DE3126790A1 - HEAT SINK FOR THE COMBINED COOLING OF AIR AND A LIQUID MEDIUM WITH A COMMON COOLING MEDIUM - Google Patents
HEAT SINK FOR THE COMBINED COOLING OF AIR AND A LIQUID MEDIUM WITH A COMMON COOLING MEDIUMInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und Minchen VPA 81 P 3 1 0 9 DESIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our symbol Berlin and Minchen VPA 81 P 3 1 0 9 DE
Kühlkörper zur kombinierten Kühlung von Luft und einem flüssigen Medium mit einem gemeinsamen Kühlmedium Heat sink for the combined cooling of air and a liquid medium with a common cooling medium
Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper zur kombinierten Kühlung von Luft und einem flüssigen Medium mit einem gemeinsamen Kühlmedium.The invention relates to a heat sink for the combined cooling of air and a liquid medium a common cooling medium.
Im Handel erhältliche Kühleinrichtungen sind nur zur Kühlung eines einzigen Mediums geeignet. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen in einem Gerät sowohl ein gasförmiges Medium, beispielsweise Luft als auch ein flüssiges Medium, beispielsweise Wasser gekühlt werden muß. Bei Laser-Anlagen wird beispielsweise der Laser selbst mit Wasser gekühlt. Eine derartige Kühleinrichtung ist z.B. in der DE-PS 15 64 685 erläutert. Dabei wird das Kühlwasser durch ein den Laserstab enthaltendes inneres Rohr geführt und nach seiner Entspannung durch ein äußeres Rohr abgeführt. Da das verwendete Kühlwasser hochrein sein muß, wird im allgemeinen ein zweiter Kühlkreis zur Rückkühlung vorgesehen.Commercially available cooling devices are for use only Suitable for cooling a single medium. However, there are applications in which both a gaseous medium, for example air, and a liquid medium, for example water, can be cooled got to. In laser systems, for example, the laser itself is cooled with water. Such a cooling device is explained e.g. in DE-PS 15 64 685. The cooling water is thereby passed through a containing the laser rod guided inner tube and discharged after its relaxation through an outer tube. Because the cooling water used must be highly pure, a second cooling circuit is generally provided for recooling.
Da zum Betrieb des Lasers außerdem eine Vielzahl von in einem Geräteschrank untergebrachten elektrischen Bauelementen erforderlich ist, muß auch die Luft in diesem Geräteschrank gekühlt werden. Dies kann beispielsweise durch einen in der DE-OS 25 19 694 beschriebenen Lamellen-Rohr-Wärmetauscher erfolgen. Dabei ist ein Rohr an der Außenseite mit mehreren aufgelöteten Lamellen versehen, die von der zu kühlenden Luft umströmt werden. Durch das Rohr selbst fließt beispielsweise Kühlwasser.Since there are also a large number of electrical devices housed in an equipment cabinet for operating the laser Components is required, the air must also be cooled in this equipment cabinet. This can be, for example take place by a lamellar tube heat exchanger described in DE-OS 25 19 694. It is a tube is provided on the outside with several soldered-on fins around which the air to be cooled flows will. Cooling water, for example, flows through the pipe itself.
Sid 2 Bim / 25.06.1981Sid 2 Bim / 06/25/1981
-£- VPA 81 P3 109 DE - £ - VPA 81 P3 109 DE
Bisher war also die Kühlung von Luft und einem füssigen Medium nur mit zwei gesonderten Wärmetauschern möglich.So far, the cooling of air and a liquid medium was only possible with two separate heat exchangers possible.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kühlkörper' so auszubilden, daß er zur kombinierten Kühlung von Luft und einem flüssigen Medium geeignet ist.The object of the invention is therefore to provide a heat sink ' to be designed so that it is suitable for the combined cooling of air and a liquid medium.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlkörper als Metallplatte mit seitlich abstehenden Rippen ausgebildet ist, daß die Metallplatte zwei Gruppen von in Stirnseiten der Metallplatte mündenden Durchbrüchen aufweist, daß Jeweils alle Durchbrüche einer Gruppe durch Nuten in Stirnseiten der Metallplatte zu einem geschlossenen Kanal verbunden sind und daß der eine Kanal vom zu kühlenden flüssigen Medium und der andere Kanal vom Kühlmedium durchflossen ist.This object is achieved according to the invention in that the heat sink is designed as a metal plate with laterally protruding ribs that the metal plate is two Has groups of openings opening into the end faces of the metal plate that in each case all openings a group are connected by grooves in the end faces of the metal plate to form a closed channel and that the one channel is traversed by the liquid medium to be cooled and the other channel by the cooling medium.
