DE19805930A1 - Kühlvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, die zur Vermeidung eines Tempe­ raturanstiegs elektrischer Bauteile, wie beispielsweise wärmeentwickelnde, kleinformatige Computer oder ähnliches, verwendet wird. Insbesondere be­ zieht sich die Erfindung auf eine Kühlvorrichtung mit einer Wärmeübertra­ gungsleitung.

Zum Kühlen von Halbleitereinrichtungen oder ähnlichem, die in verschiedenen Arten elektrischer Geräte, wie beispielsweise Personalcomputer, und anderer Geräte vorzufinden sind, ist ein Luftkühlverfahren im Gehäuse des Geräts und ein Verfahren bekannt, bei dem ein Kühlkörper an einer zu kühlenden Halbleitereinrichtung angebracht wird. Im Fall des Kühlens der Halbleiterein­ richtung mit einem Kühlkörper, der an dieser angebracht ist, ist es eine oft­ mals angewandte Methode, Wärme ohne direkt an der Halbleitereinrichtung angebrachte Abstrahlrippen, da die Halbleitereinrichtung im allgemeinen klein ist, zu einem wärmeübertragenden Körper zu verteilen, und dann die Wärme mittels direkt an dem wärmeübertragenden Körper angebrachten Rippen ab­ zustrahlen. Die von der zu kühlenden Halbleitereinrichtung entwickelte Wärme wird im allgemeinen an den wärmeübertragenden Körper geleitet und dann über die Rippen abgestrahlt. Der wärmeübertragende Körper ist häufig aus ei­ nem Material hergestellt, welches hervorragend wärmeleitfähig ist, so wie bei­ spielsweise Aluminium oder Kupfer.

Der an einer Halbleitereinrichtung angebrachte Wärmeübertragungskörper kann hinsichtlich der Wärmeverteilung Hitzeverteiler genannt werden. In Fig. 29 ist ein Beispiel für einen Hitzeverteiler gezeigt, bei dem Metall als ein herkömmlicher wärmeübertragender Körper verwendet wird. Eine zu kühlende Halbleitereinrichtung 102 ist auf eine Leiterplatte 105 montiert. An der Ober­ seite des Halbleiters ist ein Hitzeverteiler 100 angeordnet, der ein aus Metall bestehender wärmeübertragender Körper ist. Die zu dem Hitzeverteiler 100 geleitete Wärme wird durch Rippen 40 abgestahlt. Um einen zu kühlenden Körper, wie beispielsweise die Halbleitereinrichtung 102, mit dem Hitzevertei­ ler in einer wärmeübertragenden Art zu verbinden, werden beide direkt oder über ein wärmeübertragendes Medium 110 miteinander kontaktiert. Beispiels­ weise besteht das wärmeübertragende Medium 110 aus einem wärmeüber­ tragenden Fett, so daß der Wärmeübertragungswiderstand verringert wird. Ferner können die Rippen 40 an dem Hitzeverteiler 100 angebracht werden, um die Wärme wirkungsvoller zu verteilen. Es ist wünschenswert, daß die Rippen 40 in der Nähe der Außenseite des Gehäuses des Gerätes angeordnet sind, in welchem die Halbleitereinrichtung 102 montiert ist. Demgemäß kön­ nen der Hitzeverteiler 100 und die Rippen 40 in Abhängigkeit des Ortes der Halbleitereinrichtung 102 voneinander entfernt sein. In diesem Fall können der Hitzeverteiler 100 und die Rippen 40 über eine Wärmeübertragungsleitung miteinander verbunden werden.

Die Wärmeübertragungsleitung überträgt die Wärme wie folgt. Die Wärmeübertragungsleitung nimmt an einer Aufnahmeseite die Wärme auf, welche durch das Material eines die Wärmeübertragungsleitung bildenden Behältnisses übertragen wird, wobei auf diese Weise ein Arbeitsmedium zum Verdampfen gebracht wird, um ein Fließen des Dampfes zu einer die Wärme abstrahlenden Seite der Wärmeübertragungsleitung zu ermöglichen. Die Wärmeübertragungsleitung kühlt den Dampf des Arbeitsmediums an ihrer wärmeabstrahlenden Seite, um ihn wieder in einen flüssigen Zustand zurückzuführen. Das verflüssigte Arbeitsmedium fließt dann wieder zu der wärmeaufnehmenden Seite. Auf diese Weise verursacht die einen Phasenwechsel bedingende Zirkulation des Arbeitsmediums einen Transport der Wärme. Während der Zirkulation des Arbeitsmediums wird der Dampf infolge der Gasdiffusion und die Flüssigkeit infolge der Gravitation und des Kapillareffekts transportiert. Um den Kapillareffekt zu ermöglichen, können Dochte vorgesehen werden. Im Fall, wenn die Wärme durch einen festen wärmeübertragenden Körper, wie beispielsweise Metall, übertragen wird, wird die Wärmeübertragung aufgrund der Temperaturdifferenz hervorgerufen. Je größer die Temperaturdifferenz, desto größer ist demgemäß die transportierte Wärmemenge, während im Fall der Wärmeübertragungsleitung die transpor­ tierte Wärmemenge um so größer ist, je größer die Verdampfungswärme des Arbeitsmediums oder je größer die Zirkulationsrate des Arbeitsmediums ist.

Folglich ist die Wärmeübertragungsleitung in der Lage, viel Wärme zu übertra­ gen, auch wenn die Temperaturdifferenz gering ist, vorausgesetzt, daß die Temperatur der wärmeaufnehmenden Seite größer ist als die Verdamp­ fungstemperatur des Arbeitsmediums, und daß die Temperatur der wärmeab­ strahlenden Seite geringer ist, als die Verdampfungstemperatur des Arbeits­ mediums. Daher ist die Wärmeübertragungsleitung in allen Fällen, wo die Temperatur des zu kühlenden Körpers geringer als annähernd Raumtemperatur sein sollte, wirkungsvoll. In vielen Fällen ist die Wärmeübertragungsleitung nicht nur als Verbindung zwischen dem leitenden Metallkörper und den Rippen vorgesehen, sondern auch als Hitzeverteiler. Und sie wird auch im Zusam­ menhang mit dem wärmeübertragenden Metallkörper verwendet.

In Fig. 30 ist ein Hitzeverteiler gezeigt, in den eine Wärmeübertragungsleitung in den wärmeübertragenden Körper eingelassen ist. Die Wärmeübertragungs­ leitung 109 ist in den wärmeübertragenden Metallkörper 108 eingebaut, so daß auf diese Weise das Gewicht des wärmeübertragenden Metallkörpers 108 in solch einer Menge reduziert wird, daß der wärmeübertragende Metallkörper 108 durch die Wärmeübertragungsleitung 109 ersetzt wird. Obwohl die Wär­ meübertragungsleitung dick und kurz ist, ist ihre Ausgestaltung die gleiche wie die gewöhnlicher Wärmeübertragungsleitungen, so daß sie als plattenförmige, flache Wärmeübertragungsleitung bezeichnet werden kann.

Unlängst sind die elektronische Bauteile aufweisenden Geräte hinsichtlich ihrer Funktion verbessert und durch die Verwendung elektronischer Bauteile, wie beispielsweise Halbleitereinrichtungen, die eine Beschränkung des Tempera­ turanstiegs auf Raumtemperatur erfordern, kleinformatig und leichtgewichtig ausgebildet. Für solche Geräte ist es vorteilhaft, wenn anstelle des wärme­ übertragenden Metallkörpers die Wärmeübertragungsleitung als Hitzeverteiler Anwendung findet. Die Wärmeübertragungsleitung hat den Nachteil, daß die wärmeabsorbierende Seite unten angeordnet werden sollte, da das verflüs­ sigte Arbeitsmedium nach unten fließt. Zum Zwecke der Vermeidung dieses Nachteils ist vorgesehen, daß das verflüssigte Arbeitsmedium durch Dochte geführt wird. Der Docht, der eine Kapillarfunktion aufweist, transportiert die Flüssigkeit aufgrund der Oberflächenspannung. So ist beispielsweise aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7-208 884 (Kokai) eine plattenförmige Wärmeübertragungsleitung bekannt, in welcher blockähnliche Dochte, die je­ weils zahlreiche kapillare Röhren bilden, derart angeordnet sind, daß sie die obere und die untere Fläche berühren.

Der zuvor erwähnte Vorschlag ist in den Fig. 31a, 31b gezeigt. Fig. 31a ist ein Längsschnitt eines Behältnisses 200, welch es ein Arbeitsmedium enthält und Fig. 31b ist ein Querschnitt dessen. Erste Dochte 201 sind zwischen einer wärmestrahlenden Wandung 202 und einer wärmeabsorbierenden Wandung 203 mit einem dazwischenliegenden Abstand 204 angeordnet und zweite Dochte 205 erstrecken sich entlang der wärmestrahlenden Wandung 202 und der wärmeabsorbierenden Wandung 203. Wie Fig. 31b zu entnehmen ist, gibt es eine Vielzahl von ersten Dochten 201, die radial angeordnet sind. Der erste Docht 201, welcher eine hohe Kapillarwirkung aufweist, ist als Block ausgebildet, während der zweite Docht 205, welcher eine schwache Kapillarwirkung aufweist, mit geringfügig ungleichen Metalldrahtgittern versehen ist, welche jeweils horizontal und übereinander angeordnet sind. Bezugszeichen 210 betrifft einen exothermen Körper. Selbst wenn der exotherme Körper 210 oben angeordnet ist, was der sogenannte Top-Wärme- Modus ist, wird das an der wärmestrahlenden Wandung 202 kondensierende Arbeitsmedium in flüssiger Phase zu der wärmeabsorbierenden Wandung 203, welche mittels des ersten Dochtes 201 oben angeordnet ist, übertragen. Das in die Gasphase an der wärmeabsorbierenden Wandung 203 verdampfende Arbeitsmedium erreicht dann die wärmestrahlende Wandung 202 über den Abstand 204 vom zweiten Docht 205, welcher ein grobes Gitter aufweist.

Auf dem Gebiet der elektronischen Bauteile und ähnlichem sind zu kühlende Körper in vielen Fällen jedoch kleinformatig und von einer hohen exothermen Dichte, wie beispielsweise Halbleitereinrichtungen und ähnliches. In der zuvor erwähnten Wärmeübertragungsleitung ist der Bereich der wärmeabsorbieren­ den Wandung, den der exotherme Körper berührt, auch mit dem in flüssiger Phase befindlichem Arbeitsmedium in Kontakt, welches in den Gittern des Metalldrahtgewebes wie in einem nicht kontaktierenden Bereich gehalten wird. Der Bereich der wärmeabsorbierenden Wandung, der mit dem exothermen Körper in Berührung steht, erwärmt sich stärker als die anderen Bereiche. Demzufolge ist die Temperaturdifferenz zu dem Arbeitsmedium groß und daher auch die Wärmeströmgeschwindigkeit. Folglich kann die Zufuhr von Arbeits­ medium in flüssiger Phase nicht die Nachfrage der wärmeabsorbierenden Wandung an dem oberen Kontaktbereich erfüllen, was eine Überhitzung des verdampfenden Arbeitsmediums verursacht. Gleichwohl bedeutet die Siede­ grenze einen Zustand, in welchem es kein Arbeitsmedium in flüssiger Phase gibt. Wenn die Temperatur die Siedegrenze erreicht, kann die Wärme an der wärmeabsorbierenden Oberfläche lediglich als freie Wärme und nicht als ge­ bundene Wärme übertragen werden, was den Wirkungsgrad der Wärmeüber­ tragung verschlechtert.

