DE2618262C3 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für die Abführung der Wärme aus Schränken, die zur Aufnahme elektronischer und/oder elektrischer Bauelemente dienen, insbesondere aus staub- oder luftdichter Schränken, bei dem ein wärmeaufnehmendes Element im Schrank und ein wärmeabgebendes Element außerhalb des Schrankes vorgesehen ist und beide Elemente in einem geschlossenem Kreislauf liegen, in dem ein flüssiger Wärmezwischenträger durch eine Pumpe in Zwangsumlauf gehalten ist.

Wärmetauscher sind in verschiedenen Ausführungen und verschiedenen Anwendungsgebieten bekannt. Die Erfindung bezieht sich auf das Problem der Wärmeabfuhr aus Schränken, in denen sich elektrische und/oder elektronische Bauelemente, z. B. Transistoren oder Thyristoren befinden. Derartige Bauelemente bilden in einem verhältnismäßig kleinen Raum relativ viel Wärme, die über eine relativ kleine Schrankfläche nach außen abgeführt werden muß. Hinzu kommt, daß in vielen Fällen das Innere des Schrankes luftdicht, bzw. staubdicht abgeschlossen sein muß, da die empfindlichen elektronischen oder elektrischen Bauelemente gegen den Einfluß der Außenatmosphäre und insbesondere gegen Staub geschützt sein müssen. Da sich somic in den meisten Fällen eine Kühlung durch in den Schrank eingeblasene und an irgendeiner Stelle aus ihm heraustretende Luft verbietet, hat man die Türen solcher Schränke innen und außen mit ventilatorbelüfteten Kühlrippen versehen. Hiermit ist zwar eine Luftkühlung geschaffen, bei der der Eintritt von Außenluft in das Schrankinnere vermieden ist, jedoch ist der mit einer solchen Tür erzielbare Wärmetranport für einen großen Teil der Anwendungsfälle zu gering. Die Wärme muß an der Tür aufgenommen werden und ist daher nicht punktuell dort im Schrank aufnehmbar, wo es am günstigsten wäre. Außerdem entwickeln die Ventilatoren ein relativ starkes Geräusch, das gerade in sonst sehr geräuscharmen elektrischen oder elektronischen Anlagen als unangenehm empfunden wird.

Ferner kennt man wassergekühlte Thyristoren, die mit einem Gewinde in einen vom Kühlwasser durchflossenen Klotz eingeschraubt sind. Klotz und Thyristoren befinden Sien in einem Schrank. Die Wärme geht von den Thyristoren über den Klotz an das Wasser. Durch eine im Wasserkreislauf vorgesehene mechanische Pumpe, z. B. eine Kolbenpumpe oder Kreiselpumpe, wird das Wasser einem außerhalb des Schrankes gelegenen Kühler zugeführt und von dort wieder abgekühlt in den Schrank zum Klotz zurückgeleitet. Diese Anordnung ist in mehrfacher Hinsicht nachteilig. Derartige Pumpen und die zu ihnen gehörenden Schlauchverbindungen werden in der Regel nach einer

iü gewissen Zeit undicht- Trotz einer ständigen Wartung der Pumpe besteht also die Gefahr, daß zwischen zwei Inspektionen Kühlflüssigkeit austritt. Ein Verlust an Kühlflüssigkeit kann zum einen zur Folge haben, daß der Wärmetransport nicht oder nur noch unzureichend erfolgt, wodurch sich die elektrischen oder elektronischen Bauelemente zu stark erhitzen können. Austretende Flüssigkeit kann beim Zusammentreffen ungünstiger Umstände in elektrischen Anlagen zu Kurzschlüssen führen. Die zu einer Flüssigkeitspumpe gehörenden Schlauch^cysteme sind anfällig. Sofern eine Wartung der Pumpe und/oder der Schlauchsys; one ein öffnen des die elektronischen Bauelemente beinhaltenden Schrankes erfordert, besteht die vorstehend genannte Gefahr des Staubeintrittes. Mechanische Pumpen und ihre motorischen Antriebe sind im Verhältnis teuer und entwickeln relativ starke Geräusche. Die Lebensdauer der Lagerungen der motorischen Antriebe sind hier im Verhältnis zu gering.

