WO2002050902A1 - Micro heat-exchanger - Google Patents

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WO2002050902A1
WO2002050902A1 PCT/AT2001/000369 AT0100369W WO0250902A1 WO 2002050902 A1 WO2002050902 A1 WO 2002050902A1 AT 0100369 W AT0100369 W AT 0100369W WO 0250902 A1 WO0250902 A1 WO 0250902A1
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WO
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hollow body
inlet
heat exchanger
heat transfer
flow
Prior art date
Application number
PCT/AT2001/000369
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martha Maly-Schreiber
Christoph Hagg
Laszlo KÜPPERS
Original Assignee
Cool Structures Production And Sales Gmbh
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Publication date
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    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/08—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by varying the cross-section of the flow channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a micro-heat exchanger, with a substantially flat hollow body, which is in contact with a component to be tempered and has a base area, through which inlet and outlet openings and adjoining connecting pieces can flow with heat transfer medium.
  • Such heat exchangers are known today in a wide variety of designs for a wide variety of applications - recently as heat sinks for components of high-performance electronics (e.g. so-called chip coolers).
  • chip coolers For the large amounts of heat generated, for example, with very high clocked CPU's on relatively small surfaces (hence the term "micro”, which is not to be taken literally), can often no longer be adequately dissipated with the passive heat sinks or mechanical fans placed on them , there is an increasing tendency to arrange suitable hollow heat sinks on the components to be tempered and to flow through connection hoses, circulating pumps and recoolers with liquid heat transfer medium, mostly water.
  • Adequate cooling capacities are only possible due to the necessary smallness of the system and in particular the heat exchanger if either high cooling medium throughputs (with all negative effects, such as high pressure loss in the system, high pumping power required, high noise level) or correspondingly high quality heat exchangers are used become.
  • Simple and inexpensive known hollow-body heat exchangers are designed, for example, according to FIG. 1 in the accompanying drawings.
  • the heat transfer medium flows in the area of a corner of the flat hollow body, which is essentially in the form of a cuboid with a low height, and flows out again in the area of the diagonally opposite corner, although this is a simple manufacture, but due to the short-circuit flow between the inlet and outlet openings indicated in FIG Efficiency enables.
  • the cooler outputs are due to these short-circuit currents or Nem very small proportion of active heat exchange surface and a very large dead zone (in the illustration according to FIG. 1 bottom left and top right) relatively weak.
  • the flow is essentially laminar and only at very high flow speeds (with all the disadvantages mentioned) do turbulent turbulences which are advantageous for a sufficient heat exchange be achieved.
  • the object of the present invention is to improve a micro-heat exchanger of the type mentioned at the outset in such a way that the disadvantages mentioned of the known arrangements of this type are avoided and in particular that sufficient cooling capacity can be provided in a simple and inexpensive manner.
  • the inlet and outlet openings are essentially slit-like over at least a large part of the dimension with respect to the top surface extend opposite the outer edge region of the hollow body and are provided with connecting pipes which expand or contract correspondingly from the connecting lines from the length and width of the opening slots, at least the inflow region having flow control elements for directing the heat transfer medium in the direction of the heat transfer surface.
  • the cooling medium is thus effective on the entire surface of the heat exchanger.
  • this type of nozzle-shaped inflow - especially, of course, at higher flow speeds - promotes the formation of turbulently swirled flow over the entire hollow body, which ensures excellent cooling performance with the simplest manufacture of the heat exchanger.
  • connection supports arranged essentially perpendicular to the cover surface or separately from the then then e.g. also be arranged laterally on the heat exchanger connecting piece inside the hollow body in the region of the inlet and outlet openings.
  • the opening slots are arranged in the region of the longer side edges with a substantially rectangular top and bottom surface of the hollow body, so that the heat transfer medium meets a correspondingly larger area on the inlet side than if it were introduced on the shorter side would.
  • At least the connecting piece on the inlet side and / or the hollow body itself can be provided in a particularly preferred embodiment of the invention with built-in elements for conducting and / or swirling the heat transfer medium stream. This means that short-circuit currents between the inlet and outlet openings can be reduced further if necessary. can be set or the cooling medium flow can also be redirected to the actual exchange surface, which is in direct contact with the component to be tempered.
  • a further embodiment of the invention is particularly preferred, according to which the hollow body cross section between the inlet and outlet opening is provided with transverse ribs for deflecting the medium flow.
  • FIG. 1 and 2 show arrangements already mentioned at the beginning according to the known prior art
  • FIG. 3 shows an arrangement according to the present invention schematically from above
  • FIG. 4 shows the arrangement according to FIG. 3 in a perspective view
  • FIGS 7 cautiously cut open schematic arrangements according to FIGS. 3 and 4 in a side view to show the flow conditions inside the hollow body
  • FIG. 8 shows another exemplary embodiment in a cut view.
  • FIGS. 1 and 2 with the prior art shown ⁇ micro heat exchangers were initially briefly described.
