DE3750099T2 - Anlage zur Übertragung der Wärme zwischen einer Flüssigkeit und einem Organ zum Abkühlen oder zum Erwärmen durch Herabsetzen des Drucks der Flüssigkeit in Bezug auf den atmosphärischen Druck. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Übertragen von Wärme zwischen einer Flüssigkeit und einem abzukühlenden oder zu erwärmendem Organ.
• In US-A-3481393 wird beispielsweise ein modulares Kühlsystem beschrieben, in dem eine Anzahl von Kühlelementen mit Hilfe von Schläuchen hintereinandergeschaltet sind.
• Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zum Übertragen von Wärme durch eine Flüssigkeit bereitzusteilen, bei der ein Entweichen der Flüssigkeit ausgeschlossen ist.
• Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die erfindungsgemäße Anlage
• - einen Flüssigkeitsbehälter, der mit dem atmosphärischen Druck in Verbindung steht,
• - einen umschlossenen Raum, dessen unterer Teil in den genannten Behälter mündet und dessen Innenfläche wenigstens teilweise durch das genannte zu kühlende oder zu erwärmende Organ gebildet wird,
• - sowie eine Vakuumpumpe, die auf die Flüssigkeit einwirkt um deren Druck im Verhältnis zum atmosphärischen Druck herabzusetzen, aufweist.
• Vorzugsweise enthält dieser Raum mindestens einen Kasten, der die Form eines Parallelepipeds aufweist, ist, oder einen Luft-Wasser-Wärmetauscher, bei dem mindestens eine der größeren Seitenflächen durch das zu kühlende oder zu erwärmende Organ gebildet wird und der über eine Rohrleitung mit dem oben bezeichneten Behälter verbunden ist.
• Günstigerweise ist das zu kühlende oder zu erwärmende Organ abnehmbar an dem entsprechenden Kasten angebracht, wobei eventuell eine geeignete Dichtung eingefügt wird. Es versteht sich, daß durch diese Anordnung die Montage und eine eventuelle Demontage der Anlage weitgehend erleichtert werden.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Anlage eine Steigleitung aufweist, an deren unterem und oberem Teil jeweils eine Zulaufleitung bzw. eine Ablaufleitung angeschlossen ist, wobei die oben bezeichneten Kästen über entsprechende Leitungen mit dieser Zu- und Ablaufleitung verbunden sind.
• Vorzugsweise ist am oberen Teil der genannten Steigleitung die Vakuumpumpe angebracht, weiche durch einen Flüssigkeitsstandsregler gesteuert wird, so daß das Befüllen der Anlage, wie weiter unten beschrieben, auf einfache Weise möglich ist.
• Günstigerweise ist am Eingang der oben bezeichneten Zuleitung eine Pumpe zum Umwälzen der Übertragungsflüssigkeit und/oder ein Wärmetauscher angeordnet.
• Bei einer besonders vorteilhaften Verwendungsart der Erfindung ist das zu kühlende oder zu wärmende Organ eine Elektronikkarte, insbesondere der Art, wie sie in Computern eingesetzt werden. In diesem Fall geht die Wärmeübertragung selbstverständlich als Kühlung vonstatten, wobei als Übertragungsflüssigkeit beispielsweise ein Fluor-Kohlenstoff mit geringer Dampfspannung, wie etwa das unter der Bezeichnung FC75 im Handel erhältliche Mittel mit der chemischen Formel C&sub6;F&sub1;&sub4;, verwendet wird. Mittel dieser Art weisen einen sehr hohen spezifischen Widerstand auf, d. h. mehr als 10¹&sup5; Ohm/cm, so daß es möglich ist, sie direkt mit den zu kühlenden Komponenten in Kontakt zu bringen.
• Die folgende Beschreibung, die keinesfalls ein erschöpfendes Beispiel darstellt, zeigt, wie die vorliegende Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann. Es zeigen:
• Fig. 1 das Grundschema eines Ausführungsbeispiels einer Wärmeübertragungsanlage gemäß der Erfindung und
• Fig. 2 und 3 ebenfalls Grundschemata von Varianten eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Anlage.
• Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Anlage gemäß der Erfindung in ihrem unteren Teil mit einem Behälter 1 für Wärmeübertragungsflüssigkeit ausgestattet, der über eine Luftöffnung 2 mit der Außenluft in Verbindung steht, so daß die freie Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter 1 unter atmosphärischem Druck steht.
• Eine Steigleitung 3 ragt in den Behälter 1 und ist am oberen Teil über einen Flüssigkeitsstandsregler 5, dessen Funktion weiter unten erläutert wird, an eine Vakuumpumpe 4 angeschlossen.
• An die Steigleitung 3 ist unten eine annähernd waagerechte Zuleitung 6 und oben, in Höhe des Flüssigkeitsstandsreglers 5, eine ebenfalls annähernd waagerechte Ablaufleitung 7 angeschlossen. Zwischen der Zuleitung 6 und der Ablaufleitung 7 sind Elemente 8a, 8b, usw. eingebaut, die
