FI110030B - Työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuva lämmönsiirrin ja menetelmä työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuvan lämmönsiirtimen valmistamiseksi - Google Patents

Description

110030

Työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpö-energiaan perustuva lämmönsiirrin ja menetelmä työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuvan lämmönsiirtimen valmistamiseksi 5 Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuva lämmönsiirrin, jossa on lämmönlähteen generoiman lämpöenergian muualle johtamiseksi lämmönsiirrinelementtejä, joissa on työainetta.

10 Keksinnön kohteena on myös menetelmä työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuvan lämmönsiirtimen valmistamiseksi, jossa lämmönsiirtimessä on lämmönlähteen generoiman lämpö-energian muualle johtamiseksi lämmönsiirrinelementtejä, joissa on työainetta.

Lämmönsiirto sinänsä on vanha ja tunnettu ongelma. Esimerkiksi 15 elektroniikassa sen merkitys on jatkuvasti korostunut integrointitiheyksien ja tehon kasvaessa, koska esimerkiksi kaikki elektroniset komponentit generoivat lämpöä, jonka poisjohtaminen on välttämätöntä komponenttien optimaalisen ja luotettavan toiminnan aikaansaamiseksi. Kun elektroniikka jatkuvasti kehittyy suuntaan, jossa yhä suurempia tehoja käsitellään yhä pienemmissä tilavuuk-. 20 sissa, on elektronisten komponenttien lämpötilan hallinnasta muodostunut yksi ratkaiseva suunnittelun kriteeri. Monet tämän päivän elektronisista laitteista : ” tarvitsevat jäähdytystä, jota ei voida saavuttaa tavanomaisten metallisten • t · • V jäähdytysripojen avulla.

Tämä keksintö ei kuitenkaan rajoitu ainoastaan elektronisten kom-:Y: 25 ponenttien lämpötilanhallintaan, vaan lämmönlähteellä tarkoitetaan tässä yh-teydessä mitä tahansa lämmönlähdettä, jonka lämpötilaa on tarvetta hallita tai jonka lämpöenergiaa voidaan käyttää muualla hyväksi.

.·. : Eräs tapa hallita lämpötiloja eli toisin sanoen jäähdyttää tai lämmit- ,···[ tää, on käyttää lämpöputkia, joista on tulossa yhä tärkeämpi lämmönsiirtoväli-30 ne lämmönlähteiden lämpötilanhallintasovellutuksissa.

Lämpöputkien toiminta perustuu nestemäisen työaineen faasimuu-tokseen höyrystimessä, höyryn siirtymiseen lauhduttimeen ja tiivistymiseen siellä takaisin nesteeksi. Tiivistynyt nestemäinen työaine kulkeutuu kapillaari-voimien vaikutuksesta takaisin höyrystimelle erityisen sydänrakenteen avulla.

• ♦ 35 Eräs toinen mahdollisuus palauttaa tiivistynyt työaine takaisin höyrystimelle on käyttää painovoimaa. Höyrystyminen tapahtuu lämmönlähteen generoiman 110030 2 lämmön energiaa hyväksikäyttämällä ja tiivistyminen aikaansaadaan siten, että lämpöputken lauhdutinpää on kylmemmässä tilassa, josta syystä höyry luovuttaa höyrystymisessä saamansa latentin lämpönsä ja tiivistyy nesteeksi. Koska höyrystymiseen sitoutuva latentti lämpö on huomattavan suuri ja massansiirto 5 nopea, päästään lämpöputkilla aivan eri luokkaa oleviin lämmönsiirtotehoihin kuin lämmönjohtamiseen perustuvilla siirtimillä. Perinteisesti on jokaista läm-mönlähdettä kohti ollut oma erillinen lämpöputki.

Viime aikoina perinteisten lämpöputkien rinnalle on ilmaantunut erityisiä mikrolämpöputkia. Mikrolämpöputkien dimensiot ovat yleensä pienem-10 piä, tyypillisesti parin millimetrin suuruusluokkaa. Myös mikrolämpöputkissa työaine palautuu nestemäisenä lauhduttimelta höyrystimelle kapillaarivoiman vaikutuksesta. Toisin kuin perinteisissä putkissa, mikrolämpöputkissa kapillaarivoiman aiheuttavat terävät kulmat mikrolämpöputken sisällä perinteisten putkien erillisen sydänrakenteen sijasta.

15 Mikrolämpöputkia on toistaiseksi vain paria eri mallia. Tyypillisimmät rakenteet ovat yksinkertaiset kolmio- tai neliöpoikkileikkaukset. Olennaista on, että rakenteessa esiintyy sellaisia kohtia kuten nurkkia, jotka ovat riittävän pieniä kohdistaakseen kapillaarivoimia nestemuodossa olevaan työaineeseen. Nämä mainitut kohdat kulkevat mikrolämpöputken päiden välillä, ja siirtävät si-20 ten höyrystettävän nestemäisen työaineen takaisin ns. lauhdutinpäästä ns. höyrystymispäähän höyrystettäväksi. Samaan aikaan mikrolämpöputkeen pi-tää jäädä vapaa höyrykanava.

