-
Hintergrund der Erfindung
-
Bereich der Offenbarung
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Fluidverteilungstechnologien und insbesondere auf einen Strömungsverteiler zum Verteilen eines Fluids über eine zu kühlende Oberfläche oder ein Element und ein Fluidverteilungssystem, das einen solchen Strömungsverteiler aufweist.
-
Beschreibung des Standes der Technik
-
Halbleiter-Leistungsmodule sind effiziente Wege, um hohe Ströme zu schalten, aber sie werden immer heiß, wenn sie in Betrieb sind. Es ist sehr wichtig, diese Wärme abzuführen, wie sie erzeugt wird, damit die Halbleiterkomponenten selbst kritische Temperaturen nicht übersteigen. Halbleiter-Leistungsmodule sind oft mit einer oder mehreren Oberflächen versehen, die dafür ausgelegt sind, Wärme zu leiten, abzustrahlen oder von ihnen durch Konvektion abgeführt zu werden. Das Verfahren der Wärmeübertragung von diesen Oberflächen wird von dem verwendeten Kühlsystem abhängen. Im Allgemeinen wird ein flüssiges Kühlmittel in dem Kühlsystem verwendet, um Wärme von der zu kühlenden Oberfläche abzuführen, wenn es über die Oberfläche fließt. Ein herkömmliches Kühlsystem führt das (kalte) Kühlmittel zu einer Vielzahl von Teilen der zu kühlenden Oberfläche und, nachdem das Kühlmittel Wärme von der Oberfläche aufgenommen hat, leitet es das (nun warme) Kühlmittel, um die Oberfläche zu verlassen und sich letztlich an einem Kühlmittelauslass wieder zu vereinigen, wo das Kühlmittel in ein weiteres System geleitet wird, das Wärme von dem warmen Kühlmittel entfernt. Weiterhin ist es erforderlich, das Kühlmittel gleichmäßig über die zu kühlende Oberfläche zu verteilen, um eine lokale hohe Temperatur des Moduls oder der Komponenten aufgrund einer Wärmeansammlung oder -konzentration zu vermeiden.
-
Zusammenfassung
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strömungsverteiler und ein Fluidverteilungssystem zur gleichmäßigen Verteilung eines Kühlmittels über eine Oberfläche oder ein Element, die verarbeitet oder gekühlt werden sollen, bereitzustellen.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Strömungsverteiler vorgesehen, um ein Fluid von einem Einlassverteiler zu einem Auslassverteiler über eine durch das Fluid zu kühlende Oberfläche zu verteilen, wobei der Verteiler umfasst:
- Eine Vielzahl von Strömungskanälen, von denen jeder so konfiguriert ist, dass er Fluid von dem Einlassverteiler zu dem Auslassverteiler über die Oberfläche leitet; und
- Eine Vielzahl von Bypass-Passagen, von denen jede zwischen zwei benachbarten Strömungskanälen kommuniziert so, dass das Fluid zwischen den beiden benachbarten Strömungskanälen übertragen werden kann, wenn einer der beiden benachbarten Strömungskanäle blockiert ist.
-
In einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Bypass-Passagen so angeordnet, dass, wenn einer der Strömungskanäle durch eine Blockierung blockiert ist, das Fluid, das in den blockierten Strömungskanal fließt, aus dem blockierten Strömungskanal durch mindestens eine der Bypass-Passagen an einer stromaufwärtigen Position der Blockade in einen benachbarten der Strömungskanäle fließen kann und dann zurück in den blockierten Strömungskanal durch mindestens eine der Bypass-Passagen an einer stromabwärtigen Position der Blockade.
-
In einer Ausführungsform weist der Strömungsverteiler weiterhin eine Vielzahl von Leitwänden auf, die die Vielzahl von Strömungskanälen begrenzen, wobei sich jede Leitwand zwischen zwei benachbarten der Strömungskanäle in eine Richtung parallel zu einer mittleren Längsachse der Strömungskanäle erstreckt und mindestens eine der Leitwände mit mindestens zwei Bypass-Passagen versehen ist.
-
In einer Ausführungsform ist jede Leitwand mit mindestens zwei Bypass-Passagen versehen.
-
In einer Ausführungsform ist die Bypass-Passage ein Durchgangsloch, das durch eine entsprechende der Leitwände hindurch geht.
-
In einer Ausführungsform ist die Bypass-Passage eine Kerbe, die gebildet ist durch Entfernen eines Teils der entsprechenden der Leitwände.
