DE102018210108A1 - Ld-modul-kühlvorrichtung und lasereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Zum Bereitstellen einer LD-Modul-Kühlvorrichtung und einer Lasereinrichtung, welche die LD-Modul-Kühlvorrichtung enthält, die zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann, einschließlich einer Flusspfadstruktur, in der eine Vielzahl von LD-Modulen auf im Wesentlichen dieselbe Temperatur mit einem begrenzten Kühlmedium gekühlt werden kann, beinhaltet eine LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 in einer Wasserkühlplatte 2 gemeinsame Flusspfade 4, 5, die ein Kühlmedium parallel zu/aus einer Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden 6 zuführen/abführen, die einer Vielzahl von LD-Modulen 3 entsprechen, in welchen der Kühlbereichsflusspfad 6 einen Dünnschichtflusspfad mit einer Flusspfadhöhe und einer Flusspfadbreite ist, die in zumindest einer Mehrheit einer Flusspfadlänge konstant sind, eine rechteckige Form des Kühlbereichsflusspfads 6 durch die Abmessungen Flusspfadlänge x Flusspfadbreite definiert, mit zumindest der Mehrzahl einer Hauptkontaktoberfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und den LD-Modulen 3 bei Sicht aus einer Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 überlappt, die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 eine Bedingung, dass die Flusspfadhöhe 1/20 oder weniger der Flusspfadlänge und der Flusspfadbreite ist, oder/und eine Bedingung, dass die Flusspfadhöhe 0,5 mm oder weniger ist, und Druckverlust in einem Kühlmedium im Kühlbereichsflusspfad 6 größer als der Druckverlust eines Kühlmediums in den gemeinsamen Flusspfaden 4, 5 ist, erfüllt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine LD-Modul-Kühlvorrichtung und eine Lasereinrichtung. Spezifischer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine LD-Modul-Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Vielzahl von Laserdioden-Modulen (LD-Modulen), die als Laserlichtquellen oder Anregungslichtquellen für eine Lasereinrichtung verwendet werden, wobei die LD-Modul-Kühlvorrichtung Kühl-Charakteristika aufweist, die jede LD in dem LD-Modul auf eine niedrige Temperatur kühlen kann und Erzielen einer kleinen Differenz bei den Kühlen-Charakteristika zwischen den LD-Modulen, und eine Lasereinrichtung, die die LD-Modul-Kühlvorrichtung mit solchen Charakteristika beinhaltet, und ist ein zuverlässiger Laser mit einer langen Lebensdauer und einer kleinen Differenz bei der Haltbarkeit und LD-Degradationsgeschwindigkeit, die durch eine Differenz bei der LD-Antriebstemperatur verursacht wird.
  • Stand der Technik
  • Ein LD-Modul wird als eine Laserlichtquelle oder eine Anregungslichtquelle für eine Lasereinrichtung mit hoher Abgabe verwendet. Wenn zu viele LD-Module verwendet werden, steigt der Bruttoheizwert der Vorrichtung an. Daher sind LD-Module im Allgemeinen auf der Oberfläche einer wassergekühlten Platte angeordnet, die eine Passage für Kühlwasser bildet, das als ein Kühlmedium in der wassergekühlten Platte verwendet wird, die durch Wasserkühlen zu kühlen ist. In einem solchen Fall wird allgemein eine Kühlvorrichtung, die eine Flusspfadstruktur aufweist, in der Kühlwasser in Serie durch eine Vielzahl von LD-Modulen fließt, allgemein verwendet, weil diese Flusspfadstruktur einfach und relativ leicht herzustellen ist. Jedoch, weil das Kühlwasser durch die LD-Module erzeugte Wärme absorbiert, während es an den LD-Modulen entlang fließt, steigt die Temperatur des Kühlwassers graduell an, während sich das Kühlwasser stromabwärts bewegt. Daher nehmen die Kühleigenschaften eines auf einer stromabwärtigen Seite angeordneten LD-Moduls im Vergleich zu einem auf einer stromaufwärtigen Seite angeordneten LD-Modul ab und steigt die Temperatur dieses LD-Moduls um den Betrag, den die Temperatur des Kühlwassers ansteigt. Als Ergebnis ist dieser Typ von Flusspfadstruktur dahingehend problematisch, dass die LD-Temperatur innerhalb des LD-Moduls um den Grad ansteigt, den die Temperatur des Kühlwassers steigt.
  • Wenn beispielsweise 50 LD-Module, die alle einen Heizwert von 50 W aufweisen, vorgesehen sind und die Flussrate des Kühlwassers 10 L/min (= 10 L/min = 1,67 × 10-4m3/s) beträgt, steigt die Temperatur des Kühlwassers auf der stromabwärtigen Seite um 3,6 °C (Heizwert/(Flussrate × (spezifische Wärmewert von Wasser) × (Dichte von Wasser)=50W×50/(1.67×10-4m3/s×4.183×103J/(kg·K)×9.982×102kg/m3)≈3.6} gegenüberstehend der Temperatur des Kühlwassers auf der stromaufwärtigen Seite. Wenn die Temperatur des LD während des Antriebs ansteigt, steigt die Degradierungsrate der LD möglicherweise an und kann sich die Lebensdauer der LD bei einem Temperaturanstieg von 10 °C auf die Hälfte reduzieren. In diesem Fall reduziert der oben erwähnte Temperaturanstieg von 3,6 °C die Lebensdauer der LD um ungefähr 78%. Daher wird die Lebensdauer einer LD-Modul-Montageeinheit, in der eine Vielzahl von LD-Modulen auf einer Kühlplatte angeordnet sind, beschränkt auf die Lebensdauer der LD-Module bei Antrieb bei der höchsten Temperatur. Wenn die Lebensdauer eines LD-Moduls in der Montageeinheit zu Ende geht, ist derzeit nur das Austauschen dieses LD-Moduls bekannt. Jedoch sind Wartungskosten und, die Lasereinrichtung während der Wartung anhalten zu müssen, neben anderen Sorgen, Probleme.
  • Andererseits kann bei der Flusspfadstruktur, in welcher Kühlwasser nahe jedem LD-Modul parallel fließt, die Differenz bei der Temperatur, die aus der Differenz bei den stromaufwärtigen und stromabwärtigen LD-Modulen herrührt, reduziert werden. Jedoch, falls dieselben Bedingungen eingestellt werden, wie wenn die Gesamtflussrate des Kühlwassers in Reihe ist, kann die Flussrate des Kühlwassers, das jedes LD-Modul kühlt, auf 1/(Anzahl von LD-Modulen) reduziert werden. Daher, wenn die oben beschriebenen Kühlbedingungen angewendet werden, wird die Flussrate des Kühlwassers, das jedes LD-Modul kühlt, ungefähr 0,2 L/min. In diesem Fall wird das LD-Modul nicht ausreichend gekühlt. Als Ergebnis gibt es das Problem damit, dass die Temperatur der LD im LD-Modul insgesamt steigt. Es gibt auch das Problem, dass es schwierig ist, eine Flusspfadstruktur herzustellen, in welcher das Kühlwasser die LD-Module durch paralleles Fließen kühlt und diese Struktur involviert hohe Kosten.
  • Daher ist es eine Aufgabe gewesen, eine LD-Modul-Kühlvorrichtung zu entwickeln, die bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann und die Temperatur der LD-Module und LDs weiter kühlen kann als zumindest diejenige von LD-Modulen, die in Reihe gekühlt und stromabwärts angeordnet sind, wenn jedes LD-Modul mit Kühlwasser parallel gekühlt wird. Verfahren zum Steigern der Flussrate des Kühlwassers oder Senken der Einflusstemperatur des Kühlwassers sind auch erwogen worden. Jedoch erfordert ein Verfahren zum Steigern der Flussrate des Kühlwassers das Verbessern von Spezifikationen eines Kühlers (Zirkulations-Kühlwasser-Zufuhrvorrichtung) und anderer Aufgaben. Zusätzlich kondensieren die LD-Module und andere Komponenten einfacher, wenn ein Verfahren des Senkens der Einflusstemperatur des Kühlwassers verwendet wird, was ein Problem ist. Daher können diese Verfahren das Problem nicht lösen.
  • Die Flusspfadstruktur, in welcher das Kühlwasser parallel fließt, kann eine kleine Differenz zwischen Stromaufwärts- und Stromabwärts-Kühlwasser realisieren und die Differenz zwischen Stromaufwärts- und Stromabwärts-Kühltemperatur-Charakteristik des Kühlwassers reduzieren. Als solche sind bislang verschiedene Typen von Kühlvorrichtungen, die eine Flusspfadstruktur des Fließenlassens des Kühlwassers parallel beinhalten, vorgeschlagen worden (siehe beispielsweise Patentliteratur 1 bis 5).
  • Patentliteratur 1 offenbart eine gestapelte Struktur für eine Kühleinheit für einen wassergekühlten Halbleiter, in welchem ein Halbleiter an einem Kühlkörper montiert ist, um den Kühlkörper mit Wasser zu kühlen. Diese gestapelte Struktur beinhaltet den Kühlkörper, aggregiertes Rohrsystem und ein Verpassungselement. Der Kühlkörper ist mit Kühlwasseranschlüssen versehen auf einer Zufuhrseite und einer Ablassseite. Das aggregierte Leitungssystem beinhaltet einen Montagebereich, der verwendet wird, um die Struktur an einer externen Box oder einen externen Rahmen zu montieren und weist eine Rahmenfunktion des Überbrückens des Kühlkörpers auf, an welchem der Halbleiter angebracht ist. Das Passungsbauteil ist am Kühlwasseranschluss montiert, um wasserfest den Kühlkörper in das aggregierte Rohrsystem einzupassen. Eine Vielzahl von Kühlkörpern, die wasserfest in das aggregierte Leitungssystem mit dem Verpassungsbauteil eingepasst sind, werden zwischen dem aggregierten Leitungssystem angeordnet. Mit dieser Konfiguration steigt der Druckverlust des Kühlkörpers um mehr als zwei Größenordnungen in Bezug auf ein Rohr an, was eine Kühlwasserkühlstruktur erzielt, die nur mit dem Kühlkörper und dem aggregierten Rohrsystem mit der Rahmenfunktion kühlt, ohne die Notwendigkeit, Komponenten und Funktionen bereitzustellen, die eine Flussrate-Balance zwischen den Kühlkörpern in der gestapelten Struktur justieren. Zusätzlich, selbst falls Wassereinlässe/Auslässe an beliebigen Positionen in dem aggregierten Leitungssystem vorgesehen sind, können die Flussraten der Kühlkörper zwischen den Stapeln ausgeglichen werden. Daher kann die Struktur des Hauptleitungssystems freier entworfen werden und kann die Kühleinheit kleiner und leichter gemacht werden, wenn die Kühlkörper eine gestapelte Struktur verwenden. Jedoch wird oft eine große Anzahl von LD-Modulen in einer optischen Ausgabelasereinrichtung verwendet. Beispielsweise gibt es Fälle, in welchen eine Kühlvorrichtung 50 LD-Module kühlt. Die Flussrate von Kühlwasser wird wünschenswerter Weise auf ungefähr 10 Liter pro Minute (10 L/min) gehalten. Daher beträgt in diesem Fall, wie oben beschrieben, die Flussrate, die dazu gebracht wird, durch jeden Kühlkörper zu fließen, 0,2 L/min. Jedoch erwähnt Patentliteratur 1 nicht klar eine Flusspfadstruktur, die hohe Kühl-Charakteristika bei einer solchen niedrigen Flussrate erzielen kann. Zusätzlich, wenn ungefähr 50 LD-Module mit einer Kühlvorrichtung wie oben beschrieben gekühlt werden, werden die LD-Module vorzugsweise zweidimensional angeordnet. Jedoch würde die in Patentliteratur 1 offenbarte Flusspfadstruktur eine komplizierte Struktur aufweisen, die nicht einfach kleiner gemacht werden könnte, falls die Kühlkörper zweidimensional anzuordnen wären.