Aus der DE-OS 21 38 376 ist die Unterbringung einer

JO Anzahl Wärmetauscher in einem geschlossenen Schrank bekannt, wobei innerhalb dieses Schrankes ein in sich geschlossener Luftkreislauf zirkuliert Ober die Ausgestaltung der außerhalb des Schrankes befindlichen Teile wird in dieser Vorveröffentlichung nichts ausgesagt, so daß hieraus auch kein in sich geschlossener Kühlwasserkreislauf und nicht die Verwendung eines äußeren, wärmeabgebenden Elementes in einem solchen Kreislauf offenbart ist. Diese Druckschrift erfüllt also nicht den eingangs genannten GatHmgsbegriff der Erfindung. Aus der DE-PS 8 57 384 ist bei einer sonst anderen Anordnung ein in sich geschlossener Kreislauf eines Hilfswärmeträgers bekannt, wobei dessen, Umlaufgeschwindigkeit durch eine Gasblasenförderung vergrößert werden kann. Im übrigen ergibt sich aus dieser Entgegenhaltung aber kein Hinweis über die konstruktive Ausgestaltung einer solchen Einrichtung und auch nicht auf ihre Anwendung auf einen Flüssigkeitskreislauf und dazugehörende wärmetauschende Elemente gemäß dem eingangs genannten Oberbegriff. Es erfüllt daher auch die DE-PS 8 57 384 nicht den Gattungebegriff der Erfindung. Hinzu kommt, daß diese Druckschrift eine Kühlschlange offenbart, in der sich ein Wasser-Luftgemisch mit einem etwa 50%igen Luftanteil befindet. Die Wärmetransportkapa-

v, zität einer solchen Kühlschlange ist außerordentlich gering. Da hier der gesamte Wärmetauscher der Gasblasenförderung dient und die Luftblasen eine relativ hohe Geschwindigkeit des Wasser-Luftgemisches bewirken, steht der Kühlflüssigkeit in dieser:*

M) System nur eine geringe Erwärmzeit zum Wärmeaustausch zur Verfügung. Ferner ist nachteilig, daß vom Eintritt bis zum Austritt der Kühlflüssigkeit ein kontinuierlicher Temperaturabfall stattfindet.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher gemäß dem eingangs genannten Obei begriff dessen Elemente als kompakte, wenig Raum beanspruchende Montageeinheiten auszubilden, die im Bezug auf den beanspruchten

Raum einen sehr großen Wärmetransport ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches I die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches I vorgeschlagen. Es hat sich überraschender veise gezeigt, daß mit der Ausbildung eines der Elemente als sogenannte Mammutpumpe, so daß also dieses Element selber Pumpfunktion übernimmt, ein derart intensiver Kreislauf der die Wärme von einem zum anderen Element transportiertenden Flüssigkeit erreicht wird, der dem Flüssigkeitskreislauf mittels einer Kreisel- oder Kolbenpumpe nicht nachsteht. Die damit verbundenen, oben geschilderten Nachteile sind aber vermieden. Zwischen dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden Element können feste, auch über längere Zeit dicht bleibende Flüssigkeitsleitungen und deren Verbindungen vorgesehen werden. Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet praktisch lautlos, da die Luftförderpumpe keinen Geräusche erzeugenden Antrieb verlangt, sondern z. B. als von einem Magnet betätigte Membranpumpe ausgebildet sein kann, die sehr wenig Antriebsenergie verbraucht. Falls man die Wärmeaufnahme und die Wärmeabgabe der Elemente noch durch Luftkühlrippen und dazugehörige Lüfteraggregate erhöhen will, können die Lüfteraggregate so klein ausgebildet werden, daß das von ihnen erzeugte Geräusch sehr gering bleibt. Die wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Elemente können verhäli'iismäßig klein und kompakt gebaut werden, so daß mehrere solcher Elemente auch an einem kleinerem Schrank, z. B. auf der Außen- und Innenseite der Schranktür vorgesehen sein können, wobei die Zu- und Ableitungen der Flüssigkeit durch die Schranktür hindurchgeführt werden. Hiermit ist es möglich, aus einem verhältnismäßig kleinen Schrank relativ viel an Wärme abzuführen, wobei das Schrankinnere gegen die Außenatmosphäre luft- bzw. staubdicht abgeschlossen bleiben kann. Es wird nur das jeweilige Steigrohr vom Wasser-Luftgemisch der Mammutpumpe durchflossen. Dies ist aber volumenmäßig ein sehr geringer Anteil des gesamten Elementes, da die Hauptwärmeabgabe oder -aufnahme im Hohlraum dieses Elementes erfolgt. Damit ist die Hinzu kommt der Vorteil einer langen Lebensdauer unc Wartungsfreiheit der Teile, und zwar insbesondere auch der Membranpumpe, da deren Teile praktisch keinerr Verschleiß ausgesetzt sind. Auch schon vorhandene Schranke können nachträglich mit der erfindungsgemä Ben Anordnung ausgerüstet werden.

Mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung werden die Merkmale des Anspruches ; vorgeschlagen. Diese Anordnung zeichnet sich durch ihre konstruktive Einfachheit aus.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dei Erfindung sind die Merkmale des Anspruches j vorgesehen, wodurch also das äußere F.lement die Funktion der Mammutpumpe enthält. Hierdurch win eine etwaige Wartung erleichtert.

Aus den Merkmalen des Anspruches 5 ergibt sich eine erhebliche Reduzierung de- Herstellungskosten vor wärmetauschenden Elementen, da mit einem einziger Werkzeug zugleich die äußeren Luftkühlrippen und die inneren, die Flüssigkeit lührenden Käume geschalter werden. Die erfindungsgemäße Au gestaltung diesel Elemente wird bevorzugt in der Weise vorgenommen daß möglichst wenig an Material zwischen Hohlraurr und Kühlrippen vorgesehen ist. dafür aber die Kühlrippen möglichst lang ausgebildet werden. Hier durch wird bei Reduzierung der Materialmenge unc damit an Materialkosten und Gewicht eine erhöhte Wärmeabfuhr bzw. -aufnahme erreicht. Bei dei Hersteiiong der Elemente aus einem Strangpreßprofi können Elemente unterschiedlicher Länge und daml· unterschiedlicher Wärmeabgabe und -aufnahme abge schnitten werden. Abgesehen von der Abdichtung dei Stirnseite sind Lot- oder Schweißarbeiten nich¹ erforderlich. Es müssen nur noch die Zu- unc Ableitungen angebracht und eine Bohrung für den Ab oder Überlauf vorgesehen werden.

Bei Verwirklichung der Merkmale des Anspruches? ist vom Hersteller nur ein einziges Bauteil anzufertigen das er nach Anbringung der entsprechenden Zu- unc Ableitungen entweder als wärmeaufnehmendes oder al; wärmeabgebendes Element einsetzen kann. Hierdurch wird eine erhebliche Reduzierung der Fertigungskoster

der Erfindung um ein Vielfaches höher als beim Gegenstand der erläuterten DE-PS 8 57 384. Außerdem ⁴"> sinkt die gekühlte Flüssigkeit und trifft dabei auf die kalte Luft, so daß Kaltluft und Kaltwasserablauf an einem Punkt zusammenkommen. Hinzu kommt, daß die Kühlflüssigkeit im Wärmetauscher nach der Erfindung eine genügende Erwärmungszeit zum Wärmeaustausch hat und daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung gegeben ist. Das wärmeaufnehmde Element kann im Schrank genau an dei Stelle angeordnet werden, an der es aus konstruktiven oder wärmetechnischen Gründen vorgesehen sein soll. Da die Elemente selber bereits zum großen Teil die Pumpenfunktion übernehmen, ist nur noch die genannte kleine Luftförderpumpe, ζ. Β. Membranpumpe, vorzusehen und durch die iuftführende Leitung mit dem jeweiligen Element zu verbinden. Flüssigkeitspumpen und die zu ihnen gehörenden &o Schlauchleitungen, Abdichtungen usw. werden vermieden. Zusätzlich zu den schon geschilderten Vorzügen ergibt sich damit ferner der Vorteil entsprechend geringer Herstellungskosten. Dieser Vorzug kommt besonders in Verbindung mit einer nachstehend noch näher zu erläuternden erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Elemente zur Geltung, bei der die Elemente aus Abschnitten eines Strangpreßprofils gebildet sind. kosten ist dann möglich, wenn man die einandei gleichen, wärmeaufnehmenden und wärmeabgebender Elemente wie zuvor erläutert aus Abschnitten de! selben Strangpreßprofiles herstellt.

Ferner schlägt die Erfindung die Ausführungsmög lichkeit der Merkmale des Anspruches 15 vor. Die vor der Flüssigkeit durchströmten wärmeaufnehmender Elemente können gemäß den Merkmalen des Anspru ches 16 ausgestaltet sein. Es wird also der Flüssigkeitskreislauf dieser Elemente mit dem Flüssigkeitskreiskaul des wärmeabgebenden Elementes zu dem geschlossenen Kreislauf verbunden. Hiermit wird der Anwendungsbereich der Erfindung erheblich vergrößert indem eine unmittelbare Wärmeabfuhr von den zi kühlenden Bauelementen erfolgt

