DE69915517T2

DE69915517T2 - Vorrichtung zur regulierung der temperatur

Info

Publication number: DE69915517T2
Application number: DE69915517T
Authority: DE
Inventors: Mario Celegin; Hans Falk; Peter Melin
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: EP1144933B1; SE9804510L; CN1331793A; AU2135200A; WO2000037873A1; SE9804510D0; BR9916443A; EP1144933A1; DE69915517D1; JP2002533794A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Vorrichtungen für eine Temperatursteuerung; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Bereiche dieses Gebiets, die eine Steuerung der Temperatur eines wärmegenerierenden Objekts betreffen, wenn die Temperatur einer Umgebungsregion innerhalb eines vorbestimmten Intervalls variiert.
Stand der Technik
In elektrischen Schaltungen findet häufig eine nicht vernachlässigbare Wärmegenerierung statt. Falls auf die generierte Wärme nicht auf eine geeignete Weise Acht gegeben wird, besteht das Risiko, dass die Schaltungen überhitzt werden. Um die Temperatur von elektrischen Schaltungen zu steuern, ist es deshalb üblich, verschiedene Formen von Kühlsystemen in Verbindung mit den Schaltungen anzuordnen.
Einige dieser Kühlsysteme sind in dem Sinne aktiv, dass zusätzliche Energie für die Kühlung zugeführt werden muss, damit sie stattfinden kann. Lüfter sind ein Beispiel von aktiven Kühlsystemen, auch Kühlsysteme, die die gleichen physikalischen Prinzipien wie Kühlschränke und Kühltruhen verwenden, sind aktiv. Ein Nachteil von aktiven Kühlsystemen ist natürlich, dass sie eine Zuführung von Energie benötigen, um zu arbeiten. Falls die Energieversorgung aus irgendeinem Grund unterbrochen wird, besteht das Risiko, dass die Schaltungen überhitzt werden. Aktive Kühlsysteme sind häufig relativ kom pliziert und erfordern deshalb einen großen Umfang an Wartung. Diese Merkmale der aktiven Kühlsysteme führen dazu, dass sie für Schaltungen in im Freien befindlicher Ausrüstung, wie etwa Funkbasisstationen in mobilen Telefonsystemen, als nicht geeignet betrachtet werden.
Andere derartige Kühlsysteme sind passiv, und es muss keine zusätzliche Energie zugeführt werden, damit sie arbeiten. Die passiven Kühlsysteme sind häufig aufgebaut, um auf eine effiziente Weise die erzeugte Wärme in den Schaltungen in die Umgebungsluft zu leiten. Hierbei werden unterschiedliche physikalische Prozesse verwendet, um dies zu erreichen, wie etwa natürliche Konvektion, Wärmeabstrahlung und Verdampfung. Um eine effektive thermische Verbindung mit der Umgebungsluft zu erreichen, umfassen die passiven Kühlsysteme häufig Wärmetauscher mit Kühlkörpern, z. B. in der Form von Kühlringen.
Ein Beispiel eines passiven Kühlsystems wird in US-Patent 5 529 115 gegeben. In dieser Patentliteraturstelle werden Vorrichtungen zum Kühlen elektrischer Schaltungen gezeigt. Eine Kammer ist teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt, die durch die Wärme verdampft wird, die sich in den elektrischen Schaltungen entwickelt. Die verdampfte Flüssigkeit kondensiert gegen die Decke der Kammer, und die Kondensationstropfen fallen zurück in die Flüssigkeit. Es sind spezielle Mittel zum Zurückführen der Kondensationstropfen auf eine geeignete Weise vorgesehen, sodass Stagnation vermieden wird.
Ein anderes Beispiel eines passiven Kühlsystems wird durch US-Patent 5 390 077 gegeben. In dieser Patentliteraturstelle wird eine Vorrichtung zum Kühlen elektrischer Schaltungen gezeigt. Die Vorrichtung umfasst einen Container mit einem oberen Teil (kalte Platte) und einem unteren Teil. Der Container ist mit einer Flüssigkeit gefüllt. Der obere Teil ist mit einem Wärmetauscher mit einer Anzahl von Kühlringen verbunden.
