DE102007044537A1

DE102007044537A1 - Kühlkörper

Info

Publication number: DE102007044537A1
Application number: DE200710044537
Authority: DE
Inventors: Cornelia Welker; Torsten Dr. Franke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-03-19

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Kühlkörper (KK) mit einer Vielzahl von länglichen Kühlfinnen (F) zur Umströmung durch ein Kühlmedium, bei dem die Längsrichtung der Kühlfinnen (F) im Wesentlichen senkdiums durch den Kühlkörper (KK) steht, bei dem die Kühlfinnen (F) in mehreren in Haupt-Strömungsrichtung (HSR) hintereinander stehenden Reihen (R1, R2) angeordnet sind, bei dem die Kühlfinnen (F) derart relativ zueinander angeordnet sind und der Querschnitt der Kühlfinnen senkrecht zur Längsrichtung derart ausgeführt ist, dass der Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers (KK) entlang der Haupt-Strömungsrichtung (HSR) des Kühlmediums im Wesentlichen konstant ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper.
Zur Kühlung von elektronischen Bauelementen sind bereits Kühlkörper mit Kühlfinnen, über welche die durch die elektronischen Bauelemente erzeugte Wärme abgeführt wird, bekannt.
Aufgrund der zunehmenden Integration elektronischer Bauelemente nimmt deren flächenbezogene Wärmeerzeugung ständig zu. Auf der anderen Seite steht insbesondere in Fahrzeugen oder anderen mobilen Einrichtungen immer weniger Raum für Kühlkörper zur Verfügung.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, einen Kühlkörper anzugeben, durch den Wärme effizient an ein Kühlmedium übertragbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper umfasst eine Vielzahl von länglichen Kühlfinnen (Kühlstegen, Kühllamellen) zur aktiven, beispielsweise durch eine Kühlmedium-Pumpe bewirkten, oder passiven Umströmung durch ein Kühlmedium.
Die Längsrichtung oder Längsachse der Kühlfinnen steht im Wesentlichen senkrecht zur Haupt-Strömungsrichtung des Kühlmediums durch den Kühlkörper.
Die Kühlfinnen sind in mehreren in Haupt-Strömungsrichtung hintereinander stehenden Reihen angeordnet. Insbesondere sind die Kühlfinnen in mehreren zueinander parallelen Reihen, die senkrecht zur Haupt-Strömungsrichtung stehen, angeordnet.
Die Kühlfinnen sind derart relativ zueinander angeordnet, und der Querschnitt der Kühlfinnen senkrecht zur Längsrichtung der Kühlfinnen ist derart ausgeführt, dass der Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers entlang der Haupt-Strömungsrichtung des Kühlmediums zumindest in einer Ebene oder einer Schicht zumindest über weite Teile des Kühlköpers im Wesentlichen konstant ist.
Der Kühlkörper kann dabei auch ein Abschnitt eines größeren und/oder zusammengesetzten Kühlkörpers sein.
Durch die Anordnung der Kühlfinnen in mehreren Reihen wird erreicht, dass die Kühlfinnen parallel zur Haupt-Strömungsrichtung relativ kurz ausgeführt sein können. Dadurch wird die Anströmlänge pro Kühlfinne kurz gehalten. Aufgrund der Abnahme des Wärmeübertrages mit zunehmender Anströmlänge werden Kühlfinnen mit kurzer Anströmlänge bevorzugt.
Die Erfindung basiert nun auf der Erkenntnis, dass durch eine turbulenzarme Kühlmedium-Strömung vorbei an Kühlfinnen mit kurzer Anströmlänge ein besonders wirksamer Wärmeübertrag auf das Kühlmedium bewirkt wird. Denn dadurch wird insbesondere bei höherviskosen Kühlmedien eine Ablösung der Strömung auf der Kühlfinnenrückseite vermindert.
Dadurch dass der Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers entlang der Haupt-Strömungsrichtung des Kühlmediums im Wesentlichen konstant ist, wird er reicht oder zumindest die Vorraussetzung dafür geschaffen, dass das Kühlmedium den Kühlkörper turbulenzarm durchströmt.
Vorzugsweise sind die benachbarten Kühlfinnen-Reihen versetzt zueinander angeordnet, um den Wärmeübertag auf das Kühlmedium zu verbessern.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der der kleinste Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlfinnen, die nicht in der selben Reihe angeordnet sind, im Wesentlichen halb so groß ist wie der kleinste Abstand zwischen benachbarten Kühlfinnen, die in der selben Reihe angeordnet sind. Dadurch kann bei geeignetem Querschnitt der Kühlfinnen erreicht werden, dass der Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers entlang der Haupt-Strömungsrichtung des Kühlmediums im Wesentlichen konstant ist.
Alternativ oder ergänzend dazu ist der größte Abstand (Abstandsrichtung senkrecht zur Oberfläche der jeweiligen Kühlfinne) zwischen zwei benachbarten Kühlfinnen, die nicht in der selben Reihe angeordnet sind, im Wesentlichen halb so groß ist wie der größte Abstand zwischen benachbarten Kühlfinnen, die in der selben Reihe angeordnet sind. Auch dadurch kann bei geeignetem Querschnitt der Kühlfinnen erreicht werden, dass der Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers entlang der Haupt-Strömungsrichtung des Kühlmediums im Wesentlichen konstant ist.
Vorzugsweise ist der Querschnitt der Kühlfinnen parallel zur Haupt-Strömungsrichtung durch eine Länge bestimmt und quer zur Haupt-Strömungsrichtung durch eine Breite bestimmt, wobei die Länge größer ist als die Breite. Dadurch kann der Wärmeübertrag auf das Kühlmedium weiter verbessert werden.
