DE102004057526B4

DE102004057526B4 - Stapelkühler

Info

Publication number: DE102004057526B4
Application number: DE102004057526.6A
Authority: DE
Inventors: Mitsuharu Inagaki; Motohiro Shirai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: US7571759B2; DE102004057526A1; US20050121173A1

Abstract

Stapelkühler zum Kühlen mehrerer elektronischer Komponenten von zwei Seiten jeder Komponente, mit mehreren Kühlrohren (2) mit einer flachen Form und mit Kühlmittelströmungskanälen (21, 211, 212) zum Strömen eines Kühlmittels, und einem Verbindungsrohr (3) zum Verbinden der mehreren Kühlrohre, wobei die mehreren Kühlrohre (2) in einer solchen Weise angeordnet und gestapelt sind, dass die elektronischen Komponenten zwischen die Kühlrohre gesetzt werden können und dass sie zwei äußere Kühlrohre (2b), die an beiden Enden in einer Stapelrichtung angeordnet sind, und mehrere innere Kühlrohre (2a), die zwischen den zwei äußeren Kühlrohren angeordnet sind, enthalten;jedes der inneren Kühlrohre (2a) wenigstens einen ersten Kühlmittelströmungskanal (211), der einer ersten Rohrwand (231) zugewandt ist, die eine mit einer der elektronischen Komponenten in Kontakt kommende erste Hauptfläche (221) aufweist, und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal (212), der einer zweiten Rohrwand (232) zugewandt ist, die eine mit der elektronischen Komponente auf der der ersten Hauptfläche (221) abgewandten Seite in Kontakt kommende zweite Hauptfläche (222) aufweist, enthält und die Kühlmittelströmungskanäle (21, 211, 212) in zwei oder mehr Abschnitte in einer Dickenrichtung der inneren Kühlrohre (2a) ausgebildet sind,jedes innere Kühlrohr (2a) eine Innenrippe (203) zum Trennen der Kühlmittelströmungskanäle (21, 211, 212) in mehrere Zonen in einer die Dickenrichtung des inneren Kühlrohrs (2a) in rechtem Winkel schneidenden Richtung aufweist,jedes innere Kühlrohr (2a) ein Paar Außenschalenplatten (201), die die erste Rohrwand (231) und die zweite Rohrwand (232) bilden, eine Zwischenplatte (202) zwischen dem Paar Außenschalenplatten (201) und die Innenrippe (203), welche eine Wellenform aufweist und zwischen der Zwischenplatte (202) und der Außenschalenplatte (201) angeordnet ist, enthält, und der erste Kühlmittelströmungskanal (211) und der zweite Kühlmittelströmungskanal (212) zwischen der Zwischenplatte und den jeweiligen Außenschalenplatten gebildet sind, und wobeidie Innenrippe (203) wenigstens eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Innenrippe (203) aufweist und ein Spalt von wenigstens 1 mm zwischen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Innenrippe (203) in der Strömungsrichtung ausgebildet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Kühler zum Kühlen elektronischer Komponenten, die Wärme an zwei Oberflächen erzeugen. Die Erfindung ist insbesondere als Kühler zum Kühlen einer elektronischen Komponente des Doppelseitenkühlungstyps für einen Gleichrichter in einem Hybrid-Elektrowagen geeignet.
Beschreibung anderer Bauformen
Wie in 20 und 21 dargestellt, sind bei einem in der Vergangenheit verfügbaren Stapelkühler 9 Kühlrohre 92 in einer solchen Weise angeordnet, dass sie ein Halbleitermodul (elektronische Komponente) 91 in Sandwich-Bauweise zwischen den zwei Kühlrohren 92 aufnehmen, um Wärme des Halbleitermoduls 91 mit eingebauten Halbleitervorrichtungen zu entfernen (siehe JP 2002 - 26 215 A ).
Dieser Stapelkühler 9 hat einen Aufbau, bei dem die Halbleitermodule 91 und die Kühlrohre 92 abwechselnd gestapelt sind. Die auf diese Weise gestapelten Kühlrohre 92 sind miteinander durch ein Verbindungsrohr 93 verbunden, sodass ein Kühlmittel durch jedes Kühlrohr 92 strömen kann.
Wenn ein großer Unterschied von Wärmemengen zwischen dem an einer der Oberflächen des Kühlrohrs 92 angeordneten Halbleitermodul 91 und dem an der anderen Oberfläche angeordneten Halbleitermodul 91 auftritt, wird die Wärme jedoch wahrscheinlich von einem Halbleitermodul 91 durch das Kühlrohr 92 auf das andere übertragen. Deshalb wird die Temperatur des Halbleitermoduls 91 mit einer kleineren Wärmemenge wahrscheinlich erhöht.
Folglich wird die Kühlleistung des Stapelkühlers wahrscheinlich unzureichend.
US 2001 / 0 033 477 A1 beschreibt einen Stapelkühler zum Kühlen von elektronischen Komponenten mit einem Kühlrohr, welches die elektronische Komponente umschließt.
US 3 864 607 A zeigt einen Wärmetauscher mit einem Stapel von wärmeleitenden Platten.
US 5 078 207 A bezieht sich auf einen Zwischenkühler zum Kühlen von Einlassluft bei einem aufgeladenen Verbrennungsmotor.
US 2002 / 0 078 566 A1 beschreibt ein Herstellungsverfahren für einen Verdampfer. DE 103 58 641 A1 beschreibt einen Stapelkühler.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik hat diese Erfindung zum Ziel, einen Stapelkühler mit einer ausgezeichneten Kühlleistung vorzusehen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, elektronische Komponenten effizient zu kühlen, deren Wärmestrahlmengen zwischen zwei Oberflächen verschieden sind.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Stapelkühler zum Kühlen mehrerer elektronischer Komponenten an zwei Oberflächen davon vorgesehen, der mehrere Kühlrohre mit einer flachen Form und Kühlmittelströmungskanälen, um ein Kühlmittel strömen zu lassen, sowie ein Verbindungsrohr zum Verbinden der mehreren Kühlrohre enthält, wobei die mehreren Kühlrohre in einer solchen Weise angeordnet und gestapelt sind, dass sie die abwechselnd mit den Kühlrohren angeordneten elektronischen Komponenten abwechselnd zwischen sich aufnehmen und zwei äußere Kühlrohre, die an beiden Enden in einer Stapelrichtung angeordnet sind, und mehrere innere Kühlrohre, die zwischen den zwei äußeren Kühlrohren angeordnet sind, enthalten; und das innere Kühlrohr wenigstens einen ersten Kühlmittelströmungskanal, der einer ersten Rohrwand mit einer ersten Hauptfläche zugewandt ist, die mit der elektronischen Komponente in Kontakt kommt, sowie einen zweiten Kühlmittelströmungskanal, der einer zweiten Rohrwand mit einer zweiten Hauptfläche zugewandt ist, die mit der elektronischen Komponente auf der der ersten Hauptfläche abgewandten Seite in Kontakt kommt, enthält und die Kühlmittelströmungskanäle in zwei oder mehr Stufen in einer Dickenrichtung des inneren Kühlrohrs ausgebildet sind.
Als nächstes werden die Funktionsweise und die Wirkung der Erfindung erläutert.
Der Kühlmittelströmungskanal ist in dem inneren Kühlrohr in zwei oder mehr Stufen in einer Dickenrichtung des inneren Kühlrohrs ausgebildet, und das innere Kühlrohr besitzt einen ersten Kühlmittelströmungskanal und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal. Deshalb kann die elektronische Komponente, die in Kontakt mit der ersten Hauptfläche des inneren Kühlrohrs angeordnet ist, durch das durch den ersten Kühlmittelströmungskanal strömende Kühlmittel gekühlt werden, und die elektronische Komponente, die in Kontakt mit der zweiten Hauptfläche des inneren Kühlrohrs angeordnet ist, kann durch das durch den zweiten Kühlmittelströmungskanal strömende Kühlmittel gekühlt werden.
Selbst wenn die Wärmemenge der elektronischen Komponente, die in Kontakt mit der ersten Hauptfläche (oder der zweiten Hauptfläche) angeordnet ist, groß ist, strömt das diese Wärme aufnehmende Kühlmittel nicht zu der zweiten Hauptfläche (oder der ersten Hauptfläche). Folglich kann ein Temperaturanstieg der elektronischen Komponente, die in Kontakt mit der zweiten Hauptfläche (oder der ersten Hauptfläche) angeordnet ist, verhindert werden.
Wenn die Querschnittsfläche des Kühlmittelströmungskanals konstant ist, kann die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Kühlrohr und dem Kühlmittel durch Ausbilden des Kühlmittelströmungskanals in zwei oder mehr Stufen größer gemacht werden, als wenn der Kühlmittelströmungskanal eine Stufe hat, und die Kühlleistung des Stapelkühlers kann verbessert werden.
Analog kann, wenn der Kühlmittelströmungskanal in zwei oder mehr Stufen angeordnet ist, ein entsprechender Durchmesser (Durchmesser eines Kreises mit der gleichen Fläche) des Schnitts jedes Kühlmittelströmungskanals klein gemacht werden. Deshalb können die Wärmeübertragungsrate zwischen dem Kühlrohr und dem Kühlmittel erhöht und die Kühlleistung des Stapelkühlers verbessert werden (siehe Ausführungsbeispiel 1).
Wie oben beschrieben, kann die Erfindung einen Stapelkühler mit einer ausgezeichneten Kühlleistung vorsehen.
In der Erfindung ist die elektronische Komponente ein Halbleitermodul mit eingebauten Halbleiterchips, wie beispielsweise IGBTs und Dioden. Das Halbleitermodul kann für einen Fahrzeugwechselrichter, für einen Motorantriebswechselrichter für eine industrielle Maschine und für einen Wechselrichter für eine Klimaanlage zum Klimatisieren eines Gebäudes verwendet werden.
Neben dem oben beschriebenen Halbleitermodul kann auch ein Leistungstransistor, ein Leistungs-FET, ein IGBT und dergleichen als elektronische Komponente benutzt werden.
Das oben beschriebene Kühlmittel kann Wasser, das mit einer Frostschutzlösung des Ethylenglykoltyps gemischt ist, ein natürliches Kühlmittel wie beispielsweise Wasser oder Ammoniak, ein Kühlmittel des Fluorcarbontyps wie beispielsweise Fluorinat, ein Kühlmittel des Frontyps wie beispielsweise HCFC123 oder HFC134a, ein Kühlmittel des Alkoholtyps wie beispielsweise Methanol oder Alkohol und ein Kühlmittel des Ketontyps wie beispielsweise Aceton sein.
Die zwei oder mehr Abschnitte (Stufen) der Kühlmittelströmungskanäle, die in dem inneren Kühlrohr angeordnet sind, sind bevorzugt voneinander durch eine Zwischenwand getrennt, die zwischen der ersten Rohrwand und der zweiten Rohrwand angeordnet ist.
In diesem Fall können die zwei oder mehr Abschnitte (Stufen) der Kühlmittelströmungskanäle einfach gebildet werden.
Das innere Kühlrohr hat bevorzugt Innenrippen zum Trennen des Kühlmittelströmungskanals in mehrere Segmente in einer Richtung, welche die Dickenrichtung des inneren Kühlrohrs in rechten Winkeln schneidet. In diesem Fall kann die Existenz der Innenrippen die Kontaktfläche zwischen dem inneren Kühlrohr und dem Kühlmittel weiter verbessern.
Beispiele des Kühlrohrs mit einer solchen Konstruktion enthalten ein stranggepresstes Rohr mit einer flachen Form und ein Rohr mit einer so genannten „Brummschalenkonstruktion“ (drone cup structure), die später beschrieben wird.
Das innere Kühlrohr enthält ein Paar Außenschalenplatten, die die erste und die zweite Rohrwand bilden, eine Zwischenplatte zwischen dem Paar der Außenschalenplatten und die Innenrippen mit einer Wellenform zwischen der Zwischenplatte und den Außenschalenplatten. Die ersten und zweiten Kühlmittelströmungskanäle sind jeweils zwischen der Zwischenplatte und den Außenschalenplatten gebildet.
Hierdurch werden die Außenschalenplatten, die Zwischenplatte und die Innenrippe separat und jeweils pressgeformt und werden dann miteinander verbunden. Folglich kann ein inneres Kühlrohr mit der so genannten „Brummschalenkonstruktion“ einfach geformt werden.
Die Innenrippen können einfach an gewünschten Stellen ausgebildet sein. Deshalb wird eine Verarbeitung der Verbindungsabschnitte einfacher, indem die Innenrippen nicht an dem Verbindungsabschnitt mit dem Verbindungsrohr in dem inneren Kühlrohr angeordnet sind.
Die Innenrippen werden bevorzugt wenigstens über die gesamte Fläche ausgebildet, in welcher die elektronische Komponente mit dem Kühlrohr in Kontakt ist.
