DE102017207361A1 - Kühler zur Kühlung von elektrischen Anordnungen - Google Patents

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Abstract

Offenbart wird ein Kühler (KL) zur Kühlung einer elektrischen Anordnung, insb. einer leistungselektrischen Anordnung, mit einem Kühlkörper (KK) mit einer Kühloberfläche (KF) zur Wärmeabgabe an ein an der Kühloberfläche (KF) fließendes Kühlmedium, wobei der Kühlkörper (KK) an der Kühloberfläche (KF) eine Kühlstruktur (KS) Vergrößerung der Kühloberfläche (KF) aufweist, wobei sich die Kühlstruktur (KS) in Flussrichtung (FR) des Kühlmediums derart verändert, sodass sich auch der thermische Widerstand des Kühlkörpers (KK) entlang der Flussrichtung (FR) des Kühlmediums verändert.

Description

  • Technisches Gebiet:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühler zur Kühlung von elektrischen Anordnungen, insb. leistungselektrischen Anordnungen, wie z. B. eines Leitungshalbleiters.
  • Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
  • Elektrische Anordnungen, insb. leistungselektrische Anordnungen, wie z. B. Leitungshalbleiter, weisen in der Regel eine (hohe) Verlustleistung auf, welche zu störendem Temperaturanstieg in den Anordnungen führen können. Deshalb müssen die Anordnungen während des Betriebs mittels eines Kühlers gekühlt werden.
  • Dabei besteht die allgemeine Anforderung, die elektrischen Anordnungen möglichst effizient zu kühlen.
  • Damit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der die elektrischen Anordnungen möglichst effizient gekühlt werden können.
  • Beschreibung der Erfindung:
  • Diese Aufgabe wird durch Gegenstand des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Kühler zur Kühlung einer elektrischen Anordnung, insb. einer leistungselektrischen Anordnung, bereitgestellt.
  • Der Kühler umfasst einen Kühlkörper mit einer Kühloberfläche, welche zur Abgabe von Abwärme an ein an der Kühloberfläche fließendes Kühlmedium, wie z. B. Kühlwasser oder Kühlluft, dient.
  • In der Regel wird diese Kühloberfläche von dem Kühlmedium beströmt und ist somit mit dem Kühlmedium (unmittelbar) thermisch kontaktiert.
  • Der Kühlkörper weist an der Kühloberfläche eine Oberflächen- bzw. Kühlstruktur zur Vergrößerung der Kühloberfläche auf, wodurch die Kontaktfläche der Kühloberfläche zum Kühlmedium vergrößert wird und somit die Kühlleistung und somit auch die Effizienz des Kühlers insgesamt erhöht werden.
  • Dabei verändert sich die Kühlstruktur bzw. die Form der Kühlstruktur entlang der Flussrichtung des Kühlmediums, sodass sich auch der thermische Widerstand des Kühlkörpers entlang der Flussrichtung des Kühlmediums verändert.
  • Die Kühloberfläche bildet eine Wärmeübergangsfläche von dem Kühlkörper zu dem Kühlmedium, über die die Abwärme, welche der Kühler über den Kühlkörper von der elektrischen Anordnung aufnimmt, an das Kühlmedium abgibt.
  • Je größer die Wärmeübergangsfläche, desto höher ist die Kühlleistung und somit effizienter ist der Kühler. Die Wärmeübergangsfläche wird dabei durch die Kühlstruktur vergrößert.
  • Hierbei bedeutet die Kühlstruktur eine gezielt ausgeführte strukturelle Veränderung Kühloberfläche, wie z. B. durch vorstehende bspw. sich wiederholende Ausformungen (Formelementen) auf der Kühloberfläche, zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche zum Kühlmedium.
  • Mit der Formulierung „die Kühlstruktur verändert sich“ ist in der vorliegenden Anmeldung gemeint, dass sich die Beschaffenheit der Kühloberfläche entlang der Flussrichtung des Kühlmediums (abschnittsweise) strukturell verändert. An unterschiedlichen Stellen der Flussrichtung sind die dort vorliegenden Kühlstrukturen unterschiedlich ausgeführt. Ist die Kühlstruktur durch die sich wiederholenden Ausformungen auf der Kühloberfläche ausgebildet, so sind mit der obigen Formulierung nicht die einzelnen Ausformungen an sich gemeint, welche sich durch ihre bspw. vorstehende Form von der unmittelbaren Umgebung formal unterscheidet. Vielmehr sind mit dieser Formulierung die strukturellen Unterschiede mindestens zweier (über die einzelnen Ausformungen hinaus ausgedehnte) Abschnitte in der Kühloberfläche gemeint, welche sich insb. durch unterschiedliche Wiederholungen der Ausformungen, durch unterschiedliche Formen und Größen der Ausformungen und/oder durch unterschiedliche Anordnungen und Positionierung der Ausformungen zueinander in den jeweiligen Abschnitten ergeben.