Die elektrischen Schaltungen sind in dem unteren Teil angeordnet und vollständig in die Flüssigkeit getaucht, um die Wärmeübertragung zu maximieren. Die Abmessungen des Containers sind derart, dass eine Raleigh-Zahl von mindestens 1700 erreicht wird, wodurch ein effektiver Wärmetransport zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil wegen einer gut hergestellten natürlichen Konvektion in dem Container erreicht wird.
Patent US-5 220 954 zeigt einen Wärmetauscher für ein Phasenumwandlungsmaterial, umfassend einen Container, der das Phasenumwandlungsmaterial enthält, und ein getrenntes Durchgangssystem, das den Container zum Empfangen einer Wärmetauscherflüssigkeit umgibt. Der Container mit Phasenumwandlungsmaterial dient als ein thermisches Reservoir, d. h. um latente Fusionswärme während eines Erwärmungszyklus zu speichern und die latente Fusionswärme während eines Kühlzyklus freizugeben.
Patent US-5 455 458 zeigt einen Halbleiter-Wafer, der an einem Substrat befestigt ist, welches an einer Seite durch ein Gehäuse umgeben ist und an der anderen Seite mit einer kalten Platte zum Vorsehen einer Kühlung des Wafers thermisch verbunden ist. Das Gehäuse ist mit einem Phasenumwandlungsmaterial, wie etwa Paraffin, zum Absorbieren und Freigeben von Energie in Bezug auf Operationszyklen gefüllt.
Patent US-4 057 101, auf dem die Präambel von Anspruch 1 basiert, zeigt elektronische Ausrüstung, die an einer Wand eines abgedichteten Containers befestigt ist, an dessen entgegenliegender Wand ein Radiator für eine Übertragung von Wärme zur Umgebung befestigt ist. Der Container bildet eine Kühlkörpervorrichtung und umfasst eine Honigwabenstruktur aus Aluminium, die darauf gerichtet ist, gute thermische Leitfähigkeit zwischen den entgegenliegenden Wänden des Containers vorzusehen. Ein Phasenumwandlungsmaterial umgibt die Honigwabenstruktur und dient als ein thermisches Reservoir für Wärmeschwankungen.
Ein großer Umfang an moderner Elektronik ist nicht für Temperaturen unter 0°C spezifiziert. Elektrische Schaltungen in im Freien befindlicher Ausrüstung müssen jedoch arbeiten, selbst wenn die Temperatur der Umgebungsluft auf –35°C fällt. Ein Nachteil der passiven Kühlsysteme ist, dass in diesem Fall diese Kühlsysteme die elektrischen Schaltungen sehr gut kühlen, auch bei niedrigen Lufttemperaturen, wobei die Temperatur in den elektrischen Schaltungen Gefahr läuft, unter 0°C zu fallen. Ein Weg, um diesen Nachteil zu vermeiden ist es, Heizvorrichtungen zu installieren, die die Elektronik bei niedrigen Lufttemperaturen erwärmen, sodass die Temperatur in der Elektronik nicht unter 0°C fällt. Diese Lösung hat jedoch mehrere Nachteile, wie etwa: hohe Kosten (Heizvorrichtung, Steuerausrüstung, mechanische Ausrüstung, Verdrahtung etc.), Raumanforderungen (Heizvorrichtung und zugehörige Ausrüstung) und hoher elektrischer Energieverbrauch (es ist nicht ungewöhnlich, dass die Heizvorrichtung mehr Energie verbraucht als gewöhnlich durch die Ausrüstung selbst verbraucht wird).
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bewältigt das Problem zum Erreichen einer Vorrichtung zum Steuern der Temperatur eines wärmegenerierenden Objekts, z. B. Elektronik, sodass die Temperatur des Objekts nicht einen vorbestimmten Maximalwert überschreiten oder unter einen vorbestimmten Minimalwert fallen wird, wenn die Temperatur der Umgebungsregion innerhalb eines vorbestimmten Intervalls variiert.