  • Patentliteratur 2 offenbart eine Kühlmittel-Kühltyp-Beidseitenkühl-Halbleitervorrichtung, die ein Halbleiterchip oder ein doppelseitiges Kühl-Halbleitermodul, Kühlröhren und Pressteile umfasst. Das Kühlrohr weist eine flache Kontaktwärmeaufnahme-Oberfläche auf. Kühlfluid fließt durch das Kühlrohr. Die Druckteile sandwichen und pressen den Halbleiterchip oder das doppelseitige Kühl-Halbleitermodul zwischen den Kühlmittelrohren in einer Dickenrichtung des Halbleiterchips oder doppelseitigen Kühl-Halbleitermoduls.
  • Während des Sandwichens und Pressens kontaktieren flache Oberflächen der Kühlmittelrohre einander, entweder direkt oder über einen Isolationsabstandshalter, beide Hauptseiten des Halbleiterchips oder des doppelseitigen Kühl-Halbleitermoduls. Das Kühlrohr beinhaltet eine Vielzahl von Barrierewänden, die sich in einer Flussrichtung erstrecken und eine Sandwich/Druckrichtung. Mit dieser Konfiguration kann ein Presselement zwei flache Kühlmittelrohre auf jeder Seite des Halbleitermoduls (Halbleiterchip) gegen das Halbleitermodul (Halbleiterchip) bei demselben Druck (wenn Bereiche von Elektrodenelementen auf jeder Seite des Halbleitermoduls (Halbleiterchips) gleich sind) drücken. Die Struktur ist einfach. Kühlmittel mit einer konstanten Flussrate und Temperatur wird jedem Kühlmittelrohr über einen Einlasskopf zugeführt. Zusätzlich, weil das Halbleitermodul durch gemeinsame Presselemente gesandwiched und gepresst wird, ist im Wesentlichen die Sandwich-/Druckkraft pro Einheitsfläche zwischen jedem Halbleitermodul und den Kühlmittelrohren im Wesentlichen gleich und ist der Druckbereich gleich. Daher wird die Sandwich-/Druckkraft des Halbleitermoduls gegen die Kühlmittelrohre im Wesentlichen gleich. Als Ergebnis dieses Phänomens kann die Kühlkapazität jedes Halbleitermoduls im Wesentlichen gleich gemacht werden. Jedoch beschreibt Patentliteratur 2 nicht klar eine Flusspfadstruktur, die Kühl-Charakteristika mit einer kleinen Flussrate von 0,2 L/min erzielen kann, wie später beschrieben. Zusätzlich würde die Struktur der Halbleitervorrichtung eine komplizierte Struktur aufweisen, die nicht leicht kleiner gemacht werden könnte, falls zweidimensional angeordnete Halbleiterchips oder doppelseitige Kühl-Halbleitermodule gekühlt würden.
  • Patentliteratur 3 offenbart eine Wasserkühlausrüstung für eine Hochspannungs-Elektroeinrichtung. Die Wasserkühlausrüstung beinhaltet eine Vielzahl von Modulen, die gegeneinander durch eine Isolationsunterstützung isoliert sind. Jedes Modul bringt Halbleiterelemente und Hilfsschaltungen für das Modul unter. Das Innere jedes Moduls wird mit Wasser gekühlt, das über eine Modul-Wasserzufuhrleitung zugeführt wird. Das Wasser wird durch eine Modulablassleitung abgelassen. Jedes Modul ist mit einem Fluidwiderstand versehen, der einen vorbestimmten Druckverlust auf einem stromaufwärtigen Seiten-Ende jeder Modul-Wasserzufuhrleitung erzeugt. Bei dieser Wasserkühlausrüstung ist der Fluidwiderstand vorgesehen, um die Vielzahl von Heizteilen gleichmäßig zu kühlen. Jedoch ist diese Wasserkühlausrüstung lediglich erfolgreich dabei, die Flussrate des Kühlwassers, welches durch jede Modul-Wasserzuführleitung fließt, gleich zu machen, und Patentliteratur scheitert daran, eine Flusspfadstruktur zu erwähnen, die hohe Kühl-Charakteristika mit kleiner Flussrate von 0,2 L/min, oben beschrieben, erzielen kann.
  • Patentliteratur 4 offenbart eine Wärmeerzeugungsbauteil-Kühlstruktur, in der ein Kühlmittelraum zwischen einer Wärmeabgabeoberfläche, welche thermisch mit einem Wärme erzeugenden Element verbunden ist, und einer gegenüberliegenden Oberfläche, die gegenüberliegend der Wärmeabgabeoberfläche positioniert ist, gebildet wird. Eine Vielzahl von Wärmeabgaberippen sind innerhalb des Kühlraums vorgesehen, um parallel zueinander zu sein und stehen von der Wärmeabgabeoberfläche zur gegenüberliegenden Oberfläche ab. Eine Zwischenrippenpassage, durch welche das Kühlmittel fließt, ist zwischen der Vielzahl von Wärmeabgaberippen gebildet. Weiter beinhaltet die Wärmeerzeugungsbauteil-Kühlstruktur ein Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoir, das mit einer Endseite der Zwischenrippenpassage kommuniziert. Dieses Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoir ist so vorgesehen, dass es sich in eine Anordnungsrichtung der Zwischenrippenpassage erstreckt. Die Zwischenrippenpassage und das Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoirs sind so verbunden, dass eine Kommunikation dazwischen durch einen verengten Bereich gestattet ist, der so vorgesehen ist, dass er sich durch zumindest die Fläche erstreckt, in der die Zwischenrippenpassagen in einer Reihe angeordnet sind. Der verengte Bereich weist einen größeren Flusswiderstand auf als das Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoir. Mit dieser Konfiguration fließt Kühlmittel, das in das Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoir geflossen ist, durch den verengten Bereich in die Zwischenrippenpassage. Weil sich der verengte Bereich über zumindest die Fläche erstreckt, in der die Zwischenrippenpassagen in einer Reihe angeordnet sind, und einen größeren Flusswiderstand aufweist als denjenigen des Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoirs, wird das Kühlmittel, das in das Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoir fließt, gleichmäßig über das gesamte Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoir längs einer Erstreckungsrichtung des Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoirs verteilt. Daher kann das Kühlmittel zur Zwischenrippenpassage in der gesamten Region des verengten Bereiches fließen und im Wesentlichen gleichmäßig in jede Zwischenrippenpassage fließen. Als Ergebnis wird der Fließzustand des Kühlmittels im Wesentlichen gleichförmig und kann das Wärmeerzeugungselement effizient gekühlt werden. Diese Wärmeerzeugungselement-Kühlstruktur ist mit dem verengten Bereich versehen, der einen größeren Flusswiderstand aufweist als derjenige des Einflussseiten-Kühlmittel-Reservoirs, weil die Menge an Kühlmittel, die in jede Zwischenrippenpassage fließt, im Wesentlichen gleichförmig gemacht werden kann. Um hohe Kühlungs-Charakteristika mit einer kleinen Flussrate von 0,2 L/min zu erzielen, wie oben beschrieben, muss die Flussgeschwindigkeit des Kühlmittels, welches durch die Passage zum Kühlen des wärmeerzeugenden Elementes fließt, dazu gebracht werden, so schnell wie möglich zu sein. Obwohl der Flusspfad-Querschnitt kleiner gemacht werden muss, um die Flussgeschwindigkeit bei einer begrenzten Flussrate zu steigern, wird ein Druckverlust beim Flusspfadbereich zu hoch, wenn der Flusspfadquerschnitt zu klein gemacht wird in dieser wärmeerzeugenden Bauteil-Kühlstruktur. Daher wird zu viel Last auf einer Ablasspumpe in einer Kühlmittel-Sendevorrichtung gegeben, was ein Problem ist. Als Ergebnis, wenn ein Druckverlust am verengten Bereich auftritt, ist es notwendig, sowohl Druckverlust am Flusspfad, der für Kühlen des Wärmeerzeugungselementes verwendet wird, um diesen Verlustbetrag zu reduzieren, als auch die Querschnittsfläche des Flusspfades zu vergrößern, der zum Kühlen des Wärmeerzeugungselementes verwendet wird, und als Ergebnis sinkt die Flussgeschwindigkeit. Daher ist diese Wärmeerzeugungselement-Kühlstruktur nicht geeignet, effektiv bei einer kleinen Flussrate wie etwa der oben beschriebenen, zu kühlen.
  • Patentliteratur 5 bezieht sich nicht auf eine Struktur, die ein Kühlmedium veranlasst, parallel durch zum Kühlen einer Vielzahl von Wärmeerzeugungselementen verwendeten Kühlungsbereichspassagen zu fließen. Jedoch offenbart Patentliteratur 5 eine Flusspfadstruktur zum Reduzieren der Tiefe (Höhe) eines Flusspfads, durch welchen ein Kühlmedium zum Kühlen eines Wärmeerzeugungselements fließt. Mit anderen Worten offenbart Patentliteratur 5 ein elektrisches Gerät, das einen Flusspfad beinhaltet, durch welches ein Kühlmedium zum Kühlen eines Wärmeerzeugungselements fließt. Der Flusspfad beinhaltet einen Kühlteil, einen Einlassteil und einen Auslassteil. Der Kühlteil ist an einem Bereich gebildet, der dem Wärmeerzeugungselement entspricht. Der Einlassteil kommuniziert mit dem Kühlteil, um das extern zugeführte Kühlmedium zum Kühlteil zu führen. Der Auslassteil kommuniziert mit dem Kühlteil, um extern das Kühlmedium, das zum Kühlbereich geführt worden ist, abzugeben. Dieser Flusspfad wird so gebildet, dass die Querschnittsfläche des Flusspfads, der sich vom Einführteil zum Abgabeteil über den Kühlteil erstreckt, im Wesentlichen konstant ist. Mit dieser Konfiguration wird der Flusspfad im Kühlteil, durch welchen das Kühlmedium zum Kühlen des Wärmeerzeugungselementes fließt, dazu gebracht, eine breitere Weite und eine schmalere Tiefe (Höhe) aufzuweisen als diejenige des Einführungsbereichs und des Abgabebereichs. Zu dieser Zeit wird der Flusspfad so ausgebildet, dass die Querschnittsfläche des Flusspfads, der sich vom Einführteil zum Auslassteil über den Kühlteil erstreckt, im Wesentlichen konstant ist und als ein Ergebnis ein gleichförmiges Kühlen erzielt werden kann und thermische Charakteristika verbessert werden können. Zusätzlich kann der Druckverlust im Flusspfad reduziert werden. Jedoch, um ungefähr gleiche Beträge an Kühlmedium parallel zu einer Vielzahl von Kühlteilen anzulegen, ist ein gewisser Betrag an Druckverlust in den Kühlteilen erforderlich. In Patentliteratur 5 ist das Reduzieren von Druckverlust nicht ein Problem, das Priorität erlangt. Weiter erwähnt Patentliteratur 5 nicht klar eine Flusspfadstruktur, die hohe Kühl-Charakteristik bei einer niedrigen Flussrate erzielen kann, wie etwa den oben beschriebenen 0,2 L/min. Zusätzlich, weil die in Patentliteratur 5 beschriebene Flusspfadstruktur eine Struktur ist, in welcher die Querschnittform des Flusspfades sich graduell vom Einführteil zum Auslassteil verändert, präsentiert diese Struktur ein Problem damit, dass die Herstellungskosten steigen würde, falls eine Vielzahl von Kühleinheiten in einer Flusspfadstruktur, wie etwa der in Patentliteratur 5 offenbarten, vorgesehen würden, um eine Struktur zu versuchen, zu erreichen, in welcher ungefähr eine gleiche Menge an Kühlmedium parallel jedem Kühlteil zugeführt werden.
    • Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2011-198802
    • Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2010-16402
    • Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. H11-89213
    • Patentdokument 4: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2008-172024
    • Patentdokument 5: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2004-6811
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehenden Umstände gemacht worden und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine LD-Modul-Kühlvorrichtung bereitzustellen, die zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann und eine Flusspfadstruktur und Kühlungsleistungsfähigkeit aufweist, die es ermöglicht, dass eine Vielzahl von LD-Modulen und LDs innerhalb der LD-Module auf im Wesentlichen dieselbe niedrige Temperatur unter Verwendung eines Kühlmediums mit einer begrenzten Flussrate gekühlt werden kann.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässige Lasereinrichtung langer Lebensdauer bereitzustellen, die eine Langlebensdauer-LD-Modul-Baugruppeneinheit enthält, die eine Vielzahl von LD-Modulen und eine LD-Modul-Kühlvorrichtung als Hauptstrukturkomponenten enthält, in der Wartungskosten zum Ersetzen der LD-Modul-Baugruppeneinheit niedrig sind.
    • (1) Eine LD-Modul-Kühlvorrichtung (beispielsweise eine später zu beschreibende LD-Modul-Kühlvorrichtung 1) der vorliegenden Erfindung beinhaltet: eine Kühlplatte (beispielsweise eine später zu beschreibende Wasserkühlplatte 2); eine Vielzahl von Kühlbereichs-Flusspfaden (beispielsweise ein später zu beschreibender Kühlbereichsflusspfad 6, die in der Kühlplatte gebildet sind, durch welche ein Kühlmedium zum Kühlen einer Vielzahl von LD-Modulen (beispielsweise ein später zu beschreibendes LD-Modul 3), die auf einer Frontoberfläche der Kühlplatte angeordnet sind, fließt, entsprechend Positionen der Vielzahl von LD-Modulen; ein gemeinsamer Zufuhrflusspfad (beispielsweise ein später zu beschreibender gemeinsamer Zufuhrflusspfad 4), der in der Kühlplatte gebildet ist, welcher das Kühlmedium parallel der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden zuführt; und ein gemeinsamer Auslass-Flusspfad (beispielsweise ein später zu beschreibender gemeinsamer Auslass-Flusspfad 5), der in der Kühlplatte gebildet ist, welche das Kühlmedium parallel aus der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden ableitet, wobei: der Kühlbereichsflusspfad eine Flusspfadhöhe und eine Flusspfadbreite aufweist, die zumindest in einer Mehrheit der Flusspfadlänge konstant sind und als Dünnschicht-Flusspfad parallel zu einer Frontoberfläche der Kühlplatte gebildet ist, eine rechteckige Form des Kühlbereichsflusspfads, definiert durch die Abmessungen Flusspfadlänge x Flusspfadbreite mit zumindest einer Mehrheit einer Hauptkontaktoberfläche zwischen der Kühlplatte und der Vielzahl von LD-Modulen bei Sicht von der Frontoberfläche der Kühlplatte überlappt, die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfades eine einer Bedingung, 1/20 oder weniger der Flusspfadlänge und der Flusspfadbreite zu sein, und eine Bedingung, dass die Flusspfadhöhe 0,5 mm oder weniger ist, erfüllt, und Druckverlust des Kühlmediums, das durch den Kühlbereichsflusspfad fließt, der durch Leitungsreibung verursacht wird, größer als der Druckverlust des Kühlmediums ist, das durch den gemeinsamen Zufuhrflusspfad und den gemeinsamen Ablassflusspfad fließt, der durch Leitungsreibung verursacht wird.
    • (2) In der in (1) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann eine Vielzahl von Reihen einer Vielzahl der Kühlbereichsflusspfade parallel auf der Frontoberfläche der Kühlplatte angeordnet sein, kann der gemeinsame Zufuhrflusspfad einen verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad (beispielsweise einen später zu beschreibenden verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8) enthalten, der sich längs der Vielzahl von Reihen der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden erstreckt und das Kühlmedium der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden in der Vielzahl von Reihen zuführt, kann der gemeinsame Ablassflusspfad einen verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad (beispielsweise einen später zu beschreibenden verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10) enthalten, der sich längs der Vielzahl von Reihen der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden erstreckt und das Kühlmedium, das parallel aus der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden in der Vielzahl von Reihen abgegeben wird, ablaufen lässt, und einen thermischen Isolationsbereich (beispielsweise einen später zu beschreibenden thermische Isolationsbereich 12), der eine niedrigere thermische Leitfähigkeit als die Kühlplatte aufweist, kann zwischen zumindest einer Gruppe von angrenzenden verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden und verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfaden angeordnet sein.
    • (3) In der in (1) oder (2) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann zumindest ein Grat (beispielsweise ein später zu beschreibender Grat 13), der den Kühlbereichsflusspfad in einer Flusspfad-Breitenrichtung unterteilt, in zumindest einem Bereich des Kühlbereichsflusspfads vorgesehen sein.
    • (4) In der in einem von (1) bis (3) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann das LD-Modul eine Vielzahl von LD-Chips (beispielsweise einen später zu beschreibenden LD-Chip 14) beinhalten, die in einer Reihe angeordnet sind, und können in der Vielzahl von auf der Frontoberfläche der Kühlplatte angeordneten LD-Modulen die Richtung des Flusses des durch den Kühlbereichsflusspfad fließenden Kühlmediums und die Richtung der Reihe der LD-Chips einander bei Sicht von der Frontoberfläche der Kühlplatte schneiden.
    • (5) In der in einem von (1) bis (4) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann die Flusspfadbreite des Kühlbereichsflusspfades größer als die Flusspfadlänge des Kühlbereichsflusspfads sein.
    • (6) In der in einem von (1) bis (5) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann zumindest ein LD-Modul auf einer Rückoberfläche der Kühlplatte angeordnet sein und kann die Kühlplatte einen Kühlbereichsflusspfad aufweisen, der zum Kühlen des zumindest einen LD-Moduls verwendet wird, das auf der Rückoberfläche der Kühlplatte angeordnet ist.
    • (7) Im in einer von (1) bis (6) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann die Kühlplatte aus einem Substrat (beispielsweise einem später zu beschreibenden Substrat 16) auf zumindest einer Oberfläche gebildet werden, von der eine Vertiefung, die den gemeinsamen Versorgungsflusspfad und den gemeinsamen Ablassflusspfad bildet, gebildet ist und zumindest eine Metallplatte (beispielsweise eine später zu beschreibende Metallplatte 17) und der gemeinsame Zufuhrflusspfad und der gemeinsame Ablassflusspfad können zwischen der Vertiefung und der Metallplatte durch Verbinden der Metallplatte mit zumindest einer Oberfläche des Substrats gebildet werden.
    • (8) In der in (7) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann das Material der Metallplatte Kupfer oder eine Kupferlegierung sein.
    • (9) In der in (7) oder (8) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung können das Substrat und die Metallplatte aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.
    • (10) In der in einem von (7) bis (9) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann der Kühlbereichsflusspfad aus Rillen (beispielsweise später zu beschreibenden Rillen 18) gebildet sein, die auf einer Frontoberfläche der Metallplatte auf der Substratseite gebildet sind.
    • (11) In der in einem von (1) bis (6) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann der Kühlbereichsflusspfad zwischen der Kühlplatte und einem Gehäuse (beispielsweise einem später zu beschreibenden Gehäuse 15) der LD-Module durch Kooperation zwischen der Kühlplatte und dem Gehäuse der LD-Module gebildet sein.
    • (12) In der in (11) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann das Gehäuse der LD-Module Rillen (beispielsweise später zu beschreibendes Rillen 19) enthalten, die zumindest einen Teil des Kühlbereichsflusspfads bilden, auf einer Oberfläche, die in Kontakt mit dem Kühlmedium steht.
    • (13) In der in (11) oder (12) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann das Material der Kühlplatte ein anderes Material als ein Metall sein.
    • (14) In der in einem von (1) bis (13) beschriebenen LD-Modul-Kühlvorrichtung kann die LD-Modul-Kühlvorrichtung weiter beinhalten: ein Rahmenbauteil (beispielsweise ein später zu beschreibendes Rahmenbauteil 22), das zum Drücken der Vielzahl von LD-Modulen gegen die Kühlplatte verwendet wird, in welchen das Rahmenbauteil eine Struktur aufweisen kann, in welcher das Rahmenbauteil zumindest einen Teil von der Frontoberfläche oder der Rückoberfläche der Kühlplatte abdeckt, durch Beinhalten eines Spalts (beispielsweise eines später zu beschreibenden Spalts S) zwischen der Kühlplatte und dem Rahmenbauteil).
    • (15) Eine Lasereinrichtung (beispielsweise eine später zu beschreibende Lasereinrichtung 28) gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: zumindest eine LD-Modul-Baugruppeneinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende LD-Modul-Baugruppeneinheit 29), die durch Montieren einer Vielzahl von LD-Modulen gebildet wird, die als eine Laserlichtquelle oder eine Anregungslichtquelle verwendet werden, auf der LD-Modul-Kühlvorrichtung irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, zumindest eine LD-Stromversorgungseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende LD-Stromversorgungseinheit 30), die
  • Antriebsstrom für eine optische Ausgabe an das LD-Modul liefert; eine Steuereinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende Steuereinheit 31), die eine optische Ausgabeinformation an die LD-Stromversorgungseinheit ausgibt; und ein laseroptisches System (beispielsweise ein später zu beschreibendes laseroptisches System 32), das einen Laserstrahl emittiert.
  • Mit der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine LD-Modul-Kühlvorrichtung bereitzustellen, die eine Flusspfadstruktur und Kühlleistungsfähigkeit aufweist, die es einer Vielzahl von LD-Modulen und LDs innerhalb der LD-Module erlauben, bei im Wesentlichen derselben Temperatur und bei einer niedrigen Temperatur gekühlt zu werden, unter Verwendung eines Kühlmediums mit einer begrenzten Flussrate.
  • Bei der Lasereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine zuverlässige Laservorrichtung langer Lebensdauer bereitzustellen, die eine Lang-Lebensdauer-LD-Baugruppeneinheit enthält, die eine Vielzahl von LD-Modulen und eine LD-Modul-Kühlvorrichtung als Hauptstruktureinheiten aufweist, in welcher die Wartungskosten zum Ersetzen der LD-Modul-Baugruppeneinheit niedrig sind.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren einer Struktur einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher die LD-Modul-Kühlvorrichtung mit LD-Modulen versehen ist.
