DE4301865A1 - Kühldose - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Kühldose nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die
Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der
DE-C2-29 34 549 bekannt ist. Dort ist ein einstückig
ausgebildeter Kühlkörper für Hochleistungs-
Halbleiterbauelemente angegeben, der in mindestens einer
Ebene mehrere gebohrte, parallele Kühlkanäle aufweist, die
von dazu senkrechten Kühlkanälen durchdrungen werden. Die
Achsen dieser 2 orthogonalen Sätze von Kühlkanälen sind
bezüglich einer Achse des Kühlmitteleintrittskanals
gegensinnig symmetrisch geneigt. Ein separater, durch
Schrumpf- oder Preßsitz oder durch Schweißung oder Klebung
aufgebrachter Mantelkörper umgibt den Wärmeleitkörper. Als
Kühlflüssigkeit strömt Öl oder hochreines, elektrisch
schwach leitendes Wasser von einem gemeinsamen
Eintrittsverteiler durch die Kühlkanäle zu einem
gemeinsamen Auslaßsammler in einem Zwangsumlauf.
Aus der DE-A-26 40 000 ist es bekannt, bei einer einstückig
gestalteten Kühldose mit innengekühlten
Wärmeübergangselementen eine Wasser- oder Ölumlaufkühlung
zur Wärmeableitung zu verwenden. Im Strömungsweg der
Kühlflüssigkeit sind senkrecht zu den Dosenböden
orientierte und mit diesen stoffschlüssig verbundene Zapfen
angeordnet. Diese Zapfen weisen einen quadratischen
Querschnitt auf und stehen mit einer Diagonale quer zur
Strömungsrichtung. Durch diese Anordnung der
Zapfendiagonalen quer zur Strömungsrichtung treten
Verwirbelungen auf, die einen guten Übergang der
abzuführenden Wärme vom Dosenboden in die Flüssigkeit
bewirken. Auf die Zapfen sind Bleche aufgesteckt oder
aufgelötet. Die Fertigung der Kühldose ist relativ
aufwendig.
Aus der EP-B1-0 144 579 ist es bekannt, bei einem
scheibenförmigen Kühlkörper in der Halbleiterauflagefläche
radial oder serpentinförmig oder evolventenförmig oder
spiralförmig geführte Kühlschlitze mit rechteckförmigem
oder dreieckförmigem oder halbrundem oder trapezförmigem
Querschnitt vorzusehen. Von einem zentralen Sammelkanal
strömt Kühlflüssigkeit durch die Kühlschlitze zum
Kühlkörperrand und von dort frei in einen den Kühlkörper
umgebenden Flüssigkeitsbehälter. In die Kühlschlitze können
kegelförmige oder zylindrische oder nadelförmige oder
prismatische oder tetraedrische Verwirbelungskörper
hineinragen. Derartige Kühlkörper sind vorzugsweise in
Ölkessel eingetaucht. Ein Austausch von
Halbleiterbauelementen ist sehr zeitaufwendig.
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist,
löst die Aufgabe, eine Kühldose der eingangs genannten Art
derart weiterzuentwickeln, daß die Kühlwirkung verbessert
wird.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit
unverändertem Kühlmittelaufwand eine größere Kühlleistung
erbracht werden kann. Der Zusatzaufwand für die einfach
herstellbaren Verwirbelungskörper ist relativ gering. Die
Metallkühlköper sind einfach herstellbar durch Fräsen,
Bohren, Einsetzen der Verwirbelungsköper und anschließendes
Aufschweißen einer Deckplatte.
Mit zunehmender Geschwindigkeit und Turbulenz des
Kühlmediums verbessert sich der Wärmeübergangswiderstand
vom Kühlkanal zum Kühlmedium. Durch den Einsatz der
Verwirbelungskörper wird der thermische Widerstand des
Kühlkörpers im Vergleich zu Kühldosen nach dem Stand der
Technik etwa halbiert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spiels erläutert. Es zeigen:
Fig. 1-3 Querschnitte durch einen Kühlkörper mit
mehreren gebohrten Kühlkanälen in zueinander
senkrechten Schnittebenen und
Fig. 4 einen Verwirbelungskörper zum Einsatz in einen
der Kühlkanäle des Kühlkörpers gemäß den Fig. 1-3.
Die Fig. 1-3 zeigen in 3 zueinander senkrechten
Querschnitten eine flüssigkeitsdichte, flache, einstückig
hergestellte Kühldose mit 2 zueinander planparallelen 1.
und 2. Bauelement-Auflageflächen (10, 11).