Gemäß der Anordnung der zu kühlenden Körper und der Wartungsbedingun­ gen der elektrischen Geräte, in welche die zu kühlenden Körper eingebaut sind, sind die zu kühlenden Körper nicht notwendigerweise nur horizontal an­ geordnet. Im Fall von tragbaren Geräten sind sie in entsprechender Weise auf einer schrägen Fläche angeordnet. In solch einem Zustand wird das Arbeits­ medium daran gehindert, durch Gravitation bewegt zu werden, was signifikant die Wärmeübertragungsfunktion der Wärmeübertragungsleitung verringert. Ferner sind aufgrund der Größenverkleinerung der Geräte eine Vielzahl von zu kühlenden Körpern in vielen Fällen dicht gedrängt angeordnet, so daß es erforderlich ist, eine Vielzahl von Kühleinrichtungen auf engstem Raum anzu­ ordnen, um die Geräte zu kühlen, was mit der Unannehmlichkeit einer kompli­ zierten Herstellung der Geräte verbunden ist. Unter diesen Umständen ist eine Kühlvorrichtung wünschenswert, welche in der Lage ist, zu kühlenden Halblei­ tereinrichtungen mit einer hohen exothermen Dichte gerecht zu werden, und den Anforderungen an eine Vielzahl von Anordnungen, wie beispielsweise die schräge Anordnung oder die dicht gedrängte Anordnung, der zu kühlenden Körper zu entsprechen.

Die Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung anzugeben, welche in der Lage ist, effektiv mit einer Vielzahl von zu kühlenden Körpern umzugehen, die dicht angeordnet sind, ohne daß der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung signifikant verschlechtert wird, sogar wenn die zu kühlenden Körper von hoher exothermer Dichte sind, und ohne daß die Wär­ meübertragungsfunktion der Wärmeübertragungsleitung signifikant gemindert wird, sogar wenn die Wärmeübertragungsleitung schräg ist.

Um die obige Aufgabe zu lösen, wird gemäß einer ersten Ausführungs­ form der Erfindung eine Kühlvorrichtung mit einer Wärmeübertragungsleitung vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, daß

• a) die Wärmeübertragungsleitung ein aus wärmeübertragendem Metall be­ stehendes, plattenförmiges Behältnis zur Aufnahme eines Arbeitsmedi­ ums aufweist und mit einer wärmeabsorbierenden und einer wär­ mestrahlenden Wandung versehen ist;
• b) die wärmeabsorbierende Wandung eine wärmeabsorbierende Oberfläche aufweist, die größer als eine Kontaktfläche eines zu kühlenden Körpers ist;
• c) eine wärmeübertragende Metallsäule, welche einen zu der Kontaktfläche mit dem zu kühlenden Körper annähernd flächengleichen Abschnitt aufweist, zwischen der wärmeabsorbierenden und der wärmestrahlenden Wandung des Behältnisses angeordnet ist und
• d) ein Hohlbereich, in welchem sich das Arbeitsmedium befindet, um die wärmeübertragende Metallsäule herum vorgesehen ist.

Bei der Kühlvorrichtung mit Wärmeübertragungsleitung wird die Wärme­ übertragungsleitung als wärmeübertragender Körper verwendet, wobei das aus wärmeübertragendem Metall bestehende Behältnis, welches in der Wär­ meübertragungsleitung angeordnet ist, das Arbeitsmedium beinhaltet und mit der wärmeübertragenden Metallsäule zwischen der wärmeabsorbierenden Wandung und der wärmestrahlenden Wandung versehen ist, und daher dient nicht nur die Wandung des Behältnisses, sondern auch die wär­ meübertragende Metallsäule als wärmeübertragender Festkörper. Die wärmeübertragende Metallsäule weist einen Abschnitt auf, der in Form und Größe im wesentlichen gleich zu der Fläche der Wärmeübertragungsleitung ist, die mit dem zu kühlenden Körper in Kontakt steht. Der Hohlbereich ist um die wärmeübertragende Metallsäule herum angeordnet und beinhaltet das Arbeitsmedium.

Gemäß einer zweiten Weiterbildung der Erfindung weist die wärmeüber­ tragende Metallsäule eine mit Unebenheiten versehene Seitenfläche auf. Wenn der Bereich der wärmeabsorbierenden Oberfläche der Wärmeübertragungslei­ tung, in welchem sich die wärmeübertragende Metallsäule befindet, mit dem zu kühlenden Körper in Berührung kommt, wird die Wärme erst zu der wärmeabsorbierenden Wandung und der wärmeübertragenden Metallsäule und dann zu dem Arbeitsmedium übertragen. Wenn die wärmeübertragende Metallsäule eine mit Unebenheiten versehene Seitenfläche aufweist, wird die Kontaktfläche zwischen der wärmeübertragenden Metallsäule und dem Arbeitsmedium größer, was einen Wärmetransport in größeren Mengen vereinfacht.

Gemäß einer dritten Weiterbildung der Erfindung wird eine Kühlvorrichtung mit Wärmeübertragungsleitung vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, daß

• a) die Wärmeübertragungsleitung ein aus Wärme übertragendem Metall bestehendes, plattenförmiges Behältnis zur Aufnahme eines Arbeits­ mediums aufweist und mit einer wärmeabsorbierenden und einer wärmestrahlenden Wandung versehen ist;
• b) die wärmeabsorbierende Wandung eine große wärmeabsorbierende Oberfläche aufweist, die einer Vielzahl von zu kühlenden Körpern entspricht und
• c) eine Vielzahl von vorstehenden Bereichen, welche jeweils eine vor­ gegebene Höhe aufweisen und an die zu kühlenden Körper anstoßen, auf der wärmeabsorbierenden Oberfläche angeordnet sind.

Die Kühlvorrichtung kühlt wirksam eine Vielzahl von angeordneten, zu kühlenden Körpern. Die Wärmeübertragungsleitung ist plattenförmig und die wärmeabsorbierende Wandung ist mit einer Vielzahl von vorstehenden Bereichen versehen, welche mit jeweilig entsprechenden zu kühlenden Körpern in Kontakt stehen. Da die jeweilig zu kühlenden Körper nicht notwendigerweise die gleiche Höhe aufweisen, haben die vorstehenden Bereiche eine vorgegebene Höhe, welche entsprechend dem Abstand zwischen der wärmeabsorbierenden Oberfläche des Behältnisses und der entsprechenden, zu kühlenden Körper vorgegeben ist. Gemäß einer vierten Weiterbildung der Erfindung ist ein Auflager im Inneren des Behältnisses angeordnet. Das Arbeitsmedium befindet sich in dem Behältnis und wechselt fortdauernd zwischen flüssiger und gasförmiger Phase. Entsprechend verursachen die Temperaturwechsel eine Änderung des Innendrucks des Behältnisses, der eine Verformung des Behältnisses bewirkt. Das Auflager verbessert die Druckbeständigkeit des Behältnisses und verhindert dessen Verformung. Dies gilt insbesondere in den vorstehenden Bereichen, wenn deren Höhe unterschiedlich ist, so daß der Wärmeübertragungswiderstand zwischen den vorstehenden Bereichen und dem zu kühlenden Körper einem Wechsel unterliegen. Daher ist die Verhinderung einer Verformung wichtig.

Gemäß einer fünften Weiterbildung der Erfindung ist das Auflager durch Aussetzen der wärmeabsorbierenden und/oder wärmestrahlenden Wandung einer zur gegenüberliegenden Wandung gerichteten Ausbauchung gebildet. Das für die vorliegende Erfindung verwendete Auflager kann derart angeordnet werden, daß es als vorgefertigtes Auflager in dem Behältnis befestigt wird. Der Abstand zwischen der wärmeabsorbierenden Wandung und der wärmestrahlenden Wandung ist gering, da das Behältnis plattenförmig ist. Demgemäß kann das Auflager durch Aussetzen dieser Wandungen einer inwärts gerichteten Ausbauchung gebildet werden. Die Ausbauchung vereinfacht die Herstellung des Auflagers.

Gemäß einer sechsten Weiterbildung der Erfindung sind Gitter entlang einer Innenfläche der wärmeabsorbierenden Wandung des Behältnisses angeordnet. Weiterhin sind gemäß einer siebten Weiterbildung der Erfindung Gitter entlang einer Innenfläche der wärmeabsorbierenden Wandung und einer Innenfläche der wärmestrahlenden Wandung des Behältnisses angeordnet. In dem Behältnis, welches den vorstehenden Bereich an der Stelle der wärmeabsorbierenden Wandung aufweist, welche mit dem zu kühlenden Körper in Kontakt steht, wenn der zu kühlende Körper auf der Oberseite einer horizontalen Basis angeordnet ist, kehrt das verflüssigte Arbeitsmedium aufgrund der Gravitation in das Innere des vorstehenden Bereiches zurück. Ist die Basis jedoch schräg, ist eine Rückkehr aufgrund der Gravitation nicht notwendigerweise gegeben. Durch die Anordnung des Gitters entlang der wärmeabsorbierenden Wandung wird dem verflüssigten Arbeitsmedium ermöglicht, infolge der Kapillarwirkung in das Innere des vorstehenden Bereiches zurückzufließen, sogar wenn die Basis schräg ist. Darüber hinaus ist ein zusätzlich zu dem entlang der Innenfläche der wärmeabsorbierenden Wandung angeordneten Gitter auch ein Gitter entlang der Innenfläche der wärmestrahlenden Wandung angeordnet, so daß die Strahlungsfläche vergrößert wird und dadurch sichergestellt ist, daß wenn das in gasförmiger Phase vorliegende Arbeitsmedium kondensiert, die Kondensation beschleunigt wird. Dies erhöht die Zirkulationsrate des Arbeitsmediums, was die Innenfläche der wärmeabsorbierenden Wandung am Erreichen der Bedingung oberhalb der Siedegrenze hindert.

Gemäß einer achten Weiterbildung der Erfindung ist ein Gitter im Inneren von wenigstens einem der vorstehenden Bereiche des Behältnisses an die wär­ mestrahlende Wandung angrenzend angeordnet. Das Gitter bildet eine Anzahl von Kapillaren und fungiert als Docht. Insbesondere die Anordnung des Gitters im vorstehenden Bereich, welcher von hoher Wärmeübertragungsdichte ist, führt herbei, daß das Arbeitsmedium in flüssiger Phase ständig zurückkehrt, was mit dem Wirkungsgrad der Wärmeübertragung einhergeht. Weiterhin dient das Gitter als wärmeübertragender Festkörper und überträgt die Wärme von der breiten Fläche an das Arbeitsmedium, so daß auf diese Weise eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung stattfindet. Vorzugsweise sind Gitter in soviel wie möglich vorstehenden Bereichen ange­ ordnet oder idealerweise in allen vorstehenden Bereichen. Das Gitter sollte in wenigstens einem vorstehenden Bereich angeordnet sein.

Gemäß einer neunten Weiterbildung der Erfindung ist eine wärmeübertragende Metallsäule im Inneren von wenigstens einem der vorstehenden Bereiche des Behältnisses an die wärmestrahlende Wandung angrenzend angeordnet. Die aus einem gut wärmeleitenden Metall bestehende wärmeleitende Metallsäule bildet das Auflager, welche das Behältnis an einer Verformung hindert, und weist zudem eine bessere wärmeleitende Eigenschaft auf als der wärmeüber­ tragende Festkörper. Insbesondere bei dem eine hohe Wärmeübertragungs­ dichte aufweisenden vorstehenden Bereich verursacht die Anordnung der wärmeübertragenden Metallsäule an dem vorstehenden Bereich eine Ausdeh­ nung der an das Arbeitsmedium wärmeübertragenden Fläche, was zu einer Verteilung und Übertragung der Wärme an das Arbeitsmedium führt.

