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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine von Druckgefälle getriebene Kühlplatte,
die keine Kapillarstruktur benötigt
und nur von Druckgefälle
getrieben werden kann, wodurch die Herstellungskosten erheblich
reduziert werden.
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Stand der Technik
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Mit
der Entwicklung der elektronischen Halbleiterindustrie sind die
elektronischen Produkte immer kompakter und die Funktion der elektronischen Produkte
immer stärker.
Bei Betrieb von Notebook und Personalcomputer erzeugen viele elektronische Bauelemente,
insbesondere die Zentraleinheit, eine wärme. Um diese wärme abzuführen, wird
eine Kühlvorrichtung,
die durch die Kombination von Kühlrippen
und einem Ventilator gebildet ist, verwendet, damit die Zentraleinheit
in der Arbeitstemperatur gehalten wird.
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In
der letzten Zeit wird die Wasserkühltechnik eingeführt, die
ein Arbeitsmedium, das die wärme der
Wärmequelle
absorbieren kann, und einen Wärmeaustauscher
verwendet, der einen Wärmeaustausch
mit der Luft durchführen
kann. Die Rohrlänge und
die Lage des Wärmeaustauschers
kann beliebig gewählt
werden, so dass die Begrenzung durch den Einsatzraum kleiner ist.
Das Wasserkühlsystem
benötigt
eine Pumpe, die das Arbeitsmedium in Kreislauf bringen kann, und
einen Wasserbehälter.
Daher wird das System durch die Zuverlässigkeit der Pumpe beeinflußt. Die
Wasserkühltechnik
ist zwar nicht optimal, ist jedoch die beste Kühllösung für den Personalcomputer, da
der Personalcomputer größer ist. Für das Notebook
ist die Wasserkühltechnik
jedoch nicht geeignet, da das Notebook immer kompakter ist. Für das Notebook
wird üblicherweise
ein Wärmerohr
verwendet, das durch Kühlrippen
einen Wärmeaustausch
mit der Luft durchführt.
Um die höhere
Anforderung für
die Kühlwirkung
zu erfüllen,
ist eine höhere
Kühltechnik
erforderlich.
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Wärmeübertrager,
wie Wärmerohr
und Vapor-Chamber-Kühler,
sind auch bekannt. Das Wärmerohr
und der Vapor-Chamber-Kühler bilden
an der Innenwand einen Sinterkörper,
der eine Kapillarstruktur bildet. Bei der Herstellung wird ein Metallpulver (Kupferpulver)
an die Innenwand gebracht und in einem Sinterofen gesintert, wodurch
ein Sinterkörper erhalten
wird. Der Sinterkörper
kann zwar eine Kapillarkraft erzeugen, vergrößert jedoch die Dicke des Wärmerohrs
oder des Vapor-Chamber-Kühlers,
so dass eine kompakte Form nicht möglich ist. Der Vapor-Chamber-Kühler verwendet
einen Sinterkern, ein Netz oder Rillen, wodurch eine Kapillarwirkung
erzeugt werden kann, so dass das Arbeitsmedium in dem Vapor-Chamber-Kühler zirkuliert.
Die Herstellung des Vapor-Chamber-Kühlers ist jedoch sehr kompliziert,
so dass die Herstellungskosten hoch sind.
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Die
Auswahl des Dampfkerns ist auch sehr wichtig. Der Dampfkern muß eine geeignete
Fließgeschwindigkeit
des flüssigen
Arbeitsmediums und einen ausreichenden Kapillardruck aufrechterhalten, um
den Einfluß der
Schwerkraft zu überwinden.
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Daher
weist das Wärmerohr
oder der Vapor-Chamber-Kühler
folgende Nachteile auf:
- 1. schwere Bearbeitung,
- 2. keine kompakte Form,
- 3. höhere
Kosten,
- 4. zeit- und kraftaufwendige Herstellung.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine von Druckgefälle getriebene
Kühlplatte
zu schaffen, die keine Kapillarstruktur benötigt und ein Arbeitsmedium
in Kreislauf bringen kann, um die Wärme zu transportieren, wodurch
die Herstellungskosten erheblich reduziert werden.