  • hollow bodies 2 with square base areas 1 resting on components to be temperature-controlled (not shown here), which have inlet and outlet openings 3, 4 in the cover surfaces 5 and not visible here, adjoining them, which are essentially perpendicular to the cover surface 5, through which heat transfer medium can flow.
  • the hollow body 2 is empty inside, which results in a short-circuit flow represented by the arrows 6 between the inlet opening 3 and the outlet opening 4 and the areas at the top right and bottom left in the illustration are poorly flowed through.
  • meandering structures (represented by the arrow 7) are incorporated in a manner which complicates the production (for example by milling out of a solid body or by corresponding wall-like installations in a hollow body), which, although avoiding dead zones when flowing through still have the disadvantages mentioned above with regard to the cooling capacity.
  • the inlet and outlet openings 3, 4 now extend essentially in a slot-like manner over at least a large part of the dimension of outer edge regions 8 of the hollow body 2 lying opposite one another on the top surface 5 and are of the same length with the connecting lines 9 and the width of the opening slots (3, 4) correspondingly widening or narrowing connecting piece 10.
  • These opening slots (3, 4) can be provided in the area of any opposite side edges of the hollow body 2 - but to improve the heat transfer they are arranged in the area of the longer side edges with a rectangular top and bottom surface (5, 1) of the hollow body 2.
  • the connecting pieces are further provided with installation elements 11 for the conduction and / or swirling of the heat transfer medium stream, which are used here as continuous cylindrical tubes in the otherwise hollow connecting pieces 10 and specifically for a division of the medium flowing in via the connecting line 9 over the entire slot length (on the inlet side) or further obstructing short-circuit flows on the outflow side.
  • FIGS. 3 and 4 an arrangement according to FIGS. 3 and 4 is shown in section.
  • the medium stream entering on the left-hand side of the illustration essentially meets the base area 1 of the hollow body 2 with respect to the inlet opening 3 and is deflected from there in a wave-like manner, the main stream being relative here without any further deflections worth mentioning quickly emerges from the hollow body 2 through the outlet opening 4. Since this results in a deteriorated cooling capacity in the right area of the hollow body 2 or the base area 1 compared to the left area, according to FIGS.
  • transverse ribs 13 as installation elements for further deflecting the medium flow be provided, which ensure an equalization of the cooling capacity over the entire hollow body 2 or the base 1.
  • Such transverse ribs 13 or other installation elements 11 can, if necessary, also be provided at other locations in the interior of the hollow body 2 in order to achieve corresponding equalization of the cooling capacity for special hollow body geometries.
  • flow control elements 14 are arranged in the inflow and outflow region of the hollow body 2, which on the side of the inlet opening 3 cause the heat transfer medium to be directed towards the heat transfer surface and thus - as shown - also a lateral arrangement of the connecting pieces 10 on the hollow body Allow 2.
  • the installation bodies otherwise shown in FIG. 8 essentially correspond to the arrangement of the transverse ribs 13 according to FIGS. 6 and 7, but these installation parts could also be configured differently or could not protrude over the entire width.
  • these flow directing elements 14 serve, as already mentioned for the built-in elements 11, to prevent short-circuit currents.

Abstract

The invention relates to a micro heat-exchanger, especially for cooling elements of high-power electronics, comprising a hollow body (2) through which a heat transfer medium can flow via inlet and outlet openings (3, 4) and contingent connecting pieces (10). The aim of the invention is to prevent the formation of dead zones in the flow of the medium and to improve the cooling capacity of the heat exchanger that is yet simple in design. To this end, the inlet and outlet openings (3, 4) are substantially slot-shaped and extend across at least the major part of the dimensions of the outer edge zones (8) of the hollow body (2) that are opposite with respect to the cover layer (5). They are provided with connecting pieces (10) that widen or narrow starting from the connecting lines (9) according to the length and width of the opening slots (3, 4).

Description

Mikro-Wärmetauscher Micro heat exchanger
Die Erfindung betrifft einen Mikro-Wärmetauscher, mit einem im wesentlichen flächigen, mit einer Grundfläche an einem zu temperierenden Bauteil anliegenden, über Ein- und Auslaßöffnungen sowie daran anschließende Anschlußstutzen mit Wärmeübertragungsmedium durchströmbaren Hohlkörper.The invention relates to a micro-heat exchanger, with a substantially flat hollow body, which is in contact with a component to be tempered and has a base area, through which inlet and outlet openings and adjoining connecting pieces can flow with heat transfer medium.
