnsut 22,
wodurch die Wärmeableitungswirkung
erhöht
wird. Der Wirbelströme,
die durch die erste Turbulenzeinheit 4 und die zweite Turbulenzeinheit 5 erzeugt
werden, sind gleichsinnig mit dem Wirbelstrom, der durch die spiraligen
Führungsnut
erzeugt wird. Durch den Sekundärstrom
der ersten Turbulenzeinheit 4 und der zweiten Turbulenzeinheit 5 wird
die Wirbelstromstärke weiter
vergrößert, so
dass die Wärmeableitungswirkung
des Wärmeaustauschers 1 weiter
erhöht
wird.
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Durch
die spiralige Führungsnut 22 sowie
die erste Turbulenzeinheit 4 und die zweite Turbulenzeinheit 5 wird
ein Dean-Wirbel erzeugt, wodurch das Mischen des Fluids in der spiraligen
Führungsnut 22 verbessert
wird, so dass die Wärmeableitungswirkung
des Fluids erhöht
wird.
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Die 11 und 12 zeigen
das vierte Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das sich von dem dritten Ausführungsbeispiel nur dadurch
unterscheidet, dass die spiralige Führungsnut 61 an den
beiden Seiten des Hauptkörpers 2 jeweils
eine offene Seite 611, 612 bilden, die von einem
ersten Deckel 3 (gleich wie im dritten Ausführungsbeispiel)
und einem zweiten Deckel 7 verschlossen sind. Auf dem ersten
Deckel 3 ist ein Achsrohr 31 vorgesehen, das mit
einer ersten Öffnung 221 verbunden
ist. An dem ersten Deckel 3 und dem zweiten Deckel 7 sind
jeweilig eine zweite Turbulenzeinheit 5 und eine dritte Turbulenzeinheit 8 vorgesehen,
wodurch die Wirbelstromstärke
vergrößert wird,
so dass die Wärmeableitungswirkung
des Wärmeaustauschers 1 erhöht wird.
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Die 13 und 14 zeigen
das fünfte Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das sich von dem dritten Ausführungsbeispiel nur dadurch
unterscheidet, dass die erste Turbulenzeinheit 4 und die
zweite Turbulenzeinheit 5 durch Nuten an der geschlossenen
Seite 224 und der offenen Seite 223 gebildet sind.
Durch den Sekundärstrom
der ersten Turbulenzeinheit 4 und der zweiten Turbulenzeinheit 5 wird
die Wirbelstromstärke
weiter vergrößert, so
dass die Wärmeableitungswirkung
des Wärmeaustauschers 1 weiter
erhöht
wird.
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Aufgrund
der obengenannten Tatsachen entspricht die Erfindung in ihrer Verfügbarkeit,
Fortschrittlichkeit und Neuheit vollauf den Anforderungen für ein Gebrauchsmuster.
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Die
vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und
des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen
und Modifikationen gehören
zum Schutzbereich dieser Erfindung.