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann eint kompakte, raumsparende und einbaufertige Baueinheil bestehend aus dem Element, gegebenenfalls dei Membranpumpe oder dgl. für die Luftförderung, unc gegebenenfalls von Lüftern für eine zusätzliche Luftkühlung sein. Diese Baueinheit ist mit ihren Zu- unc Ableitungen mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen des anderen Elementes, bzw. der anderer Baueinheit verbindbar. Zur Verbindung dieser Elemente kann der Vorschlag des Anspruches 17 dienen. Dies hai

den wesentlichen Vorteil, daß die Elemente bereits in der Fabrik mit der Flüssigkeit gefüllt und in diesem Zustand montagefertig an den Einsatzort versandl werden können. Dort sind die Elemente nur noch im oder außerhalb des Schrankes zu befestigen. Ferner sind die Zu- und Ableitungen der Elemente durch die Str> Verbindungen miteinander zu koppeln, wobei vorteilhafterweise keine Flüssigkeit verlorengeht. In diesem Zusammenhang ist die Ausgestaltung des Wärmetauschers als Mammutpumpe mit einem in sich in geschlossenen Luftkreislauf von besonderem Vorteil, da auch hierbei keine Flüssigkeit verloren geht. Da in diesen, in sich geschlossenen Flüssigkeitskreislauf praktisch keine Flüssigkeit nachgefüllt werden muß, besteht auch insoweit Wartungsfreiheit. Die Erfindung erlaubt es, starre Leitungen von den Elementen zu den Steckverbindungen vorzusehen. Sofern bewegliche

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det werden. In beiden Fällen kommen die geschilderten Vorteile einer montagefertigen steckbaren Einheit zur Geltung.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen. In der Beschreibung mit den dazugehörigen Zeichnungen wird anhand von mehreren Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1, 2 und 3 Schematisch eine Vorderansicht, Draufsicht und Seitenansicht eines Wärmetauschers,

Fig.4 in größerer Darstellung einen Schnitt gemäß df ■ Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 perspektivisch einen Wasserkühler für Halbleiter,

F i g. 6 in einer weiteren Ausführungsform die Verbindung dieses Wasserkühlers mit einem wärmeabgebenden Element schematisch in der Draufsicht,

F i g. 7 eine weitere Ausführungsmöglichkeit in Form einer mit einem wärmeabgebenden Element verbundenen Transistorbank, wobei die Anordnung ebenfalls schematisch und in der Draufsicht dargestellt ist.

Die F i g. 1 bis 3 erläutern schematisch die Wirkungsweise der Wärmetauscheranordnung nach der Erfindung, während F i g. 4 mehr im Detail die konstruktive Ausgestaltung einer bevorzugten Ausführungsform eines solchen Wärmetauschers darstellt. Mit 1 ist strichpunktiert die Tür eines im übrigen nicht dargestellten Schrankes zur Aufnahme elektronischer Bauelemente angedeutet. Im Schrankinneren befindet sich das wärmeaufnehmende Element 2 und außerhalb des Schrankes das wämeabgebende Element 3. Beide Elemente bilden miteinander einen geschlossenen Kreislauf einer die Wärme transportierenden Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit kann Wasser sein oder bei Herstellung der Elemente aus Aluminium eine mit diesem Material verträgliche Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsumlauf erfolgt im einzelnen wie folgt:

Jedes der Elemente besitzt in seinem Inneren einen langgestreckten Hohlraum 4, bzw. 5, sowie ein parallel dazu verlaufendes Steigrohr 6, bzw. 7. Beide Steigrohre sind in ihrem unteren Bereich durch eine Leitung 8 miteinander verbunden, während die beiden Hohlräume 4, 5 in ihrem unteren Bereich durch eine Leitung 9 miteinander verbunden sind. Von jedem Steigrohr führt ein Ab- oder Oberlauf zum jeweiligen Hohlraum, der in Fig.3 dargestellt ist Dabei liegt der Ablauf 10 vom Steigrohr 6 zum Hohlraum 4 des innen gelegenen Elementes 2 tiefer, als der Überlauf 11 vom Steigrohr 7 zum Hohlraum 5 des außen gelegenen Elementes 3. Der Flüssigkeitsspiegel 12 befindet sich gemäß der Darstellung in Fig. 3 in den Hohlräumen 4, 5 oberhalb der Überläufe 10,11.