Gemäß einer zehnten Weiterbildung der Erfindung weist die wärmeübertra­ gende Metallsäule eine wellenförmige Rippe auf. Je größer die Oberfläche der wärmeübertragenden Metallsäule ist, desto größer ist der Wirkungsgrad der auf das Arbeitsmedium übertragenden Wärme. Wenn die wärmeübertragende Metallsäule eine wellenförmige Rippe aufweist, wird die Oberfläche im Ver­ gleich zu einer zylindrischen oder prismatischen vergrößert. Daher ist es vor­ teilhaft, wenn die wärmeübertragende Metallsäule eine wellenförmige Rippe aufweist.

Gemäß einer elften Weiterbildung der Erfindung ist im Inneren von wenigstens einem der vorstehenden Bereiche des Behältnisses ein Block angeordnet. Ge­ mäß einer zwölften Weiterbildung der Erfindung berührt der Block die wärme­ absorbierende Wandung über ein Metallgitter. Gemäß einer dreizehnten Weiterbildung der Erfindung sind Vorsprünge auf einer Fläche des Blocks angeordnet, der die wärmeabsorbierende Wandung berührt. Der im Inneren der vorstehenden Bereiche angeordnete Block überträgt die Wärme an das Arbeitsmedium wie der wärmeübertragende Festkörper. Wenn ein kleiner Spalt zwischen dem Block und der Innenfläche des vorstehenden Bereichs ausgebildet ist, wobei der Spalt als Kapillare wirkt, wird eine einfache Rück­ kehr des Arbeitsmediums in den vorstehenden Bereich gewährleistet, was eine hohe Wirksamkeit der Wärmeübertragung bedingt. Wenn der Block mittels des Metallgitters die wärmeabsorbierende Wandung berührt, wird der Spalt zwi­ schen dem Block und der wärmeabsorbierenden Wandung gebildet, so daß dadurch die Rückkehr des Arbeitsmediums beschleunigt wird. Wenn der vor­ stehende Bereich an der Endfläche des Blocks angeordnet ist, welche die wärmeübertragende Wandung berührt und mit dieser verbunden ist, wird der Spalt zwischen der Endfläche des Blocks und der wärmeabsorbierenden Wan­ dung mit Ausnahme des vorstehenden Bereichs gebildet.

Gemäß einer vierzehnten Weiterbildung der Erfindung ist ein poröser Metall­ körper die wärmeübertragende Metallsäule berührend angeordnet. Gemäß dem neunten Merkmal der Erfindung, welches die Anordnung der wärmeübertra­ genden Metallsäule im Inneren des vorstehenden Bereiches vorsieht, wird die Wärmeübertragung auf das Arbeitsmedium über die Oberfläche der wärme­ übertragenden Metallsäule durchgeführt. Solange die wärmeübertragende Metallsäule derart angeordnet ist, daß sie die wärmeübertragende Metallsäule kontaktiert, auch wenn sich das Behältnis in einer Schräglage befindet, fließt das verflüssigte Arbeitsmedium auf einfache Art und Weise an die Oberfläche der wärmeübertragenden Metallsäule durch die Kapillare der wärmeübertra­ genden Metallsäule zurück, so daß dadurch das Erreichen der Siedegrenze vermieden wird, was sich im Wirkungsgrad der Wärmeübertragung nieder­ schlägt.

Gemäß einer fünfzehnten Weiterbildung der Erfindung ist ein äußerer Rahmen an einem äußeren Umfangsabschnitt des Behältnisses angeordnet, wobei der äußere Rahmen als Befestigungsabschnitt an eine Basis des zu kühlenden Körpers dient. Gemäß einer sechzehnten Weiterbildung der Erfindung ist eine Einrichtung zum Befestigen des äußeren Rahmens an die Basis des zu kühlen­ den Körpers eine Schraubverbindung. Gemäß einer siebzehnten Weiterbildung der Erfindung ist der äußere Rahmen mit einer Nut versehen, in welcher ein Randabschnitt des Behältnisses eingesetzt und befestigt ist. Gemäß einer achtzehnten Weiterbildung der Erfindung ist der äußere Rahmen elektrisch leitend.

Der Grund, warum die Wärmeübertragungsleitung ein plattenförmiges Behält­ nis aufweist und die vorstehenden Bereiche einer Vielzahl von zu kühlenden Körpern entsprechen, welche an der wärmeabsorbierenden Oberfläche ange­ ordnet sind, ist, den Fall, bei dem die zu kühlenden Körper dicht gedrängt an­ geordnet sind, wirksam handzuhaben, um dadurch das Erfordernis eines aus­ reichenden Raumes um die zu kühlenden Körper herum auszuschalten, welches ein einzelnes Anbringen der Kühlvorrichtung an die jeweilig zu kühlenden Körper erschwert. Um jedoch das plattenförmige Behältnis an die Basis derart anzubringen, daß während der Verwendung keine Verschiebung auftritt, muß das Behältnis an einer Anzahl von Punkten befestigt werden. Sogar im Falle einer dünnen, plattenförmigen Wärmeübertragungsleitung vergrößert die Befestigung des äußeren Umfangs des Behältnisses an dem äußeren Rahmen die Steifigkeit, welche ein sicheres Anstoßen der vorstehenden Bereiche an die entsprechenden, zu kühlenden Körper gewährleistet. Die Anbringung des äußeren Rahmens an verschiedenen Punkten ermöglicht eine einfache Arbeit, selbst bei kleinen Raumverhältnissen. Die Schraubbefestigung ist einfach und in der Lage, die Positionierung und dichte Kontaktierung der vorstehenden Bereiche an die zu kühlenden Körper mit passendem Druck präzise durchzuführen. Das Behältnis kann an den äußeren Rahmen durch Verschrauben befestigt werden. Wenn der äußere Rahmen mit einer Nut versehen ist, in welche ein Randabschnitt des Behältnisses eingesetzt ist, wird durch den äußeren Rahmen der gesamte Umfang des plattenförmigen Behältnisses befestigt, so daß durch diese Verstärkung das Behältnis zudem einfach von einer Verformung abgehalten wird. Das Behältnis erhält dadurch einen starreren Körper. Wenn der äußere Rahmen leitende Eigenschaften aufweist, hält er ferner elektromagnetische Störwellen auf, was eine Schutzschildwirkung entfaltet, insbesondere im Fall, wenn der zu kühlende Körper elektrische Bauteile oder ähnliches aufweist.

Gemäß einer neunzehnten Weiterbildung der Erfindung wird eine Kühlvorrich­ tung mit Wärmeübertragungsleitung vorgeschlagen, welche sich dadurch aus­ zeichnet, daß

• a) die Wärmeübertragungsleitung ein aus wärmeübertragendem Metall be­ stehendes, plattenförmiges Behältnis zur Aufnahme eines Arbeitsmedi­ ums aufweist und mit einer wärmeabsorbierenden und einer wärmestrah­ lenden Wandung versehen ist;
• b) eine wärmeübertragende Metallsäule zwischen der wärmeabsorbierenden und der wärmestrahlenden Wandung angeordnet ist und
• c) ein Kontaktbereich der wärmeabsorbierenden Wandung mit der wärme­ übertragenden Metallsäule eine Fläche eines zu kühlenden Körpers be­ deckt, welcher mit der wärmeabsorbierenden Wandung in Berührung steht.

Die obige wärmeabsorbierende Wandung kann eine flache Wandung sein und ebenfalls eine Wandung, welche mit einer Vielzahl von vorstehenden Berei­ chen versehen ist.

Gemäß einer zwanzigsten Weiterbildung der Erfindung berührt ein zu kühlen­ der Körper die wärmeabsorbierende Wandung an einer Stelle, an der die wär­ meübertragende Metallsäule auf der wärmeübertragenden Wandung angeord­ net ist. Gemäß einer einundzwanzigsten Weiterbildung der Erfindung ist die wärmeabsorbierende Wandung mit einer Vielzahl von vorstehenden Bereichen an der Stelle versehen, an der die wärmeübertragende Metallsäule angeordnet ist, und ein zu kühlender Körper in Kontakt mit einem korrespondierenden Be­ reich der wärmeabsorbierenden Wandung an der Stelle steht, an welcher die vorstehenden Bereiche angeordnet sind. Gemäß einer zweiundzwanzigsten Weiterbildung der Erfindung ist ein Bereich der wärmeabsorbierenden Wan­ dung, welcher mit einem zu kühlenden Körper in Kontakt steht, an dieser Stelle mit der wärmeübertragenden Metallsäule versehen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ beispiele, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Wärmeübertragungsleitung zum Veranschaulichen der Funktionsweise einer Kühlvorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Wärmeübertragungsleitung, welche den Zusammenbau verdeutlicht;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer anderen Wärmeübertragungsleitung, welche den Zusammenbau verdeutlicht;

Fig. 4a eine Schnittdarstellung einer Wärmeübertragungsleitung mit einem Behältnis, welches vorstehende Bereiche aufweist;

Fig. 4b eine perspektivische Ansicht der Wärmeübertragungsleitung gemäß Fig. 4a;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Wärmeübertragungsleitung mit einem anderen Behältnis, welches vorstehende Bereiche aufweist;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines Behältnisses mit Auflager;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines anderen Behältnisses mit Auflager;

Fig. 8 eine Schnittdarstellung eines Behältnisses, welches mit einem Gitter an der Innenfläche einer wärmeabsorbierenden Wandung versehen ist;

Fig. 9 eine Schnittdarstellung eines Behältnisses, welches mit Gittern an einer Innenfläche einer wärmeabsorbierenden Wandung und an einer Innenfläche einer wärmestrahlenden Wandung versehen ist;

Fig. 10 eine Schnittdarstellung eines Behältnisses, welches mit einem Gitter von einer wärmeabsorbierenden Wandung in Richtung einer wärmestrahlenden Wandung versehen ist;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines Gitters, welches von einer wärmeabsorbierenden Wandung in Richtung einer wärmestrahlenden Wandung angeordnet ist;

Fig. 12a eine Schnittdarstellung eines Behältnisses, welches mit einer wär­ meübertragenden Metallsäule versehen ist, die in ihrer Oberfläche vergrößert ist;

Fig. 12b eine Draufsicht auf die wärmeübertragende Metallsäule;

Fig. 13 eine Draufsicht auf das Gitter;

Fig. 14a eine Schnittdarstellung eines Behältnisses, welches mit einer wel­ lenförmigen Rippe versehen ist;

Fig. 14b eine perspektivische Ansicht einer wellenförmigen Rippe;

Fig. 15 eine Schnittdarstellung eines Behältnisses, welches mit einer wellenförmigen Rippe und Auflagern versehen ist;

Fig. 16a eine Schnittdarstellung eines Behältnisses, welches mit einem Block versehen ist;

Fig. 16b eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Blockbefestigungsberei­ ches des Behältnisses;

Fig. 17 eine Schnittdarstellung eines Blocks;

Fig. 18a eine perspektivische Ansicht eines Blocks, welcher eine vergrößerte Oberfläche aufweist;

Fig. 18b eine perspektivische Ansicht eines Blocks gemäß Fig. 18a in einer alternativen Anbringungsform;

Fig. 19 eine Schnittdarstellung eines Behältnisses, welches mit einem porösen Metallkörper versehen ist;

Fig. 20 eine Schnittdarstellung eines sich in Schräglage befindlichen Behältnisses, welches das Verhältnis zwischen Arbeitsmedium und einem porösen Metallkörper verdeutlicht;