" Eräs lämmönsiirtimen rakenne, jossa käytetään tällaisia mikroläm- t · pöputkia, on sellainen, jossa perusmateriaalissa on useita toisistaan erillään ’ ; 25 olevia mikrolämpöputkia rinnan. Tällainen ratkaisu on esitetty US-• » v.: patenttijulkaisussa 5,527,588, jossa esitetään mikrolämpöputkipaneeli ja me- ν' ·* netelmä sen valmistamiseksi.

Ongelmana yllä kuvatuissa järjestelyissä on se, että tällaisessa lämmönsiirtimessä, joissa käytetään tällaisia mikrolämpöputkia, on yleensä ai- t · 30 noastaan pieni määrä mikrolämpöputkia. Tämä johtaa siihen, että lämmönsiirtimessä, jossa on tällaisia mikrolämpöputkia, voidaan käyttää suhteellisen vä- * * · hän työainetta. Tämä saattaa johtaa tilanteeseen, jossa työainetta ei enää pa-laudu höyrystimelle eli ns. kuivumisraja on saavutettu. Tällaisen tilanteen sat-tuessa lakkaa mikrolämpöputki toimimasta toivotulla tavalla eli se ei enää pys-35 ty johtamaan lämmönlähteen generoimaa lämpöenergiaa pois.

3 110030

Vastaava tilanne syntyy myöskin siitä syystä, että yksittäisessä mik-rolämpöputkessa on yksinkertaisesti liian vähän sellaisia kohtia, jotka siirtävät työainetta lauhdutinpäästä takaisin höyrystimelle eli kohdistavat kapillaarivoimaa työaineeseen.

5 Lämpöputkia voidaan lämpötilanhallinnan lisäksi hyödyntää esimer kiksi termostaatti-, lämpödiodi- ja lämpökytkinsovellutuksissa. Keksinnön mukainen lämmönsiirrin soveltuu käytettäväksi myös tällaisissa sovelluksissa.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää lämmönsiirrin, joka ratkai-10 see yllä mainitut ongelmat.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan lämmönsiirtimellä, jolle on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerk-kiosassa.

Keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen edulliset suoritusmuodot ovat 15 epäitsenäisten patenttivaatimusten 2-11 kohteena.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä lämmönsiirtimen valmistamiseksi.

Keksinnön mukaisen valmistusmenetelmän edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten 13-17 kohteena.

. 20 Keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen etuna on se, että sen raken- • · · ;··’ ne mahdollistaa lämmönsiirrinelementeissä kuten mikrolämpöputkissa suu-• · · : ** remman lukumäärän sellaisia kohtia, jotka kohdistavat kapillaarivoimaa nes-• * · • V temäiseen työaineeseen verrattuna samankokoiseen lämmönsiirtimeen, jossa käytetään perinteisiä mikrolämpöputkia. Tämä johtaa siihen, että ns. kuivumis-:Y: 25 raja, jossa työainetta ei enää palaudu höyrystimelle ja lämmönsiirrin lakkaa toimimasta, ylitetään vasta entistä suuremmalla lämmönsiirtoteholla.

Edelleen saavutetaan keksinnön mukaisella lämmönsiirtimellä se : etu, että sen edullinen rakenne mahdollistaa suuremman lukumäärän läm- .···. mönsiirrinelementtejä per tilavuusyksikkö, mikä johtaa siihen, että keksinnön 30 mukaisessa lämmönsiirtimessä voidaan vastaavasti käyttää enemmän työ-ainetta kuin perinteisessä lämmönsiirtimessä, joka työaine siirtää lämpöener-giaa.

Edelleen saavutetaan keksinnön mukaisella lämmönsiirtimellä se * · etu, että koska siinä voi olla enemmän lämmönsiirrinelementtejä per tila-35 vuusyksikkö kuin perinteisessä lämmönsiirtimessä, voidaan keksinnön mukaisesta lämmönsiirtimestä tehdä pienikokoisempi kuin perinteinen lämmönsiirrin , 110030 4 ja silti saavuttaa perinteisen lämmönsiirtimen lämpöenergian siirtokyky. Tämä on suuri etu varsinkin pienikokoisissa laitteissa, joissa ei aikaisemmin ole voitu käyttää lämmönsiirtimiä johtuen niiden suuresta koosta. Pienuudesta on myös hyötyä laitteissa, joissa käytetään lämmönsiirtoputkia muuhun tarkoitukseen 5 kuin varsinaiseen lämmön siirtämiseen, kuten termostaateissa, lämpödiodeis-sa ja lämpökytkimissä.