In diesem Fall kann die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Kühlrohr und dem Kühlmittel in dem Bereich gesichert werden, in dem die elektronische Komponente mit dem Kühlrohr in Kontakt ist. Folglich kann die elektronische Komponente zuverlässig gekühlt werden.
Die Innenrippe ist in zwei oder mehr Segmente in der Strömungsrichtung des Kühlmittels angeordnet, und ein Spalt von wenigstens 1 mm ist bevorzugt zwischen den Innenrippen in der Kühlmittelströmungsrichtung gesichert.
In diesem Fall erscheint in dem Spalt keine Grenzschicht der Strömung des Kühlmittels, die in dem Bereich gebildet wird, in dem die Innenrippen angeordnet sind, wenn das Kühlmittel durch das Kühlrohr strömen darf. Deshalb kann die Bildung einer großen Grenzschicht verhindert werden, und die Kühlleistung des Stapelkühlers kann verbessert werden.
Wenn der Spalt kleiner als 1 mm ist, kann die Grenzschicht nicht ausreichend unterschieden werden. Es ist deshalb manchmal schwierig, die Kühlleistung des Stapelkühlers ausreichend zu verbessern.
Vorzugsweise reicht der Spalt nicht In den Kontaktbereich der elektronischen Komponente mit dem Kühlrohr. Es ist daher möglich, einen kompakten Stapelkühler einfach vorzusehen, während die Wärmeübertragungsfläche gesichert ist.
Die Außenschalenplatte hat bevorzugt ein aus einem Metallmaterial gebildetes Kernmaterial und an ihrer Außenfläche eine das das Kernmaterial bildende Metallmaterial freilegende blanke Oberfläche.
In diesem Fall können das innere Kühlrohr und die elektronische Komponente in gegenseitigen Kontakt mit der blanken Oberfläche gebracht werden. Deshalb wird die Plattenoberfläche (Oberfläche des Kühlrohrs) nicht aufgrund des Lötens rau. Der Kontaktwärmewiderstand zwischen der elektronischen Komponente und der Platte kann so verringert werden und die Kühlleistung kann verbessert werden.
Aluminium (einschließlich Aluminiumlegierungen), Kupfer (einschließlich Kupferlegierungen) und dergleichen können als das Kernmaterial bildende Metallmaterial verwendet werden, aber Aluminium ist unter dem Gesichtspunkt der Leistungsfähigkeit, des Korrosionswiderstandes, der Gewichtsreduzierung und weiterer Aspekte am bevorzugtesten.
Die Außenschalenplatte ist bevorzugt durch ein Lötblech mit einem Opferanodenmaterial an der Innenseite des Kernmaterials gebildet.
In diesem Fall ist es möglich, die Bildung von Löchern in dem inneren Rohr aufgrund von Korrosion und den Austritt des Kühlmittels zu verhindern. Mit anderen Worten wird, weil das Opferanodenmaterial auf der Innenseite des Kernmaterials angeordnet ist, das Opferanodenmaterial selektiv korrodiert und eine Korrosion des Kernmaterials der Außenschalenplatte kann verhindert werden. Folglich schreitet eine Korrosion nicht in der Dickenrichtung der Außenschalenplatte fort und die Bildung von Löchern im inneren Kühlrohr kann verhindert werden.
Metallmaterialien mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als jenem des Kernmaterials können für das Lötmaterial benutzt werden. Insbesondere wenn das Kernmaterial aus Aluminium gebildet ist, wird bevorzugt Aluminium mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als jenes des Kernmaterials benutzt.
Die Außenschalenplatte hat bevorzugt eine Dreischichtkonstruktion mit einem Lötmaterial, das auf dem auf der Innenfläche des Kernmaterials angeordneten Opferanodenmaterial abgeschieden ist. In diesem Fall erleichtert das Lötmaterial eine Verbindung mit den inneren Rippen mit der Wellenform und es kann, weil das Opferanodenmaterial auf der Innenfläche des Kernmaterials nach dem Löten existiert, die Bildung der Löcher in der Außenschalenplatte unterdrückt werden.
Die Außenschalenplatte ist bevorzugt aus einem Lötblech mit einem Lötmaterial auf der Innenseite des oben beschriebenen Kernmaterials gebildet. Wenn ausreichende Maßnahmen gegen Korrosion des Kernmaterials getroffen sind, kann eine Außenschalenplatte mit einem Lötmaterial ohne ein Opferanodenmaterial eingesetzt werden und die Kosten der Außenschalenplatte können reduziert werden.
Die innere Rippe ist bevorzugt aus einem Material gebildet, das im Potential unedler als das Kernmaterial der Außenschalenplatte ist. In diesem Fall kann die Innenrippe in einen Zustand gebracht werden, in dem sie einfacher als die Außenschalenplatte korrodiert, und ein Fortschreiten der Korrosion der Außenschalenplatte kann unterdrückt werden.
Übrigens stellt der Begriff „unedleres Metall als das Kernmaterial“ jene Metalle dar, deren Korrosionspotential niedriger als jenes des das Kernmaterial bildenden Metalls ist. Wenn Aluminium (AI) für das Kernmaterial und das Lötmaterial benutzt wird, kann zum Beispiel ein Metallmaterial, dem Zink (Zn) zugegeben ist, für das für die innere Rippe benutzte Kernmaterial verwendet werden.
Die innere Rippe ist bevorzugt aus einem Lötblech mit einem auf beiden Oberflächen des Kernmaterials abgeschiedenen Lötmaterial gebildet. In diesem Fall können die Außenschalenplatte und die innere Rippe oder die Zwischenplatte und die Innenrippe einfach unter Verwendung des auf der Innenrippe angeordneten Lötmaterials verbunden werden.
Die Zwischenplatte enthält bevorzugt ein Kernmaterial und ein Lötblech mit einem auf beiden Oberflächen des Kernmaterials abgeschiedenen Lötmaterial, und die Innenflächen an den Endabschnitten des Paares der Außenschalenplatten sind bevorzugt mit zwei Oberflächen an den Endabschnitten der Zwischenplatte verbunden.
In diesem Fall können die Zwischenplatte und das Paar der Außenschalenplatten einfach durch Löten verbunden werden.
Die Zwischenplatte ist aus einem Material geformt, das im Potential unedler als das Kernmaterial der Außenschalenplatte ist und das Paar der Außenschalenplatten kann miteinander an ihren Innenflächen an den Endabschnitten verbunden werden. In diesem Fall können die Zwischenplatte und die innere Rippe durch Löten unter Verwendung des auf der Innenrippe angeordneten Lötmaterials verbunden werden. Eine Korrosion der Außenschalenplatte kann verhindert werden, indem die Zwischenplatte bezüglich der Außenschalenplatte bevorzugt korrodieren darf. Folglich kann ein Austritt des Kühlmittels aus dem Kühlrohr verhindert werden. Weil das Lötmaterial an den Verbindungsflächen des Paares der Außenschalenplatten angeordnet ist, können diese Außenschalenplatten einfach gelötet werden und die Herstellung des Kühlrohrs kann einfach ausgeführt werden.
Die Innenrippen sind in der Längsrichtung in mehrere Rippen aufgeteilt und sind bevorzugt durch versetzte Rippen gebildet, die durch Anordnen einer großen Anzahl von Segmenten mit einer Wellenform, deren Bäuche in einer Zickzackform abweichen.
In diesem Fall wird die Wärmetauschleistung in der Innenrippe höher und ein Stapelkühler mit einer höheren Kühlleistung kann erzielt werden.
Die Strömungskanalbreite wf der benachbarten Innenrippen ist bevorzugt kleiner als die Höhe hf der Innenrippe (wf < hf). Wenn die Breite des Kühlrohrs konstant ist, wird die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Kühlmittel größer, wenn die Höhe hf der Innenrippe größer als die Strömungskanalbreite wf ist, und die Wärmetauschleistung kann erhöht werden.
Die Strömungskanalbreite wf der innenrippe ist bevorzugt 1,5 mm oder kleiner. Wenn die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe kleiner ist, kann die Anzahl der Kühlmittelströmungskanäle erhöht werden und die Wärmeübertragungsfläche mit dem Kühlmittel kann vergrößert werden. Wenn die Strömungskanalbreite wf der Innenrippen 1,5 mm oder weniger beträgt, kann die Wirkung des Verbesserns der Wärmeübertragungsfläche mit dem Kühlmittel ausreichend gezeigt werden und man kann einen ausgezeichneten Kühleffekt erzielen. Wenn die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe zu klein ist und wenn Fremdstoffe in das Kühlmittel gelangen, werden die Fremdstoffe übrigens wahrscheinlich die Strömungskanäle verstopfen und die Fließfähigkeit behindern. Deshalb beträgt die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe bevorzugt etwa 0,9 mm.
Die Höhe hf der Innenrippe liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 mm. Je größer die Höhe hf der Innenrippe ist, umso größer wird die Verbesserung der Übertragungsfläche mit dem Kühlmittel. Wenn die Höhe hf jedoch 5 mm übersteigt, wird die Gesamtgröße groß. Wenn die Höhe hf kleiner als 1 mm ist, wird dagegen der Strömungswiderstand des Kühlmittels groß.
Die Dicke tf der Innenrippe ist bevorzugt kleiner als die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand. Wenn diese Beziehung eingehalten wird, kann der Abfall einer Haftung zwischen der ersten und der zweiten Rohrwand und der elektronischen Komponente verhindert werden, wenn die elektronische Komponente in Druckkontakt mit der Außenschalenplatte gebracht wird. Weil die Innenrippe dünner als die erste und die zweite Rohrwand ist, wird die Innenrippe wahrscheinlicher einer Verformung unterliegen. Deshalb werden die Oberflächen der ersten und der zweiten Rohrwand kompatibler mit der Oberfläche der elektronischen Komponente, der Kontaktwärmewiderstand kann reduziert werden und die Kühlleistung kann verbessert werden.
Die Dicke tf der Innenrippe liegt bevorzugt im Bereich von 0,03 bis 1,0 mm. Wenn die Dicke tf der Innenrippe 1,0 mm oder weniger beträgt, kann eine Kühlleistung zum ausreichenden Kühlen der elektronischen Komponente einfach erzielt werden. Wenn die Dicke tf geringer als 0,03 mm ist, wird die Steifheit strukturell zu gering und die Herstellung wird schwierig.
Die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 5,0 mm. Je kleiner die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand ist, umso höher wird die Wärmeübertragungseigenschaft und umso höher wird auch der Kühleffekt. Wenn die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand kleiner als 5,0 mm ist, kann die Kühlleistung zum ausreichenden Kühlen der elektronischen Komponente einfacher erzielt werden. Wenn die Dicke tp geringer als 0,1 mm ist, wird dagegen die Steifheit strukturell zu gering und eine Haftung mit der elektronischen Komponente fällt ab.
Vorzugsweise ist das Verbindungsrohr ein Balgrohr, das zur Dehnung und Kontraktion in der Verbindungsrichtung in der Lage ist und so ausgebildet ist, dass es die Spalte zwischen den benachbarten Kühlrohren verändern kann.
In diesem Fall kann die elektronische Komponente einfach und zuverlässig zwischen die Kühlrohr gesetzt werden.
Das äußere Kühlrohr hat eine Stufe des Kühlmittelströmungskanals in der Dickenrichtung des Kühlrohrs, und der in dem äußeren Kühlrohr gebildete Kühlmittelströmungskanal und der in dem inneren Kühlrohr gebildete Kühlmittelströmungskanal haben bevorzugt eine zueinander gleiche Querschnittsfläche.
In diesem Fall können der Strömungskanalwiderstand des Kühlmittelströmungskanals des äußeren Kühlrohrs und der Strömungskanalwiderstand des inneren Kühlrohrs im Wesentlichen gleich zueinander gemacht werden. Deshalb können mehrere elektronische Komponenten effizient gekühlt werden.
Die Dicke der äußeren Rohrwand des äußeren Kühlrohrs auf der Seite, wo die elektronische Komponente nicht in Kontakt angeordnet ist, ist bevorzugt größer als die Dicke der anderen Rohrwände.
In diesem Fall kann die Festigkeit der äußeren Rohrwand des äußeren Kühlrohrs gewährleistet werden und die Bildung von Löchern aufgrund von Korrosion kann zuverlässiger verhindert werden.
Mit anderen Worten wird bei der Konstruktion des Stapelkühlers der Druck des eingeleiteten Kühlmittels stark auf die Außenrohrwand des äußeren Kühlrohrs. Deshalb kann, wenn die Festigkeit durch Erhöhen der Dicke der Außenrohrwand verbessert wird, eine aus dem Druck des Kühlmittels resultierende Verformung verhindert werden. Wenn das Lötmaterial auf der Innenseite der Außenrohrwand angeordnet ist, kann das Opferanodenmaterial nicht einfach angeordnet werden. Deshalb wird die Bildung von Löchern (aufgrund von Korrosion) durch Erhöhen der Dicke der Außenrohrwand ohne Anordnen des Opferanodenmaterials verhindert.