  • Hierbei handelt sich der „Abschnitt“ nicht um einen Bereich bspw. um eine einzige Ausformung, wobei die Ausformung durch ihre von der unmittelbaren Umgebung vorstehende Form von dieser unmittelbaren Umgebung formal unterscheidet. Vielmehr handelt sich der „Abschnitt“ um einen ausgedehnten Bereich der Kühloberfläche mit mehreren Ausformungen, welcher einen sich wiederholenden Strukturverlauf durch diese Ausformungen aufweist.
  • Insb. handelt sich der „Abschnitt“ um einen ausgedehnten Bereich mit mindestens vier Ausformungen, welche im Wesentlichen eine und dieselbe Form und Größe aufweisen und innerhalb eines definierten ausgedehnten Bereichs in mindestens zwei Reihen und in mindestens zwei Spalten verteilt angeordnet sind. Durch die gleiche Form und Größe bei den Ausformungen innerhalb des definierten ausgedehnten Bereichs weist der jeweilige „Abschnitt“ in diesem definierten Bereich einen im Wesentlichen homogenen abschnittspezifischen thermischen Widerstand auf. Zwei unterschiedliche „Abschnitte“ mit voneinander unterschiedlichen Kühlstrukturen weisen somit voneinander unterschiedliche abschnittspezifische thermische Widerstände auf.
  • Mit dem Begriff „thermischer Widerstand“ ist in der vorliegenden Anmeldung den Kehrwert des Wärmeleitwertes gemeint, welcher die Menge an Wärmeenergie wiedergibt, welche bei einer vordefinierten Temperaturdifferenz zwischen der Kühloberfläche und dem Kühlmedium pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit (der Kühloberfläche) von der Kühloberfläche an das Kühlmedium übertragen wird.
  • Mit dem Begriff „Kühlleistung“ ist in der vorliegenden Anmeldung die Menge an Wärmeenergie gemeint, welche pro Zeiteinheit und pro Flächeneinheit (der Kühloberfläche) von der Kühloberfläche an das Kühlmedium übertragen wird. Dabei hängt die Kühlleistung von dem thermischen Widerstand der Kühloberfläche bzw. des Kühlkörpers und der Temperaturdifferenz zwischen der Kühloberfläche und dem Kühlmedium ab.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass eine elektrische Anordnung mit einem Kühler insb. dann effizient gekühlt werden kann, wenn die elektrische Anordnung über ihren gesamten Bereich homogen gekühlt werden kann. Dabei besteht ein Problem, dass das Kühlmedium beim Vorbeiströmen an der Kühloberfläche die Abwärme aufnimmt und dadurch selbst wärmer wird. Als Folge nimmt die Temperaturdifferenz zwischen der Kühloberfläche und dem Kühlmedium ab. Bei einem über den gesamten Bereich der Kühloberfläche gleichbleibenden thermischen Widerstand des Kühlkörpers nimmt somit die Kühlleistung entlang der Flussrichtung des Kühlmediums ab. Dies hat zur Folge, dass die elektrische Anordnung nicht homogen gekühlt werden kann.
  • Anderseits gibt es Bereiche an der Anordnung, wo funktionsbedingt mehr Verlustleistung entsteht. Außerdem gibt es auch Bereiche an der Anordnung, welche empfindlich gegenüber einer hohen Temperatur sind und somit stärker gekühlt werden müssen als die restlichen Bereiche der Anordnung. Diese Bereiche mit einer hohen Verlustleistung oder mit einer hohen „Hitzeempfindlichkeit“ sollten gezielt und mit einer entsprechenden abschnittsspezifischen höheren Kühlleistung gekühlt werden. Dabei hängt die abschnittsspezifische Kühlleistung insb. von einem entsprechenden abschnittsspezifischen thermischen Widerstand des Kühlers ab.