Kurz gesagt wird das oben angeführte Problem gemäß dem Folgenden gelöst. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst einen Wärmetauscher, der zum Emittieren von Wärme in die Umgebungsregion angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Container, der angeordnet ist, ein Medium mit temperaturabhängigen Eigenschaften zu enthalten. Der Container ist mit dem Objekt ebenso wie mit dem Wärmetauscher thermisch verbunden. Wenn die Temperatur der Umgebungsregion einen ersten Wert überschreitet, hat das Medium eine niedrige Viskosität, und Wärme, die durch das Objekt generiert wird, wird in dem Container auf einem relativ effektiven Weg von dem Objekt zu dem Wärmetauscher durch natürliche Konvektion in dem Medium transportiert. Da der Wärmetransport durch natürliche Konvektion relativ effektiv ist, wird die Temperatur des Objekts niedrig gehalten und überschreitet somit den Maximalwert nicht. Das Medium wird ausgewählt, derartige temperaturabhängige Eigenschaften aufzuweisen, dass die natürliche Konvektion in dem Medium hauptsächlich verhindert wird, wenn die Temperatur der Umgebungsregion unter einen zweiten Wert fällt. Die Wärme, die durch das Objekt generiert wird, wird dann in dem Container von dem Objekt zu dem Wärmetauscher hauptsächlich durch thermische Leitung in dem Medium transportiert. Der Wärmetransport durch thermische Leitung ist jedoch beträchtlich weniger effektiv als der durch natürliche Konvektion, aus welchem Grund die Temperatur des Objekts nicht unter die Minimalwert fallen wird. Somit hat der Container eine Wärmeübertragbarkeit, die relativ stark in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebungsregion variiert. Bei höheren Temperaturen der Umgebungsregion ist die Wärmeübertragbarkeit gut, während die Wärmeübertragbarkeit bei niedrigeren Temperaturen der Umgebungsregion relativ schlecht ist, wodurch der Container das Objekt von dem Wärmetauscher isoliert.
Somit ist es der Zweck der Erfindung, die Temperatur des Objekts zu steuern, wenn die Temperatur der Umgebungsregion in einem vorbestimmten Intervall variiert, und die Erfindung umfasst zum Erreichen dessen eine Vorrichtung.
Ein Hauptvorteil der Erfindung, abgesehen von einer Lösung des oben angeführten Problems, ist es, dass die Temperatursteuerung des Objekts vollständig passiv ist.
Die Erfindung wird nun mit der Hilfe von bevorzugten Ausführungsformen und mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben.
Beschreibung der Figuren
1 zeigt in einer Querschnittsansicht als ein Beispiel gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern der Temperatur von Elektronik.
2 zeigt in einem Diagramm eine Kurve, die zeigt, wie eine Temperaturdifferenz (die vertikale Achse) zwischen der Temperatur der Elektronik und der Temperatur einer Umgebungsregion in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebungsregion (die horizontale Achse) variiert.
Bevorzugte Ausführungsformen
In 1 wird eine Vorrichtung 1 zum Steuern der Temperatur von Elektronik in einer Querschnittsansicht als ein Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hier umfasst der Ausdruck "Elektronik" alle Formen elektrischer Ausrüstung, wie etwa separate elektrische Komponenten, elektrische Schaltungen, Funkausrüstung, Mikrowellenausrüstung usw. Die Vorrichtung 1 in 1 kann natürlich verwendet werden, um die Temperatur anderer Objekte als Elektronik zu steuern.