Edelleen saavutetaan keksinnön mukaisella lämmönsiirtimellä se etu, että se on valmistusteknisesti yksinkertainen valmistaa. Esimerkiksi työstämällä, muovaamalla, valamalla tai sintraamalla voidaan pintoihin helposti ai-10 kaansaada sellaisia muotoja, jotka aiheuttavat kapillaarivoiman työaineeseen. Tällaisten alkuaan yhtenäisten lämmönsiirrinosien alkuaan erillisiä pintoja voidaan helposti saattaa toistensa läheisyyteen siten, että muodostuu lämmön-siirrinelementtejä.

Edelleen saavutetaan keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen eräällä 15 edullisella suoritusmuodolla se etu, että koska siinä on ainakin yksi alkuaan yhtenäinen onteloilla ja että toistensa läheisyyteen saatetut pinnan alueet ovat mainitun ainakin yhden ontelotilan sisäpinnalla. Tällaisia ontelotiloja voidaan yksinkertaisella tavalla muovata esimerkiksi puristamalla niitä kahden työkalun välillä siten, että sen alkuaan ainakin kaksi erillistä pinnan aluetta saatetaan 20 toistensa läheisyyteen, jolloin alkuaan yhtenäiseen lämmönsiirrinosaan muo-dostuu ainakin kaksi lämmönsiirrinelementtiä.

Edelleen saavutetaan keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen eräällä . edullisella suoritusmuodolla se etu, että koska lämmönsiirrinelementit kulkevat siinä oleellisesti keskenään yhdensuuntaisesti, on tällaisen lämmönsiirtimen 25 valmistaminen yksinkertaista.

v.: Edelleen saavutetaan keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen eräällä v : edullisella suoritusmuodolla se etu, että koska siinä on ainakin kaksi lämmön siirrinelementtiä yhdistetty toisiinsa ainakin yhdellä yhdyskanavalla, paranee lämmönsiirtimen lämmönsiirtokyky, koska tällaisella järjestelyllä saadaan jääh-30 dytys- tai lämmityskapasiteettia sinne, missä sitä tarvitaan. Se, että on mahdollista yhdistää lämmönsiirrinelementtejä, helpottaa lisäksi keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen valmistusta, koska tämä johtaa siihen, että jokaista ’ ·; ·' lämmönsiirrinelementtiä ei tarvitse sinetöidä erikseen.

i‘‘‘: Edelleen saavutetaan keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen eräällä ·:··· 35 edullisella suoritusmuodolla se etu, että koska siinä on lämmönsiirrinelimet, jotka on sovitettu luovuttamaan lämmönsiirrinelementtien lauhduttimiin johdet- 5 110030 tua lämpöenergiaa ympäristöön, paranee keksinnön mukaisen lämmönsiirti-men lämmönsiirtokyky, koska kapillaarivoima tehostuu siitä syystä, että työaine tiivistyy höyryfaasista nopeammin takaisin nesteeksi.

Edelleen saavutetaan keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen eräällä 5 edullisella suoritusmuodolla se etu, että koska lämmönsiirrinelimet siinä ovat ilmajäähdytyselimiä, jotka on integroitu lämmönsiirtimeen edullisesti siten, että alkuaan yhtenäinen lämmönsiirrinosa ja ilmajäähdytyselimet muodostavat yhtenäisen kokonaisuuden, paranee mainitun alkuaan yhtenäisen lämmönsiir-rinosan lämmönsiirtokyky, mikä tehostaa keksinnön mukaisen lämmönsiirti-10 men toimintaa. Tämä johtuu siitä, että mainitulla alkuaan yhtenäisellä läm-mönsiirrinosalla ja siten vastaavasti myös lämmönsiirtimellä on tässä edullisessa suoritusmuodossa paljon yhtenäistä rajapintaa, josta lämpimämpi lämmönsiirrinosa voi luovuttaa lämpöenergiaa kylmempään ympäristöön. Vaihtoehtoisesti voi lämmönsiirrineliminä myös olla nestejäähdytyselimet, jolloin nes-15 tejäähdytyksen avulla tehostetaan keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen toimintaa.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista 20 kuvio 1 esittää, kuinka levymäisestä alkuaan yhtenäisestä lämmön- siirrinosasta muodostetaan keksinnön mukainen lämmönsiirrin, : :: kuvio 2 esittää keksinnön mukaista lämmönsiirrintä leikattuna, jossa * · * • lisäksi on lämmönsiirrinelimet, kuvio 3 esittää, kuinka yhdestä alkuaan yhtenäisestä lämmönsiir-:V: 25 rinosasta, jossa on onteloilla, voidaan muodostaa keksinnön mukainen läm- :T; mönsiirrin, jossa on kaksi lämmönsiirrinelementtiä, kuvio 4 esittää, kuinka yhdestä alkuaan yhtenäisestä lämmönsiir-: rinosasta, jossa on ontelotila, voidaan muodostaa keksinnön mukainen läm- ,···! mönsiirrin, jossa on useampi lämmönsiirrinelementti, 30 kuvio 5 esittää, kuinka yksi alkuaan yhtenäinen lämmönsiirrinosa, v.: jossa on ontelotila, on yhdistettävissä perusmateriaaliin puristamalla sitä sy- vennykseen, jolloin siihen muodostuu keksinnön mukainen lämmönsiirrin.