-
In einer Ausführungsform weist der Strömungsverteiler weiterhin mindestens eine Ventilstruktur auf, von denen jede so konfiguriert ist, dass sie zumindest teilweise eine der Bypass-Passagen schließt, wenn eine Druckdifferenz des Fluids auf beiden Seiten der Bypass-Passage kleiner ist als ein vorbestimmter Druckschwellenwert und öffnet, wenn die Druckdifferenz größer als oder gleich dem vorbestimmten Druckschwellwert ist.
-
In einer Ausführungsform ist die Ventilstruktur in Form einer Klappenplatte, die ein freies Ende und das andere Ende schwenkbar mit der Leitwand verbunden hat.
-
In einer Ausführungsform ist die Leitwand getrennt von der Oberfläche ausgebildet und so konfiguriert, dass sie mit der Oberfläche in Eingriff kommt, so dass das in den Strömungskanälen strömendes Fluid über die Oberfläche fließen kann.
-
In einer Ausführungsform weisen die Leitwände erste Trennwände auf, die getrennt von der Oberfläche ausgebildet sind, und zweite Leitwände, die an der Oberfläche befestigt sind, wobei die ersten Leitwände und die zweiten Leitwände abwechselnd angeordnet sind, wobei jeder der Strömungskanäle durch eine der ersten Leitwände und eine benachbarte der zweiten Leitwände begrenzt ist.
-
In einer Ausführungsform sind Leitwände einstückig auf der Oberfläche ausgebildet.
-
In einer Ausführungsform ist in jedem der Strömungskanäle eine Vielzahl von Führungswandabschnitten vorgesehen, die sich jeweils in eine Richtung senkrecht zu der mittleren Längsachse der Strömungskanäle erstrecken, um so einen Mäanderpfad zu definieren, um das Fluid von dem Einlassverteiler zu dem Auslassverteiler über die Oberfläche zu leiten.
-
In einer Ausführungsform sind die Vielzahl der Wände, die in zwei benachbarten der Strömungskanäle vorgesehen sind, in einer spiegelsymmetrischen Weise im Hinblick auf die zwischen den beiden benachbarten Strömungskanälen gelegene Leitwand angeordnet.
-
In einer Ausführungsform weist mindestens eine der Leitwände eine Höhe auf, die geringer ist als die Höhe der Führungswandabschnitte, die benachbart zu der Leitwand angeordnet sind.
-
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fluidverteilungssystem bereitgestellt, das einen Strömungsverteiler aufweist, der in irgendeiner Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben ist.
-
Figurenliste
-
Die obigen und andere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden deutlicher durch detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
- 1A eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch eine Anordnung eines Strömungsverteilers zeigt;
- 1B eine Draufsicht ist, die schematisch die Verteilung eines Kühlmittels in einem Strömungsverteiler zeigt;
- 1C eine Draufsicht ist, die schematisch die Verteilung eines Kühlmittels in einem Strömungsverteiler zeigt, wobei ein Strömungskanal blockiert ist;
- 2 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch eine Anordnung eines Strömungsverteilers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 3 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch die Verteilung eines Kühlmittels in einem Strömungsverteiler nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, wobei ein Strömungskanal eine Blockade in sich aufweist;
- 4 eine Draufsicht ist, die schematisch die Verteilung eines Kühlmittels in einem Strömungsverteiler gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, wobei ein Strömungskanal eine Blockade in sich aufweist;
- 5 eine Draufsicht ist, die schematisch die Verteilung eines Kühlmittels in einem Strömungsverteiler gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, wobei ein Strömungskanal die Blockade in sich aufweist;
- 6 eine Draufsicht ist, die schematisch die Verteilung eines Kühlmittels in einem Strömungsverteiler gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, wobei ein Strömungskanal eine Blockade in sich aufweist;
- 7 eine Querschnittsansicht ist, die schematisch Strukturen einer Ablenkwand und einer Bypass-Passage eines Strömungsverteilers nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 8A eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch eine Anordnung eines Strömungsverteilers nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 8B eine Querschnittsansicht ist, die schematisch Strukturen einer Leitwand und einer Bypass-Passage des in 8A gezeigten Strömungsverteilers zeigt;
- 9A+9B Querschnittsansichten sind, die schematisch eine Bypass-Passage zeigen, die durch eine Leitwand und eine Ventilstruktur gebildet ist und einen Strömungsverteiler in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, worin 9A die Ventilstruktur in einem geschlossenen Zustand zeigt, während 9B die Ventilstruktur in einem geöffneten Zustand zeigt;
- 10 eine Querschnittsansicht ist, die schematisch Anordnungen von Leitwänden eines Strömungsverteilers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
- 11 eine Draufsicht ist, die schematisch eine Anordnung von Führungswandabschnitten in einem Strömungsverteiler nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
-
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
-
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei sich die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Elemente beziehen.