Damit wird mit einem einzigen Kühlelement sowohl die Luft als auch das flüssige Medium durch ein gemeinsames Kühlmedium gekühlt. Der Kühlkörper weist einen einfachen konstruktiven Aufbau auf und ist somit kostengünstig zu fertigen.Thus, with a single cooling element, both the air and the liquid medium are passed through a common Cooling medium cooled. The heat sink has a simple structural design and is therefore inexpensive to manufacture.
Vorteilhafterweise sind jeweils zwei benachbarte Durchbrüche abwechselnd durch Nuten in gegenüberliegenden Stirnseiten der Metallplatte verbunden, so daß jeder Kanal mäanderförmig verläuft. Damit wird die jeweilige Kanallänge besonders groß, so daß ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet.Advantageously, two adjacent openings are alternately formed by grooves in opposite one another Front sides of the metal plate connected so that each channel meanders. This is the respective Channel length particularly large, so that an intensive heat exchange takes place.
Zweckmäßigerweise sind alle Nuten je Stirnseite der Metallplatte mit einer gemeinsamen Platte flüssigkeitsdicht abgedeckt. Damit ergibt sich eine besonders einfache Abdichtung der Nuten.Appropriately, all the grooves on each end face of the metal plate with a common plate are liquid-tight covered. This results in a particularly simple sealing of the grooves.
-^- VPA 81 P 3 1 0 9 OE- ^ - VPA 81 P 3 1 0 9 OE
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können die beiden Kanäle in zwei parallelen Ebenen liegen, wobei alle Durchbrüche einen V-förmigen Querschnitt aufweisen, die Spitzen der V-förmigen Querschnitte der beiden Gruppen von Durchbrüchen einander zugewandt sein und jeder Durchbruch der einen Gruppe zumindest teilweise zwischen zwei Durchbrüchen der anderen Gruppe liegt1.'-. Bei dieser Ausführungsform wird der Gesamtquerschnitt der Metallplatte nahezu völlig vom Querschnitt der Durchbrüche ausgefüllt, so daß man einen besonders intensiven Wärmeübergang zum Kühlmedium erhält. Einen ähnlichen Effekt kann man mit KUhlkanälen mit kreisförmigem oder rechteckförmigem Querschnitt erreichen.In an advantageous embodiment, the two channels can lie in two parallel planes, with all openings having a V-shaped cross section, the tips of the V-shaped cross sections of the two groups of openings facing each other and each opening of one group at least partially between two openings the other group is 1 .'-. In this embodiment, the overall cross-section of the metal plate is almost completely filled by the cross-section of the openings, so that a particularly intensive heat transfer to the cooling medium is obtained. A similar effect can be achieved with cooling channels with a circular or rectangular cross-section.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 3.
Figur 1 zeigt ein Schnittbild und Figur 2 einen teilweise geschnittenen Aufriß des Kühlkörpers. Dieser besteht aus einer Metallplatte 1, die an zwei gegenüberliegenden Seiten Kühlrippen 1a aufweist. Die Kühlrippen 1a sind im Ausführungsbeispiel mit Platten 1b abgedeckt, so daß geschlossene Luftschächte für die zu kühlende Luft entstehen.FIG. 1 shows a sectional view and FIG. 2 shows a partially sectioned elevation of the heat sink. This exists from a metal plate 1, which has cooling fins 1a on two opposite sides. The cooling fins 1a are covered in the embodiment with plates 1b, so that closed air shafts for the cooling air is created.
