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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung, die einen wärmeerzeugenden Abschnitt, der mit einer Basis verbunden ist, unter Verwendung eines flüssigen Kühlmittels kühlt, das durch die Basis strömt.
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Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung
JP 2006-287108 A offenbart eine gestapelte Kühlvorrichtung, die in dieser gestapelte Kühlmittelkanäle aufweist zum Kühlen eines wärmeerzeugenden Abschnitts, wie beispielsweise eines elektronischen Teils. In der in dieser vorstehend erwähnten Veröffentlichung offenbarten gestapelten Kühlvorrichtung ist der zu kühlende Abschnitt zwischen jeweils zwei benachbarten Kühlmittelkanälen angeordnet.
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Um die Kühleffizienz (Wirkungsgrad) in einer derartigen gestapelten Kühlvorrichtung zu verbessern, strömt das flüssige Kühlmittel in den Kühlmittelkanälen so, dass es sich in abwechselnde Richtungen wendet. Um diese Kühleffizienz zu verwirklichen, kann ein Kommunikationskanal in der Kühlvorrichtung ausgebildet sein zum Vorsehen einer Kommunikation zwischen beliebigen zwei benachbarten Kühlmittelkanälen. In einer Kühlvorrichtung, die einen derartigen Kommunikationskanal aufweist, steht jedoch zu befürchten, dass die Kühlleistung der gestapelten Kühlvorrichtung abnehmen kann aufgrund einer erhöhten Menge an flüssigem Kühlmittel, die durch den Kommunikationskanal in den zweiten Kanal strömt, ohne das stromabwärtige Ende des ersten Kanals zu erreichen.
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Die
JP 2009-176 871 A offenbart eine Kühlvorrichtung mit einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal. In den ersten Kanal strömt flüssiges Kühlmittel hinein und aus dem zweiten Kanal strömt es heraus. Zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal ist eine Trennwand vorgesehen. Am stromabwärtigen Ende des ersten Kanals besitzt die Trennwand eine Durchflussöffnung.
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Die
DE 699 36 226 T2 offenbart eine Halbleiterlaservorrichtung, bei der ein Kühlkörper durch ein unteres flaches Element, das mit einem Nutenabschnitt für den Wasserzufuhrweg ausgebildet ist; ein flaches Zwischenelement, das mit einer Vielzahl an Wasserleitlöchern ausgebildet ist; und ein oberes flaches Element ausgebildet ist, das mit einem Nutenabschnitt für den Wasserablassweg ausgebildet ist. Das untere flache Element, das flache Zwischenelement und das obere flache Element sind in Aufeinanderfolge übereinandergestapelt. In einem Bereich nahe zu Beginn des Nutenabschnitts für den Wasserzufuhrweg, ist die offene Querschnittsfläche des Nutenabschnitts für den Wasserzufuhrweg in einer Richtung, die senkrecht zu der Strömungsrichtung im Nutenabschnitt ist, geringer als die offene Querschnittsfläche der Wasserleitlöcher. Der Nutenabschnitt für den Wasserzufuhrweg wird breiter, wenn er sich den Wasserleitlöchern nähert. Unmittelbar vor den Wasserleitlöchern ist die offene Querschnittsfläche des Nutenabschnitts für den Wasserzufuhrweg größer als die offene Querschnittsfläche der Wasserleitlöcher.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Kühlvorrichtung mit gestapelten Kühlmittelkanälen zu schaffen, bei der eine Verringerung ihrer Kühlleistung vermieden wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe ist durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich hervor, in denen in beispielartiger Weise die Prinzipien der Erfindung gezeigt sind.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung ist zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am Besten unter Bezugnahme auf die nachstehend dargelegte Beschreibung der gegenwärtig als bevorzugt erachteten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.
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1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer Kühlvorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A1-A1 in 1.
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3 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie A2-A2 in 1.
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4 zeigt eine Längsschnittansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt eine Schnittansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt eine Schnittansicht in der Draufsicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt eine Schnittansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem wiederum anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachstehend ist ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, in der mit dem Bezugszeichen 10 eine Halbleitervorrichtung 10 gezeigt ist, die eine Kühlvorrichtung 11 mit einer Basis 12, Halbleiterelemente 13, eine metallische Schalttafel ("circuit board") 14 und eine Wärmeverteileinrichtung 15 hat. Die Kühlvorrichtung 11 ist eine Kühlvorrichtung der Stapelart, die gestapelt angeordnete Kühlmittelkanäle hat. Das Halbleiterelement 13 dient als ein erster wärmeerzeugender Abschnitt (elektronisches Teil), und die Wärmeverteilvorrichtung 15 dient als ein zweiter wärmeerzeugender Abschnitt. Die Halbleitervorrichtung 10 ist ausgebildet, indem die Wärmeverteilvorrichtung 15 und die metallische Schalttafel 14, an der die Halbleiterelemente 13 montiert sind, mit der Basis 12 der Kühlvorrichtung 11 verbunden sind. Die metallische Schalttafel 14 dient als eine Verdrahtungslage und eine Verbindungslage. Die metallische Schalltafel 14 hat Metallplatten 17 und 18 und ein isolierendes Substrat 16. Die metallische Schalttafel 14 ist ausgebildet, indem die Metallplatten 17 und 18 an den entgegengesetzten Flächen des isolierenden Substrats 17 verbunden werden. Jedes Halbleiterelement 13 ist aus einem sogenannten IGBT (Insolated Gate Bipolar Transistor) oder einer Diode hergestellt.