    • 2 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren der Struktur der in 1 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung in einem Zustand, in welchem die LD-Module verborgen sind.
    • 3 ist ein Diagramm zum schematischen Illustrieren einer Konfiguration eines Kühlbereichsflusspfads und der Umgebung desselben in der in 1 und 2 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung in einem Abschnitt rechtwinklig zu einer Frontoberfläche einer Wasserkühlplatte (Kühlplatte) und parallel zu einer Richtung des Flusses von Kühlwasser (Kühlmedium) im Kühlbereichsflusspfad.
    • 4 ist ein Diagramm zum schematischen Illustrieren der Konfiguration des einen Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in der in 1 und 2 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung in einem Schnitt rechtwinklig zu einer Richtung des Flusses des Kühlwassers (Kühlmedium) im Kühlbereichsflusspfad.
    • 5 ist ein Graph, der thermische Fluid-Simulationsergebnisse zum Erläutern der Effekte der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 6 ist ein Graph, der thermische Fluid-Simulationsergebnisse zum Erläutern der Effekte der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 7 ist ein Graph, der thermische Fluid-Simulationsergebnisse zum Erläutern der Effekte der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 8 ist ein Graph, der thermische Fluid-Simulationsergebnisse zum Erläutern der Effekte der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 9 ist ein Graph, der thermische Fluid-Simulationsergebnisse zum Erläutern der Effekte der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 10 ist ein Graph, der thermische Fluid-Simulationsergebnisse zum Erläutern der Effekte der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 11 ist ein Graph, der thermische Fluid-Simulationsergebnisse zum Erläutern der Effekte der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 12 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren einer konventionellen LD-Modul-Kühlvorrichtung, in der Kühlwasser (Kühlmedium) in einem Kühlbereichsflusspfad in Serie fließt.
    • 13 ist ein Diagramm zum schematischen Illustrieren einer Konfiguration eines Kühlbereichsflusspfads und der Umgebung desselben in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Abschnitt lotrecht zu einer Frontoberfläche einer Wasserkühlplatte (Kühlplatte) und parallel zu einer Richtung des Flusses von Kühlwasser (Kühlmedium) in dem Kühlbereichsflusspfad.
    • 14 ist ein Diagramm, zum schematischen Illustrieren der Konfiguration eines Kühlbereichsflusspfads und der Umgebung desselben in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Abschnitt lotrecht zu einer Richtung des Flusses von Kühlwasser (Kühlmedium) im Kühlbereichsflusspfad.
    • 15 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren der Struktur einer Wasserkühlplatte (Kühlplatte) einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 16 ist ein Diagramm zum Illustrieren eines Teils der Kühlwasserplatte (Kühlplatte), die in 15 illustriert ist, in einem Schnitt lotrecht zu einer Frontoberfläche der Wasserkühlplatte (Kühlplatte) und parallel zu einer Richtung des Flusses von Kühlwasser (Kühlmedium) in einem Kühlbereichsflusspfad.
    • 17 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren eines Modifikationsbeispiels der Flusspfadstruktur der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
    • 18 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren eines anderen Modifikationsbeispiels der Flusspfadstruktur der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
    • 19 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Illustrieren eines Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 20 ist eine schematische Aufsicht zum Illustrieren des Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 21 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Illustrieren des Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 22 ist eine schematische Aufsicht zum Illustrieren des Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 23 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren einer partiellen Struktur einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 24 ist eine Querschnittsansicht zum schematischen Illustrieren eines Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 25 ist eine schematische Perspektivsicht zum Illustrieren eines Substrats einer Wasserkühlplatte (Kühlplatte) in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 26 ist eine schematische Perspektivansicht zum Illustrieren einer Struktur der Wasserkühlplatte (Kühlplatte), die aus einem Substrat gefertigt ist, und einer Metallplatte in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 27 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Illustrieren einer Struktur des Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 28 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Illustrieren einer anderen Struktur des Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 29 ist eine schematische Perspektivansicht zum Illustrieren einer Struktur eines Substrates einer Wasserkühlplatte (Kühlplatte) in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 30 ist eine schematische Perspektivansicht zum Illustrieren einer Struktur einer Metallplatte der Wasserkühlplatte (Kühlplatte) in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 31 ist eine schematische Perspektivansicht zum Illustrieren einer Struktur der Wasserkühlplatte (Kühlplatte), die aus einem Substrat gefertigt ist, und einer Metallplatte in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 32 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Illustrieren einer Struktur eines Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 33 ist eine schematische Perspektivansicht zum Illustrieren einer Struktur eines in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten LD-Moduls bei Sicht von einer Bodenseite.
    • 34 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Illustrieren einer Struktur eines Kühlbereichsflusspfades und der Umgebung desselben in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 35 ist eine schematische Seitenansicht zum Illustrieren einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 36 ist eine schematische Perspektivansicht zum Illustrieren einer beispielhaften Form des LD-Moduls.
    • 37 ist eine schematische Aufsicht zum Illustrieren der Anordnung der LD-Module in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 38 ist eine schematische Ansicht zum Illustrieren eines Teils der in 37 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung und des Querschnitts derselben.
    • 39 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren einer anderen Struktur der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 40 ist eine schematische Ansicht zum Illustrieren eines Teils der in 39 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung und eines Querschnitts genommen, längs einer Schnittlinie desselben.
    • 41 ist ein Diagramm zum Illustrieren eines Beispiels einer Struktur zum Montieren einer Leitung an der Wasserkühlplatte (Kühlplatte) der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 42 ist ein Diagramm zum Illustrieren eines anderen Beispiels der Struktur zum Montieren einer Leitung an der Wasserkühlplatte (Kühlplatte) der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 43 ist ein Diagramm zum Illustrieren noch eines anderen Beispiels der Struktur zum Montieren einer Leitung an der Wasserkühlplatte (Kühlplatte) der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 44 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konzeptkonfiguration einer Lasereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen der LD-Modul-Kühlvorrichtung und einer Lasereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder der Zeichnungen werden gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Durch die gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnete Komponenten sind Komponenten, welche dieselbe Funktion aufweisen. Es ist anzumerken, dass der Maßstab in den Zeichnungen je nachdem modifiziert worden ist, um das Verständnis zu erleichtern. Zusätzlich sind die in den Zeichnungen illustrierten Ausführungsformen lediglich Beispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung und sollen nicht dazu dienen, die vorliegende Erfindung zu beschränken.
  • [Erste Ausführungsform der LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 1 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren einer Flusspfadstruktur einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 illustriert einen Zustand, in welchem LD-Module in der LD-Modul-Kühlvorrichtung angeordnet worden sind. In der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen zum Implementieren der vorliegenden Erfindung wird die LD-Modul-Kühlvorrichtung in einem Zustand, in welchem die LD-Module angeordnet worden sind, manchmal einfach als die „LD-Modul-Kühlvorrichtung“ bezeichnet, für die Kürze der Beschreibung. 2 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren der Flussstruktur der in 1 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung in einem Zustand, in welchem die LD-Module verborgen sind. Hierin wird Kühlwasser als ein Kühlmedium verwendet und wird eine Wasserkühlplatte als eine Kühlplatte verwendet, um die LD-Modul-Kühlvorrichtung zu exemplifizieren, in der eine Vielzahl von LD-Modulen mit Wasserkühlung gekühlt wird. In 1 und 2 wird ein Flusspfad für das Kühlwasser innerhalb einer Wasserkühlplatte 2 gebildet, kann aber von der Außenseite der Wasserkühlplatte 2 nicht gesehen werden, und wird so durch eine gestrichelte Linie angegeben. Ein gestrichelter Linienpfeil repräsentiert schematisch eine Richtung, in welcher das Kühlwasser fließt.
  • Wie in 1 und 2 illustriert, beinhaltet eine LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 als eine Hauptkomponente eine rechteckige Wasserkühlplatte 2, die aus einer flachen Platte gebildet ist. Eine Vielzahl von LD-Modulen 3 ist zweidimensional auf einer Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 angeordnet. In dieser Ausführungsform wird eine Reihe der LD-Module 3 aus sechs LD-Modulen 3 gebildet, die in einer geraden Linie in konstanten Intervallen in einer horizontalen Richtung angeordnet sind. Acht dieser Reihen von sechs LD-Modulen 3 sind in konstanten Intervallen in einer vertikalen Richtung angeordnet, um dadurch insgesamt 48 LD-Module 3 auf der Frontoberfläche einer Wasserkühlplatte 2 anzuordnen.
  • Ein gemeinsamer Zufuhrflusspfad 4 und ein gemeinsamer Ablassflusspfad 5 sind innerhalb der Wasserkühlplatte 2 ausgebildet. Der gemeinsame Zufuhrflusspfad 4 lässt Kühlwasser zu jeden der LD-Module 3 fließen. Der gemeinsame Ablassflusspfad 5 führt das Kühlwasser ab, nachdem das Kühlwasser jedes der LD-Module 3 gekühlt hat. In der nachfolgenden Beschreibung werden der gemeinsame Zufuhrflusspfad und der gemeinsame Ablassflusspfad manchmal zusammen als „gemeinsamer Flusspfad“ bezeichnet.
  • Der gemeinsame Zufuhrflusspfad 4 wird aus einem hauptsächlichen gemeinsamen Zufuhrflusspfad 9 und einer Vielzahl von (in dieser Ausführungsform acht) verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden 8 gebildet. Der gemeinsame Zufuhr-Hauptflusspfad 9 erstreckt sich auf einem linken Ende der Wasserkühlplatte 2 in 1 und 2 und in einer Richtung, welche die Anordnungsrichtung jedes LD-Moduls 3 schneidet. Die Vielzahl von verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden 8 verzweigen und erstrecken sich aus dem gemeinsamen Zufuhr-Hauptflusspfad 9 parallel, um so Eins-zu-Eins jeder Zeile der LD-Module 3 zu entsprechen.
  • Der gemeinsame Ablassflusspfad 5 wird aus einer Vielzahl von (in dieser Ausführungsform acht) verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfaden 10 und einem gemeinsamen Ablasshauptflusspfad 11 gebildet. Die Vielzahl von gemeinsamen verzweigten Ablassflusspfaden 10 erstreckt sich so, dass sie Eins-zu-Eins jeder Reihe von LD-Modulen 3 entspricht. Der gemeinsame Ablasshauptflusspfad 11 erstreckt sich in einer Richtung, welche die Anordnungsrichtung jedes LD-Moduls 3 schneidet. Der gemeinsame Ablasshauptflusspfad 11 gruppiert die Vielzahl von verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfaden 10 in eine Flusspassage an einem rechten Ende der Wasserkühlplatte 2 in 1 und 2.
  • Jede Reihe von LD-Modulen 3 ist so angeordnet, dass sie zwischen einem verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und einem verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 gesandwiched sind, die sich parallel erstrecken.
