DE2801660A1 - Vorrichtung zum abfuehren der verlustwaerme von elektronischen bauelementen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme von elektro-
• nischen Bauelementen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme von elektronischen Bauelementen, vorzugsweise aus Schaltschränken.
• In der Leistungselektronik wird das Problem der Verlustwärmeabfuhr dann immer dingenderS wenn sich Bauelemente häufen, wie es zum Beispiel in Schaltschränken der Fall ist. Wenn die Eigenkonvektion der Luft zur Wärmeabführung nicht mehr ausreicht, muß über spezielle Kühlkörper und Ventilatoren zwangsgekühlt werden. Die Belüftung der elektronischen Bauelemente von außerhalb hat aber den Nachteil, daß der Staubanteil sich im Innern der Schaltschränke erhöht, was zu einer kürzeren Lebensdauer derartiger Bauelemente führen kann.
• Ebenso kommt es bei bestimmten Lasern darauf an, eine Überhitzung zu vermeiden. Diese sind häufig so in Geräte eingebaut, daß sich von selbst keine ausreichende Konvektion oder andere Wärmeableitung ausbilden kann.
• Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der elektronische Bauelemente, insbesondere solche, die in Schaltschränken angeordnet sind, intensiv gekühlt werden können, ohne daß die durch die konventionelle Zwangskühlung entstehenden Nachteile auftreten.
• Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art durch ein flexibles konfektioniertes Wärmerohr, welches an seinem einen Ende (Heizzone) eine Montageplatte mit wärmeleitendem Übergang auf das Rohr trägt, auf welcher ein oder mehrere Bauelemente befestigbar sind und welches an seinem anderen Ende eine die wärmeabführende Oberfläche vergrößer-nde Berippung trägt, gelöst. Unter einem Wärmerohr versteht man ein thermisches Bauelement, welches aus einem vakuumdicht verschlossenen Rohr besteht, welches in bestimmter Weise mit einem Arbeitsmittel, beispielsweise Wasser, gefüllt ist und dem an seinem einen Ende Wärme zu- und an seinem anderen Ende Wärme abgeführt wird. Infolge eines fortwährenden Verdampfungs- und Kondensationsprozesses wird laufend Wärme von der Heizzone zur Kühlzone transportiert. Derartige Wärmerohre haben eine um Zehnerpotenzen höhere Wärmeleitfähigkeit als beispielsweise Kupfer.
• Das Wärmerohr ist zweckmäßigerweise als gewelltes, vorzugsweise längsnahtgeschweißtes Metallrohr ausgebildet.
• Derartige Rohre lassen sich in einem kontinuierlichen Arbeitsprozeß in beliebigen Längen wirtschaftlich herstellen. Die Wellung ermöglicht dabei, daß das Metall~ rohr leicht gebogen werden kann. Mit besonderem Vorteil läßt sich die Vorrichtung einsetzen in einer Anordnung zur Kühlung von elektronischen Bauelementen, welche sich dadurch auszeichnet, daß mehrere auf gleichem Potential stehende Kontaktflächen mehrerer elektronischer Bauelemente auf eine Montageplatte befestigt sind. So können beispielsweise 3 oder mehr neutrale Thyristoren auf einer Montageplatte befestigt werden. Bei Scheibenthyristoren werden unmittelbar nur gleichpolige Seiten auf einer Montageplatte befestigt, anderenfalls wird ein elektrisch isolierendes Plättchen zwischen Thyristor und Montageplatte eingefügt. Eine besonders günstige Anordnung läßt sich für sechs solcher Thyristoren bei einem Drehstrom-Schaltsatz finden, indem man gleichpolige Seiten der Scheibenthyristoren an gegenüberliegenden Seiten der Kontaktplatten anbringt. Die auf verschiedenen elektrischen Potential stehenden Wärmerohre können an den berippten Enda innerhalb oder außerhalb des Schaltschrankres zwangsgekühlt werden.
• Der wesentliche Vorteil der durch die Erfindung erzielbar ist, liegt darin, daß man Schaltschränke, die gemäß der Lehre der Erfindung ausgebildet sind, gasdicht verschliessen und somit ein Eindringen von Staub verhindern kann.
• Dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer der Schaltschränke bzw. der in ihnen angeordneten Bauteile. Dabei erhöht die Ausbildung des Wärmerohres als flexibles Bauteil die Hontagefreunlichkeit erheblich.
• Unter elektronischen Bauelementen sind nicht nur Thyristoren, wie beschrieben, zu verstehen, sondern auch Widerstände, diverse Halbleiter in elektronischen Rechnern und Festkörperlaser großer Leistung.
• Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
• E.s zeigen Figur 2 ein vorkonfektioniertes Wärmerohr gemäß der Idire der Erfindung Figur 1 und Figur 3 mit elektronischen Bauteilen bestückte Schaltschränke Das Wärmerohr besteht aus einem längsnahtgeschweißten, gewellten Metallrohr 1, an dessen einem Ende eine Montageplatte 2 und an dessen anderem Ende eine Berippung 3 wärmeleitend befestigt sind. Die zu kühlenden elektronischen Bauteile sind auf der Montageplatte 2 befestigbar. Das Wärmerohr ist ein abgeschlossenes System, welches evakuiert und in genau bemessener Weise mit einem Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser, Ammoniak, Frigen gefüllt ist. Die von den Bauelementen abgegebene Verlustwärme dringt durch de Wandung der Montageplatte 2 und verdampft das Arbeitsmittel. Infolge des Dampfdruckunterschiedes strömt der Dampf in Richtung der Pfeile zum anderen Ende des Rohres, wo der Dampf kondensiert und dabei seine Verdampfungs wärme abgibt. Diese Wärme muß ständig abgeführt werden.