Derartige Wärmetauscher sind heutzutage in vielfältigsten Ausführungen für verschiedenste Anwendungen bekannt - in letzter Zeit vermehrt als Kühlkörper für Bauelemente der Hochleistungs-Elektronik (z.B. sogenannte Chip-Kühler). Nachdem die beispielsweise bei sehr hoch getakteten CPU's auf relativ kleinen Oberflächen (daher die nicht wörtlich zu nehmende Bezeichnung "Mikro-") anfallenden großen Wärmemengen mit den bisher üblich gewesenen passiven Kühlkörpern bzw. darauf aufgesetzten mechanischen Lüftern oft nicht mehr in ausreichendem Maße abgeführt werden können, geht man immer mehr dazu über, passende hohle Kühlkörper auf den zu temperierenden Bauteilen anzuordnen und über Anschlußschläuche, Umwälzpumpen und Rückkühler mit flüssigem Wärmetransportmedium, zumeist Wasser, zu durchströmen. Ausreichende Kühlleistungen sind zufolge der notwendigen Kleinheit des Systems und insbesonders des Wärmetauschers dabei aber nur möglich, wenn entweder hohe Kühlmedium-Durchsätze (mit allen negativen Auswirkungen, wie beispielsweise hoher Druckverlust im System, hoher erforderlicher Pumpleistung, hoher Geräuschpegel) oder aber entsprechend hochwertige Wärmetauscher verwendet werden.Such heat exchangers are known today in a wide variety of designs for a wide variety of applications - recently as heat sinks for components of high-performance electronics (e.g. so-called chip coolers). After the large amounts of heat generated, for example, with very high clocked CPU's on relatively small surfaces (hence the term "micro", which is not to be taken literally), can often no longer be adequately dissipated with the passive heat sinks or mechanical fans placed on them , there is an increasing tendency to arrange suitable hollow heat sinks on the components to be tempered and to flow through connection hoses, circulating pumps and recoolers with liquid heat transfer medium, mostly water. Adequate cooling capacities are only possible due to the necessary smallness of the system and in particular the heat exchanger if either high cooling medium throughputs (with all negative effects, such as high pressure loss in the system, high pumping power required, high noise level) or correspondingly high quality heat exchangers are used become.
Einfache und kostengünstige bekannte Hohlkörper-Wärmetauscher sind beispielsweise gemäß Fig. 1 in den beigeschlossenen Zeichnungen ausgebildet. Das Wärmeübertragungsmedium strömt im Bereich einer Ecke des im wesentlichen als Quader mit geringer Höhe ausgebildeten flächigen Hohlkörpers ein und im Bereich der diagonal gegenüberliegenden Ecke wieder aus, was zwar eine einfache Herstellung aber zufolge der in Fig. 1 angedeuteten Kurzschlußströmung zwischen Ein- und Auslaßöffnung keinen besonderen Wirkungsgrad ermöglicht. Die Kühlerleistungen sind aufgrund dieser Kurzschlußströmungen bzw. ei- nem sehr kleinen Anteil an aktiver Wärmeaustauschfläche und einer sehr großen Totzone (in der Darstellung gemäß Fig. 1 links unten und rechts oben) relativ schwach. Die Strömung erfolgt im wesentlichen laminar und erst bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten (mit allen erwähnten Nachteilen) erzielt man turbulente und für einen ausreichenden Wärmeaustausch vorteilhafte Verwirbelungen.Simple and inexpensive known hollow-body heat exchangers are designed, for example, according to FIG. 1 in the accompanying drawings. The heat transfer medium flows in the area of a corner of the flat hollow body, which is essentially in the form of a cuboid with a low height, and flows out again in the area of the diagonally opposite corner, although this is a simple manufacture, but due to the short-circuit flow between the inlet and outlet openings indicated in FIG Efficiency enables. The cooler outputs are due to these short-circuit currents or Nem very small proportion of active heat exchange surface and a very large dead zone (in the illustration according to FIG. 1 bottom left and top right) relatively weak. The flow is essentially laminar and only at very high flow speeds (with all the disadvantages mentioned) do turbulent turbulences which are advantageous for a sufficient heat exchange be achieved.
Andere bekannte Ausführungen derartiger Wärmetauscher weisen gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 2 beispielsweise mäanderförmig ausgefräste Kanäle mit wiederum zwei in den Ecken gegenüberliegenden Anschlüssen auf. Durch die naturgemäß eine komplizierte Herstellung und damit höhere Kosten bedingenden Strömungskanäle wird der Totzonenanteil der Austauschfläche verringert und damit die Kühlleistung verbessert. Allerdings fördern diese Kanäle eher die Ausbildung laminarer Strömungen und bedingen, daß der Bereich am Ende des durchströmten Kanals bereits von relativ stark erwärmter Kühlflüssigkeit durchflössen wird. Dies bedeutet, daß der Bereich des Strömungskanals an der Einlaßöffnung aufgrund eines höheren Temperaturunterschiedes vom Kühlmedium zur Wärmequelle wesentlich besser gekühlt wird als der Bereich nahe der Auslaßöffnung.According to the schematic representation in FIG. 2, other known designs of such heat exchangers have, for example, channels milled out in a meandering fashion, again with two connections located opposite one another in the corners. Due to the naturally complicated production and therefore higher cost-related flow channels, the dead zone portion of the exchange surface is reduced and thus the cooling performance is improved. However, these channels rather promote the formation of laminar flows and require that the area at the end of the flowed through channel is already flowed through by relatively strongly heated cooling liquid. This means that the area of the flow channel at the inlet opening is cooled much better than the area near the outlet opening due to a higher temperature difference from the cooling medium to the heat source.
