DE2618262B2 - Wärmetauscher - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für die Abführung der Wärme aus Schränken, die zur
Aufnahme elektronischer und/oder elektrischer Bauelemente dienen, insbesondere aus staub- oder luftdichten
Schränken, bei dem ein wärmeaufnehmendes Element im Schrank und ein wärmeabgebendes Element
außerhalb des Schrankes vorgesehen ist und beide Elemente in einem geschlossenem Kreislauf liegen, in
dem ein flüssiger Wärmezwischenträger durch eine Pumpe in Zwangsumlauf gehalten ist.
Wärmetauscher sind in verschiedenen Ausführungen und verschiedenen Anwendungsgebieten bekannt. Die
Erfindung bezieht sich auf das Problem der Wärmeabfuhr aus Schränken, in denen sich elektrische und/oder
elektronische Bauelemente, z. B. Transistoren oder Thyristoren, befinden. Derartige Bauelemente bilden in
einem verhältnismäßig kleinen Raum relativ viel Wärme, die über eine relativ kleine Schrankfläche nach
außen abgeführt werden muß. Hinzu kommt, daß in vielen Fällen das Innere des Schrankes luftdicht, bzw.
staubdicht abgeschlossen sein muß. da die empfindlicher elektronischen oder elektrischen Bauelemente gegen
Jen Einfluß der Außenatmosphäre und insbesondere gegen Staub geschütz? sein müssen. Da sich somit in den
meisten Fällen eine Kühlung durch in den Schrank eingeblasene und an irgendeiner Stelle aus ihm
heraustretende Luft verbietet, hat man die Türen solcher Schränke innen und außen mit ventilatorbclüfteten
Kühlrippen versehen. Hiermit ist zwar eine Luftkühlung geschaffen, bei der der Eintritt von
Außenluft in das Schrankinnere vermieden ist, jedoch ist der mit einer solchen Tür erzielbare Wärmetranport für
einen großen Teil der Anwendungsfäll-j zu gering. Die
Wärme muß an der Tür aufgenommen werden und ist daher nicht punktuell dort im Schrank aufnehmbar, wo
es am günstigsten wäre. Außerdem entwickeln die Ventilatoren ein relativ starkes Geräusch, das gerade in
sonst sehr geräuscharmen elektrischen oder elektronischen Anlagen als unangenehm empfunden wird.
Ferner kennt man wassergekühlte Thyristoren, die mit einem Gewinde in einen vom Kühlwasser
durchflossenen Klotz eingeschraubt sind. Klotz und Thvristoren befinden sich in einem Schrank. Die Wärme
25
geht von den Thyristoren über den Klotz an das Wasser.
Durch eine im Wasserkreislauf vorgesehene mechanische Pumpe, z. B. eine Kolbenpumpe oder Kreiselpumpe,
wird das Wasser einem außerhalb des Schrankes gelegenen Kühler zugeführt und von dort wieder
abgekühlt in den Schrank zum Klotz zurückgeleitet Diese Anordnung ist in mehrfacher Hinsicht nachteilig.
Derartige Pumpen und die zu ihnen gehörenden Schlauchverbindungen werden in der Regel nach einer
gewissen Zeit undicht Trotz einer ständigen Wartung der Pumpe besteht also die Gefahr, daß zwischen zwei
Inspektionen Kühlflüssigkeit austritt Ein Verlust an Kühlflüssigkeit kann zum einen zur Folge haben, daß
der Wärmetransport nicht oder nur noch unzureichend erfolgt, wodurch sich die elektrischen oder elektronischen
Bauelemente zu stark erhitzen können. Austretende Flüssigkeit kann beim Zusammentreffen ungünstiger
Umstände in elektrischen Anlagen zu Kurzschlüssen führen. Die zu einer Flüssigkeitspumpe gehörenden
Schlauchsysteme sind anfällig. Sofr.ii eine Wartung der
Pumpe und/oder der Schiauchsystemr ein öffnen des
die elektronischen Bauelemente beinhaltenden Schrankes erfordert, besteht die vorstehend genannte Gefahr
des Staubeintrittes. Mechanische Pumpen und ihre motorischen Antriebe sind im Verhältnis teuer und
entwickeln relativ starke Geräusche. Die Lebensdauer der Lagerungen der motorischen Antriebe sind hier im
Verhältnis zu gering.
