專利名稱：用于電氣和/或電子單元的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電氣和/或電子單元的冷卻裝置，尤其是用于那些具有高的熱容量的電氣和/或電子單元。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代高科技設(shè)備中越來越需要用于電氣或電子設(shè)備的冷卻裝置。尤其是隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了效率越來越高的處理器，這些處理器由于自身產(chǎn)生大量的熱因此需要相當(dāng)大量的冷卻。冷卻基本由工作著的風(fēng)扇來實(shí)現(xiàn)，但是風(fēng)扇會使得噪音被不希望地增大，且風(fēng)扇的故障會迅速導(dǎo)致需要冷卻的單元過熱，從而對單元造成損壞。而且，由于在殼體中需要空氣進(jìn)氣口，因此在這些冷卻系統(tǒng)中的靈敏的電氣/電子單元受到外部環(huán)境的影響，諸如灰塵，濕度等。
為避免這些缺點(diǎn)，曾建議利用金屬的冷卻體通過熱傳導(dǎo)直接發(fā)散所述電氣/電子單元產(chǎn)生的熱，該金屬冷卻體與殼體外壁上的冷卻型體(cooling profile body)連接。在這種情況下，其缺點(diǎn)在于熱量通過較長的距離被傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)效果差且不能保證熱量的安全散出，尤其是在元件的功率消耗高的情況下，因此在這種情況下仍存在過熱的危險(xiǎn)。
另外，DE199 44 550 A1中提出利用熱導(dǎo)管將電氣/電子設(shè)備產(chǎn)生的熱驅(qū)散到位于殼體外壁的冷卻型體。這么做的缺點(diǎn)在于，尤其是在近年來開發(fā)的處理器具有巨大的高熱容量的情況下，所述的冷卻不足以保證熱量的可靠散發(fā)。而且，因?yàn)槔鋮s系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)必須根據(jù)要冷卻的單元的類型和位置重新設(shè)置，使用多個(gè)單獨(dú)的元件(熱導(dǎo)管、冷卻型體)，這些元件比較昂貴且需要很大的空間。最后，由于所述的冷卻型體連接在殼體的外壁，因此必須進(jìn)行許多額外的工作以使得殼體的整體美觀。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于電氣和/或電子單元的集成冷卻裝置，利用該冷卻裝置能可靠地冷卻產(chǎn)生高熱量的元件，該冷卻裝置能靈活地適應(yīng)要冷卻的物體的形狀以及其他一般幾何條件，該冷卻裝置的制造成本低，能作為單獨(dú)元件來供應(yīng)且其為包容電氣/電子元件的殼體的外壁的美學(xué)設(shè)計(jì)提供了自由的空間。
上述目的由權(quán)利要求1和權(quán)利要求2的特征實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于電氣和/或電子單元的冷卻裝置，其包括熱傳導(dǎo)基體，該基體具有包絡(luò)表面(envelope surface)且適于與要冷卻的單元接觸；與所述基體相隔一段距離設(shè)置的冷卻型體，且其至少部分地包圍基體的一部分包絡(luò)表面，其中在所述的基體與冷卻型體之間設(shè)置封閉的(locked)、部分真空的空間；以及包括被液體浸透的襯里(fleece)，該襯里連接在基體的包絡(luò)表面上。相同的發(fā)明目的也可以由這樣一種冷卻裝置實(shí)現(xiàn)，該冷卻裝置具有形成為中空體的熱傳導(dǎo)基體，所述的基體具有適于與要冷卻的單元接觸的內(nèi)壁表面；冷卻型體，其與基體相隔一段距離設(shè)置，且該冷卻型體至少部分被基體的至少一部分內(nèi)壁表面包圍，其中在所述基體與冷卻型體之間設(shè)置封閉的、部分真空的空間；和襯里，其被液體浸透且連接在基體的內(nèi)壁表面上。