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Der
Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, eine von Druckgefälle getriebene
Kühlplatte zu
schaffen, die eine hohe Wärmeleitwirkung
aufweist.
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Diese
Aufgaben werden durch die erfindungsgemäße von Druckgefälle getriebene
Kühlplatte
gelöst,
die einen Hauptkörper
umfaßt,
der einen Hohlraum aufweist, in dem die folgenden vorgesehen sind:
eine Verdampfungszone, die sich im Hohlraum befindet und eine Vielzahl
von ersten Führungselementen
aufweist, die durch eine Vielzahl von Führungskörpern gebildet sind, die beabstandet
gereiht sind, wobei zwischen den ersten Führungskörpern mindestens ein erster
Kanal gebildet ist, der mindestens ein freies Ende besitzt, das
mit einer freien Zone verbunden ist; eine Kondensationszone, die
sich an der der Verdampfungszone abgewandten Seite des Hohlraums
befindet und eine Vielzahl von zweiten Führungselementen aufweist, die
durch eine Vielzahl von zweiten Führungskörpern gebildet sind, die beabstandet
gereiht sind, wobei zwischen den zweiten Führungskörpern mindestens ein zweiter
Kanal gebildet ist; und einen Verbinder, der sich zwischen der Verdampfungszone
und der Kondensationszone befindet und erste Durchgangslöcher und
zweite Durchgangslöcher
aufweist, die mit der Verdampfungszone und der Kondensationszone
verbunden sind.
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Die
ersten Führungskörper bilden
die ersten Kanäle,
in denen der Dampf gebildet ist, wodurch der für den Arbeitsmedium-Kreislauf erforderliche
Hochdruck erzeugt wird. Die Kondensationszone bildet eine Niederdruckseite,
wodurch das für
den Arbeitsmedium-Kreislauf erforderlich Druckgefälle erzeugt wird.
Daher ist eine Kapillarstruktur nicht erforderlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1a eine
Explosionsdarstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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1b eine
perspektivische Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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1c eine
weitere perspektivische Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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1d eine
Schnittdarstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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1e eine
weitere Schnittdarstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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1f eine
Draufsicht der Verdampfungszone des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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1g eine
Unteransicht der Kondensationszone des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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1h eine
weitere Draufsicht der Verdampfungszone des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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1i eine
weitere Unteransicht der Kondensationszone des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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2a eine
weitere Draufsicht der Verdampfungszone des bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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2b eine
weitere Unteransicht der Kondensationszone des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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3a eine
Draufsicht der Verdampfungszone des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3b eine
Unteransicht der Kondensationszone des zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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3c eine
weitere Draufsicht der Verdampfungszone des zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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3d eine
weitere Unteransicht der Kondensationszone des zweiten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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4a eine
Draufsicht der Verdampfungszone des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4b eine
Unteransicht der Kondensationszone des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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5a eine
weitere Draufsicht der Verdampfungszone des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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5b eine
weitere Unteransicht der Kondensationszone des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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6a eine
weitere Draufsicht der Verdampfungszone des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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6b eine
weitere Unteransicht der Kondensationszone des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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7a eine
weitere Draufsicht der Verdampfungszone des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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7b eine
weitere Unteransicht der Kondensationszone des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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8a eine
weitere Draufsicht der Verdampfungszone des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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8b eine
weitere Unteransicht der Kondensationszone des dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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9a eine
Draufsicht der Verdampfungszone des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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9b eine
Unteransicht der Kondensationszone des vierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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9c eine
weitere Draufsicht der Verdampfungszone des vierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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9b eine
weitere Unteransicht der Kondensationszone des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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10a eine weitere Draufsicht der Verdampfungszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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10b eine weitere Unteransicht der Kondensationszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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10c eine weitere Draufsicht der Verdampfungszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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10d eine weitere Unteransicht der Kondensationszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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11a eine weitere Draufsicht der Verdampfungszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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11b eine weitere Unteransicht der Kondensationszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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11c eine weitere Draufsicht der Verdampfungszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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11d eine weitere Unteransicht der Kondensationszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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12a eine weitere Draufsicht der Verdampfungszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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12b eine weitere Unteransicht der Kondensationszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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12c eine weitere Draufsicht der Verdampfungszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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12d eine weitere Unteransicht der Kondensationszone
des vierten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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13a eine Draufsicht der Verdampfungszone des fünften Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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13d eine Unteransicht der Kondensationszone
des fünften
Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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14a eine weitere Draufsicht der Verdampfungszone
des fünften
Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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14d eine weitere Unteransicht der Kondensationszone
des fünften
Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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15a eine weitere Draufsicht der Verdampfungszone
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
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15b eine weitere Unteransicht der Kondensationszone
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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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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Wie
aus den 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 2a und 2b,
umfaßt
die Erfindung einen Hauptkörper 1, der
einen Hohlraum 11 aufweist, in dem eine Verdampfungszone 12,
eine Kondensationszone 13 und ein Verbinder 14 vorgesehen
sind.
