Gebiet der
ErfindungTerritory of
invention
Die
Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Kühlen
einer wärmeerzeugenden
Einrichtung, und speziell einen verzweigten bzw. durchsetzten Verteiler
zur Reduzierung des Druckabfalls in einem Mikrokanal-Wärmetauscher.The
The invention relates generally to a method and apparatus
for cooling
a heat-producing
Device, and especially a branched or enforced distributor
to reduce the pressure drop in a microchannel heat exchanger.
Hintergrund
der Erfindungbackground
the invention
Seit
ihrer Einführung
in den frühen
80er Jahren des vergangenen Jahrhunderts haben sich Mikrokanal-Kühler als
sehr geeignet für
Anwendungen bei hoher Wärmeflußdichte
erwiesen und sind in der Industrie benutzt worden. Existierende
Mikrokanäle weisen
jedoch konventionelle parallele Kanalanordnungen auf, welche nicht
gut zum Kühlen
wärmeerzeugender
Ein richtungen geeignet sind, die räumlich variierende Wärmelasten
aufweisen. Solche wärmeerzeugenden
Einrichtungen haben Bereiche, welche mehr Wärme als andere Bereiche erzeugen.
Diese wärmeren
Bereiche werden hier als „Heißstellen" bezeichnet, während die
Bereiche der Wärmequelle, welche
nicht so viel Wärme
erzeugen, hier als „Warmstellen" bezeichnet werden.since
their introduction
in the early days
80s of the past century have become micro-channel cooler than
very suitable for
Applications at high heat flux density
proven and used in the industry. existing
Have microchannels
however, conventional parallel channel arrangements which do not
good for cooling
calorific
A directions are suitable, the spatially varying heat loads
exhibit. Such heat-producing
Facilities have areas that generate more heat than other areas.
These warmer
Areas are referred to herein as "hot spots" while the
Areas of the heat source which
not so much heat
generate, here as "hot spots" to be called.
1A zeigt einen vorbekannten
Wärmetauscher 10,
der über
ein thermisches Grenzschichtmaterial 98 an eine elektronische
Einrichtung 99 wie einen Mikroprozessor gekoppelt ist.
Wie in 1A gezeigt ist,
strömt
Flüssigkeit
allgemein von einem einzigen Einlaßanschluß 12 entlang der Bodenfläche 11 zwischen
den parallelen Mikrokanälen 14,
wie dieses durch Pfeile gezeigt ist, und tritt durch den Auslaßanschluß 16 aus.
Obwohl der Wärmetauscher 10 die
elektrische Einrichtung 99 kühlt, strömt die Flüssigkeit in gleichförmiger Weise
von dem Einlaßanschluß 12 zum
Auslaßanschluß 16.
Mit anderen Worten, die Flüssigkeit
strömt
im wesentlichen gleichmäßig entlang
der gesamten Bodenfläche 11 des
Wärmetauschers 10 und
führt den
Bereichen der Bodenfläche 11,
die Heißstellen
der Einrichtung 99 entsprechen, nicht mehr Flüssigkeit
zu. Weiterhin steigt die Temperatur der strömenden Flüssigkeit allgemein an, wenn
sie entlang der Bodenfläche 11 des
Wärmetauschers
fließt.
Demgemäß werden
Bereiche der Wärmequelle 99,
welche sich stromabwärts
bzw. nahe zu dem Auslaßanschluß 16 befinden,
nicht mit kalter Flüssigkeit
versorgt, sondern mit Flüssigkeit,
welche stromaufwärts
bereits erwärmt
worden ist. Die erwärmte
Flüssigkeit
verteilt die Wärme
mithin über
die gesamte Bodenfläche 11 des
Wärmetauschers
und dem Bereich der Wärmequelle 99,
wobei Flüssigkeit nahe
zu dem Auslaßanschluß 16 so
heiß ist,
daß sie die
Wärmequelle
nicht kühlen
kann. Außerdem
hat der Wärmetauscher 10 nur
einen Einlaß 12 und
einen Auslaß 16,
was die Flüssigkeit
zwingt, längs
der langen parallelen Mikrokanäle 14 in
der Bodenfläche 11 über die
gesamte Länge
des Wärmetauschers 10 zu strömen, und
dadurch einen hohen Druckabfall zu erzeugen. 1A shows a prior art heat exchanger 10 that is about a thermal interface material 98 to an electronic device 99 as a microprocessor is coupled. As in 1A As shown, fluid generally flows from a single inlet port 12 along the floor surface 11 between the parallel microchannels 14 as shown by arrows, and passes through the outlet port 16 out. Although the heat exchanger 10 the electrical device 99 cools, the liquid flows in a uniform manner from the inlet port 12 to the outlet connection 16 , In other words, the liquid flows substantially uniformly along the entire bottom surface 11 of the heat exchanger 10 and leads the areas of the floor area 11 , the hot spots of the facility 99 comply, no longer liquid too. Furthermore, the temperature of the flowing liquid generally increases as it moves along the bottom surface 11 the heat exchanger flows. Accordingly, areas of the heat source become 99 , which are downstream or close to the outlet port 16 not supplied with cold liquid, but with liquid which has already been heated upstream. The heated liquid distributes the heat over the entire floor area 11 the heat exchanger and the area of the heat source 99 with liquid close to the outlet port 16 so hot that it can not cool the heat source. In addition, the heat exchanger has 10 only one inlet 12 and an outlet 16 , which forces the liquid along the long parallel microchannels 14 in the floor area 11 over the entire length of the heat exchanger 10 to flow, thereby generating a high pressure drop.
1B zeigt eine Seitenansicht
eines bekannten Mehr-Etagen-Wärmetauschers 20.
Flüssigkeit
tritt in den Mehr-Etagen-Wärmetauscher 20 durch
den Anschluß 22 ein
und strömt
durch zahlreiche Düsen 28 in
der mittleren Lage 26 zur Bodenfläche 27 und aus dem
Auslaß 24.
Die entlang den Düsen 28 strömende Flüssigkeit
kann gleichmäßig nach unten
zur Bodenfläche 27 strömen oder
auch nicht. Obwohl die in den Wärmetauscher 20 eintretende Flüssigkeit über die
Länge des
Wärmetauschers 20 verteilt
wird, stellt diese Ausführung
den wärmeren Bereichen
des Wärmetauschers 20 und
der Wärmequelle
nicht mehr Flüssigkeit
zur Verfügung,
welche eine größere Flüssigkeitszirkulation
benötigen. 1B shows a side view of a known multi-level heat exchanger 20 , Liquid enters the multi-level heat exchanger 20 through the connection 22 and flows through numerous nozzles 28 in the middle position 26 to the floor area 27 and from the outlet 24 , The along the nozzles 28 flowing liquid can evenly down to the bottom surface 27 flow or not. Although in the heat exchanger 20 entering liquid over the length of the heat exchanger 20 distributed, this design provides the warmer areas of the heat exchanger 20 and the heat source no longer liquid available, which require a greater fluid circulation.
Weiterhin
sind konventionelle Wärmetauscher
aus Materialien hergestellt, welche in der Bodenfläche einen
hohen thermischen Widerstand aufweisen, so daß der Wärmetauscher einen thermischen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, welcher zu dem der Wärmequelle 99 paßt. Der
hohe thermische Widerstand des Wärmetauschers
gestattet dadurch keinen ausreichenden Wärmeaustausch mit der Wärmequelle 99.
Um dem hohen thermischen Widerstand Rechnung zu tragen, werden größere Kanal-Querschnittsabmessungen
gewählt,
so daß mehr
Wärmeaustausch
zwischen dem Wärmetauscher 10 und
der Wärmequelle 99 erfolgt.
Wenn die Dimensionen der Kanäle
in dem Wärmetauscher kleiner
gemacht werden und der Abstand zwischen den Kanalwänden und
dem hydraulischen Durchmesser verkleinert wird, wird der thermische
Widerstand des Wärmetauschers
reduziert. Ein Problem bei der Verwendung enger Mikrokanäle ist jedoch das
Anwachsen des Druckverlustes entlang den Kanälen. Das Anwachsen des Druckverlustes
stellt extreme Anforderungen an eine Pumpe, welche die Flüssigkeit
durch den Wärmetauscher
treibt. Größere Mikrokanalabmessungen
verursachen auch einen größeren Druckverlust
zwischen den Einlaß-
und Auslaßanschlüssen aufgrund
der langen Entfernung, über
welche ein- oder zweiphasige Flüssigkeit
strömen
muß. Weiterhin
verursacht ein Kochen der Flüssigkeit
in einem Mikrokanal-Wärmetauscher
einen größeren Druckverlust
für eine
gegebene Strömungsgeschwindigkeit
aufgrund der Mischung von Flüssigkeit
und Dampf wie auch der Beschleunigung der Flüssigkeit in der Dampfphase.
Beide dieser Faktoren vergrößern den
Druckverlust je Einheitslänge. Der
große
Druckverlust, der innerhalb der geläufigen Mikrokanal-Wärmetauscher
erzeugt wird, erfordert größere Pumpen,
die höhere
Drücke
erzeugen können,
und daher in einer Mikrokanalanordnung nicht geeignet sind.Furthermore, conventional heat exchangers are made of materials having a high thermal resistance in the bottom surface so that the heat exchanger has a coefficient of thermal expansion which is that of the heat source 99 fits. The high thermal resistance of the heat exchanger thus does not allow sufficient heat exchange with the heat source 99 , To take account of the high thermal resistance, larger channel cross-sectional dimensions are chosen so that more heat exchange between the heat exchanger 10 and the heat source 99 he follows. If the dimensions of the channels in the heat exchanger are made smaller and the distance between the channel walls and the hydraulic diameter is reduced, the thermal resistance of the heat exchanger is reduced. However, one problem with using narrow microchannels is the increase in pressure loss along the channels. The increase in pressure loss places extreme demands on a pump which drives the fluid through the heat exchanger. Larger microchannel dimensions also cause a greater pressure drop between the inlet and outlet ports due to the long distance over which one or two-phase liquid must flow. Furthermore, cooking the liquid in a microchannel heat exchanger causes greater pressure loss for a given flow rate due to the mixture of liquid and vapor as well as the vapor phase acceleration of the liquid. Both of these factors increase the pressure loss per unit length. The large pressure loss created within the current microchannel heat exchanger requires larger pumps that can produce higher pressures and therefore are not suitable in a microchannel arrangement.
Benötigt wird
ein Mikrokanal-Wärmetauscher,
der so ausgebildet ist, daß eine
ordnungsgemäße Gleichförmigkeit
der Temperatur der Wärmequelle
erreicht wird. Außerdem
wird ein Wärmetauscher
benötigt,
der so ausgebildet ist, daß eine
ordnungsgemäße Gleichförmigkeit
im Hinblick auf Heißstellen
der Wärmequelle
erreicht wird. Außerdem wird
ein Wärmetauscher
benötigt,
der eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, um einen
adäquaten
Wärmetausch
mit der Wärmequelle
durchführen
zu können.
Weiterhin wird ein Wärmetauscher benötigt, der
so ausgebildet ist, daß ein
kleiner Druckverlust zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen für die Flüssigkeit
zu erzielen ist.Is needed
a microchannel heat exchanger,
which is designed so that a
proper uniformity
the temperature of the heat source
is reached. Furthermore
becomes a heat exchanger
needed
which is designed so that a
proper uniformity
with regard to hot spots
the heat source
is reached. In addition, will
a heat exchanger
needed
which has a relatively high thermal conductivity to a
adequate
heat exchange
with the heat source
carry out
to be able to.
Furthermore, a heat exchanger is needed, the
is designed so that a
small pressure loss between the inlet and outlet ports for the liquid
to achieve.
Zusammenfassung
der ErfindungSummary
the invention
Unter
einem Aspekt der Erfindung enthält
ein Wärmetauscher
eine Grenzschicht zum Kühlen
einer Wärmequelle,
wobei die Grenzschicht so ausgebildet ist, daß Flüssigkeit durch sie hindurchströmen kann, und
wobei die Grenzschicht eine Dicke innerhalb eines Bereiches von
etwa 0,3 mm bis etwa 1,0 mm aufweist, sowie eine Verteilerschicht
zum Zirkulieren der Flüssigkeit
zu und von der Grenzschicht, wobei die Verteilerschicht einen ersten
Satz von Fingern und einen zweiten Satz von Fingern aufweist, wobei
der erste Satz von Fingern parallel zu dem zweiten Satz von Fingern
angeordnet und dabei so ausgebildet ist, daß der Druckabfall innerhalb
des Wärmetauschers reduziert
wird. Die Flüssigkeit
kann in einem einphasigen Zustand sein. Die Flüssigkeit kann aber auch in einem
zweiphasigen Zustand sein. Wenigstens ein Teil der Flüssigkeit
kann in der Grenzschicht einer Umwandlung aus einem einphasigen
in einen zweiphasigen Zustand unterworfen sein. Ein bestimmter Finger
des ersten Satzes kann durch einen geeigneten Abstand zu einem bestimmten
Finger des zweiten Satzes in einem geeigneten Abstand stehen, um den
Druckverlust in dem Wärmetauscher
zu minimalisieren. Jeder der Finger kann die gleichen Längen- und
Breitenabmessungen aufweisen. Wenigstens einer der Finger kann anders
als die übrigen
Finger dimensioniert sein. Die Finger können in wenigstens einer Dimensionierung
der Verteilerschicht nicht-periodisch angeordnet sein. Wenigstens
einer der Finger kann entlang der Länge der Verteilerschicht eine
variierende Abmessung aufweisen. Die Verteilerschicht kann mehr
als drei und weniger als zehn parallele Finger aufweisen. Die Finger
des ersten und zweiten Satzes können
entlang einer Dimension der Verteilerschicht alternierend angeordnet
sein. Die Verteilerschicht kann so konfiguriert sein, daß sie wenigstens einen
Grenzschicht-Heißstellenbereich
kühlt.
Der Wärmetauscher
kann auch wenigstens einen ersten Anschluß aufweisen, der mit dem ersten
Satz von Fingern kommuniziert, wobei Flüssigkeit durch den wenigstens
einen ersten Anschluß in
den Wärmetauscher
eintritt. Der Wärmetauscher
kann auch wenigstens einen zweiten Anschluß aufweisen, der mit dem zweiten
Satz von Fingern kommuniziert, wobei Flüssigkeit den Wärmetauscher
durch den wenigstens einen zweiten Anschluß verläßt. Die Verteilerschicht kann über der
Grenzschicht angeordnet sein, wobei Flüssigkeit durch den ersten Satz
von Fingern nach unten strömt
und durch den zweiten Satz von Fingern aufwärts strömt. Der Wärmetauscher kann auch eine erste
Anschlußpassage
aufweisen, die mit dem ersten Anschluß und den ersten Satz von Fingern
kommuniziert, wobei die erste Anschlußpassage so konfiguriert ist,
daß sie
Flüssigkeit
von dem ersten Anschluß zu
dem ersten Satz von Fingern kanalisiert. Der Wärmetauscher kann auch eine
zweite Anschlußpassage
aufweisen, die mit dem zweiten Anschluß und dem zweiten Satz von
Fingern kommuniziert, wobei die zweite Anschlußpassage so konfiguriert ist,
daß sie
Flüssigkeit
von dem zweiten Satz von Fingern zum zweiten Anschluß kanalisiert.
Die Grenzschicht kann integral mit der Wärmequelle ausgebildet sein.
Die Grenzschicht kann an die Wärmequelle
gekuppelt sein. Der Wärmetauscher
kann auch eine Zwischenschicht zum Kanalisieren von Flüssigkeit
zu und von einer oder mehreren vorgegebenen Positionen in der Grenzschicht über wenigstens
eine Leitung aufweisen, wobei die Zwischenschicht zwischen der Grenzschicht
und der Verteilerschicht positioniert ist. Die Zwischenschicht kann
an die Grenzschicht und die Verteilerschicht gekoppelt sein. Die
Zwischenschicht kann integral mit der Grenzschicht und der Verteilerschicht
ausgebildet sein. Die wenigstens eine Leitung kann entlang der Zwischenschicht
wenigstens eine variierende Abmessung aufweisen. Die Grenzschicht
kann eine auf ihr angeordnete Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung
eine geeignete thermische Leitfähigkeit
von wenigstens 10 W/m-K aufweist. Die Grenzschicht kann eine thermische
Leitfähigkeit
von wenigstens 100 W/m-K aufweisen. Der Wärmetauscher kann auch mehrere
bzw. eine Vielzahl von Säulen aufweisen,
die in einem vorgegebenen Muster entlang der Grenzschicht angeordnet
sind. Wenigstens eine der Mehrzahl von Säulen kann eine Flächendimension
innerhalb eines Bereiches von 102 μm und 1002 μm
aufweisen. Wenigstens eine der Mehrzahl von Säulen kann eine Höhendimension
innerhalb eines Bereiches von 50μm
und 2mm aufweisen. Wenigstens zwei der Mehrzahl von Säulen kann
zueinander in einem Abstand von 10 bis 150 μm stehen. Die Mehrzahl von Säulen kann
auf ihnen eine Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung eine geeignete
thermische Leitfähigkeit
von wenigstens 10 W/m-K aufweist. Die Grenzschicht kann eine aufgerauhte
Oberfläche
aufweisen. Die Grenzschicht kann eine mikroporöse Struktur aufweisen, die
auf ihr angeordnet ist. Die poröse
Mikrostruktur kann eine Porosität
von 50 bis 80 % aufweisen. Die poröse Mikrostruktur kann eine
durchschnittliche Porengröße innerhalb
eines Bereiches von 10 bis 200 μm
aufweisen. Die poröse
Mikrostruktur kann eine Höhe
innerhalb eines Bereiches von 0,25 bis 2,00 mm aufweisen. Der Wärmetauscher
kann auch eine Anzahl von Mikrokanälen aufweisen, die in einem
vorgegebenen Muster entlang der Grenzschicht angeordnet sind. Wenigstens
einer der Mehrzahl von Mikrokanälen kann
eine Flächendimension
innerhalb eines Bereiches von 102 μm und 1002 μm
aufweisen. Wenigstens einer der Mikrokanäle kann eine Höhendimension
innerhalb des Bereiches von 50 μm
und 2 mm aufweisen. Wenigstens zwei der Mikrokanäle können in einem Abstand von 10
bis 150 μm
zueinander stehen. Wenigstens einer der Mikrokanäle kann eine Breite innerhalb
eines Bereiches von 10 bis 100 μm aufweisen.
Die Mikrokanäle
können
an die Zwischenschicht gekuppelt sein. Die Mikrokanäle können integral
mit der Zwischenschicht ausgebildet sein. Die Mikrokanäle können in
segmentierte Reihen mit wenigstens einer dazwischen angeordneten
Nut unterteilt sein, wobei wenigstens eine Nut zu einem entsprechenden
Finger ausgerichtet ist. Die Mikrokanäle können eine auf ihnen angeordnete
Beschichtung aufweisen, wobei die Beschichtung eine geeignete thermische
Leitfähigkeit
von wenigstens 10 W/m-K aufweist. Eine Überhangdimension kann im Bereich zwischen
0 und 15 mm liegen.In one aspect of the invention, a heat exchanger includes a boundary layer for cooling a heat source, wherein the boundary layer is configured to allow liquid to flow therethrough, and wherein the boundary layer has a thickness within a range of about 0.3 mm to about 1.0 mm and a manifold layer for circulating the fluid to and from the interface, the manifold layer having a first set of fingers and a second set of fingers, wherein the first set of fingers are disposed parallel to the second set of fingers in that the pressure drop within the heat exchanger is reduced. The liquid can be in a single-phase state. The liquid can also be in a biphasic state. At least a portion of the liquid in the boundary layer may undergo conversion from a single phase to a two phase state. A particular finger of the first set may be spaced a suitable distance from a particular finger of the second set at an appropriate distance to minimize pressure loss in the heat exchanger. Each of the fingers can have the same length and width dimensions. At least one of the fingers can be dimensioned differently than the other fingers. The fingers may be non-periodically arranged in at least one dimension of the manifold layer. At least one of the fingers may have a varying dimension along the length of the manifold layer. The manifold layer may have more than three and fewer than ten parallel fingers. The fingers of the first and second sets may be alternately arranged along a dimension of the manifold layer. The manifold layer may be configured to cool at least one interface hot spot region. The heat exchanger may also include at least one first port communicating with the first set of fingers, fluid entering the heat exchanger through the at least one first port. The heat exchanger may also include at least one second port communicating with the second set of fingers, liquid exiting the heat exchanger through the at least one second port. The manifold layer may be disposed over the interface with liquid flowing down through the first set of fingers and flowing upward through the second set of fingers. The heat exchanger may also include a first port passage communicating with the first port and the first set of fingers, wherein the first port passage is configured to channel fluid from the first port to the first set of fingers. The heat exchanger may also include a second port passage communicating with the second port and the second set of fingers, the second port passage being configured to channel fluid from the second set of fingers to the second port. The boundary layer may be formed integrally with the heat source. The boundary layer may be coupled to the heat source. The heat exchanger may also include an intermediate layer for channeling liquid to and from one or more predetermined positions in the boundary layer via at least one conduit, the intermediate layer being positioned between the boundary layer and the manifold layer. The intermediate layer may be coupled to the barrier layer and the manifold layer. The intermediate layer may be formed integrally with the barrier layer and the manifold layer. The at least one line may have at least one varying dimension along the intermediate layer. The barrier layer may have a coating disposed thereon, the coating having a suitable thermal conductivity of at least 10 W / mK. The barrier layer may have a thermal conductivity of at least 100 W / mK. The heat exchanger may also include a plurality of columns arranged in a predetermined pattern along the boundary layer. At least one of the plurality of columns may have an area dimension within a range of 10 2 μm and 100 2 μm. At least one of the plurality of columns may have a height dimension within a range of 50μm and 2mm. At least two of the plurality of columns may be spaced from each other by 10 to 150 μm. The plurality of columns may have a coating thereon, the coating having a suitable thermal conductivity of at least 10 W / mK. The boundary layer may have a roughened surface. The barrier layer may have a microporous structure disposed thereon. The porous microstructure may have a porosity of 50 to 80%. The porous microstructure may have an average pore size within a range of 10 to 200 μm sen. The porous microstructure may have a height within a range of 0.25 to 2.00 mm. The heat exchanger may also include a number of microchannels arranged in a predetermined pattern along the boundary layer. At least one of the plurality of microchannels may have an area dimension within a range of 10 2 μm and 100 2 μm. At least one of the microchannels may have a height dimension within the range of 50 μm and 2 mm. At least two of the microchannels may be at a distance of 10 to 150 microns to each other. At least one of the microchannels may have a width within a range of 10 to 100 μm. The microchannels can be coupled to the intermediate layer. The microchannels may be formed integrally with the intermediate layer. The microchannels may be subdivided into segmented rows having at least one groove therebetween, at least one groove being aligned with a corresponding finger. The microchannels may have a coating disposed thereon, the coating having a suitable thermal conductivity of at least 10 W / mK. An overhang dimension can range between 0 and 15 mm.