Fig. 21 eine Schnittdarstellung des Behältnisses, welche die Form des porösen Metallkörpers verdeutlicht;

Fig. 22a eine perspektivische Ansicht eines porösen Metallkörpers als ge­ flochtener Metall-Formkörper;

Fig. 22b eine perspektivische Ansicht eines porösen Metallkörpers als nichtgeflochtener Metall-Formkörper;

Fig. 22c eine perspektivische Ansicht eines Metallkörpers als zellenähnli­ cher, poröser Naturkörper;

Fig. 23 eine Schnittdarstellung einer Wärmeübertragungsleitung mit einem äußeren Rahmen;

Fig. 24 eine perspektivische Ansicht einer Wärmeübertragungsleitung, welche die Anbringung des äußeren Rahmens verdeutlicht;

Fig. 25 eine Draufsicht auf den äußeren Rahmen, welche das Verhältnis zwischen Dichtröhre und dem äußeren Rahmen zeigt;

Fig. 26 eine Schnittdarstellung eines eingebrachten Bereiches, welche einen Fall zeigt, in dem der äußere Rahmen im Behältnis befestigt ist;

Fig. 27a eine perspektivische Ansicht eines Behältnisses bei Sicht auf eine wärmestrahlende Fläche;

Fig. 27b eine perspektivische Ansicht eines Behältnisses bei Sicht auf eine wärmeabsorbierende Fläche;

Fig. 28a eine Seitenansicht einer Wärmeübertragungsleitung mit einer Nei­ gung von 0°;

Fig. 28b eine Seitenansicht einer Wärmeübertragungsleitung mit einer Nei­ gung von 90°;

Fig. 28c eine Seitenansicht einer Wärmeübertragungsleitung mit einer Nei­ gung von 180°;

Fig. 29 eine Schnittdarstellung eines Verteilers mit einem herkömmlichen wärmeübertragenden Metallkörper;

Fig. 30 eine Schnittdarstellung eines Verteilers, in welchem eine Wärmeübertragungsleitung mit einem herkömmlichen wärmeübertragenden Körper angeordnet ist;

Fig. 31a einen Längsschnitt eines Behältnisses mit einem herkömmlichen porösen Metallkörper und

Fig. 31b einen Querschnitt des Behältnisses gemäß Fig. 31a.

Fig. 1 zeigt eine Kühlvorrichtung mit einer Wärmeübertragungsleitung, welche die Anwendung der Kühlvorrichtung verdeutlicht. Ein auf einer Basis 50 angeordneter, zu kühlender Körper 30 ist der zu kühlende Gegenstand. Eine Wärmeübertragungsleitung 1 weist ein Behältnis 2 und ein Arbeitsmedium 3 auf. Eine mit dem zu kühlenden Körper 30 in Kontakt stehende Wandung des Behältnisses 2 bildet eine wärmeabsorbierende Wandung 6, dessen Außenflä­ che eine wärmeabsorbierende Oberfläche 17 bildet, während die andere Wan­ dung des Behältnisses 2 eine wärmestrahlende Wandung 7 darstellt, dessen Außenfläche eine wärmestrahlende Oberfläche 16 bildet. Die aus einem wär­ meübertragenden Metall bestehende wärmestrahlende Wandung 7 weist eine wärmeübertragende Metallsäule 4 und einen um die wärmeübertragende Me­ tallsäule 4 herum angeordneten Hohlbereich 5 auf.

Das Arbeitsmedium 3 befindet sich in dem Hohlbereich 5. Die wärmeabsorbie­ rende Oberfläche 16 ist größer als die Fläche der wärmeabsorbierenden Wan­ dung 6, die mit dem zu kühlenden Körper 30 im Kontakt steht, und berührt den zu kühlenden Körper 20 daher an einem Teil. Die wärmeübertragende Metallsäule 4 weist eine Abschnittsfläche auf, welche annähernd die gleiche ist wie die Kontaktfläche des zu kühlenden Körpers 30, so daß daher eine untere Endfläche der wärmeübertragenden Metallsäule 4 einen Teil der wär­ meabsorbierenden Oberfläche 16 bildet.

Die obige Wärmeübertragungsleitung 1 kann unabhängig von einer Kühlvor­ richtung verwendet werden oder bildet eine Kühlvorrichtung zusammen mit Rippen 40, um die Menge der Abstrahlung zu erhöhen. Die Rippen 40 sind entweder direkt mit der wärmestrahlenden Oberfläche 17 verbunden oder durch ein wärmeübertragendes Medium, wie beispielsweise wärmeübertra­ gendes Fett. Weiterhin können die Rippen 40 einstückig mit der wärmestrah­ lenden Oberfläche 17 gebildet werden. Diese Bauteile können als Wärmesen­ ker bezeichnet werden.

Wenn die Wärmeübertragungsleitung 1 als Kühlvorrichtung verwendet wird, kann das wärmeübertragende Medium auch zwischen der wärmeabsorbieren­ den Oberfläche 16 und dem zu kühlenden Körper 30 angeordnet sein, so daß dadurch ein örtlicher, nicht berührender Abschnitt zwischen zwei Kontaktflä­ chen mit dem wärmeübertragenden Medium gefüllt wird, was wesentlich die Kontaktfläche vergrößert, um den Wärmeübertragungswiderstand zu reduzie­ ren. Der Hohlbereich 5 enthält eine vorbestimmte Menge des Arbeitsmediums 3. Der Hohlbereich 5 wird einmal entgast, um andere Gase ausströmen zu las­ sen und eine Beeinträchtigung des Verhaltens des Arbeitsmediums 3 zu ver­ hindern. Das Arbeitsmedium 3 beinhaltet Wasser und organische Lösungsmit­ tel, wie beispielsweise der Austauschstoff Freon oder Alkohol. Wenn während des Betriebs der Dampfdruck des Arbeitsmediums 3 zu groß wird, verringert die Wärme die Bewegungswirkung; demgemäß ist das Arbeitsmedium 3 vor dem Hintergrund der Temperatur der wärmeabsorbierenden Oberfläche und der der wärmestrahlenden Oberfläche passend ausgewählt.

In der Wärmeübertragungsleitung wird die Wärme des zu kühlenden Körpers 30 auf das Arbeitsmedium 3 über die wärmeabsorbierende Wandung 6 und die wärmeübertragende Metallsäule 4 an das Arbeitsmedium 3 übertragen. Wenn die wärmeübertragende Metallsäule 4 nicht vorhanden ist, wie bei her­ kömmlichen Wärmeübertragungsleitungen der Fall, wird die Wärme des zu kühlenden Körpers 30 auf das Arbeitsmedium 3 lediglich durch die wärmeab­ sorbierende Wandung 6 übertragen. Wenn die exotherme Dichte des zu küh­ lenden Körpers 30 gelegentlich hoch ist, wird nur ein Abschnitt der wärmeab­ sorbierenden Wandung 6, welche im Kontakt mit dem zu kühlenden Körper 30 steht, auf eine hohe Temperatur erwärmt, so daß dadurch herbeigeführt wird, daß dieser Abschnitt dem Siedegrenzzustand unterliegt. Siedegrenze bedeutet, daß die Flüssigkeit gebundene Siedewärme aufnimmt und zu Gas übergeht, wo die Flüssigkeit örtlich nicht mehr vorhanden ist in diesem Zustand kann die übertragene Wärme nicht als gebundene Wärme aufgenommen werden, welche lediglich die Temperatur des verdampfenden Gases erhöht. Das Ar­ beitsmedium nimmt eine große Menge gebundener Verdampfungswärme beim Verdampfen auf, aber das verdampfte Arbeitsmedium nimmt nicht sehr viel Wärme auf, so daß dadurch dessen Temperatur erhöht wird.

Das Vorhandensein des Arbeitsmediums in flüssiger Phase auf der Oberfläche der wärmeabsorbierenden Wandung ermöglicht der gebundenen Wärme, von der wärmeabsorbierenden Wandung absorbiert zu werden, während das Vor­ handensein des Arbeitsmediums in gasförmiger Phase die Aufnahme von zu­ viel Wärme verhindert, so daß auf diese Weise die Temperatur der wärmeab­ sorbierenden Platte gehindert wird, zuviel erniedrigt zu werden. Idealerweise wird das Arbeitsmedium bei Dampftemperatur der wärmestrahlenden Platte zugeführt, um die Temperatur des Arbeitsmediums leicht zu verringern, so daß auf diese Weise die Gasphase veranlaßt wird, in die flüssige Phase zu wech­ seln, was eine Umkehr des Arbeitsmediums zur Folge hat. Dies führt den höchsten Wirkungsgrad der zu übertragenden Wärme bei. Daher ist die Wär­ meübertragungsleitung im Wirkungsgrad der Wärmeübertragung geschmälert, wenn sie die Siedegrenze erreicht oder überschreitet. Um ein Erreichen der Siedegrenze zu verhindern, muß lediglich verhindert werden, daß sich die Wärme auf einem Abschnitt der wärmeabsorbierenden Platte, welche im Kontakt mit dem zu kühlenden Körper steht, konzentriert, so daß die Wärme zu verteilen ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, führt das Vorhandensein der wärme­ übertragenden Metallsäule 4 herbei, daß die Wärme auf das Arbeitsmedium 3 über eine Seitenfläche übertragen wird, welche ermöglicht, daß die von dem zu kühlenden Körper 30 übertragene Wärme verteilt wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird im folgenden der Zusammenbau der zuvor beschriebenen Wärmeübertragungsleitung 1 erläutert. Das Behältnis 2 wird durch Verbinden der wärmeübertragenden Metallsäule 4 mit einem Kasten, welcher die wärmeabsorbierende Wandung 6 und eine mit der wärmeabsorbie­ renden Wandung 6 verbundene Seitenwandung 8 aufweist, und weiterhin durch Verbinden der wärmestrahlenden Wandung 7 mit dem Kasten gebildet. Zum Verbinden können vorzugsweise Schweißverfahren, wie beispielsweise MIG-Schweißen, TIG-Schweißen, Widerstandschweißen, oder ein Flammver­ fahren angewendet werden. Im Fall des Flammens ist es zweckmäßig, eine Flammplatte zu verwenden, wenn das Behältnis 2 aus Aluminium gefertigt ist, während ein Silberflammverfahren lediglich bei der Verwendung von Kupfer notwendig ist.

Vorzugsweise ist das für das Behältnis 2 verwendete wärmeübertragende Metall aus einem Material hergestellt, welches eine hohe thermische Leitfähig­ keit aufweist, so wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Elektrolytzäh­ kupfer oder sauerstofffreies Kupfer, welche reine Kupfersysteme sind, weisen besonders hohe thermische Leitfähigkeit als Kupfermaterial auf, während reine Aluminiumsysteme eine bessere thermische Leitfähigkeit besitzen als Alumini­ umverbindungen. Wenn jedoch besonders eine hohe Festigkeit gefordert wird, können Aluminiumverbindungen verwendet werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Wärmeübertragungsleitung. Eine wärmeübertragende Metallsäule 4 hat eine Seitenfläche, in welcher eine Anzahl von Vertiefungen geformt sind, welche die Oberfläche vergrößern. Die Vergrößerung der Oberfläche hat zur Folge, daß die Wärme verteilt an das Ar­ beitsmedium übertragen wird, wodurch der Wirkungsgrad der Wärmeübertra­ gung verglichen mit einer Metallsäule, welche eine glatte Oberfläche aufweist, verbessert wird, was eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Kühlvor­ richtung zur Folge hat. Zu dem gleichen Zweck ist es vorteilhaft, die Innenflä­ che des Behältnisses 2 mit Unebenheiten zu versehen. Die Unebenheiten sind durch Gewindeschneiden oder Auskehlen geformt oder dadurch, daß ein ge­ trennt gefertigter Sinterkörper mit der Innenfläche verbunden wird. Im Fall ei­ ner dünnen Wandung des Behältnisses, können die Unebenheiten auch durch Strahlen granularen Metalls geformt sein.