Die Außenrohrwand hat bevorzugt eine Dicke von 1 mm oder mehr.
In diesem Fall wird es möglich, eine ausreichende Festigkeit der Außenrohrwand zu sichern, die Bildung von Löchern zuverlässiger zu verhindern und einen Stapelkühler zu erhalten, der von leichtem Gewicht ist.
Wenn die Dicke der Außenrohrwand geringer als 1 mm ist, kann es schwierig sein, die Festigkeit und die Korrosionsfestigkeit der Außenrohrwand zu sichern. Wenn die Dicke 2 mm übersteigt, kann man dagegen nicht mehr einfach einen Stapelkühler erzielen, der von leichtem Gewicht ist. Deshalb ist die Dicke der Außenrohrwand bevorzugt 2 mm oder weniger.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Kühlmittelströmungskanal durch eine in dem Kühlmittelströmungskanal angeordnete Zwischenwand in einen ersten Kühlmittelströmungskanal und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal, die in der Stapelrichtung ausgerichtet sind, geteilt und eine Kühlleistung auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals und eine Kühlleistung auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals sind unterschiedlich.
Gemäß diesem Kühler kann die elektronische Komponente durch Bringen der Oberfläche mit einer größeren Wärmemenge (Wärmestrahlmenge) in der elektronischen Komponente in Übereinstimmung mit dem Kühlmittelströmungskanal mit einer höheren Kühlleistung sowie der Oberfläche mit einer kleineren Wärmemenge (Wärmestrahimenge) in der elektronischen Komponente in Übereinstimmung mit dem Kühlmitteiströmungskanal mit einer geringeren Kühlleistung effizient gekühlt werden.
Weil die Temperaturanstiege der durch den ersten und den zweiten Kühlmittelströmungskanal strömenden Kühlmittel im Wesentlichen gleich werden, sinkt die Wärmeübertragung und das Auftreten einer Verwerfung des Kühlrohrs aufgrund des Temperaturunterschiedes kann verhindert werden, wodurch die Zuverlässigkeit (Lebensdauer) des Kühlrohrs verbessert wird. Weil die Oberflächentemperatur an beiden Oberflächen der elektronischen Komponente im Wesentlichen gleichmäßig wird, kann das Auftreten einer Verwerfung der elektronischen Komponente resultierend aus dem Temperaturunterschied verhindert werden und die Zuverlässigkeit (die Lebensdauer) der elektronischen Komponente kann verbessert werden.
In der Erfindung können die Kühlleistung auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals und die Kühlleistung auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals verschieden gemacht werden, indem die Strömungsrate des Kühlmittels des ersten Kühlmittelströmungskanals verschieden von der Strömungsrate des Kühlmittels des zweiten Kühlmittelströmungskanals gemacht wird.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Stapelkühler vorgesehen, der ferner ein zylindrisches Verbindungsrohr zum Verbinden der Einlassseite des Kühlmittels der einander benachbarten Kühlrohre enthält und bei welchem ein Einsetzloch, in welches der Zylinderabschnitt des Verbindungsrohrs eingesetzt ist, in dem Kühlrohr ausgebildet ist, eine in dem Kühlmittelströmungskanal angeordnete Zwischenwand den Kühlmittelströmungskanal in einen ersten Kühlmittelströmungskanal und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal teilt, die zueinander in der Stapelrichtung der Kühlrohre ausgerichtet sind, ein Zwischenwandloch zum Verbinden des ersten Kühlmittelströmungskanals mit dem zweiten Kühlmittelströmungskanals in der Zwischenwand an einer dem Einsetzloch zugewandten Stelle ausgebildet ist, und ein Innendurchmesser (D1) des Zylinderabschnitts und ein Innendurchmesser (D2) des Zwischenwandlochs verschieden sind.
Gemäß diesem Aufbau macht, weil der Innendurchmesser des Zylinderabschnitts und der Innendurchmesser des Zwischenwandlochs verschieden sind, die erweiterte Strömung, die stattfindet, wenn das Kühlmittel von dem Zylinderabschnitt in das Kühlrohr strömt, wie in 25 dargestellt, die Strömungsrate des in den ersten Kühlmittelströmungskanal strömenden Kühlmittels von der in den zweiten Kühlmittelströmungskanal strömenden Strömungsrate verschieden, und die Kühlleistung auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals kann von der Kühlleistung auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals verschieden gemacht werden. Deshalb kann der gleiche Effekt wie bei der oben beschriebenen Erfindung erzielt werden.
In der Erfindung ist der Innendurchmesser (D2) des Zwischenwandlochs größer als der Innendurchmesser (D1) des Zylinderabschnitts.
Gemäß diesem Aufbau kann der Druckverlust an dem Zwischenwandlochabschnitt kleiner als in dem Fall gemacht werden, wenn der Innendurchmesser des Zwischenwandlochs kleiner als der Innendurchmesser des Zylinderabschnitts ist.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Stapelkühler vorgesehen, welcher ferner ein zylindrisches Verbindungsrohr zum Verbinden der Einlassseite des Kühlmittels in die einander benachbarten Kühlrohre enthält, und bei welchem ein Einsetzloch, in das der Zylinderabschnitt des Verbindungsrohrs eingesetzt ist, in dem Kühlrohr ausgebildet ist, eine in dem Kühlmittelströmungskanal angeordnete Zwischenwand den Kühlmittelströmungskanal in einen ersten Kühlmittelströmungskanal und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal teilt, die zueinander in der Stapelrichtung der Kühlrohre ausgerichtet sind, ein Zwischenwandloch zum Verbinden des ersten Kühlmittelströmungskanals mit dem zweiten Kühlmittelströmungskanal in der Zwischenwand an einer dem Einsetzloch zugewandten Stelle ausgebildet ist, der Zylinderabschnitt von dem Einsetzloch in den Kühlmittelströmungskanal ragt, und eine Vorsprunglänge (L1) des Zylinderabschnitts auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals von einer Vorsprunglänge (L2) des Zylinderabschnitts auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals verschieden ist.
Weil die Vorsprunglänge des Zylinderabschnitts auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals von der Vorsprunglänge des Zylinderabschnitts auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals verschieden ist, ist die Strömungsrate des in den ersten Kühlmittelströmungskanal strömenden Kühlmittels von der Strömungsrate des in den zweiten Kühlmittelströmungskanal strömenden Kühlmittels verschieden, und die Kühlleistung auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals ist von der Kühlleistung auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals verschieden. Demgemäß kann der gleiche Effekt wie bei der oben beschriebenen Erfindung erzielt werden.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Stapelkühler vorgesehen, bei welchem eine in dem Kühlmittelströmungskanal angeordnete Zwischenwand den Kühlmittelströmungskanal in einen ersten Kühlmittelströmungskanal und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal teilt, die zueinander in der Stapelrichtung der Kühlrohre ausgerichtet sind, Rippen zum Fördern des Wärmeaustausches in dem ersten Kühlmittelströmungskanal und dem zweiten Kühlmittelströmungskanal angeordnet sind, und eine Wärmetauschleistung der Rippen in dem ersten Kühlmittelströmungskanal von der Wärmetauschleistung der Rippen in dem zweiten Kühlmittelströmungskanal verschieden ist.
Weil die Wärmetauschleistung der Rippe in dem ersten Kühlmittelströmungskanal von jener der Rippe in dem zweiten Kühlmittelströmungskanal bei diesem Aufbau verschieden ist, ist die Kühlleistung auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals von der Kühlleistung auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals verschieden. Folglich kann man den gleichen Effekt wie bei der oben beschriebenen Erfindung erzielen.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Stapelkühler vorgesehen, bei welchem eine in dem Kühlmittelströmungskanal angeordnete Zwischenwand den Kühlmittelströmungskanal in einen ersten Kühlmittelströmungskanal und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal teilt, die zueinander in der Stapelrichtung der Kühlrohre ausgerichtet sind, und Rippen zum Fördern des Wärmeaustausches in nur einem des ersten Kühlmittelströmungskanals und des zweiten Kühlmittelströmungskanals angeordnet sind.
Gemäß diesem Aufbau ist, weil die Rippen in nur einem des ersten und des zweiten Kühlmittelströmungskanals angeordnet sind, die Kühlleistung auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals von der Kühlleistung auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals verschieden gemacht und man kann den gleichen Effekt wie bei der oben beschriebenen Erfindung erzielen.
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht eines Stapelkühlers gemäß Ausführungsbeispiel 1;
2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie eines Pfeils II-II in 1;
3 ist eine perspektivische Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 1;
4 ist eine perspektivische Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 2;
5 ist eine Draufsicht eines Stapelkühlers in Ausführungsbeispiel 3;
6 ist eine perspektivische Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 3;
7 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie eines Pfeils VII-VII in 5;
8 ist eine erläuternde Schnittansicht einer Außenschalenplatte in Ausführungsbeispiel 3;
9 ist eine Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 4;
10 ist eine Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 5;
11 ist eine Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 6;
12 ist eine erläuternde Darstellung der Beziehung zwischen einer Innenrippenbreite des Strömungskanals wf und einer Oberflächentemperatur Tw;
13 ist eine erläuternde Darstellung der Beziehung zwischen einer Innenrippenhöhe hf und einer Oberflächentemperatur Tw;
14 ist einer erläuternde Darstellung der Beziehung zwischen einer Innenrippendicke tf und einer Oberflächentemperatur Tw;
15 ist eine erläuternde Darstellung der Beziehung zwischen einer Plattenblechdicke tp und einer Oberflächentemperatur Tw;
16 ist eine Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 8;
17 ist eine Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 8;
18 ist eine Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 8;
19 ist eine Schnittansicht eines inneren Kühlrohrs in Ausführungsbeispiel 8;
20 ist eine waagrechte Schnittansicht eines Stapelkühlers gemäß einem herkömmlichen Beispiel;
21 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XXI-XXI in 20;
22 ist eine Vorderansicht eines Kühlers gemäß Ausführungsbeispiel 9 der Erfindung;
23 ist eine Schnittansicht von Hauptteilen entlang einer Linie XXIII-XXIII in 22;
24 ist eine Schnittvorderansicht eines Abschnitts A in 22;
25 ist eine vergrößerte Schnittvorderansicht eines Abschnitts B in 24;
26 ist ein Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen einer Innendurchmesserdifferenz-Vergrößerungs/Verkleinerungsrate und einer Strömungsratendifferenz-Vergrößerungs/Verkleinerungsrate;
27 ist eine Schnittansicht von Hauptteilen eines Kühlers gemäß Ausführungsbeispiel 10 der Erfindung; und
28 ist eine Schnittansicht von Hauptteilen eines Kühlers gemäß Ausführungsbeispiel 11 der Erfindung.

Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 4 und 10 sind hierbei nicht erfindungsgemäß, sondern lediglich Vergleichsbeispiele zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Ausführungsbeispiel 1)
Ein Stapelkühler gemäß Ausführungsbeispiel 1 wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3 erläutert.
Der Stapelkühler 1 kühlt mehrere elektronische Komponenten 6, die jeweils von zwei ihrer Oberflächen gekühlt werden, wie in 1 und 2 dargestellt.
Der Stapelkühler 1 enthält mehrere Kühlrohre 2 mit einer flachen Form und einem Kühlmittelströmungskanal 21 für ein Kühlmittel 5 zum Strömen, sowie ein Verbindungsrohr 3 zum Verbinden dieser Kühlrohre 2. Die Kühlrohre 2 sind in mehreren Lagen so angeordnet und gestapelt, dass die zwei Kühlrohre 2 die elektronische Komponente 6 an zwei Oberflächen in Sandwich-Bauweise aufnehmen.
Die Kühlrohre 2 enthalten zwei äußere Kühlrohre 2b, die an beiden Enden in der Stapelrichtung angeordnet sind, und mehrere innere Kühlrohre 2a, die zwischen den äußeren Kühlrohren 2b angeordnet sind.
Der Kühlmittelströmungskanal 21 ist in der Dickenrichtung des inneren Kühlrohrs 2a in zwei Stufen in dem inneren Kühlrohr 2a ausgebildet, wie in 3 dargestellt.
Mit anderen Worten enthält das innere Kühlrohr 2a einen ersten Kühlmittelströmungskanal 211, der einer eine erste Hauptfläche 221 des inneren Kühlrohrs 2a bildenden ersten Rohrwand 231 zugewandt ist, und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal 212, der einer eine zweite Hauptfläche 222 auf der der ersten Hauptfläche 221 abgewandten Seite bildenden zweiten Rohrwand 232 zugewandt ist.
Die zweistufigen Kühlmittelströmungskanäle 21, d.h. der erste Kühlmittelströmungskanal 211 und der zweite Kühlmittelströmungskanal 212, sind voneinander durch eine Zwischenwand 24 getrennt.