Ein Wärmeleitkörper bzw. Kühlkörper (1), vorzugsweise aus
Aluminium oder einer elektrisch gut leitenden
Aluminiumlegierung, weist einen Flüssigkeitseinlaß (2) auf,
der in einen Eintrittsverteiler bzw. Einlaßsammelkanal (3)
mündet. Von diesem Einlaßsammelkanal (3) führen dicht
unterhalb der 1. Bauelement-Auflagefläche (10) mehrere
gebohrte, parallel zueinander angeordnete Einlaßkühlkanäle
(4) in einen allen Einlaßkühlkanälen (4) gemeinsamen
Verteilerkanal (5), der durch eine aufgeschweißte
Abdeckplatte (8) aus dem gleichen Material wie der
Kühlkörper (1) verschlossen ist. Von dem Verteilerkanal (5)
führen dicht unterhalb der 2. Bauelement-Auflagefläche (11)
mehrere gebohrte, parallel zueinander angeordnete
Auslaßkühlkanäle (6) in einen allen Auslaßkühlkanälen (6)
gemeinsamen Auslaßsammler bzw. Auslaßsammelkanal (9), der
mit einem Flüssigkeitsauslaß (7) in Verbindung steht.
In alle Kühlkanäle (4, 6) sind Verwirbelungskörper (12) in
Gestalt von Spindeln oder Schrauben oder Schnecken aus
Kunststoff eingesetzt, vgl. Fig. 4, vorzugsweise ein
Verwirbelungskörper (12) je Kühlkanal (4, 6). Die
Kühlkanäle (4, 6) haben einen Durchmesser von 4 mm. Die
Verwirbelungskörper (12) mit einer Welle bzw. einem
Schraubenzylinder (13) und einem damit verbundenen, im
Profil rechteckigen Schnecken- bzw. Schraubengewinde (14)
haben einen Zylinderdurchmesser (d) von 2,2 mm, einen
Außendurchmesser (D) von 3,9 mm, der an einem Ende auf
einer Länge von 15 mm konisch ist und bis maximal 4,05 mm
zunimmt, eine Profilbreite (a) von 1,5 mm und eine Ganghöhe
bzw. Gewindesteigung (P) von 10 mm. Vorzugsweise sollte die
Profilbreite (a) des Schraubengewindes (14) kleiner als
20% von deren Gewindesteigung (P) sein. Endseitig ist an
dem Verwirbelungskörper (12) ein Schraubenschlitz (15) mit
einer Schlitztiefe (b) von 3 mm vorgesehen. Der
zylindrische Verwirbelungskörper (12) kann mit nicht
dargestellten Noppen versehen sein.
Als Kühlflüssigkeit wird entionisiertes Reinwasser mit
einer Leitfähigkeit von < 2 µS/cm verwendet, das im Betrieb
über einen Anionen-Kationen-Austauscher geleitet wird.
Vorzugsweise ist dem Reinwasser Glykol als
Frostschutzmittel beigefügt.
Wichtig ist, daß die Verwirbelungskörper (12) in den
Kühlkanälen (4, 6) in ihrer Lage fixiert sind und ihre
Position durch die Strömung der Kühlflüssigkeit nicht
verändern. Dies wird dadurch erreicht, daß der
Außendurchmesser (D) der aus elastischem Kunststoff
bestehenden Verwirbelungskörper (12) zumindest über ein
Teilstück seiner Länge mindestens so groß bzw. größer ist
als der Durchmesser der Kühlkanäle (4, 6).
Der Kühlkörper (1) muß als einstückiger Plattenkörper
ausgeführt sein, um Spaltkorrosion zu vermeiden. Spalten
zwischen Metallteilen sind unzulässig. Die Kühlkanäle (4,
6) sind aus wirtschaftlichen und herstellungstechnischen
Gründen zylindrisch auszuführen. Nadelförmige oder
kegelförmige Verwirbelungskörper scheiden aus, da sie die
Homogenität des Kühlkanals stören und sich aktiv an der
Wärmeleitung beteiligen. Als Material für den Kühlkörper
(1) ist auch nichtrostender Stahl geeignet, nicht jedoch
Kupfer bei Verwendung von Wasser als Kühlfluid.
Es versteht sich, daß die Formgebung und die Abmessungen
der Verwirbelungskörper (12) und der Kühlkanäle (4, 6) von
den genannten abweichen können. So kann der
Verwirbelungekörper (12) z. B. als Vollschnecke geformt
sein. Die durch Pfeile gekennzeichnete Zu- und
Abströmrichtung der Kühlflüssigkeit kann vertauscht sein,
so daß Flüssigkeitseinlaß (2) und Flüssigkeitsauslaß (7)
vertauscht sind. Innerhalb des Kühlkörpers (1) können
zusätzliche Reihen von Einlaßkühlkanälen und
Auslaßkühlkanälen vorgesehen sein. Am seitlichen Außenrand
des Kühlkörpers (1) können zusätzlich nicht dargestellte
Kühlrippen angebracht sein, um die Kühlwirkung zu
verbessern. Die Abdeckplatte (8) kann auch durch Löten oder
Kleben fluiddicht befestigt sein. Statt Wasser kann z. B.