Unter
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Wärmetauscher
zum Kühlen einer
Wärmequelle
eine Verteilerschicht mit einem ersten Satz von Fingern in einer
ersten Konfiguration auf, wobei jeder Finger des ersten Satzes Flüssigkeit mit
einer ersten Temperatur kanalisiert, und die Verteilerschicht außerdem einen
zweiten Satz von Fingern einer zweiten Konfiguration aufweist, wobei
jeder Finger des zweiten Satzes Flüssigkeit mit einer zweiten
Temperatur kanalisiert, und der erste Satz sowie der zweite Satz
von Fingern parallel zu einander angeordnet sind, sowie eine Grenzschicht
mit einer Dicke von etwa 0,3 bis 1,0 mm, die so konfiguriert ist,
daß sie
Flüssigkeit
mit der ersten Temperatur an mehreren ersten Stellen empfängt, wobei
jede erste Stelle einem entsprechenden Finger des ersten Satzes
zugeordnet ist, und die Zwischenschicht Flüssigkeit entlang einer Mehrzahl
von vorgegebenen Pfaden zu mehreren zweiten Stellen leitet, wobei
jede zweite Stelle einem entsprechenden Finger des zweiten Satzes
zugeordnet ist. Die Flüssigkeit
kann in einem einphasigen Zustand sein. Die Flüssigkeit kann in einem zweiphasigen
Zustand sein. Wenigstens ein Teil der Flüssigkeit kann in der Grenzschicht einer
Umwandlung zwischen einem einphasigen und einem zweiphasigen Zustand
unterworfen sein. Ein bestimmter Finger des ersten Satzes kann durch
einen geeigneten Abstand im Abstand zu einem bestimmten Finger des
zweiten Satzes stehen, wobei die geeignete Dimension den Druckabfall
in dem Wärmetauscher
reduziert. Der Wärmetauscher
kann auch wenigstens einen ersten Anschluß aufweisen, der mit dem ersten
Satz von Fingern kommuniziert, wobei Flüssigkeit durch wenigstens einen
ersten Anschluß in
den Wärmetauscher
eintritt. Der Wärmetauscher
kann auch wenigstens einen zweiten Anschluß aufweisen, der mit dem zweiten
Satz von Fingern kommuniziert, wobei Flüssigkeit durch wenigstens einen
zweiten Anschluß aus
dem Wärmetauscher
austritt. Die Verteilerschicht kann oberhalb der Grenzschicht positioniert
sein, wobei Flüssigkeit
durch den ersten Satz von Fingern nach unten strömt und durch den zweiten Satz
von Fingern aufwärts
strömt.
Die Grenzschicht kann integral mit der Wärmequelle ausgebildet sein.
Die Grenzschicht kann an die Wärmequelle
gekuppelt sein. Die Finger des ersten Satzes können in alternierender Anordnung
zu den Fingern des zweiten Satzes angeordnet sein. Jeder der Finger
kann die gleichen Längen-
und Breitenabmessungen aufweisen. Wenigstens einer der Finger kann unterschiedliche
Abmessungen als die übrigen
Finger aufweisen. Die Finger können
in wenigstens einer Richtung der Verteilerschicht nicht-periodisch
angeordnet sein. Wenigstens einer der Finger kann entlang der Länge der
Verteilerschicht wenigstens eine variierende Abmessung aufweisen.
Die Verteilerschicht kann mehr als drei und weniger als zehn parallele
Finger aufweisen. Der Wärmetauscher
kann auch eine erste Anschlußpassage
aufweisen, die mit dem ersten Anschluß und dem ersten Satz von Fingern
kommuniziert, wobei die erste Anschlußpassage so konfiguriert ist,
daß sie
Flüssigkeit
von dem ersten Anschluß zu
dem ersten Satz von Fingern leitet. Der Wärmetauscher kann auch eine
zweite Anschlußpassage
aufweisen, die mit dem zweiten Anschluß und dem zweiten Satz von
Fingern kommuniziert, wobei die zweite Anschlußpassage so konfiguriert ist,
daß sie
Flüssigkeit
von dem zweiten Satz von Fingern zu dem zweiten Anschluß kanalisiert.
Der Wärmetauscher
kann auch eine Zwischenschicht zum Kanalisieren von Flüssigkeit
zu und von einer oder mehreren vorgegebenen Positionen in der Grenzschicht über wenigstens
eine Leitung aufweisen, wobei die Zwischenschicht zwischen der Grenzschicht
und der Verteilerschicht positioniert ist. Die Leitung kann in einer
vorgegebenen Konfiguration angeordnet sein, und Flüssigkeit
zu einem oder mehreren Grenzschicht-Heißstellenbereichen in der Zwischenschicht
kanalisieren. Die Leitung kann in einer vorgegebenen Konfiguration
angeordnet sein, um Flüssigkeit
von einem oder mehreren Grenzschicht-Heißstellenbereichen der Zwischenschicht zu
kanalisieren. Die Zwischenschicht kann an die Grenzschicht und die
Verteilerschicht gekuppelt sein. Die Zwischenschicht kann integral
mit der Grenzschicht und der Verteilerschicht ausgebildet sein.
Die Leitung kann wenigstens eine variierende Dimension in der Zwischenschicht
aufweisen. Die Zwischenschicht kann eine auf ihr angeordnete Beschichtung aufweisen,
wobei die Beschichtung eine geeignete thermische Leitfähigkeit
von wenigstens 10 W/m-K aufweist. Die Zwischenschicht kann eine
thermische Leitfähigkeit
von wenigstens 10 W/m-K aufweisen. Der Wärmetauscher kann auch mehrere
Säulen
aufweisen, die in einem vorgegebenen Muster entlang der Zwischenschicht
angeordnet sind. Wenigstens eine der Säulen kann eine Flächenabmessung
im Bereich von 102 μm und 1002 μm aufweisen.
Wenigstens eine der Säulen
kann eine Höhe
von 50 μm
und 2mm aufweisen. Wenigstens zwei der Mehrzahl von Säulen kann
zueinander in einem Abstand von 10 bis 150 μm stehen. Auf den mehreren Säulen kann
eine Beschichtung angeordnet sein, wobei die Beschichtung eine geeignete
thermische Leitfähigkeit
von wenigstens 10 W/m-K aufweist. Die Grenzschicht kann eine aufgerauhte
Oberfläche
aufweisen. Die Grenzschicht kann eine darauf angeordnete mikroporöse Struktur
aufweisen. Die poröse
Mikrostruktur kann eine Porosität
innerhalb eines Bereiches von 50 bis 80 % aufweisen. Die poröse Mikrostruktur
kann eine durchschnittliche Porengröße innerhalb des Bereiches
von 10 bis 200 μm
aufweisen. Die poröse
Mikrostruktur kann eine Höhe
innerhalb eines Bereiches von 0,25 bis 2 mm aufweisen. Der Wärmetauscher kann
auch eine Mehrzahl von Mikrokanälen
aufweisen, die in einem vorgegebenen Muster entlang der Grenzschicht
ausgebildet sind. Wenigstens einer der Mikrokanäle kann eine Flächenabmessung
im Bereich von 102 μm und 1002 μm aufweisen.
Wenigstens einer der Mikrokanäle
kann eine Höhe
innerhalb des Bereiches von 10 μm
und 2mm aufweisen. Wenigstens zwei der Mikrokanäle können zueinander in einem Abstand
von 10 bis 150 μm
stehen. Wenigstens einer der Mikrokanäle kann eine Breite im Bereich
von 10 bis 100 μm
aufweisen. Die Mikrokanäle können an
die Grenzschicht gekuppelt sein. Die Mikrokanäle können integral mit der Grenzschicht
ausgebildet sein. Die Mikrokanäle
können
entlang einer Dimension der Grenzschicht in Segmente unterteilt sein,
wobei wenigstens eine Nut zwischen den unterteilten Mikrokanalsegmenten
ausgebildet ist. Die Mikrokanäle
können
entlang einer Dimension der Grenzschicht kontinuierlich verlaufen.
Die wenigstens eine Nut kann zu einem korrespondierenden Finger
ausgerichtet sein. Auf den Mikrokanälen kann eine Beschichtung
angeordnet sein, wobei die Beschichtung eine geeignete thermische
Leitfähigkeit von
wenigstens 20 W/m-K aufweist. Eine Überhangdimension kann im Bereich
zwischen 0 und 15 mm liegen.In another aspect of the present invention, a heat exchanger for cooling a heat source comprises a manifold layer having a first set of fingers in a first configuration, wherein each finger of the first set channels fluid at a first temperature, and the manifold layer further comprises a second set of fingers a second configuration, wherein each finger of the second set channels liquid at a second temperature, and the first set and the second set of fingers are arranged parallel to each other, and a boundary layer having a thickness of about 0.3 to 1.0 mm configured to receive liquid at the first temperature at a plurality of first locations, wherein each first location is associated with a corresponding finger of the first set, and the interface layer directs fluid along a plurality of predetermined paths to a plurality of second locations, each second place a entspre associated finger of the second sentence. The liquid can be in a single-phase state. The fluid may be in a biphasic state. At least a portion of the liquid in the boundary layer may undergo conversion between a single-phase and a two-phase state. A particular finger of the first set may be spaced a suitable distance from a particular finger of the second set, the appropriate dimension reducing the pressure drop in the heat exchanger. The heat exchanger may also include at least one first port communicating with the first set of fingers, fluid entering the heat exchanger through at least one first port. The heat exchanger may also include at least one second port communicating with the second set of fingers, fluid exiting the heat exchanger through at least one second port. The manifold layer may be positioned above the boundary layer with liquid flowing down through the first set of fingers and flowing upward through the second set of fingers. The boundary layer may be formed integrally with the heat source. The boundary layer may be coupled to the heat source. The fingers of the first set may be arranged in an alternating arrangement with the fingers of the second set. Each of the fingers can have the same length and width dimensions. At least one of the fingers may have different dimensions than the remaining fingers. The fingers may be non-periodically arranged in at least one direction of the manifold layer. At least one of the fingers may have at least one varying dimension along the length of the manifold layer. The manifold layer may have more than three and fewer than ten parallel fingers. The heat exchanger may also include a first port passage communicating with the first port and the first set of fingers, wherein the first port passage is configured to direct fluid from the first port to the first set of fingers. The heat exchanger may also include a second port passage communicating with the second port and the second set of fingers, the second port passage being configured to channel fluid from the second set of fingers to the second port. The heat exchanger may also include an intermediate layer for channeling liquid to and from one or more predetermined positions in the boundary layer via at least one conduit, the intermediate layer being positioned between the boundary layer and the manifold layer. The conduit may be arranged in a predetermined configuration and channel fluid to one or more interface hot spot areas in the intermediate layer. The conduit may be arranged in a predetermined configuration to channel fluid from one or more interface hot spot areas of the intermediate layer. The intermediate layer may be coupled to the barrier layer and the manifold layer. The intermediate layer may be formed integrally with the barrier layer and the manifold layer. The conduit may have at least one varying dimension in the intermediate layer. The intermediate layer may have a coating disposed thereon, wherein the coating has a suitable thermal conductivity of at least 10 W / mK. The intermediate layer may have a thermal conductivity of at least 10 W / mK. The heat exchanger may also include a plurality of columns arranged in a predetermined pattern along the intermediate layer. At least one of the columns may have a surface dimension in the range of 10 2 microns and 100 2 microns. At least one of the columns may have a height of 50 microns and 2mm. At least two of the plurality of columns may be spaced from each other by 10 to 150 μm. A coating may be disposed on the plurality of columns, the coating having a suitable thermal conductivity of at least 10 W / mK. The boundary layer may have a roughened surface. The barrier layer may have a microporous structure disposed thereon. The porous microstructure may have a porosity within a range of 50 to 80%. The porous microstructure may have an average pore size within the range of 10 to 200 μm. The porous microstructure may have a height within a range of 0.25 to 2 mm. The heat exchanger may also include a plurality of microchannels formed in a predetermined pattern along the boundary layer. At least one of the microchannels may have a surface dimension in the range of 10 2 microns and 100 2 microns. At least one of the microchannels may have a height within the range of 10 μm and 2 mm. At least two of the microchannels may be spaced from one another by 10 to 150 μm. At least one of the microchannels may have a width in the range of 10 to 100 microns. The microchannels can be coupled to the boundary layer. The microchannels may be formed integrally with the boundary layer. The microchannels may be divided into segments along a dimension of the boundary layer, wherein at least one groove is formed between the divided microchannel segments. The microchannels may be continuous along one dimension of the boundary layer. The at least one groove may be aligned with a corresponding finger. A coating may be arranged on the microchannels, the coating having a suitable thermal conductivity of at least 20 W / mK. An overhang dimension can range between 0 and 15 mm.
Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach Durchsicht
der detaillierten Beschreibung von nachstehend beschriebenen bevorzugten
Ausführungsbeispielen
ersichtlich.Other
Features and advantages of the present invention will be apparent after review
the detailed description of preferred described below
embodiments
seen.
Kurze Beschreibung
der ZeichnungenShort description
the drawings
1A zeigt
eine Seitenansicht eines konventionellen Wärmetauschers. 1A shows a side view of a conventional heat exchanger.
1B zeigt
eine Draufsicht auf einen konventionellen Wärmetauscher. 1B shows a plan view of a conventional heat exchanger.
1C zeigt
eine Seitenansicht eines vorbekannten Mehr-Etagen-Wärmetauschers. 1C shows a side view of a previously known multi-level heat exchanger.
2A zeigt
eine schematische Darstellung eines geschlossenen Kühlsystems
mit einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikrokanal-Wärmetauschers
für eine
flexible Anlieferung von Flüssigkeit. 2A shows a schematic representation of a closed cooling system with a preferred embodiment of the microchannel heat exchanger according to the invention for a flexible delivery of liquid.
2B zeigt
eine schematische Darstellung eines geschlossenen Kühlsystems
mit einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mikrokanal-Wärmetauschers
für eine
flexible Anlieferung von Flüssigkeit. 2 B shows a schematic representation of a closed cooling system with an alternative embodiment of the microchannel heat exchanger according to the invention for a flexible delivery of liquid.
3A zeigt
eine Draufsicht auf eine alternative Verteilerschicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers. 3A shows a plan view of an alternative distribution layer of the heat exchanger according to the invention.
3B zeigt
eine Explosionsdarstellung eines alternativen Wärmetauschers mit der alternativen
Verteilerschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. 3B shows an exploded view of an alternative heat exchanger with the alternative distribution layer according to the present invention.
4 zeigt
eine perspektivische Darstellung der bevorzugten verzweigten Verteilerschicht
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 4 shows a perspective view of the preferred branched distribution layer according to the present invention.
5 zeigt
eine Draufsicht auf die bevorzugte verzweigte Verteilerschicht mit
einer Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. 5 shows a plan view of the preferred branched distribution layer with a boundary layer according to the present invention.
6A zeigt
eine Querschnittsdarstellung der bevorzugten Verteilerschicht nebst
Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang den Linien A – A. 6A shows a cross-sectional view of the preferred distribution layer and boundary layer according to the present invention along the lines A - A.
6B zeigt
eine Querschnittsdarstellung der bevorzugten verzweigten Verteilerschicht
nebst Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang den Linien B – B. 6B shows a cross-sectional view of the preferred branched distribution layer along with boundary layer according to the present invention along the lines B - B.
6C zeigt
eine Querschnittsdarstellung der bevorzugten verzweigten Verteilerschicht
nebst Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang den Linien C – C. 6C shows a cross-sectional view of the preferred branched distribution layer along with boundary layer according to the present invention along the lines C - C.
7A zeigt
eine Explosionsdarstellung der bevorzugten verzweigten Verteilerschicht
nebst Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. 7A shows an exploded view of the preferred branched distribution layer and boundary layer according to the present invention.
7B zeigt
eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung
der Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. 7B shows a perspective view of an alternative embodiment of the boundary layer according to the present invention.
8A zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine alternative Verteilerschicht
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 8A shows a schematic plan view of an alternative distribution layer according to the vorlie ing invention.
8B zeigt
eine schematische Draufsicht auf die Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. 8B shows a schematic plan view of the boundary layer according to the present invention.
8C zeigt
eine schematische Draufsicht auf die Grenzschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. 8C shows a schematic plan view of the boundary layer according to the present invention.
9A zeigt
eine schematische Darstellung der alternativen Ausgestaltung des
Drei-Etagen-Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 9A shows a schematic representation of the alternative embodiment of the three-level heat exchanger according to the present invention.
9B zeigt
eine schematische Seitenansicht der alternativen Ausgestaltung des
Zwei-Etagen-Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 9B shows a schematic side view of the alternative embodiment of the two-level heat exchanger according to the present invention.
10 zeigt
eine perspektivische Darstellung der Grenzschicht mit einer Mikrostift-Reihe gemäß der vorliegenden
Erfindung. 10 shows a perspective view of the boundary layer with a micro pin row according to the present invention.
11 zeigt
eine teilweise weggeschnittene perspektivische Darstellung des alternativen
Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 11 shows a partially cutaway perspective view of the alternative heat exchanger according to the present invention.
12 zeigt
eine schematische Seitenansicht der Grenzschicht des Wärmetauschers
mit einem darauf angeordneten Beschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden
Erfindung. 12 shows a schematic side view of the boundary layer of the heat exchanger with a coating material arranged thereon according to the present invention.
13 zeigt
ein Flußdiagramm
eines alternativen Verfahrens zum Herstellen des Wärmetauschers
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 13 shows a flowchart of an alternative method of manufacturing the heat exchanger according to the present invention.
14 zeigt
in einer schematischen Darstellung eine alternative Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung mit zwei an eine Wärmequelle gekuppelten Wärmetauschern. 14 shows a schematic representation of an alternative embodiment of the present invention with two coupled to a heat source heat exchangers.
Detaillierte
Beschreibung der vorliegenden Erfindungdetailed
Description of the present invention
Allgemein
gesagt nimmt der Wärmetauscher thermische
Energie auf, die von einer Wärmequelle erzeugt
wird, indem Flüssigkeit
durch ausgewählte Bereiche
der Grenzschicht geleitet wird, welche bevorzugt an die Wärmequelle
angekuppelt ist. Genauer gesagt wird die Flüssigkeit speziellen Bereichen der
Grenzschicht zugeleitet, um die Heißstellen und Bereiche um die
Heißstellen
zu kühlen,
und allgemein eine Gleichförmigkeit
der Temperatur über
die Wärmequelle
bei einem kleinen Druckabfall innerhalb des Wärmetauschers zu erzielen. Wie
bei den verschiedenen Ausgestaltungen weiter unten ausgeführt ist,
verwendet der Wärmetauscher
eine Vielzahl von Öffnungen,
Kanälen
und/oder Fingern in der Verteilerschicht sowie Leitungen in der
Zwischenschicht, um Flüssigkeit
zu und von ausgewählten
Heißstellenbereichen
in der Grenzschicht zu leiten. Alternativ weist der Wärmetauscher
mehrere Anschlüsse
auf, welche speziell an vorgegebenen Stellen angeordnet sind, um
Flüssigkeit
direkt zu den Heißstellen
zu liefern und von diesen abzuleiten, um die Wärmequelle effektiv zu kühlen.Generally
said the heat exchanger takes thermal
Energy generated by a heat source
is by adding liquid
through selected areas
the boundary layer is passed, which preferably to the heat source
is coupled. More specifically, the fluid is specific to the areas
Boundary layer fed to the hot spots and areas around the
hot spots
to cool,
and in general a uniformity
the temperature over
the heat source
to achieve a small pressure drop within the heat exchanger. As
in the various embodiments is explained below,
uses the heat exchanger
a variety of openings,
channels
and / or fingers in the manifold layer as well as lines in the
Interlayer to liquid
to and from selected
Hot spot regions
to conduct in the boundary layer. Alternatively, the heat exchanger
several connections
on, which are specially arranged at predetermined locations to
liquid
directly to the hot spots
to deliver and derive from them to effectively cool the heat source.
Obwohl
der Mikrokanal-Wärmetauscher
gemäß der vorliegenden
Erfindung in bezug auf eine flexible Flüssigkeitsanlieferung zum Kühlen von Heißstellen
in einer Einrichtung beschrieben und diskutiert wird, ist es für den Fachmann
ersichtlich, daß der
Wärmetauscher
alternativ für
eine flexible Flüssigkeitsanlieferung
zum Erwärmen
einer kalten Stelle in einer Einrichtung verwendet werden kann.
Außerdem
sei darauf verwiesen, daß die
vorliegende Erfindung auch für
andere Anwendungen geeignet und nicht auf die hier diskutierten
Anwendungen beschränkt
ist, obwohl sie bevorzugt als Mikrokanal-Wärmetauscher beschrieben ist.Even though
the microchannel heat exchanger
according to the present
Invention relating to a flexible liquid delivery for cooling hot spots
is described and discussed in one device, it is obvious to one skilled in the art
it can be seen that the
heat exchangers
alternatively for
a flexible fluid delivery
for heating
a cold spot in a facility can be used.
Furthermore
It should be noted that the
present invention also for
other applications suitable and not on the ones discussed here
Applications limited
Although it is preferably described as a microchannel heat exchanger.
2A zeigt
eine schematische Darstellung eines geschlossenen Kühlsystems 30,
welches einen bevorzugten Mikrokanal-Wärmetauscher 400 gemäß der vorliegenden
Erfindung für
eine flexible Flüssigkeitsanlieferung
aufweist. Weiterhin zeigt 2B eine
schematische Darstellung eines geschlossenen Kühlsystems 30, welches
einen alternativen Mikrokanal-Wärmetauscher 200 mit
mehreren Anschlüssen 108, 109 zur
flexiblen Anlieferung von Flüssigkeit
gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. 2A shows a schematic representation of a closed cooling system 30 which is a preferred microchannel heat exchanger 400 according to the present invention for a flexible liquid delivery. Further shows 2 B a schematic representation of a closed cooling system 30 , which is an alternative microchannel heat exchanger 200 with several connections 108 . 109 for the flexible delivery of liquid according to the present invention.
Wie
in 2A gezeigt ist, sind die Flüssigkeitsanschlüsse 108, 109 an
Flüssigkeitslinien
bzw. – leitungen 38 gekoppelt,
die an eine Pumpe 32 und einen Wärmekondensator 30 angeschlossen
sind. Die Pumpe 32 pumpt und zirkuliert Flüssigkeit
innerhalb des in sich geschlossenen Kreises 30. Bevorzugt wird
ein Flüssigkeitsanschluß 108 für eine Zuführung von
Flüssigkeit
zu dem Wärmetauscher 100 verwendet.
Weiterhin wird bevorzugt der Flüssigkeitsanschluß 109 dafür verwendet,
um Flüssigkeit
von dem Wärmetauscher 100 abzuführen. Bevorzugt
tritt eine gleichförmige,
konstante Menge von Flüssigkeit
in den Wärmetauscher 100 ein
und verläßt diesen über die
entsprechenden Flüssigkeitsanschlüsse 108. 109.
Alternativ können
unterschiedliche Flüssigkeitsmengen
zu einer vorgegebenen Zeit durch die Einlaß- und Auslaßanschlüsse 108, 109 ein-
und austreten. Alternativ versorgt eine Pumpe mehrere vorbestimmte
Einlaßanschlüsse 108 mit
Flüssigkeit,
wie dieses in 2B gezeigt ist. Alternativ versorgen mehrere
Pumpen (nicht gezeigt) die betreffenden Ein- und Auslaßanschlüsse 108, 109 mit
Flüssigkeit. Weiterhin
kann der dynamische Feststell- und Steuermodul 34 alternativ
in dem System vorgesehen sein, um die Menge und Strömungsgeschwindigkeit der
Flüssigkeit
zu variieren und dynamisch zu steuern, die in den bevorzugten oder
einen alternativen Wärmetauscher
ein- und wieder austritt, als Reaktion auf variierende Heißstellen
bzw. Wechsel der Wärmemengen
an Heißstellen
wie auch einen lokalen Wechsel der Heißstellen.As in 2A is shown are the fluid connections 108 . 109 on liquid lines or lines 38 coupled to a pump 32 and a thermal capacitor 30 are connected. The pump 32 Pumps and circulates fluid within the self-contained circle 30 , Preference is given to a liquid connection 108 for a supply of liquid to the heat exchanger 100 used. Furthermore, the liquid connection is preferred 109 used to remove liquid from the heat exchanger 100 dissipate. Preferably, a uniform, constant amount of liquid enters the heat exchanger 100 and leaves it via the corresponding fluid connections 108 , 109 , Alternatively, different amounts of liquid at a given time through the inlet and outlet ports 108 . 109 enter and exit. Alternatively, a pump supplies a plurality of predetermined inlet ports 108 with liquid, like this one in 2 B is shown. Alternatively, several pumps (not shown) supply the respective inlet and outlet ports 108 . 109 with liquid. Furthermore, the dynamic locking and control module 34 alternatively, be provided in the system to vary and dynamically control the amount and flow rate of liquid entering and exiting the preferred or alternative heat exchanger in response to varying hot spots or heat changes memegen at hot spots as well as a local change of hot spots.