利用根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置，當(dāng)冷卻現(xiàn)代化的電氣/電子單元時(shí)，諸如處理器，可以可靠地發(fā)散甚至巨大的熱量，其中同時(shí)使得成本因素保持地非常低且包容所述電氣/電子單元的殼體外壁不受冷卻裝置的元件的約束。能靈活設(shè)計(jì)該系統(tǒng)且該系統(tǒng)不需要任何維護(hù)。
有利的是，至少一個(gè)具有上開口和下開口的風(fēng)道(air duct)設(shè)置在冷卻型體的區(qū)域中，因此通過冷卻型體發(fā)散到周圍空氣的熱能容易地被傳送到包容電氣/電子元件的殼體外部。
有利的是，將一管狀包絡(luò)元件設(shè)置在冷卻型體上和將一管狀內(nèi)部元件設(shè)置在冷卻型體內(nèi)部，使得在冷卻型體與管狀包絡(luò)元件或內(nèi)部元件之間形成幾個(gè)煙囪狀的風(fēng)道(air duct)，這些風(fēng)道由冷卻型體和包絡(luò)元件或內(nèi)部元件限制。因?yàn)闊峥諝庠陲L(fēng)道中上升且與此同時(shí)冷空氣在風(fēng)道中從底部流動，從而形成通風(fēng)，大大地改善了熱通過冷卻型體排放到周圍空氣的情況。
為了進(jìn)一步增加熱耗散功率，所述的冷卻型體優(yōu)選地可以大致形成為管狀，其中它的側(cè)壁具有Z形或波浪形的截面。
根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置優(yōu)選地具有由塑料制成的模制件，其位于冷卻型體與基體之間，這些模制件以氣密的方式朝向頂部和底部封閉部分真空的空間。如果非傳導(dǎo)性液體額外地用于熱傳遞，則根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置也能直接與高電壓的元件連接，諸如開關(guān)晶體管、可控硅整流器(thyristor)等。


下面將參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的詳細(xì)情況、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的第一實(shí)施例的頂部平面圖；圖2表示圖1的冷卻裝置沿線A-A剖取的截面圖；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的第二優(yōu)選實(shí)施例的頂部平面圖；和圖4表示圖3的冷卻裝置沿線B-B剖取的截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2表示本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例。冷卻裝置具有基體3，其與要冷卻的電氣/電子單元5接觸。該基體可以與要冷卻的電氣/電子單元直接接觸或者通過一個(gè)熱橋(未示出)接觸。在本示例中，基體3由高熱傳導(dǎo)材料，諸如鋁或銅，形成為完全圓筒狀，且該基體至少具有在轉(zhuǎn)變點(diǎn)(transition point)與熱源5相同的基面。但是，也可以將基體3形成為具有橢圓或多角形截面的完整體，也可以將基體3形成為一個(gè)中空體且其側(cè)壁為任意形狀。在任意情況下，基體3包括包絡(luò)表面7，該包絡(luò)表面在基體的外周邊上包圍所述的基體。
冷卻型體9設(shè)置在基體的包絡(luò)表面7周圍并與其相隔一定距離，該冷卻型體也形成為管狀，其中冷卻型體的壁發(fā)生變形以使表面增大。在本示例中，該冷卻型體的壁的變形為波狀凸起，也可以為星形、Z形和所有其它能提供足夠的冷卻表面的型面。冷卻型體9在理想情況下有最大的表面且其由具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)特性的材料構(gòu)成，例如鋁或銅。