Aus der DE-OS 21 38 376 ist die Unterbringung einer
Anzahl Wärmetauscher in einem geschlossenen Schrank bekannt, wobei innerhalb dieses Schrankes ein
in sich geschlossener Luftkreislauf zirkuliert. Ober die Ausgestaltung der außerhalb des Schrankes befindlichen
Teile wird in dieser Vorveröffentlichung nichts ausgesagt, so daß hieraus auch kein in sich geschlossener
Kühlwasserkreislauf und nicht dia Verwendung
eines äußeren, wärmeabgebenden Elementes in einem solchen Kreislauf offenbart ist. Diese Druckschrift
erfüllt also nicht den eingangs genannten Gattungsbegriff der Erfindung. Aus der DE-PS 8 57 384 ist bei einer
sonst anderen Anordnung ein in sich geschlossener Kreislauf eines Hilfswärmeträgers bekannt, wobei
dessen, Umlaufgeschwindigkeit durch eine Gasblasenförderung vergrößert werden kann. Im übrigen ergibt
sich aus dieser Entgegenhaltung aber kein Hinweis über die konstruktive Ausgestaltung einer solchen Einrichtung
und auch nicht auf ihre Anwendung auf einen Flüssigkeitskreislauf und dazugehörende wärmetauschende
Elemente gemäß dem eingangs genannten Oberbegriff. Es erfüllt daher auch die DE-PS 8 57 384
nicht den Gattungebegriff der Erfindung. Hinzu kommt, daß diese Druckschrift eine Kühlschlange offenbart, in
der :;ich ein Wasser-Luftgemisch mit einem etwa 50%igen Luftanteil befindet. Die Wärmetransportkapazität
einer solchjn Kühlschlange ist außerordentlich gering. Da hier der gesamte Wärmetauscher der
Gasblasenförderung dient und die Luftblasen eine relativ hohe Geschwindigkeit des Wasser Luftgemisches
bewirken, steht der Kühlflüssigkeit in diesem System nur eine geringe Erwärmzeit zum Wärmeaustausch
zur Verfügung. Ferner ist nachteilig, daß vom Eintritt bis zum Austritt der Kühlflüssigkeit ein
kontinuierlicher Temperaturabfall stattfindet.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher gemäß dem
eingangs genannten Oberbegriff dessen Elemente als kompakte, wenig Raum beanspruchende Montageeinheiten
auszubilden, die im Bezug auf den beanspruchten
Raum einen sehr großen Wärmetransport ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem
Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 die Merkmale des Kennzeichens des
Anspruches 1 vorgeschlagen. Es hat sich überraschen- r<
derweise gezeigt, daß mit der Ausbildung eines der Elemente als sogenannte Mammutpumpe, so daß also
dieses Element selber Pumpfunktion übernimmt, ein derart intensiver Kreislauf der die Wärme von einem
zum anderen Element transportierenden Flüssigkeit ι ο
erreicht wird, der dem Flüssigkeitskreislauf mittels einer Kreisel- oder Kolbenpumpe nicht nachsteht. Die damit
verbundenen, oben geschilderten Nachteile sind aber vermieden. Zwischen dem wärmeabgebenden und dem
wärmeaufnehmenden Element können feste, auch über |r>
längere Zeit dicht bleibende Flüssigkeitsleitungen und deren Verbindungen vorgesehen werden. Die erfindungsgemäßc
Anordnung arbeitet praktisch lautlos, da UlC Luiiiöi uci pumpe keinen Geräusche erzeugenden
Antrieb verlangt, sondern z. B. als von einem Magnet betätigte Membranpumpe ausgebildet sein kann, die
sehr wenig Antriebsenergie verbraucht. Falls man die Wärmeaufnahme und die Wärmeabgabe der Elemente
noch durch Luftkühlrippen und dazugehörige Lüfteraggregate erhöhen will, können die Lüfteraggregate so ->:>
klein ausgebildet werden, daß das von ihnen erzeugte Geräusch sehr gering bleibt. Die wärmeaufnehmenden
und wärmeabgebenden Elemente können verhältnismäßig klein und kompakt gebaut werden, so daß mehrere
solcher Elemente auch an einem kleinerem Schrank, «> z. B. auf der Außen- und Innenseite der Schranktür
vorgesehen sein können, wobei die Zu- und Ableitungen der Flüssigkeit durch die Schranktür hindurchgeführt
werden. Hiermit ist es möglich, aus einem verhältnismäßig kleinen Schrank relativ viel an Wärme abzuführen, ^
wobei das Schrankinnere gegen die Außenatmosphäre luft- bzw. staubdicht abgeschlossen bleiben kann. Es
wird nur das jeweilige Steigrohr vom Wasser-Luftgemisch der Mammutpumpe durchflossen. Dies ist aber
volumenmäßig ein sehr geringer Anteil des gesamten Elementes, da die Hauptwärmeabgabe oder -aufnahme
im Hohlraum dieses Elementes erfolgt. Damit ist die Wärmetransportkapazität eines Wärmetauschers nach
der Erfindung um ein Vielfaches höher als beim Gegenstand der erläuterten DE-PS 8 57 384. Außerdem «
sinkt die gekühlte Flüssigkeit und trifft dabei auf die kalte Luft so daß Kaltluft und Kaltwasserablauf an
einem Punkt zusammenkommen. Hinzu kommt, daß die Kühlflüssigkeit im Wärmetauscher nach der Erfindung
eine genügende Erwärmungszeit zum Wärmeaustausch hat und daß erse gleichmäßige Temperaturverteilung
gegeben ist Das wärmeaufnehmde Element kann im Schrank genau an der Stelle angeordnet werden, an der
es aus konstruktiven oder wärmetechnischen Gründen vorgesehen sein soll. Da die Elemente selber bereits
zum großen Teil die Pumpenfunktion übernehmen, ist nur noch die genannte kleine Luftförderpumpe, ζ. Β.