  • Eine Leitung, welche notwendig ist, um Kühlwasser zu gestatten, in den gemeinsamen Zufuhrflusspfad der Wasserkühlplatte 2 zu fließen und aus dem gemeinsamen Ablassflusspfad 5 der Wasserkühlplatte 2 abgelassen zu werden, ist in den Zeichnungen nicht gezeigt, um das Verständnis zu vereinfachen. Eine Struktur zur Montage der Leitung, die benötigt wird, damit das Kühlwasser einfließt und abfließt, wird später beschrieben. Eine Struktur, die zum Fixieren der LD-Module 3 an der Wasserkühlplatte 2 verwendet wird, wird auch später beschrieben.
  • Wie in 2 illustriert, wird eine Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden 6 auf der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 gebildet, um so Eins-zu-Eins Positionen zu entsprechen, an welchen jedes der LD-Module 3 angeordnet ist. In 1 sind die Kühlbereichsflusspfade 6 direkt unterhalb der LD-Module 3 verborgen und können nicht gesehen werden. Jeder Kühlbereichsflusspfad 6 kommuniziert mit den verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden 8 und den verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfaden 10, um verzweigte gemeinsame Zufuhrflusspfade 8 und verzweigte gemeinsame Ablassflusspfade 10 zu verbinden, die aneinander angrenzend sind. Daher, wenn das Kühlwasser parallel in jeden Kühlbereichsflusspfad 6 aus den verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden 8 des gemeinsamen Zufuhrflusspfads 4 fließt, läuft das Kühlwasser parallel zu dem verzweigten gemeinsamen Ablasshauptflusspfad 11 des gemeinsamen Ablassflusspfads 5 aus jedem Kühlbereichsflusspfad 6 nach fließen direkt unter jedem LD-Modul 3 ab.
  • Die Konfiguration des Kühlbereichsflusspfads 6 wird nunmehr unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. 3 ist ein Diagramm zum schematischen Illustrieren der Konfiguration eines Kühlbereichsflusspfads 6 und der Umgebung desselben in der in 1 und 2 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung 1, in welcher ein Querschnitt des Kühlbereichsflusspfads 6 rechtwinklig zur Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 und parallel zu einer Richtung ist, in welcher das Kühlwasser in den Kühlbereichsflusspfad 6 fließt. 4 ist ein Diagramm zum schematischen Illustrieren der Konfiguration eines Kühlbereichsflusspfads 6 und der Umgebung desselben in der in 1 und 2 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung 1, in der ein Querschnitt des Kühlbereichsflusspfads 6 rechtwinklig zu einer Richtung ist, in welcher das Kühlwasser in den Kühlbereichsflusspfad 6 fließt. In 3 repräsentiert der gestrichelte Pfeil schematisch die Richtung des Flusses des Kühlwassers.
  • Er Kühlbereichsflusspfad 6 ist ein Dünnschichtflusspfad parallel zur Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2, in welcher eine Flusspfadhöhe und eine Flusspfadbreite zumindest bei der Mehrheit der Flusspfadlänge konstant sind. Mit anderen Worten, wie in 3 illustriert, sind der gemeinsame Zufuhrflusspfad 4 und der gemeinsame Ablassflusspfad 5 Flusspfade mit großen Höhen (Tiefen), welche zu einer Mehrheit der Dicke der Wasserkühlplatte 2 beitragen. Im Gegensatz dazu weist der Kühlbereichsflusspfad 6 eine im Wesentlichen niedrige Höhe (Tiefe) auf. Der Kühlbereichsflusspfad 6 ist innerhalb der Wasserkühlplatte 2 zur Frontoberfläche hin (einer Seite nahe an den LD-Modulen 3) so angeordnet, dass Deckenoberflächen der verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfade 8 und der verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfade 10 und eine Deckenoberfläche des Kühlbereichsflusspfads 6 dieselbe Höhe aufweisen. Daher, wie in 3 illustriert, kommuniziert der Kühlbereichsflusspfad 6 horizontal mit den verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden 8 und den verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfaden 10.
  • Hier bedeutet der Ausdruck „zumindest die Mehrheit der Flusspfadlänge“ mehr als die Hälfte der Flusspfadlänge, vorzugsweise zwei Drittel oder mehr der Flusspfadlänge und bevorzugterer Weise die gesamte Flusspfadlänge.
  • Der Ausdruck „die Flusspfadhöhe und die Flusspfadbreite sind konstant“ soll bedeuten, dass die Flusspfadhöhe und die Flusspfadbreite sich im Hinblick auf das Design in der Richtung längs der Flusspfadlänge nicht ändern. Daher gestattet „die Flusspfadhöhe und die Flusspfadbreite sind konstant“ geringe Variationen bei der Flusspfadhöhe und der Flusspfadbreite, die von Herstelltoleranzen oder dergleichen herrühren.
  • Zusätzlich wird „parallel zur Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2“ verwendet, zu bedeuten, dass der Kühlbereichsflusspfad 6 parallel zur Wasserkühlplatte 2 im Hinblick auf das Design gebildet ist. Daher gestattet dies, dass Bereiche des Kühlbereichsflusspfads 6, die als Dünnschichtflusspfad gebildet sind, parallel zur Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2, die leicht nichtparallel zur Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 sind, als ein Ergebnis von Herstelltoleranzen oder dergleichen.
  • In der vorliegenden Erfindung, wenn nicht anders ausgesagt, bedeutet „Flusspfadlänge“ die Länge des Flusspfads des Kühlbereichsflusspfads 6 längs der Richtung des Flusses des Kühlwassers aus dem verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 zum verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10. Weiter bedeutet „Flusspfadbreite“ die Breite des Flusspfads des Kühlbereichsflusspfads 6 in einer Richtung orthogonal zur Richtung des Flusses von Kühlwasser. Schließlich bedeutet „Flusspfadhöhe“ die Höhe (Tiefe) des Flusspfads des Kühlbereichsflusspfads 6 längs einer Richtung lotrecht zur Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2.
  • Der Kühlbereichsflusspfad 6, der durch die Abmessungen (Flusspfadlänge x Flusspfadbreite) wird in rechteckiger Form gebildet, so dass zumindest die Mehrheit des Kühlbereichsflusspfads 6 mit der Hauptkontaktoberfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und jedem LD-Modul 3 bei Sicht aus der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 überlappt. In dieser Ausführungsform wird der Kühlbereichsflusspfad 6 in eine rechtwinklige Form gebildet, welche dieselbe Form wie die Hauptkontaktoberfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und jedem LD-Modul 3 aufweist.
  • Hier bedeutet „zumindest die Mehrheit“ mehr als die Hälfte der Fläche der rechteckigen Form des Kühlbereichsflusspfads 6, vorzugsweise mehr als zwei Drittel der Fläche der rechteckigen Form des Kühlbereichsflusspfads 6 und bevorzugterer Weise die Gesamtfläche der rechteckigen Form des Kühlbereichsflusspfads 6. Der Ausdruck „selbe Form wie“, wie verwendet, bedeutet, dass die rechteckige Form des durch die Abmessungen (Flusspfadlänge x Flusspfadbreite) definierten Kühlbereichsflusspfad 6 sich nicht signifikant von der Form der Hauptkontaktoberfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und jedem LD-Modul 3 unterscheidet. Daher kann es eine kleine Differenz geben, welche die Kühlfunktion des LD-Moduls 3 mit dem Kühlwasser nicht beeinträchtigt, die von den Herstelltoleranzen oder dergleichen zwischen der vorerwähnten rechteckigen Form und der Hauptkontaktoberfläche herrührt. Jedoch, wenn die rechteckige Form des durch die Abmessungen (Flusspfadlänge x Flusspfadbreite) definierten Kühlbereichsflusspfad 6 signifikant kleiner als die Form der Hauptkontaktoberfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und jedem LD-Modul 3 ist, nimmtdie Fläche der Innenwand des Kühlbereichsflusspfads 6, die hauptsächlich agiert, Wärme von der Innenwand des Flusspfades wegzunehmen, aufgrund der großen Flussgeschwindigkeit des Kühlwassers, welche durch den Flusspfad fließt, ab, und die Kühl-Charakteristika leiden als Ergebnis. Im Ergebnis ist es grundsätzlich notwendig, dass die rechteckige Form des durch die Abmessungen (Flusspfadlänge x Flusspfadbreite) definierten Kühlbereichsflusspfad 6 dieselbe Form wie diejenige der Hauptkontaktfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und jedem LD-Modul 3 aufweist.
  • Zusätzlich, bei Sicht von der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2, auf welchem die LD-Module 3 angeordnet sind, muss die rechteckige Form des durch die Abmessungen (Flusspfadlänge x Flusspfadbreite) definierten Kühlbereichsflusspfads 6 gleich einer Relativposition zwischen der Wasserkühlplatte 2 und der Hauptkontaktoberfläche jedes LD-Moduls 3 sein. Hier wird „gleich zu“ verwendet, zu bedeuten, dass die rechteckige Form des durch die Abmessungen (Flusspfadlänge x Flusspfadbreite) definierten Kühlbereichsflusspfad 6 und die Hauptkontaktoberfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und jedem LD-Modul 3 sich im Hinblick auf das Design nicht ändern. Daher bedeutet „gleich sein zu“ nicht, dass diese zwei Komponenten komplett übereinstimmen, und gestattet gewisse Abweichung aufgrund Herstelltoleranzen oder dergleichen.
  • Um gewünschte Kühl-Charakteristika mit einer begrenzten Flussrate von Kühlwasser zu realisieren, welches durch jeden Kühlbereichsflusspfad 6 fließt, muss die Flussgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch jeden Kühlbereichsflusspfad 6 fließt, gesteigert werden. Um die Flussgeschwindigkeit zu erhöhen, muss die Querschnittsfläche (= Flusspfadbreite x Flusspfadhöhe) des Kühlbereichsflusspfads 6 im Wesentlichen reduziert werden. Jedoch, wie oben beschrieben, wenn die Flusspfadbreite des Kühlbereichsflusspfads 6 sich reduziert, reduzieren sich Kühl-Charakteristika in Bezug auf die LD-Module 3. Daher wird in der vorliegenden Erfindung die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 reduziert, um die Flussgeschwindigkeit des Kühlwassers, welches durch jeden Kühlbereichsflusspfad 6 fließt, zu steigern. Wenn die Flussraten des durch jeden Kühlbereichsflusspfad 6 fließenden Kühlwassers gleich sind, steigen die Kühl-Charakteristika mit abnehmender Querschnittsfläche des Kühlbereichsflusspfads 6, das heißt der abnehmenden Flusspfadhöhe. Jedoch, wie oben beschrieben, kann die Flusspfadlänge des Kühlbereichsflusspfads 6 nicht reduziert werden und daher steigt der Druckverlust des Kühlwassers im Kühlbereichsflusspfad 6 an. Als Ergebnis treten die folgenden Probleme auf: das Kühlwasser fließt nicht so leicht, die Last auf eine Ablasspumpe im Kühler steigt an, ein Risiko ausleckenden Wassers steigt, weil der Wasserdruck in dem Leitungssystem ansteigt und Weiteres.