在冷卻型體9與基體3之間設(shè)置空間11，所述的空間通過本身公知的真空泵被部分抽空排氣到一定程度。該空間11的上部和下部通過模制件以氣密的方式被封閉，所述的模制件固定在基體3與冷卻型體9之間。這些模制件13優(yōu)選地由硬塑料構(gòu)成且通過例如氣密粘著(air-tightadhesion)與冷卻型體9和基體3連接，從而使所述的部分真空保持更長一段時(shí)期。另外，也可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他密封方式。模制件13當(dāng)然也可以由其他適合的材料制成，例如金屬，但是使用硬塑料可以使冷卻裝置也能用于冷卻帶高壓元件5而不需要采用其他方式。這些模制件被加工地非常精確且它們的外部形狀與冷卻型體9的側(cè)壁的形狀相同，且它們內(nèi)部的形狀與基體3的一樣。因此，在本示例中為一種中間帶有圓形凹槽的花狀。由于隨著真空的程度越強(qiáng)液體的沸點(diǎn)就越低，因此所述的部分真空通過適當(dāng)?shù)拈y產(chǎn)生且應(yīng)盡可能的高。優(yōu)選地，在所述電氣/電子單元5的整個(gè)使用壽命中都維持該部分真空。但是，也可以想象在一定的時(shí)間間隔重復(fù)該抽真空的過程。
一個(gè)管狀包絡(luò)元件15優(yōu)選地設(shè)置在冷卻型體9上，所述的包絡(luò)元件包圍該冷卻型體且緊密地靠在冷卻型體的外壁凸起上。該管狀包絡(luò)元件15可以基本上由任何材料制成。優(yōu)選地，該包絡(luò)元件形成為柔性軟管且放置在冷卻型體9上。從而導(dǎo)致冷卻型體9的兩個(gè)凸起與管狀包絡(luò)元件15之間的煙囪狀風(fēng)道17優(yōu)選地位于殼體(未示出)的外側(cè)，所述的風(fēng)道具有上開口和下開口，所述的殼體包圍所述的電氣/電子單元5。如果在沒有各個(gè)風(fēng)道17產(chǎn)生的煙囪效應(yīng)時(shí)冷卻作用也足夠的情況下，也可以省去管狀包絡(luò)元件15。所述煙囪狀風(fēng)道的長度及它們的傳送方式可以以幾乎任意種方式設(shè)計(jì)且基本取決于殼體的幾何形狀，所述的熱必須被傳導(dǎo)到該殼體的外部。
冷卻效應(yīng)本身由進(jìn)入基體3與冷卻型體9之間的部分真空的空間11中的液體來實(shí)現(xiàn)。所述的液體首先全部位于襯里19中，該襯里通過粘結(jié)劑連接在基體3的包絡(luò)表面7上。在冷卻帶高電壓的元件5時(shí)，使用非傳導(dǎo)性液體，優(yōu)選為蒸餾水或酒精。但是，也可以使用所有其他適用于熱傳導(dǎo)的液體。
最后，在部分真空的空間11內(nèi)的冷卻型體9的內(nèi)部凸起上直接設(shè)置紗網(wǎng)21，所述的紗網(wǎng)用于驅(qū)散凝析液。尤其是在冷卻裝置的傾斜位置處，所述的紗網(wǎng)用于將凝析液返回冷卻裝置的下部且從而返回到襯里19上。在這種情況下，可以使用例如金屬紗網(wǎng)。但是，也可以使用其他多種材料。而且，冷卻型體9的面對所述部分真空的空間11的面也可以被襯里層(未示出)覆蓋，該襯里層因其毛細(xì)管效應(yīng)負(fù)責(zé)冷凝蒸汽的排放。
圖3和4表示根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的第二優(yōu)選實(shí)施例。如果在在第二示例中沒有詳細(xì)說明某些元件，對于這些元件的材料和空間設(shè)計(jì)，這些元件可參考參照圖1和2所述的實(shí)施例。本實(shí)施例基于相同的發(fā)明點(diǎn)?；w103還與電氣/電子單元105連接?；w103形成為中空體，且優(yōu)選為中空的圓柱體。襯里119連接在基體103的內(nèi)壁面106上。冷卻型體109具有更小的外徑且設(shè)置在基體103的內(nèi)部，以使得其至少部分被基體103的內(nèi)壁面106包圍。
與第一實(shí)施例一樣，在基體103與冷卻型體109之間生產(chǎn)部分真空的空間，但是氣密封閉所需的模制件13的外緣與基體103的形狀相適應(yīng)且其內(nèi)緣與冷卻型體109的形狀相適應(yīng)，其中所述的模制件連接基體103與冷卻型體。