Beide bekannten, oben beschriebenen Konzepte ermöglichen also entsprechend hohe Kühlerleistungen nur bei relativ großem Aufwand hinsichtlich der Herstellung bzw. hinsichtlich eines ausreichenden Stromes an Wärmeübertragungsmedium, was beides für Serienanwendungen beispielsweise im Bereich von PCs oder ähnlichen Massenprodukten nachteilig ist.Both known concepts described above thus enable correspondingly high cooling capacities only with relatively great effort in terms of production or in terms of a sufficient flow of heat transfer medium, both of which are disadvantageous for series applications, for example in the area of PCs or similar mass products.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mikro-Wärmetauscher der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die erwähnten Nachteile der bekannten derartigen Anordnungen vermieden werden und daß insbesonders auf einfache und kostengünstige Weise eine ausreichende Kühlerleistung bereitgestellt werden kann.The object of the present invention is to improve a micro-heat exchanger of the type mentioned at the outset in such a way that the disadvantages mentioned of the known arrangements of this type are avoided and in particular that sufficient cooling capacity can be provided in a simple and inexpensive manner.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß sich die Ein- und Auslaßöffnungen im wesentlichen schlitzartig über zumindest einen Großteil der Abmessung von sich bezüglich der Deckfläche gegenüberliegenden Außenkantenbereiches des Hohlkörpers erstrecken und mit sich von den Anschlußleitungen aus der Länge und Breite der Öffnungsschlitze entsprechend erweiternden bzw. verengenden Anschlußstutzen versehen sind, wobei zumindest der Einströmbereich Strömungslenkungselemente zur Lenkung des Wärmeübertragungsmediums in Richtung zur Wärmeübergangsfläche aufweist. Damit wird zumindest ein Großteil der Breite bzw. Länge der Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers unmittelbar von eintretendem Kühlmedium angeströmt und es ergibt sich ein sehr hohes Verhältnis von aktiv durchströmter Fläche zu Totzone. Das Kühlmedium wird damit auf der ganzen Fläche des Wärmetauschers wirksam. Weiters fördert diese Art der düsenförmigen Einströmung - speziell natürlich bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten - die Ausbildung von turbulent verwirbelter Strömung über den ganzen Hohlkörper, was ausgezeichnete Kühlerleistungen bei einfachster Herstellung der Wärmetauscher sicherstellt.This object is achieved according to the present invention in an arrangement of the type mentioned in the introduction in that the inlet and outlet openings are essentially slit-like over at least a large part of the dimension with respect to the top surface extend opposite the outer edge region of the hollow body and are provided with connecting pipes which expand or contract correspondingly from the connecting lines from the length and width of the opening slots, at least the inflow region having flow control elements for directing the heat transfer medium in the direction of the heat transfer surface. This means that at least a large part of the width or length of the heat transfer surface of the heat exchanger is directly flown by the incoming cooling medium, and there is a very high ratio of actively flowed area to dead zone. The cooling medium is thus effective on the entire surface of the heat exchanger. Furthermore, this type of nozzle-shaped inflow - especially, of course, at higher flow speeds - promotes the formation of turbulently swirled flow over the entire hollow body, which ensures excellent cooling performance with the simplest manufacture of the heat exchanger.
Die Strömungslenkungselemente können dabei entweder unmittelbar von den auf der Deckfläche im wesentlichen senkrecht zu dieser angeordneten Anschlußstützen gebildet oder aber separat von den dann z.B. auch seitlich am Wärmetauscher anordenbaren Anschlußstutzen im Inneren des Hohlkörpers im Bereich der Ein- bzw. Auslaßöffnungen angeordnet sein.The flow control elements can either be formed directly by the connection supports arranged essentially perpendicular to the cover surface or separately from the then then e.g. also be arranged laterally on the heat exchanger connecting piece inside the hollow body in the region of the inlet and outlet openings.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei im wesentlichen rechteckiger Deck- und Grundfläche des Hohlkörpers die Öffnungsschlitze im Bereich der längeren Seitenkanten angeordnet sind, womit das Wärmeübertragungsmedium eintrittsseitig auf eine entsprechend größere Fläche trifft, als wenn es an der kürzeren Seite eingebracht würde.According to a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the opening slots are arranged in the region of the longer side edges with a substantially rectangular top and bottom surface of the hollow body, so that the heat transfer medium meets a correspondingly larger area on the inlet side than if it were introduced on the shorter side would.
Zumindest der einlaßseitige Anschlußstutzen und/oder der Hohlkörper selbst können in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung mit Einbauelementen zur Leitung und/oder Verwirbelung des Wärmeübertragungsmedium-Stromes versehen sein. Damit können Kurzschlußströmungen zwischen Ein- und Auslaßöffnung bedarfsweise weiter herabge- setzt werden bzw. kann der Kühlmediumstrom auch vermehrt auf die eigentliche Austauschfläche, die in direktem Kontakt mit dem zu temperierenden Bauteil steht, umgelenkt werden.At least the connecting piece on the inlet side and / or the hollow body itself can be provided in a particularly preferred embodiment of the invention with built-in elements for conducting and / or swirling the heat transfer medium stream. This means that short-circuit currents between the inlet and outlet openings can be reduced further if necessary. can be set or the cooling medium flow can also be redirected to the actual exchange surface, which is in direct contact with the component to be tempered.