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Nachstehend ist die Struktur der Kühlvorrichtung 11 des ersten Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben. Der Innenraum der Basis 12 ist durch eine Trennplatte 20 in zwei Räume geteilt, die übereinander angeordnet sind, d.h. in einen oberen Raum S1 und einen unteren Raum S2. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der obere Raum S1 in der Basis 12 als ein erster Kanal 21 ausgebildet, durch den flüssiges Kühlmittel strömt, und der untere Raum S2 ist in der Basis 12 als ein zweiter Kanal 22 ausgebildet, durch den flüssiges Kühlmittel strömt. Der erste und der zweite Kanal 21 und 22 sind übereinander in der Basis 12 durch die Trennplatte 20, die in der Basis 12 angeordnet ist, gestapelt. In dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Kanal 21 über dem zweiten Kanal 22 gestapelt.
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Ein Einlass 21A ist in der Basis 12 der Kühlvorrichtung 11 ausgebildet, durch den flüssiges Kühlmittel in den ersten Kanal 21 eingeleitet wird. Ein Auslass 22A ist in der Basis 12 ausgebildet, durch den in dem zweiten Kanal 22 befindliches flüssiges Kühlmittel ausgegeben wird. Eine erste Röhre 23 ist an einem Ende von ihr mit dem Einlass 21A verbunden und ist an dem anderen Ende von ihr mit einer (nicht gezeigten) Flüssigkühlmittelversorgungsquelle verbunden, und eine zweite Röhre 24 ist an einem Ende von ihr mit dem Auslass 22A verbunden und ist an dem anderen Ende von ihr mit einem (nicht gezeigten) Radiator verbunden.
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Die Basis 12 der Kühlvorrichtung 11 hat Endwände 11A, 11B, die einander zugewandt sind. Eine Öffnung 25 ist durch die Trennplatte 20 hindurch an einer Position ausgebildet, die zu der Endwand 11B benachbart ist, für eine Kommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 21 und 22. Somit hat die Kühlvorrichtung 11 einen Strömungskanal zum Einleiten von flüssigem Kühlmittel durch den Einlass 21A in den ersten Kanal 21, wobei das flüssige Kühlmittel durch den ersten Kanal 21, die Öffnung 25 und den zweiten Kanal 22 strömt und das flüssige Kühlmittel aus der Kühlvorrichtung 11 durch den Auslass 22A abgegeben wird.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Vielzahl an ersten inneren Rippen 26, oder drei ersten inneren Rippen 26 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem ersten Kanal 21 angeordnet, wobei diese unter einem vorbestimmten Abstand in der Breitenrichtung des ersten Kanals 21 beabstandet sind und sich jeweils in der Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels erstrecken, die senkrecht zu der Breite des ersten Kanals 21 ist. Die ersten inneren Rippen 26 werden verwendet, um das flüssige Kühlmittel durch einen Wärmeaustausch in dem ersten Kanal 21 zu kühlen, während ermöglicht wird, dass das flüssige Kühlmittel von dem Einlass 21A zu der Öffnung 25 strömt. Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Vielzahl an zweiten inneren Rippen 27 in dem zweiten Kanal 22 angeordnet, und diese sind bei einem vorbestimmten Abstand in der Breitenrichtung des zweiten Kanals 22 angeordnet und sie erstrecken sich jeweils in der Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels, die senkrecht zu der Breite des zweiten Kanals 22 ist. Die zweiten inneren Rippen 27 werden verwendet, um das flüssige Kühlmittel durch einen Wärmeaustausch in dem zweiten Kanal 22 zu kühlen, während ermöglicht wird, dass das flüssige Kühlmittel von der Öffnung 25 zu dem Auslass 22A strömt.
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Die Basis 12 der Kühlvorrichtung 11 hat eine obere Platte 11C und eine Bodenplatte 11D, die jeweils eine Fläche zum Montieren von wärmeerzeugenden Teilen haben. Die ersten inneren Rippen 26 sind mit der Trennplatte 20 und mit der oberen Platte 11C verbunden, so dass der erste Kanal 21 durch die ersten inneren Rippen 26, die Trennplatte 20 und die obere Platte 11C ausgebildet ist. Die zweiten inneren Rippen 27 sind mit der Trennplatte 20 und mit der Bodenplatte 11D verbunden, so dass der zweite Kanal 22 durch die zweiten inneren Rippen 27, die Trennplatte 20 und die Bodenplatte 11D ausgebildet ist. Somit bilden die ersten und die zweiten inneren Rippen 26 und 27 einen Teil der Basis 12.
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Wie dies in 2 gezeigt ist, ist jede erste innere Rippe 26 in einer Wellenform ausgebildet, wie dies von der oberen Seite der Basis 12 aus ersichtlich ist (in der Draufsicht). Wie dies in 3 gezeigt ist, ist jede zweite innere Rippe 27 in einer linearen Form ausgebildet, wie dies von oben von der Basis 12 aus ersichtlich ist (in der Draufsicht). Der Unterschied in der Form zwischen den ersten und den zweiten inneren Rippen 26 und 27 bewirkt einen Unterschied in der Kühlleistung zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 21 und 22. Insbesondere, wenn die ersten und zweiten Inneren Rippen 26 und 27 den gleichen Abstand, die gleiche Höhe und die gleiche Dicke haben, ist der Oberflächenbereich (die Fläche) der ersten inneren Rippe 26, die eine Wellenform hat, größer als jener der zweiten inneren Rippe 27, die eine lineare Form hat, und folglich kleiner ist als die erste innere Rippe 26. Daher ist, wenn die ersten und zweiten inneren Rippen 26 und 27 in gleicher Anzahl in dem ersten und zweiten Kanal 21 und 22 jeweils angeordnet sind, der gesamte Oberflächenbereich (Fläche) der ersten inneren Rippen 26, die mit dem durch den Kühlmittelkanal strömenden flüssigen Kühlmittel in Kontakt gelangen sollen, größer als derjenige der zweiten inneren Rippen 27. Da die erste innere Rippe 26 eine Wellenform hat und folglich gekrümmte Oberflächen aufweist, wird das flüssige Kühlmittel in einem Raum zwischen den gekrümmten Oberflächen gerührt. Somit hat gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der erste Kanal 21, in dem die ersten inneren Rippen 26 angeordnet sind, ein höheres Kühlvermögen als der zweite Kanal 22, in dem die zweiten inneren Rippen 27 angeordnet sind.
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In der Kühlvorrichtung 11, die den ersten und den zweiten Kanal 21 und 22 mit verschiedenem Kühlleistungsvermögen hat, werden die durch den ersten und zweiten Kanal 21 und 22 zu kühlenden Teile für den ersten und zweiten Kanal 21 und 22 in Abhängigkeit von der durch die Teile erzeugten Wärmemenge gewählt, was das Vorsehen eines effektiven Kühlens der Teile in der Kühlvorrichtung 11 unterstützt. Anders ausgedrückt kann, wenn die Teile mit der unterschiedlichen Wärmeerzeugung mit der Kühlvorrichtung 11 verbunden sind, die Zunahme der Herstellkosten der Kühlvorrichtung 11 vermieden werden, indem die ersten und zweiten inneren Rippen 26 und 27 mit den verschiedenen Formen für den ersten und zweiten Kanal 21 und 22 angewendet werden. Beispielsweise kann unter Verwendung des zweiten Kanals 22 mit einem vereinfachten Aufbau zum Kühlen der Wärmeverteileinrichtung 15, die weniger Wärme als das elektronische Teil erzeugt, die Kühlvorrichtung 11 so gestaltet werden, dass geringere Kosten im Vergleich zu einem Fall auftreten, bei dem sämtliche Kühlmittelkanäle einen komplizierten Aufbau wie der erste Kanal 21 haben. In der Kühlvorrichtung 11 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels wird der erste Kanal 21 zum Kühlen eines Teils, das eine relativ hohe Menge an Wärme erzeugt, wie beispielsweise Halbleiterelemente 13, verwendet, während der zweite Kanal 22 zum Kühlen eines Teils, das eine relativ geringe Menge an Wärme erzeugt, wie beispielsweise die Wärmeverteileinrichtung 15, verwendet wird.
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Nachstehend ist die Öffnung 25, die durch die Trennplatte 20 hindurch ausgebildet ist, detailliert beschrieben. Die Öffnung 25 ist in einer trapezartigen Form in der Draufsicht unter Betrachtung von der Oberseite der Basis 12 ausgebildet, wie dies in den 2 und 3 gezeigt ist. Die Öffnung 25 ist in einer derartigen trapezartigen Form ausgebildet, dass ihre große Basisseite benachbart zu der Endwand 11B der Basis 12 der Kühlvorrichtung 11 angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist die Öffnung 25 so ausgebildet, dass sie zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 in Bezug auf die Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 sich erweitert, wie dies in 2 gezeigt ist. In dem ersten Kanal 21, der die Öffnung 25 mit der trapezartigen Form hat, sind Flüssigkühlmittelströmungsbereiche 28 an den entgegengesetzten Seiten der Öffnung 25 vorgesehen. Die Öffnung 25 dient als ein Kommunikationsraum (erster Bereich), der eine Fluidkommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 21 und 22 vorsieht. Der Flüssigkühlmittelströmungsbereich 28 dient als ein Nicht-Kommunikationsraum (zweiter Bereich), der keine Fluidkommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 21 und 22 vorsieht.
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Die Öffnung 25 ist zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 hin erweitert, während der Flüssigkühlmittelströmungsbereich 28 zu dem gleichen stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 hin schmaler gestaltet ist. Somit ist die Öffnungsbreite der Öffnung 25 so ausgebildet, dass sie relativ schmal ist, so dass das durch den ersten Kanal 21 strömende und die Öffnung 25 erreichende flüssige Kühlmittel mit Leichtigkeit zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 fließt. Die Öffnungsfläche der Öffnung 25 ist so ausgebildet, dass sie größer als die Öffnung oder die Querschnittsfläche des ersten Kanals 21 in einer Richtung ist, die senkrecht zu der Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 steht. Somit bewegt sich das in dem ersten Kanal 21 fließende flüssige Kühlmittel in den zweiten Kanal 22 durch die Öffnung 25 in gleichmäßiger Weise, ohne in dem ersten Kanal 21 aufgespeichert zu werden.
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Die Öffnung 25, die die trapezartige Form hat, fungiert als der erste Bereich, der ermöglicht, dass das in dem ersten Kanal 21 befindliche flüssige Kühlmittel in den zweiten Kanal 22 strömt. Der Flüssigkühlmittelströmungsbereich 28 wirkt als der zweite Bereich, der ermöglicht, dass das flüssige Kühlmittel zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 strömt.
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Nachstehend ist der Betrieb der Kühlvorrichtung 11 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels für die Halbleitervorrichtung 10 gemäß 1 beschrieben. Wenn die Halbleitervorrichtung 10 angetrieben wird, wird durch das wärmeerzeugende Teil erzeugte Wärme zu der Kühlvorrichtung 11 übertragen. Flüssiges Kühlmittel, das in den ersten Kanal 21 durch den Einlass 21A eingeleitet wird, strömt in dem ersten Kanal 21 stromabwärtig zu der Öffnung 25 hin. Das in Kontakt mit den ersten Rippen 26 strömende flüssige Kühlmittel wird durch den Wärmeaustausch gekühlt und strömt dann in den zweiten Kanal 22 durch die Öffnung 25. Ein Teil des flüssigen Kühlmittels, das die Öffnung 25 erreicht, strömt weiter stromabwärtig bis hinter den Flüssigkühlmittelströmungsbereich 28, der an den entgegengesetzten Seiten der Öffnung 25 angeordnet ist, ohne direkt in den zweiten Kanal 22 zu strömen. Das heißt das flüssige Kühlmittel strömt durch die Öffnung 25 in den zweiten Kanal 22, nachdem es das stromabwärtige Ende des ersten Kanals 21 erreicht hat, und auch direkt in den zweiten Kanal 22 durch die Öffnung 25. In der Kühlvorrichtung 11 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung strömt das flüssige Kühlmittel in dem gesamten Kühlmittelkanal (die gesamte Innenseite der Basis 12), womit die Verringerung des Kühlvermögens (der Kühlleistung) der Kühlvorrichtung 11 vermieden wird.
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Das flüssige Kühlmittel, das in den zweiten Kanal 22 durch die Öffnung 25 fließt, fließt dann durch den zweiten Kanal 22 in eine Richtung, die entgegengesetzt zu der Fließrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 ist. Das flüssige Kühlmittel fließt in Kontakt mit den zweiten inneren Rippen 27 in dem zweiten Kanal 22, wodurch es durch den Wärmeaustausch gekühlt wird, und wird aus der Kühlvorrichtung 11 durch den Auslass 22A abgegeben.
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Gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die folgenden vorteilhaften Wirkungen erreicht werden.
- (1) Die Flüssigkühlmittelströmungsbereiche 28, die an den entgegengesetzten Seiten der Öffnung 25 ausgebildet sind, bewirken, dass das flüssige Kühlmittel zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 hinter die Öffnung 25 fließt. Somit fließt das flüssige Kühlmittel in dem gesamten ersten Kanal 21 oder dem gesamten Inneren der Basis 12, wodurch in wirkungsvoller Weise eine Verringerung des Kühlvermögens der Kühlvorrichtung 11 vermieden wird. Selbst in einem Fall, bei dem Teile dicht an der Kühlvorrichtung 11 oder an einer Position, die benachbart zu der Endwand 11B ist, montiert sind, kühlt das flüssige Kühlmittel, das in dem gesamten Kühlmittelkanal strömt, in effektiver Weise die Teile, ohne das Kühlvermögen der Kühlvorrichtung 11 zu verringern.
- (2) Das Ausbilden der Öffnung 25 in einer trapezartigen Form bewirkt, dass große flüssige Kühlmittelströmungsbereiche 28 an den entgegengesetzten Seiten der Öffnung 25 vorgesehen werden können. Somit kann das flüssige Kühlmittel mit Leichtigkeit zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 strömen, wodurch die Verringerung des Kühlvermögens der Kühlvorrichtung 11 vermieden wird. Die Öffnung 25, die zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 erweitert ist, unterstützt ein Vergrößern der Strömungsbreite des flüssigen Kühlmittels, das von dem ersten Kanal 21 zu dem zweiten Kanal 22 strömt. Die Strömung des flüssigen Kühlmittels, das in der Kühlvorrichtung 11 strömt, wird konstant in Verzweigungen in der Kühlvorrichtung 11 geteilt.
- (3) Die Wärmeverteileinrichtung 15 als ein durch den zweiten Kanal 22 zu kühlendes Teil erzeugt weniger Wärme als die elektronischen Teile, wie beispielsweise die Halbleiterelemente 13, als ein durch den ersten Kanal 21 zu kühlendes Teil. Somit kann das Kühlvermögen des zweiten Kanals 22 geringer sein als jenes des ersten Kanals 21, um den Aufbau des zweiten Kanals 22 zu vereinfachen, womit eine Zunahme der Kosten der Kühlvorrichtung 11 vermieden wird.
- (4) In dem Herstellprozess kann das Kühlvermögen der Kühlmittelkanäle mit Leichtigkeit geändert werden, indem lediglich der Aufbau der inneren Rippen, die in den Kühlmittelkanälen angeordnet sind, gemäß den zu kühlenden Teilen modifiziert wird. Somit ist es einfach, das Kühlvermögen des ersten und des zweiten Kanals 21 und 22 gemäß den zu kühlenden Teilen zu ändern. Der Kontaktbereich des flüssigen Kühlmittels mit der Basis 12 der Kühlvorrichtung 11 kann verringert werden, um das Kühlvermögen des ersten und des zweiten Kanals 21 und 22 zu verringern, und kann erhöht werden, um das Kühlvermögen des ersten und des zweiten Kanals 21 und 22 zu erhöhen. Wenn die Wärmeerzeugung der Teile relativ gering ist, kann die Kühlvorrichtung 11 einen Kühlkanal mit einem einfachen Aufbau zum Kühlen haben, um die Herstellkosten der Kühlvorrichtung 11 zu verringern.
- (5) Die zweiten inneren Rippen 27, die eine lineare Form haben und die in dem zweiten Kanal 22 angeordnet sind, haben eine einfachere Form als jene der ersten inneren Rippen 26, die eine Wellenform haben und in dem ersten Kanal 21 angeordnet sind. Flüssiges Kühlmittel, das in dem zweiten Kanal 22 strömt, empfängt einen geringeren Widerstand als in dem ersten Kanal 21. Daher ist der Druckverlust in dem zweiten Kanal 22 geringer als jener in dem ersten Kanal 21. Anders ausgedrückt kann ein Kühlmittelkanal, der keine hohe Kühlleistung haben muss, in einem derartigen einfachen Aufbau ausgebildet werden, dass der Druckverlust in dem Kühlmittelkanal verringert werden kann.
- (6) Der erste und der zweite Kanal 21 und 22 stehen miteinander durch die Öffnung 25 in Kommunikation, ohne zusätzliche Teile, wie beispielsweise ein Rohr, einen Schlauch oder ein Verbindungsstück zusätzlich zu verwenden, so dass der Aufbau der Kühlvorrichtung 11 vereinfacht ist und die Zunahme der Herstellkosten der Kühlvorrichtung 11 demgemäß vermieden wird.
- (7) In der Kühlvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels strömt das flüssige Kühlmittel zunächst in dem ersten Kanal 21, der zum Kühlen von Teilen verwendet wird, die eine relativ hohe Wärmeerzeugung besitzen. Derartige Teile werden durch flüssiges Kühlmittel gekühlt, das noch nicht durch einen Wärmeaustausch erwärmt worden ist, und die Teile, die weniger Wärme erzeugen, werden durch das flüssige Kühlmittel gekühlt, das durch den Wärmeaustausch erwärmt ist. Somit wird das Kühlen in effektiver Weise in der Kühlvorrichtung 11 ausgeführt.
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Nachstehend ist ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. In der nachstehend dargelegten Beschreibung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Elemente oder Bauteile wie im ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, und deren Beschreibung unterbleibt.
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Gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die Trennplatte 20 drei Öffnungen 30A, 30B und 30C, die durch diese hindurch ausgebildet sind für eine Kommunikation zwischen dem ersten Kanal 21 und dem zweiten Kanal 22 in der Richtung des Stapels des ersten und des zweiten Kanals 21, 22. Die Öffnungen 30A bis 30C sind in der Trennplatte 20 so ausgebildet, dass sie bei einem vorbestimmten Abstand in der Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 beabstandet sind. Wie dies aus 4 ersichtlich ist, sind die Öffnungen 30A bis 30C voneinander im Hinblick auf die Öffnungsfläche unterschiedlich. Von den Öffnungen 30A bis 30C hat die Öffnung 30A die kleinste Öffnungsfläche und hat die Öffnung 30C die größte Öffnungsfläche. Anders ausgedrückt sind die Öffnungen 30A bis 30C in aufsteigender Reihenfolge im Hinblick auf die Öffnungsfläche zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 hin ausgerichtet. Die Öffnungsflächen der jeweiligen Öffnungen 30A bis 30C sind kleiner als die Öffnung oder Querschnittsfläche des ersten Kanals 21, die senkrecht zu der Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 ist. Die Summe der derartigen Öffnungsflächen der Öffnungen 30A bis 30C ist die gleiche oder ist größer als die vorstehend erwähnte Öffnungsfläche oder Querschnittsfläche des ersten Kanals 21 in einer Richtung, die senkrecht zu der Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 ist. Somit wird das in dem ersten Kanal 21 strömende flüssige Kühlmittel nicht in dem ersten Kanal 21 aufgespeichert (angesammelt) und bewegt sich in den zweiten Kanal 22 durch die Öffnungen 30A bis 30C in gleichmäßiger und sanfter Weise, ohne in dem ersten Kanal 21 angesammelt zu werden.
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Die Flüssigkühlmittelströmungsbereiche 37, die an den entgegengesetzten Seiten der Öffnungen 30A bis 30C positioniert sind, entsprechen den Kühlmittelströmungsbereichen, die ermöglichen, dass das flüssige Kühlmittel bis hinter die Öffnungen 30A bis 30C strömt. Die Öffnungen 30A, 30B und 30C sind durch die Trennplatte 20 in dieser Reihenfolge unter Betrachtung in stromabwärtiger Richtung in Bezug auf die Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 ausgebildet. Anders ausgedrückt ist die Öffnung 30A am nächsten zu dem stromaufwärtigen Ende oder Einlass 21A des ersten Kanals 21 angeordnet, und die Öffnung 30C ist am nächsten zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 angeordnet. Die Vielzahl an Öffnungen 30A bis 30C fungiert als der erste Bereich, durch den das in dem ersten Kanal 21 befindliche flüssige Kühlmittel in den zweiten Kanal 22 strömt. Der Flüssigkühlmittelströmungsbereich 37, der an den entgegengesetzten Seiten der jeweiligen Öffnungen 30A bis 30C ausgebildet ist, fungiert als der zweite Bereich, hinter den das flüssige Kühlmittel zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 strömt.
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Gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung strömt das in den ersten Kanal 21 eingeleitete flüssige Kühlmittel stromabwärtig oder zu der Endwand 11a des ersten Kanals 21, und ein Teil des flüssigen Kühlmittels tritt durch die Öffnungen 30A, 30B und 30C in aufeinanderfolgender Weise in dieser Reihenfolge in den zweiten Kanal 22. Da die Öffnungsfläche von jeder der Öffnungen 30A bis 30C geringer als die Öffnung oder die Querschnittsfläche des ersten Kanals 21 ist, strömt sämtliches flüssiges Kühlmittel nicht direkt in den zweiten Kanal 22, ohne das stromabwärtige Ende des ersten Kanals 21 zu erreichen. Die Öffnungen 30A bis 30C dienen als ein zweiter Bereich wie der Flüssigkühlmittelströmungsbereich 37, der ermöglicht, dass ein Teil des flüssigen Kühlmittels zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 fließt. Das flüssige Kühlmittel, das um den Flüssigkühlmittelströmungsbereich 37 und die Öffnungen 30A bis 30C herum fließt, strömt zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 und erreicht dieses.
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Das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel bietet die folgenden Wirkungen zusätzlich zu den Wirkungen (1) bis (7) des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- (8) Das Vorsehen einer Vielzahl der Öffnungen (30A bis 30C) bewirkt, dass das in dem ersten Kanal 21 befindliche flüssige Kühlmittel aufeinanderfolgend in den zweiten Kanal 22 strömt. Somit wird die Strömung des in der Kühlvorrichtung 11 strömenden flüssigen Kühlmittels konstant in Abzweigungen in der Kühlvorrichtung 11 geteilt. Indem die Öffnung 30A mit der kleinsten Öffnungsfläche benachbart zu dem stromaufwärtigen Ende des ersten Kanals 21 angeordnet wird und die Öffnung 30C mit der größten Öffnungsfläche benachbart zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 angeordnet wird, strömt das flüssige Kühlmittel nicht gänzlich durch die Öffnungen 30A und 30B in den zweiten Kanal 22, und ein Teil des flüssigen Kühlmittels erreicht die Öffnung 30C. Das heißt das flüssige Kühlmittel strömt von dem ersten Kanal 21 in den zweiten Kanal 22 durch die drei unterschiedlichen Öffnungen 30A bis 30C.
- (9) Das Ausbilden der Öffnungen 30A bis 30C in derartiger Weise, dass ihre jeweiligen Öffnungsflächen kleiner als die Öffnung oder die Querschnittsfläche des ersten Kanals 21 sind, bewirkt, dass ein Teil des flüssigen Kühlmittels zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 strömen kann, wodurch die Verringerung des Kühlvermögens der Kühlvorrichtung 11 vermieden wird.
- (10) In dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel, gemäß dem in der Kühlvorrichtung eine Vielzahl an Öffnungen 30A bis 30C ausgebildet sind, wird die Geschwindigkeit des flüssigen Kühlmittels, das unmittelbar unter den Öffnungen 30A bis 30C strömt, erhöht. Daher kann, indem die Öffnungen 30A bis 30C an Positionen, die den durch den zweiten Kanal 22 zu kühlenden Teilen entsprechen, oder unmittelbar darüber ausgebildet sind, das Kühlvermögen der Kühlvorrichtung 11 verbessert werden.
- (11) Wenn die Öffnungen 30A bis 30C derart ausgebildet sind, dass die Summe ihrer Öffnungsfläche größer als die Öffnung oder die Querschnittsfläche des ersten Kanals 21 ist, kann das Vorsehen einer Vielzahl der Öffnungen 30A bis 30C in der Kühlvorrichtung 11 das Ansammeln des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 vermeiden.
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Nachstehend ist ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Öffnung 31 in der Trennplatte 20 für eine Kommunikation zwischen dem ersten Kanal 21 und dem zweiten Kanal 22 in der Richtung des Stapels des ersten und des zweiten Kanals 21 und 22 ausgebildet. Die Öffnung 31 ist in einer viereckigen oder rechteckigen Form in der Draufsicht ausgebildet.
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Die Öffnung 31 ist derart angeordnet, dass die Mitte Y2 der Breite der Öffnung 31 von der Mitte Y1 der Breite des ersten Kanals 21 oder der Achse des ersten Kanals 21 versetzt ist unter Betrachtung in der Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21. Die Öffnung 31 ist an einer asymmetrischen Position in Bezug auf die Mitte Y1 der Breite des ersten Kanals 21 angeordnet oder lediglich an einer Seite der Mitte Y1 in dem ersten Kanal 21 angeordnet. Der Bereich an der Trennplatte 20, der sich an der entgegengesetzten Seite der Mitte Y von der Öffnung 31 befindet, dient als ein Flüssigkühlmittelströmungsbereich 32, der ermöglicht, dass ein Teil des flüssigen Kühlmittels zu dem stromabwärtigen Ende in dem ersten Kanal 21 strömt. Die Öffnung 31 ist der Kommunikationsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 21 und 22, und der Flüssigkühlmittelströmungsbereich 32 dient als der Nicht-Kommunikationsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 21 und 22. Die Öffnungsfläche der Öffnung 31 ist größer als die Öffnung oder die Querschnittsfläche des ersten Kanals 21 in einer Richtung, die senkrecht zu der Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 ist.
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Gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Öffnung 31 in der vorstehend erläuterten versetzten Position angeordnet ist, strömt das flüssige Kühlmittel mit Leichtigkeit zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21. Die Öffnung 31 fungiert als der erste Bereich, der ermöglicht, dass das flüssige Kühlmittel in dem ersten Kanal 21 so strömt, dass es in den zweiten Kanal 22 strömt. Der Flüssigkühlmittelbereich 32 fungiert als der zweite Bereich, der ermöglicht, dass das flüssige Kühlmittel zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 strömt. Die Öffnung 31 ist unmittelbar unterhalb der Halbleiterelemente 13 als ein durch das in dem ersten Kanal 21 strömende Kühlmittel zu kühlendes Teil angeordnet.
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Gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung strömt das in den ersten Kanal 21 eingeleitete flüssige Kühlmittel zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 oder der Endwand 11B der Kühlvorrichtung 11. Ein Teil des flüssigen Kühlmittels strömt durch die Öffnung 31 in den zweiten Kanal 22, während der Rest des flüssigen Kühlmittels weiter in stromabwärtiger Richtung durch den Flüssigkühlmittelströmungsbereich 32 strömt. Das heißt ein Teil des flüssigen Kühlmittels strömt direkt in den zweiten Kanal 22 durch die Öffnung 31, während der Rest des flüssigen Kühlmittels zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 strömt und dann in den zweiten Kanal 22 durch die Öffnung 31 strömt.
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Das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel bietet die folgenden Wirkungen und auch die Wirkungen (3) bis (7) des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
- (12) Die Flüssigkühlmittelströmungsbereiche 28, die an den entgegengesetzten Seiten der Öffnung 31 ausgebildet sind, ermöglichen, dass ein Teil des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 strömt. Somit strömt das flüssige Kühlmittel in dem gesamten Innenraum des ersten Kanals 21, wodurch eine Verringerung des Kühlvermögens der Kühlvorrichtung 11 vermieden wird.
- (13) Indem die Öffnung 31 unmittelbar unter den zu kühlenden Teilen vorgesehen wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kühlmittels erhöht, wodurch das Kühlvermögen (die Kühlleistung) der Kühlvorrichtung 11 verbessert wird.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können in verschiedener Weise abgewandelt werden, wie dies nachstehend beispielartig aufgeführt ist.
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Gemäß dem ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Halbleiterelemente 13 an der Basis 12 der Kühlvorrichtung 11 durch die metallische Schalttafel 14 montiert. Alternativ können die Halbleiterelemente 13 direkt an der Basis 12 der Kühlvorrichtung 11 montiert sein.
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In dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können der erste und der zweite Kanal 21 und 22 in einer derartigen Weise abgewandelt werden, dass die Öffnung oder Querschnittsfläche des ersten Kanals 21 kleiner als die Öffnung oder Querschnittsfläche des zweiten Kanals 22 ist, so dass das Kühlvermögen des ersten Kanals 21 höher wird als jenes des zweiten Kanals 22. Eine derartige Abwandlung ermöglicht, dass das flüssige Kühlmittel in dem ersten Kanal 21 mit einer Geschwindigkeit fließt, die höher ist als die Geschwindigkeit, mit der das flüssige Kühlmittel in dem zweiten Kanal 22 fließt, und daher wird das Kühlvermögen des ersten Kanals 21 höher als jenes des zweiten Kanals 22.
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Die inneren Rippen des ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung können in einer derartigen Weise abgewandelt werden, dass die Rippen lediglich in dem ersten Kanal 21 vorgesehen sind, so dass das Kühlvermögen des ersten Kanals 21 höher als jenes des zweiten Kanals 22 ist.
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In dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die inneren Rippen so abgewandelt werden, dass sie eine andere Form haben, wie beispielsweise die Form einer Stiftrippe.
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In dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Öffnung 33 so abgewandelt werden, dass sie eine rechteckige Form in der Draufsicht hat, wie dies in 6 gezeigt ist. In einem derartigen Fall entsprechen die Bereiche an den entgegengesetzten Seiten der Öffnung 33 dem Flüssigkühlmittelströmungsbereich 38.
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Die ersten inneren Rippen 26 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels können durch linear geformte innere Rippen 35 ersetzt werden, und die Öffnung 34 kann in einer rechteckigen Form ausgebildet sein, wie dies in 7 gezeigt ist. Außerdem können die inneren Rippen 35 in einer derartigen Weise ausgebildet sein, dass die Öffnung 34 an den entgegengesetzten Seiten durch die beiden äußeren inneren Rippen 35 so flankiert wird, dass ein Teil des flüssigen Kühlmittels das stromabwärtige Ende des ersten Kanals 21 erreicht. In dem ersten Kanal 21 erreicht ein Teil des flüssigen Kühlmittels, das durch die seitlichen Seitenbereiche 36 strömt, das stromabwärtige Ende des ersten Kanals 21 entlang der inneren Rippen 35. Somit dienen die seitlichen Seitenbereiche 36 in dem ersten Kanal 21 als die Flüssigkühlmittelströmungsbereiche der vorliegenden Erfindung.
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Die Öffnung 25 in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann zu einer derartigen dreieckigen Form abgewandelt werden, dass die Öffnung 25 so ausgebildet ist, dass sie sich zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 hin erweitert.
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Alternativ kann die Öffnung 25 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels so abgewandelt werden, dass eine Vielzahl an derartigen separaten Öffnungen vorhanden ist, die entlang der Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels in dem ersten Kanal 21 angeordnet sind, dass sich jede Öffnung zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 hin erweitert. In einem derartigen Fall können die Flüssigkühlmittelströmungsbereiche 28 auch zwischen beliebigen zwei benachbarten Öffnungen 25 ausgebildet sein.
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Die Öffnungen 30A bis 30C des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels können bei einem zunehmenden Abstandsintervall zu dem stromabwärtigen Ende des ersten Kanals 21 hin angeordnet sein. In einem derartigen Fall können die Öffnungen 30A bis 30C die gleichen oder unterschiedliche Öffnungsflächen haben. Des Weiteren kann die Anzahl an auszubildenden Öffnungen zwei oder mehr als drei betragen.
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Die Öffnungen 30A bis 30C des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels können so abgewandelt sein, dass sie eine trapezartige Form wie in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel haben.
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Die Öffnung 31 des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels kann zu einer Vielzahl an Öffnungen abgewandelt werden. Alternativ kann die Öffnung 31 zu irgendeiner der rechteckigen, trapezartigen oder dreieckigen Form abgewandelt werden.