Bei
der bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich um einen Drei-Etagen-Wärmetauscher 400, welcher
eine Grenzschicht 402, wenigstens eine Zwischenschicht 404 und
wenigstens eine Verteilerschicht 406 aufweist. Die bevorzugte
Verteilerschicht 402 und die bevorzugte Grenzschicht 402 sind
in 7 gezeigt und die Zwischenschicht 104 ist
in 3B gezeigt. Alternativ kann der Wärmetauscher 400,
wie unten ausgeführt
ist, ein Zwei-Etagen-Apparat sein, welcher die Grenzschicht 402 und
die Verteilerschicht 406 enthält, wie in 7 gezeigt
ist. Wie in den 2A und 2B gezeigt
ist, ist der Wärmetauscher 400 an
eine Wärmequelle 99 gekoppelt,
wie ein elektronisches Teil bzw. eine elektronische Einrichtung,
beispielsweise einen Mikrochip oder einen integrierten Schaltkreis,
wobei ein thermisches Grenzmaterial 98 bevorzugt zwischen
der Wärmequelle 99 und
dem Wärmetauscher 100 angeordnet ist.
Alternativ wird der Wärmetauscher 400 direkt
an die Oberfläche
der Wärmequelle 99 gekoppelt.
Es ist für
den Fachmann auch ersichtlich, daß der Wärmetauscher 400 alternativ
integral in die Wärmequelle 99 eingeformt
sein kann, wobei der Wärmetauscher 400 und
die Wärmequelle 99 als
ein Teil ausgebildet sind. Somit ist die Grenzschicht 102 integral
mit der Wärmequelle 99 und
einteilig mit dieser ausgebildet.The preferred embodiment is a three-level heat exchanger 400 which is a boundary layer 402 , at least one intermediate layer 404 and at least one distribution layer 406 having. The preferred distribution layer 402 and the preferred boundary layer 402 are in 7 shown and the intermediate layer 104 is in 3B shown. Alternatively, the heat exchanger 400 as set forth below, be a two-tier apparatus which forms the boundary layer 402 and the distribution layer 406 contains, as in 7 is shown. As in the 2A and 2 B is shown is the heat exchanger 400 to a heat source 99 coupled, such as an electronic part or an electronic device, such as a microchip or an integrated circuit, wherein a thermal boundary material 98 preferably between the heat source 99 and the heat exchanger 100 is arranged. Alternatively, the heat exchanger 400 directly to the surface of the heat source 99 coupled. It will also be apparent to those skilled in the art that the heat exchanger 400 alternatively integrally with the heat source 99 may be formed, wherein the heat exchanger 400 and the heat source 99 are formed as a part. Thus, the boundary layer 102 integral with the heat source 99 and formed integrally with this.
Bevorzugt
steht der Wärmetauscher 400 gemäß der vorliegenden
Erfindung direkt oder indirekt mit der Wärmequelle 99 in Kontakt,
welcher eine rechtwinklige Form aufweist, wie in den Zeichnungsfiguren
gezeigt ist. Es ist jedoch für
den Fachmann ersichtlich, daß der
Wärmetauscher 400 jegliche
andere Form aufweisen kann, welche der Form der Wärmequelle 99 entspricht.
Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher eine halbkreisförmige äußere Form
aufweisen (nicht gezeigt) und in direktem oder indirektem Kontakt
mit einer entsprechenden halbkreisförmig geformten Wärmequelle (nicht
gezeigt) stehen. Weiterhin ist es bevorzugt, daß der Wärmetauscher 400 bezüglich seiner
Abmessungen etwas größer als
die Wärmequelle
ist, und zwar um 0,5 bis 5,0 mm.Preferably, the heat exchanger is 400 according to the present invention directly or indirectly with the heat source 99 in contact, which has a rectangular shape, as shown in the drawing figures. However, it will be apparent to those skilled in the art that the heat exchanger 400 may have any other shape, which is the shape of the heat source 99 equivalent. For example, the heat exchanger according to the invention may have a semi-circular outer shape (not shown) and be in direct or indirect contact with a corresponding semicircular shaped heat source (not shown). Furthermore, it is preferred that the heat exchanger 400 in terms of its dimensions, slightly larger than the heat source, namely by 0.5 to 5.0 mm.
3A zeigt
eine Draufsicht auf die alternative Ausbildung der Verteilerschicht 106 nach
der vorliegenden Erfindung. Wie in 3B gezeigt
ist, weist die Verteilerschicht 106 vier Seiten sowie eine
Oberseite 130 und eine Bodenfläche 132 auf. Die Oberseite 130 ist
in 3A je doch fortgelassen, um die Arbeitsweise der
Verteilerschicht 107 adäquat
darstellen und beschreiben zu können.
Wie in 3A gezeigt ist, weist die Verteilerschicht 106 eine
Anzahl von Kanälen
bzw. Passagen 116, 118, 120, 122 sowie
Anschlüsse 108, 109 auf,
die in ihr ausgebildet sind. Die Finger 118, 120 erstrecken
sich vollständig durch
den Körper
der Verteilerschicht 106 in Z-Richtung, wie dieses in 3B gezeigt
ist. Alternativ können
sich die Finger 118 und 120 teilweise in Z-Richtung
erstrecken und Öffnungen
aufweisen, wie in 3A gezeigt ist. Weiterhin erstrecken
sich die Passagen 116 und 122 teilweise durch
die Verteilerschicht 106. Die verbleibenden Bereiche zwischen den
Einlaß-
und Auslaßpassagen 116, 120,
die mit 107 bezeichnet sind, erstrecken sich von der Oberseite 130 zur
Bodenfläche 132 und
bilden den Körper der
Verteilerschicht 106. 3A shows a plan view of the alternative embodiment of the manifold layer 106 according to the present invention. As in 3B is shown has the manifold layer 106 four sides as well as a top 130 and a floor area 132 on. The top 130 is in 3A but omitted to the operation of the distribution layer 107 adequately represent and describe. As in 3A is shown has the manifold layer 106 a number of channels or passages 116 . 118 . 120 . 122 as well as connections 108 . 109 who are trained in it. The finger 118 . 120 extend completely through the body of the manifold layer 106 in Z direction, like this one in 3B is shown. Alternatively, the fingers can 118 and 120 extend partially in the Z direction and have openings, as in 3A is shown. Furthermore, the passages extend 116 and 122 partly through the distributor layer 106 , The remaining areas between the inlet and outlet passages 116 . 120 , with 107 are designated, extending from the top 130 to the floor area 132 and form the body of the manifold layer 106 ,
Wie
in 3A gezeigt ist, tritt die Flüssigkeit über den Einlaßanschluß 108 in
die Verteilerschicht 106 ein und strömt entlang des Einlaßkanals 116 zu mehreren
Fingern 118, welche sich von dem Kanal 116 aus
in mehreren Richtungen in X- und/oder Y-Richtung verzweigen, um
ausgewählte
Bereiche der Grenzschicht 102 mit Flüssigkeit zu versorgen. Die
Finger 118 sind in unterschiedlichen vorgegebenen Richtungen
angeordnet, um Flüssigkeit
zu Stellen der Grenzschicht 102 zu leiten, welche den Bereichen
der Heißstellen
der Wärmequelle
oder diesen benachbarten Bereichen entsprechen. Diese Stellen der
Grenzschicht 102 sind nachstehend als Grenzschicht-Heißstellenbereiche
bezeichnet. Die Finger sind so ausgebildet, daß sie sowohl stationäre als auch
zeitlich variierende Grenzschicht-Heißstellenbereiche kühlen können. Wie
in 3A gezeigt ist, sind die Kanäle 116, 122 und
die Finger 118, 120 in der Xund/oder oder Y-Richtung
in der Verteilerschicht 106 angeordnet. Somit gestatten
die verschiedenen Richtungen der Kanäle 116, 122 und
der Finger 118, 120 eine Anlieferung von Flüssigkeit,
um die Heißstellen
der Wärmequelle 99 zu
kühlen
und/oder den Druckabfall innerhalb des Wärmetauschers 100 zu minimalisieren.
Alternativ sind die Kanäle 116, 122 und
die Finger 118, 120 periodisch in der Verteilerschicht 106 angeordnet
und bilden wie bei der bevorzugten Ausgestaltung ein Muster.As in 3A is shown, the liquid passes through the inlet port 108 into the distribution layer 106 and flows along the inlet channel 116 to several fingers 118 which are different from the channel 116 branch out in multiple directions in the X and / or Y direction to selected areas of the boundary layer 102 to supply with liquid. The finger 118 are arranged in different predetermined directions to liquid to sites of the boundary layer 102 which correspond to the areas of the hot spots of the heat source or these adjacent areas. These sites of the boundary layer 102 hereinafter referred to as boundary layer hot spot areas. The fingers are configured to cool both stationary and time varying boundary layer hot spots. As in 3A shown are the channels 116 . 122 and the fingers 118 . 120 in the X and / or Y direction in the manifold layer 106 arranged. Thus, the different directions of the channels allow 116 . 122 and the finger 118 . 120 a delivery of liquid to the hot spots of the heat source 99 to cool and / or the pressure drop within the heat exchanger 100 to minimize. Alternatively, the channels 116 . 122 and the fingers 118 . 120 periodically in the distribution layer 106 arranged and form as in the preferred embodiment, a pattern.
Die
Anordnung sowie die Dimensionen der Finger 118, 120 sind
im Lichte der kühlenden
Heißstellen
der Wärmequelle 99 gewählt. Die
Orte der Heißstellen
sowie die Wärmemenge,
die nahe oder an jeder Heißstelle
erzeugt wird, werden dazu verwendet, um die Verteilerschicht 106 zu
konfigurieren, so daß die
Finger 118, 120 oberhalb oder benachbart der Grenzschicht-Heißstellenbereiche
der Grenzschicht 102 angeordnet sind. Die Verteilerschicht 106 ermöglicht bevorzugt
einer Ein- und/oder Zwei-Phasen-Flüssigkeit in der Grenzschicht 102 zu
zirkulieren, ohne daß ein
wesentlicher Druckverlust innerhalb des Wärmetauschers 100 und
des Systems 30 (2A) entsteht.
Die Flüssigkeitsanlieferung
an die Grenzschicht-Heißstellenbereiche
erzeugt eine gleichmäßige Temperatur
an den Grenzschicht-Heißstellenbereichen
wie auch in Bereichen der Wärmequelle,
welche den Grenzschicht-Heißstellenbereichen
benachbart sind.The arrangement as well as the dimensions of the fingers 118 . 120 are in the light of the cooling hot spots of the heat source 99 selected. The locations of the hot spots as well as the amount of heat generated near or at each hot spot are used around the manifold layer 106 to configure so that the fingers 118 . 120 above or adjacent to the boundary layer hot spots of the boundary layer 102 are arranged. The distribution layer 106 preferably allows a single and / or two-phase liquid in the boundary layer 102 to circulate without any significant pressure loss within the heat exchanger 100 and the system 30 ( 2A ) arises. The delivery of liquid to the interface hot spot areas produces a uniform temperature at the interface hot spot areas as well as in areas of the heat source adjacent the boundary layer hot spot areas.
Die
Dimensionen sowie die Anzahl der Kanäle 116 und Finger 118 hängen von
einer Anzahl von Faktoren ab. Bei einer Ausgestaltung haben die
Einlaß-
und Auslaßfinger 118, 120 die
gleichen Breitenabmessungen. Alternativ können die Einlaß- und Auslaßöffnungen 118, 120 unterschiedliche
Breitenabmessungen aufweisen. Die Breitabmessungen der Finger 118, 120 liegen
bevorzugt innerhalb des Bereiches von 0,25 bis 0,50 mm. Bei dieser
Ausgestaltung haben die Einlaß-
und Auslaßfinger 118, 120 dieselben
Längen-
und Tiefenabmessungen. Alternativ können die Einlaß- und Auslaßfinger 118, 120 unterschiedliche
Längen-
und Tiefenabmessungen aufweisen. Bei einer anderen Ausgestaltung
weisen die Einlaß-
und Auslaßfinger 118, 120 längs der
Finger variierende Breitenabmessungen auf. Die Längenabmessungen der Einlaß- und Auslaßfinger 118, 120 liegen
in einem Bereich zwischen 0,5 mm bis zur dreifachen Größe der Länge der
Wärmequelle.
Weiterhin haben die Finger 118, 120 eine Höhe bzw.
Tiefe innerhalb eines Bereiches von 0,25 bis 0,50 mm. Weiterhin
sind weniger als zehn oder mehr als dreißig Finger pro Zentimeter in
der Verteilerschicht 106 vorgesehen. Es ist jedoch für einen
Fachmann erkennbar, daß auch
eine Anzahl zwischen zehn und dreißig Fingern je Zentimeter der
Verteilerschicht alternativ möglich
ist.The dimensions as well as the number of channels 116 and fingers 118 depend on a number of factors. In one embodiment, the inlet and outlet fingers 118 . 120 the same width dimensions. Alternatively, the inlet and outlet ports 118 . 120 have different width dimensions. The broad dimensions of the fingers 118 . 120 are preferably within the range of 0.25 to 0.50 mm. In this embodiment, the inlet and outlet fingers 118 . 120 the same length and depth dimensions. Alternatively, the inlet and outlet fingers 118 . 120 have different length and depth dimensions. In another embodiment, the inlet and outlet fingers 118 . 120 along the fingers varying width dimensions. The length dimensions of the inlet and outlet fingers 118 . 120 lie in a range between 0.5 mm to three times the length of the heat source. Continue to have the fingers 118 . 120 a height or depth within a range of 0.25 to 0.50 mm. Furthermore, less than ten or more than thirty fingers per centimeter are in the manifold layer 106 intended. However, it will be apparent to one skilled in the art that a number between ten and thirty fingers per centimeter of the manifold layer is alternatively possible.
Innerhalb
der vorliegenden Erfindung ist auch vorgesehen, die Geometrie der
Finger 118, 120 und der Kanäle 116, 122 in
nicht-periodischer Anordnung auszubilden, um das Kühlen der
Heißstellen der
Wärmequelle
zu optimieren. Um eine gleichmäßige Temperatur über die
Wärmequelle 99 zu
erhalten, entspricht die räumliche
Verteilung der Wärmeübertragung
auf die Flüssigkeit
der räumlichen
Verteilung der Wärmeerzeugung.
Wenn die Flüssigkeit
längs der
Grenzschicht durch die Mikrokanäle 110 strömt, steigt
ihre Temperatur an und sie beginnt, sich in Dampf umzuformen, so
daß Zwei-Phasen-Bedingungen
entstehen. Demgemäß unterliegt
die Flüssigkeit einer
erheblichen Expansion, was zu einem erheblichen Anwachsen ihrer
Geschwindigkeit führt.
Die Wirksamkeit der Wärmeübertragung
von der Grenzschicht auf die Flüssigkeit
wird bei einer Strömung mit
hoher Geschwindigkeit ganz allgemein verbessert. Es ist daher möglich, die
Effizienz der Wärmeübertragung
auf die Flüssigkeit
durch Anpassung der Querschnittsdimensionen in den Finger 118, 120 zur Zu-
und Abführung
von Flüssigkeit
und der Kanäle 116, 122 in
dem Wärmetauscher 100 zu
verbessern.Within the present invention is also provided the geometry of the fingers 118 . 120 and the channels 116 . 122 in a non-periodic arrangement to optimize the cooling of the hot spots of the heat source. To get a uniform temperature over the heat source 99 to obtain corresponds to the spatial distribution of heat transfer to the liquid of the spatial distribution of heat generation. When the liquid along the boundary layer through the microchannels 110 As its temperature rises, it begins to transform into steam, creating two-phase conditions. Accordingly, the liquid undergoes substantial expansion, resulting in a significant increase in its velocity. The effectiveness of heat transfer from the boundary layer to the liquid is generally improved with high velocity flow. It is therefore possible to increase the efficiency of heat transfer to the fluid by adjusting the cross-sectional dimensions in the finger 118 . 120 for the supply and discharge of liquid and the channels 116 . 122 in the heat exchanger 100 to improve.
Beispielsweise
kann ein bestimmter Finger für
eine Wärmequelle
ausgebildet sein, an welcher nahe dem Einlaß eine höhere Wärmeerzeugung erfolgt. Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, einen größeren Querschnitt für die Bereiche
der Finger 118, 120 und der Kanäle 116, 122 dort
vorzusehen, wo eine Mischung von Flüssigkeit und Dampf erwartet
wird. Obwohl dieses nicht dargestellt ist, kann ein Finger so ausgebildet
sein, daß er
am Einlaß mit
einem Bereich mit einem kleineren Querschnitt beginnt, um eine hohe
Geschwindigkeit der strömenden
Flüssigkeit
zu erzeugen. Der bestimmte Finger bzw. Kanal kann auch so ausgebildet
sein, daß sich
sein Querschnitt an einem stromabwärts gelegenen Auslaß vergrößert, um
eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit
zu erzeugen. Die Ausbildung des Fingers bzw. Kanals gestattet es
dem Wärmetauscher,
den Druckverlust zu minimalisieren und das Kühlen von Heißquellen
in Bereichen zu optimieren, in denen das Flüssigkeitsvolumen, die Beschleunigung
und die Geschwindigkeit der Flüssigkeit
aufgrund ihrer Umformung von flüssig
in dampfförmig
in eine Zwei-Phasen-Strömung
anwachsen.For example, a particular finger may be formed for a heat source at which higher heat generation occurs near the inlet. Furthermore, it may be advantageous to have a larger cross section for the areas of the fingers 118 . 120 and the channels 116 . 122 to provide where a mixture of liquid and vapor is expected. Although not shown, a finger may be configured to begin at the inlet with a region of smaller cross-section to produce a high velocity of the flowing liquid. The particular finger or channel may also be configured to increase in cross-section at a downstream outlet to produce a lower flow rate. The formation of the finger or channel allows the heat exchanger to minimize pressure loss and to optimize the cooling of hot sources in areas where the liquid volume, acceleration and velocity of the liquid change from liquid to vapor to two-phase Flow increase.
Weiterhin
können
die Finger 118, 120 und Kanäle 116, 122 so
ausgebildet sein, daß sie
sich in ihrer Längsrichtung
erweitern und sodann wieder verengen, um die Geschwindigkeit der
Flüssigkeit
an unterschiedlichen Stellen des Mikrokanal-Wärmetauschers 100 zu
erhöhen.
Alternativ kann es zweckmäßig sein,
die Dimensionen der Finger und Kanäle von groß nach klein und wieder zurück mehrfach
zu variieren, um die Effizienz der Wärmeübertragung auf die erwartete
Wärmeabgabeverteilung über die
Wärmequelle 99 zuzuschneiden.
Es sei darauf verwiesen, daß die
vorstehende Diskussion einer Variierung der Dimensionen der Finger
und Kanäle
sich auch auf andere Ausgestaltungen bezieht und nicht auf die vorstehende
erörterte
Ausgestaltung beschränkt
ist.Furthermore, the fingers can 118 . 120 and channels 116 . 122 be designed so that they widen in their longitudinal direction and then narrow again to the speed of the liquid at different points of the microchannel heat exchanger 100 to increase. Alternatively, it may be desirable to vary the dimensions of the fingers and channels from large to small and back again several times to increase the efficiency of heat transfer to the expected heat release distribution across the heat source 99 tailor. It should be understood that the foregoing discussion of varying the dimensions of the fingers and channels also applies to other embodiments and is not limited to the above discussed embodiment.
Alternativ
enthält
die Verteilerschicht 106 eine oder mehrere Öffnungen 119 in
den Einlaßfingern 118,
wie in 3A gezeigt ist. Bei dem Drei-Etagen-Wärmetauscher 100 strömt die Flüssigkeit,
die entlang den Fingern 118 strömt, durch die Öffnungen 119 nach
unten zu der Zwischenschicht 104. Alternativ kann die entlang
den Fingern 118 strömende
Flüssigkeit
bei einem Zwei-Etagen-Wärmetauscher 100 durch Öffnungen 119 nach
unten direkt in die Grenzschicht 102 strömen. Weiterhin
enthält die
Verteilerschicht 106, wie in 3A gezeigt
ist, Öffnungen 121 in
den Auslaßfingern 120.
Bei dem Drei-Etagen-Wärmetauscher 100 strömt die Flüssigkeit
von der Zwischenschicht 104 aufwärts durch die Öffnungen 121 in
die Auslaßfinger 120.
Alternativ fließt
die Flüssigkeit
bei dem Zwei-Etagen-Wärmetauscher 100 von
der Grenzschicht 102 durch die Öffnungen 121 direkt
aufwärts
in die Auslaßfinger 120.Alternatively contains the distribution layer 106 one or more openings 119 in the inlet fingers 118 , as in 3A is shown. In the three-level heat exchanger 100 the liquid flows along the fingers 118 flows through the openings 119 down to the intermediate layer 104 , Alternatively, the along the fingers 118 flowing liquid in a two-level heat exchanger 100 through openings 119 down directly into the boundary layer 102 stream. Furthermore, the distributor layer contains 106 , as in 3A shown is openings 121 in the outlet fingers 120 , In the three-level heat exchanger 100 the liquid flows from the intermediate layer 104 up through the openings 121 into the outlet fingers 120 , Alternatively, the liquid flows at the two-level heat exchanger 100 from the boundary layer 102 through the openings 121 straight up into the outlet fingers 120 ,
Bei
der in 3A gezeigten Ausgestaltung sind
die Einlaß-
und Auslaßfinger 118, 120 offene
Kanäle
ohne Öffnungen.
Die Bodenfläche 103 der
Verteilerschicht 106 stößt gegen
die Oberseite der Zwischenschicht 104 bei dem Drei-Etagen-Wärmetauscher 100 oder
sie stößt gegen
die Grenzschicht 102 bei dem Zwei-Etagen-Wärmetauscher.
Demgemäß fließt bei dem
Drei-Etagen-Wärmetauscher 100 Flüssigkeit
frei zu und von der Zwischenschicht 104 und der Verteilerschicht 106.
Die Flüssigkeit
wird durch Leitungen 105 in der Zwischenschicht 104 zu
dem betreffenden Grenzschicht-Heißstellenbereich geführt. Es
ist für
den Fachmann erkenn bar, daß die Leitungen 105 direkt
zu den Fingern ausgerichtet sind, wie unten beschrieben ist, oder
woanders in dem Drei-Etagen-System angeordnet sein können.At the in 3A embodiment shown are the inlet and outlet fingers 118 . 120 open channels without openings. The floor area 103 the distributor layer 106 bumps against the top of the interlayer 104 at the three-level heat exchanger 100 or she bumps into the boundary layer 102 in the two-level heat exchanger. Accordingly, flows in the three-level heat exchanger 100 Liquid free to and from the intermediate layer 104 and the distributor layer 106 , The liquid is through lines 105 in the interlayer 104 led to the relevant boundary layer hot spot area. It is for the skilled person recognizable bar, that the lines 105 are aligned directly to the fingers, as described below, or may be located elsewhere in the three-tier system.
3B zeigt
eine Explosionsdarstellung des Drei-Etagen-Wärmetauschers 100 mit
einer anderen erfindungsgemäßen Verteilerschicht.
Alternativ kann der Wärmetauscher 100 eine
zweischichtige Struktur aufweisen, welche die Verteilerschicht 106 und
die Grenzschicht 102 enthält, wobei Flüssigkeit
direkt zwischen der Verteilerschicht 106 und der Grenzschicht 102 strömt, ohne
durch eine Zwischenschicht 104 zu strömen. Es ist für den Fachmann
erkennbar, daß die
Ausbildung der Verteilerschicht, der Zwischenschicht und der Grenzschicht
lediglich beispielhaft ist und auf die gezeigten Ausgestaltungen
nicht begrenzt ist. 3B shows an exploded view of the three-level heat exchanger 100 with another distributor layer according to the invention. Alternatively, the heat exchanger 100 have a two-layered structure, which the distributor layer 106 and the boundary layer 102 contains, with liquid directly between the manifold layer 106 and the boundary layer 102 flows through without an intermediate layer 104 to stream. It will be apparent to those skilled in the art that the formation of the manifold layer, the interlayer and the barrier layer is merely exemplary and not limited to the embodiments shown.