Membranpumpe, vorzusehen und durch die luftführende Leitung mit dem jeweiligen Element zu verbinden.
Flüssigkeitspumpen und die zu ihnen gehörenden &o Schlauchleitungen, Abdichtungen usw. werden vermieden.
Zusätzlich zu den schon geschilderten Vorzügen ergibt sich damit ferner der Vorteil entsprechend
geringer Herstellungskosten. Dieser Vorzug kommt besonders in Verbindung mit einer nachstehend noch
näher zu erläuternden erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Elemente zur Geltung, bei der die Elemente aus
Abschnitten eines Strangpreßprofils gebildet sind.
Hinzu kommt der Vorteil einer langen Lebensdauer und Wartungsfreiheit der Teile, und zwar insbesondere auch
der Membranpumpe, da deren Teile praktisch keinem Verschleiß ausgesetzt sind. Auch schon vorhandene
Schränke können nachträglich mit der erfindungsgemäßen Anordnung ausgerüstet werden.
Mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Merkmale des Anspruches 2
vorgeschlagen. Diese Anordnung zeichnet sich durch ihre konstruktive Einfachheit aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Merkmale des Anspruches 3
vorgesehen, wodurch also das äußere Element die Funktion der Mammutpumpe enthält. Hierdurch wird
eine etwaige Wartung erleichtert.
Aus den Merkmalen des Anspruches 5 ergibt sich eine erhebliche Reduzierung der Herstellungskosten von
wärmetauschenden Elementen, da mit einem einzigen !.^..». 7ü~lcich die äußeren L üf!küh!ri""en und die
inneren, die Flüssigkeit führenden Räume geschaffen werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung dieser
Elemente wird bevorzugt in der Weise vorgenommen. daß möglichst wenig an Material zwischen Hohlraum
und Kühlrippen vorgesehen ist, dafür aber die Kühlrippen möglichst lang ausgebildet werden. Hierdurch
wird bei Reduzierung der Materialmenge und damit an Materialkosten und Gewicht eine erhöhte
Wärir inbfuhr bzw. -aufnahme erreicht. Bei der
Herstellung der Elemente aus einem Strangpreßprofil können Elemente unterschiedlicher Länge und damit
unterschiedlicher Wärmeabgabe und -aufnahme abgeschnitten werden. Abgesehen 1On der Abdichtung der
Stirnseite sind Lot- oder Schweißarbeiten nicht erforderlich. Es müssen nur noch die Zu- und
Ableitungen angebracht und eine Bohrung für den Ab- oder Überlauf vorgesehen werden.
Bei Verwirklichung der Merkmale des Anspruches 9 ist vom Hersteller nur ein einziges Bauteil anzufertigen,
das er nach Anbringung der entsprechenden Zu- und Ableitungen entweder als wärmeaufnehmendes oder als
wärmeabgebendes Element einsetzen kann. Hierdurch wird eine erhebliche Reduzierung der Fertigungskosten
erreicht. Eine weitere Herabsetzung der Herstellungskosten ist dann möglich, wenn man die einander
gleichen, wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Elemente wie zuvor erläutert aus Abschnitten des
selben Strangpreßprofiles herstellt.