Im letztgenannten Zusammenhang besonders bevorzugt ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, gemäß welcher der Hohlkörperquerschnitt zwischen Ein- und Auslaßöffnung mit Querrippen zur Umlenkung des Medium-Stromes versehen ist. Es hat sich durch Versuche herausgestellt, daß der im wesentlichen senkrecht von oben her in den Hohlkörper eintretende Kühlmediumstrom nach seinem ersten Auftreffen auf die eigentliche Wärmeaustauschfläche an der Grundfläche des Hohlkörpers abgelenkt wird und dann wellenartig durch den Hohlkörper bis zur Auslaßöffnung verläuft. Im ungünstigsten Falle ist die Wellenlänge dieser Welle so groß, daß der Kühlmediumstrom in der Hauptsache nach der ersten Umlenkung nur mehr (ähnlich einer Kurzschlußströmung) direkt zur Auslaßöffnung geht. Durch die beschriebenen Querrippen (eine oder auch mehrere) kann diese Wellenbewegung vorteilhaft so beeinflußt werden, daß der Hauptstrom des Kühlmittels die Grundfläche des Hohlkörpers öfters berührt, womit auch weiter von der Einlaßöffnung entfernt noch ausgezeichnete örtliche Kühlleistungen erreicht werden.In the latter context, a further embodiment of the invention is particularly preferred, according to which the hollow body cross section between the inlet and outlet opening is provided with transverse ribs for deflecting the medium flow. It has been found through experiments that the cooling medium stream entering the hollow body essentially vertically from above is deflected after its first impact on the actual heat exchange surface on the base surface of the hollow body and then runs in a wave-like manner through the hollow body to the outlet opening. In the worst case, the wavelength of this wave is so large that the coolant flow mainly goes directly to the outlet opening after the first deflection (similar to a short-circuit flow). By means of the described transverse ribs (one or more), this wave movement can advantageously be influenced in such a way that the main flow of the coolant often touches the base of the hollow body, which also achieves excellent local cooling performances further away from the inlet opening.
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der in der Zeichnung schematisch, dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Fig. 1 und 2 zeigen dabei eingangs bereits angesprochene Anordnungen nach dem bekannten Stand der Technik, Fig. 3 zeigt eine Anordnung nach der vorliegenden Erfindung schematisch von oben, Fig. 4 zeigt die Anordnung nach Fig. 3 in perspektivischer Darstellung, Fig. 5 bis 7 zagen aufgeschnittene schematische Anordnungen gemäß Fig. 3 und 4 in seitlicher Ansicht zur Darstellung der Strömungsverhältnisse im Inneren des Hohlkörpers, und Fig. 8 zeigt ein werteres Ausführungsbespiel in aufgeschnittener Darstellung.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown schematically in the drawing. 1 and 2 show arrangements already mentioned at the beginning according to the known prior art, FIG. 3 shows an arrangement according to the present invention schematically from above, FIG. 4 shows the arrangement according to FIG. 3 in a perspective view, FIGS 7 cautiously cut open schematic arrangements according to FIGS. 3 and 4 in a side view to show the flow conditions inside the hollow body, and FIG. 8 shows another exemplary embodiment in a cut view.
Die beiden in den Fig. 1 und 2 zum Stande der Technik dargestellten Mikro¬ Wärmetauscher wurden eingangs bereits kurz beschrieben. In beiden Fällen handelt es sich um im wesentlichen flächige, mit quadratischen Grundflächen 1 auf hier nicht dargestellten, zu temperierenden Bauteilen aufliegende Hohlkörper 2, die über Ein- und Auslaßöffnungen 3, 4 in den Deckflächen 5 sowie hier nicht ersichtliche, daran anschließende, im wesentlichen senkrecht zur Deckfläche 5 stehende Anschlußstutzen mit Wärmeübertragungsmedium durchströmbar sind. Bei der einfachen Ausführung gemäß Fig. 1 ist der Hohlkörper 2 innen leer, womit sich zwischen der Einlaßöffnung 3 und der Auslaßöffnung 4 eine durch die Pfeile 6 repräsentierte Kurzschlußströmung ergibt und die Bereiche rechts oben und links unten in der Darstellung nur schlecht durchströmt werden. Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind auf die Herstellung verkomplizierende Weise mäanderförmige Strukturen (repräsentiert durch den Pfeil 7) eingearbeitet, (beispielsweise durch Ausfräsungen aus einem massiven Körper oder durch entsprechende wandartige Einbauten in einem Hohlkörper), die zwar Totzonen bei der Durchströmung vermeiden aber trotzdem noch die eingangs bereits angesprochnen Nachteile im Hinblick auf die Kühlleistung haben.Both in FIGS. 1 and 2 with the prior art shown ¬ micro heat exchangers were initially briefly described. In both cases, there are essentially flat hollow bodies 2 with square base areas 1 resting on components to be temperature-controlled (not shown here), which have inlet and outlet openings 3, 4 in the cover surfaces 5 and not visible here, adjoining them, which are essentially perpendicular to the cover surface 5, through which heat transfer medium can flow. 1, the hollow body 2 is empty inside, which results in a short-circuit flow represented by the arrows 6 between the inlet opening 3 and the outlet opening 4 and the areas at the top right and bottom left in the illustration are poorly flowed through. In the embodiment according to FIG. 2, meandering structures (represented by the arrow 7) are incorporated in a manner which complicates the production (for example by milling out of a solid body or by corresponding wall-like installations in a hollow body), which, although avoiding dead zones when flowing through still have the disadvantages mentioned above with regard to the cooling capacity.