  • Ein Verfahren des Anschrägens von Eckenbereichen an einer Grenze zwischen dem Kühlbereichsflusspfad 6 und dem verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und den verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 zum Abmildern einer plötzlichen Änderung bei der Flusspfadhöhe wird für den Zweck des Reduzierens von Druckverlust des Kühlwassers im Kühlbereichsflusspfad 6 erwogen. Jedoch ist dieses Verfahren aufgrund der hohen Herstellungskosten nicht günstig. Weiter gibt es ein Risiko, dass feine Verunreinigungen im Kühlwasser den Kühlbereichsflusspfad 6 blockieren können, falls die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 reduziert wird. Jedoch, um im Wesentlichen dieselbe Flussrate von Kühlwasser durch jeden Kühlbereichsflusspfad 6 fließen zu lassen, muss der Kühlbereichsflusspfad 6 so konfiguriert sein, dass zumindest Druckverlust des Kühlwassers, das durch Leitungsreibung im Kühlbereichsflusspfad 6 verursacht sind, größer ist als der Druckverlust des Kühlwassers, der durch Leitungsreibung in einem aus dem gemeinsamen Zufuhrflusspfad 4 und dem gemeinsamen Ablassflusspfad 5 gebildeten gemeinsamen Flusspfad herrührt. Es wird auch ein Verfahren des Vergrößerns der Breite und Höhe (Tiefe) dieses gemeinsamen Flusspfades erwogen, um den Druckverlust im gemeinsamen Flusspfad zu reduzieren, doch dieses Verfahren ist nicht günstig, weil das Steigern der Größe und Dicke der Wasserkühlplatte 2 zu gesteigertem Gewicht und Kosten führt.
  • Es gibt eine optimale Flusspfadhöhe für die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6. Während diese optimale Flusspfadhöhe abhängig von Bedingungen wie etwa Größe des LD-Moduls 3 und zulässiger Flussrate des Kühlwassers variiert. Unter normal angewendeten Bedingungen muss die optimale Flusspfadhöhe zumindest eine der nachfolgenden zwei Bedingungen erfüllen: Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 ist 1/20 oder weniger der Flusspfadbreite und Flusspfadlänge; und die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 beträgt 0,5 mm oder weniger.
  • Falls die Wärmeerzeugungsbedingungen und Kühlbedingungen des LD-Moduls 3 auf normale Bedingungen beschränkt sind, wird der optimale Bereich klarer. Wie oben beschrieben, wenn die Flussrate des Kühlwassers ungefähr 10 L/min ist, die Anzahl von LD-Modulen 3 ungefähr 50 ist, der Heizwert jedes LD-Moduls 3 ungefähr 60 W ist und die Form der Hauptkontaktoberfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und jedem LD-Modul 3 ungefähr 50 mm × 25 mm ist, wie unten beschrieben, ist die Flusspfadhöhe, die als optimal angesehen wird, von 0,05 mm bis 0,15 mm und beträgt 1/100 oder weniger der Flusspfadbreite und Flusspfadlänge. Die Flusspfadhöhe in einem tatsächlichen Abmessungsverhältnis zu zeichnen, führt dazu, dass sich die Flusspfadhöhe verringert, und führt dazu, dass die Form des Kühlbereichsflusspfads 6 schwierig zu verstehen ist. Daher wird die in 3 und 4 gezeigte Flusspfadhöhe absichtlich größer als das Abmessungsverhältnis der tatsächlichen Flusspfadhöhe gezeichnet.
  • Um den Grund für das Beschränken der Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 und den Effekt der vorliegenden Erfindung detaillierter zu beschreiben, werden Ergebnisse von thermischer Fluidsimulation in 5 bis 11 illustriert. Die Simulationsbedingungen sind wie folgt.
    • - Die Struktur der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 ist die in 1 illustrierte Struktur. Mit anderen Worten ist die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 so konfiguriert, dass sechs LD-Module 3 in einer Reihe in horizontaler Richtung angeordnet sind und acht dieser Reihen in der vertikalen Richtung angeordnet sind, so dass insgesamt 48 LD-Module 3 zweidimensional auf der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 angeordnet sind.
    • - Fünf LDs (Laserdioden) (nicht gezeigt) sind auf jedem LD-Modul 3 montiert und der Heizwert jeder LD beträgt 9 W.
    • - Die Einflusstemperatur des Kühlwassers beträgt 25 °C und die Flussrate des Kühlwassers beträgt 10 L/min.
    • - Die Wasserkühlplatte 2 ist aus Kupfer gefertigt und weist eine Dicke von 11 mm auf.
    • - Der gemeinsame Zufuhrflusspfad 4 und der gemeinsame Ablassflusspfad 5 weisen eine Höhe (Tiefe) von 8 mm, eine Breite an einem breiten Bereich (dem gemeinsamen Zufuhrhauptflusspfad 9 und dem gemeinsamen Ablasshauptflusspfad 11) von 16 mm und eine Breite an einem engen Bereich (dem verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und dem verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10) von 8 mm auf.
  • Der Kühlbereichsflusspfad 6 weist eine Flusspfadbreite von 50 mm und eine Flusspfadlänge von 30 mm auf. Die Simulationen wurden ausgeführt, während die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 innerhalb eines Bereichs von 0,05 mm bis 0,5 mm variiert wurde.
  • 5 illustriert eine Flusspfadhöhenabhängigkeit des Kühlbereichsflusspfads 6 auf einem Durchschnitt maximaler Temperaturen der LDs (= Temperatur am pn Übergang von LDs), die auf den LD-Modulen 3 montiert sind, welche die niedrigste Temperatur der 48 LD-Module 3 aufweisen, und ein Durchschnitt von Maximaltemperaturen (= Temperatur bei pn Übergang) von den an den LD-Modulen 3 montierten LDs, welche die höchste Temperatur von den 48 LD-Modulen 3 aufweisen. Die höchste Temperatur der LD sinkt mit sinkender Flusspfadhöhe.
  • Hier ist für Zwecke des Vergleichs eine beispielhafte Flusspfadstruktur in einer konventionellen LD-Modul-Kühlvorrichtung, in welcher Kühlwasser in Reihe fließt, in 12 illustriert. In der in 12 illustrierten konventionellen Flusspfadstruktur, in welcher das Kühlwasser in Reihe in den Kühlbereichsflusspfad 6 fließt (Flusspfad direkt unter jedem LD-Modul 3) nahe jedem LD-Modul 3, unter den oben erwähnten Heiz- und Kühlbedingungen, steigt die Temperatur des Kühlwassers ungefähr um 3,1 °C auf einer stromabwärtigen Seite im Vergleich zu einer stromaufwärtigen Seite, was eine Differenz bei der Temperatur von ungefähr 3,1 °C zwischen den LD-Modulen 3 verursacht. Im Gegensatz dazu, bei der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, in welcher das Kühlwasser in Reihe in jedem Kühlbereichsflusspfad 6 fließt, ist zu sehen, dass die Differenz bei der Temperatur zwischen den LD-Modulen 3 von 1/3 auf 1/2 sinkt, wie beabsichtigt.
  • Wie oben beschrieben, weist die LD-Modul-Kühlvorrichtung ein Problem dahingehend auf, dass die Temperatur um ungefähr 3 °C ansteigt. Aufgrund dessen kann der Effekt der vorliegenden Erfindung nicht erhalten werden, falls die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 ansteigt und die Temperatur des LD noch weiter ansteigt. Daher muss die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 0,5 mm oder weniger hinsichtlich der Kühlleistung sein. Um den ersichtlichen Effekt zu erzielen, ist die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 vorzugsweise 0,15 mm oder kleiner.
  • Wenn die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 auf 0,05 mm gebracht wird, sinkt die Differenz bei der Temperatur zwischen den LD-Modulen 3 auf 1,1 °C. Der Durchschnitt der Maximaltemperaturen der LDs auf den LD-Modulen 3, welche die höchste Temperatur aufweisen, ist niedriger als der Durchschnitt von Maximaltemperaturen der LDs auf den LD-Modulen 3, welche eine niedrigste Temperatur in der in 12 illustrierten konventionellen Flusspfadstruktur aufweisen. Daher kann ein überlegener Kühleffekt erzielt werden, indem die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 auf 0,05 mm verändert wird. Es wird angenommen, dass dies daran liegt, dass bei Sicht aus dem LD-Modul 3 die Fläche des Kühlbereichsflusspfads 6 nahe den LD-Modulen 3 steigt und der thermische Widerstand zwischen dem LD-Modul 3 und dem Kühlwasser sinkt.
  • Im Hinblick auf Kühl-Charakteristika sollte eine Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 so klein wie möglich sein. Jedoch verursacht, die Flusspfadhöhe zu klein zu machen, andere Arten von Problemen. 6 illustriert die Flusspfadhöhenabhängigkeit vom Druckverlust des Kühlwassers im Kühlbereichsflusspfad 6. Wenn die Flusspfadhöhe kleiner als 0,05 mm ist, steigt der Druckverlust scharf an und es treten beispielsweise die folgenden Probleme auf: mehr Belastung wird auf die Kühlwasserablasspumpe des Kühlers gegeben, Drahtwiderstands-Spezifikationen des Leitungssystems werden strikter und es ist wahrscheinlicher, dass Wasser aus dem Leitungssystem leckt. Zusätzlich ist es wahrscheinlicher, dass ein Verstopfen beispielsweise aufgrund von Verunreinigungen auftritt. Jedoch, während der Druckverlust im Kühlbereichsflusspfad 6 zu einem Problem führt, falls zu groß, wie oben beschrieben, muss, um das Kühlwasser im Wesentlichen gleichmäßig durch den Kühlbereichsflusspfad 6 jedes LD-Moduls 3 fließen zu lassen, der Druckverlust im Kühlbereichsflusspfad 6 über den gesamten Druckverlust (= Druckdifferenz von Kühlwasser zwischen Zufuhranschluss und Ablassanschluss der Wasserkühlplatte 2) dominant sein. Daher ist zumindest ein gewisser Betrag an Druckverlust erforderlich.
  • 7 illustriert eine Flusspfadhöhenabhängigkeit bei einem Verhältnis, welches durch Dividieren des Durchschnitts von Druckverlust in jedem Kühlbereichsflusspfad 6 durch den Gesamtdruckverlust ermittelt wird. Falls die Flusspfadhöhe 0,3 mm übersteigt, wird der Druckverlust in jedem Kühlbereichsflusspfad 6 kleiner als 50% des Gesamt-Druckverlusts und ist daher nicht mehr dominant über den Gesamtdruckverlust. Das heißt, dass es schwierig ist, die Beziehung „Druckverlust im Kühlbereichsflusspfad 6 > Druckverlust im gemeinsamen Flusspfad“ zu etablieren. Daher zeigt 7, dass die Flusspfadhöhe 0,3 mm oder weniger sein muss, vom Standpunkt des Fließenlassens von Kühlwasser im Wesentlichen gleichförmig im jedem Kühlbereichsflusspfad 6.
  • 8 bis 11 zeigen, welche Art von Heterogenität tatsächlich zwischen jedem Kühlbereichsflusspfad 6 auftritt, wenn die Flusspfadhöhe ansteigt. 8 zeigt eine Verteilung von Druckverlust, der unter Verwendung von Durchschnittswerten der Kühlbereichsflusspfaden 6 standardisiert ist. 9 zeigt eine Verteilung einer Flussrate in jedem Kühlbereichsflusspfad 6. Die, die Position des LD-Moduls auf der horizontalen Achse in 8 und 9 angebenden Zahlen repräsentieren die Position des LD-Moduls 3 in der in 1 illustrierten LD-Modul-3-Anordnung. In 8 und 9 werden die Positionen in der Anordnung des LD-Moduls 3 von links nach rechts in der oberen Reihe in 1 durch Zahlen 1, 2, 3, ..., 6 repräsentiert und werden die Positionen in der Anordnung des LD-Moduls 3 von links nach rechts in der zweiten Reihe ab oben in 1 durch die Zahlen 7, 8, 9, ..., 12 repräsentiert.