Die Vorrichtung in 1 umfasst einen Container 2 mit einer ersten hauptsächlich flachen Wand 3 und einer zweiten hauptsächlich flachen Wand 5, die der ersten Wand 3 gegenüberliegt. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die ersten und zweiten Wände 3 und 5 hauptsächlich vertikal angeordnet. Der Container 2 umfasst weiter einen oberen Teil 7 und einen unteren Teil 9. Der Container 2 umfasst außerdem Wände (nicht gezeigt), die gemeinsam mit den ersten und zweiten Wänden 3 und 5 und den oberen und unteren Teilen 7 und 9 einen Raum einschließen, der ein Medium 11 enthält. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Medium 11 eine Flüssigkeit mit einer temperaturabhängigen Viskosität. Elektronik in der Form einer gedruckten Leiterplatte 13 mit elektrischen Schaltungen 15 ist auf der Außenseite der ersten Wand 3 angeordnet, sodass die elektrischen Schaltungen 15 eine gute thermische Verbindung mit der ersten Wand 3 aufweisen. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Wärmetauscher 17 mit einer Basisplatte 19, an der Kühlkörper in der Form von Kühlringen 21 angeordnet sind. Der Wärmetauscher 17 ist mit der Basisplatte 19 gegen die Außenseite der zweiten Wand 5 angeordnet, sodass der Wärmetauscher 17 guten thermischen Kontakt mit der zweiten Wand 5 hat. Der Wärmetauscher 17 ist zum Emittieren von Wärme zu einer Umgebungsregion 18 mit einer Temperatur T_s angeordnet. Die Umgebungsregion 18 in 1 bildet eine Umgebungsatmosphäre, alternativ ist aber eine gewisse andere Form eines Absorbers oder etwas anderes, zu der Wärme von dem Wärmetauscher 17 emittiert werden kann. Die Erfindung ist nicht auf die bestimmte Gestaltung von Wärmetauscher 17, der in 1 gezeigt wird, begrenzt, vielmehr ist der Wärmetauscher 17 alternativ ein gewisses anderes Mittel, durch das Wärme in die Umgebungsregion 18 emittiert werden kann. Z. B. bildet der Wärmetauscher 17 statt dessen eine Wand, deren Oberfläche und thermische Leitfähigkeit zum effektiven Emittieren von Wärme zu der Umgebungsregion 18 ausreichend sind.
Die Vorrichtung 1 in 1 ist angeordnet, eine Temperatur T_C der elektrischen Schaltungen 15 zu steuern, wenn die Temperatur T_s der Umgebungsregion 18 innerhalb eines vorbestimmten Intervalls [T_s1, T_s2] zwischen einer unteren und einer oberen Temperatur T_s1 und T_s2 variiert. Die Temperatur T_c der elektrischen Schaltungen 15 wird in diesem Fall derart gesteuert, dass sie einen vorbestimmten Maximalwert T_cmax nicht überschreitet, und auch derart, dass sie nicht unter einen vorbestimmten Minimalwert T_cmin fällt. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind T_s1 = –33°C, Ts2 = 55°C, T_cmin = 0°C und T_cmax = 75°C, die Werte sind, die in technischen Spezifikationen häufig angegeben werden, wie einem Durchschnittsfachmann gut bekannt ist.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben angegebenen Temperaturwerte begrenzt, vielmehr hat ein Durchschnittsfachmann die Möglichkeit, diese gemäß den Umständen auf einem anderen Weg auszuwählen und die Vorrichtung 1 danach anzupassen. Z. B. werden Ts1 zwischen –40°C und –25°C, T_cmin zwischen –10°C und 20°C, Ts2 zwischen 40°C und 55°C und Tcmax zwischen 60°C und 75°C gewählt.
