DE102007059600A1 - Kühlkörper - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper mit einer mehrere nebeneinander verlaufende Kühlmittelkanälen aufweisenden Kühlplatte, mit zwei Anschlussmitteln für einen Kühlmittelzu- und -ablauf, die jeweils diese Kühlmittelkanäle der Kühlplatte strömungsmäßig parallel schalten, und wobei flüssigkeitsführende Mittel des Kühlkörpers aus Aluminium sind. Erfindungsgemäß sind die Oberflächen der flüssigkeitsführenden Mittel des Kühlkörpers jeweils mit einer Nano-Beschichtung versehen. Somit erhält man einen Kühlkörper der in einem offenen Kühlsystem verwendet und kostengünstig hergestellt werden kann.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Ein derartiger gattungsgemäßer Kühlkörper ist aus der DE 103 38 469 A1 bekannt. Bei diesem gattungsgemäßen Kühlkörper sind die beiden Anschlussmittel jeweils lösbar mit der Kühlplatte verbunden. Damit diese lösbaren Verbindungen flüssigkeitsdicht sind, ist jeweils zwischen einem Anschlussmittel und einer Stirnseite der Kühlplatte eine Dichtung angeordnet. Jedes Anschlussmittel weist einen Kühlmittelzu- bzw. -ablauf auf. Die Kühlplatte und die Anschlussmittel sind jeweils ein Strangpressprofil. Wird dieser Kühlkörper direkt an einem kundenspezifischen Flüssigkeits-Kühlsystem angeschlossen, so handelt es sich um einen Kühlkörper für ein offenes Kühlsystem.
• Einen weiteren Kühlkörper, der eine flächenmäßige Kühlplatte aufweist, ist aus der DE 102 03 239 A1 bzw. der DE 102 03 238 A1 bekannt.
• Der Kühlkörper gemäß der DE 102 03 239 A1 weist eine Kühlplatte auf, die mehrere nebeneinander verlaufende Kühlmittelkanäle aufweist. Diese Kühlmittelkanäle sind abwechselnd in zwei benachbarten Ebenen der Kühlplatte angeordnet. Alle Kühlmittelkanäle einer Ebene der Kühlplatte sind mittels eines Querkanals (Ausnehmung) strömungsmäßig miteinander verbunden. Diese beiden Querkanäle bilden jeweils einen Kühlmittelverteiler oder einen Kühlmittelsammler und sind jeweils mittels eines Anschlussmittels abgedeckt. Außerdem weist dieser Kühlkörper eine Einrichtung auf, mit der alle Kühlmittelkanäle einer ersten Ebene mit den Kühlmittelkanälen einer zweiten Ebene strömungsmäßig miteinander verbunden sind.
• Der Kühlkörper gemäß der DE 102 03 238 A1 weist ein Kühlstrangprofil und zwei U-Strangprofile auf, wobei das Kühlstrangprofil stirnseitig jeweils eine Ausnehmung und mehrere nebeneinander verlaufende Kühlmittelkanäle aufweist, die stirnseitig mit den Ausnehmungen verbunden sind. Jede Ausnehmung bildet zusammen mit einem U-Strangprofil einen Strömungsraum, wobei diese U-Strangprofile mit dem Kühlstrangprofil nicht lösbar verbunden sind. Diese U-Strangprofile weisen jeweils ein Anschlussmittel auf, mit dem ein Kühlmittel zu- bzw. abgeführt werden kann.
• In einem offenen System fließt ein Kühlmittel, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Dieses führt in Verbindung mit freien Ionen und vagabundierenden Strömen zu Zersetzungsprozessen in einer Aluminium-Kühlplatte (Elektrolyse, Redox-Reaktion). Daraus resultiert eine Verschlammung der Aluminium-Kühlplatte (Al₂O₃-Bildung).