  • Gemäß 8 und 9 beginnt die Variation beim Druckverlust, ersichtlich zu werden, wenn die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 0,25 mm beträgt und ist sehr ersichtlich, wenn die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 0,5 mm beträgt. Entsprechend variiert auch die Flussrate.
  • 10 zeigt Druckverlust und Flussrate des Kühlbereichsflusspfads 6 als eine Flusspfad-Höhenabhängigkeit einer Maximalrate der Divergenz von den Durchschnittswerten. In 10 ist das Divergenzverhältnis zwischen Druckverlust und Flussrate fast gleich, was zeigt, dass eine Variation beim Druckverlust in jedem Kühlbereichsflusspfad 6 eine Variation bei der Flussrate jedes Kühlbereichsflusspfads 6 verursacht. Daher, wenn die Flussrate des durch jeden Kühlbereichsflusspfad 6 fließenden Kühlwassers auf diese Weise variiert, ist es unmöglich, zu garantieren, dass die Kühl-Charakteristika in jedem Kühlbereichsflusspfad 6 im Wesentlichen gleich gemacht werden. In dem Sinne, dass es wenig Differenz bei Druckverlust und Druckrate zwischen jedem Kühlbereichsflusspfad 6 gibt, ist die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 vorzugsweise 0,15 mm oder kleiner.
  • 11 zeigt eine Verteilung von Einflusstemperaturen und Ausflusstemperaturen des Kühlwassers, das in jedem Kühlbereichsflusspfad 6 fließt. Weil es keine große Differenz zwischen Einflusstemperaturen gibt, selbst falls die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 ansteigt, weicht die Ausflusstemperatur stark gegenüber einem Fall ab, in dem die Flusspfadhöhe klein ist, wenn die Flusspfadhöhe 0,5 mm ist. Daher ist zu sehen, dass Kühl-Charakteristika abhängig von der Position des Kühlbereichsflusspfads 6 variieren.
  • Basierend auf den oben beschriebenen Simulationsergebnissen variiert die optimale Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 um einen gewissen Grad, wenn Wärmeerzeugungsbedingung wie etwa der Wärmewert und die Größe des LD-Moduls 3 und Kühlbedingungen wie etwa die Flussrate des Kühlwassers, Größe der Wasserkühlplatte 2 und Querschnitt des gemeinsamen Flusspfades sich ändern. Jedoch, unter Bedingungen, die normalerweise auf eine LD-Modul-Kühlvorrichtung angewendet werden, muss die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 0,5 mm oder weniger sein und ist wünschenswert von 0,05 mm bis 0,15 mm. Eine Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 in diesem Bereich von 0,05 mm bis 0,15 mm entspricht 1/200 oder weniger der Flusspfadlänge und Flusspfadbreite des Kühlbereichsflusspfads 6. Dieser Wert ist oft erforderlich, 1/100 oder weniger zu sein.
  • [Zweite Ausführungsform der LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 13 und 14 sind Diagramme zum schematischen Illustrieren einer Konfiguration des Kühlbereichsflusspfads 6 und dessen Umgebung in der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 13 ist ein Diagramm zum schematischen Illustrieren der Konfiguration des Kühlbereichsflusspfads 6 und dessen Umgebung, in der ein Querschnittsabschnitt desselben lotrecht zur Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 und parallel zu einer Richtung des Flusses von Kühlwasser im Kühlbereichsflusspfad 6 ist. 14 ist ein Diagramm zum schematischen Illustrieren der Konfiguration eines Kühlbereichsflusspfads 6 und dessen Umgebung, in welchem ein Querschnitt desselben lotrecht zu einer Richtung des Flusses von Kühlwasser im Kühlbereichsflusspfad 6 ist.
  • Die Konfiguration des Kühlbereichsflusspfads 6 der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß der in 1 bis 4 illustrierten Ausführungsform darin, dass der Kühlbereichsflusspfad 6 zwischen der Wasserkühlplatte 2 und einem Gehäuse (externer Behälter) der LD-Module 3 aufgrund von Wechselspiel zwischen der Wasserkühlplatte 2 und dem Gehäuse der LD-Modul 3 gebildet wird. Mit anderen Worten wird ein konkaver Bereich mit einer vorbestimmten Tiefe zum Bilden des Kühlbereichsflusspfads 6 auf der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 gebildet. Dieser konkave Bereich wird durch das Gehäuse der LD-Module 3 abgedeckt. Der Kühlbereichsflusspfad 6 wird durch die Bodenoberfläche des, eine Deckenoberfläche innerhalb des konkaven Bereichs bildenden Gehäuses gebildet. Daher existiert die rechteckige Form des Kühlbereichsflusspfads 6, die durch die Abmessungen (Flusspfadlänge x Flusspfadbreite) definiert ist, auf einer inneren Seite der Hauptkontaktoberfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und dem Gehäuse jedes LD-Moduls 3. Die Tiefe des konkaven Bereichs ist die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6.
  • Der gemeinsame Zufuhrflusspfad 4 und der gemeinsame Ablassflusspfad 5 weisen dieselbe Konfiguration wie diejenige in der ersten Ausführungsform auf. Daher ist der Kühlbereichsflusspfad 6 in der Dickenrichtung der Wasserkühlplatte 2 weiter zur Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 (LD-Modul 3) lokalisiert als der gemeinsame Zufuhrflusspfad 4 und der gemeinsame Ablassflusspfad 5. Daher kommuniziert der Kühlbereichsflusspfad 6 vertikal mit dem gemeinsamen Zufuhrflusspfad 4 und dem gemeinsamen Ablassflusspfad 5. Obwohl nicht gezeigt, ist ein Dichtelement wie etwa eine Dichtung zum Verhindern von Wasserleckage auf der Hauptkontaktoberfläche zwischen der Wasserkühlplatte 2 und dem Gehäuse des LD-Moduls 3 vorgesehen, so dass es den Kühlbereichsflusspfad 6 umgibt.
  • Wenn der Kühlbereichsflusspfad 6 durch Kooperation zwischen der Wasserkühlplatte 2 und dem Gehäuse der LD-Module 3 gebildet wird, wie oben beschrieben, muss die Fläche der rechteckigen Form des durch die Abmessungen (Flusspfadlänge x Flusspfadbreite) definierten Kühlbereichsflusspfads 6 kleiner sein als die Fläche der Hauptkontaktoberfläche jedes LD-Moduls 3. Dies ist im Hinblick auf die Kühl-Charakteristika nachteilig. Jedoch kann das Kühlwasser direkt in Kontakt kommen mit der Bodenoberfläche des Gehäuses der LD-Module 3 und daher existiert kein thermischer Kontaktwiderstand zwischen der Wasserkühlplatte 2 und dem LD-Modul 3, und die LDs innerhalb jedes LD-Moduls 3 können gleichförmiger gekühlt werden und bei einer niedrigeren Temperatur.
  • Wenn der Kühlbereichsflusspfad 6 durch Kooperation zwischen der Wasserkühlplatte 2 und dem Gehäuse der LD-Module 3 gebildet wird, kann das Kühlwasser direkt Kontakt nehmen mit dem Gehäuse der LD-Module 3 und daher muss das Material der Wasserkühlplatte 2 nicht mehr länger ein Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit sein. Daher kann das Material der Wasserkühlplatte 2 ein anderes Material als ein Metall, wie etwa ein Polymer, sein. Wenn die Wasserkühlplatte 2 aus einem Polymer hergestellt ist, kann die Wasserkühlplatte 2 signifikant im Gewicht reduziert und zu niedrigeren Kosten hergestellt werden.
  • [Dritte Ausführungsform der LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 15 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren der Struktur der Wasserkühlplatte 2 in der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 15 weisen die auf jedem Kühlbereichsflusspfad 6 angeordneten LD-Module 3 dieselbe Anordnungskonfiguration wie die in 1 illustrierten LD-Module 3 auf. Jedoch sind die LD-Module 3 in 15 nicht gezeigt.
  • Wie in dem in 1 und 2 illustrierten gemeinsamen Flusspfad ist der gemeinsame Zufuhrflusspfad 4 und der gemeinsame Ablassflusspfad 5 der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus einer Vielzahl von verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden 8 und verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfaden 10, einem gemeinsamen Zufuhrhauptflusspfad 9 und einem gemeinsamen Ablasshauptflusspfad 11 gebildet. Jede Reihe des Kühlbereichsflusspfads 6 nimmt Kontakt mit einem verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und einem verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 auf. In 15 ist der verzweigte gemeinsame Zufuhrflusspfad 8 auf einer oberen Seite jeder Reihe des Kühlbereichsflusspfads 6 angeordnet und ist der verzweigte gemeinsame Ablassflusspfad 10 auf einer unteren Seite jeder Reihe des Kühlbereichsflusspfads 6 angeordnet. Daher sind zwischen angrenzenden Reihen der Kühlbereichsflusspfade 6 ein verzweigter gemeinsamer Zufuhrflusspfad 8 und ein verzweigter gemeinsamer Ablassflusspfad 10 aneinander angrenzend. Weiter ist zwischen dem verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und dem verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 der Wasserkühlplatte 2 ein thermischer Isolationsbereich 12 mit niedrigerer thermischer Leitfähigkeit als derjenigen der Wasserkühlplatte 2 parallel längs der Richtung von Reihen der Kühlbereichsflusspfaden 6 angeordnet.
  • Die Konfiguration dieses thermischen Isolationsbereichs 12 wird weiter unter Bezugnahme auf 16 beschrieben. 16 ist ein Diagramm eines Teils der in 15 illustrierten Wasserkühlplatte 2, die einen Querschnitt lotrecht zur Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 und parallel zur Richtung des Flusses des Kühlwassers in dem Kühlbereichsflusspfad 6 illustriert. Wie in 16 illustriert, ist der thermische Isolationsbereich 12 innerhalb der Wasserkühlplatte 2 zwischen dem angrenzenden verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 vorgesehen.
  • Das Material des thermischen Isolationsbereichs 12 ist nicht besonders beschränkt und kann allgemein ein Material mit einem thermischen Isolationseffekt sein. Der thermische Isolationsbereich 12 muss nicht immer innerhalb der Wasserkühlplatte 2 als ein unterschiedliches Material zu demjenigen der Wasserkühlplatte 2 vorgesehen sein. Beispielsweise kann der thermische Isolationsbereich 12 eine in der Wasserkühlplatte 2 gebildete Rille sein. Weil eine Rille mit Luft gefüllt ist, kann eine Rille ausreichend als ein thermischer Isolationsbereich fungieren.
  • Auf diese Weise, indem der thermische Isolationsbereich 12 mit niedrigerer thermischer Leitfähigkeit als die Wasserkühlplatte 2 zwischen dem angrenzenden verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und des verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfads 10 angeordnet wird, wird Hitze daran gehindert, von dem verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 zum verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 über die Wasserkühlplatte 2 transferiert zu werden. Als Ergebnis kann verhindert werden, dass die Temperatur des Kühlwassers, das durch den verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 fließt, steigt und eine Differenz bei den Kühl-Charakteristika zwischen LD-Modulen 3 kann weiter reduziert werden. Die in den oben beschriebenen 5 bis 11 illustrierten Simulationsergebnisse sind auch Ergebnisse, die unter Simulationsbedingungen erhalten werden, in denen ein 11 mm breiter thermischer Isolationsbereich (Luft) vorgesehen ist.