Wie
in 3B gezeigt ist, weist die Zwischenschicht 104 mehrere
Leitungen 105 auf, welche sich durch die Zwischenschicht
erstrecken. Die Einströmleitungen 105 leiten
einströmende
Flüssigkeit
von der Verteilerschicht 106 zu bestimmten vorgegebenen
Grenzschicht-Heißstellenbereichen
der Grenzschicht 102. In ähnlicher Weise kanalisieren die Öffnungen 105 auch
den Flüssigkeitsstrom
von der Grenzschicht 102 zu dem (den) Auslaßanschluß (Auslaßanschlüssen) 109.
Demgemäß sorgt
die Zwischenschicht 104 auch für eine Flüssigkeitsanlieferung von der
Grenzschicht 102 an den Auslaßanschluß 109, wo der Auslaßanschluß 108 mit
der Verteilerschicht 106 kommuniziert.As in 3B is shown, the intermediate layer 104 several lines 105 which extend through the intermediate layer. The inflow lines 105 conduct incoming fluid from the manifold layer 106 at certain predetermined boundary layer hot spots of the boundary layer 102 , Similarly, the openings channel 105 also the liquid flow from the boundary layer 102 to the outlet port (s) 109 , Accordingly, the intermediate layer provides 104 also for a liquid delivery from the boundary layer 102 to the outlet port 109 where the outlet port 108 with the distribution layer 106 communicated.
Die
Leitungen 105 sind in der Grenzschicht 104 in
einem vorgegebenen Muster angeordnet, welches auf einer Anzahl von
Faktoren basiert, nämlich unter
anderem den Stellen der Grenzschicht-Heißstellenbereiche, der erforderlichen
Menge der Flüssigkeitsströmung in
dem Grenzschicht-Heißstellenbereich
zur entsprechenden Kühlung
der Wärmequelle 99 und
der Temperatur der Flüssigkeit.
Die Leitungen haben eine Breite von 100μm, wobei andere Breiten bis
zu mehreren Millimetern möglich
sind. Weiterhin haben die Leitungen andere Abmessungen, welche wenigstens
von den oben erwähnten Faktoren
abhängen.
Es ist für
den Fachmann erkennbar, daß jede
Leitung 105 in der Zwischenschicht 104 die gleiche
Form und/oder Abmessung besitzt, obwohl dieses nicht notwendig ist.
Beispielsweise können
die Leitungen wie die oben beschriebenen Finger alternativ variierende
Längen-
und/oder Breitenabmessungen aufweisen. Weiterhin können die Leitungen 105 eine
konstante Tiefe bzw. Höhe über die
Zwischenschicht 104 aufweisen. Alternativ können die
Leitungen 105 über
die Zwischenschicht variierende Tiefenabmessungen aufweisen und
beispielsweise als Trapezoid oder düsenförmig geformt sein. Obwohl die
horizontale Form der Leitungen 105 in 2C rechtwinklig
geformt gezeigt ist, können die
Leitungen 105 alternativ jegliche andere Form aufweisen
und beispielsweise kreisförmig
(3A) gekrümmt
oder eliptisch ausgebildet sein. Alternativ können eine oder mehrere Leitungen 105 so
geformt sein, daß sie
einem Teil der oben beschriebenen Finger oder sämtlichen Fingern entsprechen.The wires 105 are in the boundary layer 104 arranged in a predetermined pattern based on a number of factors, including but not limited to the locations of the boundary layer hot spot areas, the required amount of liquid flow in the boundary layer hot spot area for corresponding cooling of the heat source 99 and the temperature of the liquid. The cables have a width of 100μm, whereby other widths up to several millimeters are possible. Furthermore, the conduits have other dimensions, which depend at least on the factors mentioned above. It will be apparent to those skilled in the art that each wire 105 in the interlayer 104 has the same shape and / or dimension, although this is not necessary. For example, the leads, such as the fingers described above, may alternatively have varying length and / or width dimensions. Furthermore, the lines 105 a constant depth or height over the intermediate layer 104 exhibit. Alternatively, the lines 105 have varying depth dimensions over the intermediate layer and, for example, be shaped as a trapezoid or nozzle-shaped. Although the horizontal shape of the wires 105 in 2C Shown at right angles, the lines can be 105 alternatively have any other shape and, for example, circular ( 3A ) may be curved or elliptical. Alternatively, one or more lines 105 be shaped so that they correspond to a part of the fingers described above or all fingers.
Die
Zwischenschicht 104 ist in dem Wärmetauscher 100 horizontal
angeordnet, wobei die Leitungen 105 vertikal angeordnet
sind. Alternativ kann die Zwischenschicht 104 in jeglicher
anderer Richtung innerhalb des Wärmetauschers
angeordnet sein, beispielsweise diagonal oder gekrümmt. Alternativ
sind die Leitungen 105 in der Zwischenschicht 104 in
horizontaler, diagonaler, gekrümmter
oder irgendeiner anderen Richtung angeordnet. Weiterhin erstreckt
sich die Zwischenschicht 104 horizontal über die
gesamte Länge
des Wärmetauschers 100, wobei
die Zwischenschicht 104 die Grenzschicht 102 vollständig von
der Verteilerschicht 106 abgrenzt, um die Flüssigkeit
zu zwingen, durch die Leitungen 105 kanalisiert zu werden.
Alternativ enthält
ein Abschnitt des Wärmetauschers 100 nicht
die Zwischenschicht 104 zwischen der Verteilerschicht 106 und
der Grenzschicht 102, wobei die Flüssigkeit frei zwischen diesen
Schichten fließt.
Weiterhin kann sich die Zwischenschicht 104 alternativ
vertikal zwischen der Verteilerschicht 106 und der Grenzschicht 102 erstrecken,
um separate bestimmte Zwischenabschnittsbereiche zu bilden. Alternativ
erstreckt sich die Zwischenschicht 104 nicht vollständig von
der Verteilerschicht 106 zur Grenzschicht 102.The intermediate layer 104 is in the heat exchanger 100 arranged horizontally, with the lines 105 are arranged vertically. Alternatively, the intermediate layer 104 be arranged in any other direction within the heat exchanger, for example diagonally or curved. Alternatively, the lines 105 in the interlayer 104 arranged in horizontal, diagonal, curved or any other direction. Furthermore, the intermediate layer extends 104 horizontally over the entire length of the heat exchanger 100 , wherein the intermediate layer 104 the boundary layer 102 completely from the distributor layer 106 delimits to force the liquid through the lines 105 to be channeled. Alternatively, contains a section of the heat exchanger 100 not the intermediate layer 104 between the distributor layer 106 and the boundary layer 102 wherein the liquid flows freely between these layers. Furthermore, the intermediate layer can 104 alternatively vertically between the distributor layer 106 and the boundary layer 102 extend to form separate distinct intermediate section areas. Alternatively, the intermediate layer extends 104 not completely from the distributor layer 106 to the boundary layer 102 ,
Bevorzugt
ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher 100 breiter
als die Wärmequelle 99.
Für diesen
Fall, daß der
Wärmetauscher 100 größer als die
Wärmequelle 99 ist,
ergibt sich eine Überhangdimension.
Die Überhangdimension
ist der weiteste Abstand zwischen einer äußeren Wand der Wärmequelle 99 und
der inneren Wand des Flüssigkeitskanals
des Wärmetau schers 100,
wie die Innenwand des Einlaßanschlusses 408 (4).
Bei der bevorzugten Ausgestaltung liegt die Überhangdimension für eine einzige
Phase im Bereich zwischen 0 und 5 mm und für eine zweiphasige Flüssigkeit
im Bereich zwischen 0 und 15 mm.The heat exchanger according to the invention is preferred 100 wider than the heat source 99 , In this case, that the heat exchanger 100 bigger than the heat source 99 is, there is an overhang dimension. The overhang dimension is the furthest distance between an outer wall of the heat source 99 and the inner wall of the liquid passage of the Wärmetau shear 100 as the inner wall of the inlet port 408 ( 4 ). In the preferred embodiment, the overhang dimension for a single phase is in the range between 0 and 5 mm, and for a two-phase liquid in the range between 0 and 15 mm.
10 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung einer Grenzschicht 202' gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie in 10 gezeigt ist, weist die Grenzschicht 202' eine Anzahl
von Säulen 203 auf,
welche sich von einer Oberseite der Grenzschicht 202' nach oben erstrecken.
Weiterhin zeigt 10 eine mikroporöse Struktur 213,
die auf der Oberseite der Grenzschicht 202' angeordnet ist. Es ist ersichtlich,
daß die
Grenzschicht 202' nur
die mikroporöse
Struktur 213 aufweisen kann, wie auch eine Kombination
der mikroporösen
Struktur mit irgendeinem anderen Grenzschichtmerkmal (z.B. Mikrokanälen, Säulen etc.).
Weiterhin hat die Grenzschicht 202' gemäß der vorliegenden Erfindung
bevorzugt eine Dicke von 0,3 bis 0,7 mm für eine einphasige Flüssigkeit
und 0,3 bis 1,0 mm für
eine zweiphasige Flüssigkeit. 10 shows a perspective view of an embodiment of a boundary layer 202 ' according to the present invention. As in 10 is shown has the boundary layer 202 ' a number of columns 203 on which is from a top of the boundary layer 202 ' extend upwards. Further shows 10 a microporous structure 213 that is on top of the boundary layer 202 ' is arranged. It can be seen that the boundary layer 202 ' only the microporous structure 213 may have, as well a combination of the microporous structure with any other interface feature (eg, microchannels, columns, etc.). Furthermore, the boundary layer has 202 ' according to the present invention preferably a thickness of 0.3 to 0.7 mm for a single-phase liquid and 0.3 to 1.0 mm for a two-phase liquid.
Bei
der Ausgestaltung des Wärmetauschers, welche
eine mikroporöse
Struktur 213 benutzt, die auf der Grenzschicht 202' angeordnet
ist, hat die mikroporöse
Struktur 213 eine durchschnittliche Porengröße von 10
bis 200 μm
sowohl für
eine einzige Phase als auch für
eine zweiphasige Flüssigkeit.
Weiterhin hat die mikroporöse
Struktur 213 eine Porosität von 50 bis 80 % sowohl für eine einphasige
als auch für
eine zweiphasige Flüssigkeit.
Die Höhe
der mikroporösen
Struktur 213 liegt im Bereich von 0,25 bis 2,00 mm sowohl
für eine
einphasige als auch für
eine zweiphasige Flüssigkeit.In the embodiment of the heat exchanger, which is a microporous structure 213 used that on the boundary layer 202 ' is arranged, has the microporous structure 213 an average pore size of 10 to 200 microns for both a single phase and a two-phase liquid. Furthermore, the microporous structure has 213 a porosity of 50 to 80% for both a single-phase and a two-phase liquid. The height of the microporous structure 213 is in the range of 0.25 to 2.00 mm for both a single-phase and a two-phase liquid.
Bei
der Ausgestaltung, welche Säulen und/oder
Mikrokanäle
entlang der Grenzschicht 202' verwendet,
hat die Grenzschicht 202' gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 0,7 mm für eine einphasige
Flüssigkeit
und 0,3 bis 1,0 mm für
eine zweiphasige Flüssigkeit.
Weiterhin beträgt
die von wenigstens einer Säule
oder einem Mikrokanal eingenommene Fläche zwischen 102 μm und 1002 μm
sowohl für
eine einphasige als auch für eine
zweiphasige Flüssigkeit.
Weiterhin liegt der Abstand zwischen wenigstens zwei Säulen und/oder Mikrokanälen im Bereich
von 10 bis 150 μm
sowohl für
einen einphasigen als auch einen zweiphasigen Flüssigkeitszustand. Die Breite
der Mikrokanäle
liegt im Bereich von 10 bis 100 μm
sowohl für
einen einphasigen als auch für
einen zweiphasigen Zustand der Flüssigkeit. Die Höhe der Mikrokanäle und/oder Säulen liegt
im Bereich von 50 bis 800 μm
für einen einphasigen
Flüssigkeitszustand
und zwischen 50 μm
und 2 mm für
einen zweiphasigen Flüssigkeitszustand.
Es ist für
den Fachmann ersichtlich, daß andere
alternative Dimensionen möglich
sind.In the embodiment, which columns and / or microchannels along the boundary layer 202 ' used, has the boundary layer 202 ' According to the present invention, a thickness in the range of 0.3 to 0.7 mm for a single-phase liquid and 0.3 to 1.0 mm for a two-phase liquid. Furthermore, the area occupied by at least one column or microchannel is between 10 2 μm and 100 2 μm for both a single-phase and a two-phase liquid. Furthermore, the distance between at least two columns and / or microchannels in the range of 10 to 150 microns for both a single-phase and a two-phase liquid state. The width of the microchannels is in the range of 10 to 100 microns for both a single-phase and a two-phase state of the liquid. The height of the microchannels and / or columns is in the range of 50 to 800 μm for a single-phase liquid state and between 50 μm and 2 mm for a two-phase liquid state. It will be apparent to those skilled in the art that other alternative dimensions are possible.
3B zeigt
eine perspektivische Darstellung der Grenzschicht 102 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 3B gezeigt ist, weist die Grenzschicht 102 eine
Bodenfläche 103 sowie
eine Vielzahl von Mikrokanalwänden 110 auf,
wobei der Bereich zwischen den Mikrokanalwänden 110 die Flüssigkeit
längs eines
Flüssigkeits-Strömungspfades
kanalisiert bzw. leitet. Die Bodenfläche 103 ist eben und weist
eine hohe thermische Leitfähigkeit
auf, um eine ausreichende Wärmeübertragung
von der Wärmequelle 99 zu
ermöglichen.
Alternativ weist die Bodenfläche 103 Tröge und/oder
Erhebungen auf, um Flüssigkeit
von einer bestimmten Stelle zu sammeln bzw. zurückzuführen. Die Mikrokanalwände 110 sind
parallel angeordnet, wie in 3B gezeigt
ist, wobei Flüssigkeit
bevorzugt zwischen den Mikrokanalwänden 110 entlang eines
Flüssigkeitspfades
strömt.
Alternativ weisen die Mikrokanalwände 110 eine nichtparallele
Konfiguration auf. 3B shows a perspective view of the boundary layer 102 according to the present invention. As in 3B is shown has the boundary layer 102 a floor area 103 and a variety of microchannel walls 110 on, with the area between the microchannel walls 110 the liquid is channeled along a liquid flow path. The floor area 103 is even and has a high thermal conductivity to ensure adequate heat transfer from the heat source 99 to enable. Alternatively, the floor area indicates 103 Troughs and / or elevations to collect or return liquid from a specific location. The microchannel walls 110 are arranged in parallel, as in 3B with liquid preferably between the microchannel walls 110 flows along a liquid path. Alternatively, the microchannel walls 110 a non-parallel configuration.
Es
ist für
den Fachmann erkennbar, daß die Mikrokanalwände 110 alternativ
in irgendeiner anderen geeigneten Konfiguration ausgebildet bzw.
angeordnet sein können,
was von den oben diskutierten Faktoren abhängt. Beispielsweise weist die
Grenzschicht 102 alternativ Nuten zwischen den Abschnitten
der Mikrokanalwände 110 auf,
wie dieses in 8C gezeigt ist. Weiterhin haben
die Mikrokanalwände 110 Abmessungen,
welche den Druckabfall bzw. die Druckdifferenz innerhalb der Grenzschicht 102 minimalisieren.
Es ist auch erkennbar, daß neben
Mikrokanalwänden 110 auch
irgendwelche anderen Merkmale geeignet sind, einschließlich Säulen (10),
aufgerauhte Flächen
oder eine mikroporöse
Struktur wie ein gesintertes Metall oder ein Silikatschaum (10).
Beispielhaft wird jedoch eine wie in 3B gezeigte
Ausbildung mit parallelen Mikrokanalwänden 110 verwendet,
um die Grenzschicht 102 gemäß der vorliegenden Erfindung
zu beschreiben.It will be apparent to those skilled in the art that the microchannel walls 110 alternatively, may be configured in any other suitable configuration, depending on the factors discussed above. For example, the boundary layer 102 alternatively grooves between the sections of the microchannel walls 110 on, like this one in 8C is shown. Furthermore, the microchannel walls have 110 Dimensions which the pressure drop or the pressure difference within the boundary layer 102 minimize. It can also be seen that in addition to microchannel walls 110 any other features are suitable, including columns ( 10 ), roughened surfaces or a microporous structure such as a sintered metal or a silicate foam ( 10 ). However, an example as in 3B shown training with parallel microchannel walls 110 used to the boundary layer 102 to describe according to the present invention.
Die
Mikrokanalwände 110 gestatten
der Flüssigkeit
einen thermischen Austausch entlang der ausgewählten Heißstellen des Grenzschicht-Heißstellenbereiches,
um die Wärmequelle 99 an
dieser Stelle zu kühlen.
Die Mikrokanalwände 110 haben eine
Breite von 10 bis 100 μm
und eine Höhe
im Bereich von 50 μ bis
2 mm, abhängig
von der Leistung der Wärmequelle 99.
Die Mikrokanäle 110 haben eine
Länge zwischen
100 μm und
mehreren Zentimetern, abhängig
von den Dimensionen der Wärmequelle,
sowie der Größe der Heißstellen
und der Wärmeflußdichte
von der Heißstelle.
Alternativ sind irgendwelche anderen Dimensionen für die Mikrokanalwände möglich. Die
Mikrokanalwände 110 stehen in
einem gegenseitigen Abstand von 50 bis 500 μm, abhängig von der Leistung der Wärmequelle 99,
obwohl ein anderer Abstand möglich
ist.The microchannel walls 110 allow the fluid thermal exchange along the selected hot spots of the interface hot spot area to the heat source 99 to cool at this point. The microchannel walls 110 have a width of 10 to 100 microns and a height in the range of 50 μ to 2 mm, depending on the power of the heat source 99 , The microchannels 110 have a length between 100 microns and several centimeters, depending on the dimensions of the heat source, as well as the size of the hot spots and the heat flow density of the hot spot. Alternatively, any other dimensions are possible for the microchannel walls. The microchannel walls 110 are at a mutual distance of 50 to 500 microns, depending on the power of the heat source 99 although a different distance is possible.
Unter
erneuter Bezugnahme auf 3B wird
darauf verwiesen, daß die
Oberseite der Verteilerschicht 106 weggeschnitten ist,
um die Kanäle 116, 122 und
die Finger 118, 120 innerhalb des Körpers der
Verteilerschicht 106 zeigen zu können. Die Stellen der Wärmequelle 99,
welche mehr Wärme produzieren,
werden hiermit als Heißstellen
bezeichnet, während
die Stellen der Wärmequelle 99,
welche weniger Wärme
erzeugen, hiermit als Warmstellen bezeichnet werden. Wie in 3B gezeigt
ist, weist die gezeigte Wärmequelle 99 einen
Heißstellenbereich
an der Stelle A auf und einen Warmstellenbereich an der Stelle B.
Die Bereiche der Grenzschicht 102, welche an die Heiß- und Warmstellen
angrenzen, sind demgemäß als Grenzschicht-Heißstellenbereiche
bezeichnet. Wie in 3B gezeigt ist, weist die Grenzschicht 102 einen
Grenzschicht-Heißstellenbereich
A auf, welcher oberhalb der Stelle A positioniert ist, und einen
Grenzschicht-Heißstellenbereich
B, welcher oberhalb der Stelle B positioniert ist.Referring again to 3B It should be noted that the top of the manifold layer 106 is cut away to the channels 116 . 122 and the fingers 118 . 120 within the body of the distribution layer 106 to be able to show. The places of the heat source 99 , which produce more heat, are hereby referred to as hot spots, while the locations of the heat source 99 , which produce less heat, hereby referred to as hot spots. As in 3B is shown, the heat source shown 99 a hot spot area at point A and a hot spot area at point B. The areas of the boundary layer 102 which adjoin the hot and hot spots are accordingly referred to as boundary layer hot spot areas. As in 3B is shown has the boundary layer 102 a boundary layer hot spot area A, which lies above the point A posi tion, and a boundary layer hot spot area B, which is positioned above the point B.
Wie
in den 3A und 3B gezeigt
ist, tritt die Flüssigkeit
zunächst
durch den Einlaßanschluß 108 in
den Wärmetauscher 100 ein.
Die Flüssigkeit
strömt
sodann bevorzugt zu einem Ein laßkanal 116.
Alternativ weist der Wärmetauscher 100 mehr
als einen Einlaßkanal 116 auf.
Wie in den 3A und 3B gezeigt
ist, verzweigt sich Flüssigkeit,
die vom Einlaßanschluß 108 entlang
dem Einlaßkanal 116 strömt, zunächst zu
dem Finger 118D. Weiterhin strömt Flüssigkeit, die ihre Strömung über den
Rest des Einlaßkanals 116 fortsetzt,
zu individuellen Fingern 118B und 118C .u.s.w..As in the 3A and 3B is shown, the liquid first passes through the inlet port 108 in the heat exchanger 100 one. The liquid then flows preferably to a laßkanal A 116 , Alternatively, the heat exchanger 100 more than one inlet channel 116 on. As in the 3A and 3B is shown, liquid branches from the inlet port 108 along the inlet channel 116 flows, first to the finger 118D , Furthermore, liquid flows, which flows through the remainder of the inlet channel 116 continues, to individual fingers 118B and 118C .etc.
In 3B wird
der Grenzschicht-Heißstellenbereich
A mit Flüssigkeit
versorgt, indem Flüssigkeit
zu dem Finger 118A strömt,
wobei Flüssigkeit durch
den Finger 118A nach unten zur Zwischenschicht 104 strömt. Die
Flüssigkeit
strömt
sodann durch die unter dem Finger 118A positionierte Einlaßleitung 105a zur
Grenzschicht 102, wobei die Flüssigkeit einem Wärmeaustausch
mit der Wärmequelle 99 unterworfen
wird. Die Flüssigkeit
strömt,
wie in 3B gezeigt, längs der
Mikrokanäle 110,
obwohl die Flüssigkeit
in irgendeiner anderen Richtung entlang der Grenzschicht 102 strömen kann.
Die erwärmte
Flüssigkeit
strömt
sodann aufwärts
durch die Leitung 105B zu dem Auslaßfinger 120A. Auf ähnliche
Weise strömt
Flüssigkeit
in Z-Richtung durch Finger 118E und 118F zur Zwischenschicht 104 nach unten.
Die Flüssigkeit
strömt
sodann durch die Einlaßleitung 105C in
Z-Richtung nach unten zur Grenzschicht 102. Die erwärmte Flüssigkeit
strömt
sodann aufwärts
in Z-Richtung von der Grenzschicht 102 durch die Auslaßleitung 105D zu
den Auslaßfingern 120E und 120F.
Der Wärmetauscher 100 entfernt
die erwärmte
Flüssigkeit
in der Verteilerschicht 106 über die Auslaßfinger 120,
wobei die Auslaßfinger 120 mit dem
Auslaßkanal 122 kommunizieren.