Die Metallplatte 1 weist zwei Gruppen A, B von Durchbrüchen 2a, 2b auf, die parallel zueinander und parallel zu den Kühlrippen 1a liegen. Jeder Durchbruch weist einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt auf. Dabei sind die Spitzen der V-förmigen Querschnitte einander zugewandt und jeder Durchbruch 2b der zweiten Gruppe B liegt jeweils zwischen zwei Durchbrüchen 2a der ersten Gruppe A. Das soweit beschriebene Profil kann kostengünstig durch Strangpreßverfahren hergestellt werden.The metal plate 1 has two groups A, B of openings 2a, 2b, which are parallel to one another and parallel lie to the cooling fins 1a. Each opening has a substantially V-shaped cross section. Included the tips of the V-shaped cross-sections are facing each other and each opening 2b of the second group B. lies between two openings 2a of the first group A. The profile described so far can be inexpensive can be produced by extrusion processes.
- Λ - VPA 81 P 3 1 0 9 DE- Λ - VPA 81 P 3 1 0 9 DE
Um die Durchbrüche 2a, 2b einer Gruppe A, B jeweils zu einem geschlossenen Kanal zusammenzufügen, sind in zwei gegenüberliegenden Stirnflächen 1c, 1d der Metallplatte 1 Nuten 3a bzw. 3b vorgesehen, die jeweils zwei benachbarte Durchbrüche derselben Gruppe A bzw. B miteinander verbinden. Dabei sind beispielsweise zwei benachbarte Durchbrüche 2a bzw. 2b über eine Nut 3a bzw. 3b in einer Stirnfläche 1c der Metallplatte 1, der nächste Durchbruch über eine Nut in der gegenüberliegenden Stirnfläche 1d und der darauffolgende Durchbruch vieder über eine Nut 3a in der Stirnfläche 1c verbunden. Damit bilden die Durchbrüche 2a bzw. 2b zusammen mit den Nuten 3a bzw. 3b mäanderförmige, geschlossene Kanäle. Die Abdichtung der Nuten 3a und 3b erfolgt je Stirnseite 1c bzw. 1d über eine gemeinsame Abdeckplatte 1e bzw. 1f. Dabei ist zweckmäßigerweise zwischen jede Abdeckplatte 1e bzw. 1f und die Stirnseite 1c bzw. 1d zur Abdichtung eine in den Figuren der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte elastische Einlage eingefügt.In order to join the openings 2a, 2b of a group A, B together to form a closed channel, FIG two opposite end faces 1c, 1d of the metal plate 1 grooves 3a and 3b, each two Connect adjacent openings of the same group A or B to one another. For example, there are two adjacent openings 2a or 2b via a groove 3a or 3b in an end face 1c of the metal plate 1, the next breakthrough via a groove in the opposite one End face 1d and the subsequent opening are connected via a groove 3a in end face 1c. The openings 2a and 2b, together with the grooves 3a and 3b, thus form meander-shaped, closed ones Channels. The grooves 3a and 3b are each sealed Front side 1c or 1d via a common cover plate 1e or 1f. It is expediently between each cover plate 1e or 1f and the end face 1c or 1d for sealing one in the figures for clarity inserted because of elastic insert not shown.
Die Abdeckplatt en le und 1f enthalten auch die Ein- und Auslaßstutzen 1g und 1h bzw. 1i und 1k für die mit den Durchbrüchen 2a und den Nuten 3a bzw. den Durchbrüchen 2b und den Nuten 3b gebildeten Kanäle. Beide Abdeckplatten 1e und 1f sind identisch ausgeführt.The cover plates en le and 1f also contain the inputs and Outlet stubs 1g and 1h or 1i and 1k for those with the openings 2a and the grooves 3a or the openings 2b and the grooves 3b formed channels. Both cover plates 1e and 1f are identical.
Zur Verdeutlichung der Anordnung ist in Figur 3 der Verlauf der Kanäle nochmals schematisch dargestellt.To clarify the arrangement, the course of the channels is shown again schematically in FIG.