Öl als Kühlfluid verwendet werden.
Bezeichnungsliste
1 Kühlkörper
2 Flüssigkeitseinlaß
3 Einlaß-Sammelkanal
4 Einlaß-Kühlkanäle
5 Verteilerkanal
6 Auslaß-Kühlkanäle
7 Flüssigkeitsauslaß
8 Abdeckplatte für 5
9 Auslaß-Sammelkanal
10 1. Bauelement-Auflagefläche
11 2. Bauelement-Auflagefläche
12 Verwirbelungskörper, Schraube, Schnecke
13 Schraubenzylinder
14 Schraubengewinde
15 Schraubenschlitz
a Profilbreite
b Schlitztiefe
d Zylinderdurchmesser
D Außendurchmesser von 12
P Gewindesteigung, Ganghöhe
2 Flüssigkeitseinlaß
3 Einlaß-Sammelkanal
4 Einlaß-Kühlkanäle
5 Verteilerkanal
6 Auslaß-Kühlkanäle
7 Flüssigkeitsauslaß
8 Abdeckplatte für 5
9 Auslaß-Sammelkanal
10 1. Bauelement-Auflagefläche
11 2. Bauelement-Auflagefläche
12 Verwirbelungskörper, Schraube, Schnecke
13 Schraubenzylinder
14 Schraubengewinde
15 Schraubenschlitz
a Profilbreite
b Schlitztiefe
d Zylinderdurchmesser
D Außendurchmesser von 12
P Gewindesteigung, Ganghöhe
Claims (10)
1. Kühldose zur Kühlung elektrischer Bauelemente
- a) mit einem metallischen, gut wärmeleitenden Kühlkörper (1),
- b) der mehrere Kühlkanäle (4, 6) mit zylindrischen Wandungsflächen aufweist,
- c) die mit Abstand zu mindestens einer 1. Bauelement- Auflagefläche (10) angeordnet sind,
- d) wobei im Strömungsweg eines die Kühlkanäle (4, 6) durchströmenden Kühlfluids mindestens ein Verwirbelungskörper (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
- e) daß der mindestens eine Verwirbelungskörper (12) spindelförmig oder in der Art einer Förderschnecke oder schraubenartig geformt ist.
2. Kühldose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine Verwirbelungskörper (12) zentrisch
innerhalb eines Kühlkanals (4, 6) angeordnet ist.
3. Kühldose nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der mindestens eine
Verwirbelungskörper (12) als Vollschnecke geformt ist.
4. Kühldose nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine
Verwirbelungskörper (12) an einem Teil seiner Länge
einen konisch zunehmenden Außendurchmesser (D)
aufweist, der mindestens so groß wird wie der
Durchmesser des Kühlkanals (4, 6).
5. Kühldose nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine
Verwirbelungskörper (12) ein Schraubengewinde (14)
aufweist, dessen Profilbreite (a) < 20% der
Gewindesteigung (P) des Schraubengewindes (14) beträgt.
6. Kühldose nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine
Verwirbelungskörper (12) aus einem
reinwasserverträglichen, elektrisch isolierenden
Werkstoff besteht.
7. Kühldose nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine Verwirbelungskörper (12) aus
Kunststoff besteht.
8. Kühldose nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlfluid
entionisiertes Reinwasser mit einer elektrischen
Leitfähigkeit von < 2 µS/cm enthält.
9. Kühldose nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Reinwasser Glykol zugefügt ist.
10. Kühldose nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
- a) daß der Kühlkörper (1) mindestens 2 Reihen paralleler Kühlkanäle (4, 6) aufweist, die dicht benachbart zu 1. und 2. Bauelement-Auflageflächen (10, 11) angeordnet sind, und
- b) daß in jedem Kühlkanal (4, 6) mindestens ein Verwirbelungskörper (12) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934301865 DE4301865A1 (de) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | Kühldose |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934301865 DE4301865A1 (de) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | Kühldose |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4301865A1 true DE4301865A1 (de) | 1994-07-28 |
Family
ID=6478838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19934301865 Withdrawn DE4301865A1 (de) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | Kühldose |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4301865A1 (de) |
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