• Um das Problem der Elektrolyse des Aluminiums oder der Redox-Reaktion zu vermeiden, werden die Kühlplatten nicht für offene Systeme verwendet. Wenn doch, dann muss das Kühlmittel des offenen Kühlsystems auf deren Qualität kontrolliert werden. Außerdem muss damit gerechnet werden, dass Dichtungen dieses Kühlsystems regelmäßig kontrolliert werden müssen. Unter Umständen müssen die in offenen Kühlsystemen verwendeten Kühlplatten von entstandenem Schlamm befreit werden.
• Bei einem im Handel erhältlichen Stromrichtergerät (Frequenzumrichter, VLT AutomationDrive FC 300 von der Fa. Danfoss) wird dieses Stromrichtergerät auf eine flüssig gekühlte Teilmontageplatte montiert, die auf der Rückseite eingepresste Kupfer- oder Edelstahlrohre aufweist. Dadurch kann die Teilmontageplatte mit dem Stromrichtergerät in ein Rückkühlsystem bzw. in eine vorhandene Wasserinfrastruktur integriert werden. Die Fertigung einer derartigen flüssig gekühlten Teilmontageplatte ist technisch aufwendig und dadurch kostspielig.
• Anstelle der Einpressung von Edelstahlrohren in einer Aluminiumplatte kann für die Kühlplatte auch Gussaluminium verwendet werden. Dies hat jedoch einen wärmetechnischen Nachteil. Der Wärmeübergang von Aluminium zum Edelstahl ist von der Lunkerdichte abhängig. Diese ist bei Gussaluminium nicht zu vernachlässigen. Ein weiteres Problem ist der deutliche Unterschied im Ausdehungskoeffizienten, die beim Temperaturgradienten zur Änderung von Wärmewiderständen führen kann. Bei einem solchen System ist häufig eine Reihenschaltung der Wärmequellen vorgesehen. D. h., die Edelstahlrohre sind flüssigkeitsmäßig in Reihe geschaltet. Dazu werden sogenannte Klemm-Schneid-Dichtungen und bügelförmige Edelstahlrohre verwendet.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Kühlkörper derart weiterzubilden, dass dieser in einen offenen Kühlsystem verwendet werden kann, ohne dass die genannten Nachteile auftreten.
• Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen erfindungsgemäß gelöst.
• Dadurch, dass alle Oberflächen der flüssigkeitsführenden Mittel des Kühlkörpers jeweils mit einer Nano-Beschichtung versehen sind, werden die Oberflächen dieser flüssigkeitsführenden Mitteln derart versiegelt, dass diese eine chemische Widerstandsfähigkeit bekommen, die höher ist als die eines V4A-Stahls. Somit kann dieser erfindungsgemäße Kühlkörper in einem offenen Kühlsystem eingesetzt werden, ohne dass eine Elektrolyse und/oder Redox-Reaktion eintritt.
• Je nach Art der Nano-Partikel und dem Beschichtungsprozess kann die Oberfläche einer Nano-Beschichtung hydrophil oder hydrophob ausgebildet werden. Eine hydrophile Oberfläche ist wasserliebend, d. h., dass sich in Betrieb des Kühlkörpers jeweils ein Wasserschleier über die Oberflächen der nano-beschichteten flüssigkeitsführenden Mitteln des Kühlkörpers bildet. Eine hydrophob ausgebildete Oberfläche einer Nano-Beschichtung ist wassermeidend. Für die Versiegelung aller flüssigkeitsführenden Mittel eines Kühlkörpers eignet sich besonders eine Nano-Beschichtung, die hydrophil ausgebildet ist, da dadurch gewährleistet wird, dass die gesamte Oberfläche aller flüssigkeitsführender Mittel des Kühlkörpers am Wärmeübergang beteiligt sind. Dagegen haben hydrophobe Nano-Beschichtungen den Vorteil, dass ein gewisser Selbstreinigungseffekt genutzt werden kann. Bei einer hydrophoben Versiegelung können nur geringe bis gar keine Ablagerungen in Totwasser-Bereichen (Strömungs-Schatten, Strömungs-Wirbel) ansammeln.