kuviossa 6 on esitetty mistä kuviossa 1 esitetty leikkaus on otettu, kuviossa 7 on esitetty mistä kuviossa 2 esitetty leikkaus on otettu, * ♦ 35 kuviossa 8 on esitetty mistä kuviossa 3-5 esitetyn putken leikkaus on otettu, . 110030 6 kuviossa 9 on esitetty mistä kuvioissa 3 esitetty leikkaus on otettu, ja kuviossa 10 on esitetty mistä kuviossa 4 esitetty leikkaus on otettu. Keksinnön yksityiskohtainen selostus 5 Keksinnön mukainen lämmönsiirrin 10 on työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuva lämmönsiirrin.

Lämmönsiirtimessä 10 on lämmönlähteen 11 generoiman lämmön muualle johtamiseksi lämmönsiirrinelementtejä 12, joissa on työainetta (ei esitetty kuvioissa).

10 Lämmön muualle johtamisella tarkoitetaan tässä yhteydessä yleen sä lämpöenergian johtamista pois lämmönlähteestä 11. Tällaisia lämmönläh-teitä 11 voi tietysti olla enemmän kuin yksi.

Keksinnön mukaisessa lämmönsiirtimessä 10 on alkuaan yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13, joka on muotoiltu siten, että sen ainakin kaksi aikuis aan erillistä pinnan aluetta 13a, 13b on saatettu toistensa läheisyyteen siten, että alkuaan yhtenäisellä lämmönsiirrinosalla 13 on muodostettu ainakin yksi lämmönsiirrinelementti 12.

Keksinnön mukainen lämmönsiirrin 10 on edullisesti muodostettu yhdestä alkuaan yhtenäisestä lämmönsiirrinosasta 13. Tämä helpottaa kek-20 sinnön mukaisen lämmönsiirtimen 10 valmistusta, koska yhteenliitettävien osi-en lukumäärä on minimoitu.

• ” Kuviossa 1 on esitetty, kuinka yhdestä levyn muotoisesta alkuaan ·* * yhtenäisestä lämmönsiirrinosasta 13 muodostetaan keksinnön mukainen lämmönsiirrin 10.

•'V: 25 Alkuaan yhtenäisen lämmönsiirrinosan 13 materiaalin tulee olla sel- lainen, että siitä valmistettuja alkuaan yhtenäisiä lämmönsiirrinosia 13 voidaan muovata. Myös hyvä lämmönjohtavuus on edullinen ominaisuus.

.·. : Periaatteessa voidaan työaineena käyttää mitä tahansa ainetta, jo- ··, ka pystyy höyrystymään lämmönlähteen generoiman hukkalämmön vaikutuk- 30 sesta. Tyypillisin työaine on vesi, jonka nesteolomuoto sattuu esimerkiksi .v elektronisten komponenttien lämpöhallinnan kannalta varsin sopivalle alueelle 0 - 100°C. Lisäksi vedellä on suuri höyrystymislämpö, eli pienellä vesimäärällä : v. voidaan sitoa paljon lämpöenergiaa.

I,,!; Työaineena voidaan vaihtoehtoisesti käyttää korkean lämpötilan

» I

35 nestemetalleja (K, Na), kryogeenisia nestekaasuja (H2, N2), alkoholia, ammo- 7 110030 niakkia tai freonia. Myös muita vaihtoehtoja on olemassa. Työaineen valinta riippuu lisäksi alkuaan yhtenäisen lämmönsiirrinosan 13 materiaalista.