Für die Bewegung der Flüssigkeit in diesem Kreislauf ist eine Mammutpumpe vorgesehen. Dazu ist eines der Elemente 2,3, im vorliegenden Ausführungsbeispiel das außen gelegene Element 3, im unteren Bereich des Steigrohres oberhalb der Einmündung der Zuleitung 8 mit einer Lufteinspritzdüse 13 versehen, welcher die Luft mittels einer kleinen magnetisch betätigten Membranpumpe 14 über eine Leitung 15 zugeführt wird.

Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Die in das Steigrohr 7 bei 13 eingeführte Luft drängt in der Flüssigkeitssäule des Steigrohres 7 nach oben und nimmt aufgrund des Auftriebsprinzipes die Flüssigkeit mit. Das Steigrohr 7 und die Lufteinführung 13 dieses Elementes bilden einen Teil der Mammutpumpe, wobei die Flüssigkeit im Steigrohr 7 die vom Element 2 abgegebene v/arme Flüssigkeit ist. Sie gelangt durch den Überlauf 11 in den Hohlraum 5, in dem sie abgekühlt wird. Die kühle Flüssigkeit wird vom Hohlraum 5 über die Leitung 9 dem Hohlraum 4 des Elementes 2 zugeführt. In diesem Element nimmt die Flüssigkeit Wärme auf und fließt vom Hohlraum 4 über den Ablauf 10 in das Steigrohr 6 und von dort über die Leitung 8 wieder in das Steigrohr 7 des Elementes 3 zurück, womit der Flüssigkeitskreislauf geschlossen ist. Die im Steigrohr 7 mit hochgeführte und durch den Überlauf 11 in den Hohlraum 5 gelangte Luft wird oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 gesammelt und durch eine öffnung 16 und eine Rückleitung 17 zur Membranpumpe 14 zurückgeführt. Der Flüssigkeitsspiegel 12 befindet sich oberhalb des Ablaufes 10. Der Überlauf 11 kann sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden. Eine optimale Anordnung ist dann gegeben, wenn die obere Hälfte des Überlaufes 11 sich oberhalb und die untere Hälfte sich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 befindet.

Die Außenfläche der Elemente 2, 3 kann mit in ihrer Längsrichtung verlaufenden Luftkühlrippen 18 versahen sein. Damit wird die Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe der Elemente 2.3 entsprechend erhöht. Falls die Wärmeabgabe und die Wärmeaufnahme, d. h. der Wärmetransport pro Zeiteinheit noch mehr gesteigert werden soll, können sich unterhalb der Elemente 2, 3 Zwangsentlüftungsaggregate befinden, die in F i g. 3 schematisch mit ihrer Luftströmung 19 angedeutet sind. Dadurch wird die Luftströmung entlang der Kühlrippen 18 nach oben entsprechend beschleunigt. Zur Luftförderung dienen bevorzugt Tangentialgebläse, die bei geringem Druck viel an Luftmenge fördern und sehr geräuscharm sind. Versuche haben gezeigt, daß aus einem geschlossenen 19-Zoll-Schrank mit jedem Paar zwangsbelüfteter Elemente etwa 1500 Watt abgeführt werden können, wobei an einem zwei Meter hohen 19-Zoll-Schrank bis zu 6 dieser Paareinheiten anbringbar sind. Falls weniger Wärme aus einem Schrank abgeführt werden muß, kann auf die Zwangsbelüftung eines oder beider Elemente 2,3 verzichtet werden. Die Lüftungsaggregate und ggf. die Membranpumpe der Wasserpumpe können an der Unterseite 20 des jeweiligen Elementes angebracht werden, so daß sie zusammen mit dem Element eine für sich montagefähige Baueinheit bilden.

Die Elemente 2, 3 können in einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Strangpreßprofil gebildet werden, dessen Querschnitt in F i g. 4 dargestellt ist Wie erläutert sind hierdurch mit einem Werkzeug die Hohlräume 4 bzw. 5 und die

Steigrohre 6, 7, d. h. die von der Flüssigkeit durchflossenen Innenräume einerseits und die Außenform, insbesondere die Kühlrippen 18 andererseits herstellbar. Die obere und untere Stirnseite wird zumindest im Bereich der Hohlräume 4, 5 und der Steigrohre 6, 7 dicht abgeschlossen, z. B. mittels je einer Platte 36, die auf den entsprechenden Teil der jeweiligen Stirnfläche des abgeschnittenen Strangpreßprofilstückes aufgelötet oder aufgeschweißt ist. Um die Luftzirkulation nicht zu behindern, sollen diese Platten nach Möglichkeit nicht in die Räume 21 zwischen den Kühlrippen 18 hineinragen.