-
1A bis 1C zeigen eine Anordnung eines beispielhaften Strömungsverteilers und eine Verteilung eines Kühlmittels darin. Ein Strömungsverteiler 100 ist vorgesehen zum Verteilen eines Fluids, beispielsweise Kühlmittel oder dergleichen, von einem Einlassverteiler 10 zu einem Auslassverteiler 20 über eine Oberfläche oder ein Element (z.B. Oberfläche oder Element 01, gezeigt in 7, 8B-9B und 11), die durch das Fluid zu kühlen oder zu verarbeiten sind, beispielsweise ein wärmeerzeugendes Teil oder eine Oberfläche davon. In dem dargestellten Beispiel weist der Verteiler 100 eine Vielzahl von Strömungskanälen oder Zellen 110 auf, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie Fluid vom Einlassverteiler 10 zum Auslassverteiler 20 über die Oberfläche leiten. Das Fluid kann parallel durch die Vielzahl der Strömungskanäle 110 fließen, wodurch eine relativ gleichförmige Verteilung des Fluids über die Oberfläche oder das Element bereitgestellt wird. Wie in den 1A bis 1C gezeigt, können die Strömungskanäle 110 begrenzt sein durch eine Vielzahl von Leitwänden oder Platten 120, und jede Leitwand 120 erstreckt sich zwischen benachbarten Strömungskanälen 110 in eine Richtung, beispielsweise Y-Richtung, im Wesentlichen parallel zu einer mittleren Längsachse O-O' des Strömungskanals 110.
-
In der Anordnung, die in 1A bis 1C gezeigt wird, können eine Vielzahl von Führungswandabschnitten 130 in jedem Strömungskanal 110 angeordnet sein, und jeder Führungswandabschnitt 130 kann sich in eine Richtung erstrecken, beispielsweise X-Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der mittleren Längsachse O-O' des Strömungskanals 110 ist, wodurch ein Mäanderpfad definiert wird, der das Fluid von dem Einlassverteiler 10 zum Auslassverteiler 20 über die Oberfläche in einem mäandernden oder Zick-Zack-Weg (wie durch gekrümmte Pfeile angedeutet) leitet, wodurch eine gleichförmigere Verteilung des Fluids über die Oberfläche oder das Element, das zu kühlen oder zu verarbeiten ist, bereitgestellt wird.
-
In einigen Anwendungen kann das durch den Verteiler zu leitende Fluid Partikel oder Sedimentation darin enthalten. Es besteht ein Risiko, dass Partikel oder Sedimentation einen oder mehrere Strömungskanäle oder - zellen verstopfen kann, wie in gezeigt, die eine Blockade 30 in der Mitte des dritten Strömungskanals zeigt, und dies verhindert jede Strömung an der Blockade vorbei. Dies bedeutet, dass Teile des zu kühlenden oder zu verarbeitenden Bereichs nicht an irgendeine Fluidströmung angrenzen und deswegen wird ihre Kühleffizienz stark vermindert. Eine solche Blockade kann auftreten, wenn das Fluid oder Kühlmittel nicht sauber ist oder nicht einem Filtersystem unterworfen wurde, das ein partikelfreies Fluid oder Kühlmittel sicherstellen würde. Dies kann der Fall sein, wenn geeignete Aufmerksamkeit nicht darauf gerichtet ist, Kühlmittel partikelfrei zu halten. Obwohl es vorzuziehen ist, sauberes Fluid zu haben, ist es ein Vorteil in der Praxis, Systeme zu entwickeln, die immer noch effizient funktionieren, selbst wenn das Fluid nicht sauber ist.