Lämmönsiirrinelementeillä 12 on kaksi päätä. Lämmönlähteen 11 lähellä olevaa päätä kutsutaan höyrystimeksi ja vastakkaista päätä kutsutaan 5 lauhduttimeksi. Höyrystinpäässä nestemäinen työaine (ei esitetty kuvioissa) höyrystyy kaasuksi ja sitoo väliaineelle ominaisen höyrystymislämmön eli latentin lämmön itseensä. Lämmönlähteen 11 generoima hukkalämpö aikaansaa mainitun nestemäisen työaineen höyrystymisen. Höyrystyminen aiheuttaa painegradientin lämmönsiirrinelementissä 12, joka pakottaa höyrystetyn työai-10 neen virtaamaan vastakkaiseen päähän. Höyryn kuljetus tapahtuu adiabaatti-sesti, jolloin paine- ja lämpötilavaihtelut ovat pieniä. Lauhduttimessa höyry tiivistyy takaisin nesteeksi, luovuttaen höyrystymislämpönsä lauhduttimeen. Jotta tämä höyrystetyn työaineen kulkeutuminen lauhdutinpäähän ja tiivistyminen siellä takaisin nestemäiseksi työaineeksi aikaansaadaan, tulee lauhdutinpään 15 olla sijoitettu kylmempään tilaan kuin höyrystinpään. Työaine palautetaan nestemäisenä höyrystinpäähän lämmönsiirrinelementin 12 seinämään muodostettuja teräviä kulmia tai vastaavia pitkin, jotka aiheuttavat kapillaarivoiman nestemäiseen työaineeseen. Nämä terävät kulmat tai vastaavat ulottuvat lämmönsiirrinelementin 12 höyrystyspään ja lauhdutuspään välillä. Olennaista on, 20 että lämmönsiirrinelementissä 12 esiintyy sellaisia kohtia kuten kulmia, nurkkia tai vastaavia, jotka ovat riittävän pieniä kohdistaakseen kapillaarivoimia nes-temäiseen työaineeseen. Samaan aikaan lämmönsiirrinelementtiin 12 pitää , jäädä vapaa höyrykanava. Lämmönsiirrinelementtien 12 perustoiminta on si- nänsä tunnettua tekniikkaa eikä sitä selitetä tässä yhteydessä lähemmin.

25 Lämmönsiirrinosaan 13 on edullisesti muodostettu ainakin yksi v.: lämmönsiirrinkanava 14. Lämmönsiirrinkanavalla 14 tarkoitetaan tässä yhtey- • * · dessä sellaista rakennetta, joka on avoin.

Lämmönsiirrinkanava 14 on edullisesti ura tai vastaava alkuaan yh-tenäisen lämmönsiirrinosan 13 pinnalla. Vaihtoehtoisesti voi lämmönsiirrin- ·"*: 30 kanava 14 myös olla viiste tai vastaava alkuaan yhtenäisen lämmönsiirrinosan 13 reunalla. Vaihtoehtoisesti voi lämmönsiirrinkanava 14 olla toisennäköinen • » · kuin mitä kuvioissa on esitettyjä olla sijoitettu johonkin toiseen kohtaan alku- » · ‘ ·; ·' aan yhtenäisellä lämmönsiirrinosalla 13.

Alkuaan yhtenäisessä lämmönsiirrinosassa 13 voi myös edullisesti ;·· 35 olla ainakin yksi alkuaan yhtenäinen ontelotila 15. Tällöin mainitut ainakin kak si alkuaan erillistä pinnan aluetta 13a, 13b ovat mainitun ainakin yhden yhte- „ 110030

O

näinen ontelotilan 15 sisällä. Tällaisia alkuaan yhtenäisiä ontelotiloja 15 voi tietysti olla enemmän kuin yksi.

Kuviossa 3 on alkuaan yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13, jonka alkuaan yhtenäinen ontelotila 15 muotoillaan siten, että sen ainakin kaksi alkuaan 5 erillistä pinnan aluetta 13a, 13b saatetaan toistensa läheisyyteen siten, että alkuaan yhtenäiseen lämmönsiirrinosaan 13 muodostuu kaksi lämmönsiir-rinelementtiä 12.

Vastaavasti saadaan putkimaiseen yhtenäiseen lämmönsiirrinosaan 13 useampi lämmönsiirrinelementti 12 saattamalla alkuaan yhtenäisen ontelo-10 tilan 15 monta alkuaan erillisiä pinnan alueita 13a, 13b toistensa läheisyyteen kuten kuviossa 4 on esitetty.

Alkuaan yhtenäistä lämmönsiirrinosaa 13 kuviossa 3 ja 4 voidaan myös edullisesti muovata siten, että toinen puoli tulee tasaiseksi, josta syystä siihen voidaan helposti kiinnittää lämmönlähde 11.

15 Vaikkakin kuvioissa 3 - 5 on esitetty poikkileikkaukseltaan oleellisesti pyöreitä alkuaan yhtenäisiä lämmönsiirrinosia 13, on tietysti täysin mahdollista, että alkuaan yhtenäisellä lämmönsiirrinosalla 13 on toisennäköinen poikkileikkaus.

Alkuaan yhtenäisen ontelotilan 15 alkuaan erilliset pinnan alueet 20 13a, 13b voidaan edullisesti saattaa toistensa läheisyyteen esimerkiksi puris- ··· tamalla alkuaan yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13 kahden työkalun 16 välissä ; *... kuten kuviossa 4 esitetään.

··,·. On täysin mahdollista, että keksinnön mukaisessa lämmönsiirtimes- <it\ sä 10 on myös sellaisia lämmönsiirrinelementtejä 12, joiden rakenne vastaa . . 25 perinteisen mikrolämpöputken rakennetta ja/tai että siinä on käytössä myös *;*;* perinteisiä lämpöputkia.