Für die Verwendung im Zusammenhang mit einer Vielzahl von zu kühlenden Körpern empfiehlt es sich, daß die wärmeabsorbierende Oberfläche vergrößert und mit einer Vielzahl von wärmeübertragenden Metallsäulen versehen wird. Für den Fall, daß sich die Kühlflächen der zu kühlenden Körper in einer Ebene befinden, ist eine ebene Fläche für die wärmeabsorbierende Oberfläche ausreichend. Es tritt jedoch auch der Fall auf, daß die Kühlflächen der zu kühlenden Körper nicht notwendigerweise in einer Ebene liegen, weil die zu kühlenden Körper verschiedene Höhen aufweisen. In solch einem Fall können einige der zu kühlenden Körper nicht die wärmeabsorbierende Oberfläche be­ rühren, falls die wärmeabsorbierende Oberfläche flach ist. Daher ist die wär­ meabsorbierende Oberfläche mit zu den Abständen der jeweilig zu kühlenden Körper korrespondierenden vorstehenden Bereiche versehen, um sämtliche zu kühlende Körper mit der wärmeabsorbierenden Oberfläche in Kontakt zu bringen. In Fig. 4a ist eine teilweise geschnittene Darstellung eines Be­ hältnisses abgebildet, welches eine Wärmeübertragungsleitung mit vorstehen­ den Vorsprüngen und zu kühlenden Körpern zur Veranschaulichung zeigt, während Fig. 4b eine perspektivische Ansicht des Behältnisses ist. Die zu kühlenden Körper 30 sind auf einer Basis 50 angeordnet. Die Zeichnungen zeigen drei zu kühlende Körper, wobei die Anzahl jedoch nicht auf diese be­ schränkt ist. Die Höhen dieser zu kühlenden Körper sind voneinander ver­ schieden. Eine wärmeabsorbierende Oberfläche 16 des Behältnisses 2 ist mit vorstehenden Bereichen 15 versehen, welche jeweils eine der Höhe der zu kühlenden Körper 30 entsprechende Höhe aufweisen. Demzufolge können sogar, wenn alle zu kühlenden Körper 30 verschiedene Höhen voneinander aufweisen, sämtliche zu kühlende Körper 30 mit der einen Wärmeübertragungsleitung in thermischen Kontakt gebracht werden.

Ferner können die zu kühlenden Körper 30 und die vorstehenden Bereiche 15 entweder direkt miteinander in Berührung stehen, oder sich über eine wärmeübertragende Platte, ein wärmeübertragendes Fett oder ähnliches miteinander berühren. Darüber hinaus können sie über eine Lötverbindung miteinander verbunden sein. Obwohl sie nicht notwendigerweise vorhanden sein müssen, sind angebrachte Rippen 40 empfehlenswert, um die Wärmestrahlungsrate innerhalb der zugelassenen Raumbeschränkung zu verbessern. Die Rippen 40 werden vorteilhafterweise durch einen Ventilator zwangsgekühlt. In Fig. 4b ist der Zusammenbau des Behältnisses 2 gezeigt. Ein Unterkasten weist eine wärmeabsorbierende Wandung 6, welche die wärmeabsorbierende Oberfläche 16 und vorstehende Bereiche 15 beinhaltet, und eine Seitenwandung 8, welche mit der wärmeabsorbierenden Wandung 6 verbunden ist, auf, wobei das Behältnis 2 durch Verbinden einer wärmestrahlenden Wandung 7 mit dem Unterkasten gebildet wird. Um die Wärmeübertragungsleitung zu erhalten, wird das Innere des Behältnisses 2 gespült, ein fluides Arbeitsmedium eingespritzt und dann entgast. Die Entgasung führt herbei, daß die in dem Behältnis 2 verbleibende Luft, im Arbeitsmedium gelöste Kohlenstoffdioxide und ähnliches entfernt werden. In Fig. 5 ist eine Wärmeübertragungsleitung mit einem anderen Behältnis gezeigt. Vorstehende Bereiche 15 der wärmeabsorbierenden Oberfläche 16 werden in ihrer Höhe dadurch angepaßt, daß die Dicke der wärmeabsorbierenden Wandung 16 variiert. Die Innenfläche der wärmeabsorbierenden Wandung 6 ist flach. Das Vorhandensein von Aussparungen auf der Innenfläche würde das Versehen mit Gittern, auf welche im folgenden noch näher eingegangen wird, erschweren, während das Fehlen von Ausnehmungen dieses vereinfacht.

Im Arbeitszustand erhöht sich der Innendruck der Wärmeübertragungsleitung infolge des Verdampfens des darin enthaltenen Arbeitsmediums. Wenn eine plattenförmige Wärmeübertragungsleitung eine breite wärmeabsorbierende Oberfläche aufweist, ist es möglich, daß diese sich in Richtung ihrer Dicke ausdehnt. Um eine Verformung des Behältnisses der plattenförmigen Wärme­ übertragungsleitung mit einer breiten wärmeabsorbierenden Oberfläche zu verhindern, sind daher vorgesehene Auflager empfehlenswert. In Fig. 6 ist ein Behältnis mit Auflagern gezeigt. Diese Auflager 10 sind mit der wärmeab­ sorbierenden Wandung 6 und einer wärmestrahlenden Wandung 7 des Be­ hältnisses 2 verbunden, um auf diese Weise eine Ausdehnung zu verhindern. Obwohl sie nicht notwendigerweise im Inneren der vorstehenden Bereiche an­ geordnet sind, verhindern die Auflager, daß sich das Behältnis verformt, und dienen daher als feste wärmeübertragende Körper, welche auf diese Weise die an das Arbeitsmedium wärmeübertragende Fläche vergrößern und die Wärme von dem zu kühlenden Körper verteilen. Insbesondere, wenn die Auflager im Inneren der vorstehenden Bereiche angeordnet sind, haben sie eine günstige Verteilungswirkung. Darüber hinaus können die Auflager vorgefertigt und dann mit der wärmeabsorbierenden Wandung und der wärmestrahlenden Wandung verbunden werden, oder alternativ können die wärmeabsorbierende Wandung oder die wärmestrahlende Wandung einer Ausbauchung unterwor­ fen werden.

In Fig. 7 ist ein ausgebauchtes Behältnis gezeigt. Eine wärmeabsorbierende Wandung 6 wird einer Ausbauchung in Richtung einer wärmestrahlenden Wandung 7 unterworfen, und die ausgebauchten Enden treten mit der wär­ mestrahlenden Wandung 7 in Kontakt, wodurch die Auflager 10 gebildet wer­ den. Die wärmestrahlende Wandung 7 kann ebenfalls einer Ausbauchung un­ terworfen werden und die ausgebauchten Enden können mit der wärmeab­ sorbierenden Wandung 6 in Kontakt gebracht werden. Alternativ können auch beide Wandungen einer Ausbauchung unterworfen und die ausgebauchten Enden miteinander in Kontakt gebracht werden.

Um das Erreichen der Siedegrenze zu verhindern, wird die Wärme verteilt und über die wärmeübertragende Metallsäule oder die Auflager an das Arbeitsme­ dium übertragen, wie zuvor beschrieben. Alternativ kann das Erreichen der Siedegrenze dadurch verhindert werden, daß reichlich Arbeitsmedium in flüs­ siger Phase dem wärmeübertragenden Abschnitt zugeführt wird. Dabei wird die Kapillarwirkung angewandt, um das Arbeitsmedium in flüssiger Phase in den wärmeübertragenden Bereich zu führen.

In den Fig. 8 und 9 ist ein Behältnis mit Gittern gezeigt. In Fig. 8 ist ein Gitter 11 entlang einer wärmeabsorbierenden Wandung 6 angeordnet. Das Gitter 11 ist eine netzartige Verkleidung, um durch die Wirkung der Kapillaren zwischen den Maschen das Arbeitsmedium der wärmeabsorbierenden Wandung 6, einschließlich dem Inneren der vorstehenden Bereiche 15, zuzuführen. In Fig. 9 ist das Gitter 11 zusätzlich zu der Anordnung entlang der wärme­ absorbierenden Wandung 6 auch entlang der wärmestrahlenden Wandung 7 angeordnet. Die Anordnung des Gitters 11 entlang der wärmestrahlenden Wandung 7 vergrößert die Abstrahlfläche des Arbeitsmediums in gasförmiger Phase, so daß auf diese Weise eine Beschleunigung der Kondensation herbei­ geführt wird.

Zusammen vergrößern die Gitter den Zirkulationsgrad des Arbeitsmediums an der wärmeabsorbierenden Wandung, was mit einer Verbesserung des Wir­ kungsgrades der Wärmeübertragung der Wärmeübertragungsleitung einher­ geht. Darüber hinaus ist es empfehlenswert, das entlang der wärmeabsorbie­ renden Wandung 6 angeordnete Gitter 11 einer Streck- oder Schneidbearbei­ tung derart zu unterziehen, daß es entlang der Wandung und - wo passend - im Inneren der vorstehenden Bereiche 15 zu liegen kommt. Um das Gitter 11 entlang der wärmestrahlenden Wandung 7 anzuordnen, ist es empfehlens­ wert, dieses mittels Widerstandschweißen oder ähnlichem mit der wär­ mestrahlenden Wandung 7 zu verbinden. Ferner kann ein folienförmiges Gitter zu einem Bogen gekrümmt werden, um eine elastische Kraft vorzubringen, welche ein Anpressen des Gitters an die wärmestrahlende Wandung 7 herbei­ führt.

In Fig. 10 ist eine Anordnung gezeigt, bei der das Gitter im Inneren des vor­ stehenden Bereiches angeordnet ist, um die Wärme von dem zu kühlenden Körper an das Arbeitsmedium zu verteilen. In dem Behältnis 2 ist ein säulenar­ tiges Gitter 11a im Inneren eines vorstehenden Bereiches 15 angeordnet und mit einer wärmeabsorbierenden Wandung 6 und einer wärmestrahlenden Wandung 7 verbunden. Das säulenförmige Gitter 11a verteilt die Wärme von dem zu kühlenden Körper 30 über eine breite Fläche und überträgt sie dann an das Arbeitsmedium. Im Fall, wenn sich die Wärmeübertragungsleitung voll­ ständig in einem Top-Wärme-Modus befindet, kann darüber hinaus die Kapillarbauweise das Arbeitsmedium in flüssiger Phase in das Innere des vorstehenden Bereiches führen. In der Zeichnung ist zusätzlich zu dem säulenförmigen Gitter 11a das Gitter 11 entlang der wärmeabsorbierenden Wandung 6 angeordnet. Das Gitter 11 führt das Arbeitsmedium in flüssiger Phase zu dem säulenförmigen Gitter 11a, so daß die kombinative Verwendung beider wirksamer ist, insbesondere dann, wenn die Wärmeübertragungsleitung sehr schräg ist.