Mehrere erste Kühlmittelströmungskanäle 211 und mehrere zweite Kühlmittelströmungskanäle 212 sind in der Querrichtung des Kühlrohrs 2 ausgebildet und ausgerichtet. Genauer ist eine große Anzahl von Innenrippen 29 in einer solchen Weise angeordnet, um die Kühlmittelströmungskanäle 211 und 212 in einer Richtung senkrecht zur Dickenrichtung des Kühlrohrs 2 zu teilen.
Das äußere Kühlrohr 2b ist durch Ausbilden des Kühlmittelströmungskanals 21 in einer Stufe in der Dickenrichtung des Kühlrohrs 2 angeordnet, wie in 2 dargestellt. Der Kühlmittelströmungskanal 21 der einen in dem äußeren Kühlrohr 2b ausgebildeten Stufe und der Kühlmittelströmungskanal 21 der einen in dem inneren Kühlrohr 2a ausgebildeten Stufe haben eine zueinander gleiche Querschnittsfläche, wie in 2 dargestellt.
Das Verbindungsrohr 3 ist ein Balgrohr, das zur Ausdehnung und Kontraktion in der Verbindungsrichtung in der Lage ist und so ausgebildet ist, dass es den Spalt jedes Kühlrohrs 2 verändern kann.
Das Verbindungsrohr 3 ist mit zwei Endabschnitten 25 des Kühlrohrs 2 in der Längsrichtung verbunden, um mehrere Kühlrohre 3 zu verbinden, wie in 1 dargestellt. Mit anderen Worten bildet das Kühlrohr 2 Öffnungsabschnitte in der ersten und der zweiten Hauptfläche 221 und 222 an jedem Endabschnitt 25, um das Verbindungsrohr 3 mit dem Öffnungsabschnitt zu verbinden. Ein Kühlmitteleinlassrohr 41 zum Einleiten des Kühlmittels in den Stapelkühler 1 und ein Kühlmittelauslassrohr 52 zum Ausgeben des Kühlmittels 5 aus dem Stapelkühler 1 sind jeweils mit den zwei Endabschnitten des äußeren Kühlrohrs 2b verbunden.
Das Kühlrohr 2 und das Verbindungsrohr 3 sind durch Löten verbunden.
Das Kühlrohr 2 ist eine Strangpressform aus Aluminium und seine beiden Stirnseiten in der Längsrichtung sind durch Seitenflächendichtelemente 26 verschlossen. Das Seitenflächendichtelement 26, das Kühlmitteleinlassrohr 41 und das Kühlmittelauslassrohr 42 sind mit dem Kühlrohr 2 ebenfalls durch Löten verbunden.
Das Seitenflächendichtelement 26, das Kühlmitteleinlassrohr 41, das Kühlmittelauslassrohr 42 und das Verbindungsrohr 3 sind aus Aluminium geformt.
Das von dem Kühlmitteleinlassrohr 41 eingeleitete Kühlmittel 5 strömt von einem der Endabschnitte 25 durch das Verbindungsrohr 3 in jedes Kühlrohr 2 und strömt zu dem anderen Ende 25 in dem jeweiligen Kühlmittelströmungskanal 21. Das Kühlmittel 5 gelangt durch das mit dem Endabschnitt 25 verbundene Verbindungsrohr 3 und wird aus dem Kühlmittelauslassrohr 42 ausgegeben.
Während des Strömens durch den Kühlmittelströmungskanal 21 führt das Kühlmittel 5 einen Wärmeaustausch mit der elektronischen Komponente 6 durch und kühlt die elektronische Komponente 6.
Die elektronische Komponente 6 ist ein Halbleitermodul mit einem Halbleiterchip, wie beispielsweise ein IGBT und eine Diode, die darin eingebaut sind. Das Halbleitermodul bildet einen Teil eines Wechselrichters für ein Kraftfahrzeug.
Wasser, das mit einer Frostschutzlösung des Ethylenglykoltyps gemischt ist, wird als Kühlmittel 5 benutzt.
Die elektronische Komponente 6 kann so angeordnet sein, dass sie einen direkten Kontakt mit dem Kühlrohr 2 hält. Abhängig vom Einzelfall kann jedoch eine Isolierplatte, wie beispielsweise eine Keramikplatte oder ein Wärmeleitfett, zwischen die elektronische Komponente 6 und das Kühlrohr 2 gesetzt sein.
Als nächstes werden die Funktionsweise und die Wirkung der Erfindung erläutert.
Der Kühlmittelströmungskanal 21 ist in der Dickenrichtung des inneren Kühlrohrs 2a in zwei Stufen in dem inneren Kühlrohr 2a ausgebildet, und das innere Kühlrohr 2a hat den ersten Kühlmittelströmungskanal 211 und den zweiten Kühlmittelströmungskanal 212. Deshalb kühlt das durch den ersten Kühlmittelströmungskanal 211 strömende Kühlmittel 5 die elektronische Komponente 6, die so angeordnet ist, dass sie mit der ersten Hauptfläche 221 des inneren Kühlrohrs 2a Kontakt hält, und das durch den zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 strömende Kühlmittel kühlt die elektronische Komponente 6, die so angeordnet ist, dass sie mit der zweiten Hauptfläche 222 Kontakt hält.
Selbst wenn die Exothermie der elektronischen Komponente 6, die so angeordnet ist, dass sie mit der ersten Hauptfläche 221 (der zweiten Hauptfläche 222) Kontakt hält, groß ist, strömt deshalb das diese Wärme aufnehmende Kältemittel 5 nicht zu der zweiten Hauptfläche 222 (der ersten Hauptfläche 221). Mit anderen Worten ist es so möglich, zu verhindern, dass die Wärme die zweite Hauptfläche 222 (die erste Hauptfläche 221) erreicht und die Temperatur der elektronischen Komponente 6, die so angeordnet ist, dass sie mit der zweiten Hauptfläche 222 (der ersten Hauptfläche 221) Kontakt hält, ansteigt.
Wenn die Querschnittsfläche des Kühlmittelströmungskanals 21 konstant ist, kann die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Kühlrohr 2 und dem Kühlmittel 5 im Vergleich zu dem Fall einer Stufe durch Bilden des Kühlmittelströmungskanals 21 in zwei Stufen vergrößert werden. Folglich kann die Kühlleistung des Stapelkühlers 1 verbessert werden.
Analog kann, wenn der Kühlmittelströmungskanal 21 in zwei oder mehr Stufen ausgebildet ist, der entsprechende Durchmesser (Kreisdurchmesser mit der gleichen Fläche) des Querschnitts jedes Kühlmittelströmungskanals 21 reduziert werden. Folglich wird die Wärmeübertragungsrate zwischen dem Kühlrohr 2 und dem Kühlmittel 5 größer und die Kühlleistung des Stapelkühlers 1 kann verbessert werden.
Die oben beschriebene Wärmeübertragungsrate α kann durch die folgende Gleichung (1) unter Verwendung des oben beschriebenen entsprechenden Durchmessers d, der Nußelt'schen Zahl Nu und der Wärmeleitfähigkeit (λ) ausgedrückt werden: $α = Nu \cdot λ / d$
Deshalb kann die Wärmeübertragungsrate α durch Verkleinern des entsprechenden Durchmessers d verbessert werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der entsprechende Durchmesser d in der folgenden Weise berechnet. Mit anderen Worten wird der entsprechende Durchmesser d, wenn der Kühlmittelströmungskanal 21 einen rechteckigen Querschnitt besitzt, die Länge seiner Hauptseite H ist und die Länge seiner Nebenseite W ist, durch die folgende Gleichung (2) berechnet: $D = 4 W \cdot H / (2 H + 2 W)$
Die in dem inneren Kühlrohr 2a angeordneten Kühlmittelströmungskanäle 21 sind voneinander durch die Zwischenwand 24 getrennt. Auf diese Weise können die Kühlmittelströmungskanäle 21 der zwei Stufen einfach gebildet werden.
Das Verbindungsrohr 3 ist ein Balgrohr und ist so ausgebildet, dass es den Spalt zwischen dem Kühlrohr 2 verändern kann. Deshalb kann die elektronische Komponente 6 einfach und zuverlässig zwischen die Kühlrohre 2 gesetzt werden.
Wie in 2 dargestellt, ist das äußere Kühlrohr 2b durch Ausbilden des Kühlmittelströmungskanals 21 in der Dickenrichtung des Kühlrohrs 2 in einer Stufe angeordnet, und der in dem äußeren Kühlrohr 2b in einer Stufe ausgebildete Kühlmittelströmungskanal 21 und der in dem inneren Kühlrohr 2a in einer Stufe ausgebildete Kühlmittelströmungskanal haben eine zueinander gleiche Querschnittsfläche. Deshalb kann der Strömungskanalwiderstand des Kühlmittelströmungskanals 21 des äußeren Kühlrohrs 2b im Wesentlichen gleich dem Strömungskanalwiderstand des Kühlmittelströmungskanals 21 des inneren Kühlrohrs 2a gemacht werden, und mehrere elektronische Komponenten 6 können effizient gekühlt werden.
Wie oben beschrieben, kann dieses Ausführungsbeispiel einen Stapelkühler mit einer ausgezeichneten Kühlleistung vorsehen.
(Ausführungsbeispiel 2)
Dieses Ausführungsbeispiel stellt ein Beispiel eines Stapelkühlers 1 mit einer Konstruktion dar, bei welcher mehrer flache, stranggepresste Rohre 27 mit einem Kühlmittelströmungskanal 21 gestapelt und miteinander verbunden sind, wie in 4 dargestellt, um ein inneres Kühlrohr 2a zu bilden.
In dem stranggepressten Rohr 27 dieses Ausführungsbeispiels ist der Kühlmittelströmungskanal 21 in einer Stufe in der Dickenrichtung ausgebildet. Die aufeinander gestapelten Rohrwände bilden die Zwischenwände 24. Die übrige Konstruktion ist gleich jener des Ausführungsbeispiels 1.
Um als inneres Kühlrohr 2a in diesem Fall verwendet zu werden, können mehrere stranggepresste Rohre 27 durch Bilden einer großen Anzahl stranggepresster Rohre 27 mit der gleichen Form im Voraus gestapelt und verbunden werden.
Auch das äußere Kühlrohr 2b kann unter Verwendung des stranggepressten Rohrs 27 gebildet sein. In diesem Fall wird das stranggepresste Rohr 27 allein ohne Stapeln verwendet.
Sowohl die inneren als auch die äußeren Kühlrohre 2a und 2b können auf diese Weise durch Verwenden einer Art von stranggepressten Rohren 27 gebildet werden. Deshalb können die Fertigungskosten des Stapelkühlers 1 reduziert werden.
Dieses Ausführungsbeispiel sieht die gleiche Funktion und die gleiche Wirkung wie Ausführungsbeispiel 1 vor.
(Ausführungsbeispiel 3)
Dieses Ausführungsbeispiel stellt ein Beispiel dar, bei dem das innere Kühlrohr 2a eine so genannte „Brummschalen“ (drone cup) - Konstruktion besitzt, wie in 5 bis 8 dargestellt.
Mit anderen Worten enthält das innere Kühlrohr 2a ein Paar von Außenschalenplatten 201, die eine erste bzw. eine zweite Rohrwand 231 und 232 bilden, eine zwischen dem Paar der Außenschalenplatten 201 gesetzte und die Zwischenwand 24 bildende Zwischenplatte 202 sowie gewellte Innenrippen 203, die zwischen die Zwischenplatte 202 und die Außenschalen 201 gesetzt sind.
Ein erster und ein zweiter Kühlmittelströmungskanal 211 und 212 sind zwischen der Zwischenplatte 202 und den Außenschalenplatten 201 gebildet.
Die Innenrippe 203 ist in einem größeren Bereich ausgebildet als ein Bereich, in dem die elektronische Komponente 6 mit dem Kühlrohr 2 Kontakt hält, wie in 5 und 7 dargestellt.
Zwei Innenrippen 203 sind in der Strömungsrichtung des Kühlmittels 5 angeordnet, und ein Spalt δ von wenigstens 1 mm ist zwischen den angrenzenden Innenrippen 203 ausgebildet.
Wie in 8 dargestellt, ist die Außenschalenplatte 201 ein Lötblech mit einem Opferanodenmaterial 204 auf seiner Innenfläche, und die Zwischenplatte 202 ist ein Lötblech mit einem Lötmaterial 205 auf ihren beiden Oberflächen.
Wie in 5 dargestellt, enthält das äußere Kühlrohr 2b eine Innenrohrwand 233 auf der Seite der Kontaktanordnung der elektronischen Komponente 6, eine Außenrohrwand 234 auf der der Innenrohrwand 233 abgewandten Seite sowie in einer Wellenform zwischen beiden Rohrwänden angeordnete Innenrippen 203. Die Innenrohrwand 233 ist ein Lötblech mit einem Opferanodenmaterial 204 an ihrer Innenseite, und die Außenrohrwand 234 ist ein Lötblech mit einem Lötmaterial 205 auf ihrer Innenseite.
Die Dicke der Außenrohrwand 234 des äußeren Kühlrohrs 2b ist größer als die Dicke der anderen Rohrwände und beträgt 1 mm. Die anderen Rohrwände, d.h. die Innenrohrwand 233, die erste Rohrwand 231, die zweite Rohrwand 232 und die Zwischenwand 24 haben eine Dicke von 0,4 mm.
Die Dicke der Innenrippe 203 beträgt 0,2 mm.
Die Rohrwanddicke des Verbindungsrohrs 3 beträgt 0,3 mm. Das Opferanodenmaterial ist auf der Innenfläche angeordnet und das Lötmaterial ist auf der Außenfläche aufgebracht. Die Dicke der Rohrwand des Kühlmitteleinlassrohrs 41 und des Kühlmittelauslassrohrs 42 beträgt 1 mm, und das Opferanodenmaterial ist auf der Innenseite aufgebracht.
Die übrige Konstruktion ist gleich jener von Ausführungsbeispiel 1.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Außenschalenplatte 201, die Zwischenplatte 202 und die Innenrippe 203 separat durch Pressformen geformt und dann miteinander verbunden, um das innere Kühlrohr 2a mit der so genannten „Brummschalen“-Konstruktion zu erzielen. Deshalb kann das innere Kühlrohr 2a einfach hergestellt werden.
Die Innenrippen 203 können an den gewünschten Stellen einfach geformt werden. Folglich kann, wenn die Innenrippen 203 nicht an dem Verbindungsabschnitt mit dem Verbindungsrohr 3 in dem inneren Kühlrohr 2a angeordnet sind, eine Bearbeitung des Öffnungsabschnitts als Verbindungsabschnitt einfach gemacht werden.
Die Innenrippen 203 sind in dem Bereich ausgebildet, der größer als der Bereich ist, wo die elektronische Komponente 6 in Kontakt mit dem Kühlrohr 2 ist, und er enthält diesen Kontaktbereich. Deshalb kann die Wärmeübertragungsfläche zwischen dem Kühlrohr 2 und dem Kühlmittel 5 in dem Bereich gesichert werden, wo die elektronische Komponente 6 in Kontakt mit dem Kühlrohr 2 ist, mit dem Ergebnis, dass die elektronische Komponente 6 zuverlässig gekühlt werden kann.
Der Spalt δ von wenigstens 1 mm ist zwischen den zwei in der Strömungsrichtung des Kühlmittels 5 angeordneten Innenrippen 203 ausgebildet, wie in 7 dargestellt. Wenn das Kühlmittel 5 durch das Kühlrohr 2 strömt, verschwindet deshalb die Grenzschicht der Strömung des Kühlmittels 5, die in dem Bereich gebildet wird, in dem die Innenrippen 203 angeordnet sind, an dem Spalt δ. Es ist daher möglich, gut zu verhindern, dass die Grenzschicht stark ausgebildet wird, und die Kühlleistung des Stapelkühlers 1 zu verbessern.
Die Außenschalenplatte 201 ist das Lötblech mit dem Opferanodenmaterial 204 auf ihrer Innenfläche, und die Zwischenplatte 202 ist das Lötblech mit dem Lötmaterial 205 auf ihren beiden Oberflächen.
Es ist deshalb möglich, die Bildung von Löchern in dem inneren Kühlrohr 2a aufgrund von Korrosion sowie einen Austritt des Kühlmittels 5 zu verhindern. Mit anderen Worten wird, weil das Opferanodenmaterial 204 auf der Innenseite der Außenschalenplatte 201 angeordnet ist, das Opferanodenmaterial 204 selektiv korrodiert und eine Korrosion des Kernmaterials der Außenschalenplatte kann verhindert werden. Folglich schreitet eine Korrosion der Außenschalenplatte 201 nicht in der Dickenrichtung fort und die Bildung von Löchern in dem inneren Kühlrohr 2a kann verhindert werden.
Weil die Zwischenplatte 202 aus dem Lötblech mit dem Lötmaterial 205 auf seinen beiden Oberflächen ausgebildet ist, kann die Zwischenplatte 202 einfach an das Paar der Außenschalenplatten 201 gelötet werden.
Die eine Stufe des in dem äußeren Kühlrohr 2b ausgebildeten Kühlmittelströmungskanals 21 und die eine Stufe des in dem inneren Kühlrohr 2a ausgebildeten Kühlmittelströmungskanals 21 haben eine zueinander gleiche Querschnittsfläche. Deshalb kann der Strömungskanalwiderstand zwischen dem Kühlmittelströmungskanal 21 des äußeren Kühlrohrs 2b und dem Kühlmittelströmungskanal 21 des inneren Kühlrohrs 2a im Wesentlichen gleich gemacht werden, und mehrere elektronische Komponenten 6 können effizient gekühlt werden.
Die Dicke der Außenrohrwand 234 des äußeren Kühlrohrs 2b ist größer als die Dicke der anderen Rohrwände. Es ist deshalb möglich, die Festigkeit der Außenrohrwand 234 zu sichern und zuverlässiger die Bildung eines Lochs aufgrund einer Korrosion zu verhindern. Mit anderen Worten wirkt ein großer Druck des Kühlmittels 5 auf die Außenrohrwand 234 des äußeren Kühlrohrs 2b aufgrund der Konstruktion des Stapelkühlers 1. Deshalb kann eine aus dem Druck des Kühlmittels 5 resultierende Verformung durch Vergrößern der Dicke der Außenrohrwand 234 und Verbessern der Festigkeit verhindert werden. Das Opferanodenmaterial 204 ist nicht an der Außenrohrwand 234 angeordnet, wie oben beschrieben. Deshalb wird die Bildung von Löchern aufgrund Korrosion durch Vergrößern der Dicke der Außenrohrwand 234 verhindert.
Weil die Dicke der Außenrohrwand 234 1 mm beträgt, ist es möglich, die Festigkeit der Außenrohrwand 234 ausreichend zu sichern, die Bildung von Löchern aufgrund Korrosion zuverlässiger zu verhindern und einen leichtgewichtigen Stapelkühler 1 zu erzielen.
Dieses Ausführungsbeispiel zeigt die gleiche Funktion und Wirkung wie jene von Ausführungsbeispiel 1.
(Ausführungsbeispiel 4)
Dieses Ausführungsbeispiel stellt den Fall dar, bei dem die Innenrippen 203 des Kühlrohrs 2 durch eine Zickzack-Anordnung der Positionen der Bäuche 209 einer großen Anzahl von Segmenten 208 mit einer Wellenform gebildet sind, um versetzte Rippen vorzusehen.
Mit anderen Worten sind die Innenrippen 203 gebildet, indem eine große Anzahl von Segmenten 208 mit im Wesentlichen der gleichen Wellenform abwechselnd in der Längsrichtung des Kühlrohrs 2 angeordnet ist, wobei die Wellenformen um eine 1/4-Wellenlänge abweichen, wie in 9 dargestellt. Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei Ausführungsbeispiel 3.
In diesem Fall wird die Wärmetauschleistung durch die Innenrippen 203 höher und ein Stapelkühler 1 mit einer höheren Kühlleistung kann erzielt werden.
Dieses Ausführungsbeispiel kann die gleiche Funktion und Wirkung wie jene von Ausführungsbeispiel 3 erzielen.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Kühlmittelströmungskanal 21 in dem inneren Kühlrohr 2a in der Dickenrichtung des Kühlrohrs 2 in zwei Stufen ausgebildet, aber der Kühlmittelströmungskanal kann auch in drei oder mehr Stufen angeordnet sein.
(Ausführungsbeispiel 5)
Dieses Ausführungsbeispiel erläutert in mehr Einzelheiten die Dimensionsbeziehung des inneren Kühlrohrs 2a in Ausführungsbeispiel 2 (4), wie in 10 dargestellt.
Wie in der Zeichnung dargestellt, ist das innere Kühlrohr 2a dieses Ausführungsbeispiels durch Stapeln und Verbinden mehrerer flacher, stranggepresster Rohre 27 hergestellt, die jeweils integral einen flachen Außenprofilabschnitt 230 mit einer ersten Rohrwand 231 oder einer zweiten Rohrwand 232 und die Innenrippen 29, die die Kühlmittelströmungskanäle 211 und 212 in dem Außenprofilabschnitt 230 in mehrere Zonen teilen, aufweisen.
Es wird angenommen, dass die zu kühlende elektronische Komponente 6 eine Wärmeabgabe von 400 W/Stück besitzt.
Jedes Teil hat die folgenden Dimensionsbeziehung, wie in 10 dargestellt.
Zuerst ist eine Strömungskanalbreite wf von zwei benachbarten Innenrippen 29 kleiner als die Höhe hf der Innenrippe 29.
Die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe 29 beträgt 1,5 mm oder weniger.
Die Höhe hf der Innenrippe 29 liegt im Bereich von 1 bis 5 mm.
Die Dicke tf der Innenrippe 29 ist kleiner als die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232.
Die Dicke tf der Innenrippe 29 liegt im Bereich von 0,03 bis 1,0 mm.
Die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 liegt im Bereich von 0,1 bis 5,0 mm.
Ferner ist die Breite wp der flachen Abschnitte der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 größer als die Breite we der elektronischen Komponente 6.
Genauer sind die Werte auf die folgenden Werte eingestellt, d.h. Strömungskanalbreite wf der Innenrippe 29 auf wf = 0,9 mm, Höhe hf = 1,8 mm, Dicke tf = 0,2 mm und die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 auf tp = 0,4 mm.
Weil das innere Kühlrohr 2a dieses Ausführungsbeispiels allen oben beschriebenen Dimensionsbeziehungen genügt, können die gleichen Funktionen und Wirkungen wie jene der Ausführungsbeispiele 1 und 2 zuverlässiger gezeigt werden.
(Ausführungsbeispiel 6)
Dieses Ausführungsbeispiel erläutert in mehr Einzelheiten die Dimensionsbeziehung des inneren Kühlrohrs 2a in Ausführungsbeispiel 3 (6), wie in 11 dargestellt.
Wie in der Zeichnung dargestellt, besitzt das innere Kühlrohr 2a dieses Ausführungsbeispiels eine Brummschalenkonstruktion.
Mit anderen Worten enthält das innere Kühlrohr 2a ein Paar Außenschalenplatten 201, die die erste und die zweite Rohrwand 231 und 232 bilden, eine Zwischenplatte 202, die zwischen das Paar Außenschalenplatten 201 gesetzt ist und die Zwischenwand 24 bildet, und eine Innenrippe 203, die zwischen die Zwischenplatte 202 und die Außenschalenplatte 201 gesetzt ist.
Jedes Teil hat die folgende Dimensionsbeziehung, wie in 11 dargestellt.
Zuerst ist eine Strömungskanalbreite wf von zwei benachbarten Innenrippen 203 kleiner als die Höhe hf der Innenrippe 203. Hierbei stellt die Strömungskanalbreite wf der zwei benachbarten Innenrippen 203 die Breite der Mitte in der Höhenrichtung exakt als den Mittelwert dar, wie in der Zeichnung dargestellt.
Die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe 203 beträgt 1,5 mm oder weniger.
Die Höhe hf der Innenrippe 203 liegt im Bereich von 1 bis 5 mm.
Die Dicke tf der Innenrippe 203 ist kleiner als die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232.
Die Dicke tf der Innenrippe 203 liegt im Bereich von 0,03 bis 1,0 mm.
Die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 liegt im Bereich von 0,1 bis 5,0 mm.
Außerdem ist die Breite wp der flachen Abschnitte der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 größer als die Breite we der elektronischen Komponente 6.
Genauer sind die Werte in der gleichen Weise wie in Ausführungsbeispiel 5 auf die folgenden Werte gesetzt, d.h. die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe 203 auf wf=0,9 mm, die Höhe hf = 1,8 mm, die Dicke tf=0,2 mm und die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 auf tp = 0,4 mm.
Weil das innere Kühlrohr 2a dieses Ausführungsbeispiels allen oben beschriebenen Dimensionsbeziehungen genügt, können die gleichen Funktionen und Wirkungen wie jene der Ausführungsbeispiele 3 und 4 zuverlässiger gezeigt werden.
(Ausführungsbeispiel 7)
Dieses Ausführungsbeispiel stellt das Beispiel dar, bei welchem das in Ausführungsbeispiel 6 gezeigte innere Kühlrohr 2a mit der Brummschalenkonstruktion verwendet wird, und es wird die Beziehung zwischen dem oben beschriebenen Maßen und der Kühlleistung untersucht.
Zuerst wird die Kühlleistung untersucht, während die Höhe hf der Innenrippe 203, ihre Dicke tf und die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 auf hf=1,8 mm, tf = 0,2 mm bzw. tp = 0,4 mm fixiert sind, aber die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe 203 verändert wird. Die Kühlleistung wird durch Berechnen der Oberflächentemperatur Tw der ersten Rohrwand 231 des mit der elektronischen Komponente 6 Kontakt haltenden inneren Kühlrohrs 2a beurteilt. Je niedriger die Oberflächentemperatur Tw ist, umso höher wird die Kühlleistung beurteilt. Die elektronische Komponente 6 mit einer Wärmeleistung von 400 W/Stück wird benutzt und die übrige Konstruktion ist gleich jener von Ausführungsbeispiel 3.
Zum Einrichten eines Standards wird die Oberflächentemperatur Tw auf der Basis des empirischen Ergebnisses auf 110°C oder weniger als Zielwert gesetzt.
12 zeigt das Untersuchungsergebnis. Die Abszisse stellt die Strömungskanalbreite wf (mm) der Innenrippe dar, und die Ordinate stellt die Oberflächentemperatur Tw (°C) des inneren Kühlrohrs dar.
Man sieht aus dem Diagramm, dass die Soll-Kühlleistung erreicht werden kann, wenn die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe auf 1,5 mm oder weniger eingestellt ist.
Als nächstes wird die Kühlleistung untersucht, während die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe 203, ihre Dicke tf und die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 auf wf=0,9 mm, tf=0,2 mm bzw. tp=0,4 mm fixiert sind, aber die Höhe hf der Innenrippe 203 verändert wird. Der Rest ist wie oben beschrieben.
13 zeigt das Untersuchungsergebnis. Die Abszisse stellt die Höhe hf (mm) der Innenrippe dar, und die Ordinate stellt die Oberflächentemperatur Tw (°C) des inneren Kühlrohrs dar.
Man kann aus dem Diagramm sehen, dass keine negativen Einflüsse auf die Kühlleistung auftreten, zumindest wenn die Höhe hf der Innenrippe auf 5 mm oder weniger gesetzt ist, wie bei dem Untersuchungsbereich der Beschreibung. Wenn die Höhe hf kleiner als 1 mm ist, treten übrigens wahrscheinlich ein Verstopfen durch Fremdstoffe und ein Konstruktionsproblem auf. Deshalb liegt die Höhe hf bevorzugt innerhalb wenigstens 1 bis 5 mm.
Als nächstes wird die Kühlleistung untersucht, während die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe 203, ihre Höhe hf und die Dicke tp der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 auf wf = 0,9 mm, hf=1,8 mm bzw. tp = 0,4 mm fixiert sind, aber die Dicke tf der Innenrippe 203 verändert wird. Der Rest ist wie oben beschrieben.
14 zeigt das Untersuchungsergebnis. Die Abszisse stellt die Dicke tf (mm) der Innenrippe dar, und die Ordinate die Oberflächentemperatur Tw (°C) des inneren Kühlrohrs.
Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass die Kühlleistung ausreichend ist, zumindest wenn die Dicke tf der Innenrippe auf 1 mm oder weniger gesetzt ist, wie im Untersuchungsbereich der Beschreibung, und die Kühlleistung kann besonders verbessert werden, wenn die Dicke so klein wie möglich ist. Es ist jedoch schwierig, die Dicke der Innenrippe aus Konstruktionsgrenzen und Fertigungsproblemen auf 0,03 mm oder weniger einzustellen, und die Dicke tf liegt bevorzugt innerhalb wenigstens 0,03 bis 1 mm.
Als nächstes wird die Kühlleistung untersucht, während die Strömungskanalbreite wf der Innenrippe 203, ihre Höhe hf und ihre Dicke tp auf wf = 0,9 mm, hf = 1,8 mm bzw. tf=0,2 mm fixiert sind, aber die Dicke tp (Plattendicke) der ersten und der zweiten Rohrwand 231 und 232 verändert wird. Der Rest ist wie oben beschrieben.
15 zeigt das Untersuchungsergebnis. Die Abszisse stellt die Dicke tp (mm) der ersten und der zweiten Rohrwand (Plattendicke) dar, und die Ordinate stellt die Oberflächentemperatur Tw (°C) des inneren Kühlrohrs dar.
Man kann aus der Darstellung ersehen, dass die Kühlleistung ausreichend ist, zumindest wenn die Dicke tp auf 5 mm oder weniger gesetzt ist, wie im Untersuchungsbereich der Beschreibung, und die Kühlleistung kann besonders verbessert werden, wenn die Dicke so klein wie möglich ist. Es ist jedoch aus dem Problem der Haftung mit der elektronischen Komponente und dem Fertigungsproblem schwierig, die Dicke auf 0,1 mm oder weniger einzustellen, und die Dicke tp liegt bevorzugt innerhalb wenigstens 0,1 bis 5 mm.
(Ausführungsbeispiel 8)
Dieses Ausführungsbeispiel stellt ein modifiziertes Beispiel der Brummschalenkonstruktion von Ausführungsbeispiel 3 dar, wie in 16 bis 19 dargestellt.
In dem in 16 gezeigten inneren Kühlrohr 2a ist ein Paar Außenschalenplatten 201 aus einem blanken Aluminiummaterial gebildet und hat eine blanke Oberfläche 281. Die Innenflächen des Paares Außenschalenplatten an den Endabschnitten sind mit beiden Oberflächen der Endabschnitte der Zwischenplatte verbunden. Die Zwischenplatte 202 ist aus einem Lötblech gebildet, das durch Abscheiden eines Lötmaterials 205 auf beiden Oberflächen eines Kernmaterials aus Aluminium ohne Zn gefertigt ist. Die Innenrippe 203 verwendet ein Aluminiummaterial mit Zn als Kernmaterial, und das Lötmaterial 205 ist auf beiden Oberflächen abgeschieden, um das Lötblech zu bilden.
Weil in diesem Fall die Oberfläche der Außenschalenplatte 201 die blanke Oberfläche 281 ist, wird die Plattenoberfläche (Oberfläche des Kühlrohrs) nicht aufgrund des Lötens rau, und der Kontaktzustand der elektronischen Komponente wird zufriedenstellend. Weil das Zn enthaltende Aluminiummaterial als Kernmaterial der Innenrippe 203 verwendet wird, wird es möglich, die Bildung von Löchern in der Außenschalenplatte 201 zu unterdrücken, da die Innenplatte 203 im Potential edler als die Außenschalenplatte 201 wird und bevorzugter korrodiert.
In dem inneren Kühlrohr 2a des in 17 gezeigten Typs ist das Paar Außenschalenplatten 201 aus dem Kernmaterial mit der blanken Oberfläche 281 aus Aluminium an seiner Außenfläche gebildet, und ein Opferanodenmaterial 204 ist an der Innenfläche angeordnet. Der Aufbau der Zwischenplatte 202 und der Innenrippe 203 ist gleich jenem des in 16 gezeigten Typs.
In diesem Fall kann der Korrosionswiderstand der Außenschalenplatte 201 viel mehr als bei dem in 16 gezeigten Typ verbessert werden. Mit anderen Worten wird das auf der Innenfläche der Außenschalenplatte 201 abgeschiedene Opferanodenmaterial 204 selektiv korrodiert und eine Korrosion des Kernmaterials der Außenschalenplatte 201 kann unterdrückt werden.
In dem inneren Kühlrohr 2a des in 18 gezeigten Typs ist ein Paar Außenschalenplatten 201 aus einem Kernmaterial mit einer blanken Oberfläche 281 aus Aluminium an seiner Außenseite gebildet, und ein Lötmaterial 205 ist an der Innenseite angeordnet. Die Innenseiten an den Endabschnitten des Paares Außenschalenplatten sind miteinander verbunden. Die Zwischenplatte 202 verwendet ein Zn enthaltendes Aluminiummaterial als Kernmaterial. Der Aufbau der Innenrippe 203 ist gleich jenem der in 16 und 17 gezeigten Typen.
Die bisher beschriebenen Außenschalenplatten 201 bilden ein Paar einer oberen und einer unteren Platte. Um die Zwischenplatte 202 nicht in Sandwich-Bauweise zwischen sich aufzunehmen, können die obere und die untere Außenschalenplatte 201 auch integral verarbeitet und an einem ihrer Enden gebogen sein, und die Innenseiten des verbleibenden Endabschnitts sind miteinander verbunden.
In diesem Fall muss die Zwischenplatte 202 nicht in Sandwich-Bauweise zwischen den Außenschalenplatten 201 aufgenommen werden. Deshalb wird die Herstellung einfacher, die Verbindungskonstruktion der Außenschalenplatten 201 kann vereinfacht werden, und eine Zuverlässigkeit des Verbindungsabschnitts kann verbessert werden.
In dem inneren Kühlrohr 2a des in 19 dargestellten Typs ist ein Paar Außenschalenplatten 201 aus einem Kernmaterial mit einer blanken Oberfläche 281 aus Aluminium an seiner Außenseite ausgebildet, und ein Opferanodenmaterial 204 und ein Lötmaterial 205 sind an der Innenseite angeordnet. Der Rest ist wie bei dem in 18 gezeigten Typ.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Wirkungen sieht das Ausführungsbeispiel in diesem Fall die Wirkung vor, dass nach einer Korrosion der Zwischenplatte 202 und der Innenrippe 203 das auf der Innenseite der Außenschalenplatten 201 angeordnete Opferanodenmaterial 204 selektiv korrodiert und die Bildung von Löchern der Außenschalenplatte 201 viel mehr unterdrückt werden kann.
(Ausführungsbeispiel 9)
Ein Kühler gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird erläutert. 22 ist eine Vorderansicht des Kühlers gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel. 23 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils entlang einer Linie XXII-XXII von 1. 24 ist eine Schnittvorderansicht eines Abschnitts A in 22, und 25 ist eine vergrößerte Schnittvorderansicht eines Abschnitts B in 24.
Der Kühler dieses Ausführungsbeispiels kann zum Kühlen eines Halbleitermoduls eines Doppelseitenkühlungstyps eines Wechselrichters für ein Hybrid-Elektrofahrzeug verwendet werden.
Wie in 22 bis 24 dargestellt, enthält der Kühler 1 eine große Anzahl Kühlrohre 2 mit Kühlmittelströmungskanälen 211 und 212, durch welche ein Kühlmittel strömt, die mit vorbestimmten Spalten zwischen sich in einer Richtung Y (nachfolgend „Stapelrichtung Y“ genannt), welche die Strömungsrichtung X (nachfolgend „Strömungsrichtung X“ genannt) des Kühlmittels in den Kühlmittelströmungskanälen 211 und 212 schneidet, gestapelt sind, Verbindungsrohre 3, die zwischen benachbarten Kühlrohren 2 angeordnet sind und die benachbarten Kühlrohre 2 miteinander verbinden, und ein Einlassrohr 41, in welches das Kühlmittel strömt, und ein Auslassrohr 42, das an das an einem der Enden in der Stapelrichtung Y positionierten Kühlrohr 2 gelötet ist und aus dem das Kühlmittel ausströmt. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet Wasser, das mit einer Frostschutzlösung des Ethylenglykoltyps gemischt ist, als Kühlmittel.
Jedes Kühlrohr 2 wird durch Zusammensetzen von zwei Außenschalenplatten 201 in eine flache Form in einer solchen Weise, dass ein Raum darin definiert wird, hergestellt. Eine flache Zwischenplatte 202 (24), die in Sandwich-Bauweise zwischen den Außenschalenplatten 201 ist, teilt diesen Raum in einen ersten Kühlmittelströmungskanal 211 und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal 212, die in der Stapelrichtung Y ausgerichtet sind. Rippen 203 mit einer Wellblechform sind in den Kühlmittelströmungskanälen 211 und 212 angeordnet, um einen Wärmeaustausch zu fördern.
Jedes Platte 201, 202 und die Rippe 203 sind durch Pressformen eines dünnen Aluminiumblechs gebildet. Ein Lötblechmaterial, das darin mit einem Opferanodenmaterial ausgestattet ist, wird vorzugsweise verwendet, um die Bildung von Löchern zu verhindern.
Eine kreisförmige Einsetzöffnung 241, in welche ein Zylinderabschnitt (Einzelheiten davon werden später beschrieben) des Verbindungsrohrs 3 eingepasst wird, ist an jedem Ende der Außenschalenplatte 201 in Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Kühlmittelströmungskanal 211, 212 ausgebildet. Verbindungsöffnungen 251 zum Verbinden des ersten Kühlmittelströmungskanals 211 und des zweiten Kühlmittelströmungskanals 212 sind an Positionen der Zwischenplatte 202 gegenüber den Einsetzöffnungen 241 ausgebildet. Übrigens entspricht die Zwischenplatte 202 der Zwischenwand 24 der Erfindung, und die Verbindungsöffnung 251 entspricht dem Zwischenwandloch der Erfindung.
Das Verbindungsrohr 3 ist ein balgartiges Rohr und enthält einen Balgabschnitt 31, der sich in der Stapelrichtung Y einfach ausdehnen und zusammenziehen kann, kreisförmige Zylinderabschnitte 32, die an beiden Enden des Balgabschnitts 31 angeordnet sind, und einen Flanschabschnitt 33, der um den Außenumfangsabschnitt der Zylinderabschnitte 32 angeordnet ist. Das Verbindungsrohr 3 ist aus Aluminium gebildet. Die Zylinderabschnitte 32 sind in die Einsetzöffnungen 241 von zwei angrenzenden Kühlrohren 2 eingesetzt und mit ihnen verbunden.
Sowohl das Einlassrohr 41 als auch das Auslassrohr 42 sind aus Aluminium gebildet, in die Einsetzöffnungen 241 eingesetzt, die an einer der Stirnseiten in der Stapelrichtung Y positioniert sind, und mit den Kühlrohren 2 verlötet. Das Einlassrohr 41 und das Auslassrohr 42 sind zum Zirkulieren des Kühlmittels mit einer Pumpe, nicht dargestellt, und zum Kühlen des Kühlmittels mit einem Wärmetauscher, nicht dargestellt, verbunden.
Das Halbleitermodul 6 des Doppelseitenkühlungstyps als Wärmeerzeugungselement entspricht der elektronischen Komponente der Erfindung und ist durch Integrieren eines IGBT-Elements 61, einer Kupferplatte 62 und einer Wärmestrahlplatte 63 mit einem Formharz 64 gebildet. Das Halbleitermodul 6 ist zwischen den zwei Kühlrohren 2 angeordnet und ist mit den Kühlrohren 2 durch das Isoliermaterial (hauptsächlich eine Keramikplatte) und ein Wärmeleitfett in Kontakt. Übrigens kann das Halbleitermodus 6 auch in direkten Kontakt mit den Kühlrohren 2 gebracht sein. Weil nicht dargestellte Blattfedern die gestapelten Kühlrohre 2 von beiden Enden der Stapelrichtung Y festklemmen, wird das Halbleitermodul 6 zwischen den Kühlrohren 2 gehalten.
25 zeigt die Einlassseite des Kühlmittels in dem Kühlrohr 2. Der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32 des Verbindungsrohrs 3 und der Innendurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 251 der Zwischenplatte 202 sind auf dieser Kühlmitteleinlassseite unterschiedlich. Genauer ist der Innendurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 251 größer als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32. Übrigens entspricht das Verbindungsrohr 3 dem Verbindungsrohr der Erfindung.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau strömt das aus dem Einlassrohr 41 strömende Kühlmittel in eines der Enden des Kühlmittelströmungskanals 211, 212 jedes Kühlrohrs 2 durch das Verbindungsrohr 3, strömt in der X-Richtung in dem Kühlmittelströmungskanal 211, 212 und erreicht das Auslassrohr 42 durch das Verbindungsrohr 3 von dem anderen Ende des Kühlmittelkanals 211, 212. Hierbei wird ein Wärmeaustausch zwischen dem in dem Kühlmittelströmungskanal 211, 212 strömenden Kühlmittel und dem Halbleitermodul 6 ausgeführt, und das Halbleitermodul 6 wird gekühlt.
Weil der Innendurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 251 größer als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32 ist, wird der Kühlmittelstrom an dem Abschnitt, an dem das Kühlmittel aus dem Verbindungsrohr 3 auf alle Kühlmittelströmungskanäle 211, 212 verteilt wird, schnell ausgedehnt. Folglich strömt das Kühlmittel nicht einfach in den ersten Kühlmittelströmungskanal 211 auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich der Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Verbindungsrohr 3, sondern strömt leicht in den zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 auf der stromabwärtigen Seite. Deshalb wird die Strömungsrate Q2 des durch den zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 strömenden Kühlmittels größer als die Strömungsrate Q1 des durch den ersten Kühlmittelströmungskanal 211 strömenden Kühlmittels, und die Kühlleistung wird auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals 211 höher als auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals 212.
Das Halbleitermodul 6 kann effizient gekühlt werden, indem die Oberfläche mit einer größeren Wärmeabgabe (Wärmestrahlmenge) in dem Halbleitermodul 6 in Übereinstimmung mit der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals 212 mit der höheren Kühlleistung und die Oberfläche mit der kleineren Wärmeenergie (Wärmestrahlmenge) in dem Halbleitermodul 6 in Übereinstimmung mit dem ersten Kühlmittelströmungskanal 211 mit der kleineren Kühlleistung gebracht wird.
Übrigens zeigt 26 die Beziehung zwischen dem Innendurchmesserdifferenz-Vergrößerungs/Verkleinerungsverhältnis (D2-D1)/D1 und dem Strömungsratendifferenz-Vergrößerungs/Verkleinerungsverhältnis (Q2-Q1)/Q1, wenn der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32 etwa 20 mm beträgt und das Kühlmittel durch den Kühler mit einer Geschwindigkeit von 12 l/min strömen kann.
Es wurde bestätigt, dass, wenn das Innendurchmesserdifferenz-Vergrößerungs/ Verkleinerungsverhältnis durch Vergrößern des Innendurchmessers ϕD2 des Verbindungslochs 251 auf einen Wert größer als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32 vergrößert wird, wie in 26 dargestellt, das Strömungsratendifferenz-Vergrößerungs/Verkleinerungsverhältnis ebenfalls in dem Bereich größer wird, in dem das Innendurchmesserdifferenz-Vergrößerungs/Verkleinerungsverhältnis von etwa 0% auf etwa 10% steigt. Die Strömungsratendifferenz findet jedoch nicht statt, weil die Strömung aus der Richtung des Verbindungsrohrs 3 zu der Richtung des Kühlrohrs 2 bevorzugt wird, wenn der Innendurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 257 deutlich größer als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32 ist.
Wie oben beschrieben, ist der Innendurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 251 in diesem Ausführungsbeispiel größer als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32, und die Kühlleistung ist auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals 212 größer als auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals 211. Deshalb kann das Halbleitermodul 6 effizient gekühlt werden, indem die Oberfläche des Halbleitermoduls 6 mit einer größeren Wärmeenergie (Wärmestrahlmenge) in Übereinstimmung mit dem zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 mit einer größeren Kühlleistung und die Oberfläche des Halbleitermoduls 6 mit einer kleineren Wärmeenergie (Wärmestrahlmenge) in Übereinstimmung mit dem ersten Kühlmittelströmungskanal 211 mit einer kleineren Kühlleistung gebracht wird.
Die Wärmeübertragung sinkt, wenn der Temperaturanstieg zwischen dem ersten Kühlmittelströmungskanal 211 und dem zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 im Wesentlichen gleich ist, und das Auftreten einer Verwerfung des Kühlrohrs 2 resultierend aus dem Temperaturunterschied kann verhindert werden. Folglich kann eine Zuverlässigkeit (Lebensdauer) des Kühlrohrs 2 verbessert werden. Weil die Oberflächentemperatur so auf beiden Seiten des Halbleitermoduls 6 gleichmäßig gemacht wird, kann auch das aus dem Temperaturunterschied resultierende Auftreten einer Verwerfung des Halbleitermoduls 6 verhindert werden und die Zuverlässigkeit (Lebensdauer) des Halbleitermoduls 6 kann verbessert werden.
Im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Innendurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 251 kleiner als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32 ist, kann der Druckverlust an dem Verbindungsloch 251 kleiner gemacht werden, als wenn der Innendurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 241 größer als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32 ist, wie in diesem Ausführungsbeispiel.
(Ausführungsbeispiel 10)
Das zehnte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun erläutert. 27 ist eine Schnittansicht von Hauptteilen eines Kühlers gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Bezugsziffern werden verwendet, um gleiche Bauelemente wie in Ausführungsbeispiel 9 zu kennzeichnen, und auf deren Erläuterungen wird verzichtet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist, entgegen dem Fall, dass der Innendurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 251 größer als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32 ist, der Innendurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 251 kleiner als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts 32.
Folglich strömt das Kühlmittel einfacher durch den ersten Kühlmittelströmungskanal 211 auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich der Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Verbindungsrohr 3 und strömt schwieriger durch den zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 auf der stromabwärtigen Seite. Mit anderen Worten sinkt, wenn der Inndurchmesser ϕD2 des Verbindungslochs 257 kleiner als der Innendurchmesser ϕD1 des Zylinderabschnitts gemacht ist, um das Innendurchmesserdifferenz-Vergrößerungs/Verkleinerungsverhältnis wie in 26 dargestellt zu verkleinern, auch das Strömungsratendifferenz-Vergrößerungs/Verkleinerungsverhältnis, wenn das Innendurchmesserdifferenz-Vergrößerungs/Verkleinerungsverhältnis von etwa 0% zur negativen Seite fällt.
Weil die Kühlleistung in dem zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 in diesem Ausführungsbeispiel größer als in dem ersten Kühlmittelströmungskanal 211 ist, wird die Oberfläche des Halbleitermoduls 6 mit einer größeren Wärmeabgabe (Wärmestrahlmenge) in Übereinstimmung mit dem ersten Kühlmittelströmungskanal 211 mit einer größeren Kühlleistung gebracht und die Oberfläche des Halbleitermoduls 6 mit einer kleineren Wärmeenergie (Wärmestrahlmenge) wird in Übereinstimmung mit dem zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 mit einer kleineren Kühlleistung gebracht. Folglich kann das Halbleitermodul 6 effizient gekühlt werden.
Die Zuverlässigkeit (die Lebensdauer) des Kühlrohrs 2 und des Halbleitermoduls 6 kann in der gleichen Weise wie in Ausführungsbeispiel 9 verbessert werden.
(Ausführungsbeispiel 11)
Ausführungsbeispiel 11 der Erfindung wird erläutert. 28 ist eine Schnittansicht von Hauptteilen eines Kühlers gemäß dem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Bezugsziffern werden verwendet, um gleiche Bauelemente wie in Ausführungsbeispiel 9 zu kennzeichnen, und auf deren Erläuterung wird verzichtet.
Die Vorsprunglänge L1 des Zylinderabschnitts 32 in den ersten Kühlmittelströmungskanal 211 und die Vorsprunglänge L2 in den zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 sind in diesem Ausführungsbeispiel verschieden, wie in 28 dargestellt, sodass die Einlassquerschnittsfläche, d.h. die Kanalquerschnittsfläche des Abschnitts, an dem das Kühlmittel aus dem Verbindungsrohr 3 zu den ersten und den zweiten Kühlmittelströmungskanälen 211 und 212 verteilt wird, unterschiedlich wird.
Folglich ist die Strömungsrate Q1 des durch den ersten Kühlmittelströmungskanal 211 strömenden Kühlmittels von der Strömungsrate Q2 des durch den zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 strömenden Kühlmittels verschieden, sodass die Kühlleistung des ersten Kühlmittelströmungskanals 211 von der Kühlleistung des zweiten Kühlmittelströmungskanals 212 verschieden gemacht werden kann.
Deshalb kann das Halbleitermodul 6 effizient gekühlt werden, und die Zuverlässigkeit (die Lebensdauer) des Kühlrohrs 2 und des Halbleitermoduls 6 kann in der gleichen Weise wie in Ausführungsbeispiel 9 verbessert werden.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
In jedem der vorherigen Ausführungsbeispiele ist die Kühlleistung des ersten Kühlmittelströmungskanals 211 von der Kühlleistung des zweiten Kühlmittelströmungskanals 212 unterschiedlich gemacht, indem die Strömungsrate Q1 des durch den ersten Kühlmittelströmungskanal 211 strömenden Kühlmittels von der Strömungsrate Q2 des durch den zweiten Kühlmittelströmungskanal 212 strömenden Kühlmittels verschieden gemacht ist. Jedoch kann die Kühlleistung auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals 211 von der Kühlleistung auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals 212 auch dadurch unterschiedlich gemacht werden, dass die Wärmetauschleistung zwischen den Rippen 203 des ersten Kühlmittelströmungskanals 211 und den Rippen 203 des zweiten Kühlmittelströmungskanals 212 verschieden gemacht wird, d.h. dass Hochleistungsrippen in einem der Kühlmittelströmungskanäle angeordnet werden. Übrigens können die Hochleistungsrippen durch Bilden sehr feiner Strömungskanäle oder durch Vergrößern der Wärmeübertragungsfläche oder durch Verwenden von versetzten Rippen erzielt werden.
Die Kühlleistung des ersten Kühlmittelströmungskanals 211 kann von jener des zweiten Kühlmittelströmungskanals 212 auch verschieden gemacht werden, indem die Rippe 203 in nur einem des ersten und des zweiten Kühlmittelströmungskanal 211 und 212 angeordnet ist.
Obwohl jedes der vorherigen Ausführungsbeispiele Wasser, das mit der Frostschutzlösung des Ethylenglykoltyps gemischt ist, als Kühlmittel verwendet, ist es auch möglich, natürliche Kühlmittel wie beispielsweise Wasser und Ammoniak, Kühlmittel des Fluorcarbontyps wie beispielsweise Fluorinat, Kühlmittel des Frontyps wie beispielsweise HCFC123 und HFC134, Kühlmittel des Alkoholtyps wie beispielsweise Methanol und Alkohol sowie Kühlmittel des Ketontyps wie beispielsweise Aceton zu verwenden.
In den vorherigen Ausführungsbeispielen ist die Erfindung auf das Kühlen des Halbleitermoduls des Doppelseitenkühlungstyps für den Wechselrichter des Hybrid-Elektromotors angewendet, aber sie kann analog auf das Kühlen von Halbleitermodulen wie beispielsweise Motorantriebswechselrichtern einer industriellen Maschine und Klimaanlagenwechselrichtern für die Klimatisierung von Gebäuden angewendet werden.
Der Kühler gemäß der Erfindung kann nicht nur das Halbleitermodul 6 kühlen, sondern auch elektronische Komponenten wie beispielsweise Leistungstransistoren, Leistungs-FETs, IGBTs und dergleichen.

Claims

Stapelkühler zum Kühlen mehrerer elektronischer Komponenten von zwei Seiten jeder Komponente, mit mehreren Kühlrohren (2) mit einer flachen Form und mit Kühlmittelströmungskanälen (21, 211, 212) zum Strömen eines Kühlmittels, und einem Verbindungsrohr (3) zum Verbinden der mehreren Kühlrohre, wobei die mehreren Kühlrohre (2) in einer solchen Weise angeordnet und gestapelt sind, dass die elektronischen Komponenten zwischen die Kühlrohre gesetzt werden können und dass sie zwei äußere Kühlrohre (2b), die an beiden Enden in einer Stapelrichtung angeordnet sind, und mehrere innere Kühlrohre (2a), die zwischen den zwei äußeren Kühlrohren angeordnet sind, enthalten; jedes der inneren Kühlrohre (2a) wenigstens einen ersten Kühlmittelströmungskanal (211), der einer ersten Rohrwand (231) zugewandt ist, die eine mit einer der elektronischen Komponenten in Kontakt kommende erste Hauptfläche (221) aufweist, und einen zweiten Kühlmittelströmungskanal (212), der einer zweiten Rohrwand (232) zugewandt ist, die eine mit der elektronischen Komponente auf der der ersten Hauptfläche (221) abgewandten Seite in Kontakt kommende zweite Hauptfläche (222) aufweist, enthält und die Kühlmittelströmungskanäle (21, 211, 212) in zwei oder mehr Abschnitte in einer Dickenrichtung der inneren Kühlrohre (2a) ausgebildet sind, jedes innere Kühlrohr (2a) eine Innenrippe (203) zum Trennen der Kühlmittelströmungskanäle (21, 211, 212) in mehrere Zonen in einer die Dickenrichtung des inneren Kühlrohrs (2a) in rechtem Winkel schneidenden Richtung aufweist, jedes innere Kühlrohr (2a) ein Paar Außenschalenplatten (201), die die erste Rohrwand (231) und die zweite Rohrwand (232) bilden, eine Zwischenplatte (202) zwischen dem Paar Außenschalenplatten (201) und die Innenrippe (203), welche eine Wellenform aufweist und zwischen der Zwischenplatte (202) und der Außenschalenplatte (201) angeordnet ist, enthält, und der erste Kühlmittelströmungskanal (211) und der zweite Kühlmittelströmungskanal (212) zwischen der Zwischenplatte und den jeweiligen Außenschalenplatten gebildet sind, und wobei die Innenrippe (203) wenigstens eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Innenrippe (203) aufweist und ein Spalt von wenigstens 1 mm zwischen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Innenrippe (203) in der Strömungsrichtung ausgebildet ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die Innenrippe (203) in einem gesamten Bereich ausgebildet ist, in dem wenigstens die elektronische Komponente in Kontakt mit den Kühlrohren (2) ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die Außenschalenplatten (201) ein Kernmaterial aus einem Metallmaterial aufweisen und an einer Außenseite davon eine blanke Oberfläche, die das das Kernmaterial bildende Metallmaterial exponiert, aufweist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die Außenschalenplatten (201) aus einem Lötblech gebildet sind, das ein Opferanodenmaterial (204) an einer Innenseite des Kernmaterials aufweist.
Stapelkühler nach Anspruch 4, bei welchem die Außenschalenplatten (201) einen Dreischichtaufbau besitzen, bei dem ein Lötmaterial (205) ferner auf dem auf einer Innenseite des Kernmaterials angeordneten Opferanodenmaterial (204) angeordnet ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die Außenschalenplatten (201) aus einem Lötblech gebildet sind, das ein Lötmaterial (205) auf einer Innenseite des Kernmaterials aufweist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die Innenrippe (203) aus einem Material gemacht ist, das im Potential unedler als das Kernmaterial der Außenschalenplatte (201) ist.
Stapelkühler nach Anspruch 7, bei welchem die Innenrippe (203) aus einem Lötblech gebildet ist, das ein Lötmaterial (205) auf beiden Seiten des Kernmaterials angeordnet hat.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die Zwischenplatte (202) ein Lötblech enthält, das ein Kernmaterial und ein auf beiden Seiten des Kernmaterials angeordnetes Lötmaterial (205) aufweist, und Innenseiten des Paares Außenschalenplatten (201) an Endabschnitten mit beiden Seiten der Zwischenplatte an deren Endabschnitten verbunden sind.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die Zwischenplatte (202) aus einem Material gemacht ist, das im Potential unedler als das Kernmaterial der Außenschalenplatten (201) ist, und Innenseiten des Paares Außenschalenplatten an Endabschnitten gegenseitig verbunden sind.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die Innenrippe (203) durch versetzte Innenrippen gebildet ist, die durch Teilen der Innenrippe (203) in mehrere Segmente in deren Längsrichtung und Anordnen einer großen Anzahl gewellter Segmente, wobei die Positionen von deren Bäuchen in einer Zickzack-Form angeordnet sind, gebildet sind.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem eine Strömungskanalbreite (wf) der aneinander angrenzenden Rippen kleiner als eine Höhe (hf) der Innenrippen (203) ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem eine Strömungskanalbreite (wf) der aneinander angrenzenden Innenrippen (203) nicht größer als 1,5 mm ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem eine Höhe (hf) der Innenrippe (203) in dem Bereich von 1 bis 5 mm liegt.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem eine Dicke (tf) der innenrippe (203) kleiner als eine Dicke (tp) der ersten und der zweiten Rohrwand (231, 232) ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem eine Dicke (tf) der Innenrippe in dem Bereich von 0,03 bis 1,0 mm liegt.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem eine Dicke (tp) der ersten und der zweiten Rohrwand (231, 232) in dem Bereich von 0,1 bis 5,0 mm liegt.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem das Verbindungsrohr (3) ein Balgrohr ist, das zur Ausdehnung und Kontraktion in der Verbindungsrichtung in der Lage ist und so ausgebildet ist, dass es einen Spalt zwischen den Kühlrohren (2) verändern kann.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die äußeren Kühlrohre (2b) den Kühlmittelströmungskanal (211, 212) in einem Abschnitt in der Dickenrichtung des Kühlrohrs (2) ausgebildet besitzen und der in den äußeren Kühlrohren (2b) ausgebildete Kühlmittelströmungskanal (211, 212) und die in den inneren Kühlrohren (2a) ausgebildeten Kühlmittelströmungskanäle (211, 212) zueinander gleiche Querschnittsflächen besitzen.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem eine Dicke der Außenwand jedes der äußeren Kühlrohre (2b), an welcher die elektronische Komponente nicht angeordnet ist und nicht in Kontakt ist, größer als die Dicke der anderen Rohrwände (231, 232) ist.
Stapelkühler nach Anspruch 20, bei welchem die Außenwand eine Dicke von wenigstens 1 mm besitzt.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem der Kühlmittelströmungskanal (21, 211, 212) durch die, eine Zwischenwand (24) bildende, in dem Kühlmittelströmungskanal angeordnete Zwischenplatte (202) in den ersten Kühlmittelströmungskanal (211) und den zweiten Kühlmittelströmungskanal (212) geteilt ist, die in einer Stapelrichtung ausgerichtet sind, und eine Kühlleistung auf einer Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals (211) und eine Kühlleistung auf einer Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals (212) verschieden sind.
Stapelkühler nach Anspruch 22, bei welchem eine Kühlleistung auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals (211) und eine Kühlleistung auf einer Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals (212) verschieden gemacht sind, indem eine Strömungsrate des Kühlmittels des ersten Kühlmittelströmungskanals (211) von einer Strömungsrate des Kühlmittels des zweiten Kühlmittelströmungskanals (212) verschieden gemacht ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem ferner das Verbindungsrohr (3) zylindrisch ist und welcher dieses zum Verbinden einer Einlassseite des Kühlmittels aneinander angrenzender Kühlrohre (2) enthält, und bei welchem ein Einsetzloch (241), in welches ein Zylinderabschnitt (32) des Verbindungsrohrs (3) eingesetzt ist, in dem Kühlrohr (2) ausgebildet ist, die eine Zwischenwand (24) bildende, in dem Kühlmittelströmungskanal (21, 211, 212) angeordnete Zwischenplatte (202) den Kühlmittelströmungskanal (21, 211, 212) in den ersten Kühlmittelströmungskanal (211) und den zweiten Kühlmittelströmungskanal (212) teilt, die zueinander in einer Stapelrichtung der Kühlrohre (2) ausgerichtet sind, ein Zwischenwandloch (251) zum Verbinden des ersten Kühlmittelströmungskanals (211) mit dem zweiten Kühlmittelströmungskanal (212) in der Zwischenwand (24) an einer dem Einsetzloch (241) zugewandten Position ausgebildet ist, und ein Innendurchmesser (D1) des Zylinderabschnitts (32) und ein innendurchmesser (D2) des Zwischenwandlochs (251) verschieden sind.
Stapelkühler nach Anspruch 24, bei welchem der Innendurchmesser (D2) des Zwischenwandlochs (251) größer als der Innendurchmesser (D1) des Zylinderabschnitts (32) ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, welcher ferner das zylindrische Verbindungsrohr (3) zum Verbinden einer Einlassseite des Kühlmittels in aneinander angrenzenden Kühlrohren (2) enthält, und bei welchem ein Einsetzloch (241), in welches ein Zylinderabschnitt (32) des Verbindungsrohrs (3) eingesetzt ist, in dem Kühlrohr (2) ausgebildet ist, die eine Zwischenwand (24) bildende, in dem Kühlmittelströmungskanal (21, 211, 212) angeordnete Zwischenplatte (202) den Kühlmittelströmungskanal in den ersten Kühlmittelströmungskanal (211) und den zweiten Kühlmittelströmungskanal (212) teilt, die zueinander in einer Stapelrichtung der Kühlrohre (2) ausgerichtet sind, ein Zwischenwandloch (251) zum Verbinden des ersten Kühlmittelströmungskanals (211) mit dem zweiten Kühlmittelströmungskanal (212) in der Zwischenwand (24) an einer dem Einsetzloch (241) zugewandten Position ausgebildet ist, der Zylinderabschnitt (32) von dem Einsetzloch (241) in den Kühlmittelströmungskanal (21, 211, 212) ragt, und eine Vorsprunglänge (L1) des Zylinderabschnitts (32) auf der Seite des ersten Kühlmittelströmungskanals (211) von einer Vorsprunglänge (L2) des Zylinderabschnitts (32) auf der Seite des zweiten Kühlmittelströmungskanals (212) verschieden ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die in dem Kühlmittelströmungskanal (21, 211, 212) angeordnete, eine Zwischenwand (24) bildende Zwischenplatte (202) den Kühlmittelströmungskanal (21) in den ersten Kühlmittelströmungskanal (211) und den zweiten Kühlmittelströmungskanal (212) teilt, die zueinander in einer Stapelrichtung der Kühlrohre (2) ausgerichtet sind, Innenrippen (203) zum Fördern eines Wärmeaustausches in dem ersten Kühlmittelströmungskanal (211) und dem zweiten Kühlmittelströmungskanal (212) angeordnet sind, und eine Wärmetauschleistung der Rippe (203) in dem ersten Kühlmittelströmungskanal (211) von der Wärmetauschleistung der Rippe (203) in dem zweiten Kühlmittelströmungskanal (212) verschieden ist.
Stapelkühler nach Anspruch 1, bei welchem die in dem Kühlmittelströmungskanal (21, 211, 212) angeordnete, eine Zwischenwand (24) bildende Zwischenplatte (202) den Kühlmittelströmungskanal in den ersten Kühlmittelströmungskanal (211) und den zweiten Kühlmittelströmungskanal (212) trennt, die in einer Stapelrichtung der Kühlrohre (2) ausgerichtet sind.