Ferner schlägt die Erfindung die Ausführungsmöglichkeit der Merkmale des Anspruches 15 vor. Die von
der Flüssigkeit durchströmten wärmeaufnehmenden Elemente können gemäß den Merkmalen des .'.nspruches
16 ausgestaltet sein. Es wird also der Flüssigkeitskreislauf dieser Elemente mit dem Flüssigkeitskreiskauf
des wärmeabgebenden Elementes zu dem geschlossenen Kreislauf verbunden. Hiermit wird der Anwendungsbereich
der Erfindung erheblich vergrößert indem eine unmittelbare Wärmeabfuhr von den zu
kühlenden Bauelementen erfolgt
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann eine kompakte, raumsparende und einbaufertige Baueinheit
bestehend aus dem Element gegebenenfalls dei Membranpumpe oder dgL für die Luftförderung, und
gegebenenfalls von Lüftern für eine zusätzliche Luftkühlung sein. Diese Baueinheit ist mit ihren Zu- und
Ableitungen mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen des anderen Elementes, bzw. der anderen
Baueinheit verbindbar. Zur Verbindung dieser Elemente kann der Vorschlag des Anspruches 17 dienen. Dies hai
den wesentlichen Vorteil, daß die Elemente bereits in der Fabrik mit der Flüssigkeit gefüllt und in diesem
Zustand montagefertig an den Einsatzort versandt werden können. Dort sind die Elemente nur noch im
oder außerhalb des Schrankes zu befestigen. Ferner sind die Zu- und Ableitungen der Elemente durch die
Steckverbindungen miteinander zu koppeln, wobei vorteil*· afterweise keine Flüssigkeit verlorengeht. In
diesem Zusammenhang ist die Ausgestaltung des Wärmetauschers als Mammutpumpe mit einem in sich
geschlossenen Luftkreislauf von besonderen Vorteil, da auch hierbei keine Flüssigkeit verloren geht. Da in
diesen, in sich geschlossenen Flüssigkeitskreislauf praktisch keine Flüssigkeit nachgefüllt werJen muß,
besteht auch insoweit Wartungsfreiheit. Die Erfindung erlaubt es, starre Leitungen von den Elementen zu den
Steckverbindungen vorzusehen. Sofern bewegliche Leitungen erforderlich sind, können diese auch verwendet
wprrlpn In hridpn Fällrn Wommpn dip gpsrhilHprlpn
Vorteile einer montagefertigen steckbaren Einheit zur Geltung.
Weitere Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen. In der Beschreibung
mit den dazugehörigen Zeichnungen wird anhand von mehreren Ausführungsbeispielen die Erfindung näher
erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1, 2 und 3 Schematisch eine Vorderansicht,
Draufsicht und Seitenansicht eines Wärmetauschers,
Fig. 4 in größerer Darstellung einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1.
Fir 5 perspektivisch einen Wasserkühler für Halbleiter,
Fig. 6 in einer weiteren Ausführungsform die Verbindung dieses Wasserkühlers mit einem wärmeabgebenden
Element schematisch in der Draufsicht,
F i g. 7 eine weitere Ausführungsmöglichkeit in Form einer mit einem wärmeabgebenden Element verbundenen
Transistorbank, wobei die Anordnung ebenfalls schematisch und in der Draufsicht dargestellt ist.
Die F i g. 1 bis 3 erläutern schematisch die Wirkungsweise der Wärmetauscheranordnung nach der Erfindung,
während Fig.4 mehr im Detail die konstruktive Ausgestaltung einer bevorzugten Ausführungsform
eines solchen Wärmetauschers darstellt. Mit 1 ist strichpunktiert oie Tür eines im übrigen nicht dargestellten
Schrankes zur Aufnahme elektronischer Bauelemente angedeutet, im Schrankinneren befindet sich das
wärmeaufnehmende Element 2 und außerhalb des Schrankes das wärmeabgebende Element 3. Beide
Elemente bilden miteinander einen geschlossenen so Kreislauf einer die Wärme transportierenden Flüssigkeit.
Diese Flüssigkeit kann Wasser sein oder bei Herstellung der Elemente aus Aluminium eine mit
diesem Material verträgliche Flüssigkeit Der Flüssigkeitsumlauf erfolgt im einzelnen wie folgt:
Jedes der Elemente besitzt in seinem Inneren einen langgestreckten Hohlraum 4, bzw. 5, sowie ein parallel
dazu verlaufendes Steigrohr 6, bzw. 7. Beide Steigrohre sind in ihrem unteren Bereich durch eine Leitung 8
miteinander verbunden, während die beiden Hohlräume 4, 5 in ihrem unteren Bereich durch eine Leitung 9
miteinander verbunden sind Von jedem Steigrohr führt ein Ab- oder Oberlauf zum jeweiligen Hohlraum, der in
Fig.3 dargestellt ist Dabei liegt der Ablauf 10 vom
Steigrohr 6 zum Hohlraum 4 des innen gelegenen Elementes 2 tiefer, a!s der Oberlauf!! vorn Steigrohr 7
zum Hohlraum 5 des außen gelegenen Elementes 3. Der Flüssigkeitsspiegel 12 befindet sich gemäß der Darstellung
in Fig.3 in den Hohlräumen 4, 5 oberhalb der Überläufe 10, II.