  • Ausgehend von der Erkenntnis, dass der thermische Widerstand unter anderem von der Wärmeübertragungsfläche (bzw. deren Beschaffenheit) zwischen dem Kühlkörper des Kühlers und dem Kühlmedium und somit der Kühloberfläche (bzw. deren Beschaffenheit) stark abhängt, wird versucht, den thermischen Widerstand des Kühlers durch die Anpassung der Oberflächen- bzw. Kühlstruktur der Kühloberfläche entlang der Flussrichtung des Kühlmediums derart zu gestalten/verändern, dass die Kühlleistung des Kühlers abschnittsweise an die Verlustleistung der Anordnung angepasst wird.
  • Durch die Veränderung der Kühlstruktur der Kühloberfläche entlang der Flussrichtung des Kühlmediums wird vorrangig die Wärmeübertragungsfläche von der Kühloberfläche zum Kühlmedium gezielt verändert.
  • Durch die Veränderung der Kühlstruktur der Kühloberfläche entlang der Flussrichtung des Kühlmediums wird insb. der thermische Widerstand des Kühlers entlang der Flussrichtung des Kühlmediums reduziert und somit verhindert, dass sich die Kühlleistung entlang der Flussrichtung des Kühlmediums abnimmt.
  • Ist eine homogene Kühlung der elektrischen Anordnung erforderlich, so kann diese mit der oben beschriebenen Veränderung ebenfalls erzielt werden. Dabei werden die Bereiche der Kühloberfläche des Kühlers, welche mit Bereichen der Anordnung mit einer höheren Verlustleistung in direkter (kürzester) thermischer Verbindung stehen, mit kühlleistungsfördernden Kühlstrukturen versehen werden als die restlichen Bereiche der Kühloberfläche, welche mit Bereichen der Anordnung mit einer geringeren Verlustleistung in direkter (kürzester) thermischer Verbindung stehen.
  • Damit kann eine homogene Kühlung der Anordnung erzielt werden. Durch die homogene Kühlung kann die Temperatur der Anordnung auf dem Kühlkörper über den gesamten Bereich der Anordnung homogen gehalten werden. Das heißt, die Menge an Abwärme, welche einer in der strömungsaufwärts liegende Flächenabschnitt der Kühloberfläche an das Kühlmedium in einer bestimmten Zeitdauer abgibt, ist nahezu identisch mit der Menge an Abwärme, welche einer in der strömungsabwärts liegende gleichgroße Flächenanschnitt der Kühloberfläche an das Kühlmedium in der gleichen Zeitdauer abgibt, und zwar unter Berücksichtigung der sich entlang der Flussrichtung verändernde Wärmeaufnahmeleistung des Kühlmediums aufgrund des Temperaturanstieg in dem Kühlmedium durch die Aufnahme der von der Kühloberfläche beim Vorbeifließen aufgenommene Abwärme.
  • Alternativ kann auch eine gezielte, abschnittweise unterschiedliche Kühlung der Anordnung bewirkt werden, indem der thermische Widerstand an Abschnitten der Kühloberfläche, wo durch stärkere Wärmeabführung die entsprechenden Bereiche der Anordnung besser gekühlt werden sollen, durch entsprechend abschnittsspezifisch ausgeführte Kühlstruktur verringert wird.
  • Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der eine elektrische, insb. eine leistungselektrische, Anordnung möglichst effizient gekühlt werden kann.
  • Insb. verändert sich die Kühlstruktur in Flussrichtung des Kühlmediums abschnittweise, sodass sich auch der thermische Widerstand des Kühlkörpers entlang der Flussrichtung des Kühlmediums abschnittweise verändert.
  • Hierbei handelt sich der „Abschnitt“ nicht um einen Bereich bspw. um ein einziges Pin, wobei das Pin durch dessen von der unmittelbaren Umgebung vorstehende Form von dieser unmittelbaren Umgebung strukturell unterscheidet. Vielmehr handelt sich der „Abschnitt“ um einen ausgedehnten Bereich mit einer Kühlstruktur, welche einen sich wiederholenden Strukturverlauf aufweist.