-
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist eine Bypass-Passage vorgesehen, um zwei benachbarte Strömungskanäle, beispielsweise Strömungskanäle 110, miteinander zu verbinden, so dass, wenn ein Strömungskanal blockiert ist oder die Blockade auftritt, das Fluid oder das Kühlmittel, das in den blockierten Strömungskanal fließt, aus dem blockierten Strömungskanal über die Bypass-Passage in den benachbarten Strömungskanal fließen kann und letztendlich zurück in einen Abschnitt des blockierten Strömungskanals, der stromabwärts der Blockade liegt und somit nicht blockiert ist, über eine weitere Bypass-Passage. Somit kann die Bypass-Passage eine Möglichkeit oder Option für das Fluid sein, die Blockade zu umgehen, so dass nur ein begrenzter Teil des Strömungskanals inaktiv wird, wenn eine Blockade auftritt.
-
2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Anordnung eines Strömungsverteilers nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Ein Strömungsverteiler 200 ist zum Verteilen eines Fluids ausgebildet, beispielsweise eines Kühlmittels oder dergleichen, von einem Einlassverteiler 10 zu einem Auslassverteiler 20 über eine Oberfläche oder ein Element (z.B. Oberfläche oder Element 01, gezeigt in 7, 8B-9B und 11), die durch das Fluid gekühlt oder verarbeitet werden sollen. Beispielhaft kann das Fluid, das durch den Strömungsverteiler geleitet wird, Luft oder ein anderes Gas sein, aber es ist eher ein flüssiges oder ein zweiphasiges Kühlmittel, wo der Übergang von Flüssigkeit zu Gas an der zu kühlenden oder zu verarbeitenden Oberfläche auftritt; dies ist jedoch in der vorliegenden Offenbarung nicht eingeschränkt, andere geeignete Fluide können verwendet werden, wie erforderlich.
-
Wie gezeigt, weist der Strömungsverteiler 200 eine Vielzahl von Strömungskanälen oder Zellen 210 auf, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie das Fluid von dem Einlassverteiler 10 zu dem Auslassverteiler 20 über die Oberfläche oder das Element, das durch das Fluid zu kühlen oder zu bearbeiten ist, leiten. Das Fluid kann parallel durch die Vielzahl von Strömungskanälen 210 fließen, wodurch eine relativ gleichförmige Verteilung des Fluids über die Oberfläche oder das Element zur Verfügung gestellt wird.
-
In einigen Ausführungsformen, wie in den 3-5 gezeigt, kann der Strömungsverteiler 200 mit einer Vielzahl von Leitwänden oder -platten 220 versehen sein, die die Strömungskanäle 210 begrenzen, und, wie gezeigt, erstreckt sich jede Leitwand 220 zwischen zwei benachbarten Strömungskanälen 210 in eine Richtung, beispielsweise Y-Richtung, im Wesentlichen parallel zu einer mittleren Längsachse O-O' des Strömungskanals 210.
-
In den dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Strömungsverteiler 200 weiterhin eine Vielzahl von Führungswandabschnitten 230 aufweisen, die in jedem Strömungskanal 210 angeordnet sind, und jeder Führungswandabschnitt 230 kann sich in eine Richtung, beispielsweise X-Richtung, erstrecken, im Wesentlichen senkrecht zu der mittleren Längsachse O-O' des Strömungskanals 210, wodurch ein Mäanderpfad definiert wird zum Leiten des Fluids von dem Einlassverteiler 10 zu dem Auslassverteiler 20 über die Oberfläche oder das Element, das zu kühlen oder zu verarbeiten ist, in einem mäandernden oder Zick-Zack-Weg (wie durch gekrümmte Pfeile angedeutet), wodurch eine gleichförmigere Verteilung des Fluids über die Oberfläche oder das Element zur Verfügung gestellt wird.
-
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist der Strömungsverteiler 200 weiterhin eine Vielzahl von Bypass-Passagen 221 auf, wobei jede Bypass-Passage 221 so konfiguriert ist, dass sie zwei benachbarte Strömungskanäle 210 verbindet oder miteinander in Verbindung bringt, so dass das Fluid zwischen den beiden benachbarten Strömungskanälen 210 übertragen werden kann, wenn einer der beiden benachbarten Strömungskanäle 210 blockiert ist.