*·' ' Muovaamalla toistensa läheisyyteen alkuaan erilliset alueet 13a, 13b, voidaan ne myös tarvittaessa liittää yhteen edullisesti liimaamalla, hit- • · saamalla tai juottamalla. Myös muita mahdollisia liitosmenetelmiä on olemas- 30 sa. Liitosmenetelmän valitsemisessa on tärkeätä, että sillä voidaan aikaan- ,v. saada tiivis liitos. Yksittäiset lämmönsiirrinelementit 12 voivat joissakin tapauk-• » * sissa olla yhteydessä toisiinsa, mutta lämmönsiirrinelementit 12 tulee olla eris- » · ’! * tetty ympäristöstä.

; Keksinnön mukaisella lämmönsiirtimellä 10 on edullisesti lämmön- 35 siirrinelimiä 17, jotka on sovitettu luovuttamaan lauhdutinalueeseen johdettua lämpöenergiaa ympäristöön.

9 110030

Keksinnön mukaisella lämmönsiirtimellä 10 on edullisesti lämmön-siirrinelimiä 17, jotka on sovitettu luovuttamaan lämmönsiirtimeen 10 johdettua lämpöenergiaa ympäristöön.

Lämmönsiirrinelimet 17 ovat edullisesti ilmajäähdytyselimiä, jotka 5 on integroitu lämmönsiirtimeen 10. Kuviossa 2 ilmajäähdytyselimet ovat ripoja, jotka on edullisesti valmistettu yhtenäiseksi osaksi mainitun alkuaan yhtenäisen lämmönsiirrinosan 13 kanssa siten, että ne yhdessä muodostavat yhtenäisen osan. Tällöin keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen 10 ja ympäristön välillä on enemmän sellaista rajapintaa, jonka kautta lämmönsiirrin 10 luovut-10 taa siihen johdettua lämpöenergiaa ympäristöön, jolloin keksinnön mukaisen lämmönsiirtimen 10 lämmönsiirtokyky on tehokkaampaa.

Lämmönsiirrinelimet 17 voivat myös olla nestejäähdytyselimiä, jolloin lämmönsiirrin 10 jäähdytetään jäähdytysnesteen nesteen avulla.

Keksinnön mukaisessa lämmönsiirtimessä 10 on myös edullisesti 15 ainakin yksi yhdyskanava 18, joka yhdistää ainakin kaksi lämmönsiirrinele-menttiä 12.

Tämän ainakin yhden yhdyskanavan 18 tarkoitus on lämmönsiirto-kapasiteetin edullisempi jakaminen, jolloin lämmönsiirtokapasiteettia saadaan siihen, missä sitä tarvitaan. Valmistusteknisesti tämä myös helpottaa keksin-20 nön mukaisen lämmönsiirtimen 10 valmistusta, koska tämä johtaa siihen, että ·:· jokaista lämmönsiirrinelementtiä 12 ei tarvitse sinetöidä erikseen.

• · · ··... Vaihtoehtoisesti voi kaikki lämmönsiirrinelementit 12 olla yhdistetty ··.·. toisiinsa siten, että lämmönsiirtimen 10 sisällä on yksi ainoa oleellisesti yhte- _ näinen ontelo (ei esitetty kuvioissa). Tämäkin on mahdollista, kunhan mainitun 25 ontelon sisällä on tarpeeksi sellaisia kohtia, jotka kohdistavat kapillaarivoimaa < · · työaineeseen.

Lämmönsiirrinelementit 12 voi olla sijoitettu monella eri tavalla, lämmönsiirrinelementit 12 voivat esimerkiksi olla sijoitettu siten, että lämmön-siirrinelementit 12 kulkevat lämmönlähteestä 11 oleellisesti yhdensuuntaisesti. 30 lämmönsiirrinelementit 12 voivat lisäksi edullisesti olla sijoitettu yhdensuuntai-sesti piirilevyn tasoa vasten.

* * » Lämmönsiirrinelementit 12 voi myös esimerkiksi olla sijoitettu siten, '! * että ne kuljettavat työaineen jäähdytettäväksi johonkin tiettyyn pisteeseen.

i V Vaihtoehtoisesti voi lämmönsiirrinelementit 12 olla sijoitettu siten, » 35 että lämmönsiirrinelementit 12 kulkevat lämmönlähteestä 11 kaksi- tai kolmi-ulotteisesti.

10 1 10030

Keksinnön mukainen lämmönsiirrin 10 voidaan yhdistää lämmön-lähteeseen 11 monella eri tavalla. Tärkeintä on, että terminen kontakti läm-mönlähteen 11 ja lämmönsiirtimen 10 välillä on mahdollisimman hyvä. Tavanomaisia termisiä väliaineita voidaan käyttää termisen kontaktin parantamisek- 5 si.