一個(gè)管狀內(nèi)部元件116被插入冷卻型體109中且緊密地靠在冷卻型體的向內(nèi)指向的凸起上，從而在冷卻型體109的兩個(gè)內(nèi)部凸起與管狀內(nèi)部元件116之間產(chǎn)生煙囪狀風(fēng)道117。管狀內(nèi)部元件116由這樣一種材料制成，這種材料足夠硬從而能保持管狀內(nèi)部元件塞入冷卻型體109內(nèi)部。紗網(wǎng)121緊密地靠在部分真空的空間111內(nèi)的冷卻型體109上。
下面將說明根據(jù)本發(fā)明的冷卻過程。首先，生產(chǎn)熱的元件5和105分別加熱基體3和103且通過對流分別把熱傳送給基體3和103。這使得所述的基體被加熱，且由于在真空中沸點(diǎn)溫度降低，包含在襯里19和119中的液體已經(jīng)分別處于相對較低的溫度，分別在部分真空的空間11和111中蒸發(fā)。液體蒸汽分別通過紗網(wǎng)21和121擴(kuò)散且分別在與部分真空的空間11和111相關(guān)聯(lián)的冷卻型體9和109的壁面上冷凝，其中熱被傳遞給該冷卻型體。冷卻的、凝結(jié)的液體分別在冷卻型體9和109上向下流且再次被分別供應(yīng)給襯里19和119。這也可以通過適當(dāng)?shù)拿?xì)結(jié)構(gòu)，諸如其他襯里以直接的方式實(shí)現(xiàn)。紗網(wǎng)21和121在傾斜位置的情況下分別阻止冷凝的液體分別直接滴回到部分真空的空間11和111。該熱傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)通過蒸發(fā)的液體是非常地有效的且提供巨大的熱傳導(dǎo)而系統(tǒng)本身的溫度并不高。
所述的冷卻型體利用通過蒸汽冷凝而散發(fā)的熱加熱并將其熱量發(fā)散到周圍空氣。空氣受熱分別在煙囪狀的風(fēng)道17和117中向上升，而冷空氣從底部進(jìn)入風(fēng)道，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)抽吸效應(yīng)。
最后，也可以想象利用幾個(gè)排成陣列的冷卻裝置進(jìn)一步增強(qiáng)熱耗散。
當(dāng)襯里直接連接到要冷卻的物體(不采用基體)上時(shí)能實(shí)現(xiàn)更好的冷卻效果，因?yàn)橐鳛闊岷纳⒌南拗埔蛩氐囊鋮s的物體與基體之間的熱傳導(dǎo)不再應(yīng)用。為此要冷卻的物體必須具有適當(dāng)?shù)膸缀涡螤睢?br> 因此，產(chǎn)生一種冷卻裝置，其也用在氣密、防塵和水密的系統(tǒng)中，在大于150W的功率損耗的情況下該裝置也能安全地散熱且其制造成本相對較低。當(dāng)然，不帶有風(fēng)扇的集成冷卻裝置的原理并不限于本說明書中公開的具體實(shí)施例。所述的冷卻裝置也可是這樣，只有一部分基體被襯里覆蓋或至少部分基體被冷卻型體包圍等，反過來也可以。也可以想象，根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置也可以用于被污染氣體和液體的熱損失的回收或用于回收生物過程中產(chǎn)生的熱。為此，尤其在第二實(shí)施例中是適當(dāng)?shù)?，因?yàn)榈诙?shí)施例表示具有較大的熱接收表面的基體。大體上，根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置能靈活地適應(yīng)所有外部基體條件。因此，提出一種集成的解決方案，其有效地節(jié)省空間且不用維護(hù)，并且其能以與環(huán)境兼容的方式工作。
權(quán)利要求