• - über zugehörige Verbindungsleitungen 9a, 9b usw. jeweils an die Zuleitung 6 und
• - über zugehörige Verbindungsleitungen 10a, 10b usw. jeweils an die Ablaufleitung 7
• angeschlossen sind. Die Verbindungsleitungen 9a, 9b usw. sind jeweils mit Ventilen 11a, 11b usw. versehen. Schließlich können eine Umwälzpumpe 12 und ein Wärmetauscher 13 an den Eingang der Zuleitung 6 angebaut werden.
• Die Elemente 8a, 8b usw. bestehen ihrerseits jeweils aus dem zu kühlenden oder zu erwärmenden Organ, das beispielsweise eine Computerelektronikkarte 14a, 14b usw. sein kann, und an die jeweils ein parallelepiped-förmiger Kasten 15a, 15b usw. anliegt, dessen größere, der Elektronikkarte anliegende Seitenfläche offen ist und der mit Öffnungen für den Anschluß der Leitungen 9a, 9b usw. und 10a, 10b usw. versehen ist. Geeignete Dichtungen, die hier nicht dargestellt sind, können zwischen die Organe 14a, 14b usw. und die zugehörigen Kästen 8a, 8b usw. eingefügt werden, welche durch geeignete Mittel, wie Schrauben, Klammern oder ähnliches, miteinander verbunden sind.
• Die Anlage arbeitet auf folgende Weise:
• Zunächst wird Flüssigkeit in den Behälter 1 eingefüllt, danach schaltet man die Vakuumpumpe 4 ein, wodurch die Flüssigkeit in die gesamte Anlage angesaugt wird. Der Flüssigkeitsniveauregler 5 schaltet die Pumpe 4 ab, sobald ein ausreichendes Niveau erreicht ist. Die Umwälzpumpe 12 pumpt die Flüssigkeit durch die Elemente 8a, 8b usw., wo sie die Organe 14a, 14b usw. abkühlt oder erwärmt. Da der Druck der Flüssigkeit geringer ist als der auf gleicher Höhe herrschende atmosphärische Druck, ist ein Entweichen ausgeschlossen.
• Sollen jegliche Verluste durch Verdunstung vermieden werden, kann man die Luftöffnung 2, die bewirkt, daß der Behälter 1 unter atmosphärischem Druck steht, durch eine aufwendigere, in Fig. 2 dargestellte, Vorrichtung ersetzen. Diese weist
• - ein Druckminderventil 15, das mit Luft, neutralem Gas oder einem beliebigen anderen Gas, je nach Art der verwendeten Flüssigkeit, gespeist werden kann, und
• - ein Überdruckventil 16, das an ein Auslaßrohr oder an eine Auffangeinrichtung angeschlossen ist,
• auf, wobei diese beiden Organe nur bei Schwankungen des atmosphärischen Drucks oder der Temperatur oder bei Eindringen von Luft in den Kreislauf arbeiten.
• Die in Fig. 3 dargestellte Variante ist insbesondere für den Fall vorgesehen, daß Wasser als Wärmeübertragungsmittel verwendet wird; hierbei wird ein einfacher Behälter mit konstantem Füllstand eingesetzt dessen Fassungsvermögen geringer sein kann als das der Anlage. Dieser Behälter ist dann mit einer Wasserzuführung 18 mit Schwimmerhahn und mit einem Überlauf 19 versehen.
• Es ist noch auf bestimmte Einschränkungen hinsichtlich des Einsatzes des beschriebenen Systems hinzuweisen. Die erste Einschränkung betrifft die statischen Verhältnisse und hängt mit der Dampfspannung der verwendeten Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur zusammen. So darf beispielsweise bei 60ºC warmem Wasser die maximale Höhe des Systems theoretisch 8 Meter nicht überschreiten, wenn der atmosphärische Druck 1 bar beträgt. Eine andere Einschränkung betrifft die dynamischen Verhältnisse. Wird die Umwälzpumpe 12 eingesetzt, ist der Druckabfall zu berücksichtigen, um die Bereiche zu bestimmen, in denen ein relativer Unterdruck aufrechterhalten werden soll.
• Sollte es in der erfindungsgemäßen Anlage zu einer geringen Undichtigkeit kommen, so wirkt sich dies dadurch aus, daß Luft in den Flüssigkeitsstandsregler 5 eintritt und sich dort ansammelt. Sobald der Flüssigkeitsstand die für diesen Regler vorgesehene untere Grenze erreicht, läuft die Pumpe 4 wieder an und führt die angesammelte Luft ab. Durch die Kontrolle der Laufzeit der Pumpe 4 läßt sich das Ausmaß der Undichtigkeit genau bestimmen, welche sich erst dann störend auswirkt wenn die Pumpe nicht mehr die gesamte eingedrungene Luft abführen kann.
• Im Extremfall dagegen, wenn es zu einem eigentlichen Leitungsbruch kommt, ist die Pumpe 4 nicht mehr imstande, die in die Anlage eindringende Luft abzusaugen und es herrscht im Kreislauf die Tendenz zur Druckangleichung an den atmosphärischen Druck. Ein solcher Vorfall hat lediglich zur Folge, daß die Flüssigkeit zum Behälter 1 zurückläuft, wobei so gut wie kein Flüssigkeitsverlust auftritt.
• Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß mindestens einer der Kästen 8 durch einen nicht dargestellten Luft-Wasser-Wärmetauscher ersetzt werden könnte.