In 1 wird die Vorrichtung 1 gezeigt, wenn die Temperatur T_s der Umgebungsregion 18 einen vorbestimmten ersten Wert T1 überschreitet, der kleiner als Ts2 ist. Dann hat das Medium 11 in dem Container 2 eine niedrige Viskosität (ist sehr flüssig). Wärme, die durch die elektrischen Schaltungen 15 generiert wird, erwärmt die erste Wand 3, die wiederum das Medium 11 in Verbindung mit der ersten Wand 3 erwärmt. Die Erwärmung des Mediums 11 an der ersten Wand 3 verursacht einen aufwärts gerichteten natürlichen Konvektionsfluss, der durch die aufwärts gerichteten Pfeile in 1 angezeigt wird. Der aufwärts gerichtete natürliche Konvektionsfluss wendet in den oberen Teil 7 des Containers 2, wodurch sich das erwärmte Medium 11 der zweiten Wand 5 nähert. Dadurch emittiert das erwärmte Medium über die zweite Wand 5 zu dem Wärmetauscher 17 Wärme. Der Wärmetauscher 17 wiederum emittiert die Wärme in die Umgebungsregion 18. Das erwärmte Medium 11 wird an der zweiten Wand 5 gekühlt, was einen abwärts gerichteten natürlichen Konvektionsfluss bewirkt, wie durch abwärts gerichtete Pfeile in 1 angezeigt. Der aufwärts gerichtete natürliche Konvektionsfluss wendet an dem unteren Teil 9 des Containers 2, wodurch sich das gekühlte Medium 11 der ersten Wand 3 nähert. Somit existiert in dem Container 2 ein zirkulierender natürlicher Konvektionsfluss, der auf einem relativ effektiven Weg die Wärme, die durch die elektrischen Schaltungen 15 generiert wird, durch den Container 2 zu dem Wärmetauscher 17 transportiert, wo die Wärme in die Umgebungsregion 18 emittiert wird. In dem Container 2 ist eine Platte 23 zwischen der ersten und der zweiten Wand 3 und 5 angeordnet. Diese Platte 23 reicht jedoch nicht den ganzen Weg hinauf zu den oberen Teil 7 des Containers 2 und reicht auch nicht den ganzen Weg herab zu dem unteren Teil 9 des Containers 2. Die Platte 23 hält den aufwärts gerichteten natürlichen Konvektionsfluss an der ersten Wand 3 von dem abwärts gerichteten natürlichen Konvektionsfluss an der zweiten Wand 5 getrennt, was den Zirkulationsfluss in dem Container 2 verstärkt.
Der obere Teil 7 und der untere Teil 9 sind angeordnet, die ersten und zweiten Wände 3 und 5 voneinander zu isolieren. Z. B. sind der obere Teil 7 und der untere Teil 9 dünn oder aus einem thermisch isolierten Material hergestellt, oder sie sind beide dünn und aus einem thermisch isolierten Material hergestellt.
2 zeigt in einem Diagramm eine Kurve 25, die schematisch beschreibt, wie eine Temperaturdifferenz ΔT (die vertikale Achse) zwischen der Temperatur Tc der elektrischen Schaltungen 15 und der Temperatur T_s der Umgebungsregion 18 in Abhän gigkeit von der Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 (die horizontale Achse) variiert. Wenn die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 den ersten Wert T1 überschreitet, ist das Medium 11, wie erwähnt, sehr flüssig und die Wärme, die durch die elektrischen Schaltungen 15 generiert wird, wird hauptsächlich durch natürliche Konvektion in dem Container 2 zu dem Wärmetauscher 17 transportiert. Die Temperaturdifferenz ΔT ist deshalb relativ klein, wenn die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 den ersten Wert T1 überschreitet. Wenn die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 den ersten Wert T1 überschreitet, ist außerdem die Temperaturdifferenz ΔT hauptsächlich konstant und entspricht somit annähernd einem fixierten ersten Differenzwert ΔT1. Der erste Differenzwert ΔT1 hängt von den Eigenschaften des Mediums 11, wie etwa Viskosität, Dichte, thermische Leitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität, der Form des Containers 2, hauptsächlich der Bereiche der ersten und zweiten Wände 3 und 5 und dem Abstand zwischen den ersten und zweiten Wänden 3 und 5, ebenso wie der Dimensionierung des Wärmetauschers 17 ab. In diesem Fall sind der Container 2 und der Wärmetauscher 17 in Anbetracht der Eigenschaften des Mediums 11 gestaltet, sodass für den ersten Differenzwert ΔT1 zutrifft, dass ΔT1 < Tcmax – Ts2 ist, aus welchem Grund die Temperatur Tc der elektrischen Schaltungen 15 den Maximalwert Tcmax nicht überschreitet.