Der Auslaßkanal 122 ermöglicht es
der Flüssigkeit
durch einen Auslaßanschluß 109 aus
dem Wärmetauscher
auszutreten.In 3B the boundary layer hot spot region A is supplied with liquid by adding liquid to the finger 118A flows, taking fluid through the finger 118A down to the intermediate layer 104 flows. The liquid then flows through the under the finger 118A positioned inlet pipe 105a to the boundary layer 102 wherein the liquid undergoes heat exchange with the heat source 99 is subjected. The liquid flows as in 3B shown along the microchannels 110 although the liquid in any other direction along the boundary layer 102 can flow. The heated liquid then flows upwardly through the conduit 105B to the outlet finger 120A , Similarly, fluid flows in the Z direction through fingers 118E and 118F to the intermediate layer 104 downward. The liquid then flows through the inlet conduit 105C in the Z direction down to the boundary layer 102 , The heated liquid then flows upwardly in the Z direction from the boundary layer 102 through the outlet pipe 105D to the outlet fingers 120E and 120F , The heat exchanger 100 removes the heated liquid in the manifold layer 106 over the outlet fingers 120 , wherein the outlet fingers 120 with the outlet channel 122 communicate. The outlet channel 122 allows the liquid through an outlet port 109 exit from the heat exchanger.
Bei
einer Ausgestaltung sind die Einström- und Ausströmleitungen 105 direkt
oder nahezu direkt oberhalb der betreffenden Grenzschicht-Heißstellenbereiche
positioniert, um die Heißstellen
der Wärmequelle 99 direkt
mit Flüssigkeit
zu beaufschlagen. Weiterhin ist jeder Auslaßfinger 120 so konfiguriert, daß er am
nächsten
zu einem betreffenden Einlaßfinger 119 für einen
bestimmten Grenzschicht-Heißstellenbereich
angeordnet ist, um den dazwischen liegenden Druckabfall zu minimalisieren.
Demgemäß tritt
Flüssigkeit über den
Einlaßfinger 118A in
die Grenzschicht 102 ein und strömt über die geringstmögliche Entfernung
entlang der Bodenfläche 103 der
Grenzschicht 102 bevor sie die Grenzschicht 102 zum
Auslaßfinger 120A verläßt. Es ist
ersichtlich, daß die
Entfernung, über
welche die Flüssigkeit
entlang der Bodenfläche 103 strömt, von
der Wärmequelle 99 erzeugte
Wärme in
geeigneter Weise entfernt, ohne einen unnötig hohen Druckverlust zu erzeugen.
Weiterhin sind die Ecken der Finger 118, 120 gekrümmt, um
den Druckabfall der entlang der Finger 118 strömenden Flüssigkeit
zu reduzieren, wie dieses in den 3A und 3B gezeigt
ist.In one embodiment, the inflow and outflow lines 105 positioned directly or nearly directly above the respective boundary layer hot spot areas to the hot spots of the heat source 99 to apply liquid directly. Furthermore, each outlet finger 120 configured to be closest to a respective inlet finger 119 for a particular boundary layer hot spot area to minimize the intervening pressure drop. Accordingly, liquid passes through the inlet finger 118A into the boundary layer 102 and flows over the smallest possible distance along the floor surface 103 the boundary layer 102 before they reach the boundary layer 102 to the outlet finger 120A leaves. It can be seen that the distance over which the liquid travels along the bottom surface 103 flows from the heat source 99 generated heat removed in a suitable manner, without generating an unnecessarily high pressure loss. Furthermore, the corners are the fingers 118 . 120 curved to the pressure drop along the fingers 118 to reduce flowing liquid, like this in the 3A and 3B is shown.
Es
ist für
den Fachmann ersichtlich, daß die in
den 3A und 3B gezeigte
Konfiguration der Verteilerschicht 106 nur beispielhaft
ist. Die Konfiguration der Kanäle 116 und
der Finger 118 in der Verteilerschicht 106 hängen von
einer Anzahl von Faktoren ab, einschließlich der Stellen der Grenzschicht-Heißstellenbereiche,
der Menge der zu und von den Grenzschicht-Heißstellenbereichen
strömenden
Flüssigkeit
wie auch von der Menge der erzeugten Wärme, welche durch die Wärmequelle
in den Grenzschicht-Heißstellenbereichen
produziert wird. Beispielsweise weist die bevorzugte Konfiguration
der Verteilerschicht 106 ein ineinandergreifendes bzw.
ineinander verflochtenes Muster von parallelen Einlaß- und Auslaßfingern
auf, welche entlang der Breite der Verteilerschicht angeordnet sind,
wie dieses in den 4 bis 7A gezeigt
und weiter unten erläutert
ist. Nichtsdestoweniger ist jegliche andere Konfiguration der Kanäle 116 und
der Finger 118 möglich.It will be apparent to those skilled in the art that in the 3A and 3B shown configuration of the distribution layer 106 is only an example. The configuration of the channels 116 and the finger 118 in the distribution layer 106 These depend on a number of factors including the locations of the interface hot spot areas, the amount of liquid flowing to and from the interface hot spot areas, as well as the amount of heat generated by the heat source in the boundary layer hot spot areas. For example, the preferred configuration of the manifold layer 106 an interlaced pattern of parallel inlet and outlet fingers disposed along the width of the manifold layer, such as that in Figs 4 to 7A shown and explained below. Nonetheless, any other configuration of channels is 116 and the finger 118 possible.
4 zeigt
eine perspektivische Darstellung der bevorzugten Verteilerschicht 406 gemäß dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher.
Die Verteilerschicht 406 in 4 weist
bevorzugt eine Anzahl von ineinandergreifenden bzw. miteinander
verwobenen parallelen Flüssigkeitsfingern 411, 412 auf,
welche einer einphasigen und/oder einer zweiphasigen Flüssigkeit
gestatten, durch die Grenzschicht 402 zu strömen, ohne
daß dabei
innerhalb des Wärmetauschers 400 und
des Systems 30 (2A) ein
wesentlicher Druckabfall auftritt. Wie in 8 gezeigt
ist, sind die Einlaßfinger 411 abwechselnd
mit den Auslaßfingern 412 angeordnet.
Es ist jedoch für
den Fachmann erkennbar, daß eine
gewisse Anzahl von Einlaß-
oder Auslaßfingern
benachbart zueinander angeordnet sein kann, und daß die Ausbildung
daher nicht auf die abwechselnde Anordnung beschränkt ist,
wie sie in 4 gezeigt ist. Weiterhin sind
die Finger alternativ so ausgebildet, daß sich ein paralleler Finger
von einem anderen parallelen Finger verzweigt oder mit einem anderen
parallelen Finger verbunden ist. Demgemäß ist es möglich, erheblich mehr Einlaßfinger als
Auslaßfinger
zu haben und umgekehrt. 4 shows a perspective view of the preferred distribution layer 406 according to the heat exchanger according to the invention. The distribution layer 406 in 4 preferably has a number of interleaved parallel liquid fingers 411 . 412 on, which allow a single-phase and / or a two-phase liquid, through the boundary layer 402 to flow without being within the heat exchanger 400 and the system 30 ( 2A ) a significant pressure drop occurs. As in 8th are shown are the inlet fingers 411 alternating with the outlet fingers 412 arranged. However, it will be apparent to those skilled in the art that a certain number of inlet or outlet fingers may be disposed adjacent to each other, and that the construction is therefore not limited to the alternate arrangement, as in 4 is shown. Furthermore, the fingers are alternatively formed so that a parallel finger is branched from another parallel finger or connected to another parallel finger. Accordingly, it is possible to have considerably more inlet fingers than outlet fingers, and vice versa.
Die
Einlaßfinger
bzw. -passagen 411 liefern die in den Wärmetauschern eintretende Flüssigkeit an
die Grenzschicht 402, und die Auslaßfinger bzw. -passagen 412 entfernen
die Flüssigkeit
aus der Grenzschicht 402, welche sodann aus dem Wärmetauscher 400 austritt.
Die bevorzugte Konfiguration der Verteilerschicht 406 ermöglicht es
der Flüssigkeit,
in die Grenzschicht 402 einzutreten, und über eine
sehr kurze Entfernung in der Grenzschicht 402 zu strömen, bevor
sie in die Auslaßpassage 412 eintritt.
Die wesentliche Abnahme der Länge, über welche
die Flüssigkeit
längs der
Grenzschicht 402 strömt,
setzt den Druckabfall in dem Wärmetauscher 400 und
dem System 30 (2A) wesentlich
herab.The inlet fingers or passages 411 supply the liquid entering the heat exchangers to the boundary layer 402 , and the exhaust fingers 412 remove the liquid from the boundary layer 402 , which then from the heat exchanger 400 exit. The preferred configuration the distributor layer 406 allows the liquid to enter the boundary layer 402 to enter, and over a very short distance in the boundary layer 402 to pour before entering the outlet passage 412 entry. The substantial decrease in the length over which the liquid along the boundary layer 402 flows, sets the pressure drop in the heat exchanger 400 and the system 30 ( 2A ) substantially down.
Wie
in den 4 – 5 gezeigt
ist, weist die bevorzugte Verteilerschicht 406 eine Passage 414 auf,
welche mit zwei Einlaßpassagen 411 kommuniziert
und diese mit Flüssigkeit
versorgt. Wie in den 8 – 9 gezeigt ist, weist die Verteilerschicht 406 drei
Auslaßpassagen 412 auf,
welche mit der Passage 418 kommunizieren. Bevorzugt haben
die Passagen 414 in der Verteilerschicht 406 eine
ebene Bodenfläche,
welche die Flüssigkeit
zu den Fingern 411, 412 kanalisiert. Alternativ
ist die Passage 414 etwas geneigt, was die Flüssigkeit
beim Kanalisieren zu ausgewählten
Flüssigkeitspassagen 411 unterstützt. Alternativ
weist die Einlaßpassage 414 eine oder
mehrere Öffnungen
in ihrer Bodenfläche
auf, welche es einem Teil der Flüssigkeit
ermöglichen, nach
unten zu der Grenzschicht 402 zu strömen. In ähnlicher Weise hat die Passage 418 in
der Verteilerschicht einen ebenen Boden, welcher die Flüssigkeit aufnimmt
und zum Anschluß 408 kanalisiert.
Alternativ hat die Passage 418 eine geringfügige Neigung, welche
das Kanalisieren der Flüssigkeit
zu ausgewählten
Auslaßanschlüssen 408 unterstützt. Weiterhin
haben die Passagen 414, 418 eine Breite von etwa
2 mm, obwohl jede andere Breite alternativ möglich ist.As in the 4 - 5 shows the preferred distribution layer 406 a passage 414 on, which with two inlet passages 411 communicates and supplies them with fluid. As in the 8th - 9 is shown has the manifold layer 406 three outlet passages 412 on which with the passage 418 communicate. The passages are preferred 414 in the distribution layer 406 a flat bottom surface, which the liquid to the fingers 411 . 412 channeled. Alternatively, the passage 414 slightly inclined, causing the liquid when channeling to selected fluid passages 411 supported. Alternatively, the inlet passage 414 one or more openings in its bottom surface, which allow a portion of the liquid, down to the boundary layer 402 to stream. Similarly, the passage has 418 in the distribution layer a flat bottom, which receives the liquid and the connection 408 channeled. Alternatively, the passage has 418 a slight tilt, which channeling the liquid to selected outlet ports 408 supported. Continue to have the passages 414 . 418 a width of about 2 mm, although any other width is alternatively possible.
Die
Passagen 414, 418 kommunizieren mit den Anschlüssen 408, 409,
wobei die Anschlüsse
an Flüssigkeitslinien 38 in
dem System 30 (2A) angeschlossen
sind. Die Verteilerschicht 406 weist bevorzugt horizontal
angeordnete Flüssigkeitsanschlüsse 408, 409 auf.
Alternativ umfaßt
die Verteilerschicht 406 vertikal und/oder diagonal angeordnete Flüssigkeitsanschlüsse 408, 409,
wie unten erörtert ist,
obwohl in den 4 – 7 nicht
dargestellt. Alternativ weist die Verteilerschicht 406 keine
Passage 414 auf. Demgemäß wird die
Flüssigkeit
den Fingern 411 von den Anschlüssen 408 direkt zugeführt. Wenn
die Verteilerschicht 411 alternativ keine Passagen 418 aufweist,
strömt
die Flüssigkeit
in den Fingern 412 direkt durch die Anschlüsse 408 aus
dem Wärmetauscher 400.
Auch wenn zwei Anschlüsse 408 dargestellt
sind, die mit den Passagen 414, 418 kommunizieren,
ist ersichtlich, daß jegliche
andere Anzahl von Anschlüssen
alternativ verwendet werden kann.The passages 414 . 418 communicate with the connections 408 . 409 , where the connections to liquid lines 38 in the system 30 ( 2A ) are connected. The distribution layer 406 preferably has horizontally arranged liquid connections 408 . 409 on. Alternatively, the manifold layer comprises 406 vertically and / or diagonally arranged fluid connections 408 . 409 as discussed below, although in the 4 - 7 not shown. Alternatively, the manifold layer 406 no passage 414 on. Accordingly, the liquid becomes the fingers 411 from the terminals 408 fed directly. If the distribution layer 411 alternatively no passages 418 the liquid flows in the fingers 412 directly through the connections 408 from the heat exchanger 400 , Even if two connections 408 are shown with the passages 414 . 418 It will be understood that any other number of terminals may alternatively be used.
Die
Einlaßpassagen 411 haben
bevorzugt Abmessungen, welche es der Flüssigkeit ermöglichen,
zu der Grenzschicht zu strömen,
ohne längs der
Passagen 411 und des Systems 30 ( 2A)
einen hohen Druckabfall zu erzeugen. Die Einlaßpassagen 411 haben
bevorzugt eine Breite im Bereich von 0,25 – 5,00 mm, obwohl jegliche
andere Breitendimensionen alternativ möglich sind. Weiterhin haben
die Einlaßpassagen 411 bevorzugt
eine Länge im
Bereich von 0,5 mm bis zum Dreifachen der Länge der Wärmequelle. Alternativ sind
auch andere Längen
möglich.
Wie oben ausgeführt
ist, erstrecken sich die Einlaßpassagen 411 weiterhin
nach unten bis zur Höhe
oder geringfügig
oberhalb der Höhe
der Mikrokanäle 410,
so daß die
Flüssigkeit
direkt zu den Mikrokanälen 110 kanalisiert
wird. Die Einlaßpassagen 411 haben
bevorzugt eine Höhe
im Bereich von 0,25 – 5,00
mm. Es ist für
einen Fachmann erkennbar, daß sich
die Passagen 411 nicht nach unten zu den Mikrokanälen 410 erstrecken,
und daß alternativ
jegliche andere Höhe
möglich
ist. Es ist für
den Fachmann erkennbar, daß die
Einlaßpassagen 411 unterschiedliche
Dimensionen aufweisen können,
obwohl sie mit den gleichen Dimensionen dargestellt sind. Weiterhin
können
die Einlaßpassagen 411 alternativ variierende
Breiten, Querschnittsabmessungen und/oder Abstände zu benachbarten Fingern
aufweisen. Insbesondere kann die Passage 411 Bereiche größerer Breite
oder Tiefe wie auch Abschnitte mit geringeren Breiten und Tiefen
entlang ihrer Länge aufweisen.
Die variierten Abmessungen ermöglichen es,
daß mehr
Flüssigkeit
an vorbestimmte Grenzschicht-Heißstellenbereiche in der Grenzschicht 402 durch
weiter ausgebildete Abschnitte geliefert wird, während die Strömung zu
den Warmstellenbereichen durch engere Abschnitte vermindert wird.The intake passages 411 preferably have dimensions that allow the liquid to flow to the boundary layer without passing along the passages 411 and the system 30 ( 2A ) to produce a high pressure drop. The intake passages 411 preferably have a width in the range of 0.25 - 5.00 mm, although any other width dimensions are alternatively possible. Furthermore, the inlet passages 411 preferably has a length in the range of 0.5 mm to three times the length of the heat source. Alternatively, other lengths are possible. As stated above, the inlet passages extend 411 continue down to the height or slightly above the height of the microchannels 410 so that the liquid goes directly to the microchannels 110 is channeled. The intake passages 411 preferably have a height in the range of 0.25 - 5.00 mm. It will be apparent to one skilled in the art that the passages 411 not down to the microchannels 410 extend, and that, alternatively, any other height is possible. It will be apparent to those skilled in the art that the inlet passages 411 have different dimensions, although they are shown with the same dimensions. Furthermore, the inlet passages 411 alternatively have varying widths, cross-sectional dimensions and / or distances to adjacent fingers. In particular, the passage 411 Have areas of greater width or depth as well as sections of lesser widths and depths along their length. The varied dimensions enable more liquid to reach predetermined interface hot spot areas in the boundary layer 402 is provided by further formed sections while the flow to the hot spot areas is reduced by narrower sections.
Weiterhin
haben die Auslaßpassagen 412 bevorzugt
Abmessungen, welche es der Flüssigkeit ermöglichen,
zu der Grenzschicht zu strömen,
ohne einen großen
Druckabfall längs
der Passage 412 sowie des Systems 30 (2A)
zu erzeugen. Die Auslaßpassagen 412 haben
bevorzugt eine Breite im Bereich von 0,25 – 5,00 mm, obwohl jegliche
andere Breite alternativ möglich
ist. Weiterhin haben die Auslaßpassagen 412 bevorzugt
eine Länge
im Bereich von 0,5 mm und dem Dreifachen der Länge der Wärmequelle. Weiterhin erstrecken
sich die Auslaßpassagen 412 nach
unten zur Höhe
der Mikrokanäle 410,
so daß die
Flüssigkeit
leicht aufwärts
in die Auslaßpassagen 412 strömt, nachdem
sie horizontal durch die Mikrokanäle 410 geströmt ist.
Die Einlaßpassagen 411 haben
bevorzugt eine Höhe
im Bereich von 0,25 – 5,00
mm, obwohl jede andere Höhe alternativ
möglich
ist. Es ist für
den Fachmann erkennbar, daß die
Auslaßpassagen 412 die
gleichen Abmessungen aufweisen, obwohl es alternativ auch möglich ist,
daß die
Auslaßpassagen 412 unterschiedliche
Abmessungen aufweisen. Es sei noch einmal darauf verwiesen, daß die Auslaßpassagen 412 alternativ
variierende Breiten, Querschnittsabmessungen und/oder Abstände zu benachbarten Fingern
aufweisen können.Furthermore, the outlet passages 412 Preferably, dimensions that allow the liquid to flow to the boundary layer without a large pressure drop along the passage 412 as well as the system 30 ( 2A ) to create. The outlet passages 412 preferably have a width in the range of 0.25 - 5.00 mm, although any other width is alternatively possible. Furthermore, the outlet passages 412 preferably has a length in the range of 0.5 mm and three times the length of the heat source. Furthermore, the outlet passages extend 412 down to the height of the microchannels 410 so that the liquid flows slightly upwards into the outlet passages 412 after flowing horizontally through the microchannels 410 has flowed. The intake passages 411 preferably have a height in the range of 0.25 - 5.00 mm, although any other height is alternatively possible. It will be apparent to those skilled in the art that the outlet passages 412 have the same dimensions, although it is alternatively possible that the outlet passages 412 have different dimensions. It should again be noted that the outlet passages 412 alternatively may have varying widths, cross-sectional dimensions and / or distances to adjacent fingers.
Die
Einlaß-
und Auslaßpassagen 411, 412 sind
bevorzugt in Segmente unterteilt und unterscheiden sich voneinander,
wie dieses in den 4 und 5 dargestellt
ist, wobei sich Flüssigkeit
zwischen den Passagen nicht miteinander vermischt. Wie in 8 gezeigt ist, sind insbesondere zwei
Auslaßpassagen
längs den äußeren Rändern der
Verteilerschicht 406 angeordnet und eine Auslaßpassage 412 ist
in der Mitte der Verteilerschicht 406 angeordnet. Weiterhin
sind zwei Einlaßpassagen 411 an
benachbarten Seiten der mittleren Auslaßpassage 412 angeordnet.
Diese besondere Ausgestaltung verursacht, daß in die Grenzschicht 402 eintretende
Flüssigkeit über eine
kurze Distanz in der Grenzschicht 402 strömt, bevor
sie aus der Grenzschicht 402 durch die Auslaßpassage 412 strömt. Es ist
jedoch für
den Fachmann erkennbar, daß die
Einlaß-
und Auslaßpassagen
auch in irgendeiner anderen Konfiguration angeordnet sein können, und
daß ihre
Anordnung und Ausbildung daher nicht auf die gezeigte und be schriebene
Ausführung
beschränkt
ist. Die Anzahl der Einlaß-
und Auslaßfinger 411, 412 beträgt mehr als
drei innerhalb der Verteilerschicht 406, jedoch weniger
als zehn pro Zentimeter über
die Verteilerschicht 406. Es ist ebenfalls für den Fachmann
erkennbar, daß jede
andere Anzahl von Einlaß-
und Auslaßpassagen
verwendet werden kann, und daß ihre
Anzahl daher nicht auf die in der vorliegenden Offenbarung gezeigte
und beschriebene Zahl begrenzt ist.The inlet and outlet passages 411 . 412 are preferably divided into segments and differ from each other, as this in the 4 and 5 is shown, wherein liquid does not mix between the passages. As in 8th In particular, two outlet passages are shown along the outer edges of the manifold layer 406 arranged and an outlet passage 412 is in the middle of the distribution layer 406 arranged. Furthermore, there are two intake passages 411 on adjacent sides of the middle outlet passage 412 arranged. This particular design causes that in the boundary layer 402 entering liquid over a short distance in the boundary layer 402 flows before leaving the boundary layer 402 through the outlet passage 412 flows. However, it will be apparent to those skilled in the art that the inlet and outlet passages can be arranged in any other configuration, and that their arrangement and design is therefore not limited to the shown and be described embodiment. The number of inlet and outlet fingers 411 . 412 is more than three within the distribution layer 406 but less than ten per centimeter across the manifold layer 406 , It will also be apparent to those skilled in the art that any other number of inlet and outlet passages may be used and that their number is therefore not limited to the number shown and described in the present disclosure.
Bevorzugt
ist die Verteilerschicht 406 an die Zwischenschicht (nicht
gezeigt) gekoppelt, wobei die Zwischenschicht (nicht gezeigt) an
die Grenzschicht 402 gekoppelt ist, um einen Drei-Etagen-Wärmetauscher 400 zu
bilden. Bezüglich
der hier angesprochenen Zwischenschicht wird auf die oben unter
Bezugnahme auf die 3B erläuterte Ausgestaltung verwiesen.
Die Verteilerschicht 406 kann alternativ an die Grenzschicht 402 gekoppelt
und oberhalb der Grenzschicht 402 angeordnet sein, um einen Zwei-Etagen-Wärmetauscher 400 zu
bilden, wie in 7A gezeigt ist. Die 6A – 6C zeigen schematische
Querschnittsdarstellungen der bevorzugten Verteilerschicht 406,
die bei dem Zwei-Etagen-Wärmetauscher
an die Grenzschicht 402 gekoppelt ist. Speziell zeigt 6A den
Querschnitt des Wärmetauschers 400 längs der
Linie A – A
in 5. Weiterhin zeigt 6B den
Querschnitt des Wärmetauschers 400 längs der
Linie B – B
und 6C zeigt den Querschnitt des Wärmetauschers 400 längs der Linie
C – C
in 5. Wie oben ausgeführt worden ist, erstrecken
sich die Ein- und Auslaßpassagen 411, 412 von
der Oberseite zur Bodenfläche
der Verteilerschicht 406. Wenn die Verteilerschicht 406 und
die Grenzschicht 402 aneinander gekoppelt sind, befinden
sich die Einlaß-
und Auslaßpassagen 411, 412 an
der bzw. geringfügig
oberhalb der Höhe
der Mikrokanäle 410 in
der Grenzschicht 402. Diese Ausbildung bewirkt, daß die Flüssigkeit
von den Einlaßpassagen 411 leicht
durch die Mikrokanäle 410 strömt. Weiterhin
bewirkt diese Ausbildung, daß die
durch die Mikrokanäle
strömende
Flüssigkeit
leicht durch die Auslaßpassagen 412 aufwärts strömt, nachdem sie
durch die Mikrokanäle 410 geflossen
ist.The distributor layer is preferred 406 coupled to the intermediate layer (not shown), wherein the intermediate layer (not shown) to the boundary layer 402 is coupled to a three-level heat exchanger 400 to build. With regard to the interlayer referred to here, reference is made to the above with reference to FIGS 3B explained embodiment referenced. The distribution layer 406 can alternatively to the boundary layer 402 coupled and above the boundary layer 402 be arranged to a two-level heat exchanger 400 to form, as in 7A is shown. The 6A - 6C show schematic cross-sectional views of the preferred distribution layer 406 , which at the two-level heat exchanger to the boundary layer 402 is coupled. Specially shows 6A the cross section of the heat exchanger 400 along the line A - A in 5 , Further shows 6B the cross section of the heat exchanger 400 along the line B - B and 6C shows the cross section of the heat exchanger 400 along the line C - C in 5 , As stated above, the inlet and outlet passages extend 411 . 412 from the top to the bottom surface of the manifold layer 406 , If the distribution layer 406 and the boundary layer 402 coupled to each other, are the inlet and outlet passages 411 . 412 at or slightly above the height of the microchannels 410 in the boundary layer 402 , This formation causes the liquid from the inlet passages 411 easily through the microchannels 410 flows. Furthermore, this design causes the liquid flowing through the microchannels to flow easily through the outlet passages 412 flows upwards after passing through the microchannels 410 flowed.