-
3-6 zeigen Beispielanordnungen von Bypass-Passagen und Verteilung des Fluids in einem Strömungsverteiler nach beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, worin eine Blockade 30 vorhanden ist und somit einen Strömungskanal 210 blockiert. Beispielsweise ist die Mehrzahl von Bypass-Passagen 221 so angeordnet, dass, wenn einer der Strömungskanäle 210 durch die Blockade 30 blockiert ist, das Fluid, beispielsweise ein Kühlmittel, das in dem blockierten Strömungskanal 210 fließt, aus dem blockierten Strömungskanal 210 durch mindestens eine der Bypass-Passagen 221, die an einer stromaufwärtigen Position der Blockade angeordnet sind, in einen benachbarten der Strömungskanäle 210 und letztendlich zurück in den blockierten Strömungskanal 210 durch mindestens eine andere der Bypass-Passagen 221, die an einer stromabwärtigen Position der Blockade 30 angeordnet sind, fließen kann.
-
Wie in den 3-6 gezeigt, kann aufgrund des Vorhandenseins der Bypass-Passagen 221 das Fluid, das in dem blockierten Strömungskanal fließt, zeitweilig über die Bypass-Passage 221 in einen benachbarten Strömungskanal fließen oder sich bewegen, und nach Strömen über eine Entfernung in dem benachbarten Strömungskanal letztendlich zurück in den blockierten Strömungskanal fließen (wie durch die Pfeile mit Schraffur in 3 gezeigt), um so weiterhin in einen unblockierten Abschnitt des Strömungskanals zu fließen; das heißt, das Fluid kann die Blockade 30 über die Bypass-Passage umgehen und durch den größten Teil des blockierten Strömungskanals strömen, wobei immer noch eine relativ gleichförmige Verteilung des Fluids über die Oberfläche oder das Element, das zu verarbeiten oder zu kühlen ist, zur Verfügung gestellt wird, selbst wenn die Blockade auftritt.
-
Verschiedene Anordnungen der Bypass-Passagen zum Verbinden benachbarter Strömungskanäle sind möglich. In 3 strömt das Fluid aus und dann zurück in den blockierten Strömungskanal 210 durch die Bypass-Passagen 221 auf einer Seite des blockierten Strömungskanals 210; in 3, 5 und 6 strömt das Fluid aus und dann zurück in den blockierten Strömungskanal 210 durch die Bypass-Passagen 221 auf beiden Seiten des blockierten Strömungskanals 210, wodurch es mehr Möglichkeiten für alternative Strömungswege gibt.
-
In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird das Fluid wegen der symmetrischen oder parallelen Anordnung oder Konfiguration von benachbarten Strömungskanälen und die Anordnung der Bypass-Passagen auf natürliche Weise aus dem blockierten Strömungskanal in einen benachbarten Strömungskanal fließen, weil der Druck auf die Einlass- oder stromaufwärtige Seite der Blockade etwas höher sein wird; auf ähnliche Weise wird das Fluid auf natürliche Weise zurück in den blockierten Strömungskanal strömen an einer Position stromabwärts der Blockade wegen eines verminderten Drucks an der Position stromabwärts der Blockade in dem blockierten Strömungskanal. Somit ist das Vorhandensein von Bypass-Passagen zwischen benachbarten Strömungskanälen ausreichend, um die Strömung im Fall einer Blockade umzuleiten.
-
In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die in 3-5 gezeigt sind, sind die Leitwände 220 mit den Bypass-Passagen 221 versehen. In einem Beispiel ist mindestens eine Leitwand 220 versehen mit mindestens einer Bypass-Passage 221; in anderen Beispielen ist die Leitwand 220 mit mindestens zwei Bypass-Passagen 221 versehen. Die Anzahl und die Positionen der Bypass-Passagen sind so ausgelegt oder ausgewählt, dass, wenn die Blockade auftritt, das aus den blockierten Strömungskanälen strömende Fluid durch die Bypass-Passagen ausströmen und dann wieder zurück in die blockierten Strömungskanäle fließen kann. Es ist bevorzugt, dass jede Leitwand mit einer Vielzahl von Bypass-Passagen versehen ist von einer Einlassseite zu einer Auslassseite des Strömungskanals, wodurch eine Vielzahl von Bypass-Möglichkeiten für alternative Strömungspfade bereitgestellt wird, wo immer auch die Blockade in dem Strömungskanal auftritt.