Damit die Temperatur Tc der elektrischen Schaltungen 15 nicht unter den Minimalwert T_cmin fällt, wird das Medium 11 so gewählt, dass seine temperaturabhängige Viskosität derart ist, dass die Viskosität ausreichend hoch ist, um den natürlichen Konvektionsfluss in dem Container 2 hauptsächlich zu verhindern, wenn die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 unter einen vorbestimmten zweiten Wert T2 (der kleiner als T1 und größer als Ts1 ist) fällt. In Verbindung damit bedeutet der Ausdruck "wird hauptsächlich verhindert", dass die natürliche Konvektion vollständig oder zu einem derartigen Ausmaß ver hindert wird, dass der Wärmetransport durch natürliche Konvektion in dem Container 2 vernachlässigbar ist. Wenn die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 unter den zweiten Wert T2 fällt, wird somit die Wärme, die durch die elektrischen Schaltungen 15 generiert wird, hauptsächlich mittels thermischer Leitung durch den Container 2 zu dem Wärmetauscher 17 transportiert. Der Wärmetransport durch thermische Leitung ist jedoch beträchtlich weniger effektiv als der Wärmetransport durch natürliche Konvektion. Dadurch bewirkt der Container 2 lediglich einen isolierenden Effekt zwischen den elektrischen Schaltungen 15 und dem Wärmetauscher 17, was bewirkt, dass die Temperaturdifferenz ΔT beträchtlich größer ist als was es der Fall ist, wenn die natürliche Konvektion gut hergestellt ist. Wenn die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 unter den zweiten Wert T2 fällt, ist die Temperaturdifferenz ΔT hauptsächlich konstant und entspricht somit annähernd einem festen zweiten Differenzwert ΔT2. Der zweite Differenzwert ΔT2 hängt von der thermischen Leitfähigkeit des Mediums 11, der Form des Containers 2, hauptsächlich der Bereiche der ersten und zweiten Wände 3 und 5 und dem Abstand zwischen den ersten und zweiten Wänden 3 und 5, ebenso wie der Dimensionierung des Wärmetauschers 17 ab. Der Container 2 und der Wärmetauscher 17 sind in Anbetracht der thermischen Leitfähigkeit des Mediums 11 so gestaltet, dass für den zweiten Differenzwert ΔT2 zutrifft, dass ΔT2 > T_cmin – Ts1 ist, auf Grund dessen die Temperatur T_c der elektrischen Schaltungen nicht unter den Minimalwert T_cmin fällt.
Der zweite Wert T2 ist derart angepasst, dass die natürliche Konvektion in einem ausreichenden Fortschritt hauptsächlich verhindert wird, wenn die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 fällt, damit die Temperatur T_c der elektrischen Schaltungen 15 nicht unter den Minimalwert T_cmin fällt, bezüglich anderer Aspekte ist die Wahl des zweiten Werts T2 aber nicht kritisch. Der erste Wert T1 ist auf einem entsprechenden Weg angepasst, sodass ein gut hergestellter natürlicher Konvektionsfluss in dem Container 2 ausreichend im voraus erhalten wird, wenn sich die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 erhöht, damit die Temperatur der elektrischen Schaltungen Tc nicht den Maximalwert T_cmax überschreitet, aber abgesehen davon ist auch die Wahl des zweiten Werts T2 nicht kritisch. 2 zeigt, dass wenn die Temperatur T_s der Umgebungsregion 18 in dem Intervall zwischen den zweiten und ersten Werten T2 und T1 variiert, es einen allmählichen Übergang von Wärmetransport hauptsächlich durch thermische Leitfähigkeit in dem. Container 2 zu Wärmetransport hauptsächlich durch natürliche Konvektion in dem Container 2 gibt. Dies geschieht natürlich, da das Medium 11 allmählich eine geringere Viskosität erreicht, wenn sich die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 erhöht.
Das Medium 11 ist in dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel eine Flüssigkeit mit temperaturabhängiger Viskosität. Die Flüssigkeit ist z. B. ein geeignet ausgewähltes Öl. Eine andere Alternative ist, dass die Flüssigkeit eine Mischung aus Wasser und Glykol ist. Als ein Vorschlag ist der Massenanteil in Prozent von Glykol, das in der Mischung enthalten ist, 5 bis 60, was eine Viskosität ergibt, die relativ stark mit der Temperatur variiert. Insbesondere ist der Massenanteil in Prozent von Glykol, das in der Mischung enthalten ist, ungefähr 60.