In
der bevorzugten Ausgestaltung ist die Zwischenschicht 104 (3B)
zwischen der Verteilerschicht 406 und der Grenzschicht 402 angeordnet, obwohl
dieses in den Zeichnungsfiguren nicht gezeigt ist. Die Zwischenschicht 104 (3B)
kanalisiert den Flüssigkeitsstrom
zu vorbestimmten Grenzschicht-Heißstellenbereichen der Grenzschicht 402. Weiterhin
wird die Zwischenschicht 104 (3B) bevorzugt
dafür benutzt,
um einen gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom
zu erzeugen, der in die Grenzschicht 402 eintritt. Auch
wird die Zwischenschicht bevorzugt dafür verwendet, um Grenzschicht-Heißstellenbereichen
in der Grenzschicht 402 Flüssigkeit zuzuführen, um
die Heißstellen
angemessen zu kühlen
und eine gleichmäßige Temperatur
der Heizquelle 99 zu erzeugen. Obwohl die Ein- und Auslaßpassagen 411, 412 bevorzugt
nahe oder oberhalb der Heißstellen der
Wärmequelle 99 angeordnet
sind, um die Heißstellen
angemessen zu kühlen,
ist dieses nicht unbedingt erforderlich.In the preferred embodiment, the intermediate layer 104 ( 3B ) between the manifold layer 406 and the boundary layer 402 arranged, although this is not shown in the drawing figures. The intermediate layer 104 ( 3B ) channels the liquid flow to predetermined boundary layer hot spots of the boundary layer 402 , Furthermore, the intermediate layer 104 ( 3B ) is preferably used to produce a uniform liquid flow into the boundary layer 402 entry. Also, the intermediate layer is preferably used to form boundary layer hot spots in the boundary layer 402 To supply liquid to adequately cool the hot spots and a uniform temperature of the heat source 99 to create. Although the inlet and outlet passages 411 . 412 preferably near or above the hot spots of the heat source 99 are arranged to adequately cool the hot spots, this is not essential.
7A zeigt
eine Explosionsdarstellung einer anderen Verteilerschicht 406 mit
einer alternativen Grenzschicht 102 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugt weist die Grenzschicht 102 kontinuierliche bzw.
durchgehende Anordnungen von Mikrokanal-Wänden 110 auf, wie
in 3B gezeigt ist. Während des allgemeinen Betriebes
tritt Flüssigkeit, ähnlich wie
es bei der bevorzugten Verteilerschicht 106 gemäß 3B gezeigt
ist, in die Verteilerschicht 406 an einem Flüssigkeitsanschluß 408 ein
und strömt
durch die Passage 414 in Richtung auf die Flüssigkeitsfinger
bzw. Passagen 411. Die Flüssigkeit tritt durch die Öffnung der
Einlaßfinger 411 ein und
strömt
bevorzugt in X-Richtung über
die Länge der
Finger 411, wie dieses durch Pfeile gezeigt ist. Weiterhin
strömt
die Flüssigkeit
in Z-Richtung nach unten zu der Grenzschicht 402, welche
unterhalb der Verteilerschicht 406 positioniert ist. Wie
in 7A gezeigt ist, überquert die Flüssigkeit
in der Grenzschicht 402 die Bodenfläche in X- und Y-Richtung der Grenzschicht 402 und
führt einen
Wärmeaustausch mit
der Wärmequelle 99 durch.
Die erwärmte
Flüssigkeit
tritt aus der Grenzschicht 402 vorzugsweise durch Aufwärtsfließen in Z-Richtung über die
Auslaßfinger 412 aus,
wobei die Auslaßfinger 412 die
erwärmte
Flüssigkeit
zur Passage 418 in der Verteilerschicht 406 in
X-Richtung kanalisieren. Die Flüssigkeit
strömt
sodann entlang der Passage 418 und verläßt den Wärmetauscher durch Ausströmen aus
dem Anschluß 409. 7A shows an exploded view of another distribution layer 406 with an alternative boundary layer 102 according to the present invention. Preferably, the boundary layer 102 continuous or continuous arrangements of microchannel walls 110 on, like in 3B is shown. During general operation, liquid will appear, similar to the preferred distributor layer 106 according to 3B is shown in the distribution layer 406 at a fluid connection 408 and flows through the passage 414 in the direction of the liquid fingers or passages 411 , The liquid passes through the opening of the inlet fingers 411 and preferably flows in the X direction over the length of the fingers 411 as shown by arrows. Furthermore, the liquid flows in the Z direction down to the boundary layer 402 , which are below the distributor layer 406 is positioned. As in 7A shown crosses the liquid in the boundary layer 402 the bottom surface in the X and Y direction of the boundary layer 402 and performs a heat exchange with the heat source 99 by. The heated liquid exits the boundary layer 402 preferably by upward flow in the Z direction via the outlet fingers 412 from, with the Auslaßfinger 412 the heated liquid for passage 418 in the distribution layer 406 Channel in the X direction. The liquid then flows along the passage 418 and leaves the heat exchanger by flowing out of the port 409 ,
Die
in 7A gezeigte Grenzschicht enthält eine Anzahl von Rippen bzw.
Nuten 416, die zwischen Sätzen von Mikrokanälen 410 angeordnet
sind und die Flüssigkeit
beim Kanalisieren zu und von den Passagen 411, 412 unterstützen. Die
Nuten 416A sind direkt unterhalb der Einlaßpassage 411 der
alternativen Verteilerschicht 406 angeordnet, wobei die Flüssigkeit,
welche in die Grenzschicht 402 über die Einlaßpassage 411 eintritt,
direkt zu den der Nut 416A benachbarten Mikrokanälen kanalisiert
wird. Die Nuten 416A ermöglichen der Flüssigkeit
mithin, direkt in spezifisch vorgesehene Strömungspfade von den Einlaßpassagen 411 kanalisiert
zu werden, wie dieses in 5 gezeigt ist. In ähnlicher
Weise enthält
die Grenzschicht 402 Nuten 416B, welche direkt
unterhalb der Auslaßpassagen 412 in
Z-Richtung angeordnet sind. Flüssigkeit,
welche horizontal entlang der Mikrokanäle 410 in Richtung
auf die Auslaßpassagen
fließt,
wird daher horizontal zu den Nuten 416A und vertikal zu
der Auslaßpassage 412 über den
Nuten 416B kanalisiert.In the 7A shown boundary layer contains a number of ribs or grooves 416 between sets of microchannels 410 are arranged and the liquid when channeling to and from the passages 411 . 412 support. The grooves 416A are directly below the intake passage 411 the alternative distribution layer 406 arranged, with the liquid, which in the boundary layer 402 over the intake passage 411 enters, directly to the groove 416A channeled adjacent microchannels. The grooves 416A thus allow the liquid to flow directly into specifically provided flow paths from the inlet passages 411 to be channeled, like this one in 5 is shown. Similarly, the boundary layer contains 402 groove 416B which are directly below the outlet passages 412 are arranged in the Z direction. Liquid flowing horizontally along the microchannels 410 flows in the direction of the outlet passages, therefore becomes horizontal to the grooves 416A and vertical to the outlet passage 412 over the grooves 416B channeled.
6A zeigt
den Querschnitt eines Wärmetauschers 400 mit
einer Verteilerschicht 406 und einer Grenzschicht 402.
Insbesondere zeigt 6A die Einlaßpassage 411, die
mit den Auslaßpassagen 412 ineinandergreift
bzw. verwoben ist, wobei die Flüssigkeit
durch die Einlaßpassagen 411 nach
unten und durch die Auslaßpassagen 412 nach
oben strömt.
Weiterhin zeigt 6A, daß die Flüssigkeit horizontal durch die
Mikrokanal-Wände 410 strömt, welche
zwischen den Einlaß-
und Auslaßpassagen angeordnet
und durch die Mikrokanäle 410 getrennt sind.
Alternativ sind die Mikrokanal-Wände
durchgehend (3B) und nicht durch Nuten voneinander getrennt.
Wie in 6A gezeigt ist, haben die Einlaß- und/oder
Auslaßpassagen 411, 412 bevorzugt
an ihren Enden nahe den Nuten 116 eine gekrümmt Fläche 420.
Die gekrümmte
Fläche 420 leitet
die die Passage 411 hinabströmende Flüssigkeit zu den Mikrokanälen 410,
welche benachbart der Passage 411 angeordnet sind. So wird
die in die Grenzschicht 102 eintretende Flüssigkeit
einfacher direkt zu den Mikrokanälen 410 geleitet
als wenn sie direkt zu der Nut 416A strömt. In ähnlicher Weise unterstützt die
gekrümmte
Fläche 420 in
den Auslaßpassagen 412 die Führung der
Flüssigkeit
von den Mikrokanälen 410 zu
der äußeren Passage 412. 6A shows the cross section of a heat exchanger 400 with a distribution layer 406 and a boundary layer 402 , In particular shows 6A the intake passage 411 that with the outlet passages 412 is intertwined, with the liquid passing through the inlet passages 411 down and through the outlet passages 412 flows upwards. Further shows 6A Make sure the liquid is horizontal through the microchannel walls 410 which flows between the inlet and outlet passages and through the microchannels 410 are separated. Alternatively, the microchannel walls are continuous ( 3B ) and not separated by grooves. As in 6A is shown, have the inlet and / or outlet passages 411 . 412 preferably at their ends near the grooves 116 a curved surface 420 , The curved surface 420 directs the passage 411 downflowing liquid to the microchannels 410 which are adjacent to the passage 411 are arranged. So that gets into the boundary layer 102 Incoming fluid easier directly to the microchannels 410 piped as if directly to the groove 416A flows. Similarly, the curved surface supports 420 in the outlet passages 412 the management of the liquid from the microchannels 410 to the outer passage 412 ,
Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches
in 7B gezeigt ist, weist die Grenzschicht 402' die Einlaßpassagen 411' und Auslaßpassagen 412' auf, die oben
unter Bezugnahme auf die Verteilerschicht 406 (8 – 9) erörtert
worden sind. Bei dem alternativen Ausführungsbeispiel wird die Flüssigkeit
von dem Anschluß 408' direkt zur
Grenzschicht 402' geführt. Die
Flüssigkeit
strömt
entlang der Passage 414' zu
der Einlaßpassage 411'. Die Flüssigkeit
strömt
sodann quer entlang den Mikrokanälen 410' und unterliegt
einem Wärmeaustausch
mit der Wärmequelle
(nicht gezeigt) und strömt
zu den Auslaßpassagen 412'. Die Flüssigkeit
strömt
sodann entlang den Auslaßpassagen 412' zur Passage 418', wobei die
Flüssigkeit
die Grenzschicht 402' über den Anschluß 409' verläßt. Die
Anschlüsse 408', 409' sind in der
Grenzschicht 402' ausgebildet
und alternativ in der Verteilerschicht 406 (7A).In an alternative embodiment, which in 7B is shown has the boundary layer 402 ' the intake passages 411 ' and outlet passages 412 ' on, the above with reference to the distribution layer 406 ( 8th - 9 ) have been discussed. In the alternative embodiment, the liquid from the port 408 ' directly to the boundary layer 402 ' guided. The liquid flows along the passage 414 ' to the intake passage 411 ' , The liquid then flows across the microchannels 410 ' and undergoes heat exchange with the heat source (not shown) and flows to the outlet passages 412 ' , The liquid then flows along the outlet passages 412 ' to the passage 418 ' , where the liquid is the boundary layer 402 ' over the connection 409 ' leaves. The connections 408 ' . 409 ' are in the boundary layer 402 ' formed and alternatively in the distribution layer 406 ( 7A ).
Obwohl
alle Wärmeaustauscher
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit horizontaler Betriebsweise dargestellt sind, ist es
für einen
Fachmann erkennbar, daß der
erfindungsgemäße Wärmetauscher
alternativ in einer vertikalen Position arbeiten kann. Wenn in vertikaler
Position gearbeitet wird, sind die Wärmetauscher alternativ so ausgebildet,
daß jede Einlaßpassage
oberhalb einer benachbarten Auslaßpassage angeordnet ist. Demgemäß tritt
Flüssigkeit in
die Grenzschicht durch die Einlaßpassagen ein und wird auf
natürliche
Weise zu einer Auslaßpassage
kanalisiert. Es ist außerdem
ersichtlich, daß jede andere
Konfiguration der Verteilerschicht und der Grenzschicht alternativ
für eine
vertikale Betriebsweise des Wärmetauschers
benutzt werden kann.Even though
all heat exchangers
according to the present
Invention are shown with horizontal operation, it is
for one
One skilled in the art recognizes that the
inventive heat exchanger
alternatively can work in a vertical position. When in vertical
Position is worked, the heat exchangers are alternatively designed so
that every intake passage
is arranged above an adjacent outlet passage. Accordingly, occurs
Liquid in
the boundary layer through the inlet passages and is on
natural
Way to an outlet passage
channeled. It is also
it can be seen that every other
Configuration of the distribution layer and the boundary layer alternatively
for one
vertical operation of the heat exchanger
can be used.
Die 8A – 8C zeigen
Draufsichten auf eine andere Ausgestaltung des Wärmetauschers gemäß der vorliegenden
Erfindung. 8A zeigt eine Draufsicht auf
eine anders ausgebildete Verteilerschicht 206 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die 8B und 8C zeigen
eine Draufsicht auf eine Zwischenschicht 204 und eine Grenzschicht 202.
Weiterhin zeigt 9A einen Drei-Etagen-Wärmetauscher,
welcher die anders ausgebildete Verteilerschicht 206 benutzt,
während 9B einen Zwei-Etagen-Wärmetauscher
zeigt, welcher die anders ausgebildete Verteilerschicht 206 benutzt.The 8A - 8C show plan views of another embodiment of the heat exchanger according to the present invention. 8A shows a plan view of a differently formed distribution layer 206 according to the present invention. The 8B and 8C show a plan view of an intermediate layer 204 and a boundary layer 202 , Further shows 9A a three-level heat exchanger, which the differently formed distribution layer 206 used while 9B shows a two-level heat exchanger, which is the differently formed distribution layer 206 used.
Wie
in den 8A und 9A gezeigt
ist, weist die Verteilerschicht 206 eine Mehrzahl von horizontal
und vertikal angeordneten Flüssigkeitsanschlüssen 208 auf.
Alternativ können
die Flüssigkeitsanschlüsse 208 diagonal
oder in jeglicher anderer Richtung bezüglich der Verteilerschicht 206 angeordnet
sein. Die Flüssigkeitsanschlüsse 208 sind
an ausgewählten
Stellen der Verteilerschicht 206 plaziert, um Flüssigkeit
in effektiver Weise an vorgegebenen Grenzschicht-Heißstellen
des Wärmetauschers 200 zu
liefern. Die mehrfachen Flüssigkeitsanschlüsse 208 schaffen
einen signifikanten Vorteil, weil Flüssigkeit direkt von einem Flüssigkeitsanschluß an einen
bestimmten Grenzschicht-Heißstellenbereich
geliefert werden kann, ohne den Druckabfall in dem Wärmetauscher 200 in
signifikanter Weise zu vergrößern. Weiterhin
sind die Flüssigkeitsanschlüsse 208 auch
in der Verteilerschicht 206 positioniert, um Flüssigkeit
in den Grenzschicht-Heißstellenbereichen
zu ermöglichen,
mit geringstem Abstand zum Auslaßanschluß 208 zu strömen, so
daß die
Flüssigkeit
eine gleichmäßige Temperatur
erhält, während ein
minimaler Druckverlust zwischen den Einlaß- und Auslaßanschlüssen 208 erhalten
wird. Weiterhin unterstützt
die gebrauchte Verteilerschicht 206 eine Stabilisierung
einer Zwei-Phasen-Strömung innerhalb
des Wärmetauschers 200,
weil sie für
eine gleichmäßig verteilte,
gleichförmige
Strömung über die
Grenzschicht 202 sorgt. Es sei darauf verwiesen, daß alternativ
mehr als eine Verteilerschicht 206 in dem Wärmetauscher 200 angeordnet
sein kann, wobei eine Verteilerschicht 206 die Flüssigkeit
in den und aus dem Wärmetauscher 200 leitet,
und eine andere Verteilerschicht (nicht gezeigt) die Geschwindigkeit
der Flüssigkeitszirkulation
zu dem Wärmetauscher 200 steuert.
Alternativ können
alle der mehreren Verteilerschichten 206 Flüssigkeit
zu ausgewählten
entsprechenden Grenzschicht-Heißstellenbereichen
in der Grenzschicht 202 leiten.As in the 8A and 9A is shown has the manifold layer 206 a plurality of horizontally and vertically disposed fluid ports 208 on. Alternatively, the fluid connections 208 diagonally or in any other direction with respect to the manifold layer 206 be arranged. The fluid connections 208 are at selected points of the distribution layer 206 placed to effectively liquid at predetermined boundary layer hot spots of the heat exchanger 200 to deliver. The multiple fluid connections 208 provide a significant advantage because liquid can be delivered directly from a liquid port to a particular boundary layer hot spot area without the pressure drop in the heat exchanger 200 in a significant way to enlarge. Furthermore, the fluid connections 208 also in the distribution layer 206 positioned to allow liquid in the boundary layer hot spots, with the least distance to the outlet port 208 to flow so that the liquid maintains a uniform temperature, while a minimal pressure loss between the inlet and outlet ports 208 is obtained. Furthermore, the used distribution layer supports 206 a stabilization of a two-phase flow inside the heat exchanger 200 because they are for a uniformly distributed, uniform flow across the boundary layer 202 provides. It should be noted that alternatively more than one distribution layer 206 in the heat exchanger 200 can be arranged, wherein a distribution layer 206 the liquid in and out of the heat exchanger 200 and another manifold layer (not shown) controls the rate of fluid circulation to the heat exchanger 200 controls. Alternatively, all of the multiple distribution layers 206 Liquid to selected corresponding boundary layer hot spot areas in the boundary layer 202 conduct.
Die
alternative Verteilerschicht 206 hat laterale Abmessungen,
die ziemlich genau zu den Abmessungen der Grenzschicht 202 passen.
Weiterhin hat die Verteilerschicht 206 die gleichen Abmessungen
wie die Wärmequelle 99.
Alternativ kann die Verteilerschicht 206 größer als
die Wärmequelle 99 sein. Die
vertikalen Abmessungen der Verteilerschicht 206 liegen
innerhalb des Bereiches von 0,1 und 10 mm. Weiterhin können die Öffnungen
in der Verteilerschicht 206, welche die Flüssigkeitsanschlüsse 208 aufnehmen,
dimensionsmäßig im Bereich
zwischen 1 mm und der gesamten Breite bzw. Länge der Wärmequelle 99 sein.The alternative distribution layer 206 has lateral dimensions that are pretty much accurate to the dimensions of the boundary layer 202 fit. Furthermore, the distributor layer has 206 the same dimensions as the heat source 99 , Alternatively, the distribution layer 206 bigger than the heat source 99 be. The vertical dimensions of the manifold layer 206 are within the range of 0.1 and 10 mm. Furthermore, the openings in the distributor layer 206 which the fluid connections 208 dimensionally in the range between 1 mm and the entire width or length of the heat source 99 be.
11 zeigt
eine gebrochene perspektivische Darstellung eines Drei-Etagen-Wärmetauschers 200 mit
der anderen Verteilerschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie in 11 gezeigt ist, ist der Wärmetauscher 200 in
separate Bereiche unterteilt, abhängig von der Menge der entlang
der Körper
der Heizquelle 99 erzeugten Wärme. Die unterteilten Bereiche
sind durch die vertikale Zwischenschicht 204 und/oder Mikrokanal-Wände 210 in
der Grenzschicht 202 voneinander getrennt. Es ist jedoch
für den
Fachmann erkennbar, daß die
in 11 gezeigte Anordnung nicht auf diese Konfiguration
beschränkt
ist, sondern daß diese
nur beispielhaft dargestellt ist. 11 shows a broken perspective view of a three-level heat exchanger 200 with the other distribution layer according to the present invention. As in 11 is shown is the heat exchanger 200 divided into separate areas, depending on the amount of along the body of the heat source 99 generated heat. The subdivided areas are through the vertical interlayer 204 and / or micro-channel walls 210 in the boundary layer 202 separated from each other. However, it will be apparent to those skilled in the art that the in 11 shown arrangement is not limited to this configuration, but that this is shown only by way of example.
Wie
in 3 gezeigt ist, hat die Wärmequelle 99 eine
Heißstelle
an der Stelle A und eine Warmstelle an der Stelle B, wobei die Heißstelle
an der Stelle A mehr Wärme
erzeugt als die Warmstelle an der Stelle B. Es ist ersichtlich,
daß die
Wärmequelle 99 zu
gegebener Zeit mehr als eine Heißstelle und mehr als eine Warmstelle
an irgendeiner Stelle haben kann. Da bei dem Beispiel die Stelle
A eine Heißstelle
ist und an der Stelle A mehr Wärme
auf die Grenzschicht 202 oberhalb der Stelle A übertragen wird
(in 11 als Grenzschicht-Heißstellenbereich A
bezeichnet), wird dem Grenzschicht-Heißstellenbereich A im Wärmetauscher 200 mehr
Flüssigkeit und/oder
Flüssigkeit
mit höherer
Strömungsgeschwindigkeit
zur Verfügung
gestellt, um die Stelle A des Wärmetauschers 200 adäquat zu
kühlen.
Obwohl der Grenzschicht-Warmstellenbereich B größer als der Grenzschicht-Heißstellenbereich
A dargestellt ist, ist es ersichtlich, daß die Grenzschicht-Heißstellenbereiche
A und B wie auch jegliche anderen Grenzschicht-Heißstellenbereiche
des Wärmetauschers 200 relativ
zueinander jegliche Größe und/oder
Konfiguration aufweisen können.As in 3 shown has the heat source 99 a hot spot at the point A and a hot spot at the point B, wherein the hot spot at the point A generates more heat than the hot spot at the point B. It can be seen that the heat source 99 may have more than one hot spot and more than one hot spot at any one time. Since in the example the point A is a hot spot and at the point A more heat is applied to the boundary layer 202 is transmitted above the point A (in 11 referred to as boundary layer hot spot area A) becomes the boundary layer hot spot area A in the heat exchanger 200 more liquid and / or liquid with higher flow velocity provided to the point A of the heat exchanger 200 to cool adequately. Although the boundary layer hot spot area B is shown to be greater than the boundary layer hot spot area A, it can be seen that the boundary layer hot spot areas A and B as well as any other boundary layer hot spot areas of the heat exchanger 200 relative to each other may have any size and / or configuration.