Das säulenförmige Gitter 11a kann ferner durch Rollen eines folienartigen Gitters in eine Spirale gebildet werden, wie in Fig. 11 veranschaulicht. Es ist vorteilhaft, wenn so viel wie möglich säulenförmige Gitter 11a im Inneren ei­ ner Anzahl von vorstehenden Bereichen 15 angeordnet werden. Sogar wenn es unmöglich erscheint, ist es wünschenswert, diese ausschließlich in den vorstehenden Bereichen 15 anzuordnen, welche mit zu kühlenden Körpern 30 in Kontakt stehen, die eine besonders große Wärmemenge entwickeln, und daher die Wärmeströmungsrate erhöhen. Wenn lediglich ein säulenförmiges Gitter 11a angeordnet wird, ist es empfehlenswert, dieses im Inneren des vor­ stehenden Bereiches 15 anzuordnen, bei welchem die Wärmeströmungsrate am höchsten ist. Wie oben beschrieben, ist eine wärmeübertragende Metallsäule ein Element, welches die Wärme von dem zu kühlenden Körper auf das Arbeitsmedium verteilt. Die Anordnung der wärmeübertragenden Säule im Inneren eines vorstehenden Bereiches verursacht, daß die Wärme von dem zu kühlenden Körper verteilt wird, so daß sich dadurch der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung selbstverständlich erhöht. Insbesondere eine wärmeübertragende Metallsäule mit einer großen Oberfläche hat eine deutliche Wirkung. In der Schnittdarstellung von Fig. 12a ist ein Behältnis gezeigt, in welchem sich eine wärmeübertragende Metallsäule im Inneren eines vorstehenden Bereiches befindet. Die wärmeübertragende Metallsäule 4 ist im Inneren des vorstehenden Bereiches 15 angeordnet und dann mit einer wärmeabsorbierenden Wandung 6 und einer wärmestrahlenden Wandung 7 verbunden. Darüber hinaus ist in Fig. 12a ein Gitter 11 zu erkennen, welches entlang der wärmeabsorbierenden Wandung 6 angeordnet ist.

Obwohl die wärmeübertragende Metallsäule 4 eine beliebige Oberflächenform aufweisen kann, ist ein Beispiel in Fig. 12b gezeigt. Die wärmeübertragende Metallsäule 4 weist eine Seitenfläche auf, in welche Unebenheiten eingeformt sind, so daß die Oberfläche um einiges größer ist als bei einer zylindrischen Ausgestaltung, was dazu beiträgt, die Wärme zu verteilen und an das Arbeitsmedium zu übertragen. Ferner kann die wärmeübertragende Metallsäule 4 mit der wärmeabsorbierenden Wandung 6 oder der wärmestrahlenden Wandung 7 verbunden werden, ohne daß der Wärmeübertragungswiderstand verschlechtert wird, vorausgesetzt, die Verbindung wird durch Flammen, Schweißen oder ähnliches herbeigeführt. Wie in den Fig. 10 und 12a gezeigt, kann in dem Fall, wenn das säulenförmige Gitter 11a oder die wärmeübertragende Metallsäule 4 und das folienartige Gitter 11 zusammen verwendet werden, es empfehlenswert sein, wenn das Gitter 11 einer Schneidbearbeitung unterworfen wird und dann mit dem zu verbindenden Gegenstand kombiniert wird. Ein Beispiel ist in Fig. 13 gezeigt. Ein Abschnitt des Gitters 11, welcher mit dem säulenförmigen Gitter 11a verbunden wird, ist da ausgeschnitten, wo die ausgeschnittenen Abschnitte durch die Kapillaren miteinander verbunden werden. Bezugszeichen 11b bezieht sich auf einen Abschnitt des Gitters 11, welcher mit der wärmeübertragenden Metallsäule da verbunden wird, wo das Gitter 11 eine kleine rechteckige Öffnung aufweist, die mit schrägen Einschnitten an ihren Ecken versehen ist. Die geschnittenen Bereiche erheben sich vertikal zu einer plattenförmigen Fläche des Gitters 11 und werden dann mit einer Seitenfläche der wärmeübertragenden Metallsäule kontaktiert. Obwohl nicht dargestellt, ist es darüber hinaus empfehlenswert, einen entlang dem Inneren des vorstehenden Bereiches angeordneten Abschnitt einer Streckung entsprechend der Geome­ trie des Inneren des vorstehenden Bereiches zu unterziehen.

Wenn die wärmeübertragende Metallsäule eine wellenförmige Rippe aufweist, wird ihre Oberfläche weiterhin vergrößert. In Fig. 14a ist ein Längsschnitt eines Behältnisses mit einer wellenförmigen Rippe gezeigt. Bezugszeichen 4a bezieht sich auf eine wellenförmige Rippe, welche im Inneren des vorstehen­ den Bereiches 15b angeordnet ist und mit einer wärmeabsorbierenden Wandung 6 und einer wärmestrahlenden Wandung 7 verbunden ist. Fig. 14b ist eine perspektivische Ansicht der wellenförmigen Rippe 4a. Die Form entspricht einer zickzackförmig gebogenen wärmeübertragenden Metallplatte. Wenn die die wellenförmige Rippe bildende wärmeübertragende Metallsäule dünn ist, ist eine befriedigende Funktion als Auflager nicht gewährleistet. In diesem Fall können Auflager und wellenförmige Rippe zusammen verwendet werden. Fig. 15 zeigt ein Behältnis, in welchem eine wellenförmige Rippe und ein Auflager zusammen verwendet werden. Die wellenförmige Rippe 4a ist im Inneren des vorstehenden Bereiches 15b angeordnet, andernfalls ist das Auflager 10 darin angeordnet. Das Auflager 10 dient selbstverständlich auch zum Verteilen und Übertragen der Wärme der wärmeabsorbierenden Wandung 6 auf das Arbeitsmedium.

Im folgenden wird ein Block beschrieben, welcher ein vorteilhaftes Einführen des Arbeitsmediums in flüssiger Phase in das Innere des vorstehenden Berei­ ches und anschließendes Verteilen und Übertragen der Wärme auf das Ar­ beitsmedium gewährleistet. Ein derartiger Block ist in einem Längsschnitt des Behältnisses 2 in Fig. 16a dargestellt, wobei ein Block 12 im Inneren eines vorstehenden Bereiches 15b angeordnet ist. Fig. 16b ist ein vergrößerter Ausschnitt eines Abschnitts des Behälters in der Nähe des Blocks 12. Der Block 12 ist durch ein Gitter 11 mit einer wärmestrahlenden Wandung 7 verlö­ tet, während er mit einer wärmeabsorbierenden Wandung 6 nicht verbunden ist und ein Gitter 11 dazwischen angeordnet ist. Das Gitter 11 dient dabei als Kapillare, um dadurch - selbst bei Schrägstellung der Wärmeübertragungslei­ tung - das Arbeitsmedium in flüssiger Phase zu dem Inneren des vorstehenden Bereiches 15 zusammen mit dem sich über das gesamte Behältnis 2 erstreckenden Gitter zu führen, was einen Mangel an Arbeitsmedium in flüssi­ ger Phase an den Stellen verhindert, welche eine hohe Wärmeübertragungs­ menge aufweisen. In diesem Fall ist der Block 12 jedoch als Auflager ungeeig­ net, so daß ein separates Auflager vorgesehen werden muß.

Fig. 17 zeigt eine andere Ausführungsform des Blocks. Der Block 12 hat an seiner an eine wärmeabsorbierende Wandung angrenzenden Seitenfläche eine untere Verlängerung 12a, welche mit der wärmeabsorbierenden Wandung 6 verbunden ist. Der Block 12 ist an seiner an eine wärmestrahlende Wandung angrenzenden Seitenfläche mit einer wärmestrahlenden Wandung 7 verbun­ den, wobei ein Teil des Gitters 12 dazwischen angeordnet ist. Zwischen dem Block 12 und der wärmeabsorbierenden Wandung 6 ist mit Ausnahme der Verlängerung 12a ein Spalt ausgebildet, in den Arbeitsmedium in flüssiger Phase eingeführt wird. Obwohl nur eine in der Zeichnung dargestellt ist, kann eine Vielzahl von Verlängerungen 12a vorgesehen werden. Da die Verlänge­ rung 12a mit der wärmeabsorbierenden Wandung verbunden ist, kann der Block 12 weiterhin in befriedigender Weise als Auflager dienen und bei Ferti­ gung aus wärmeübertragendem Metall auch als wärmeübertragende Metall­ säule fungieren.

Hinsichtlich einer Oberflächenvergrößerung und Gewichtsreduzierung ist es vorteilhaft, einen Block zu verwenden, welcher eine Oberfläche mit Uneben­ heiten aufweist. Ein derartiger Block ist in den Fig. 18b und 18b gezeigt. Der in Fig. 18a gezeigte Block 12 hat Ausnehmungen in einer Längsrichtung, während der in Fig. 18b gezeigte Block 12 Ausnehmungen in einer Querrichtung aufweist. Es versteht sich von selbst, daß eine Vielzahl von Ausnehmungen vorgesehen sein können, obwohl in der Zeichnung nur eine dargestellt ist.

Es wurde bisher die Ausführungsform der Wärmeübertragungsleitung be­ schrieben, bei welcher das Arbeitsmedium in flüssiger Phase zum Inneren der mit dem zu kühlenden Körper in Kontakt stehenden vorstehenden Bereich durch die Verwendung von Kapillaren zwischen dem Gitter und dem Spalt ge­ leitet, verteilt und die Wärme durch Anordnung einer wärmeübertragenden Metallsäule und eines Blocks übertragen wird, wobei dabei die Temperatur unterhalb der Siedegrenze gehalten wird. Zudem wurde ausgeführt, daß selbst wenn die Wärmeübertragungsleitung in einem schrägen oder "Unten-Oben- Zustand" verwendet wird, durch das Vorsehen des Gitters das Arbeitsmedium in flüssiger Phase in das Innere des vorstehenden Bereiches geleitet wird. Ausführungsformen der Wärmeübertragungsleitung, in welcher die Neigung berücksichtigt wird, werden im folgenden beschrieben.

In Fig. 19 ist ein Behältnis gezeigt, in welchem ein poröser Metallkörper in Kontakt mit einer wärmeübertragenden Metallsäule stehend angeordnet ist. In den drei in der Zeichnung dargestellten vorstehenden Bereichen 15, sind je­ weils wärmeübertragende Metallsäulen 14 angeordnet, welche einen porösen Metallkörper 13 berühren. Der poröse Metallkörper 13, welcher aus einer An­ ordnung von Kapillaren geformt ist, für die eine Vielzahl von Poren miteinander verbunden sind, führt - wenn das flüssige Arbeitsmedium an der Oberfläche der wärmeübertragenden Metallsäule 4 verdampft wird - frisches flüssiges Ar­ beitsmedium zu. Der poröse Metallkörper 13 kann eine platten-, balken-, zylin­ derförmige- oder andere Form aufweisen und derart angebracht werden, daß ein Teil oder alle Körper unabhängig von der Lage des Behältnisses 2 mit dem Arbeitsmedium in Kontakt stehen. Fig. 20 zeigt eine Lage, in der das Behältnis 2 schräg ist. Das Arbeitsmedium 3 in flüssiger Phase wird kaum auf der rechten Seite der Zeichnung nur durch Gravitation zu der wärmeübertragenden Metallsäule zurückkehren. Das meiste des Arbeitsmediums 3 kehrt durch die Kapillaren des porösen Metallkörpers 3 zurück. Der Rest des Arbeitsmediums 3 kehrt durch die Kapillaren eines entlang der wärmeabsorbierenden Wandung 6 oder der wärmestrahlenden Wandung 7 angeordneten Gitters zurück. Da das Gitter eine geringe Steifigkeit aufweist, ist es erforderlich, mittels eines Gitterhalters an der Wand oder ähnlichem das Gitter zu halten, während der poröse Metallkörper 13 sich von alleine hält, wodurch er einfach im Raum an­ zuordnen ist. Selbst bei Verwendung eines Metallgitters für den porösen Me­ tallkörper kann durch Aufeinanderlegen von feinen Metallgittern mit dünnen Fasern eine ausreichende Steifigkeit erzeugt werden.