  • Insb. handelt sich der „Abschnitt“ um einen ausgedehnten Bereich mit mindestens vier Pins, welche im Wesentlichen eine und dieselbe Form und Größe aufweisen und innerhalb eines definierten ausgedehnten Bereichs in mindestens zwei Reihen und in mindestens zwei Spalten verteilt angeordnet sind. Durch die gleiche Form und Größe bei den Pins innerhalb des definierten ausgedehnten Bereichs weist der jeweilige „Abschnitt“ in diesem definierten Bereich eine im Wesentlichen homogene abschnittspezifische Kühlleistung auf.
  • Zwei unterschiedliche „Abschnitte“ mit jeweils einem von zwei voneinander unterschiedlichen Bereichen, welche jeweils eine von zwei voneinander unterschiedlichen Kühlstrukturen aufweisen, weisen somit voneinander unterschiedliche abschnittspezifische Kühlleistungen auf.
  • Bspw. verändert sich die Kühlstruktur entlang der Flussrichtung des Kühlmediums derart, sodass sich der Strömungswiderstand der Kühloberfläche zu dem an der Kühloberfläche fließenden Kühlmedium und somit auch der Druckabfall bei dem Kühlmedium und folglich auch die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums analog zu dem thermischen Widerstand entlang der Flussrichtung des Kühlmediums und in der zuvor beschriebenen Weise verändert.
  • Insb. verändern sich der Strömungswiderstand der Kühloberfläche zu dem an der Kühloberfläche fließenden Kühlmedium und somit auch der Druckabfall bei dem Kühlmedium entlang der Flussrichtung des Kühlmediums wie der thermische Widerstand abschnittweise.
  • Bspw. umfasst die Kühlstruktur eine Anzahl von Ausformungen, insb. Kühlpins und/oder Kühlpins, zur Vergrößerung der Kühloberfläche. Dabei verändern sich die Verteilung, die Anordnung, die Form und der Gestalt, insb. der Querschnitt und die Länge, der Ausformungen entlang der Flussrichtung des Kühlmediums derart, sodass sich auch der thermische Widerstand sowie der Strömungswiderstand bzw. der Druckabfall und folglich auch die Kühlleistung entlang der Flussrichtung des Kühlmediums verändern, insb. abschnittweise.
  • Bspw. weist die Kühloberfläche entlang der Flussrichtung des Kühlmediums betrachtet mindestens zwei Abschnitte auf, welche voneinander unterschiedliche (abschnittsspezifische) Kühlstrukturen aufweisen.
  • Bspw. ist der Kühler in einem Metallpulverspritzgießvorgang (auf Englisch „Metal-Injection-Molding (MIM)“), Fließpressvorgang oder Strangpressvorgang hergestellt.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
    • 1 in einer schematischen Untersichtdarstellung einen Kühler zur Kühlung einer leistungselektrischen Schaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 in einer schematischen Seitenschnittdarstellung den in 1 dargestellten Kühler.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnung:
  • 1 und 2 zeigen einen Kühler KL zur Kühlung einer leistungselektrischen Schaltungsanordnung EA gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Der Kühler KL umfasst einen Kühlkörper KK mit einer Kühloberfläche KF, welche beim Kühlungsvorgang von einem Kühlwasser (Kühlmedium) beströmt wird und somit mit dem Kühlwasser in einem direkten thermischen Kontakt steht. Über die Kühloberfläche KF gibt der Kühler KL die Abwärme, welche er über den Kühlkörper KK von der Schaltungsanordnung aufgenommen hat, an das in einer vorbestimmten Flussrichtung FR an der Kühloberfläche KF vorbeiströmende Kühlwasser ab.
  • Die Kühloberfläche KF weist entlang der Flussrichtung FR des Kühlmediums betrachtet drei Abschnitte AB1, AB2, AB3 auf, welche voneinander unterschiedliche Kühlstrukturen KS1, KS2, KS3 zur Vergrößerung der jeweiligen Abschnitte AB1, AB2, AB3 der Kühloberfläche KF aufweisen.
  • Dabei weisen die Kühlstrukturen KS1, KS2, KS3 jeweils eine Anzahl von Kühlpins KS1, KS2, KS3 auf, welche innerhalb der jeweiligen Abschnitte AB1, AB2, AB3 weitgehend identisch geformt sind und gleichmäßig in mehreren Reihen und Spalten verteilt angeordnet sind. Zwischen den unterschiedlichen Abschnitten AB1, AB2, AB3 weisen die Kühlpins KS1, KS2, KS3 jedoch voneinander unterschiedliche Formen und Größen, wie z. B. Querschnitte und Längen, auf und sind zudem in unterschiedlichen Aufstellungen, wie z. B. in unterschiedlichen Abständen voneinander, räumlich verteilt angeordnet. Dadurch weist der Kühlkörper KK bzw. die Kühloberfläche KF an den jeweiligen Abschnitten AB1, AB2, AB3 jeweils einen abschnittspezifischen thermischen Widerstand auf, welche sich voneinander unterscheiden.