Kuviossa 5 esitetään, kuinka putkimainen alkuaan yhtenäinen läm-mönsiirrinosa 13 on puristettavissa perusmateriaaliin 19 tehtyyn muotoiltuun syvennykseen 20, jolloin perusmateriaaliin 19 aikaansaadaan keksinnön mukainen lämmönsiirrin 10. Tällä tavalla saadaan erittäin hyvä terminen kontakti 10 lämmönsiirrinelementin 12 ja perusmateriaalin 19 välillä.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuvan lämmönsiirtimen 10 valmistamiseksi, jossa lämmönsiirtimessä 10 on lämmönlähteen 11 generoiman lämpöenergian muualle johtamiseksi lämmönsiirrinelementtejä 12, 15 joissa on työainetta.

Menetelmä käsittää ainakin vaiheet, joissa järjestetään alkuaan yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13, muotoillaan yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13 siten, että sen ainakin kaksi erillistä pinnan aluetta 13a, 13b tulevat toistensa läheisyyteen siten, että yhtenäisellä lämmönsiirrinosalla 13 muodostuu ainakin 20 yksi lämmönsiirrinelementti 12. Tämä on esitetty esimerkiksi kuviossa 1.

Tämän jälkeen täytetään lämmönsiirrinelementti 12 ainakin osittain • · · ··... työaineella, ja suljetaan lämmönsiirrinelementti 12 tiiviiksi. Tällä tarkoitetaan *v. sitä, että lämmönsiirrinelementti suljetaan siten, että siitä ei pääse aineita si- • · t \ sään eikä ulos. Lämpöenergiaa tulee kuitenkin voida siirtyä lämmönlähteestä , . 25 11 lämmönsiirrinelementtiin 12 tämän höyrystinpäässä ja lämmönsiirrinele- • * · '; ’; * mentistä 12 pois tämän lauhdutinpäässä.

I I I

*’ ’ Vaihtoehtoisesti voidaan keksinnön mukaisen menetelmän työvai heet suorittaa jossakin toisessa järjestyksessä.

• ·

Edullisesti voidaan lämmönsiirrinosan 13 pintaa työstää ennen kuin 30 yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13 muotoillaan, jolloin aikaansaadaan muodos-,v. tuneisiin lämmönsiirrinelementteihin 12 enemmän sellaisia kohtia, kuten esi- t * · l.! merkiksi teräviä kulmia, jotka kohdistavat kapillaarivoimaa työaineeseen. Työs- • t ’!* tämällä voidaan esimerkiksi edullisesti aikaansaada kuviossa 1 olevia läm- »· * j mönsiirrinkanavia 14.

35 Kuviossa 3 on esitetty, kuinka yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13, jos sa on yksi yhtenäinen ontelotila 15, muotoillaan siten, että yhtenäisen onteloti- „ 110030

Ian 15 sisällä olevat kaksi erillistä pinnan aluetta 13a, 13b tulevat toistensa läheisyyteen siten, että yhtenäisellä lämmönsiirrinosalla 13 muodostuu kaksi lämmönsiirrinelementtiä 12. Tällaisia erillisiä pinnan alueita 13a, 13b voi tietysti olla enemmän kuin kaksi. Lisäksi voi tällaisia yhtenäisiä ontelotiloja 15 olla 5 useampi.

Yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13 voidaan edullisesti muotoilla puristamalla sitä kahden työkalun 16 välissä, kuten kuviossa 4 on esitetty. Tällaisia työkaluja 16 voi tietysti olla enemmän kuin kaksi. Edullisesti on ainakin yhdellä työkalulla 16 tasainen työpinta, jolloin muodostuu lämmönsiirtimeen tasainen 10 asennuspinta (ei esitetty kuvioissa) lämmönlähdettä 11 varten.

Edullisesti sijoitetaan ainakin yhteen yhtenäiseen ontelollaan 15 aine, joka ainakin osittain vastustaa ontelothan 15 kokoonpuristumista. Tällaisen aineen valitsemisessa ja ontelothan täyttöasteessa on otettava huomioon mm. ontelothan pienentyminen kun sitä muotoillaan.

15 Yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13 voidaan myös edullisesti muotoilla hydraulisella muovauksella. Tällaisia hydraulisia muovausmenetelmiä tunnetaan esimerkiksi kauppanimillä Vari-Form ja Hydroform. Yhtenäisen lämmön-siirrinosan 13 valmistuksessa voidaan edullisesti käyttää sellaisia valmistusmenetelmiä kuten vetämistä, pursotusta tai rullaamista.

20 Yhtenäinen lämmönsiirrinosa 13 voidaan myös muotoilla käyttämäl- lä useiden erilaisten valmistusmenetelmien, kuten muovausmenetelmien yh-distelmää.