-
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die in 6 gezeigt ist, ist keine Leitwand oder ein anderes Leitelement zwischen benachbarten Strömungskanälen 220 vorgesehen, wodurch es eine Vielzahl von Bypass-Passagen 221 zwischen benachbarten Strömungskanälen 220 zum Umgehen oder Vorbeifließen des Fluids vorbei oder um die Blockade 30 herum gibt. In der in 6 gezeigten Ausführungsform sind die Leitwände vollständig eliminiert oder entfernt, so dass bei jeder Kanalbiegung Bypässe verbleiben, so dass die Strömung des Fluids zahlreiche alternative Strömungswege hat, um die Blockade zu vermeiden, unabhängig davon, wo die Blockade (n) auftritt, was thermische Konsequenzen der Blockade verringert, falls nicht vollständig beseitigt. Das Risiko einer Blockade, die am Eingang des Strömungskanals auftritt, ist ebenfalls vermindert.
-
Die Bypass-Passagen können in verschiedenen Arten oder Formen ausgeführt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Bypass-Passage ein Durchgangsloch, das durch eine entsprechende Leitwand hindurch tritt. Es ist oftmals ein Vorteil für die Bypass-Passage, benachbart zu der zu verarbeitenden oder zu kühlenden Oberfläche oder des Elements sein, da dies eine turbulente Strömung in der Nachbarschaft der Oberfläche oder des Elements begünstigt. In anderen Ausführungsformen weist die Leitwand eine oder mehrere Abschnitte auf mit einer Höhe, die kleiner ist als eine Höhe der Führungswandabschnitte, die benachbart zu dem einen oder mehreren Abschnitten angeordnet sind, oder ein oder mehrere Abschnitte können eine kleine Höhenverringerung aufweisen, um einen Raum für die Bypass-Passage zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel, wie in 7 gezeigt, ist die Bypass-Passage 221 eine Kerbe, die durch Entfernen eines Teils der entsprechenden Leitwand 220 gebildet ist, und die Kerbe hat eine Tiefe, die kleiner ist als eine Höhe H von anderen Abschnitten der entsprechenden Leitwand. In einigen Beispielen endet die Leitwand normalerweise sehr nahe an der Oberfläche oder dem Element 01, das zu verarbeiten oder zu kühlen ist, aber weist einen Abschnitt einer verminderten Wandhöhe auf, so dass die Bypass-Passage oder -Kerbe gebildet wird. Eine Kerbe 221-1 mit einer Tiefe D1 ist in 7(a) gezeigt, eine Kerbe 221-2 mit einer Tiefe D2 ist in 7(b) gezeigt, und eine Kerbe 221-3 mit einer Tiefe D3 ist in 7(c) gezeigt. Die Größe der Bypass-Passagen (z.B. die Tiefe und/oder Breite der Kerbe) wird von solchen Parametern abhängen, wie die Größe des Verteilers oder Strömungskanals, der Viskosität des Fluids, der Temperatur der zu kühlenden Oberfläche. Die Tiefe der Kerbe kann 10%, 20%, 50%, 80% oder sogar mehr der vollen Höhe H der Leitwand sein. In einigen Umständen kann es von Vorteil sein, keine Leitwand zwischen den Strömungskanälen zu haben, wie in 6 gezeigt ist; in anderen Umständen hat, z.B. die gesamte Lenkwand einer verminderten Höhe, wie in 8A und 8B gezeigt, ist die Höhe H1 der Lenkwand 220' kleiner als Höhen der Führungswandabschnitte 230, die benachbart zu der Leitwand 220' angeordnet sind, wodurch eine integrale oder einheitliche Bypass-Passage zwischen benachbarten Strömungskanälen 210 gebildet wird.
-
Mit dem Verteiler, der mit den Bypass-Passagen versehen ist, fließt unter normalen Bedingungen (z.B. ohne eine Blockade) sehr wenig Fluid von einem Strömungskanal zu einem anderen, weil die symmetrischen oder parallelen Strömungsmuster des Fluids im Strömungskanal bedeuten, dass es wenig oder gar keine Druckdifferenz zwischen benachbarten Abschnitten der Strömungskanäle gibt. In Situationen, die in 3-6 gezeigt sind, wo es eine Blockade 30 in einem Strömungskanal 21 gibt, gibt es eine vergrößerte Druckdifferenz zwischen benachbarten Abschnitten der Strömungskanäle 210 wegen der Anwesenheit der Blockade 30, so dass es einen Fluidstrom von dem blockierten Strömungskanal in benachbarte Strömungskanäle an einer Position stromaufwärts der Blockade 30 über die Bypass-Passage 221 und einen entsprechenden Rückstrom in den blockierten Strömungskanal an einer Position stromabwärts der Blockade gibt.