Gemäß den Fig. 3 bis 7 erstrecken sich nun die Ein- und Auslaßöffnungen 3, 4 im wesentlichen schlitzartig über zumindest einen Großteil der Abmessung von sich auf der Deckfläche 5 gegenüberliegenden Außenkantenbereichen 8 des Hohlkörpers 2 und sind mit sich von den Anschlußleitungen 9 aus der Länge und Breite der Öffnungsschlitze (3, 4) entsprechend erweiternden bzw. verengenden Anschlußstutzen 10 versehen. Diese Öffnungsschlitze (3, 4) können an sich im Bereich beliebiger gegenüberliegender Seitenkanten des Hohlkörpers 2 vorgesehen sein - zur Verbesserung der Wärmeübertragung sind sie aber bei rechteckiger Deck- und Grundfläche (5, 1) des Hohlkörpers 2 jeweils im Bereich der längeren Seitenkanten angeordnet.3 to 7, the inlet and outlet openings 3, 4 now extend essentially in a slot-like manner over at least a large part of the dimension of outer edge regions 8 of the hollow body 2 lying opposite one another on the top surface 5 and are of the same length with the connecting lines 9 and the width of the opening slots (3, 4) correspondingly widening or narrowing connecting piece 10. These opening slots (3, 4) can be provided in the area of any opposite side edges of the hollow body 2 - but to improve the heat transfer they are arranged in the area of the longer side edges with a rectangular top and bottom surface (5, 1) of the hollow body 2.
Beide Anschlußstutzen 10 sind gemäß Fig. 4 durch ihre Ausrichtung und Anordnung auf der Deckfläche 5 des Hohlkörpers 2 als Strömungslenkungselemente wirksam, womit auf der Einströmseite das Wärmeübertragungsmedium in Richtung zur Wärmeübergangsfläche gelenkt und an der Ausströmseite Kurzschlußströmungen behindert werden. Die Anschlußstutzen sind weiters mit Einbauelementen 11 zur Leitung und/oder Verwirbelung des Wärmeübertragungsmedium-Stromes versehen, die hier als durchgehende zylindrische Röhrchen in den ansonsten hohlen Anschlußstutzen 10 eingesetzt sind und speziell für eine Aufteilung des über die Anschlußleitung 9 zuströmenden Mediums über die gesamt Schlitzlänge sorgen (eingangsseitig) bzw. Kurschlußströmungen auf der Abströmseite weiter behindern.4 by their orientation and arrangement on the top surface 5 of the hollow body 2 are effective as flow control elements, so that the heat transfer medium is directed towards the heat transfer surface on the inflow side and short-circuit currents are prevented on the outflow side. The connecting pieces are further provided with installation elements 11 for the conduction and / or swirling of the heat transfer medium stream, which are used here as continuous cylindrical tubes in the otherwise hollow connecting pieces 10 and specifically for a division of the medium flowing in via the connecting line 9 over the entire slot length (on the inlet side) or further obstructing short-circuit flows on the outflow side.