• Unabhängig von der Ausgestaltung einer Nano-Beschichtung haben eine hydrophole und eine hydrophobe Oberflächen-Versiegelung den Vorteil, dass Spaltkorrision verhindert wird.
• Technisch kann eine Nano-Versiegelung aller flüssigkeitsführender Mittel eines Kühlkörpers mittels eines Tauchverfahrens hergestellt werden. Dabei wird der gefertigte Kühlkörper als Ganzes in ein Tauchbad mit einem Beschichtungsmaterial, beispielsweise Nano-Lack, getaucht. Dabei füllen sich alle flüssigkeitsführenden Mittel dieses Kühlkörpers. Danach wird dieser Kühlkörper aus dem Tauchbad genommen und so über dieses Tauchbad gehalten, dass das Beschichtungsmaterial vollständig aus dem Kühlkörper abfließen kann.
• Neben diesen Tauchverfahren kann das Beschichtungsmaterial, beispielsweise Nano-Lack, auch mittels eines Spritzverfahrens mit Mikrodüsen und anschließenden Einbrennen erfolgen.
• Während des Auftragens einer Nano-Beschichtung, beispielsweise bei einer Temperatur von annähernd 300°C, verbinden sich einige Nano-Teilchen jeweils eines Nano-Clusters (Gruppe von Nano-Teilchen) fest mit der zu versiegelnden Oberfläche (Elektronen-Austausch). Das Beschichtungsmaterial richtet sich selbst aus. Die bindenden Komponenten des Beschichtungsmaterials wandern zur zu beschichtenden Oberfläche, wogegen sich die Antihaftkomponenten sich zur Umgebung ausrichten. Am Ende dieser Orientierungsphase haben sich die verschiedenen Komponenten gleichmäßig übereinander auf einer zu beschichteten Oberfläche angeordnet. Diese Komponentenschichten bilden gemeinsam eine glasartige Schicht aus, die aufgrund der Bindungsart fest mit der Oberfläche verbunden ist. Aufgrund dieser Tatsache ist diese Oberfläche versiegelt.
• Durch diese Nano-Versiegelung kommt ein Kühlmittel nicht mehr mit dem Material des Kühlkörpers in Verbindung. Dadurch werden Redox-Raktionen des Aluminiums des Kühlkörpers mit dem flüssigen Kühlmittel ausgeschlossen. Die Nano-Beschichtung verträgt eine Kontaminierung mit Flüssigkeiten mit einem P_H-Wert von 12 bis 12,5. Damit ist der Einsatz von Flusswasser möglich. D. h., ein derartiger Kühlkörper nach der Erfindung kann an einem offenen Kühlsystem eingesetzt werden, ohne dass die genannten Nachteile auftreten. Ein weiterer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Nano-Beschichtung besteht darin, dass wegen der geringen Schichtdicke der Nano-Versiegelung die thermischen Eigenschaften der Aluminium-Kühlplatte des Kühlkörpers nicht beeinträchtigt wird. Außerdem ist die Versiegelung aller flüssigkeitsführender Mittel eines Kühlkörpers deutlich geringer als die Verwendung von Edelstahlrohren, die in einer Aluminium-Kühlplatte eingepresst sind.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 10338469 A1 [0002]
• - DE 10203239 A1 [0003, 0004]
• - DE 10203238 A1 [0003, 0005]

Claims (4)

1. Kühlkörper mit einer mehrere nebeneinander verlaufende Kühlmittelkanälen aufweisenden Kühlplatte, mit zwei Anschlussmitteln für einen Kühlmittelzu- und -ablauf, die jeweils diese Kühlmittelkanäle der Kühlplatte strömungsmäßig parallel schalten, und wobei flüssigkeitsführende Mittel des Kühlkörpers aus Aluminium sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen dieser flüssigkeitsführenden Mittel des Kühlkörpers jeweils mit einer Nano-Beschichtung versehen sind.
2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Nano-Beschichtung hydrophil ausgebildet ist.
3. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Nano-Beschichtung hydrophob ausgebildet ist.
4. Kühlkörper nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial ein Nano-Lack vorgesehen ist.