Als besonders bevorzugt und geeignet für die Realisierung eines im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitts des Kühlkörpers entlang der Haupt-Strömungsrichtung und/oder einer turbulenzarmen Kühlmittelströmung erwiesen sich Kühlfinnen, die senkrecht zur Längsrichtung der Kühlfinnen einen sechseckigen Querschnitt aufweisen.
Alternativ dazu erwiesen sich auch Kühlfinnen, die senkrecht zur Längsrichtung der Kühlfinnen einen zwiebelförmigen Querschnitt aufweisen (wobei die spitzeren Enden der Zwiebelform jeweils in oder entgegen die Haupt-Strömungsrichtung zeigen) als besonders geeignet für die Realisierung eines im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitts des Kühlkörpers entlang der Haupt-Strömungsrichtung und/oder einer turbulenzarmen Kühlmittelströmung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher erläutert:
1 zeigt eine erste schematische Querschnittdarstellung einer Vielzahl von Kühlfinnen;
2 zeigt eine zweite schematische Querschnittdarstellung einer Vielzahl von Kühlfinnen.
In 1 ist ein Ausschnitt eines Kühlkörpers KK dargestellt. Der Kühlkörper KK umfasst eine Vielzahl von Kühlfinnen F (hier im Querschnitt dargestellt) beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder Eisenblech.
Die Hohlräume zwischen den Finnen bilden Kühlkanäle K, durch welche das Kühlmedium, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, strömt. In diesem Beispiel strömt das Kühlmedium im Wesentlichen in einer Haupt-Strömungsrichtung HSR durch den Kühlkörper KK. Die Längsachse der Kühlfinnen F steht dabei in etwa senkrecht zur Haupt-Strömungsrichtung HSR. Die Strömungsrichtung SR des Kühlmediums durch die Kühlkanäle K kann dabei von der Haupt-Strömungsrichtung HSR abweichen und wird im Wesentlichen bestimmt durch die Ausrichtung der entsprechenden das Kühlmedium führenden Kühlkanäle K.
Der Querschnitt der Kühlfinnen F senkrecht zur Längsachse der Kühlfinnen und parallel zur Haupt-Strömungsrichtung HSR ist in der Form eines Sechseckes ausgeführt, wobei die Längsausdehnung des Sechseckes in Richtung der Haupt-Strömungsrichtung HSR größer ist als die Querausdehnung des Sechseckes quer zur Haupt-Strömungsrichtung HSR.
Die Kühlfinnen F sind hintereinander in zueinander parallelen Reihen R1, R2 (symbolisiert durch jeweils einen gestrichelten Rahmen) angeordnet, die zueinander versetzt sind. Zudem sind die Reihen R1, R2 derart ineinander verschoben, dass der Abstand D zwischen zwei benachbarten Kühlfinnen F benachbarter Reihen R1, R2 halb so groß ist wie der Abstand 2D zwischen zwei benachbarten Kühlfinnen F einer Reihe R2. Der Abstandsvektor steht dabei senkrecht zu den Oberflächen der benachbarten Kühlfinnen. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, wenn der kleinste bzw. größte Abstand D zwischen zwei benachbarten Kühlfinnen F benachbarter Reihen R1, R2 zwischen 40 und 60%, zwischen 45 und 55% oder zwischen 48 und 52% des kleinsten bzw. größten Abstandes 2D zwischen zwei benachbarten Kühlfinnen F einer Reihe R2 beträgt.
Durch diese Ausführung und Anordnung der Kühlfinnen F ist gewährleistet, dass der Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers entlang der Haupt-Strömungsrichtung HSR des Kühlmediums zumindest in der betrachteten Ebene oder Schicht zumindest über den betrachteten Teil des Kühlköpers im Wesentlichen konstant ist, insbesondere, dass der Strömungsquerschnitt entlang der Haupt-Strömungsrichtung HSR um weniger als 20%, weniger als 10%, weniger als 5% oder weniger als 3% um einen Mittelwert schwankt.
Der Strömungsquerschnitt ist die Summe der Querschnittsflächen der Kühlkanäle in einer Ebene oder Schicht senkrecht zur Haupt-Strömungsrichtung HSR. Dabei sind die Querschnittsflächen der Kühlkanäle jeweils senkrecht zu den Oberflächen der die Kühlkanäle begrenzenden Kühlfinnen F ausgerichtet. Es sind in der 1 drei Strömungsquerschnitte SQ1, SQ2, SQ3 durch jeweils eine Gruppe gestrichelter Linien (Querschnittsflächen) dargestellt.
Der in 2 dargestellte Teil eines Kühlkörpers KK entspricht dem Kühlkörper KK gemäß 1. Der Unterschied liegt in der Form des Querschnitts der Kühlfinnen F. In diesem Beispiel ist keine sechseckige Form, sondern eine Zwiebelform gewählt, wobei die spitzeren Enden der Zwiebelform entgegen bzw. in Haupt-Strömungsrichtung HSR ausgerichtet sind, wohingegen die runderen Enden der Zwiebelform quer zur Haupt-Strömungsrichtung HSR ausgerichtet sind. Auch durch diese Ausführung und Anordnung der Kühlfinnen F ist gewährleistet, dass der Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers entlang der Haupt-Strömungsrichtung HSR des Kühlmediums zumindest in der betrachteten Ebene oder Schicht zumindest über den betrachteten Teil des Kühlköpers im Wesentlichen konstant ist, insbesondere, dass der Strömungsquerschnitt entlang der Haupt-Strömungsrichtung HSR um weniger als 20%, weniger als 10%, weniger als 5% oder weniger als 3% um einen Mittelwert schwankt.
Eine bevorzugte Weitebildung der Erfindung sieht vor, dass ein Kühlkörper zumindest zwei in Haupt-Strömungsrichtung nacheinander angeordnete Kühlkörper gemäß 1 oder 2 umfasst. Dabei ist der zweite Kühlkörper gegenüber dem ersten Kühlköper um die Achse der Haupt-Strömungsrichtung um 90 Grad gedreht. Dadurch wird eine weiter verbesserte Wärmeübertragung von dem Kühlkörper auf das Kühlmedium erreicht.