Derartige StrangpreDprofile bestehen bevorzugt aus Aluminium. Aluminium läßt sich zum einen relativ gut im Strangpreßverfahren zu solchen Profilen verarbeiten. Zum anderen hat Aluminium eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit.

Im obersten Bereich der Hohlräume 4, 5 und damit oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 12 kann eine dünne Bohrung 22 vorgesehen sein, welche diesen Raum mit der Außenatmosphäre verbindet. Dadurch wird vermieden, daß in diesem Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ein Überdruck entsteht, der bei der Flüssigkeitsförderung mittels der Mammutpumpe dem Flüssigkeitstransport entgegenwirkt. Sollte an dieser Stelle aus irgendeinem Grund irgendeine Druckänderung entstehen, so kann dies durch Ausgleich von Außenluft über diese Bohrung 22 ausgeglichen werden.

Aus der vorstehenden Erläuterung des Ausführungsbeispieles der F i g. 1 bis 3 ergibt sich bereits, daß das wärmeaufnehmende Element 2 praktisch gleich dem wärmeabgebenden Element 3 geformt ist; bevorzugt aus dem gleichen Strangpreßprofil besteht. An die Elemente sind nur noch — qemäß diesem Ausführungsbeispiel — die Leitungen 8,9, die Ab- oder Überläufe 10, 11, die Luftzufuhr 13 und Luftabfuhr 16 anzubringen, bzw. vorzusehen. Im Bereich der entsprechenden Anschlußbohrungen 8', 9' sind die dort vorhandenen Kühlrippen 18' zu entfernen (siehe F i g. 4). Die Teile 23 dienen der Anbringung von Befestigungselementen für die Befestigung des Elementes im Schrank, bzw. außerhalb des Schrankes.

Es empfiehlt sich, die beiden Elemente 2, 3 an ihren geliefert werden. Falls derartige Transistorbänke oder dgl. am Montagen vorhanden sind, können sie nachträglich gemäß der Erfindung umgerüstet und mit dem wärmeabgebenden Element flüssigkeitsdicht verbunden werden. Sofern hierbei noch an Flüssigkeit fehlen sollte, ist diese in den somit geschlossenen Flüssigkeitskreislauf durch eine nicht näher erläuterte Einfüllöffnung einzubringen.

Das wärmeaufnehmende Element 2 nimmt gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 bis 3 die Luftwärme im Schrank auf und leitet sie über die Flüssigkeit an das wärmeabgebende Element 3 weiter. Ein wärmeaufnehmendes Element kann aber auch in einem unmittelbar die Wärme übertragenden Kontakt mit den zu kühlenden Bauteilen stehen, wobei die Zuleitung und Ableitung der Flüssigkeit des wärmeaufnehmenden Elementes mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen des wärmeabgebenden Elementes zu verbinden, bzw. verbindbar sind. Hierzu zeigen die Fig. 5 und 6 das

μ Äusfuhrungsbeispiei eines wassergekühlten Halbleiters. Im Kühlblock 24 befinden sich Gewindebohrungen 25 zur Aufnahme der Halbleiter. Von einer elektrischen Isolierschicht 26 getrennt befindet sich unmittelbar unterhalb des Kühlblockes 24 eine Kühlplatte 27 und eine Schale 28, zwischen denen die Kühlflüssigkeit wie mit Pfeilen in F i g. 6 dargestellt verläuft. Die Zu- und Ableitungen dieses Flüssigkeitslaufes sind mit 29, 30 beziffert. Diese Leitungen sind an die auch hier mit 8 und 9 bezeichneten Anschlüsse eines wärmeabgebenden Elementes 3 anschließbar, was ggf. mittels der erläuterten selbstschließenden Steckverbindungen geschehen kann.

F i g. 7 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Transistorbank, bei der auf einer Trägerplatte 31 Halterungen

J5 32 für Transistoren aufgebracht sind. Ein von der Flüssigkeit durchflossenes Rohr 33 nimmt die von den Transistoren erzeugte Wärme auf und ist mit seiner Zuleitung 34 und Ableitung 35 an die entsprechenden Leitungen 9, 8 des wärmeabgebenden Elementes 3 angeschlossen und zwar mittels Steckverbindungen 37.