In Fig. 5 ist beispielsweise eine Anordnung gemäß den Fig. 3 und 4 geschnitten dargestellt. Der an der in der Darstellung linken Seiten eintretende Mediumstrom (symbolisiert durch die mit Pfeil versehende Linie 12) trifft im wesentlichen gegenüber der Einlaßöffnung 3 auf die Grundfläche 1 des Hohlkörpers 2 und wird von dort wellenförmig abgelenkt, wobei hier der Hauptstrom ohne nennenswerte weitere Umlenkungen relativ rasch durch die Auslaßöffnung 4 wieder aus dem Hohlkörper 2 austritt. Da sich damit im rechten Bereich des Hohlkörpers 2 bzw. der Grundfläche 1 eine gegenüber dem linken Bereich verschlechterte Kühlleistung ergibt, können gemäß Fig. 6 und 7 im Hohlkörper 2 zwischen Ein- und Auslaßöffnung 3, 4 Querrippen 13 als Einbauelemente zur weiteren Umlenkung des Mediumstromes vorgesehen sein, die eine Vergleichmäßigung der Kühlleistung über den gesamten Hohlkörper 2 bzw. die Grundfläche 1 sicherstellen. Derartige Querrippen 13 bzw. auch andere Einbauelemente 11 können bedarfsweise auch an anderen Stellen im Inneren des Hohlkörpers 2 vorgesehen werden, um für spezielle Hohlkörpergeometrien entsprechende Vergleichmäßigungen der Kühlleistung zur erreichen.5, for example, an arrangement according to FIGS. 3 and 4 is shown in section. The medium stream entering on the left-hand side of the illustration (symbolized by the line 12 provided with an arrow) essentially meets the base area 1 of the hollow body 2 with respect to the inlet opening 3 and is deflected from there in a wave-like manner, the main stream being relative here without any further deflections worth mentioning quickly emerges from the hollow body 2 through the outlet opening 4. Since this results in a deteriorated cooling capacity in the right area of the hollow body 2 or the base area 1 compared to the left area, according to FIGS. 6 and 7 in the hollow body 2 between the inlet and outlet opening 3, 4 transverse ribs 13 as installation elements for further deflecting the medium flow be provided, which ensure an equalization of the cooling capacity over the entire hollow body 2 or the base 1. Such transverse ribs 13 or other installation elements 11 can, if necessary, also be provided at other locations in the interior of the hollow body 2 in order to achieve corresponding equalization of the cooling capacity for special hollow body geometries.
Gemäß Fig. 8 sind im Ein- und Ausströmbereich des Hohlkörpers 2 im Inneren Strömungslenkungselemente 14 angeordnet, welche auf der Seite der Einlaßöffnung 3 eine Lenkung des Wärmeübertragungsmediums in Richtung zur Wärmeübertragungsfläche bewirken und somit - wie dargestellt - auch eine seitliche Anordnung der Anschlußstutzen 10 am Hohlkörper 2 erlauben. Die sonst in Fig. 8 noch dargestellten Einbaukörper entsprechen im wesentlichen der Anordnung der Querrippen 13 gemäß den Fig. 6 und 7, wobei diese Einbauteile aber auch anders ausgestaltet oder nicht über die gesamt Breite ragend sein könnten. Auslaßseitig dienen diese Strömungslenkungselemente 14 wie auch bereits zu den Ein- bauelementen 11 erwähnt, zur Verhinderung von Kurzschlußströmungen.According to FIG. 8, flow control elements 14 are arranged in the inflow and outflow region of the hollow body 2, which on the side of the inlet opening 3 cause the heat transfer medium to be directed towards the heat transfer surface and thus - as shown - also a lateral arrangement of the connecting pieces 10 on the hollow body Allow 2. The installation bodies otherwise shown in FIG. 8 essentially correspond to the arrangement of the transverse ribs 13 according to FIGS. 6 and 7, but these installation parts could also be configured differently or could not protrude over the entire width. On the outlet side, these flow directing elements 14 serve, as already mentioned for the built-in elements 11, to prevent short-circuit currents.
P a t e n t a n s p r ü c h e ; P a t e n t a n s r u c h e;

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Mikro-Wärmetauscher, mit einem im wesentlichen flächigen, mit einer Grundfläche (1) an einem zu temperierenden Bauteil anliegenden, über Ein- und Auslaßöffnungen (3, 4) sowie daran anschließende Anschlußstutzen (10) mit Wärmeübertragungsmedium durchströmbaren Hohlkörper (2), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ein- und Auslaßöffnungen (3, 4) im wesentlichen schlitzartig über zumindest einen Großteil der Abmessung von sich bezüglich der Deckfläche (5) gegenüberliegenden Außenkantenbereichen (8) des Hohlkörpers (2) erstrecken und mit sich von den Anschlußleitungen (9) aus der Länge und Breite der Öffnungsschlitze (3, 4) entsprechend erweiternden bzw. verengenden Anschlußstutzen (10) versehen sind, und daß zumindest der Einströmbereich Strömungslenkungselemente zur Lenkung des Wärmeübertragungsmediums in Richtung zur Wärmeübergangsfläche aufweist.1. micro-heat exchanger, with a substantially flat hollow body (2) with a base surface (1) on a component to be temperature-controlled, via inlet and outlet openings (3, 4) and adjoining connecting pieces (10), through which heat transfer medium can flow, characterized in that the inlet and outlet openings (3, 4) extend essentially in a slot-like manner over at least a large part of the dimension of outer edge regions (8) of the hollow body (2) opposite one another with respect to the cover surface (5) and with them from the connecting lines ( 9) are provided from the length and width of the opening slots (3, 4) correspondingly expanding or narrowing connecting piece (10), and that at least the inflow region has flow control elements for guiding the heat transfer medium in the direction of the heat transfer surface.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungslenkungselemente unmittelbar von den auf der Deckfläche (5) im wesentlichen senkrecht zu dieser angeordneten Anschlußstutzen (10) gebildet sind.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow control elements are formed directly from the on the top surface (5) substantially perpendicular to this arranged connection piece (10).