Für die Bewegung der Flüssigkeit in diesem Kreislauf ist eine Mammutpumpe vorgesehen. Dazu ist eines der
Elemente 2,3, im vorliegenden Ausführungsbeispiel das außen gelegene Element 3, im unteren Bereich des
Steigrohres oberhalb der Einmündung der Zuleitung 8 mit einer LufteinspritzdUse 13 versehen, welcher die
Luft mittels einer kleinen magnetisch betätigten Membranpumpe 14 über eine Leitung 15 zugeführt wird.
Die Wirkungsweise ist wie folgt:
Die in das Steigrohr 7 bei 13 eingeführte Luft drängt
in der Flüssigkeitssäule des Steigrohres 7 nach oben und nimmt aufgrund des Auftriebsprinzipes die Flüssigkeit
mit. Das Steigrohr 7 und die Lufteinführung 13 dieses Elementes bilden einen Teil der Mammutpumpe, wobei
die Flüssigkeit im Steigrohr 7 die vom Element 2 abgegebene warme Flüssigkeit ist. Sie gelangt durch den
11
Hpn Hoh!.rHurp. 5, in den! sie sbCTsküh!!
wird. Die kühle Flüssigkeit wird vom Hohlraum 5 über die Leitung 9 dem Hohlraum 4 des Elementes 2
zugeführt. In diesem Element nimmt die Flüssigkeit Wärme auf und fließt vom Hohlraum 4 über den Ablauf
10 in das Steigrohr 6 und von dort über die Leitung 8 wieder in das Steigrohr 7 des Elementes 3 zurück, womit
der Flüssigkeitskreislauf geschlossen ist. Die im Steigrohr 7 mit hochgeführte und durch den Überlauf 11
in den Hohlraum 5 gelangte Luft wird oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 gesammelt und durch eine
öffnung 16 und eine Rückleitung 17 zur Membranpumpe 14 zurückgeführt. Der Flüssigkeitsspiegel 12 befindet
sich oberhalb des Ablaufes 10. Der Überlauf 11 kann sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden. Eine
optimale Anordnung ist dann gegeben, wenn die obere Hälfte des Überlaufes 11 sich oberhalb und die untere
Hälfte sich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 befindet.
Die Außenfläche der Elemente 2, 3 kann mit in ihrer Längsrichtung verlaufenden Luftkühlrippen 18 versehen
sein. Damit wird die Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe der Elemente 2, 3 entsprechend erhöht.
Falls die Wärmeabgabe und die Wärmeaufnahme, d. h. der Wärmetransport pro Zeiteinheit noch mehr
gesteigert werden soll, können sich unterhalb der Elemente 2, 3 Zwangsentlüftungsaggregate befinden,
die in Fig. 3 schematisch mit ihrer Luftströmung 19 angedeutet sind. Dadurch wird die Luftströmung
entlang der Kühlrippen 18 nach oben entsprechend beschleunigt. Zur Luftförderung dienen bevorzugt
Tangentialgebläse, die bei geringem Druck viel an Luftmenge fördern und sehr geräuscharm sind. Versuche
haben gezeigt, daß aus einem geschlossenen 19-Zoll-Schrank mit jedem Paar zwangsbeiüfteter
Elemente etwa 1500 Watt abgeführt werden können, wobei an einem zwei Meter hohen 19-Zoll-Schrank bis
zu 6 dieser Paareinheiten anbringbar sind. Falls weniger Wärme aus einem Schrank abgeführt werden muß, kann
auf die Zwangsbelüftung eines oder beider Elemente 2,3 verzichtet werden. Die Lüftungsaggregate und ggf. die
Membranpumpe der Wasserpumpe können an der Unterseite 20 des jeweiligen Elementes angebracht
werden, so daß sie zusammen mit dem Element eine für sich montagefähige Baueinheit bilden.
Die Elemente 2, 3 können in einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Anordnung aus einem
Strangpreßprofi! gebildet werden, dessen Querschnitt in
Fig.4 dargestellt ist Wie erläutert sind hierdurch mit
einem Werkzeug die Hohlräume 4 bzw. 5 und die
Steigrohre 6, 7, d. h. die von der Flüssigkeit durchflossenen Innenräume einerseits und die Außenform, insbesondere
die Kühlrippen 18 andererseits herstellbar. Die obere und untere Stirnseite wird zumindest im Bereich
der Hohlräume 4, 5 und der Steigrohre 6, 7 dicht abgeschlossen, i.. B. mittels je einer Platte 36, die auf den
entsprechenden Teil der jeweiligen Stirnfläche des abgeschnittenen Strangpreßprofilstückes aufgelötet
oder aufgeschweißt ist. Um die Luftzirkulation nicht zu behindern, sollen diese Platten nach Möglichkeit nicht in
die Räume 21 zwischen den Kühlrippen 18 hineinragen.