  • Bspw. weist ein erster, entlang der Flussrichtung FR des Kühlwassers betrachtet aufwärts liegender Abschnitt AB1 eine erste Gruppe von Kühlpins KP1 auf, welche raupenförmige Querschnitte aufweisen und vergleichsweise weit voneinander beabstandet angeordnet sind.
  • Ein zweiter, entlang der Flussrichtung FR des Kühlwassers betrachtet strömungsabwärts des ersten Abschnitts AB1 liegender Abschnitt AB2 weist eine zweite Gruppe von Kühlpins KP2 auf, welche bspw. ebenfalls raupenförmige Querschnitte aufweisen und im Vergleich zu der ersten Gruppe von Kühlpins KP1 einen kleineren Querschnitt aufweisen und zueinander enger beabstandet angeordnet sind.
  • Ein dritter, entlang der Flussrichtung FR des Kühlwassers betrachtet strömungsabwärts des zweiten Abschnitts AB2 liegender Abschnitt AB3 weist eine dritte Gruppe von Kühlpins KP3 auf, welche bspw. ellipsenförmige Querschnitte aufweisen und im Vergleich zu der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Kühlpins KP1, KP2 länger ausgebildet sind.
  • Durch die unterschiedlichen Ausführungen in den Formen und Größen sowie in den unterschiedlichen Aufstellungen bei den unterschiedlichen Gruppen der Kühlpins KP1, KP2, KP3 weisen die drei Abschnitte AB1, AB2, AB3 abschnittspezifische thermische Widerstände auf, welche entlang der Flussrichtung FR des Kühlwassers abschnittsweise zunehmen.
  • Darüber hinaus verändern sich der Strömungswiderstand der Kühlpins KP1, KP2, KP3 und somit auch der Druckabfall bei dem Kühlwasser entlang der Flussrichtung FR.
  • Diese abschnittsweise zunehmenden thermischen Widerstände und der sich verändernde Strömungswiderstand bzw. Druckabfall kompensieren die sich entlang der Flussrichtung FR abnehmende Wärmeaufnahmefähigkeit des Kühlwassers infolge der ansteigenden Kühlwassertemperatur und der dadurch sich verringernden Temperaturdifferenz zwischen der Kühloberfläche KF und des Kühlwassers.
  • Als Folge bleibt die Kühlleistung des Kühlers KL über die gesamte Länge entlang der Flussrichtung FR homogen, wodurch die elektrische Anordnung EA wiederum über ihren gesamten Bereich homogen gekühlt wird.
  • Ist eine abschnittsspezifische Kühlung der elektrischen Anordnung EA gewünscht, so kann diese auch mit entsprechender Ausführung bei den abschnittspezifischen Kühlstrukturen KS1, KS2, KS3 bzw. den Kühlpins KP1, KP2, KP3 erzielt werden.
  • Der Kühler KL bzw. der Kühlkörper KK samt den Kühlpins KP1, KP2, KP3 ist bspw. in einem Metallpulverspritzgießvorgang, Fließpressvorgang oder Strangpressvorgang hergestellt.

Claims (5)

  1. Kühler (KL) zur Kühlung einer elektrischen Anordnung, insb. einer leistungselektrischen Anordnung, mit einem Kühlkörper (KK) mit einer Kühloberfläche (KF) zur Wärmeabgabe an ein an der Kühloberfläche (KF) fließendes Kühlmedium, wobei der Kühlkörper (KK) an der Kühloberfläche (KF) eine Kühlstruktur (KS) Vergrößerung der Kühloberfläche (KF) aufweist, wobei sich die Kühlstruktur (KS) in Flussrichtung (FR) des Kühlmediums derart verändert, sodass sich auch der thermische Widerstand des Kühlkörpers (KK) entlang der Flussrichtung (FR) des Kühlmediums verändert.