Fig. 21 ist ein Querschnitt des Behältnisses, welches mit einem porösen Metallkörper versehen ist. Der poröse Metallkörper 18 weist die Form einer flachen Platte mit vertikalen Lamellen 13a am oberen und unteren Ende auf, was annähernd einem Kreuz entspricht. Ein Teil des porösen Metallkörpers 13 oder der wärmeübertragenden Metallsäule 4 steht mit dem Arbeitsmedium 3 an der Stelle der in der Zeichnung vertikalen Rotationsachse in Berührung. Darüber hinaus kann der poröse Metallkörper 13 die Innenfläche des Behältnisses 2 berühren, wobei jedoch gewährleistet sein muß, daß genügend Raum für einen Dampffluß zwischen wärmeabsorbierender Wandung und wärmestrahlender Wandung vorhanden ist. Der Grund, warum der poröse Metallkörper 13 in einer etwas komplizierten Form ausgebildet ist, ist um zuvor genannten Raum sicherzustellen, wie aus den Fig. 20 und 21 ersichtlich ist. Die zusätzliche Verwendung eines entlang der Innenfläche der Wandungen des Behältnisses angeordneten Gitters bewirkt weiter eine sichere Rückkehr des Arbeitsmediums.

Der poröse Metallkörper kann hergestellt werden, indem Metallgitter überein­ andergelegt, aufgerollt, geflochten oder ungeflochten gebündelt oder an­ derweitig zusammengelegt und dann bei Bedarf gepreßt werden. Alternativ kann ein Metallkörper durch Sintern von Metallpulver, galvanische Metallab­ scheidung in einen porösen Körper, Überziehen eines zellähnlichen porösen Harzkörpers mit Metall, wobei dann das Harz entfernt und eine Schicht der Zweischichtverbindung durch Säure entfernt wird, Genauguß oder Elektrodialyse oder ähnliches geformt werden. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Porenziffer des porösen Metallkörpers nicht weniger als ca. 20% beträgt. Die Fig. 22a bis 22c zeigen ein Beispiel des porösen Metallkörpers, wobei Fig. 22a einen durch Flechten von Metallgewebe gebildeten geflochtenen Metallformkörper, Fig. 22b einen ungeflochtenen Metallformkörper und Fig. 22c einen zellenähnlichen porösen Metallformkörper zeigt. Bei der Verwendung von Metallgewebe oder -gittern ist es vorteilhaft, wenn sich der Durchmesser der Fasern im Bereich von 0,03 bis 0,3 mm bewegt und wenn die Maschenweite zwischen #30 und #200 beträgt. Bis jetzt wurden Ausführungsformen des plattenförmigen Behältnisses beschrieben, welches vorstehende Bereiche aufweist. Wenn die Wärmeübertragungsleitung mit dem obigen Behältnis angebracht wird, muß der vorstehende Bereich an dem zu kühlenden Körper positioniert werden, wobei die Befestigung einfach und einen dichten Kontakt gewährleistend, aber ohne eine zu hohe Belastung auf die zu kühlenden Körper auswirkend sein muß. Um all diese Bedingungen zu erfüllen, ist ein äußerer Rahmen vorgesehen, an welchem das Behältnis und die Rippen befestigt werden. Fig. 23 ist eine teilweise geschnittene Darstellung, welche die Anbringung einer Wärmeübertragungsleitung und einer Basis veranschaulicht. Mit Bezugszei­ chen 20 ist ein äußerer Rahmen versehen, an welchem ein Behältnis 2 und Rippen 40 mittels Schrauben 18 befestigt sind. Indem das Behältnis 2 an dem äußeren Rahmen 20 befestigt ist, ist es schwierig, das Behältnis 2 zu verbie­ gen, auch wenn es aus einer dünnen Platte besteht, was eine Anbringung der Wärmeübertragungsleitung derart ermöglicht, daß der vorstehende Bereich 15 und der zu kühlende Körper 30 in dichtem Kontakt zueinander stehen, aber ohne daß eine zusätzliche Überlastung auf den zu kühlenden Körper ausgeübt wird.

Der äußere Rahmen 20 ist separat mit Gewindebohrungen 51 versehen, mit­ tels welchen der äußere Rahmen 20 an die Basis 50 angeschraubt ist. Durch Anbringen der Schrauben werden die Positionen von vorstehendem Bereich 15 und Basis 50 in Einklang gebracht und das Anziehen der Schrauben mit einer geeigneten Kraft führt ein dichtes Kontaktieren herbei. In den meisten Fällen ist der äußere Rahmen 20 an der Basis 50 in vier Ecken befestigt, was die An­ bringung einfach macht. Wenn das Behältnis an dem äußeren Rahmen befe­ stigt ist, erfordert eine an das Behältnis aufgesetzte Dichtungsröhre eine vor­ sichtige Handhabung. Fig. 24 erläutert den Zusammenbau. An ein Behältnis 2 ist eine Dichtungsröhre 19 aufgesetzt, welche eine Abzugsöffnung beim Vakuumentgasen des Inneren des Container 2 darstellt und nach der Entgasung abgedichtet wird. Wenn die Dichtungsröhre 19 beim Handhaben, Anbringen oder Verwenden der Wärmeübertragungsleitung zerstört wird, werden die Phasenwechsel des Arbeitsmediums anomal. Um einen Bruch zu verhindern, ist es empfehlenswert, die Dichtungsröhre 19 in dem äußeren Rahmen 20 derart unterzubringen, daß sie nicht aus dem äußeren Rahmen hinaus hervorsteht. In Fig. 24 ist der äußere Rahmen 20 mit einer Ausnehmung 22 versehen. Nach der Montage kommt die Dichtungsröhre 19 in der Ausnehmung 22 zu liegen. Wie in Fig. 25 erkennbar, ist in dem äußeren Rahmen 20 darüber hinaus eine Aussparung 23 vorgesehen, in welche die Dichtungsröhre 19 zum Lagern umgebogen wird.

Die Befestigung des Behältnisses 2 an den äußeren Rahmen 20 kann nicht nur zuvor genannte Schraubverbindungen beinhalten, sondern auch Punktschweißverfahren, welche bevorzugt werden, wenn die Befestigung an einer Anzahl von Stellen erfolgen soll. Die sicherste Befestigungsmethode ist es, eine Nut 21 vorzusehen und einen Randabschnitt des Behältnisses 2 in diese Nut 21 einzusetzen. Ein Abschnitt mit eingesetztem Randbereich ist in Fig. 26 zu sehen. Der Randabschnitt des Behältnisses 2 ist dabei in die Nut 21 eingesetzt.

Der äußere Rahmen 20 ist hinsichtlich des Materials nicht besonders einge­ schränkt, er kann aus Kunstharz (ABS, PC, Epoxy etc.) und aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Magnesium, bestehen. Im Fall der Verwendung von Kunstharz ist die Oberfläche plattiert und mit elektrisch lei­ tenden Eigenschaften versehen, um auf diese Weise einen elektromagneti­ schen Schutzschildeffekt wie im Fall der Verwendung von Metall zu erzielen. Dieser Effekt ist in dem Fall günstig, wenn der zu kühlende Körper elektrische Bauteile aufweist.

Eine Kühlvorrichtung wird dadurch gebildet, daß Rippen an einer Wärmeüber­ tragungsleitung mit dem Behältnis angeordnet sind, in welchem der poröse Metallkörper und entlang der inneren Wandung das Gitter angeordnet sind, wie in Fig. 19 zu erkennen ist. Im folgenden werden die Auswirkungen un­ tersucht, die sich ergeben, wenn fünf Halbleiter durch die Kühlvorrichtung ge­ kühlt werden. Der poröse Metallkörper 13 ist ähnlich einer flachen Platte ge­ formt, wie aus Fig. 19 ersichtlich ist. Das Behältnis ist in einer perspektivi­ schen Ansicht in den Fig. 27a und 27b gezeigt, wobei in Fig. 27a die Sicht auf die wärmestrahlende Oberfläche 17 und in Fig. 27b die Sicht auf die wärmeabsorbierende Oberfläche 16 dargestellt ist. Es sind fünf vorstehende Bereiche 15a bis 15e vorgesehen. Der vorstehende Bereich 15a steht in dichtem Kontakt mit einem Halbleiterbauteil von 100 Watt und die vorstehenden Bereiche 15b bis 15e mit Halbleiterbauteilen von jeweils 5 Watt. Der Kühleffekt wurde ausgewertet, indem die Temperaturen der wär­ mestrahlenden Oberfläche 17 und der wärmeabsorbierenden Oberfläche 16 zum Erhalt eines auf der gemessenen Temperaturdifferenz basierenden thermischen Widerstands gemessen wurden. Die Meßpunkte sind durch die Symbole A und B angezeigt. Reines Wasser wird als Arbeitsmedium verwendet, wobei die Menge 30% des Volumens des Behältnisses beträgt. Die wärmeübertragende Metallsäule, welche aus einem aus sauerstofffreien Kupfer bestehenden Festkörperprisma geformt ist, ist in allen Ecken angeordnet und mit der wärmeabsorbierenden Oberfläche und der wärmestrahlenden Oberfläche jeweils mittels Silberflammen verbunden. Die Gitter, welche entlang der inneren Wandungen angeordnet sind, bestehen aus sauerstofffreiem Kupfer.

Die Untersuchung wurde anhand von drei Beispielen, bei denen die Ausfüh­ rungsformen unterschiedliche Materialen für die wärmeübertragende Metall­ säule hatten, und für zwei Vergleichsbeispiele durchgeführt, bei denen eins keine wärmeübertragende Metallsäule aufwies und das andere anstelle der wärmeübertragenden Metallsäule einen porösen Metallkörper als ersten Docht einer herkömmlichen Wärmeübertragungsleitung vorsah. Die wärmeübertra­ gende Metallsäule, welche in der ersten Ausführungsform verwendet wurde, weist einen zellenförmigen porösen Kupferkörper auf, der aus gesintertem Kupferpulver gefertigt ist, wobei die durchschnittliche Porengröße 0,3 mm, die Porenziffer 80% und die Dicke 2,5 mm beträgt, während die in der zweiten Ausführungsform verwendete wärmeübertragende Metallsäule ein metallener Gitterformkörper ist, welcher durch Aufeinanderanordnen von 15 Gittern mit einem Faserdurchmesser von 80 um und einer Maschenweite von #120 und Falten dieser auf eine Dicke von 2,5 mm gebildet wurde. Die wärmeübertra­ gende Metallsäule der dritten Ausführungsform ist aus reinem, ungeflochte­ nem Kupfer gefertigt, wobei der Faserdurchmesser 70 µm, die Porenziffer 60% und die Dicke 2,5 mm beträgt. Bei den obigen fünf Beispielen wurden die Temperaturen bei Winkelstellungen von 0°, 90° und 180° der Basis, welche mit dem zu kühlenden Körper versehen ist, gemessen und von den gemessenen Werten der Wärmeübertragungswiderstand abgeleitet. In den Fig. 28a bis 28c ist das Lagerverhältnis zwischen der Wärmeübertragungsleitung und dem zu kühlenden Körper bei unterschiedlichen Winkelstellungen veranschaulicht, wobei in Fig. 28a bei einer Neigung von 0° der zu kühlende Körper 30 unterhalb der Wärmeübertragungsleitung 1 angeordnet ist, in Fig. 28b bei einer Neigung von 90° der zu kühlende Körper 30 seitlich der Wärmeübertragungsleitung 1 angeordnet ist, und wobei in Fig. 28c bei einer Neigung von 180° sich der zu kühlende Körper 30 oberhalb der Wärmeübertragungsleitung 1 befindet, um mit diesem "Oben-Unten-Zustand" einen Vergleich zu der Neigung von 0° zu haben.