-
9A und 9B zeigen schematisch einen Teilaufbau eines Strömungsverteilers nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei der Strömungsverteiler eine Bypass-Passage 221 hat, die gebildet ist durch Entfernen eines Teils der Leitwand 220 oder gebildet ist durch eine Leitwand 220' mit einer verminderten Höhe, und eine Ventilstruktur 240, die so konfiguriert ist, dass sie zumindest teilweise entsprechende Bypass-Passagen 221 schließt oder öffnet. Beispielsweise ist die Ventilstruktur 240 so konfiguriert, dass sie zumindest teilweise die entsprechende Bypass-Passage 221 schließt, wenn eine Druckdifferenz des Fluids auf beiden Seiten der Bypass-Passage 221 kleiner ist als ein vorbestimmter Druckschwellwert, und öffnet, wenn die Druckdifferenz größer als oder gleich einem vorbestimmten Druckschwellwert ist (z.B., wenn eine Blockade in dem Strömungskanal auftritt). In dem dargestellten Beispiel ist die Ventilstruktur 240 in Form einer Klappenplatte, die ein freies Ende 241 und das andere Ende 242 schwenkbar verbunden oder angelenkt an der Leitwand hat. Andere Formen von Ventilen sind möglich, z.B. eine einzelne flexible Membran, die eine stabile geschlossene Position unter normalen Bedingungen aufweist, die aber mit einer Druckdifferenz öffnet.
-
Unter normalen Bedingungen (z.B. ohne eine Blockade) gibt es eine kleine oder gar keine Druckdifferenz (d.h. Druckgleichgewicht) zwischen benachbarten Abschnitten der Strömungskanäle, und das freie Ende 241 wird der Oberfläche oder dem Element, das zu verarbeiten oder zu kühlen ist, benachbart sein, wie in 9A gezeigt, die die Ventilstruktur in einem geschlossenen Zustand oder Position zeigt. In einer Situation, wo es eine Blockade 30 in einem Strömungskanal 21 gibt, wie in 3-6 gezeigt, gibt es eine vergrößerte Druckdifferenz zwischen benachbarten Abschnitten der Strömungskanäle 210 wegen der Anwesenheit der Blockade 30 oder es gibt einen vergrößerten Druck in dem blockierten Strömungskanal, so dass das freie Ende 241 der Ventilstruktur 240, die stromaufwärts auf der Blockade angeordnet ist, in Richtung auf einen benachbarten Strömungskanal gepresst oder vorgespannt wird von der Seite mit erhöhtem Druck, wie in 9B gezeigt, die die Ventilstruktur in einem geöffneten Zustand oder Position zeigt, wodurch die Bypass-Passage stromaufwärts der Blockade geöffnet wird, um einen Fluidstrom von dem blockierten Strömungskanal in einen benachbarten Kanal/Kanäle zu erlauben; bei einer Position stromab der Blockade ist der Druck in dem blockierten Strömungskanal kleiner als in dem benachbarten Strömungskanal, so dass das freie Ende 241 der Ventilstruktur 240, die stromabwärts der Blockade angeordnet ist, in Richtung auf den blockierten Strömungskanal von dem benachbarten Strömungskanal gedrückt oder vorgespannt wird, wodurch die Bypass-Passage stromab der Blockade geöffnet wird, um einen entsprechenden Rückstrom in den blockierten Strömungskanal an der Position stromab der Blockade zu erlauben.