Eine andere Alternative ist, dass das Medium 11 eine Substanz ist, die eine Flüssigkeit ist und niedrige Viskosität aufweist, wenn die Temperatur der Umgebungsregion 18 den ersten Wert T1 überschreitet, wodurch die Wärme, die durch die elektrischen Schaltungen 15 generiert wird, hauptsächlich durch natürliche Konvektion durch den Container 2 zu dem Wärmetauscher 17 auf eine Art und Weise entsprechend der in 1 transportiert wird. Die temperaturabhängigen Eigenschaften der Substanz sind jedoch angepasst, sodass die natürliche Konvektion in dem Container 2 hauptsächlich durch Erstarrung der Substanz verhindert wird, wenn die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 unter den zweiten Wert T2 fällt. Z. B. besteht die Substanz aus unterschiedlichen Formen von Salzen mit Schmelzpunkten, die für die Umstände geeignet sind, wie etwa Natriumazetattrihydrat (C₂H₃NaO₂H₆O₃) oder Glauberit (Na₂Ca(SO₄)₂). Eine andere Alternative ist, dass die Substanz Paraffin oder Ähnliches ist.
Noch eine andere Alternative ist, dass das Medium 11 eine Flüssigkeit umfasst, die eine niedrige Viskosität aufweist. In der Flüssigkeit mit niedriger Viskosität gibt es einen Zuschlagstoff, der in Abhängigkeit von der Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 eine Ablagerung in der Flüssigkeit bildet, wodurch die natürliche Konvektion in dem Container 2 durch die Ablagerung hauptsächlich verhindert wird, wenn die Temperatur Ts der Umgebungsregion 18 unter den zweiten Wert T2 fällt.
In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der Container 2 ausgerichtet, sodass die ersten und zweiten Wände 3 und 5 hauptsächlich vertikal sind. Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Ausrichtung des Containers 2 begrenzt, vielmehr kann. der Container 2 alternativ stattdessen auf einem anderen Weg ausgerichtet sein. Z. B. ist der Container 2 ausgerichtet, sodass die ersten und zweiten Wände 3 und 5 hauptsächlich horizontal sind, wodurch die Platte 23 geeignet weggelassen wird.
Noch ist die Erfindung nur auf die Form des Containers 2, die in 1 gezeigt wird, begrenzt, sondern der Container 2 kann alternativ eine gewisse andere Form haben. Z. B. wird der ersten Wand 13 eine Form gegeben, in der ihre Kontur bezüglich der Form des Objekts, dessen Temperatur zu steuern ist, angepasst ist, wodurch die Vorrichtung 1 weniger Raum einnimmt und die thermische Verbindung zwischen dem Objekt und dem Container 2 verbessert wird.