Vorausgesetzt, daß der thermische Widerstand mit R und die Temperaturen an den Meßstellen mit TA und TB bezeichnet werden, ergibt sich der Wert R durch Teilung der Differenz zwischen TA und TB durch die elektrische Leis­ tungsaufnahme W. Dementsprechend berechnet sich der thermische Wider­ stand R nach folgender Gleichung (1):

R=(TA-TB)/W (1).

Das Ergebnis der Untersuchung ist in Tabelle 1 gezeigt.

Thermischer Widerstand

In den Ausführungsbeispielen beträgt der thermische Widerstand weniger als 0,04 K/W für alle Lagen, da der poröse Metallkörper derart angeordnet ist, daß er mit der wärmeübertragenden Metallsäule in Berührung steht. Im Ge­ gensatz dazu ist beim Vergleichsbeispiel 1 der thermische Widerstand zwar bei Neigungen von 0° und 180° gering, bei einem Winkel von 90° aber groß, während beim Vergleichsbeispiel 2 der thermische Widerstand in allen Lagen mehr als 0,1 K/W betrug, da anstelle eines porösen Metallkörpers eine wär­ meübertragende Metallsäule vorgesehen war, so daß auf diese Weise die an das Arbeitsmedium zu übertragende Wärme hinsichtlich der Übertragungswir­ kung geschwächt war.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist mit einer Wärmeübertragungsleitung versehen, die einen plattenförmiges Behältnis zur Aufnahme des Arbeitsmedi­ ums und die wärmeübertragende Metallsäule aufweist, welche mit einer gro­ ßen Oberfläche versehen und an der wärmeabsorbierenden Wandung des Be­ hältnisses in Berührung mit dem zu kühlenden Körper angeordnet ist, wobei die wärmeübertragende Metallsäule die Wärme an das Arbeitsmedium verteilt, was das verdampfende Arbeitsmedium in gasförmiger Phase daran hindert, überhitzt zu werden. Weiterhin wird das Arbeitsmedium in flüssiger Phase der wärmeübertragenden Metallsäule und der wärmeabsorbierenden Wandung durch die Kapillarwirkung des Gitters und des porösen Metallkörpers, welcher in dem Behältnis angeordnet ist, zugeführt, was zur Folge hat, daß das Ar­ beitsmedium ruhig zurückkehrt, selbst wenn sich die Wärmeübertragungslei­ tung in einer Schräglage befindet.

Daher wird sofort, nachdem die gebundene Wärme aufgenommen wurde, das Arbeitsmedium in Richtung der wärmestrahlenden Wandung bewegt und die gebundene Wärme an die wärmestrahlende Wandung abgegeben, weil auf diese Weise die Zirkulationswirkung der Wärme wiederholt wird. Um darüber hinaus eine Vielzahl von zu kühlenden Körpern mit einer Kühlvorrichtung zu kühlen, liegen vorstehende Bereiche an dem jeweilig zu kühlenden Körper an, welche an der wärmeabsorbierenden Oberfläche des Behältnisses ausgebildet sind; und um das Behältnis vor einer Verformung zu bewahren, sind das Auf­ lager im Inneren des Behältnisses und der äußere Rahmen an dem Außenum­ fang des Behältnisses vorgesehen. Dieser verstärkende äußere Rahmen ist an der Basis angebracht, an der die zu kühlenden Körper angeordnet sind, so daß auf diese Weise die vorstehenden Bereiche in dichte Berührung mit den zu kühlenden Körpern durch einen entsprechenden Druck gelangen, was eine schnelle und sichere Anbringung ermöglicht. Auf diese Weise stellt die Erfin­ dung eine Realisierung einer einfachen Kühlvorrichtung dar, welche in der La­ ge ist, einen wirksamen Kühleffekt herbeizuführen.

Bezugszeichenliste

1

Wärmeübertragungsleitung

2

Behältnis

3

Arbeitsmedium

4

Metallsäule

4

wellenförmige Rippe

5

Hohlbereich

6

wärmeabsorbierende Wandung

7

wärmestrahlende Wandung

8

Seitenwandung

10

Auflager

11

Gitter

11

a Gitter

11

b Gitterabschnitt

12

Block

12

a Verlängerung

13

poröser Metallkörper

13

a Lamelle

14

vorstehender Bereich

16

wärmeabsorbierende Oberfläche

17

wärmestrahlende Oberfläche

18

Schraube

19

Dichtungsröhre

20

äußerer Rahmen

21

Nut

22

Ausnehmung

23

Aussparung

30

zu kühlender Körper

40

Rippe

50

Basis

100

Hitzeverteiler

102

Halbleitereinrichtung

105

Leiterplatte

108

Metallkörper

109

Wärmeübertragungsleitung

110

wärmeübertragendes Medium

200

Behältnis

201

Docht

202

wärmestrahlende Wandung

203

wärmeabsorbierende Wandung

204

Abstand

205

Docht

210

exothermer Körper

Claims (22)

1. Vorrichtung mit Wärmeübertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Wärmeübertragungsleitung (1) ein aus wärmeübertragendem Metall bestehendes, plattenförmiges Behältnis (2) zur Aufnahme ei­ nes Arbeitsmediums (3) aufweist und mit einer wärmeabsorbieren­ den und einer wärmestahlenden Wandung (6,7) versehen ist;
• b) die wärmeabsorbierende Wandung (6) eine wärmeabsorbierende Oberfläche (16) aufweist, die größer als eine Kontaktfläche eines zu kühlenden Körpers (30) ist;
• c) eine wärmeübertragende Metallsäule (4), welche einen zu der Kon­ taktfläche mit dem zu kühlenden Körper (30) annähernd flächenglei­ chen Abschnitt aufweist, zwischen der wärmeabsorbierenden und der wärmestrahlenden Wandung (6, 7) des Behältnisses (2) angeord­ net ist und
• d) ein Hohlbereich (5), in welchem sich das Arbeitsmedium (3) befin­ det, um die wärmeübertragende Metallsäule (4) herum vorgesehen ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragende Metallsäule (4) eine mit Unebenheiten versehene Seitenfläche aufweist.

3. Kühlvorrichtung mit Wärmeübertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Wärmeübertragungsleitung (1) ein aus wärmeübertragendem Metall bestehendes, plattenförmiges Behältnis (2) zur Aufnahme ei­ nes Arbeitsmediums (3) aufweist und mit einer wärmeabsorbieren­ den und einer wärmestrahlenden Wandung (6, 7) versehen ist;
• b) die wärmeabsorbierende Wandung (6) eine große wärmeabsorbie­ rende Oberfläche (16) aufweist, die einer Vielzahl von zu kühlenden Körpern (30) entspricht und
• c) eine Vielzahl von vorstehenden Bereichen (15), welche jeweils eine vorgegebene Höhe aufweisen und an die zu kühlenden Körper (30) anstoßen, auf der wärmeabsorbierenden Oberfläche (16) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auf­ lager (10) im Inneren des Behältnisses (2) angeordnet ist.

5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflager (10) durch Aussetzen der wärmeabsorbierenden und/oder wär­ mestrahlenden Wandung (6, 7) einer zur gegenüberliegenden Wandung (7, 6) gerichteten Ausbauchung gebildet ist.

6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Git­ ter (11) entlang einer Innenfläche der wärmeabsorbierenden Wandung (6) des Behältnisses (2) angeordnet sind.

7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Git­ ter (11) entlang einer Innenfläche der wärmeabsorbierenden Wandung (6) und einer Innenfläche der wärmestrahlenden Wandung (7) des Behältnis­ ses (2) angeordnet sind.

8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Git­ ter (11) im Inneren von wenigstens einem der vorstehenden Berei­ che (15) des Behältnisses (2) an die wärmestrahlende Wandung (7) an­ grenzend angeordnet ist.

9. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine wärmeübertragende Metallsäule (4) im Inneren von wenigstens einem der vorstehenden Bereiche (15) des Behältnisses (2) an die wärmestrahlende Wandung (7) angrenzend angeordnet ist.

10. Kühlvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragende Metallsäule (4) eine wellenförmige Rippe (40) auf­ weist.

11. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Inne­ ren von wenigstens einem der vorstehenden Bereiche (15) des Behältnis­ ses (2) ein Block (12) angeordnet ist.

12. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (12) die wärmeabsorbierende Wandung (6) über ein Metall­ gitter (11) berührt.

13. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Vor­ sprünge auf einer Fläche eines Blocks (12) angeordnet sind, der die wär­ meabsorbierende Wandung (6) berührt.

14. Kühlvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein po­ röser Metallkörper (13) die wärmeübertragende Metallsäule (4) berührend angeordnet ist.

15. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein äu­ ßerer Rahmen (20) an einem äußeren Umfangsabschnitt des Behältnisses (2) angeordnet ist, wobei der äußere Rahmen (20) als Befestigungsab­ schnitt an eine Basis (50) des zu kühlenden Körpers (30) dient.

16. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Befestigen des äußeren Rahmens (20) an die Basis (50) des zu kühlenden Körpers (30) eine Schraubverbindung ist.

17. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rahmen (20) mit einer Nut (21) versehen ist, in welcher ein Randabschnitt des Behältnisses (2) eingesetzt und befestigt ist.

18. Kühlvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rahmen (20) elektrisch leitend ist.

19. Kühlvorrichtung mit Wärmeübertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Wärmeübertragungsleitung (1) ein aus wärmeübertragendem Metall bestehendes, plattenförmiges Behältnis (2) zur Aufnahme ei­ nes Arbeitsmediums (3) aufweist und mit einer wärmeabsorbieren­ den und einer wärmestrahlenden Wandung (6, 7) versehen ist;
• b) eine wärmeübertragende Metallsäule (4) zwischen der wärmeabsor­ bierenden und der wärmestrahlenden Wandung (6, 7) angeordnet ist und
• c) ein Kontaktbereich der wärmeabsorbierenden Wandung (6) mit der wärmeübertragenden Metallsäule (4) eine Fläche eines zu kühlenden Körpers (30) bedeckt, welcher mit der wärmeabsorbierenden Wan­ dung (6) in Berührung steht.

20. Kühlvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu kühlender Körper (30) die wärmeabsorbierende Wandung (6) an einer Stelle berührt, an der die wärmeübertragende Metallsäule (4) auf der wärmeabsorbierenden Wandung (6) angeordnet ist.

21. Kühlvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeabsorbierende Wandung (6) mit einer Vielzahl von vorstehenden Bereichen (15) an der Stelle versehen ist, an der die wärmeübertragende Metallsäule (4) angeordnet ist, und ein zu kühlender Körper (30) in Kon­ takt mit einem korrespondierenden Bereich der wärmeabsorbierenden Wandung (6) an der Stelle steht, an welcher die vorstehenden Be­ reiche (15) angeordnet sind.

22. Kühlvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Be­ reich der wärmeabsorbierenden Wandung (6), der mit einem zu kühlen­ den Körper (30) in Kontakt steht, an dieser Stelle mit der wärmeübertra­ genden Metallsäule (4) versehen ist.