Derartige Strangpreßprofile bestehen bevorzugt aus Aluminium. Aluminium läßt sich zum einen relativ gut
im Strangpreßverfahren zu solchen Profilen verarbeiten. Zum anderen hat Aluminium eine relativ hohe
Wärmeleitfähigkeit.
Im obersten Bereich der Hohlräume 4, 5 und damit oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 kann eine dünne
Bohrung 22 vorgesehen sein, weiche diesen Raum inii
der Außenatmosphäre verbindet. Dadurch wird vermieden, daß in diesem Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
ein Überdruck entsteht, der bei der Flüssigkeitsförderung mittels der Mammutpumpe dem Flüssigkeitstransport entgegenwirkt. Sollte an dieser Stelle aus
irgendeinem Grund irgendeine Druckänderung entstehen, so kann dies durch Ausgleich von Außenluft über
diese Bohrung 22 ausgeglichen werden.
Aus der vorstehenden Erläuterung des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 bis 3 ergibt sich bereits, daß das
wärmeaufnehmende Element 2 praktisch gleich dem wärmeabgebenden Element 3 geformt ist; bevorzugt
aus dem gleichen Strangpreßprofil besteht. An die Elemente sind nur noch — qemäß diesem Ausführungsbeispiel — die Leitungen 8,9, die Ab- oder Überläufe 10,
II. die Luftzufuhr 13 und Luftabfuhr 16 anzubringen,
bzw. vorzusehen. Im Bereich der entsprechenden Anschlußbohrungen 8', 9' sind die dort vorhandenen
Kühlrippen 18' zu entfernen (siehe F i g. 4). Die Teile 23 dienen der Anbringung von Befestigungselementen für
die Befestigung des Elementes im Schrank, bzw. außerhalb des Schrankes.
Es empfiehlt sich, die beiden Elemente 2, 3 an ihren Verbindungsleitungen 8, 9 mit selbstschließenden
Steckverbindungen 37 zu versehen, die sich mit der Herbeiführung (Unterbrechung) der Steckverbindung
selbsttätig öffnen (schließen). Die gleichen Steckverbindungen könnten auch bei den nachstehend zu
erläuternden Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Derartige selbstschließende Steckverbindungen 37
ermöglichen es, die Elemente bereits im Herstellerwerk mit der die Wärme transportierenden Flüssigkeit zu
füllen. Der Monteur muß also vor Ort nicht mehr mit einer Flüssigkeit hantieren und diese in die Elemente
einfüllen. Bei der Montage oder Demontage der Elemente geht keine Flüssigkeit verloren. Wie bereits
erwähnt, wird aufgrund der Verwendung des dargestellten
und beschriebenen geschlossenen Luftkreislaufes der Mammutpumpe auch im Betrieb keine Flüssigkeit
verloren. Auch die nachstehend erläuterten Transistorbänke und dgl. können an den Enden ihrer Zu- und
Ableitungen mit selbstschließenden Steckverbindungen 37 versehen sein. Somit können auch diese Transistorbänke
oder dgl. ab Fabrik mit der Flüssigkeit gefüllt geliefert werden. Falls derartige Transistorbänke oder
dgl. am Montageort vorhanden sind, können sie nachträglich gemäß der Erfindung umgerüstet und mit
dem wärmeabgebenden Element flüssigkeitsdicht verbunden v/erden. Sofern hierbei noch an Flüssigkeit
fehlen sollte, ist diese in den somit geschlossenen Flüssigkeitskreislauf durch eine nicht näher erläuterte
Einfüllöffnung einzubringen.
Das wärmeaufnehmende Element 2 nimmt gemäß
to dem Ausführungsbeispiel der F i g. I bis 3 die Luftwärme im Schrank auf und leitet sie über die Flüssigkeit an das
wärmeabgebende Element 3 weiter. Ein wärmeaufnehmendes Element kann aber auch in einem unmittelbar
die Wärme übertragenden Kontakt mit den zu kühlenden Bauteilen stehen, wobei die Zuleitung L,nd
Ableitung der Flüssigkeit des wärmeaufnehmenden Elementes mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen
des wärmeabgebenden Elementes zu verbinden, bzw. vciuinuuai sind. Hierzu zeigen die F i g. 5 und 6 das
Ausführungsbeispiel eines wassergekühlten Halbleiters. Im Kühlblock 24 befinden sich Gewindebohrungen 25
zur Aufnahme der Halbleiter. Von einer elektrischen Isolierschicht 26 getrennt befindet sich unmittelbar
unterhalb des Kühlblockes 24 eine Kühlplatte 27 und eine Schale 28, zwischen denen die Kühlflüssigkeit wie
mit Pfeilen in Fig. 6 dargestellt verläuft. Die Zu- und Ableitungen dieses Fmssigkeitslaufes sind mit 29, 30
beziffert. Diese Leitungen sind an die auch hier mit 8 und 9 bezeichneten Anschlüsse eines wärmeabgebenden
Elementes 3 anschließbar, was ggf. mittels der erläuterten selbstschließenden Steckverbindungen geschehen
kann.