• Hierzu dient die Berippung 3. Die Wärme kann entweder durch Eigen- oder Zwangskonvektion abgeführt werden. Das kondensierte Arbeitsmittel wird in geeigneter Weise entweder durch Schwerkraft oder kapillare Kräfte in den Bereich der Montageplatte 2 zurücktransportiert.
• In der Figur 1 ist ein Schaltschrank 4 schematisch dargestellt, in dem eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen angeordnet ist. In der linken Hälfte der Figur 1 sind sechs Schweibenthyristoren 5 durch Montage~ platten 2 beidseitig gekühlt. An jeder Montageplatte 2 ist ein Wellrohr 1 thermisch leitend befestigt, welches eine Berippung 3 an seinem anderen Ende (Kaltende) trägt.
• In der rechten Hälfte der Figur 1 sind sogenannte neutrale Thyristoren 6 auf einer Montageplatte 2 befestigt, die wiederum mit einem gewellten Rdr 1, welches an seinem anderen Ende eine Berippung 3 trägt, verbunden ist. Die Montageplatte 2 weist eine Bohrung 7 auf, die Teil des Wärmerohrsystems ist. Durch diese Maßnahme wird die Kühlung der Thyristoren 6 verbessert. Der Schaltschrankt 4 weist in seinem oberen Bereich eine Öffnung 8 auf, durch welche die von der Berippung 3 der Wärmerohre abgegebene Wärme über den zirkulierenden Luftstrom abfließen kann.
• Dwch einen Ventilator 9 wird die Wärmeabfuhr noch verbessert. Die Frischluftzufuhr bei dieser Schaltschrankbauart erfolgt durch die Einführungsöffnungen für die Kabel und Leitungen oder durch gesonderte Schlitze.
• Die Figur 3 zeigt die Möglichkeit einer Kühlung von neutralen Thyristoren 6, die auf einer Montageplatte 2 befestigt sind. An der Montageplatte 2 sind die Enden der Wellrohre 1 wärmeleitend angebracht und die entgegengesetzten Enden des Rohres 1 durch staubdichte Durchführungen durch die Wand des Schaltschrankes 4 herausgeführt. Auch hier wird die Wärme über die Berippung 3 an die Umluft abgegeben, was durch einen Ventilator 8 noch forciert werden kann. Diese Bauart ermöglicht die Kühlung von in Schaltschränken angeordneten Bauelementen ohne eine intensive Luftumwälzung im Innern des Schaltschankres, was aufgrund des verringerten Staubanfalls zu einer längeren Lebensdauer der elektronischen Bauelemente führt. Aufgrund der Flexibilität der Wellrohre lassen sich diese den räumlichen Gegebenheiten in einem Schaltschrank optimal anpassen. Neben den bereits erwähnten Vorteilen trägt die in der Figur 3 dargestellte Bauweise sowohl zur erhöhten Lebensdauer vieler Bauteile als auch zur Sicherheit im Brandfalle bei. Durch geeignete Wärmetauscher kann die an die Umluft abgegebene Verlustwärme aufgenommen und an geeigneter Stelle bei Bedarf verwendet werden. Bei einer Anordnung, bei der die die Berippung 3 tragende Kühl zone des Wärmerohres auf einem höheren Niveau als die mit der Montageplatte 2 verbundene Heizzone des Wärmerohres liegt, kann die Verlustwärme im Bedarfsfall auch an die Außenatmosphäre abgegeben werden. Die Wellrohre 1 müssen dann so lang ausgebildet sein, daß die Berippung 3 außerhalb der Gebäudewandung angeordnet werden kann.
• Es mag vorkommen, daß die über dem Schaltschrank herrschende Temperatur an der Berippung 3 nicht zur Kühlung der Bauelemente ausreicht. Dann kann durch Verlängerung der Rohre 1 ein anderer Wärmeabgabeort, zum Beispiel außerhalb des Gebäudes, gewählt werden.

Claims (4)

1. #abel- und Metaliwerke Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme von elektronischen Bauelementen, vorzugsweise aus Schaltschränken, gekennzeichnet durch ein flexibles konfektioniertes Wärmerohr, welches an seinem einen Ende (Heizzone) eine Montageplatte mit wärmeleitendem Übergang auf das Rohr trägt, auf welcher ein oder mehrere Bauelemente befestigbar sind und welches an seinem anderen Ende (Kühlzone) eine die wärmeabführende Oberfläche vergrößernde Berippung trägt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr als gewelltes, vorzugsweise längsnahtgeschweißtes Metallrohr ausgebildet ist.
3. 3. Anordnung zur Kühlung von elektronischen Bauelementen mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere auf gleichem Potential stehende Kontaktflächen mehrerer elektronischer Bauelemente auf einer einzigen Mbntageplatte befestigt sind.
4. 4. Anordnung zur Kühlung von in einem Schaltschrank angeordneten elektronischen Bauelementen mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Berippung versehene Ende des Wärmerohres innerhalb oder außerhalb des Schaltschrankes einer Zwangskonvektion unterworfen ist.