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Die
Verdampfungszone 12 befindet sich im Hohlraum 11 und
weist eine Vielzahl von ersten Führungselementen 121 auf,
die durch eine Vielzahl von Führungskörpern 1211 gebildet,
die beabstandet gereiht sind. Zwischen den ersten Führungskörpern 1211 ist
mindestens ein erster Kanal 1212 gebildet, der mindestens
ein freies Ende 1212a besitzt, das mit einer freien Zone 1214 verbunden
ist.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die ersten Führungskörper 1211 durch
längliche
Rippen gebildet, die in der Querrichtung beabstandet gereiht sind.
Zwischen den Rippen sind die ersten Kanäle 1212 gebildet.
Die länglichen
Rippen können wellig
ausgebildet sein (1f).
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Die
ersten Führungskörper 1211 können auch
in der Längsrichtung
beabstandet gereiht sein, d. h. in der Längsrichtung nicht kontinuierlich
gereiht (2a) (1h).
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Die
Kondensationszone 13 befindet sich an der der Verdampfungszone 12 abgewandten
Seite des Hohlraums 11 und weist eine Vielzahl von zweiten
Führungselementen 131 auf,
die durch eine Vielzahl von zweiten Führungskörpern 1311 gebildet sind,
die beabstandet gereiht sind. Zwischen den zweiten Führungskörpern 1311 ist
mindestens ein zweiter Kanal 1312 gebildet.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die zweiten Führungskörper 1311 durch
längliche Rippen
gebildet, die in der Querrichtung beabstandet gereiht sind. Zwischen
den Rippen sind die zweiten Kanäle 1312 gebildet.
Die länglichen
Rippen können wellig
ausgebildet sein (1g).
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Die
zweiten Führungskörper 1311 können auch
in der Längsrichtung
beabstandet gereiht sein, d. h. in der Längsrichtung nicht kontinuierlich
gereiht (2b) (1i).
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Der
Verbinder 14 befindet sich zwischen der Verdampfungszone 12 und
der Kondensationszone 13 und weist erste Durchgangslöcher 141 und
zweite Durchgangslöcher 142 auf,
die mit der Verdampfungszone 12 und der Kondensationszone 13 verbunden
sind.
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Die 3a und 3b zeigen
das zweite Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das von dem obengenannten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet,
dass die ersten Führungskörper 1211 der
Verdampfungszone 12 durch Rippen gebildet sind, die jeweils
ein erstes Eck 1211a, einen ersten Schenkel 1211b und
einen zweiten Schenkel 1211c aufweisen, wobei sich der
erste und zweite Schenkel 1211b, 1211c am ersten
Eck 1211a überschneiden. Zwischen
den ersten Führungskörpern 1211 sind
die ersten Kanäle 1212 gebildet.
Die ersten Führungselemente 121 haben
voneinander einen ersten Abstand 1213.
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Der
erste Schenkel 1211b kann nicht kontinuierlich ausgebildet
sein (3c). Der zweite Schenkel 1211c kann
auch nicht kontinuierlich ausgebildet sein (3c).
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Die
zweiten Führungskörper 1311 der
Kondensationszone 13 durch Rippen gebildet sind, die jeweils
ein zweites Eck 1311a, einen dritten Schenkel 1311b und
einen vierten Schenkel 1311c aufweisen, wobei sich der
dritte und dritte Schenkel 1311b, 1311c am zweiten
Eck 1311a überschneiden.
Zwischen den zweiten Führungskörpern 1311 sind
die zweiten Kanäle 1312 gebildet.
Die zweiten Führungselemente 131 haben
voneinander einen zweiten Abstand 1313.
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Der
dritte Schenkel 1211b kann nicht kontinuierlich ausgebildet
sein (3d). Der vierte Schenkel 1211c kann
auch nicht kontinuierlich ausgebildet sein (3d).
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Die 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b, 8a und 8b zeigen
das dritte Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das von dem obengenannten Ausführungsbeispiel nur dadurch
unterscheidet, dass die ersten Führungskörper 1211 der
ersten Führungselemente 121 der
Verdampfungszone 12 eine Vielzahl von nicht kontinuierlichen
konzentrischen Kreisen (4a) bilden.
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Die
zweiten Führungskörper 1311 der
zweiten Führungselemente 131 der
Kondensationszone 13 bilden eine Vielzahl von nicht kontinuierlichen
konzentrischen Kreisen (4b).
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Die
ersten und zweiten Führungselemente 121, 131 können auch
eine Vielzahl von konzentrischen Dreiecken (5a und 5b),
eine Vielzahl von konzentrischen Rechtecken (6a und 6b),
eine Vielzahl von konzentrischen irregulären Formen (7a und 7b)
oder eine Vielzahl von konzentrischen Ovalen (8a und 8b)
bilden.
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Die 9a, 9b, 9c, 9d, 10a, 10b, 10c, 10d, 11a, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b, 12c und 12d zeigen
das vierte Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das von dem obengenannten Ausführungsbeispiel nur dadurch
unterscheidet, dass die ersten Führungskörper 1211 der ersten
Führungselemente 121 der
Verdampfungszone 12 durch Vorsprünge gebildet sind, die in der Querrichtung
und in der Längsrichtung
beabstandet gereiht sind. Zwischen den Vorsprüngen sind die ersten Kanäle 1212 gebildet.
Die zweiten Führungskörper 1311 der
zweiten Führungselemente 131 der Kondensationszone 13 sind
durch Vorsprünge
gebildet sind, die in der Querrichtung und in der Längsrichtung
beabstandet gereiht sind. Zwischen den Vorsprüngen sind die zweiten Kanäle 1312 gebildet.
Die Vorsprünge
können
eine runde Form haben und gleich beabstandet parallel (9a und 9b) oder
versetzt (9c und 9d) gereiht
sind. Die Vorsprünge
können
auch eine dreieckige Form haben und gleich beabstandet parallel
(10a und 10b)
oder versetzt (10c und 10d)
gereiht sind. Die Vorsprünge
können
auch eine rechteckige haben und gleich beabstandet parallel (11a und 11b)
oder versetzt (11c und 11d)
gereiht sind. Die Vorsprünge
können
auch eine Rautenform haben und gleich beabstandet parallel (12a und 12b)
oder versetzt (12c und 12d)
gereiht sind. Die Vorsprünge
können auch
eine andere geometrische Form haben.
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Die 13a, 13b, 14a und 14b zeigen
das fünfte
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das von dem obengenannten Ausführungsbeispiel nur dadurch
unterscheidet, dass die ersten Führungskörper 1211 durch
längliche
Rippen gebildet sind, die beabstandet gereiht und sich radial von
der Verdampfungszone 12 erstrecken. Die ersten Kanäle 1212 sind
zwischen den ersten Führungskörpern 1211 gebildet.