Die dargestellte Anordnung wird nun so an Kühlkreisläufe angeschlossen, daß ein Kanal, beispielsweise der Kanal A von einem zu kühlenden flüssigen Medium und der andere Kanal, in diesem Fall also der Kanal B vom KUhI-The arrangement shown is now connected to cooling circuits that a channel, for example the Channel A from a liquid medium to be cooled and the other channel, in this case channel B from the KUhI-
3i2 medium durchflossen wird. Damit wird mit einem einzigen Kühlmedium sowohl das flüssige Medium als auch die die Kühlrippen 1a umströmende Luft gekühlt. Dabei besteht3i2 medium is flowed through. So that is with a single Cooling medium both the liquid medium and the air flowing around the cooling fins 1a are cooled. There is
-X- VPA 81 P3 1 09 DE -X- VPA 81 P3 1 09 DE
wegen der großen Wärmeübergangsfläche und des geringen Abstands sowohl zwischen den vom Kühlmedium durchflossenen Durchbrüchen und den vom flüssigen Medium durchflussenen Durchbrüchen als auch zwischen den vom Kühlmedium durchflossenen Durchbrüchen und den Kühlrippen nur ein geringer Wärmewiderstand, so daß der beschriebene Kühlkörper eine sehr gute Kühlleistung aufweist.because of the large heat transfer surface and the small Distance between the openings through which the cooling medium flows and those through which the liquid medium flows Breakthroughs as well as between the openings through which the cooling medium flows and the cooling fins only a low thermal resistance, so that the heat sink described has a very good cooling capacity.
Bei Laser-Anlagen wird man den beschriebenen Kühlkörper in dem die zum Betrieb des Lasers erforderlichen elektrischen Bauelemente enthaltenden Schrank unterbringen und somit über die Kühlrippen 1a die Schrankluft kühlen. Ein Kanal, z.B. der Kanal A wird an einen Kreislauf für das den Laser selbst kühlende flüssige Medium angeschlossen. Der zweite Kanal B wird an einen externen Kühlkreislauf, beispielsweise an das Wassernetz angeschlossen. Dabei weist der beschriebene Kühlkörper außerdem den Vorteil auf, daß zwischen der Schrankluft und dem flüssigen Kühlmedium ein Wärmeaustausch stattfinden kann. So kann z.B. die Wärme aus dem Schrank bei verhältnismäßig niedriger Umgebungstemperatur über das flüssige Medium und den eine verhältnismäßig hohe Wärmeübergangsfläche aufweisenden Laser zumindest für eine gewisse Betriebszeit an die Umgebungstemperatur abgegeben werden. Außerdem trägt die Wärmekapazität des Schrankes zu einer Vergleichmäßigung der Temperatur des flüssigen Mediums bei, was wiederum der Lebensdauer der Laserlampe zugute kommt.In the case of laser systems, the heat sink described is the one in which the electrical required to operate the laser Place the cabinet containing components and thus cool the cabinet air via the cooling fins 1a. A channel, e.g. channel A, is connected to a circuit for the liquid medium that cools the laser itself. The second channel B is connected to an external cooling circuit, for example to the water network. The heat sink described also has the advantage that between the cabinet air and a heat exchange can take place with the liquid cooling medium. For example, the heat from the closet can be relatively low low ambient temperature via the liquid medium and a relatively high heat transfer surface having laser emitted at least for a certain operating time to the ambient temperature will. In addition, the heat capacity of the cabinet helps to even out the temperature of the liquid medium, which in turn benefits the service life of the laser lamp.
Wegen des Wärmeaustausches zwischen der Schrankluft und dem flüssigen Kühlmedium des Lasers ist je nach Anlage ein externer Kühlkreislauf nicht in allen Betriebszuständen erforderlich. In diesen Fällen kann dann der Kreislauf des Kühlmediums unter Umständen erst bei Bedarf, z.B. nach längerer Betriebszeit oder höhererBecause of the heat exchange between the cabinet air and the liquid cooling medium of the laser, an external cooling circuit is not required in all operating states, depending on the system. In these cases, the cooling medium circuit can under certain circumstances only be activated when required, for example after a longer operating time or longer
-/T- VPA 81 P3 1 0 9 DE- / T- VPA 81 P3 1 0 9 DE
Umgebungstemperatur zugeschaltet werden. Dieses Zuschalten kann z.B. durch die Temperatur des flüssigen Mediums oder durch die Schranktemperatur gesteuert werden.Ambient temperature can be switched on. This connection can be caused, for example, by the temperature of the liquid Medium or controlled by the cabinet temperature.
3 Figuren3 figures
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