Fig. 7 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Transistorbank, bei der auf einer Trägerplatte 31 Halterungen
32 für Transistoren aufgebracht sind. Ein von der Flüssigkeit durchflossenes Rohr 33 nimmt die von den
Transistoren erzeugte Wärme auf und ist mit seiner Zuleitung 34 und Ableitung 35 an die entsprechenden
Leitungen 9, 8 des wärmeabgebenden Elementes 3 angeschlossen und zwar mittel? Steckverbindungen 37.
In jedem der Ausführungsbeispiele gemäi? den F i g. 5,
6 und 7 ist der Flüssigkeitskreislauf des wärmeaufnehmenden Elementes (Halbleiterkühler oder Transistorbank)
in den Flüssigkeitskreis'.auf des wärmeabgebenden Elementes 3 integrier.. In der gleichen Weise kann
jeder beliebige andere Kühler mit offenem Flüssigkeitskreislauf in das Kreislaufsystem des Wärmetauschers
integriert werden. Insbesondere ist hier an die Kühlung von beliebigen Stückzahlen gestapelter Kühldosen
so gedacht, wie sie bei der Kühlung von Scheibenbauelementen, deren Verlustwärme ebenfalls abgeführt
werden muß, verwendet werden.
Wie erwähnt, dient die Erfindung der Wärmeabfuhr aus, Schränken, in denen sich elektronische und/oder
elektrische Bauelemente befinden. Die elektrischen Bauelemente können beliebiger Art, z. B. Schütze,
Relais-Steuerungen und dgl. sein, die ebenfalls in der Regel gegen die Einflüsse der Außenatmosphäre und
gegen Staub geschützt werden sollten. Auch sind vielfach Kombinationen von elektronischen Elementen,
z. B. einer Logik, mit Relaissteuerungen usw. üblich und
in einem gemeinsamen Schrank untergebracht. Auch ist die Erfindung mit Erfolg anwendbar.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (19)
1. Wärmetauscher für die Abführung der Wärme aus Schränken, die zur Aufnahme elektronischer
und/oder elektrischer Bauelemente dienen, insbesondere
aus staub- und luftdichten Schränken, bei dem ein wärmeaufnehmendes Element im Schrank
und ein wärmeabgebendes Element außerhalb des Schrankes vorgesehen ist und beide Elemente in
einem geschlossenem Kreislauf liegen, in dem ein flüssiger Wärme^wischenträger durch eine Pumpe
in Zwangsumlauf gehalten ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Elemente (2,3) ein Steigrohr (6, 7) für den Wärmezwischenträger
aufweist, das in seinem oberen Teil in einen Hohlraum (4,5) des Elements mündet, daß über eine
Leitung (15) mit einer Pumpe (14) Luft in das Steigrohr (6, 7) einpumpbar und hierdurch der
Wärmezt. ischenträger in Zwangsumlauf gehalten ist und daii aus dem oberen Teil des Hohlraumes (4.
S) die eingepumpte Luft abführbar ist
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich vom inneren, wärmeaufnehmenden
Element (2) zum unteren Bereich des Steigrohres (7) des äußeren wärmeabgebenden Elementes (3) eine Zuleitung (8) der warmen
Flüssigkeit erstreckt, daß die Verbindungsleitung vom oberen Bereich des Steigrohres (7) des
wärmeabgebenden Elementes zum oberen Bereich dessen Hohlraumes (6) als Überlauf (11) ausgebildet
ist und daß vom unteren, kühle Flüssigkeit führenden Bereich das Hohlraumes (5) des wärmeabgebenden
Elementes eine Leitung (0) wegführt, die der Abfuhr der abgekühlten Flüssigkeit ν.,.η Hohlraum (5) und
ihrer Zufuhr zum wärmeaufnehmenden Element (2) dient.
3. Wärmetauscher nach Anspruch I oder den
Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere, wärmeabgebende Element (3) über die
Leitung (15) mit der Pumpe (14) verbunden ist und daß die Leitung (15) in das Steigrohr (7) dieses
Elementes oberhalb der Zuleitung (8) der warmen Flüssigkeit mündet.
4. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich
an der Außenfläche des wärmeabgebenden Elementes (3) Luftkühlrippen (18) befinden und daß
bevorzugt ein Luftförderaggregat (19, 19') zur Bewegung der Luft entlang der Kühlrippen vorgesehen
ist.
5. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das
wärmeabgebende Element (3) von einem Strangpreßprofil abgeschnitten ist, in dessen Längsrichtung
sowohl die äußeren Luftkühlrippen (18), als auch das Steigrohr (7) und der innere Hohlraum (5) verlaufen
und daß die obere und untere Stirnfläche des Strangpreßprofils, zumindest die Austrittsöffnung
des Steigrohres und des Hohlraumes, dicht abgeschlossen sind, z. B. durch eine angeschweißte oder
angelötete Platte (36).
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (36) die zwischen den
Luftkühlrippen (18) gelegenen Luftdurchtrittsöffnungen oder -räume (21) frei läßt.
7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Luftförderung in das Steigrohr (6, 7) eine außerhalb
ι ο
des jeweiligen Elementes gelegene Membranpumpe (14) vorgesehen ist, die über eine Zuleitung (15) mit
einer am Steigrohr befindlichen Lufteinspritzdüse (13) in Verbindung steht
8. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im
obersri Bereich des Hohlraumes (5) und oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (12) eine Luftaustri; tsöffnung
(16) vorgesehen ist, von der eine Luftrückleitung (17) zur Ansaugseite der Pumpe (14) führt und somit
einen geschlossenen Kreislauf der Förderluft bildet
9. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das wärmeaufnehmende Element (2) im wesentlichen gleich dem wärmeabgebendem Element (3)
gebildet ist
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des
Steigrohres (6) des wärmeaufnehmenden Elementes
(2) die Ableitung (8) der wärmen Flüssigkeit angeschlossen ist und daß in dem unteren Bereich
des Hohlraumes (4) des wärmeaufnehmenden Elementes die Zuleitung (9) der gekühlten Flüssigkeit
hiiindet, wobei diese Ab- und Zuleitungen mit
den entsprechenden Ab- und Zuleitungen des wärmeabgebepden Elementes verbindbar sind, und
daß der Hohlraum (4) und das Steigrohr (6) in ihren oberen Bereich durch einen Ablauf (10) miteinander
verbunden sind.
11. Wärmetauscher nach einem oder mehreren
der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeaufnehmende Element (2) und das
wärmeabgebende Element (3) aus dem gleichen Strangpreßprofil gebildet sind.
12. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Überlauf (11) des wärmeabgebenden Elementes
(3) höher liegt als der Ablauf >'*.!)) im wärmeaufnehmenden
Element (2).
13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einander etwa gleichen
Elemente (2, 3) nebeneinander angeordnet sind und der Flüssigkeitsspiegel sich im Bereich des Überlaufes
(11) befindet.
14. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiben, nebeneinander angeordneten Elemente (2, 3) innenseiiig, bzw. außenseitig einer Schranktür
an dieser angebracht sind, wobei die zwischen den beiden Elementen bestehenden Medium-Verbindungen
durch die Schranktür hindurchgeführt sind.
15. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das wärmeaufnehmende Element (27 und 28, 33) in einem unmittelbar Wärme übertragenden Kontakt
mit den zu kühlenden elektronischen Bauteilen (24 bis 26, 32) steht, wobei die Zu- und Ableitungen (29,
30; 34, 35) des wärmeaufnehmenden Elementes mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen (8, 9) des
wärmeabgebenden Elementes (3) verbunden oder verbindbar sind.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß als von der Flüssigkeit durchströmtes
wärmeaufnehmendes Element eine Transistorbank, Kuhldosen für Scheibenbauelemente, ein
Flüssigkeitskühler für Halbleiter und dgl. dienen, deren Flüssigkeitskreislauf jeweils in den Flüssigkeitskreislauf
des wärmeabgebenden Elementes
integriert ist
17. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet daß
die Zu- und Ableitungen des wärmeaufnehmenden und des wärmeabgebenden Elementes durch Steckorgane
(37) miteinander verbindbar sind, die sich mit der Herbeiführung (Unterbrechung) der Steckverbindung
selbsttätig öffnen (schließen).
18. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ι ο
oberhalb oder unterhalb des jeweiligen Elementes ein Lüfter, z. B. Axial- oder Tangentialgebläse
angebaut ist, wöbe· neben dem Lüfter die Luftförderpumpe
mit angebaut ist
19. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet daß
im oberen Bereich des Hohlraumes des die Mammutpumpe bildenden Elementes und oberhalb
des entsprechenden Oberlaufes eine mit der Außenluft in Verbindung stehende Bohrung (22)
vorgesehen ist
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