Die zweiten Führungskörper 1311 durch
längliche
Rippen gebildet sind, die beabstandet gereiht und sich radial von
der Kondensationszone 13 erstrecken. Die zweiten Kanäle 1312 sind
zwischen den ersten Führungskörpern 1311 gebildet.
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Die
ersten Führungskörper 1211 können auch
in der Längsrichtung
nicht kontinuierlich ausgebildet sein (14).
Die zweiten Führungskörper 1311 können auch
in der Längsrichtung
nicht kontinuierlich ausgebildet sein (14b).
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Wie
aus 15a und 15b ersichtlich
ist, können
zwischen den ersten und zweiten Führungskörpern 1211, 1311 eine
Vierzahl von Senken 1215, 1314 gebildet sein,
die eine runde, quadratische, dreieckige, schuppenförmige oder
andere geometrische Form haben. In diesem Ausführungsbeispiel haben die Senken
eine Schuppenform. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Die
Senken 1215, 1314 können gleich beabstandet oder
nicht gleich beabstandet gereiht werden. In dem ersten, dritten, vierten
und fünten
Ausführungsbeispiel
können
zwischen den ersten und zweiten Führungskörpern 1211, 1311 auch
eine Vierzahl von Senken 1215, 1314 gebildet sein.
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Wie
aus den 4a bis 14b ersichtlich ist,
beschreiben das bevorzugte, zweite, dritte, vierte und fünfte Ausführungsbeispiel
eine Zwei-Phasen-Thermosiphon-Technik. Bei dieser Technik erfolgt
eine selbstständige
Zirkulation eines Arbeitsmediums, wie Reinwasser, Methanol, Aceton,
R134A usw. Der Hohlraum 11 des Thermosiphonkühlers wird
evakuiert und mit dem Arbeitsmedium gefüllt, das eine Sättigungstemperatur
von 20–30°C hat. Die Dampfblasen 2 werden
in der Verdampfungszone 12 gesammelt und fließen durch
die freien Enden 1212a der Verdampfungszone 12 in
die freie Zone 1214, wodurch der Druck momentan gesenkt
wird, so dass ein für
den Arbeitsmedium-Kreislauf erforderliches Druckgefälle erzeugt
wird. Zudem kann der lokale Unterdruck, der durch den Anstieg des
spezifischen Volumens des gasförmigen
Arbeitsmediums in der Kondensationszone 13 erzeugt wird,
eine Anziehungskraft erzeugen und somit den Arbeitsmedium-Kreislauf
fördern.
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Das
kondensierte flüssige
Arbeitsmedium fließt
durch das Druckgefälle
in die Verdampfungszone 12 zurück. Durch den hohen Wärmekonvektionskoeffizient
bei der Verdampfung und Kondensation wird die Temperaturgleichmäßigkeit
des Thermosiphonkühlers
verbessert und der Wärmewiderstand reduziert.
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Die
Abwärme
der Wärmequelle
(nicht dargestellt) wird in die Verdampfungszone 12 des
Hauptkörpers 1 absorbiert
und in den ersten Kanälen 1212 der
Verdampfungszone 12 verdampft. Die Dampfblasen fließen durch
den Hochdruck in die Kondensationszone 13. Das kondensierte
flüssige Arbeitsmedium
fließt
durch die Niederdruckzone in die Verdampfungszone 12, die
mit der Wärmequelle
(nicht dargestellt) in Kontakt steht, zurück und wieder die Wärme absorbieren
kann. Dieser Prozess wiederholt sich.
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Die
Wasserkühltechnik,
insbesondere aktive wasserkühltechnik,
verwendet eine Pumpe, um das Wasser in Kreislauf zu bringen. Die
Komponenten der Pumpe besitzen jedoch eine begrenzte Zuverlässigkeit
und Lebensdauer. Die erfindungsgemäße Zwei-Phasen-Thermosiphontechnik
benötigt
keine Pumpe und Kapillarstruktur, wodurch der Aufbau vereinfacht
wird und die Herstellungskosten reduziert werden. Zudem kann die
Energie gespart und das Geräusch
vermieden werden.