-
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der Strömungsverteiler eine Struktur, die ausgebildet ist, um das Fluid von dem Einlassverteiler zu einem Auslassverteiler über eine Oberfläche oder ein Element zu leiten oder zu übertragen, die durch das Fluid durch die Strömungskanäle zu kühlen sind. Eine solche Struktur kann in einer Anzahl von Weisen konstruiert sein. 10 zeigt schematisch Anordnungen von Leitwänden eines Strömungsverteilers nach beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der Strömungsverteiler als eine Einheit konstruiert, die von der Oberfläche oder dem Element, die durch das Fluid zu bearbeiten oder zu kühlen ist, getrennt ist, wie in 10(a) gezeigt, wobei die Leitwände 220-1 getrennt ausgebildet sind von der Oberfläche oder dem Element 01, das durch das Fluid zu verarbeiten oder zu kühlen ist, die Strömungskanäle 220 zwischen sich begrenzen, und so konfiguriert sind, dass sie mit der Oberfläche oder dem Element in Eingriff stehen, so dass das Fluid, das in den Strömungskanälen 220 strömt, über die Oberfläche oder das Element 01 fließen kann. In anderen Ausführungsformen ist der Strömungsverteiler als ein Teil der Oberfläche oder des Elements, das durch das Fluid zu verarbeiten oder zu kühlen ist, konstruiert, wie in 10(b) gezeigt, wobei die Leitwände 220-2 einteilig auf der Oberfläche oder dem kühlenden Element 01 gebildet sind, und begrenzen die Strömungskanäle 210 zwischen sich; in solch einem Fall kann eine Abdeckung 240 auf Seiten der Leitwände 220-2 vorgesehen sein, die von der Oberfläche oder dem Element 01 abgewandt sind, und die so ausgebildet ist, dass sie die Strömungskanäle 210 schließt. In weiteren Ausführungsformen, wie in 10(c) gezeigt, können die Leitwände erste Leitwände 220-1 aufweisen, die getrennt von der Oberfläche oder dem Element 01 sind, und zweite Leitwände 220-2, die befestigt sind oder einteilig ausgebildet sind mit der Oberfläche oder dem Element 01, wobei die ersten Leitwände 220-1 und die zweiten Leitwände 220-2 abwechselnd angeordnet sind und jeder Strömungskanal 210 begrenzt ist durch eine der ersten Leitwände 220-1 und eine benachbarte der zweiten Leitwände 220-2. In einem Beispiel können die Leitwände 220-1 sich von einer Basis 222 zu der Oberfläche des Elements 01 erstrecken.
-
In einer beispielhaften Ausführungsform, wie in 11 gezeigt, sind die Vielzahl von Führungswandabschnitten 230, die in zwei benachbarten Strömungskanälen 210 vorgesehen sind, in einer spiegelsymmetrischen Art mit Bezug auf die Leitwand 220 bzw. deren Erstreckungsrichtung zwischen den beiden benachbarten Strömungskanälen 120 angeordnet, wodurch symmetrische Strömungspfade oder Muster des Fluids in dem Strömungskanal bereitgestellt werden, was vorteilhaft ist bei der Bereitstellung eines Druckgleichgewichts zwischen den Strömungskanälen unter normalen Umständen (ohne Blockade) und beim Erzeugen einer signifikanten Druckdifferenz, wenn es irgendwelche Unterbrechungen in einem der benachbarten Strömungskanäle gibt, z.B. wegen einer Blockade.
-
Beispielhaft sind in 11 zwei Führungswandabschnitte 230, die in zwei benachbarten Strömungskanälen angeordnet sind, in einer spiegelbildlichen Weise in Bezug auf die Leitwand 220 oder die zwischen ihnen angeordnete Erstreckungsrichtung angeordnet und zwei Leitwandabschnitte 230-2, die in zwei benachbarten Strömungskanälen angeordnet sind, sind auch in spiegelsymmetrischer Weise mit Bezug auf die Leitwand 220 oder dazwischen liegende Erstreckungsrichtung angeordnet.
-
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung neigt das Vorhandensein einer Bypass-Strömungspassage dazu, die laminare Fluidströmung innerhalb eines Strömungskanals zu stören und die Menge an turbulenter Strömung zu erhöhen. Turbulente Strömung kann ein Vorteil beim Mischen des Fluids sein, wenn es durch den Kanal fließt, wodurch kaltes Fluid oder Kühlmittel in Kontakt mit der Oberfläche oder dem Element, das zu kühlen oder zu verarbeiten ist, kommt.
-
Der größte Bypass-Strom wird in dem Bereich einer Verstopfung auftreten und trotz der Tatsache, dass die Blockade zwangsläufig zu einem Bereich der Oberfläche oder des Elements, das zu kühlen oder zu verarbeiten ist, führt, die nicht in engem Kontakt mit dem Fluid oder Kühlmittel steht (weil die Blockade verhindern wird, dass das Fluid oder Kühlmittel durch mindestens einen Abschnitt des Strömungskanals fließt), wird die Strömung durch mehrere der Bypass-Passagen die turbulente Strömung in den benachbarten Strömungskanälen erhöhen, um damit ihre Kühlungseffizienz vergrößern. Es ist somit ein natürliches Ergebnis der vorliegenden Erfindung, dass die Kühleffizienz um den Bereich der Blockade zunehmen wird.
-
Obwohl mehrere beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind, wäre es für die Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen in diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Offenbarung abzuweichen, der im Umfang in den Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist.