DE102006040187A1 - Power electronics component cooling system, for use in e.g. passenger aircraft, has cooling device including heat sinks, where heat sinks are separately supplied with cooling fluids from different cooling fluid sources - Google Patents

Power electronics component cooling system, for use in e.g. passenger aircraft, has cooling device including heat sinks, where heat sinks are separately supplied with cooling fluids from different cooling fluid sources Download PDF

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Abstract

The system has a cooling device (30) coupled in a heat-transmitting and planar manner to components of power electronics. The device includes heat sinks (32, 34, 36, 38, 39) which are fluidly isolated from one another, and a set of cooling circuits each including a cooling fluid source. The heat sinks of the cooling device (30) are separately supplied with cooling fluids from different cooling fluid sources such that phase transition of the cooling fluids does not occur within the cooling circuits, during operation of the system. An independent claim is also included for a method for cooling components of power electronics installed onboard an aircraft.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von Bauelementen einer Leistungselektronik, die mit den Bauelementen der Leistungselektronik wärmeübertragend koppelbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kühlsystem, das eine solche Kühlvorrichtung umfasst, sowie ein Verfahren zum Kühlen von Bauelementen einer Leistungselektronik, bei dem eine derartige Kühlvorrichtung zum Einsatz kommt.The The present invention relates to a cooling device for cooling of Components of power electronics, with the components the power electronics heat transfer can be coupled. The invention further relates to a cooling system, such a cooling device and a method for cooling components of a Power electronics, in which such a cooling device is used.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Bauelemente einer Leistungselektronik müssen aufgrund der im Lastbetrieb entstehenden Wärmeentwicklung gekühlt werden. Die Kühlung der Bauelemente stellt ein Sicherheitsmerkmal dar, das die ordnungsgemäße Funktionsweise der Bauelemente sicherstellt.components need a power electronics be cooled due to the heat generated during load operation. The cooling The components represent a safety feature that ensures proper functioning ensures the components.

Da eine Luftkühlung in vielen Fällen keine hinreichende Kühlung der Bauelemente der Leistungselektronik gewährleistet, werden, wie in der 1 dargestellt, Kühlplatten 20 verwendet, die in thermischen Kontakt mit den zu kühlenden Bauelementen 10 gebracht werden. Diese Kühlplatten 20 weisen herkömmlich einen Kühlkanal 22 auf, der von einem Kühlfluid, beispielsweise einer kalten Flüssigkeit, durchströmt wird. Der Einlass 22a und der Auslass 22b der Kühlplatte 20 wird mit einem Kühlfluidkreislauf verbunden, der eine Kühlfluidquelle aufweist.Since air cooling in many cases does not ensure adequate cooling of the components of the power electronics, as in the 1 shown, cooling plates 20 used in thermal contact with the components to be cooled 10 to be brought. These cold plates 20 conventionally have a cooling channel 22 which is traversed by a cooling fluid, such as a cold liquid. The inlet 22a and the outlet 22b the cooling plate 20 is connected to a cooling fluid circuit having a cooling fluid source.

Ein Nachteil der herkömmlichen Kühlplatten besteht darin, dass im Falle des Auftretens einer Leckage im Kühlfluidkreislauf die Kühlplatte nicht mehr hinreichend mit Kühlfluid durchströmt wird, und dadurch keine ausreichende Kühlung der Bauelemente der Leistungselektronik sichergestellt ist. Die Folge wäre eine Überhitzung dieser Bauelemente.One Disadvantage of the conventional Cold plates exists in that in the event of the occurrence of a leak in the cooling fluid circuit the cooling plate no longer adequate with cooling fluid flows through is, and thus no sufficient cooling of the components of the power electronics is ensured. The result would be an overheating of these components.

Insbesondere bei der an Bord eines Flugzeuges installierten Leistungselektronik muss sichergestellt sein, dass die Bauelemente ständig hinreichend gekühlt werden, um einen möglicherweise auftretenden Ausfall der Bauelemente wegen Überhitzung zu vermeiden. Eine Überhitzung der Bauelemente von elektronischen Flugsicherheitssystemen hätte nachteilige Auswirkungen auf die Flugsicherheit der Passagiere.Especially in the power electronics installed on board an aircraft It must be ensured that the components are constantly sufficiently cooled, possibly one occurring failure of the components due to overheating to avoid. Overheating the components of electronic flight safety systems would be disadvantageous Impact on the flight safety of passengers.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von Bauelementen einer Leistungselektronik vorzusehen, die bei Auftreten einer Leckage in einem die Kühlvorrichtung aufweisenden Kühlfluidkreislauf eine Überhitzung der Bauelemente vermeidet und somit eine hohe Ausfallsicherheit der Bauelemente gewährleistet.It It is therefore an object of the present invention to provide a cooling device for cooling to provide components of power electronics, the occurrence a leak in a the cooling device having cooling fluid circuit an overheating avoiding the components and thus a high reliability ensures the components.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die voranstehend erwähnte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von Bauelementen einer Leistungselektronik gelöst, die mit den Bauelementen der Leistungselektronik wärmeübertragend koppelbar ist. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist durch mindestens zwei fluidmäßig voneinander entkoppelte Wärmesenken gekennzeichnet.The mentioned above Task is done according to a First aspect of the invention by a cooling device for cooling Components of power electronics solved with the components the power electronics coupled heat transfer is. The cooling device according to the invention is fluidly spaced from each other by at least two decoupled heat sinks characterized.

Da die Kühlvorrichtung mindestens zwei fluidmäßig voneinander entkoppelte Wärmesenken aufweist, können die beiden Wärmesenken beispielsweise mit getrennt voneinander ausgebildeten Kühlfluidkreiskäufen verbunden werden. Es kann aber auch nur eine Wärmesenke mit einem Kühlfluidkresilauf verbunden sein, während die andere Wärmesenke lediglich mit einem Kühlfluid in Wärmekontakt gebracht wird. Somit kann bei Ausfall eines mit der ersten Wärmesenke verbundenen Kühlfluidkreislaufes, beispielsweise durch Auftreten einer Leckage, die zweite Wärmesenke weiterhin eine hinreichende Kühlung der Kühlvorrichtung und somit der Bauelemente der Leistungselektronik sicherstellen.There the cooling device at least two fluidly from each other decoupled heat sinks has, can the two heat sinks For example, connected to separate Kühlfluidkreiskäufen become. But it can also only a heat sink with a Kühlfluidkresilauf be connected while the other heat sink only with a cooling fluid brought into thermal contact becomes. Thus, in case of failure of one with the first heat sink connected cooling fluid circuit, for example, by occurrence of leakage, the second heat sink continue to provide adequate cooling the cooling device and thus ensure the components of the power electronics.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eine der mindestens zwei Wärmesenken als redundante Wärmesenke in der Kühlvorrichtung ausgebildet ist. Diese redundante zweite Wärmesenke stellt eine hinreichende Kühlung der Bauelemente bei Ausfall eines mit der ersten Wärmesenke verbundenen Kühlfluidkreislaufes sicher. Die Redundanz erfordert, dass die Anordnung und die Kühlkapazität der mindestens zwei Wärmesenken in der Kühlvorrichtung so gewählt ist, dass lediglich eine Wärmesenke (im Falle von insgesamt zwei in der Kühlvorrichtung vorhandenen Wärmesenken) ausreicht, um eine hinreichende Kühlung der Bauelemente sicherzustellen. In einem solchen Fall übernimmt die zweite Wärmesenke die gesamte Kühlung der Kühlvorrichtung.A preferred embodiment of the invention provides that at least one of the at least two heat sinks as a redundant heat sink in the cooler is trained. This redundant second heat sink provides a sufficient cooling the components in case of failure of one with the first heat sink connected cooling fluid circuit for sure. The redundancy requires that the arrangement and the cooling capacity of at least two heat sinks in the cooler so chosen is that only a heat sink (in the case of a total of two heat sinks present in the cooling device) sufficient to ensure adequate cooling of the components. In such a case takes over the second heat sink the entire cooling the cooling device.

Vorzugsweise sind die Wärmesenken der Kühlvorrichtung als eine Vielzahl zueinander benachbarter Kühlkanäle ausgebildet. Bei einer Kühlvorrichtung, die eine Vielzahl zueinander benachbarter Kühlkanäle aufweist, kann der Kühlwirkungsgrad der Kühlvorrichtung bei Ausfall eines Kühlfluidkreislaufes erhöht sein, wenn jeweils benachbarte Kühlkanäle von unterschiedlichen Kühlfluidkreisläufen versorgt werden. Bei Ausfall eines Kühlfluidkreislaufes werden weiterhin ungefähr 50% der in der Kühlvorrichtung vorgesehenen Kühlkanäle von einem Kühlfluid durchströmt, wodurch eine Überhitzung der Bauelemente der Leitungselektronik vermieden wird.Preferably are the heat sinks the cooling device formed as a plurality of adjacent cooling channels. In a cooling device, which has a plurality of mutually adjacent cooling channels, the cooling efficiency the cooling device be increased in case of failure of a cooling fluid circuit if each adjacent cooling channels of different Cooling fluid circuits are supplied. In case of failure of a cooling fluid circuit will continue about 50% of that in the cooler provided cooling channels of a Cooling fluid flows through, thereby an overheating the components of the line electronics is avoided.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Kühlkanäle in der Kühlvorrichtung zumindest abschnittsweise parallel zueinander. Durch den zumindest abschnittsweise parallelen Verlauf der Kühlkanäle kann die Kühlvorrichtung zumindest bereichsweise die auf der Kühlvorrichtung angeordneten, zu kühlenden Bauelemente auch bei Ausfall eines Kühlfluidkreislaufes gleichmäßig auf eine Temperatur abkühlen, die deren ordnungsgemäße Funktionsweise sicherstellt.To a preferred embodiment the cooling channels in the cooler at least in sections, parallel to each other. By the least sections of parallel course of the cooling channels, the cooling device at least partially arranged on the cooling device, to be cooled Components even in case of failure of a cooling fluid circuit evenly cool a temperature, their proper functioning ensures.

Vorzugsweise verlaufen die Kühlkanäle geradlinig oder mäanderförmig durch die Kühlvorrichtung. Durch den mäanderförmigen Verlauf der Kühlkanäle wird die Wegstrecke zwischen Kühlkanaleinlass und Kühlkanalauslass im Vergleich zu einem geradlinigen Verlauf verlängert, wodurch sich die Aufenthaltsdauer des die Kühlvorrichtung durchströmenden Kühlfluids in den Kühlkanälen erhöht und somit der Wärmeübertrag von den Bauelementen auf das Kühlfluid maximiert wird.Preferably the cooling channels are straight or meandering through the cooling device. Through the meandering course the cooling channels is the distance between the cooling channel inlet and cooling duct outlet extended in comparison to a straight-line course, thereby increasing the length of stay of the cooling device flowing through cooling fluid increased in the cooling channels and thus the Heat transfer from the components to the cooling fluid is maximized.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Kühlkanal einen Kühlfluideinlass und einen Kühlfluidauslass auf, die jeweils getrennt voneinander ausgebildet sind. Dadurch, dass jeder Kühlkanal einen separaten Kühlfluideinlass und einen Kühlfluidauslass aufweist, kann jeder Kühlkanal auf einfache Weise mit einem Kühlfluidkreislauf verbunden und so mit Kühlfluid versorgt werden. Ferner ergibt sich dadurch die Möglichkeit, einen Teil der in der Kühlvorrichtung vorhandenen Kühlkanäle als redundante Kühlkanäle vorzusehen, die die Ausfallssicherheit der Kühlvorrichtung und somit der Bauelemente der Leistungselektronik erhöhen.To Another embodiment of the invention, each cooling channel a cooling fluid inlet and a cooling fluid outlet on, which are each formed separately from each other. Thereby, that every cooling channel a separate cooling fluid inlet and a cooling fluid outlet has, each cooling channel can on simple way with a cooling fluid circuit connected and so with cooling fluid be supplied. Furthermore, this gives the possibility a part of the in the cooling device existing cooling channels as redundant To provide cooling channels, the reliability of the cooling device and thus increase the components of the power electronics.

Vorzugsweise sind die Kühlfluideinlässe und die Kühlfluidauslässe an gegenüberliegenden Enden der Kühlvorrichtung angeordnet, wodurch die Kühlvorrichtung auf einfache Weise über mehrere Kühlfluidkreisläufe mit mehreren Kühlfluidquellen verbunden werden kann. Weiterhin bevorzugt können die Kühlfluideinlässe und die Kühlfluidauslässe am gleichen Ende der Kühlvorrichtung angeordnet sein. Damit erleichtert sich bei bestimmten räumlichen Gegebenheiten der Einbau der Kühlvorrichtung, da die Kühlvorrichtung lediglich von einer Seite für die Verbindung der Kühlfluideinlässe und der Kühlfluidauslässe mit den Kühlfluidquellen zugänglich sein muss.Preferably are the cooling fluid inlets and the Coolant fluid outlets on opposite Ends of the cooler arranged, whereby the cooling device in a simple way over several cooling fluid circuits with several sources of cooling fluid can be connected. Further preferably, the cooling fluid inlets and the cooling fluid outlets may be the same End of the cooler be arranged. This facilitates with certain spatial Conditions of installation of the cooling device, because the cooling device only from one side for the connection of the cooling fluid inlets and the Kühlfluidauslässe with the cooling fluid sources accessible have to be.

Vorzugsweise sind die Kühlkanäle vollständig im Inneren der Kühlvorrichtung enthalten. Dadurch ergibt sich ein zur Längsachse der Kühlvorrichtung nahezu symmetrisches homogenes Temperaturprofil. Ferner können insbesondere Flüssigkeiten zur Kühlung der Kühlvorrichtung verwendet werden.Preferably the cooling channels are completely in Interior of the cooler contain. This results in a to the longitudinal axis of the cooling device nearly symmetrical homogeneous temperature profile. Furthermore, in particular Liquids for cooling the cooling device be used.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kühlvorrichtung an ihrer Außenseite eine Vielzahl von Rippen auf, die zur Luftkühlung der Kühlvorrichtung vorgesehen sind. Die in Form der Vielzahl von Rippen vorgesehene Wärmesenke kann somit bei Ausfall der gesamten Fluidkühlung die Bauelemente der Leistungselektronik mittels der Rippen luftkühlen, was wiederum die Zuverlässigkeit und Ausfallssicherheit der Kühlvorrichtung erhöht.To a further preferred embodiment The invention relates to the cooling device on its outside a plurality of fins, which are provided for air cooling of the cooling device. The intended in the form of the plurality of ribs heat sink can thus in case of failure of the entire fluid cooling, the components of the power electronics cool by means of the ribs, which in turn means reliability and reliability of the cooling device elevated.

Vorzugsweise ist die Kühlvorrichtung als längliche Kühlplatte ausgebildet. Bauelemente einer Leistungselektronik können so auf einfache Weise mit einer Fläche der Kühlplatte wärmeübertragend gekoppelt werden.Preferably is the cooling device as elongated cooling plate educated. Components of power electronics can do so in a simple way with a surface the cooling plate coupled heat transfer become.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kühlsystem zur Kühlung von Bauelementen einer Leistungselektronik vorgesehen, die eine voranstehend beschriebene Kühlvorrichtung und mindestens zwei Kühlfluidquellen aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem können die Wärmesenken der Kühlvorrichtung getrennt voneinander von unterschiedlichen Kühlfluidquellen mit Kühlfluid beaufschlagt werden.To Another aspect of the present invention is a cooling system for cooling provided by components of a power electronics, the one above-described cooling device and at least two sources of cooling fluid having. In the cooling system according to the invention can the heat sinks the cooling device separated from each other by different cooling fluid sources with cooling fluid be charged.

Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann eine hinreichende Kühlung der Bauelemente der Leistungselektronik selbst bei Ausfall einer Wärmesenke sicherstellen, da mindestens eine Wärmesenke als redundante Wärmesenke ausgebildet ist. Im Falle der Kühlung elektronischer Flugsicherheitssysteme wird dadurch eine erhöhte Ausfallsicherheit erzielt.The Cooling system according to the invention can provide adequate cooling the components of the power electronics even if one fails heat sink Ensure there is at least one heat sink as a redundant heat sink is trained. In the case of cooling This makes electronic flight safety systems more resilient achieved.

Vorzugsweise sind die Wärmesenken der Kühlvorrichtung als benachbarte Kühlkanäle ausgebildet. In diesem Fall umfasst das Kühlsystem mindestens zwei Kühlfluidkreisläufe, die jeweils eine Kühlfluidquelle aufweisen, wobei die Kühlkanäle durch die Kühlfluidkreisläufe mit den Kühlfluidquellen fluidmäßig derart verbunden sind, dass mindestens zwei Kühlkanäle getrennt voneinander von unterschiedlichen Kühlfluidquellen mit unter Druck stehendem Kühlfluid beaufschlagt werden.Preferably are the heat sinks the cooling device designed as adjacent cooling channels. In this case, the cooling system includes at least two cooling fluid circuits, the each a cooling fluid source have, wherein the cooling channels through the cooling fluid circuits with the cooling fluid sources fluidly so are connected, that at least two cooling channels separated from each other different sources of cooling fluid with pressurized cooling fluid be charged.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Bauelementen einer Leistungselektronik, bei dem eine mindestens zwei fluidmäßig voneinander entkoppelte Wärmesenken aufweisende Kühlvorrichtung mit den Bauelementen der Leistungselektronik wärmeübertragend gekoppelt wird, und bei dem die Wärmesenken jeweils mit einem Kühlfluid von unterschiedlichen Kühlfluidquellen beaufschlagt werden.One Another aspect of the present invention relates to a method for cooling of components of a power electronics, in which an at least two fluidly from each other decoupled heat sinks having cooling device is coupled heat-transmitting with the components of the power electronics, and where the heat sinks each with a cooling fluid from different sources of cooling fluid be charged.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Kühlvorrichtung verwendet, die eine Vielzahl von fluidmäßig voneinander entkoppelte Kühlkanäle aufweist, wobei jeweils benachbarte Kühlkanäle der Kühlvorrichtung von unterschiedlichen Kühlfluidquellen mit unter Druck stehendem Kühlfuid beaufschlagt werden.According to a preferred embodiment, a cooling device is used in the inventive method, which has a plurality of fluidly decoupled from one another cooling channels, wherein each adjacent cooling channels of the cooling device of different Kühlfluidquel be acted upon with pressurized Kühlfuid.

Durch getrenntes Beaufschlagen benachbarter Kühlkanäle mit unter Druck stehendem Kühlfluid kann auch bei Ausfall eines Kühlfluidkreislaufes die Kühlvorrichtung eine ausreichende Kühlung der Bauelemente der Leistungselektronik sicherstellen. Dadurch eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Kühlung der an Bord eines Verkehrsflugzeuges installierten Leistungselektronik, da die Flugsicherheit auf diese Weise in erheblichem Maße verbessert wird.By separate admission of adjacent cooling channels with pressurized cooling fluid can also in case of failure of a cooling fluid circuit the cooler adequate cooling ensure the components of the power electronics. This makes it suitable the process of the invention especially for cooling the power electronics installed on board a commercial aircraft, because aviation safety is significantly improved in this way becomes.

Vorzugsweise sind die Strömungsrichtungen des Kühlfluids in benachbarten Kühlkanälen der Kühlvorrichtung zueinander entgegengesetzt.Preferably are the flow directions of the cooling fluid in adjacent cooling channels of the cooling device opposite to each other.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird beispielhaft anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:The Invention will be exemplified by preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings. They show:

1 eine herkömmliche Kühlvorrichtung zur Kühlung von Bauelementen einer Leistungselektronik; 1 a conventional cooling device for cooling components of power electronics;

2 eine Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 2 a cooling device according to a first embodiment of the invention;

3 eine Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 3 a cooling device according to a second embodiment of the invention;

4 eine Variante der in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen, bei der zusätzlich eine Luftkühlung vorgesehen ist. 4 a variant of in 2 and 3 shown embodiments in which an additional air cooling is provided.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed description of the preferred embodiments

In 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Kühlvorrichtung 30 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.In 2 is a schematic perspective view of a cooling device 30 illustrated according to a first embodiment of the invention.

Die Kühlvorrichtung 30 ist als längliche Kühlplatte ausgebildet. Sie weist eine Vielzahl fluidmäßig voneinander entkoppelter Kühlkanäle 32, 34, 36, 38, 39 auf, die von einem oder mehreren Kühlfluiden durchströmbar sind. Die Kühlkanäle 32, 34, 36, 38, 39 verlaufen bei der in 2 dargestellten Ausführungsform geradlinig durch die Kühlvorrichtung 30 und sind benachbart zueinander angeordnet. Ferner entspricht die Summe der Volumina der Kühlkanäle 32, 34, 36, 38, 39 nahezu dem Volumen der Kühlvorrichtung 30. Die Kühlkanäle 32, 34, 36, 38, 39 sind derart voneinander entkoppelt, dass keine Vermischung des Kühlfluids in einem Kühlkanal mit dem Kühlfluid in einem anderen Kühlkanal stattfindet. Um dies zu erreichen, sind die Kühlkanäle durch Zwischenwände (nicht gezeigt) voneinander getrennt. Es ist ebenso in Betracht gezogen worden, dass zwischen den Kühlkanälen 32, 34, 36, 38, 39 impermeable Membrane vorgesehen sind, durch die das Kühlfluid nicht hindurchtreten kann.The cooling device 30 is designed as an elongated cooling plate. It has a plurality of fluidly decoupled from each other cooling channels 32 . 34 . 36 . 38 . 39 on, which are traversed by one or more cooling fluids. The cooling channels 32 . 34 . 36 . 38 . 39 run at the in 2 illustrated embodiment in a straight line through the cooling device 30 and are arranged adjacent to each other. Furthermore, the sum of the volumes of the cooling channels corresponds 32 . 34 . 36 . 38 . 39 almost the volume of the cooling device 30 , The cooling channels 32 . 34 . 36 . 38 . 39 are decoupled from each other such that no mixing of the cooling fluid takes place in a cooling channel with the cooling fluid in another cooling channel. To achieve this, the cooling channels are separated by partitions (not shown). It has also been considered that between the cooling channels 32 . 34 . 36 . 38 . 39 impermeable membrane are provided through which the cooling fluid can not pass.

Jeder Kühlkanal 32, 34, 36, 38, 39 weist einen Kühlfluideinlass 32a, 34a, 36a, 38a, 39a und einen am gegenüberliegenden Ende der Kühlvorrichtung 30 angeordneten und getrennt davon ausgebildeten Kühlfluidauslass 32b, 34b, 36b, 38b, 39b auf. Somit kann jeder der in der Kühlvorrichtung 30 vorgesehenen Kühlkanäle 32, 34, 36, 38, 39 über die Kühlfluideinlässe 32a, 34a, 36a, 38a, 39a und die Kühlfluidauslässe 32b, 34b, 36b, 38b, 39b getrennt voneinander mit einem Kühlfuidkreislauf verbunden werden, der jeweils eine nicht gezeigte Kühlfluidquelle umfasst.Each cooling channel 32 . 34 . 36 . 38 . 39 has a cooling fluid inlet 32a . 34a . 36a . 38a . 39a and one at the opposite end of the cooling device 30 arranged and separately formed Kühlfluidauslass 32b . 34b . 36b . 38b . 39b on. Thus, each of the in the cooling device 30 provided cooling channels 32 . 34 . 36 . 38 . 39 over the cooling fluid inlets 32a . 34a . 36a . 38a . 39a and the cooling fluid outlets 32b . 34b . 36b . 38b . 39b be connected separately from each other with a Kühlfüuidkreislauf, each comprising a cooling fluid source, not shown.

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kühlkanäle 32, 36, 39 Teil eines Kühlfluidkreislaufes, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist, während die Kühlkanäle 34, 38 Teil eines zweiten Kühlfluidkreislaufes sind. Somit kann bei Ausfall eines Kühlfluidkreislaufes (beispielsweise desjenigen, der die Kühlkanäle 34, 38 umfasst) die Kühlvorrichtung 30 weiterhin eine hinreichende Kühlung der Bauelemente der Leistungselektronik bereitstellen.At the in 2 illustrated embodiment, the cooling channels 32 . 36 . 39 Part of a cooling fluid circuit, as indicated by the arrows, while the cooling channels 34 . 38 Part of a second cooling fluid circuit are. Thus, in case of failure of a cooling fluid circuit (for example, of the one who the cooling channels 34 . 38 includes) the cooling device 30 continue to provide adequate cooling of the components of the power electronics.

Die Bauelemente der Leistungselektronik werden mit der Oberseite der Kühlvorrichtung 30 wärmeübertragend gekoppelt. Beispielsweise kann der Wärmeübertrag von den Bauelementen auf die Kühlvorrichtung 30 mittels einer Paste verbessert werden, in der Metallpartikel enthalten sind, beispielsweise mittels einer Silberpaste.The components of the power electronics are connected to the top of the cooling device 30 coupled heat transfer. For example, the heat transfer from the components to the cooling device 30 be improved by means of a paste in which metal particles are contained, for example by means of a silver paste.

Die 3 stellt eine Kühlvorrichtung 40 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die in 3 dargestellte Kühlvorrichtung 40 ist ebenso als längliche Kühlplatte ausgebildet, die im Inneren der Kühlvorrichtung 40 zwei Kühlkanäle 46, 48 umfasst. Die Kühlkanäle 46, 48 durchlaufen die Kühlvorrichtung 40 mäanderförmig, wobei die Kühlkanäle 46, 48 zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen.The 3 represents a cooling device 40 according to a second embodiment of the present invention 3 shown cooling device 40 is also formed as an elongated cooling plate, which is inside the cooling device 40 two cooling channels 46 . 48 includes. The cooling channels 46 . 48 go through the cooling device 40 meandering, with the cooling channels 46 . 48 at least partially parallel to each other.

Die Kühlkanäle 46, 48 weisen Kühlfluideinlässe 46a, 48a sowie Kühlfluidauslässe 46b, 48b auf. Auch bei der in 3 dargestellten Ausführungsform kann jeder Kühlkanal 46, 48 mittels der Kühlfluideinlässe 46a, 48a und der Kühlfluidauslässe 46b, 48b jeweils mit einem separaten Kühlfluidkreislauf verbunden werden. Somit ist immer einer der Kühlkanäle 46, 48 als redundanter Kühlkanal ausgebildet, sodass bei Ausfall eines Kühlfluikreislaufes der verbleibende Kühlkreislauf eine hinreichende Kühlung der auf der Kühlvorrichtung 40 angebrachten Bauelemente gewährleistet.The cooling channels 46 . 48 have cooling fluid inlets 46a . 48a and cooling fluid outlets 46b . 48b on. Also at the in 3 illustrated embodiment, each cooling channel 46 . 48 by means of the cooling fluid inlets 46a . 48a and the cooling fluid outlets 46b . 48b each connected to a separate cooling fluid circuit. Thus, always one of the cooling channels 46 . 48 designed as a redundant cooling channel, so that in case of failure of a cooling fluid circuit of the remaining cooling circuit sufficient cooling of the on the cooling device 40 attached components guaranteed.

Die 4 stellt eine Variante zu den in 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung dar, bei der zusätzlich zur Fluidkühlung an der Außenseite der Kühlvorrichtung 30, 40 (an der Seite gegenüberliegend den Bauelementen der Leistungselektronik) eine Vielzahl Rippen 50 vorgesehen sind, mittels derer die Kühlvorrichtung 30, 40 zusätzlich luftgekühlt werden kann.The 4 represents a variant to the in 2 and 3 illustrated embodiments of the invention, in addition to the fluid cooling on the outside of the cooling device 30 . 40 (on the side opposite the components of the power electronics) a variety of ribs 50 are provided, by means of which the cooling device 30 . 40 can additionally be air-cooled.

Durch diese zusätzlich vorgesehene Luftkühlung wird auch bei Ausfall der gesamten Fluidkühlung die Kühlvorrichtung 30, 40 und somit die Bauelemente 10 der Leistungselektronik auf einer Betriebstemperatur gehalten, bei der eine Überhitzung der Bauelemente der Leistungselektronik vermieden wird. Dadurch wird die Ausfallssicherheit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zusätzlich erhöht.This additionally provided air cooling is the cooling device even in case of failure of the entire fluid cooling 30 . 40 and thus the components 10 the power electronics held at an operating temperature at which overheating of the components of the power electronics is avoided. As a result, the reliability of the cooling device according to the invention is additionally increased.

Bei sämtlichen der in der 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen sind die Abmessungen der Kühlkanäle derart gewählt, dass bei Auftreten einer Leckage in einem Kühlfluidkreislauf die übrigen Kühlkanäle der Kühlvorrichtung eine hinreichende Kühlung der Bauelemente der Leistungselektronik gewährleisten können.In all of the in the 2 to 4 illustrated embodiments, the dimensions of the cooling channels are chosen such that upon occurrence of leakage in a cooling fluid circuit, the remaining cooling channels of the cooling device can ensure adequate cooling of the components of the power electronics.

Sämtliche Kühlvorrichtungen sind vorzugsweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt, beispielsweise Kupfer, Messing, Aluminium.All coolers are preferably made of a material with high thermal conductivity, for example Copper, brass, aluminum.

Die zur Kühlung der Kühlvorrichtungen und somit zur Kühlung der Bauelemente der Leistungselektronik verwendeten Kühlfluide umfassen Flüssigkeiten und Gase sowie zweiphasige Kühlfluide. So kann beispielsweise als Kühlflüssigkeit niedrig temperiertes Wasser oder flüssiger Stickstoff verwendet werden. Möglich ist aber auch der Einsatz von Gasen, beispielsweise aus der Flüssigphase verdampftes Kältemittel (z.B. R134a). Werden derartige Gase durch die Kühlkanäle der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung geleitet, müssen die Verbindungsstellen an den Einlässen und Auslässen der Kühlvorrichtung entsprechend abgedichtet sein, um ein Austreten der Gase zu vermeiden.The for cooling the cooling devices and thus for cooling The components of the power electronics used cooling fluids include liquids and gases and two-phase cooling fluids. For example, as a coolant low-temperature water or liquid nitrogen can be used. Possible but is also the use of gases, for example from the liquid phase vaporized refrigerant (e.g., R134a). If such gases through the cooling channels of the cooling device according to the invention headed, must the joints at the inlets and outlets of the Cooling device accordingly be sealed to prevent leakage of gases.

Claims (17)

Kühlvorrichtung (30) zur Kühlung von Bauelementen (10) einer Leistungselektronik, die mit den Bauelementen der Leistungselektronik wärmeübertragend koppelbar ist, gekennzeichnet durch mindestens zwei fluidmäßig voneinander entkoppelte Wärmesenken (32, 34, 36, 38, 39, 50).Cooling device ( 30 ) for cooling components ( 10 ) of power electronics, which can be coupled in a heat-transferring manner with the components of the power electronics, characterized by at least two heat sinks which are fluidly decoupled from each other (US Pat. 32 . 34 . 36 . 38 . 39 . 50 ). Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der mindestens zwei Wärmesenken (32, 34, 36, 38, 39, 50) als redundante Wärmesenke ausgebildet ist.Cooling device according to claim 1, characterized in that at least one of the at least two heat sinks ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 . 50 ) is designed as a redundant heat sink. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenken als eine Vielzahl von zueinander benachbarter Kühlkanäle (32, 34, 36, 38, 39) ausgebildet sind.Cooling device according to claim 1 or 2, characterized in that the heat sinks as a plurality of mutually adjacent cooling channels ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 ) are formed. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (32, 34, 36, 38, 39) zumindest abschnittsweise parallel zueinander in der Kühlvorrichtung (30) verlaufen.Cooling device according to claim 3, characterized in that the cooling channels ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 ) at least in sections parallel to each other in the cooling device ( 30 ). Kühlvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (32, 34, 36, 38, 39) geradlinig durch die Kühlvorrichtung verlaufen.Cooling device according to claim 3 or 4, characterized in that the cooling channels ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 ) run straight through the cooling device. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (46, 48) mäanderförmig durch die Kühlvorrichtung verlaufen.Cooling device according to claim 3 or 4, characterized in that the cooling channels ( 46 . 48 ) meandering through the cooling device. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kühlkanal einen Kühlfluideinlass (32a, 34a, 36a, 38a, 39a) und einen Kühlfluidauslass (32b, 34b, 36b, 38b, 39b) aufweist, die jeweils getrennt voneinander ausgebildet sind.Cooling device according to one of claims 3 to 6, characterized in that each cooling channel a cooling fluid inlet ( 32a . 34a . 36a . 38a . 39a ) and a cooling fluid outlet ( 32b . 34b . 36b . 38b . 39b ), which are each formed separately from each other. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluideinlässe (32a, 34a, 36a, 38a, 39a) und die Kühlfluidauslässe (32b, 34b, 36b, 38b, 39b) an gegenüberliegenden Enden der Kühlvorrichtung angeordnet sind.Cooling device according to claim 7, characterized in that the cooling fluid inlets ( 32a . 34a . 36a . 38a . 39a ) and the cooling fluid outlets ( 32b . 34b . 36b . 38b . 39b ) are arranged at opposite ends of the cooling device. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfluideinlässe (32a, 34a, 36a, 38a, 39a) und die Kühlfluidauslässe (32b, 34b, 36b, 38b, 39b) am gleichen Ende der Kühlvorrichtung angeordnet sind.Cooling device according to claim 7, characterized in that the cooling fluid inlets ( 32a . 34a . 36a . 38a . 39a ) and the cooling fluid outlets ( 32b . 34b . 36b . 38b . 39b ) are arranged at the same end of the cooling device. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (32, 34, 36, 38, 39) vollständig im Innern der Kühlvorrichtung enthalten sind.Cooling device according to one of claims 3 to 9, characterized in that the cooling channels ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 ) are completely contained inside the cooling device. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung an ihrer Außenseite eine Vielzahl von Rippen (50) aufweist, die zur Luftkühlung der Kühlvorrichtung vorgesehen sind.Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device has on its outside a plurality of ribs ( 50 ), which are provided for air cooling of the cooling device. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung als längliche Kühlplatte ausgebildet ist.cooler according to one of the preceding claims, characterized that the cooling device as elongated cooling plate is trained. Kühlsystem zur Kühlung von Bauelementen (10) einer Leistungselektronik, umfassend eine Kühlvorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens zwei Kühlfluidquellen, wobei die Wärmesenken (32, 34, 36, 38, 39, 50) der Kühlvorrichtung (30) getrennt voneinander von unterschiedlichen Kühlfluidquellen mit Kühlfluid beaufschlagbar sind.Cooling system for cooling components ( 10 ) of power electronics, comprising a cooling device ( 30 ) according to one of the preceding claims and at least two sources of cooling fluid, where at the heat sinks ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 . 50 ) of the cooling device ( 30 ) can be acted upon separately from each other by different cooling fluid sources with cooling fluid. Kühlsystem nach Anspruch 13, wobei die Wärmesenken der Kühlvorrichtung (30) als benachbarte Kühlkanäle (32, 34, 36, 38, 39) ausgebildet sind und das Kühlsystem mindestens zwei Kühlkreisläufe umfasst, die jeweils eine Kühlfluidquelle aufweisen, wobei die Kühlkanäle durch die Kühlfluidkreisläufe mit den Kühlfluidquellen fluidmäßig derart verbunden sind, dass mindestens zwei Kühlkanäle (32, 34, 36, 38, 39) der Kühlvorrichtung (30) getrennt voneinander von unterschiedlichen Kühlfluidquellen mit unter Druck stehendem Kühlfluid beaufschlagbar sind.Cooling system according to claim 13, wherein the heat sinks of the cooling device ( 30 ) as adjacent cooling channels ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 ) are formed and the cooling system comprises at least two cooling circuits, each having a cooling fluid source, wherein the cooling channels are fluidly connected by the cooling fluid circuits with the cooling fluid sources such that at least two cooling channels ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 ) of the cooling device ( 30 ) are acted upon separately from each other by different cooling fluid sources with pressurized cooling fluid. Verfahren zum Kühlen von Bauelementen (10) einer Leistungselektronik, bei dem eine mindestens zwei fluidmäßig voneinander entkoppelte Wärmesenken (32, 34, 36, 38, 39, 50) aufweisende Kühlvorrichtung (30) mit den Bauelementen der Leistungselektronik wärmeübertragend gekoppelt wird, und die mindestens zwei Wärmesenken jeweils mit einem Kühlfluid von unterschiedlichen Kühlfluidquellen beaufschlagt werden.Method for cooling components ( 10 ) a power electronics, in which a at least two fluidly decoupled from each other heat sinks ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 . 50 ) having cooling device ( 30 ) is coupled heat-transmitting with the components of the power electronics, and the at least two heat sinks are each acted upon by a cooling fluid from different sources of cooling fluid. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem eine Kühlvorrichtung (30) verwendet wird, die eine Vielzahl fluidmäßig voneinander entkoppelte Kühlkanäle (32, 34, 36, 38, 39) aufweist, wobei jeweils benachbarte Kühlkanäle (32, 34, 36, 38, 39) der Kühlvorrichtung von unterschiedlichen Kühlfluidquellen mit unter Druck stehendem Kühlfluid beaufschlagt werden.Method according to claim 15, in which a cooling device ( 30 ) is used, a plurality of fluidly decoupled from each other cooling channels ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 ), wherein in each case adjacent cooling channels ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 ) of the cooling device are acted upon by different cooling fluid sources with pressurized cooling fluid. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Strömungsrichtungen des Kühlfluids in benachbarten Kühlkanälen (32, 34, 36, 38, 39) der Kühlvorrichtung (30) zueinander entgegengesetzt sind.The method of claim 16, wherein the flow directions of the cooling fluid in adjacent cooling channels ( 32 . 34 . 36 . 38 . 39 ) of the cooling device ( 30 ) are opposite to each other.
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