Claims

Kühlkörper (KK) – mit einer Vielzahl von länglichen Kühlfinnen (F) zur Umströmung durch ein Kühlmedium, – bei dem die Längsrichtung der Kühlfinnen (F) im Wesentlichen senkrecht zur Haupt-Strömungsrichtung (HSR) des Kühlmediums durch den Kühlkörper (KK) steht, – bei dem die Kühlfinnen (F) in mehreren in Haupt-Strömungsrichtung (HSR) hintereinander stehenden Reihen (R1, R2) angeordnet sind, und – bei dem die Kühlfinnen (F) derart relativ zueinander angeordnet sind und der Querschnitt der Kühlfinnen senkrecht zur Längsrichtung derart ausgeführt ist, dass der Strömungsquerschnitt des Kühlkörpers (KK) entlang der Haupt-Strömungsrichtung (HSR) des Kühlmediums im Wesentlichen konstant ist.
Kühlkörper nach Anspruch 1, bei dem benachbarte Reihen (R1, R2) versetzt zueinander angeordnet sind.
Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem der kleinste Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlfinnen (F), die nicht in der selben Reihe (R1, R2) angeordnet sind, im Wesentlichen halb so groß ist wie der kleinste Abstand zwischen benachbarten Kühlfinnen (F), die in der selben Reihe angeordnet sind.
Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem der größte Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlfinnen (F), die nicht in der selben Reihe (R1, R2) angeordnet sind, im Wesentlichen halb so groß ist wie der größte Abstand zwischen benachbarten Kühlfinnen (F), die in der selben Reihe angeordnet sind.
Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Querschnitt der Kühlfinnen (F) senkrecht zur Längsrichtung parallel zur Haupt-Strömungsrichtung durch eine Länge bestimmt ist und quer zur Haupt-Strömungsrichtung durch eine Breite bestimmt ist, und bei dem die Länge größer ist als die Breite.
Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kühlfinnen (F) senkrecht zur Längsrichtung einen sechseckigen Querschnitt aufweisen.
Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kühlfinnen (F) senkrecht zur Längsrichtung einen zwiebelförmigen Querschnitt aufweisen.