1.一種用于電氣和/或電子單元(5)的冷卻裝置，包括熱傳導(dǎo)基體(3)，其具有兩個(gè)前表面和一個(gè)包絡(luò)表面(7)且適于通過一個(gè)前表面與要冷卻的單元(5)接觸；冷卻型體(9)，其與所述基體(3)相隔一段距離設(shè)置，其中在基體(3)的包絡(luò)表面與冷卻型體(9)之間設(shè)置封閉的、部分真空的空間(11)；和被液體浸透的襯里(19)，其連接在基體(3)的包絡(luò)表面(7)上，從而在操作過程中包含在襯里(19)中的液體在空間(11)中蒸發(fā)，在冷卻型體(9)的內(nèi)壁表面上凝結(jié)并再次被供應(yīng)給襯里(19)，其中所述的冷卻型體(9)在徑向上包圍基體(3)的包絡(luò)表面(7)。
2.一種用于電氣和/或電阻單元(105)的冷卻裝置，包括形成為中空體的熱傳導(dǎo)基體(103)，所述基體具有內(nèi)壁表面(106)和外壁表面(107)且適于通過外壁表面(107)與要冷卻的單元(105)接觸；冷卻型體(109)，其設(shè)置在所述基體(103)的內(nèi)部，使得至少部分冷卻型體被基體(103)的內(nèi)壁表面(106)包圍，其中在基體(103)與冷卻型體(109)之間設(shè)置氣密的、部分真空的空間(111)；和被液體浸透的襯里(119)，其連接在基體(103)的內(nèi)壁表面(106)上，從而在操作過程中包含在襯里(119)中的液體在空間(111)中蒸發(fā)，在冷卻型體(109)的面對空間(111)的壁面上冷凝并再次被供給襯里(119)。
3.如權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于，在所述冷卻型體(9)的區(qū)域中設(shè)置至少一個(gè)風(fēng)道(17)，所述風(fēng)道具有上開口和下開口。
4.如權(quán)利要求1或3所述的冷卻裝置，其特征在于，在所述的冷卻型體(9)上設(shè)置管狀包絡(luò)元件(15)，從而在冷卻型體(9)和管狀包絡(luò)元件(15)之間形成由冷卻型體(9)與包絡(luò)元件(15)限定的多個(gè)煙囪狀風(fēng)道(17)。
5.如權(quán)利要求2所述的冷卻裝置，其特征在于，在所述冷卻型體(109)的區(qū)域中設(shè)置至少一個(gè)風(fēng)道(117)，所述風(fēng)道具有上開口和下開口。
6.如權(quán)利要求2或5所述的冷卻裝置，其特征在于，管狀內(nèi)部元件(116)插入冷卻型體(109)，從而在冷卻型體(109)與管狀內(nèi)部元件(116)之間形成由冷卻型體(109)和管狀內(nèi)部元件(116)限定的多個(gè)煙囪狀風(fēng)道(117)。
7.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的冷卻裝置，其特征在于，冷卻型體(9，109)大致形成為管狀，其中其側(cè)壁具有Z形或波浪形截面。
8.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的冷卻裝置，其特征在于，塑料模制件(13，113)設(shè)置在冷卻型體(9，109)與基體(3，103)之間，所述模制件以氣密的方式朝向頂部和底部封閉空間(11，111)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電氣和/或電子單元(5)的冷卻裝置，包括熱傳導(dǎo)基體(3)，其具有一個(gè)包絡(luò)表面(7)且適于與要冷卻的單元(5)接觸；冷卻型體(9)，其與所述基體(3)相隔一段距離設(shè)置，且其包圍至少一部分的基體(3)的包絡(luò)表面(7)，其中在基體(3)與冷卻型體(9)之間設(shè)置封閉的、部分真空的空間(11)；和被液體浸透的襯里(19)，其連接在基體(3)的包絡(luò)表面(7)上。
文檔編號F25D17/00GK1516547SQ200310121558
公開日2004年7月28日 申請日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者史蒂芬·維爾豪夫, 史蒂芬 維爾豪夫 申請人:革新和通信技術(shù)股份有限公司Innowert服務(wù)中心, 革新和通信技術(shù)股份有限公司Innowe