In jedem der Ausführungsbeispiele gemäß den F i g. 5, 6 und 7 ist der Flüssigkeitskreislauf des wärmeaufneh-

Steckverbindungen 37 zu versehen, die sich mit der Herbeiführung (Unterbrechung) der Steckverbindung selbsttätig öffnen (schließen). Die gleichen Steckverbindungen könnten auch bei den nachstehend zu erläuternden Ausführungsbeispielen vorgesehen sein. Derartige selbstschließende Steckverbindungen 37 ermöglichen es, die Elemente bereits im Herstellerwerk mit der die Wärme transportierenden Flüssigkeit zu füllen. Der Monteur muß also vor Ort nicht mehr mit einer Flüssigkeit hantieren und diese in die Elemente einfüllen. Bei der Montage oder Demontage der Elemente geht keine Flüssigkeit verloren. Wie bereits erwähnt, wird aufgrund der Verwendung des dargestellten und beschriebenen geschlossenen Luftkreislaufes der Mammutpumpe auch im Betrieb keine Flüssigkeit verloren. Auch die nachstehend erläuterten Transistorbänke und dgl. können an den Enden ihrer Zu- und Ableitungen mit selbstschließenden Steckverbindungen 37 versehen sein. Somit können auch diese Transistorbänke oder dgl. ab Fabrik mit der Flüssigkeit gefüllt iii\.iiu«.ii LiiClllCuicä yI ICUUlClLCI llUlllcr UUCf

bank) in den Flüssigkeitskreislauf des wärmeabgebenden Elementes 3 integriert. In der gleichen Weise kann jeder beliebige andere Kühler mit offenem Flüssigkeitskreislauf in das Kreislaufsystem des Wärmetauschers integriert werden. Insbesondere ist hier an die Kühlung von beliebigen Stückzahlen gestapelter Kühldosen gedacht, wie sie bei der Kühlung von Scheibenbauelementen, deren Verlustwärme ebenfalls abgeführt werden muß, verwendet werden.

Wie erwähnt, dient die Erfindung der Wärmeabfuhr aus Schränken, in denen sich elektronische und/oder elektrische Bauelemente befinden. Die elektrischen Bauelemente können beliebiger Art, z. B. Schütze, Relais-Steuerungen und dgl. sein, die ebenfalls in der Regel gegen die Einflüsse der Außenatmosphäre und gegen Staub geschützt werden sollten. Auch sind vielfach Kombinationen von elektronischen Elementen, z. B. einer Logik, mit Relaissteuerungen usw. üblich und in einem gemeinsamen Schrank untergebracht Auch ist die Erfindung mit Erfolg anwendbar.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. i
   Patentansprüche:

   1. Wärmetauscher für die Abführung der Wärme aus Schränken, die zur Aufnahme elektronischer und/oder elektrischer Bauelemente dienen, insbe- ϊ sondere aus staub- und luftdichten Schränken, bei dem ein wärmeaufnehmendes Element im Schrank und ein wärmeabgebendes Element außerhalb des Schrankes vorgesehen ist und beide Elemente in einem geschlossenem Kreislauf liegen, in dem ein ι ο flüssiger Wärmezwischenträger durch eine Pumpe in Zwangsumlauf gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Elemente (:>, 3) ein Steigrohr (6, 7) für den Wärmezwischenträger aufweist, das in seinem oberen Teil in einen π Hohlraum (4,5) des Elements mündet, daß über eine Leitung (15) mit einer Pumpe (14) Luft in das Steigrohr (6, 7) einpumpbar und hierdurch der Wärmezwischenträger in Zwangsumlauf gehalten ist und daß aus dem oberen Teil des Hohlraumes (4, 2» 5) die eingepumpte Luft abführbar ist.

   2. Wärmetauscher nach Anipruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich vom inneren, wärmeaufnehmenden Element (2) zum unteren Bereich des Steigrohres (7) des äußeren wärmeabgebenden 2> Elementes (3) eine Zuleitung (8) der warmen Flüssigkeit erstreckt, daß die Verbindungsleitung vom oberen Bereich des Steigrohres (7) des wärmeabgebenden Elementes zum oberen Bereich dessen Hohlraumes (6) als Überlauf (11) ausgebildet «> ist und daß vom unteren, kühle Flüssigkeit führenden Bereich de;: Hohlraumes (5) des wärmeabgebenden Elementes eine Leitung (9) wgführt, die der Abfuhr der abgekühlten Flüssigkeit vom Hohlraum (5) und ihrer Zufuhr zum wärmeaufnehiTienden Element (2) )"> dient.

   3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere, wärmeabgebende Element (3) über die Leitung (15) mit der Pumpe (14) verbunden ist und ■> <> daß die Leitung (15) in das Steigrohr (7) dieses Elementes oberhalb der Zuleitung (8) der warmen Flüssigkeit mündet.