Alternativ,
wie in 11 gezeigt ist, kann die über die
Flüssigkeitsanschlüsse 208A in
den Wärmetauscher
eintretende Flüssigkeit
zu dem Grenzschicht-Heißstellenbereich
A durch Strömen
entlang der Zwischenschicht 204 zu den Einströmleitungen 205A geleitet
werden. Die Flüssigkeit
strömt
dann nach unten durch die Einlaßleitungen 205A in Z-Richtung
in den Grenzschicht-Heißstellenbereich A
der Grenzschicht 202. Die Flüssigkeit strömt zwischen
den Mikrokanälen 210A,
wobei Wärme
von der Stelle A auf die Flüssigkeit
durch Leitung durch die Grenzschicht 202 übergeht.
Die erwärmte
Flüssigkeit
strömt
entlang der Grenzschicht 202 im Grenzschicht-Heißstellenbereich
A in Richtung auf den Auslaßanschluß 209A,
wo die Flüssigkeit
aus dem Wärmetauscher 200 austritt.
Es ist für
den Fachmann erkennbar, daß jegliche
Anzahl von Einlaßanschlüssen 208 und
Auslaßanschlüssen 209 für einen bestimmten
Grenzschicht-Heißstellenbereich
oder mehrere solcher Bereiche verwendet werden kann. Obwohl der
Auslaßanschluß 209A nahe
der Grenzschicht 202A gezeigt ist, kann der Auslaßanschluß 209A alternativ
an jeder anderen Stelle vertikal positioniert sein, gegebenenfalls
auch an der Verteilerschicht 209B.Alternatively, as in 11 can be shown, the over the fluid connections 208A liquid entering the heat exchanger to the boundary layer hot spot area A by flowing along the intermediate layer 204 to the inflow lines 205A be directed. The liquid then flows down through the inlet conduits 205A in the Z direction in the boundary layer hot spot area A of the boundary layer 202 , The liquid flows between the microchannels 210A , wherein heat from the point A to the liquid by conduction through the boundary layer 202 passes. The heated liquid flows along the boundary layer 202 in the boundary layer hot spot area A toward the outlet port 209A where the liquid from the heat exchanger 200 exit. It will be apparent to those skilled in the art that any number of inlet ports 208 and outlet connections 209 can be used for a particular boundary layer hot spot area or multiple such areas. Although the outlet port 209A near the boundary layer 202A is shown, the outlet port 209A alternatively be positioned vertically at any other location, optionally also at the distributor layer 209B ,
In ähnlicher
Weise hat bei dem in 11 gezeigten Beispiel die Wärmequelle 99 eine
Warmstelle im Bereich B, welche weniger Wärme als an der Stelle A der
Wärmequelle 99 erzeugt.
Durch den Anschluß 208B eintretende
Flüssigkeit
wird zu dem Grenzschicht-Warmstellenbereich
B durch Strömen entlang
der Zwischenschicht 204B zu den Einströmleitungen 205B geleitet.
Die Flüssigkeit
strömt
sodann durch die Einströmleitungen 205B nach
unten in Z-Richtung in den Grenzschicht-Warmstellenbereich B der
Grenzschicht 202. Die Flüssigkeit strömt zwischen
den Mikrokanälen 210 in
X- und Y-Richtung, wobei von der Wärmequelle an der Stelle B erzeugte
Wärme auf
die Flüssigkeit übertragen
wird. Die erwärmte
Flüssigkeit
strömt
entlang der gesamten Grenzschicht 202B im Grenzschicht-Warmstellenbereich
B aufwärts
zu den Auslaßanschlüssen 209B in
Z-Richtung über
die Ausströmleitungen 205B in
der Zwischenschicht 204, wobei die Flüssigkeit aus dem Wärmetauscher 200 austritt.Similarly, in the case of 11 Example shown, the heat source 99 a hot spot in the area B, which is less heat than at the point A of the heat source 99 generated. Through the connection 208B incoming liquid becomes the boundary layer hot spot area B by flowing along the intermediate layer 204B to the inflow lines 205B directed. The liquid then flows through the inflow lines 205B down in the Z direction in the boundary layer hot spot area B of the boundary layer 202 , The liquid flows between the microchannels 210 in the X and Y directions, wherein heat generated by the heat source at the point B is transferred to the liquid. The heated liquid flows along the entire boundary layer 202B in the boundary layer warming area B up to the outlet ports 209B in the Z direction via the discharge lines 205B in the interlayer 204 , wherein the liquid from the heat exchanger 200 exit.
Alternativ
kann der Wärmetauscher 200,
wie in 9A gezeigt ist, eine dampfdurchlässige Membran 214 aufweisen,
die über
der Grenzschicht 202 positioniert ist. Die dampfdurchlässige Membran 214 ist
in abdichtendem Kontakt mit den inneren Seitenwänden des Wärmetauschers 200.
Die Membran hat zahlreiche kleine Öffnungen, die es Dampf, der
entlang der Grenzschicht 202 erzeugt worden ist, gestatten,
hierdurch zu dem Auslaßanschluß 209 zu
gelangen. Die Membran 214 ist außerdem hydrophob ausgebildet,
um zu verhindern, daß entlang
der Grenzschicht 202 strömende Flüssigkeit durch die Öffnungen
der Membran 214 ge langt. Weitere Einzelheiten der dampfdurchlässigen Membran 214 sind
in der am 12.- Februar 2003 unter der Bezeichnung „Vapour Escape
Microchannel Heat Exchanger" angemeldeten
US-Patentanmeldung Nr. 10/366 128 offenbart, auf welche hiermit
Bezug genommen wird.Alternatively, the heat exchanger 200 , as in 9A is shown, a vapor permeable membrane 214 that are above the boundary layer 202 is positioned. The vapor permeable membrane 214 is in sealing contact with the inner sidewalls of the heat exchanger 200 , The membrane has numerous small openings that steam it along the boundary layer 202 has been generated, thereby, to the outlet port 209 to get. The membrane 214 is also hydrophobic, to prevent it from passing along the boundary layer 202 flowing liquid through the openings of the membrane 214 reached. Further details of the vapor permeable membrane 214 are disclosed in U.S. Patent Application No. 10 / 366,128 filed February 12, 2003, entitled "Vapor Escape Microchannel Heat Exchanger", which is hereby incorporated by reference.
Der
Mikrokanal-Wärmetauscher
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann alternativ andere Konfigurationen aufweisen, die
oben nicht beschrieben sind. Beispielsweise kann der Wärmetauscher
eine Verteilerschicht aufweisen, welche den Druckabfall innerhalb
des Wärmetauschers
mittels separat abgedichteter Einlaß- und Auslaßöffnungen
minimalisiert, welche zur Grenzschicht führen. Dabei strömt die Flüssigkeit
direkt durch Einlaßöffnungen
zur Grenzschicht und unterliegt in der Grenzschicht einem Wärmeaustausch.
Die Flüssigkeit
tritt sodann aus der Grenzschicht aus, indem sie direkt durch Auslaßöffnungen
strömt,
die benachbart zu den Einlaßöffnungen
angeordnet sind. Diese poröse
Konfiguration der Verteilerschicht minimalisiert den Abstand, über den
die Flüssigkeit
zwischen den Einlaß-
und Auslaßanschlüssen strömen muß, und maximalisier
die Aufteilung des Flüssigkeitsstroms
zwischen den diversen Öffnungen,
welche zur Grenzschicht führen.Of the
Microchannel heat exchanger
according to the present
The invention may alternatively have other configurations which
are not described above. For example, the heat exchanger
have a manifold layer, the pressure drop within
of the heat exchanger
by means of separately sealed inlet and outlet openings
minimized, which lead to the boundary layer. The liquid flows
directly through inlet openings
to the boundary layer and is subject to heat exchange in the boundary layer.
The liquid
then exits the boundary layer by passing directly through outlet ports
flows,
the adjacent to the inlet openings
are arranged. This porous
Configuration of the distribution layer minimizes the distance over which
the liquid
between the intake
and outlet ports must flow, and maximize
the division of the liquid flow
between the various openings,
which lead to the boundary layer.
Einzelheiten
darüber,
wie der Wärmetauscher 100 und
die individuellen Schichten in dem Wärmetauscher 100 hergestellt
werden, werden weiter unten erörtert.
Die folgende Erörterung
bezieht sich auf die bevorzugten und alternativen Wärmetauscher
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei auf den Wärmetauscher 100 in 3B und
individuelle Schichten darin der Einfachheit halber Bezug genommen
wird. Es ist außerdem
für einen
Fachmann erkennbar, daß,
auch wenn die Herstellungsdetails bezüglich der vorliegenden Erfindung
beschrieben werden, die Herstellungsdetails auch alternativ auf konventionelle
Wärmetauscher
wie auch auf Zwei- und Drei-Etagen-Wärmetaustauscher anwendbar sind,
welche einen Flüssigkeitseinlaßanschluß und einen
Flüssigkeitsauslaßanschluß verwenden,
wie in den 1A – 1C gezeigt
ist.Details about how the heat exchanger 100 and the individual layers in the heat exchanger 100 are discussed below. The following discussion refers to the preferred and alternative heat exchangers according to the present invention, wherein the heat exchanger 100 in 3B and individual layers will be referred to for simplicity. It will also be apparent to one of ordinary skill in the art, that even though the manufacturing details relating to the present invention are described, the manufacturing details are alternatively applicable to conventional heat exchangers as well as two- and three-level heat exchangers employing a liquid inlet port and a liquid outlet port. like in the 1A - 1C is shown.
Bevorzugt
hat die Grenzschicht 102 einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten,
welcher ähnlich
oder gleich zu demjenigen der Wärmequelle 99 ist.
Demgemäß dehnt
sich die Grenz schicht 102 bevorzugt gemäß der Wärmequelle 99 aus und
zieht sich gemäß der Wärmequelle 99 zusammen.
Alternativ kann das Material der Grenzschicht 102 einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der unterschiedlich zu demjenigen
des Materials der Wärmequelle
ist. Eine aus einem Material wie Silizium hergestellte Grenzschicht 102 hat
einen Wärmeausdehnungskoeffizienten,
der zu demjenigen der Wärmequelle 99 paßt, und
hat eine hinreichende thermische Leitfähigkeit, um in adäquater Weise Wärme von
der Wärmequelle 99 auf
die Flüssigkeit zu übertragen.
Alternativ können
jedoch andere Materialien für
die Grenzschicht 102 verwendet werden, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten
zu demjenigen der Wärmequelle
passen.The boundary layer preferably has 102 a thermal expansion coefficient which is similar or equal to that of the heat source 99 is. Accordingly, the boundary layer expands 102 preferably according to the heat source 99 out and pulls according to the heat source 99 together. Alternatively, the material of the boundary layer 102 have a thermal expansion coefficient different from that of the material of the heat source. A boundary layer made of a material such as silicon 102 has a thermal expansion coefficient to that of the heat source 99 Fits, and has sufficient thermal conductivity to adequately heat from the heat source 99 to transfer to the liquid. Alternatively, however, other materials may be used for the boundary layer 102 be used, whose thermal expansion coefficient match that of the heat source.
Die
Grenzschicht 102 in dem Wärmetauscher 100 hat
bevorzugt eine hohe thermische Leitfähigkeit, um eine hinreichende
Wärmeleitung
zwischen der Wärmequelle 99 und
der entlang der Grenzschicht 102 strömenden Flüssigkeit zu ermöglichen,
so daß die
Wärmequelle 99 nicht überhitzt wird.
Die Grenzschicht 102 wird bevorzugt aus einem Material
hergestellt, welches eine hohe thermische Leitfähigkeit von 100 W/m-K hat.
Es ist jedoch für
einen Fachmann erkennbar, daß die
Grenzschicht 102 auch eine thermische Leitfähigkeit
von mehr oder weniger als 100 W/m-K haben kann und hierauf nicht beschränkt ist.The boundary layer 102 in the heat exchanger 100 preferably has a high thermal conductivity to a sufficient heat conduction between the heat source 99 and along the boundary layer 102 allow flowing liquid, so that the heat source 99 not overheated. The boundary layer 102 is preferably made of a material having a high thermal conductivity of 100 W / mK. However, it will be apparent to one skilled in the art that the boundary layer 102 may also have a thermal conductivity of more or less than 100 W / mK and is not limited thereto.
Um
die bevorzugte thermische Leitfähigkeit zu
erhalten, ist die Grenzschicht bevorzugt aus einem Halbleitersubstrat
wie Silizium hergestellt. Alternativ kann die Grenzschicht aus anderem
Material bestehen, wie beispielsweise einzel-kristallinen dielektrischen
Materialien, Metallen, Aluminium, Nickel und Kupfer, Kovar, Graphit,
Diamant, Verbundwerkstoffen oder jeglichen geeigneten Legierungen.
Ein alternatives Material für
die Grenzschicht 102 ist ein gemustertes oder gegossenes
organisches Gittermaterial.In order to obtain the preferred thermal conductivity, the barrier layer is preferably made of a semiconductor substrate such as silicon. Alternatively, the barrier layer may be made of other materials such as single crystalline dielectric materials, metals, aluminum, nickel and copper, kovar, graphite, diamond, composites or any suitable alloys. An alternative material for the boundary layer 102 is a patterned or cast organic grid material.
Wie
in 12 gezeigt ist, ist es bevorzugt, daß die Grenzschicht 102 mit
einer Beschichtung 112 beschichtet wird, um das Material
der Grenzschicht 102 zu schützen sowie die thermischen
Austauscheigenschaften der Grenzschicht 102 zu verbessern. Die
Beschichtung 112 schafft einen chemischen Schutz, der bestimmte
chemische Reaktion zwischen der Flüssigkeit und der Grenzschicht 102 eliminiert.
Zum Beispiel kann eine aus Aluminium hergestellte Grenzschicht 102 durch
die mit ihr Kontakt kommende Flüssigkeit
angegriffen werden, wobei die Grenzschicht 102 im Verlaufe
der Zeit zerstört
werden würde.
Die Beschichtung 112 aus einen dünnen Nickelschicht von etwa
25 μm wird
daher bevorzugt durch Elektroplattieren über die Oberfläche der Grenzschicht 102 aufgetragen,
um jegliche mögliche chemischen
Reaktionen zu verhindern, ohne die thermischen Eigenschaften der
Grenzschicht 102 signifikant zu verändern. Es ist ersichtlich,
daß irgendein
anderes Beschichtungsmaterial mit geeigneter Beschichtungsdicke
vorgesehen sein kann, abhängig
von dem Material bzw. den Materialien der Grenzschicht 102.As in 12 is shown, it is preferred that the boundary layer 102 with a coating 112 is coated to the material of the boundary layer 102 protect as well as the thermal exchange properties of the boundary layer 102 to improve. The coating 112 creates a chemical protection, the specific chemical reaction between the liquid and the boundary layer 102 eliminated. For example, a barrier layer made of aluminum 102 be attacked by the liquid coming into contact with it, the boundary layer 102 would be destroyed over time. The coating 112 a thin nickel layer of about 25 microns is therefore preferred by electroplating over the surface of the boundary layer 102 applied to prevent any possible chemical reactions without the thermal properties of the boundary layer 102 to change significantly. It will be appreciated that any other coating material having a suitable coating thickness may be provided, depending on the material or materials of the boundary layer 102 ,
Weiterhin
wird das Beschichtungsmaterial 112 auf die Grenzschicht 102 aufgebracht,
um die thermische Leitfähigkeit
der Grenzschicht zu verbessern, und einen ausreichenden Wärmeaustausch
mit der Wärmequelle 99 durchführen zu
können,
wie in 12 gezeigt ist. Zum Beispiel
kann eine Grenzschicht 102 auf metallischer Basis mit einem
Kunststoffüberzug
thermisch mit einer Schicht einer Nickelbeschichtung 112 auf
den Kunststoff verbessert werden. Die Nickelschicht hat dabei eine
Dicke von wenigstens 25 μm,
abhängig
von den Dimensionen der Grenzschicht 102 und der Wärmequelle 99.
Es ist ersichtlich, daß irgendein
anderes Beschichtungsmaterial mit geeigneter Beschichtungsdicke
vorgesehen werden kann, abhängig
von dem Material bzw. den Materialien der Grenzschicht 102.
Das Beschichtungsmaterial 112 wird alternativ auf einem
Material verwendet, welches bereits hohe thermische Leitfähigkeitscharakteristika
hat, so daß das
Beschichtungsmaterial die thermische Leitfähigkeit des Materials noch
verbessert. Das Beschichtungsmaterial 112 wird bevorzugt
sowohl auf die Bodenfläche 103 wie
auch auf die Mikrokanal-Wände 110 der
Grenzschicht 102 aufgebracht, wie in 12 gezeigt
ist. Alternativ kann das Beschichtungsmaterial 112 entweder
auf die Bodenfläche 103 oder
die Mikrokanal-Wände 110 aufgebracht
werden. Das Beschichtungsmaterial 112 besteht bevorzugt
aus einem Metall wie beispielsweise Nickel oder Aluminium, ist hierauf
jedoch nicht begrenzt. Vielmehr kann das Beschichtungsmaterial 112 alternativ
aus irgendeinem anderen Material hoher Leitfähigkeit bestehen.Furthermore, the coating material 112 on the boundary layer 102 applied to improve the thermal conductivity of the boundary layer, and a sufficient heat exchange with the heat source 99 to be able to perform as in 12 is shown. For example, a boundary layer 102 on a metallic basis with a plastic coating thermally with a layer of a nickel coating 112 to be improved on the plastic. The nickel layer has a thickness of at least 25 μm, depending on the dimensions of the boundary layer 102 and the heat source 99 , It will be appreciated that any other coating material having a suitable coating thickness may be provided, depending on the material or materials of the boundary layer 102 , The coating material 112 is alternatively used on a material which already has high thermal conductivity characteristics, so that the coating material further improves the thermal conductivity of the material. The coating material 112 is preferred both on the floor surface 103 as well as the microchannel walls 110 the boundary layer 102 applied, as in 12 is shown. Alternatively, the coating material 112 either on the floor surface 103 or the micro-channel walls 110 be applied. The coating material 112 preferably consists of a metal such as nickel or aluminum, but is not limited thereto. Rather, the coating material 112 alternatively, consist of any other high conductivity material.
Die
Grenzschicht 102 wird bevorzugt durch einen Ätzprozeß ausgebildet
unter Verwendung eines Kupfermaterials, welches mit einer dünnen Nickelschicht
beschichtet ist, um die Grenzschicht 102 zu schützen. Alternativ
kann die Grenzeschicht 102 aus Aluminium, einem Siliziumsubstrat,
Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden.
Eine aus einem Material mit schlechter thermischer Leitfähigkeit
hergestellte Grenzschicht 102 kann ebenfalls mit einem
geeigneten Beschichtungsmaterial beschichtet werden, um die thermische
Leitfähigkeit
der Grenzschicht 102 zu verbessern. Ein Verfahren zur elektrischen
Ausbildung der Grenzschicht besteht in der Aufbringung einer Teilchenschicht
aus Chrom oder einem anderen geeigneten Material über der
Bodenfläche 103 der
Grenzschicht 102 und Anlegen einer geeigneten elektrischen Spannung
an die Teilchenschicht. Die elektrische Verbindung formt dabei eine
Schicht aus einem thermisch leitfähigen Beschichtungsmaterial 112 auf
der Grenzschicht 102. Der elektrische Formprozeß führt zu Beschichtungsdimensionen
im Bereich von 10 – 100 μm. Die Grenzschicht 102 wird
durch einen elektrischen Formprozeß wie ein gemustertes Elektroplattieren
ausgebildet. Weiterhin kann die Grenzschicht alternativ durch fotochemisches Ätzen oder chemisches
Fräsen
hergestellt werden, und zwar entweder allein oder in Kombination
mit einem elektrischen Formungsverfahren. Zum Herstellen von Merkmalen
in der Grenzschicht 102 können übliche lithographische Einrichtungen
zum chemischen Fräsen
verwendet werden. Weiterhin können
die Längenverhältnisse
und Toleranzen durch Verwendung laserunterstützter chemischer Fräsprozesse
verbessert werden.The boundary layer 102 is preferably formed by an etching process using a copper material coated with a thin nickel layer around the barrier layer 102 to protect. Alternatively, the boundary layer 102 made of aluminum, a silicon substrate, plastic or other suitable material. A barrier layer made of a material with poor thermal conductivity 102 may also be coated with a suitable coating material to increase the thermal conductivity of the boundary layer 102 to improve. One method of electrically forming the barrier layer is to apply a particle layer of chromium or other suitable material over the bottom surface 103 the boundary layer 102 and applying a suitable electrical voltage to the particle layer. The electrical connection forms a layer of a thermally conductive coating material 112 on the boundary layer 102 , The electrical molding process leads to coating dimensions in the range of 10 - 100 microns. The boundary layer 102 is formed by an electric molding process such as a patterned electroplating. Furthermore, the boundary layer may alternatively be prepared by photochemical or chemical milling, either alone or in combination with an electrical forming process. For producing features in the boundary layer 102 For example, conventional lithographic equipment may be used for chemical milling. Furthermore, the aspect ratios and tolerances can be improved by using laser assisted chemical milling processes.
Die
Mikrokanal-Wände 110 werden
bevorzugt aus Silizium hergestellt. Die Mikrokanal-Wände 110 können alternativ
aus anderen Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise aus
gemustertem Glas, Polymer oder einem gegossenen Polymergitter. Obwohl
es zweckmäßig ist,
wenn die Mikrokanal-Wände 110 aus
demselben Material wie die Bodenfläche 103 der Grenzschicht 102 bestehen,
können
die Mikrokanal-Wände 110 alternativ
aus einem anderen Material bestehen als der Rest der Grenzschicht 102.The micro-channel walls 110 are preferably made of silicon. The micro-channel walls 110 may alternatively be made of other materials, such as patterned glass, polymer, or a cast polymer grid. Although it is useful if the micro-channel walls 110 made of the same material as the floor surface 103 the boundary layer 102 can exist, the micro-channel walls 110 alternatively made of a different material than the rest of the boundary layer 102 ,
Bevorzugt
weisen die Mikrokanal-Wände 110 eine
thermische Leitfähigkeit
von wenigstens 10 W/m-K auf. Alternativ können die Mikrokanal-Wände 110 eine
thermische Leitfähigkeit von
mehr als 10 W/m-K aufweisen. Es ist für den Fachmann erkennbar, daß die Mikrokanal-Wände 110 alternativ
eine thermische Leitfähigkeit
von wenigstens 20 W/m-K aufweisen können, wobei Beschichtungsmaterial 112 auf
die Mikrokanal-Wände 110 aufgebracht
wird, wie in 12 gezeigt ist, um die thermische
Leitfähigkeit der
Wände 110 zu
verbessern. Für
Mikrokanal-Wände 110,
die aus Materialien bestehen, welche bereits eine gute thermische
Leitfähigkeit
aufweisen, weist die Beschichtung 112 eine Dicke von wenigstens
25 μm auf,
welche die Oberfläche
der Mikrokanal-Wände 110 auch
schützt.
Für Mikrokanal-Wände 110,
die aus einem Material mit schlechter thermischer Leitfähigkeit
hergestellt sind, besitzt die Beschichtung 112 eine thermische
Leitfähigkeit
von wenigstens 50 W/m-K und ist mehr als 25 μm dick. Es ist für den Fachmann
erkennbar, daß andere
Typen von Beschichtungsmaterialien wie auch andere Dickendimensionen
möglich
sind.Preferably, the micro-channel walls 110 a thermal conductivity of at least 10 W / mK. Alternatively, the micro-channel walls 110 have a thermal conductivity of more than 10 W / mK. It will be apparent to those skilled in the art that the microchannel walls 110 alternatively may have a thermal conductivity of at least 20 W / mK, wherein coating material 112 on the micro-channel walls 110 is applied as in 12 shown is the thermal conductivity of the walls 110 to improve. For micro-channel walls 110 consisting of materials which already have a good thermal conductivity, the coating has 112 a thickness of at least 25 microns, which is the surface area of the microchannel walls 110 also protects. For micro-channel walls 110 made of a material with poor thermal conductivity possesses the coating 112 a thermal conductivity of at least 50 W / mK and is more than 25 microns thick. It will be apparent to those skilled in the art that other types of coating materials as well as other thickness dimensions are possible.