  2. Kühler (KL) nach Anspruch 1, wobei sich die Kühlstruktur (KS) entlang der Flussrichtung (FR) des Kühlmediums derart verändert, sodass der Strömungswiderstand der Kühloberfläche (KF) und somit auch der Druckabfall bei dem an der Kühloberfläche (KF) fließenden Kühlmedium entlang der Flussrichtung (FR) des Kühlmediums verändert.
  3. Kühler (KL) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühlstruktur (KS) eine Anzahl von Ausformungen (KP1, KP2, KP3), insb. Kühlpins und/oder Kühlpins, zur Vergrößerung der Kühloberfläche (KF) umfasst, wobei sich die Verteilung, die Flächendichte, die Anordnung, der Fließwiderstand, die Form, der Querschnitt und/oder die Länge der Ausformungen (KP1, KP2, KP3) entlang der Flussrichtung (FR) des Kühlmediums derart verändern, sodass sich der thermische Widerstand des Kühlers (KL) entlang der Flussrichtung (FR) des Kühlmediums verändert.
  4. Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kühloberfläche (KF) entlang der Flussrichtung (FR) des Kühlmediums betrachtet mindestens zwei Abschnitte (AB1, AB2, AB3) aufweist, wobei die mindestens zwei Abschnitte (AB1, AB2, AB3) voneinander unterschiedliche Kühlstrukturen (KS: KS1, KS2, KS3) aufweisen.
  5. Kühler (KL) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühler (KL) in einem Metallpulverspritzgießvorgang, Fließpressvorgang oder Strangpressvorgang hergestellt ist.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3735117A1 (de) * 2019-05-03 2020-11-04 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung von seriell in einem kühlmittelstrom angeordneten wärmequellen
DE102020109726A1 (de) 2020-04-07 2021-10-07 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronisches System mit einer Gesamtkühleinrichtung und einer Mehrzahl von Teilkühleinrichtungen
EP4123698A1 (de) * 2021-07-19 2023-01-25 Siemens Aktiengesellschaft Halbleiteranordnung und stromrichter mit gleichmässiger kühlung
EP4253898A1 (de) * 2022-04-01 2023-10-04 Hamilton Sundstrand Corporation Kühlkörper mit variierender topologie
US12007180B2 (en) 2022-04-01 2024-06-11 Hamilton Sundstrand Corporation Varying topology heat sinks

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100172091A1 (en) * 2008-11-28 2010-07-08 Fuji Electric Systems Co., Ltd. Cooling apparatus for semiconductor chips
DE102011079508A1 (de) * 2010-09-10 2012-03-15 Mitsubishi Electric Corp. Kühlstruktur für ein Halbleiterelement
US20130112388A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-09 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Heat sink
DE102015212721A1 (de) * 2015-07-08 2017-01-12 Robert Bosch Gmbh Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Leistungshalbleiters

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100172091A1 (en) * 2008-11-28 2010-07-08 Fuji Electric Systems Co., Ltd. Cooling apparatus for semiconductor chips
DE102011079508A1 (de) * 2010-09-10 2012-03-15 Mitsubishi Electric Corp. Kühlstruktur für ein Halbleiterelement
US20130112388A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-09 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Heat sink
DE102015212721A1 (de) * 2015-07-08 2017-01-12 Robert Bosch Gmbh Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Leistungshalbleiters

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3735117A1 (de) * 2019-05-03 2020-11-04 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung von seriell in einem kühlmittelstrom angeordneten wärmequellen
WO2020224856A1 (de) * 2019-05-03 2020-11-12 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung von seriell in einem kühlmittelstrom angeordneten wärmequellen
DE102020109726A1 (de) 2020-04-07 2021-10-07 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronisches System mit einer Gesamtkühleinrichtung und einer Mehrzahl von Teilkühleinrichtungen
EP4123698A1 (de) * 2021-07-19 2023-01-25 Siemens Aktiengesellschaft Halbleiteranordnung und stromrichter mit gleichmässiger kühlung
EP4253898A1 (de) * 2022-04-01 2023-10-04 Hamilton Sundstrand Corporation Kühlkörper mit variierender topologie
EP4253897A1 (de) * 2022-04-01 2023-10-04 Hamilton Sundstrand Corporation Kühlkörper mit variierender topologie
US12007180B2 (en) 2022-04-01 2024-06-11 Hamilton Sundstrand Corporation Varying topology heat sinks

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