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungslenkungselemente (14) im Inneren des Hohlkörpers (2) im Bereich der Ein- bzw. Auslaßöffnungen (3, 4) angeordnet sind.3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the flow control elements (14) inside the hollow body (2) are arranged in the region of the inlet and outlet openings (3, 4).
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei im wesentlichen rechteckiger Deck- und Grundfläche (5, 1) des Hohlkörpers (2) die Öffnungsschlitze (3, 4) im Bereich der längeren Seitenkanten angeordnet sind. 4. Heat exchanger according to one of claims 1 to 3, characterized in that the opening slots (3, 4) are arranged in the region of the longer side edges with a substantially rectangular top and bottom surface (5, 1) of the hollow body (2).
5. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der einlaßseitige Anschlußstutzen (10) und/oder der Hohlkörper (2) selbst mit Einbauelementen (11) zur Leitung und/oder Verwirbelung des Wäremübertragungsmedium-Stromes versehen ist (sind).5. Heat exchanger according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that at least the inlet-side connecting piece (10) and / or the hollow body (2) itself is provided with installation elements (11) for conduction and / or swirling the heat transfer medium stream (are).
6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörperquerschnitt zwischen Ein- und Auslaßöffnung (3, 4) mit Querrippen (13) zur Umlenkung des Medium-Stromes versehen ist. 6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the hollow body cross section between the inlet and outlet opening (3, 4) is provided with transverse ribs (13) for deflecting the medium flow.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005071748A1 (en) * 2004-01-22 2005-08-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and system for cooling at least one electronic device
WO2006010822A2 (en) * 2004-06-24 2006-02-02 TECHNOLOGIES DE L'ECHANGE THERMIQUE Société Anonyme Simplifiée Improved cooling devices for different applications
IT201900016769A1 (en) * 2019-09-19 2021-03-19 Giovanni Marini STRUCTURE OF EXCHANGER AND AIR CONDITIONING EQUIPMENT

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5667949A (en) * 1979-11-07 1981-06-08 Hitachi Ltd Cooling body of electrical parts
DE3329325A1 (en) * 1982-09-03 1984-03-08 Peter 2563 Ipsach Herren Heat sink for liquid cooling of at least one electrical power element
US5079619A (en) * 1990-07-13 1992-01-07 Sun Microsystems, Inc. Apparatus for cooling compact arrays of electronic circuitry
US5099311A (en) * 1991-01-17 1992-03-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Microchannel heat sink assembly
DE4315581A1 (en) * 1993-05-11 1994-11-17 Fraunhofer Ges Forschung Laser diodes with cooling system
JPH09102568A (en) * 1995-10-05 1997-04-15 Mitsubishi Electric Corp Plate type heat sink
DE19833707A1 (en) * 1998-07-27 2000-02-10 Abb Daimler Benz Transp Cooler for fluid cooling electronic component; has long thin cooling channel with length between twenty and two hundred times its height

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5023695A (en) * 1988-05-09 1991-06-11 Nec Corporation Flat cooling structure of integrated circuit
US6154363A (en) * 1999-12-29 2000-11-28 Chang; Neng Chao Electronic device cooling arrangement

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5667949A (en) * 1979-11-07 1981-06-08 Hitachi Ltd Cooling body of electrical parts
DE3329325A1 (en) * 1982-09-03 1984-03-08 Peter 2563 Ipsach Herren Heat sink for liquid cooling of at least one electrical power element
US5079619A (en) * 1990-07-13 1992-01-07 Sun Microsystems, Inc. Apparatus for cooling compact arrays of electronic circuitry
US5099311A (en) * 1991-01-17 1992-03-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Microchannel heat sink assembly
DE4315581A1 (en) * 1993-05-11 1994-11-17 Fraunhofer Ges Forschung Laser diodes with cooling system
JPH09102568A (en) * 1995-10-05 1997-04-15 Mitsubishi Electric Corp Plate type heat sink
DE19833707A1 (en) * 1998-07-27 2000-02-10 Abb Daimler Benz Transp Cooler for fluid cooling electronic component; has long thin cooling channel with length between twenty and two hundred times its height

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 005, no. 129 (E - 070) 19 August 1981 (1981-08-19) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 08 29 August 1997 (1997-08-29) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005071748A1 (en) * 2004-01-22 2005-08-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and system for cooling at least one electronic device
WO2006010822A2 (en) * 2004-06-24 2006-02-02 TECHNOLOGIES DE L'ECHANGE THERMIQUE Société Anonyme Simplifiée Improved cooling devices for different applications
WO2006010822A3 (en) * 2004-06-24 2006-05-11 Technologies De L Echange Ther Improved cooling devices for different applications
IT201900016769A1 (en) * 2019-09-19 2021-03-19 Giovanni Marini STRUCTURE OF EXCHANGER AND AIR CONDITIONING EQUIPMENT

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