Um
die Mikrokanal-Wände 110 so
auszubilden, daß sie
eine adäquate
thermische Leitfähigkeit von
wenigstens 10 W/m-K haben, werden die Wände 110 elektrisch
mit Beschichtungsmaterial 112 (12) wie
Nickel oder einem anderen Metall, wie oben ausgeführt worden
ist, beschichtet. Um die Mikrokanal-Wände 110 so auszubilden,
daß sie
eine adäquate
thermische Leitfähigkeit
von wenigstens 50 W/m-K aufweisen, werden die Wände 110 mit Kupfer auf
einer dünnen
Metallfilm-Teilchenschicht elektroplattiert. Alternativ sind die
Mikrokanal-Wände 110 nicht
mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet. Es versteht sich, daß die thermischen
Leitfähigkeitscharakteristika
der Mikrokanal-Wände 110 und
der Beschichtung 112 auch denjenigen der Säulen 203 (10)
und irgendeiner anderen darauf angeordneten Beschichtung entsprechen,
wenn dieses angezeigt ist.Around the micro-channel walls 110 so that they have an adequate thermal conductivity of at least 10 W / mK, the walls become 110 electrically with coating material 112 ( 12 ), such as nickel or other metal as stated above. Around the micro-channel walls 110 so that they have an adequate thermal conductivity of at least 50 W / mK, the walls become 110 electroplated with copper on a thin metal film particle layer. Alternatively, the micro-channel walls 110 not coated with a coating material. It is understood that the thermal conductivity characteristics of the microchannel walls 110 and the coating 112 also those of the columns 203 ( 10 ) and any other coating disposed thereon, if indicated.
Die
Mikrokanal-Wände 110 sind
bevorzugt durch Heiß-Prägetechniken
ausgebildet, um ein hohes Verhältnis
der Kanalwände 110 längs der
Bodenfläche 103 der
Grenzschicht 102 zu erzielen. Die Mikrokanal-Wände 110 sind
alternativ aus Siliziumstrukturen gebildet, die auf einer Glasfläche angeordnet
werden, wobei sie in der gewünschten
Konfiguration geätzt
werden. Die Mikrokanal-Wände 110 sind alternativ
durch lithographische Standardtechniken, Preß- bzw. Schmiedeverfahren oder
jegliche andere Verfahren herzustellen. Die Mikrokanal- Wände 110 sind alternativ
separat von der Grenzschicht 102 hergestellt und werden
an die Grenzschicht 102 durch anodisches Verschweißen oder
durch Verkleben mit einem Epoxydharz verklebt. Alternativ können die
Mikrokanäle 110 durch
konventionelle elektrische Formtechniken wie Elektroplattieren an
die Grenzschicht 102 angekoppelt werden.The micro-channel walls 110 are preferably formed by hot-stamping techniques to achieve a high ratio of the channel walls 110 along the floor surface 103 the boundary layer 102 to achieve. The micro-channel walls 110 are alternatively formed of silicon structures that are placed on a glass surface, where they are etched in the desired configuration. The micro-channel walls 110 Alternatively, they can be made by standard lithographic techniques, stamping or any other methods. The microchannel walls 110 are alternatively separate from the boundary layer 102 are produced and attached to the boundary layer 102 glued by anodic welding or by gluing with an epoxy resin. Alternatively, the microchannels 110 by conventional electric forming techniques such as electroplating to the boundary layer 102 be coupled.
Es
gibt eine große
Anzahl von Verfahren, die für
die Herstellung der Zwischenschicht 104 verwendet werden
können.
Die Zwischenschicht besteht bevorzugt aus Silizium. Es ist für den Fachmann
ersichtlich, daß jegliches
andere Material vorgesehen werden kann, wie beispielsweise Glas,
laser-gemustertes Glas, Polymere, Metalle, Kunststoff, gegossene
organische Materialien oder jegliche Verbundstoffe hieraus. Bevorzugt
wird die Zwischenschicht 104 durch Verwendung von Plasma-Ätztechniken
geformt. Alternativ kann die Zwischenschicht 104 durch Verwendung
einer chemischen Ätztechnik
ausgebildet werden. Andere Verfahren umfassen eine spanabhebende
Bearbeitung, Ätzen,
Extrudieren und/oder ein Einschmieden eines Metalls in die gewünschte Konfiguration.
Die Zwischenschicht 104 kann alternativ durch Einspritzen
eines Kunststoffes in die gewünschte
Konfiguration geformt werden. Alternativ kann die Zwischenschicht 104 durch
Laserbohren einer Glasplatte in die gewünschte Konfiguration gebracht
werden.There are a large number of processes necessary for the preparation of the intermediate layer 104 can be used. The intermediate layer is preferably made of silicon. It will be apparent to those skilled in the art that any other material may be envisioned, such as glass, laser patterned glass, polymers, metals, plastic, cast organic materials, or any composites thereof. The intermediate layer is preferred 104 formed by using plasma etching techniques. Alternatively, the intermediate layer 104 be formed by using a chemical etching technique. Other methods include machining, etching, extruding and / or forging a metal into the desired configuration. The intermediate layer 104 may alternatively be molded by injecting a plastic into the desired configuration. Alternatively, the intermediate layer 104 be brought into the desired configuration by laser drilling a glass plate.
Die
Verteilerschicht 106 kann durch eine Vielzahl von Verfahren
hergestellt werden. Bevorzugt wird die Verteilerschicht 106 durch
ein Spritzgußverfahren
unter Verwendung von Kunststoff, Metall, einer Polymerverbindung
oder einem anderen Material hergestellt, wobei jede Schicht aus
demselben Material besteht. Alternativ kann jede Schicht, wie oben erläutert worden
ist, aus einem unterschiedlichen Material bestehen. Die Verteilerschicht 106 kann
alternativ durch eine spanabhebende oder ätzende Metalltechnik hergestellt
werden. Es ist für
den Fachmann erkennbar, daß die
Verteilerschicht 106 durch Verwendung jeder geeigneten
Methode herstellbar ist.The distribution layer 106 can be made by a variety of methods. The distributor layer is preferred 106 produced by an injection molding process using plastic, metal, a polymer compound or other material, each layer being of the same material. Alternatively, as discussed above, each layer may be made of a different material. The distribution layer 106 may alternatively be made by a metal cutting or corrosive technique. It will be apparent to those skilled in the art that the distribution layer 106 can be produced by using any suitable method.
Zur
Ankopplung der Zwischenschicht 104 an die Grenzschicht 102 und
die Verteilerschicht 106 zwecks Bildung des Wärmetauschers 100 können die
verschiedensten Verfahren verwen det werden. Die Grenzschicht 102,
die Zwischenschicht 104 und die Verteilerschicht 106 sind
bevorzugt durch einen anodischen Prozeß, durch Kleben oder durch
euthektisches Verbinden aneinandergekoppelt. Die Zwischenschicht 104 kann
alternativ integral mit den Merkmalen der Verteilerschicht 106 und
der Grenzschicht 102 ausgebildet werden. Die Zwischenschicht 104 kann
durch einen chemischen Prozeß an die
Grenzschicht 102 angekoppelt werden. Die Grenzschicht 104 kann
alternativ durch ein Heißprägen oder
sanfte lithographische Techniken hergestellt werden, wobei ein Draht-Funkenerrosionsverfahren
oder ein Siliziumteil verwendet wird, um die Zwischenschicht 104 zu
prägen.
Die Zwischenschicht 104 wird sodann alternativ mit Metall
oder einem anderen geeigneten Material elektroplattiert, um die
thermische Leitfähigkeit
der Zwischenschicht 104 zu verbessern, falls dieses erforderlich
ist.For coupling the intermediate layer 104 to the boundary layer 102 and the distribution layer 106 for the purpose of forming the heat exchanger 100 a variety of methods can be used. The boundary layer 102 , the intermediate layer 104 and the distribution layer 106 are preferably coupled together by an anodic process, by gluing or by eutectic bonding. The intermediate layer 104 may alternatively be integral with the characteristics of the manifold layer 106 and the boundary layer 102 be formed. The intermediate layer 104 can pass through a chemical process to the boundary layer 102 be coupled. The boundary layer 104 Alternatively, it can be made by hot embossing or gentle lithographic techniques using a wire spark erosion process or a silicon part to form the interlayer 104 to shape. The intermediate layer 104 is then alternatively electroplated with metal or other suitable material to increase the thermal conductivity of the interlayer 104 to improve, if necessary.
Alternativ
kann die Zwischenschicht 104 zusammen mit der Herstellung
der Mikrokanal-Wände 110 in
der Grenzschicht 102 durch ein Spritzgußverfahren erzeugt werden.
Alternativ kann die Zwischenschicht 104 zusammen mit der
Herstellung der Mikrokanal-Wände 110 durch
ein anderes geeignetes Verfahren hergestellt werden. Andere Verfahren
zum Herstellen des Wärmetauschers
umfassen beispielsweise das Löten,
Schmelzschweißen,
euthektisches Schweißen,
intermetallisches Schweißen
und jegliche andere geeignete Technik, abhängig von den Typen der Materialien,
die in jeder Schicht verwendet werden.Alternatively, the intermediate layer 104 along with the production of micro-channel walls 110 in the boundary layer 102 be produced by an injection molding process. Alternatively, the intermediate layer 104 along with the production of micro-channel walls 110 be prepared by another suitable method. Other methods of manufacturing the heat exchanger include, for example, soldering, fusion welding, electic welding, intermetallic welding, and any other suitable technique, depending on the types of materials used in each layer.
Ein
anderes alternatives Verfahren zum Herstellen des Wärmetauschers
nach der vorliegenden Erfindung ist in 13 beschrieben.
Wie unter Bezugnahme auf 13 ausgeführt worden
ist, umfaßt ein
alternatives Verfahren zum Herstellen des Wärmetauschers die Bildung einer
harten Maske, die wie die Grenzschicht (Schritt 500) aus
einem Siliziumsubstrat besteht. Die harte Maske ist aus Siliziumdioxid
hergestellt oder alternativ aus aufgeschleudertem Glas. Wenn die
harte Maske gebildet ist, wird die Anzahl von Unterkanälen in der
harten Maske ausgebildet, wobei die Unterkanäle die Flüssigkeitspfade zwischen den
Mikrokanal-Wänden 110 bilden
(Schritt 502). Die Unterkanäle werden durch irgendein geeignetes
Verfahren ausgebildet, beispielsweise durch Hochfrequenz-Prägeverfahren,
chemisches Fräsen, sanfte
Lithographie oder Xenondifluorid-Ätzen. Dabei muß ausreichend
Raum zwischen jedem Unter kanal sichergestellt werden, so daß einander
benachbarte Unterkanäle
nicht miteinander verbunden sind. Danach wird sodann das Glas mit
irgendeinem konventionellen Verfahren auf die Oberfläche der
harten Maske aufgebracht, um die Zwischenschicht und die Verteilerschicht
zu bilden (Schritt 504). Nachfolgend werden die Zwischenschicht
und die Verteilerschicht durch ein Nachbehandlungsverfahren gehärtet (Schritt 506).
Sobald die Zwischenschicht und die Verteilerschicht voll ausgebildet
und gehärtet
sind, werden ein oder mehrere Flüssigkeitsanschlüsse in der
gehärteten
Schicht ausgebildet (Schritt 508). Die Flüssigkeitsanschlüsse werden
in die Verteilerschicht geätzt
oder alternativ gebohrt. Obwohl hier spezielle Verfahren zum Herstellen
der Grenzschicht 102, der Zwischenschicht 104 und
der Verteilerschicht 106 erörtert worden sind, sind andere
bekannte Verfahren zum Herstellen des Wärmetauschers 100 alternativ möglich.Another alternative method of manufacturing the heat exchanger according to the present invention is disclosed in U.S.P. 13 described. As with reference to 13 has been carried out, an alternative method for producing the heat exchanger comprises the formation of a hard mask, which, like the boundary layer (step 500 ) consists of a silicon substrate. The hard mask is made of silicon dioxide or, alternatively, spin-on glass. When the hard mask is formed, the number of subchannels in the hard mask is formed, with the subchannels forming the fluid paths between the microchannel walls 110 form (step 502 ). The subchannels are formed by any suitable method, for example by high frequency embossing, chemical milling, soft lithography or xenon difluoride etching. In this case, sufficient space between each sub-channel must be ensured so that adjacent subchannels are not interconnected. Thereafter, the glass is then applied to the surface of the hard mask by any conventional method to form the intermediate layer and the Form distribution layer (step 504 ). Subsequently, the intermediate layer and the manifold layer are cured by an aftertreatment process (step 506 ). Once the intermediate layer and the manifold layer are fully formed and cured, one or more fluid ports are formed in the cured layer (step 508 ). The fluid ports are etched into the manifold layer or alternatively drilled. Although here are specific methods for making the boundary layer 102 , the intermediate layer 104 and the distribution layer 106 have been discussed, are other known methods for producing the heat exchanger 100 alternatively possible.
14 zeigt
eine alternative Ausgestaltung des Wärmetauschers gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie in 6 gezeigt ist, sind
zwei Wärmetauscher 200, 200' an eine Wärmequelle 99 gekoppelt. Die
Wärmequelle 99,
wie ein elektronisches Bauteil bzw. eine elektronische Einrichtung,
ist an eine elektronische Schaltung bzw. eine Schaltkarte 96 gekoppelt
und aufrecht angeordnet, wobei jede Seite der Wärmequelle 99 zugänglich ist.
Ein Wärmetauscher gemäß der vorliegenden
Erfindung ist an eine Seite der Wärmequelle 99 angekoppelt,
wobei beide Wärmetauscher 200, 200' für eine maximale
Kühlung
der Wärmequelle 99 sorgen.
Alternativ kann die Wärmequelle
horizontal an die Schaltkarte gekoppelt sein, wobei mehr als ein
Wärmetauscher
auf der Oberseite der Wärmequelle 99 angeordnet
ist (nicht gezeigt), und wobei jeder Wärmetauscher elektrisch an die Wärmequelle 99 gekuppelt
ist. Weitere Einzelheiten dieser Ausgestaltung sind in der am 07.
Februar 2002 unter der Bezeichnung „Power Conditioning Module" angemeldeten US-Patentanmeldung
Nr. 10/072 137 offenbart, auf welche hiermit Bezug genommen wird. 14 shows an alternative embodiment of the heat exchanger according to the present invention. As in 6 is shown are two heat exchangers 200 . 200 ' to a heat source 99 coupled. The heat source 99 as an electronic component or an electronic device is connected to an electronic circuit or a circuit board 96 coupled and arranged upright, with each side of the heat source 99 is accessible. A heat exchanger according to the present invention is on one side of the heat source 99 coupled, with both heat exchangers 200 . 200 ' for maximum cooling of the heat source 99 to care. Alternatively, the heat source may be horizontally coupled to the circuit board, with more than one heat exchanger on top of the heat source 99 is arranged (not shown), and wherein each heat exchanger electrically to the heat source 99 is coupled. Further details of this embodiment are disclosed in U.S. Patent Application No. 10 / 072,137 filed February 7, 2002, entitled "Power Conditioning Module", which is hereby incorporated by reference.
Wie
in 14 gezeigt ist, ist der Wärmetauscher 200 mit
zwei Schichten an die linke Seite der Wärmequelle 99 gekuppelt,
und der Wärmetauscher 200' mit drei Schichten
an die rechte Seite der Wärmequelle 99.
Es ist für
den Fachmann erkennbar, daß die
bevorzugte oder die alternative Ausgestaltung der Wärmetauscher
an die Seiten der Wärmequelle 99 angekuppelt
ist. Es ist außerdem
für den Fachmann
erkennbar, daß die
alternativen Ausgestaltungen des Wärmetauschers 200' alternativ
an die Seiten der Wärmequelle 99 angekuppelt
werden können.
Die in 14 gezeigte alternative Ausgestaltung
gestattet eine präzisere
Heißstellen-Kühlung der Wärmequelle 99, indem
Flüssigkeit
zum Kühlen von
Heißstellen
aufgebracht wird, welche längs
der Dicke der Wärmequelle 99 vorhanden
sind. Demgemäß bewirkt
die Ausgestaltung gemäß 14 ein angemessenes
Kühlen
von Heißstellen
im Zentrum der Wärmequelle 99 durch
Wärmeaustausch
an beiden Seiten der Wärmequelle 99.
Es ist für
den Fachmann erkennbar, daß die
in 14 gezeigte Ausgestaltung in dem Kühlsystem 30 gemäß den 2A – 2B verwendet
werden kann, obwohl andere geschlossene Kühlsysteme möglich sind.As in 14 is shown is the heat exchanger 200 with two layers to the left side of the heat source 99 coupled, and the heat exchanger 200 ' with three layers to the right side of the heat source 99 , It will be apparent to those skilled in the art that the preferred or alternative embodiment of the heat exchangers to the sides of the heat source 99 is coupled. It will also be apparent to those skilled in the art that the alternative embodiments of the heat exchanger 200 ' alternatively to the sides of the heat source 99 can be coupled. In the 14 shown alternative embodiment allows a more precise hot spot cooling of the heat source 99 by applying liquid for cooling hot spots along the thickness of the heat source 99 available. Accordingly, the embodiment according to 14 adequate cooling of hot spots in the center of the heat source 99 by heat exchange on both sides of the heat source 99 , It will be apparent to those skilled in the art that the in 14 shown embodiment in the cooling system 30 according to the 2A - 2 B can be used, although other closed cooling systems are possible.
Wie
oben ausgeführt
worden ist, kann die Wärmequelle 99 so
ausgebildet sein, daß die
Stellen einer oder mehrer Heißstellen
aufgrund unterschiedlicher Aufgaben, die von der Wärmequelle 99 durchzuführen sind,
wechseln. Um die Wärmequelle 99 adäquat zu
kühlen,
weist das System 30 alternativ ein Feststell- und Steuermodul 34 (2A – 2B) auf,
welches die Flüssigkeitsmenge
und/oder die Geschwindigkeit der in den Wärmetauscher 100 einströmenden Flüssigkeit
in Reaktion auf einen Wechsel der Heißstellen dynamisch ändert.As stated above, the heat source can 99 be designed so that the locations of one or more hot spots due to different tasks, that of the heat source 99 to change. To the heat source 99 To adequately cool the system 30 alternatively a locking and control module 34 ( 2A - 2 B ), which determines the amount of liquid and / or the speed in the heat exchanger 100 incoming fluid changes dynamically in response to a change in hot spots.
Wie
in 14 gezeigt ist, sind einer oder mehrere Sensoren 124 an
jedem Grenzschicht-Heißstellenbereich
im Wärmetauscher 200 angeordnet und/oder
an jeder potentiellen Heißstelle
der Wärmequelle 99.
Alternativ können
mehrere Wärmequellen gleichmäßig zwischen
der Wärmequelle
und dem Wärmetauscher
und/oder in dem Wärmetauscher selbst
angeordnet sein. Das Steuermodul 38 (2A – 2B)
ist außerdem
an ein oder mehrere Ventile in dem geschlossenen Kreis 30 gekoppelt
und steuert die Flüssigkeitsströmung zum
Wärmetauscher 100.
Das wenigstens eine Ventil ist in den Flüssigkeitslinien angeordnet,
doch kann es alternativ auch irgendwo anderes angeordnet sein. Die
Sensoren 124 sind an das Steuermodul 34 angekoppelt, wobei
der Steuermodul 34 bevorzugt stromaufwärts zu dem Wärmetauscher angeordnet
ist, wie in 2 gezeigt ist. Alternativ
kann der Steuermodul 34 an irgendeiner anderen Stelle im
geschlossenen System angeordnet sein.As in 14 shown are one or more sensors 124 at each boundary layer hot spot area in the heat exchanger 200 arranged and / or at any potential hot spot of the heat source 99 , Alternatively, a plurality of heat sources may be arranged evenly between the heat source and the heat exchanger and / or in the heat exchanger itself. The control module 38 ( 2A - 2 B ) is also connected to one or more valves in the closed circuit 30 coupled and controls the flow of liquid to the heat exchanger 100 , The at least one valve is arranged in the liquid lines, but it may alternatively be arranged elsewhere. The sensors 124 are to the control module 34 coupled, the control module 34 is preferably arranged upstream of the heat exchanger, as in 2 is shown. Alternatively, the control module 34 be arranged in any other place in the closed system.
Die
Sensoren 124 stellen dem Steuermodul 34 Informationen
zu Verfügung,
beispielsweise über die
Geschwindigkeit der Flüssigkeit,
welche in den Grenzschicht-Heißstellenbereich
strömt,
die Temperatur der Grenzschicht 102 in dem Grenzschicht-Heißstellenbereich
und/oder der Wärmequelle
und die Flüssigkeitstemperatur.
Beispielsweise stellen bei der Anordnung gemäß der schematischen 14 in
der Grenzschicht 124 angeordnete Sensoren dem Steuermodul 34 die
Information zur Verfügung,
daß die
Temperatur in einem bestimmten Grenzschicht-Heißstellenbereich des Wärmetauschers 200 ansteigt,
während
die Temperatur in einem bestimmten Grenzschicht-Heißstellenbereich des
Wärmetauschers 200' sinkt. Als
Reaktion hierauf bewirkt das Steuermodul 34, daß die zu
dem Wärmetauscher 200 geleitete
Flüssigkeitsmenge
erhöht wird,
und daß sich
die zu dem Wärmetauscher 200' strömende Flüssigkeitsmenge
verringert. Alternativ kann das Steuermodul 34 die zu einer
oder mehreren Grenzschicht-Heißstellenbereichen
strömende
Flüssigkeitsmenge
in einem oder mehreren Wärmetauschern
als Reaktion auf die von den Sensoren 118 erhaltenen Informationen ändern. Obwohl
die Sensoren 118 in 14 mit
zwei Wärmetauschern 200, 200' gezeigt sind,
ist es ersichtlich, daß die
Sensoren 118 alternativ nur an einen Wärmetauscher gekuppelt sein
können.The sensors 124 put the control module 34 Information about, for example, the velocity of the liquid flowing into the boundary layer hot spot area, the temperature of the boundary layer 102 in the boundary layer hot spot area and / or the heat source and the liquid temperature. For example, in the arrangement according to the schematic 14 in the boundary layer 124 arranged sensors the control module 34 the information is available that the temperature in a certain boundary layer hot spot area of the heat exchanger 200 rises while the temperature in a particular boundary layer hot spot area of the heat exchanger 200 ' sinks. In response, the control module causes 34 in that to the heat exchanger 200 led amount of liquid is increased, and that to the heat exchanger 200 ' flowing amount of liquid reduced. Alternatively, the control module 34 the amount of liquid flowing to one or more boundary layer hot spots in one or more heat exchangers in response to that from the sensors 118 he change information. Although the sensors 118 in 14 with two heat exchangers 200 . 200 ' are shown, it can be seen that the sensors 118 Alternatively, it can only be coupled to a heat exchanger.
Die
vorliegende Erfindung ist vorstehend anhand spezifischer Ausführungsbeispiele
beschrieben worden, um das Verständnis
der Konstruktion und Arbeitsweise der Erfindung zu ermöglichen
bzw. zu vereinfachen. Diese Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele
und deren Details soll den Schutzumfang der Ansprüche jedoch
in keiner Weise beschränken.
Es ist für
Fachleute ohne weiteres ersichtlich, daß Modifikationen der zur Erläuterung
ausgewählten
Ausführungsbeispiele
möglich
sind, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen und den Schutzbereich
der Erfindung zu verlassen.The
The present invention is above based on specific embodiments
been described to the understanding
to enable the construction and operation of the invention
or simplify. This reference to specific embodiments
and its details are intended to limit the scope of the claims, however
restrict in any way.
It is for
Those skilled in the art will readily appreciate that modifications are for illustration
chosen
embodiments
possible
are without departing from the spirit and the scope of protection
to leave the invention.