   4. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich ·»■"> an der Außenfläche des wärmeabgebenden Elementes (3) Luftkühlrippen (18) befinden und daß bevorzugt ein Luftförderaggregat (19, 19') zur Bewegung der Luft entlang der Kühlrippen vorgesehen ist. ">⁽¹

   5. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabgebende Element (3) von einem Strangpreßprofil abgeschnitten ist, in dessen Längsrichtung sowohl die äußeren Luftkühlrippen (18), als auch das v> Steigrohr (7) und der innere Hohlraum (5) verlaufen und daß die obere und untere Stirnfläche des Strangpreßprofils, zumindest die Austrittsöffnung des Steigrohres und des Hohlraumes, dicht abgeschlossen sind, z. B. durch eine angeschweißte oder *> <> angelötete Platte (36),

   6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (36) die zwischen den Luftkühlrippen (18) gelegenen Luftdurchtrittsöffnungen oder-räume (21) frei läßt. ί^γ>

   7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Luftförderung in das Steigrohr (6, 7) eine außerhalb des jeweiligen Elementes gelegene Membranpumpe (14) vorgesehen ist, die über eine Zuleitung (15) mit einer am Steigrohr befindlichen Lufteinspritzdüse (13) in Verbindung steht.

   8. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Hohlraumes (5) und oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (12) eine Luftaustrittsöffnung (16) vorgesehen ist, von der eine Luftrückleitung (17) zur Ansaugseite der Pumpe (14) führt und somit einen geschlossenen Kreislauf der Förderluft bildet.

   9. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daßdas wärmeaufnehmende Element (2) im wesentlichen gleich dem wärmeabgebendem Element (3) gebildet ist

   10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Steigrohres (6) des wärmeaufnehmenden Elementes

   (2) die Ableitung (8) der warmen Flüssigkeit angeschlossen ist und daß in dem unteren Bereich des Hohlraumes (4) des wärrneaufnehmenden Elementes die Zuleitung (9) der gekühlten Flüssigkeit mündet, wobei diese Ab- und Zuleitungen mit den entsprechenden Ab- und Zuleitungen des wärmeabgebenden Elementes verbindbar sind, und daß der Hohlraum (4) und das Steigrohr (6) in ihren oberen Bereich durch einen Ablauf (10) miteinander verbunden sind.

   11. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeaufnehmende Element (2) und das wärmeabgebende Element (3) aus dem gleichen Strangpreßprofil gebildet sind.

   12. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf (11) des wärmeabgebenden Elementes

   (3) höher liegt als der Ablauf (10) im wärmeaufnehmenden Element (2).

   13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einander etwa gleichen Elemente (2, 3) nebeneinander angeordnet sind und der Flüssigkeitsspiegel sich im Bereich des Überlaufes (U) befindet.

   14. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiben, nebeneinander angeordneten Elemente (2, 3) innenseitig, bzw. außenseitig einer Schranktür an dieser angebracht sind, wobei die zwischen den beiden Elementen bestehenden Medium-Verbindungen durch die Schranktür hindurchgeführt sind.

   15. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeaufnehmende Element (27 und 28, 33) in einem unmittelbar Wärme übertragenden Kontakt mit den zu kühlenden elektronischen Bauteilen (24 bis 26,32) steht, wobei die Zu- und Ableitungen (29, 30; 34, 35) des wärmeaufnehmenden Elementes mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen (8, 9) des wärmeabgebenden Elementes (3) verbunden oder verbindbar sind,

   16. Wärmetauscher nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß als von der Flüssigkeit durchströmtes wärmeaufnehmendes Element eine Transistorbank, Kühldosen für Scheibenbauelemente, ein Flüssigkeitskühler für Halbleiter und dgl. dienen, deren Flüssigkcitskrcislauf jeweils in den Flüssigkeitskreislauf des wärmeabgebenden Elementes

   integriert ist.

   !7. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen des wärmeaufnehmenden und des wärmeabgebenden Elementes durch Steckorgane (37) miteinander verbindbar sind, die sich mit der Herbeiführung (Unterbrechung) der Steckverbindung selbsttätig öffnen (schließen).

   18. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Anspi johe 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb oder unterhalb des jeweiligen Elementes ein Lüfter, z. B. Axial- oder Tangentialgebläse augebaut ist, wobei neben dem Lüfter die Luftförderpumpe mit angebaut ist.

   !9. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Hohlraumes des die Mammutpumpe bildenden Elementes und oberhalb des entsprechenden Überlaufes eine mit der Außenluft in Verbindung stehende Bohrung (22) vorgesehen ist