. Alan ammattilaiselle on selvää, että edellä mainitut valmistusmene- i · ’ » · telmät ovat vain esimerkkejä sopivista menetelmistä, ja että muitakin tarkoituk-] 25 seen soveltuvia valmistusmenetelmiä on olemassa.

I 1 I

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksin-: nön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdel- • 1 ! la patenttivaatimusten puitteissa.

30 f · t • 1 i t · I » · » 1 I f 1 * » » · > > » * I · ♦ t » I I ·

I I

I 1 I s »

Claims (17)

1. Työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuva lämmönsiirrin (10), jossa on lämmönlähteen (11) generoiman lämpöenergian muualle johtamiseksi 5 lämmönsiirrinelementtejä (12), joissa on työainetta, tunnettu siitä, että siinä on lämmönsiirrinosa (13), joka on muotoiltu siten, että sen ainakin kaksi alkuaan erillistä pinnan aluetta (13a, 13b) on saatettu toistensa läheisyyteen siten, että lämmönsiirrinosalla (13) on muodostettu ainakin yksi 10 lämmönsiirrinelementti (12).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että lämmönsiirrinosaan (13) on muodostettu ainakin yksi lämmönsiirrin-kanava (14).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu 15 siitä, että lämmönsiirrinkanava (14) on ura tai vastaava.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että lämmönsiirrin (10) on muodostettu yhdestä lämmönsiirrinosasta (13).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että lämmönsiirrinosassa (13) on ainakin yksi alkuaan yhtenäinen onteloja 20 tila (15), ja että mainitut ainakin kaksi alkuaan erillistä pinnan aluetta (13a, ;;** 13b) ovat mainitun ainakin yhden yhtenäisen ontelotilan (15) sisällä. * * * j

" 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu • siitä, että lämmönsiirrinosa (13) on putken muotoinen.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu 25 siitä, että lämmönsiirtimessä (10) on lämmönsiirrinelimiä (17), jotka on sovi-tettu luovuttamaan edelleen ympäristöön lämpöenergiaa, jota on johdettu lämmönsiirtimeen (10).

: 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu • · · .···’ siitä, että lämmönsiirrinelimet (17) ovat ilmajäähdytyselimiä, jotka on integroitu 30 lämmönsiirtimeen (10). v.:

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että lämmönsiirrinelimet (17) ovat nestejäähdytyselimiä.

:%·. 10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu • · siitä, että lämmönsiirtimessä (10) on ainakin yksi yhdyskanava (18), joka yh- • « 35 distää ainakin kaksi lämmönsiirrinelementtiä (12). 13 110030

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämmönsiirrin, tunnettu siitä, että lämmönsiirrinelementit (12) ovat oleellisesti yhdensuuntaisia.

12. Menetelmä työaineeseen olomuodon muutoksessa sitoutuvaan lämpöenergiaan perustuvan lämmönsiirtimen (10) valmistamiseksi, jossa läm- 5 mönsiirtimessä (10) on lämmönlähteen (11) generoiman lämpöenergian muualle johtamiseksi lämmönsiirrinelementtejä (12), joissa on työainetta, tunnettu siitä, menetelmä käsittää ainakin seuraavat vaiheet: järjestetään lämmönsiirrinosa (13), muotoillaan lämmönsiirrinosa (13) siten, että sen ainakin kaksi eril-10 listä pinnan aluetta (13a, 13b) tulevat toistensa läheisyyteen siten, että läm-mönsiirrinosalla (13) muodostuu ainakin yksi lämmönsiirrinelementti (12) täytetään lämmönsiirrinelementti (12) ainakin osittain työaineella, ja suljetaan lämmönsiirrinelementti (12) tiiviiksi.

12 110030

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että järjestetään lämmönsiirrinosa (13), jossa on ainakin yksi yhtenäinen ontelotila (15), muotoillaan lämmönsiirrinosa (13) siten, että mainitun ainakin yhden yhtenäisen ontelothan (15) sisällä olevat ainakin kaksi erillistä pinnan aluetta 20 (13a, 13b) tulevat toistensa läheisyyteen siten, että lämmönsiirrinosalla (13) muodostuu ainakin kaksi lämmönsiirrinelementtiä (12).

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu ;. ]* siitä, että ainakin yhteen yhtenäiseen ontelotilaan (15) sijoitetaan aine, joka ai-• · ·’ nakin osittain vastustaa ontelothan (15) kokoonpuristumista. ‘ * 25

15. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu • · v.: siitä, että lämmönsiirrinosa (13) muotoillaan puristamalla sitä ainakin kahden • · · v · työkalun (16) välissä.

16. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmönsiirrinosa (13) muotoillaan hydraulisella muovauksella. • · .*··. 30

17. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu ,·, siitä, että lämmönsiirrinosan (13) pinta työstetään ennen kuin lämmönsiir- » » · rinosaa (13) muotoillaan. • · » I 14 110030