Claims

Vorrichtung (1), umfassend: ein wärmegenerierendes Objekt (15), einen Wärmetauscher (17) zum Emittieren von Wärme in eine Umgebungsregion (18); und einen Container (2), der ein Medium (11) enthält, und der mit dem Objekt (15) ebenso wie mit dem Wärmetauscher (17) thermisch verbunden ist, wobei die Vorrichtung zum Steuern der Temperatur des wärmegenerierenden Objekts (15) angepasst ist, wodurch das Medium (11) in dem Container (2) temperaturabhängige Eigenschaften aufweist, das Medium niedrige Viskosität hat, wenn die Temperatur des Mediums einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei der Container (2) und der Wärmetauscher (17) angeordnet sind, sodass ein Wärmeeffekt, der durch das Objekt (15) generiert wird, durch natürliche Konvektion in dem Medium (11) von dem Objekt (15) zu dem Wärmetauscher (17) transportiert wird; worin die temperaturabhängigen Eigenschaften des Mediums (11) angepasst sind, sodass die natürliche Konvektion in dem Medium (11) hauptsächlich verhindert wird, wenn die Temperatur des Mediums unter einen anderen vorbestimmten Wert fällt, gekennzeichnet dadurch, dass die Vorrichtung für einer Steuerung der Temperatur des wärmegenerierenden Objekts (15) angepasst ist, wenn die Temperatur einer Umgebungsregion (18) innerhalb eines begrenzten Intervalls variiert, worin die temperaturabhängigen Eigenschaften des Mediums (11) angepasst sind, sodass das Medium niedrige Viskosität aufweist, wenn die Temperatur der Umgebungsregion (18) einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und sodass die natürliche Konvektion in dem Medium (11) hauptsächlich verhindert wird, wenn die Temperatur der Umgebungsregion (18) unter einen vorbestimmten zweiten Wert fällt, der kleiner als der erste Wert ist, wobei der Container (2) und der Wärmetauscher (17) derart angeordnet sind, – dass ein Wärmeeffekt, der durch das Objekt (15) generiert wird, durch natürliche Konvektion in dem Medium (11) von dem Objekt (15) zu dem Wärmetauscher (17) transportiert wird, ohne dass eine Temperatur des Objekts (15) einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet, und – dass der Wärmeeffekt hauptsächlich durch thermische Leitung in dem Medium (11) von dem Objekt (15) zu dem Wärmetauscher (17) transportiert wird, ohne dass die Temperatur des Objekts (15) unter einen vorbestimmten Minimalwert fällt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die temperaturabhängigen Eigenschaften des Mediums (11) derart sind, dass die natürliche Konvektion in dem Medium wegen einer Erstarrung des Mediums (11) hauptsächlich verhindert wird, wenn die Temperatur der Umgebungsregion (18) unter den zweiten Wert fällt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Medium (11) Paraffin enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Medium (11) ein Salz mit einem geeigneten Schmelzpunkt enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Salz Natriumazetattrihydrat ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Salz Glauberit ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Medium (11) eine Flüssigkeit mit temperaturabhängiger Viskosität ist, wodurch die natürliche Konvektion in dem Medium (11) hauptsächlich verhindert wird, wenn die Temperatur der Umgebungsregion (18) unter den zweiten Wert fällt, da das Medium dann viskos ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Medium (11) ein Öl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Medium (11) eine Mischung ist, die Wasser und Glykol umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass die Mischung zwischen 5 und 60 Massenanteil in Prozent von Glykol umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Medium (11) eine Flüssigkeit mit einem Zuschlagstoff umfasst, der abhängig von der Temperatur der Umgebungsregion eine Ablagerung in der Flüssigkeit bildet, wodurch die natürliche Konvektion in dem Medium hauptsächlich durch die Ablagerung verhindert wird, wenn die Temperatur der Umgebungsregion (18) unter den zweiten Wert fällt.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1–11, gekennzeichnet dadurch, dass der Container (2) eine erste Wand (3) umfasst, die in gutem thermischen Kontakt mit dem Objekt (15) angeordnet ist; und dass der Container (2) eine zweite Wand (5) umfasst, die hauptsächlich der ersten Wand (3) entgegenliegt und in gutem thermischen Kontakt mit dem Wärmetauscher angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass die ersten und zweiten Wände (3, 5) hauptsächlich vertikal angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass der Container (2) Mittel (23) zum Trennen eines natürlichen Konvektionsflusses entlang der ersten Wand (3) von einem natürlichen Konvektionsfluss entlang der zweiten Wand (5) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, dass das Mittel zum Trennen der natürlichen Konvektionsflüsse eine Platte (23) ist, die zwischen den ersten und den zweiten Wänden (3, 5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass die ersten und die zweiten Wände hauptsächlich horizontal angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 12–16, gekennzeichnet dadurch, dass der Container (2) angeordnet ist, sodass die ersten und die zweiten Wände (3, 5) thermisch voneinander isoliert sind.
Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1–17, gekennzeichnet dadurch, dass das Objekt (15) Elektronik (15) umfasst.