Claims (3)

1. Anlage zum Übertragen von Wärme zwischen einer Flüssigkeit und einem abzukühlende n oder zu erwärmendem Organ, dadurch gekennzeichnet, daß sie

einen Flüssigkeitsbehälter (1), welcher mit dem atmosphärischen Druck in Verbindung steht,

einen umschlossenen Raum, der an seinem unteren Teil in den genannten Behälter (1) mündet und dessen Innenfläche wenigstens teilweise durch das genannte abzukühlende oder zu erwärmende Organ (14a, 14b) gebildet wird, sowie

eine Vakuumpumpe (4), die auf die genannte Flüssigkeit einwirkt und deren Druck in bezug auf den atmosphärischen Druck herabsetzt, aufweist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steigleitung (3) aufweist, an deren unteren und oberen Teil jeweils eine Zuleitung (6) bzw. eine Ablaufleitung (7) angeschlossen ist, wobei der umschlossene Raum mit Kästen (8a, 8b usw.) ausgestattet ist, die über Leitungen (10a, 10b usw.; 9a, 9b usw.) mit Zuleitungen (6) und Ablaufleitungen (7) verbunden sind, und wobei der obere Teil der Steigleitung (3) die Vakuumpumpe (4) aufweist.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumpumpe (4) von einem Flüssigkeitsstandsregler (5) gesteuert wird.