  • Der thermische Isolationsbereich 12 ist vorzugsweise zwischen allen angrenzenden verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden 8 und verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfaden 10 angeordnet, aber der thermische Isolationsbereich 12 kann zwischen zumindest einer Gruppe einer Vielzahl von Gruppen von angrenzenden verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden 8 und verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfaden 10 angeordnet sein.
  • Zusätzlich kann der thermische Isolationsbereich 12 auch auf die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform angewendet werden, die in den 13 und 14 illustriert ist.
  • Die Flusspfadstruktur von gemeinsamen Flusspfaden, die in 1, 2 und 15 illustriert ist, ist lediglich ein Beispiel. In diesen gemeinsamen Flussstrukturen ? ist der Druckverlust des Kühlwassers vorzugsweise klein und für jeden Kühlbereichsflusspfad 6 der gleiche. Daher kann gemäß dem in 17 und 18 illustrierten Modifikationsbeispiel die gemeinsame Flussstruktur angemessen modifiziert sein, indem beispielsweise gebogene Bereiche in jedem gemeinsamem Flusspfad 8, 9, 10 oder 11 gerundet werden oder die Orientierung oder Länge des gemeinsamen Zufuhrhauptflusspfads 9 oder des gemeinsamen Ablasshauptflusspfads 11 geändert werden.
  • [Vierte Ausführungsform der LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 19 bis 22 sind Diagramme zum schematischen Illustrieren einer Struktur einer Wasserkühlplatte einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 19 bis 22 wird eine Linie wie etwa eine Flusspfadstruktur, die von außen nicht sichtbar ist, oder Querschnitt der Wasserkühlplatte 2 mit einer gestrichelten Linie gezeichnet. Die als eine durchgezogene Linie gezeichnete Linie repräsentiert eine sichtbare Linie bei Sicht von der Außenseite oder Querschnitt der Wasserkühlplatte 2.
  • Der Kühlbereichsflusspfad 6 in der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform beinhaltet Grate 13. 19 und 20 illustrieren schematisch ein Beispiel, in welchem der Kühlbereichsflusspfad 6 in der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Graten 13 versehen worden ist. 19 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren einer Konfiguration des Kühlbereichsflusspfads 6 und dessen Umgebung in einem Schnitt lotrecht zur Flussrichtung des durch den Kühlbereichsflusspfad 6 fließenden Kühlwassers. 20 ist eine schematische Aufsicht zum Illustrieren der Konfiguration des Kühlbereichsflusspfads 6 und dessen Umgebung bei Sicht aus der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2, versehen mit den LD-Modulen. Die LD-Module sind in 20 nicht gezeigt.
  • 21 und 22 illustrieren schematisch ein Beispiel, in welchem der Kühlbereichsflusspfad 6 in der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Graten 13 versehen worden ist.
  • 21 ist ein schematisches Diagramm zum Illustrieren der Konfiguration des Kühlbereichsflusspfads 6 und dessen Umgebung in einem Schnitt lotrecht zur Richtung des Flusses des Kühlwassers, welches durch den Kühlbereichsflusspfad 6 fließt. 22 ist eine schematische Aufsicht zum Illustrieren der Konfiguration des Kühlbereichsflusspfads 6 und dessen Umgebung bei Sicht aus der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2, die mit den LD-Modulen versehen ist. Die LD-Module sind in 22 nicht gezeigt.
  • Wie in 19 und 21 gezeigt, ragen die Grate 13 zum LD-Modul 3 in einer Flusspfadhöhenrichtung aus der Bodenoberfläche des Kühlbereichsflusspfads 6 vor und werden durch Vorsprünge gebildet, die sich in der Flusspfadlängenrichtung erstrecken. Diese Grate 13 unterteilen den Kühlbereichsflusspfad 6 längs der Flusspfadbreitenrichtung. Die vorragende Höhe des Grats 13 ist die gleiche wie die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6.
  • Wie oben beschrieben, ist der Kühlbereichsflusspfad 6 ein Dünnschichtflusspfad, der eine extrem kleine Flusspfadhöhe aufweist. Daher veranlasst selbst eine kleine Änderung eine große Änderungsrate in der Flusspfadschnittfläche. Wenn die Flusspfadschnittfläche variiert, fluktuiert die Flussrate des Kühlwassers, welches durch den Kühlbereichsflusspfad 6 fließt, stark gegenüber der ursprünglichen Flussrate und diese kann dazu führen, dass Kühl-Charakteristika beeinträchtigt werden. Jedoch reduziert das Bereitstellen der Grate in dem Kühlbereichsflusspfad 6, wie oben beschrieben, das Risiko dafür, dass der Kühlbereichsflusspfad 6 zerdrückt wird. Zusätzlich, weil die Flussgeschwindigkeit selbst bei derselben Flusspfadhöhe wächst, erzielt diese Konfiguration auch einen Effekt der Verbesserung der Kühl-Charakteristika. Die Grate 13 behindern den Fluss des Kühlwassers nicht, weil sich die Grate 13 in der Flusspfadlängenrichtung des Kühlbereichsflusspfads 6 erstrecken.
  • In 19 und 20 sind neun Grate 13 illustriert und in 21 und 22 sind sieben Grate 13 illustriert. Jedoch ist die Anzahl von Graten 13, die in einem Kühlbereichsflusspfad 6 vorgesehen ist, in keiner Weise beschränkt und es ist ausreichend, dass zumindest ein Grat 13 im Kühlbereichsflusspfad 6 vorgesehen ist. Die Grate 13, die in 19 bis 22 illustriert sind, werden so gebildet, dass sie sich über die gesamte Flusspfadlänge des Kühlbereichsflusspfads 6 erstrecken, aber die Grate 13 können zumindest teilweise in der Flusspfadlängenrichtung vorhanden sein.
  • Die Breite des Grats 13 und der Abstand des Grats 13 zur Flusspfadbreite, illustriert in 19 bis 22, sind Beispiele. Es erübrigt sich zu sagen, dass die Breite und der Abstand der Grate 13 verengt oder erweitert werden kann. Zusätzlich ist der Grat 13 nicht darauf beschränkt, integral mit der Wasserkühlplatte 2 ausgebildet zu werden. Beispielsweise kann der Grat 13 getrennt von der Wasserkühlplatte 2 gebildet werden und im Kühlbereichsflusspfad 6 montiert werden.
  • Zusätzlich ist der Grat 13 nicht auf die Konfiguration des Vorragens von der Bodenoberfläche des Kühlbereichsflusspfads 6 beschränkt. Der in 19 und 20 illustrierte Grat kann von der Deckenoberfläche der LD-Modul 3-Seite des Kühlbereichsflusspfads 6 zur Bodenoberfläche vorragen. Der in 21 und 22 illustrierte Grat 13 kann von der Bodenoberfläche des LD-Moduls 3 zur Bodenoberfläche des Kühlbereichsflusspfads 6 vorragen.
  • [Fünfte Ausführungsform von LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 23 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren einer Struktur eines Teils einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein LD-Modul in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform illustriert ein Beispiel von LD-Chips 14, die in einer Reihe angeordnet sind. In 23 ist eine Abdeckung eines Gehäuses 15 der LD-Module nicht gezeigt, so dass der LD-Chip 14 des LD-Moduls gesehen werden kann. Eine Nase beispielsweise des zum Fixieren der LD-Module an der Wasserkühlplatte 2 verwendeten Gehäuses 15 ist auch nicht gezeigt.
  • Eine Flussrate (angezeigt durch den gestrichelten Pfeil in 23) des Kühlwassers, das durch den Kühlbereichsflusspfad 6 fließt, entsprechend dem LD-Modul schneidet mit einer Richtung der Reihe von LD-Chips 14, wie aus der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 zu sehen. Daher, selbst zwischen der Vielzahl von LD-Chips 14 im Gehäuse 15 von LD-Modulen können Differenzen beim Kühlwasser auf der stromaufwärtigen Seite und stromabwärtigen Seite reduziert werden und kann der LD-Chip 14 gleichmäßig gekühlt werden. Um diesen Effekt beachtenswerter Weise zu erhalten, wie in 23 illustriert, sind die Flussrichtung des Kühlwassers im Kühlbereichsflusspfad 6 und die Richtung der Reihe von LD-Chips 14 vorzugsweise orthogonal, wie aus der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 zu sehen ist.
  • In einer ähnlichen Weise, um den oben beschriebenen Effekt in einer beachtenswerteren Weise zu erzielen, wie in 23 illustriert, kann das Gehäuse 15 von LD-Modulen auf der Wasserkühlplatte 2 so angeordnet sein, dass die Reihe von LD-Chips 14 im Gehäuse 15 von LD-Modulen an einer Position positioniert ist, die zur stromaufwärtigen Seite (Seite des verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfads 8) im Kühlbereichsflusspfad 6 versetzt ist.
  • Getrennt von der Anordnung der LD-Chips 14 im Gehäuse 15 kann die Flusspfadbreite („a“ in 23) des Kühlbereichsflusspfads 6 größer als die Flusspfadlänge („b“ in 23) des Kühlbereichsflusspfads 6 sein. Das liegt am folgenden Grund. Der Wärmeübertragungskoeffizient (W/(m2 · °C) mit dem Kühlwasser ist proportional zu ungefähr 1/2 Leistung von [Flussgeschwindigkeit/Flusspfadlänge]. Daher, wenn die Flussrate und die Flusspfadhöhe die gleiche sind, ändert sich die Kühlkapazität selbst dann nicht, wenn die Flusspfadbreite a und die Flusspfadlänge b des Kühlbereichsflusspfads 6 entweder a>b oder a<b erfüllen. Jedoch in dem Fall von a>b und a<b ist Druckverlust aufgrund von Leitungsreibung im Kühlbereichsflusspfad 6 anders. Mit anderen Worten ist die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 beachtlich schmaler als die Flusspfadlänge und die Flusspfadbreite und daher wird der hydraulische Radius des Kühlbereichsflusspfads 6 Höhe/2 in jedem Fall. Daher ist Druckverlust, der durch Leitungsreibung im Kühlbereichsflusspfad 6 verursacht wird, nur proportional zu (Flussgeschwindigkeit)2 x Flusspfadlänge und steigt Druckverlust im späteren Fall auf (b/a)3 des Druckverlustes im früheren Fall an. Daher, wenn der Kühlbereichsflusspfad 6 so konfiguriert ist, dass ein ähnlicher Druckverlust bei derselben Flussrate auftritt, führt das Konfigurieren des Kühlbereichsflusspfads 6 so, dass die Flusspfadbreite breiter wird als die Flusspfadlänge, zu guten Kühl-Charakteristika.
  • [Sechste Ausführungsform von LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 24 ist eine Querschnittsansicht zum Illustrieren der Struktur des Kühlbereichsflusspfads 6 und der Umgebung desselben in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform ist zumindest ein LD-Modul 3 auf sowohl der Rückoberfläche (Oberfläche auf einer unteren Seite in 24) als auch der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 angeordnet. Der Kühlbereichsflusspfad 6 zum Kühlen des LD-Moduls 3, angeordnet auf der Rückoberfläche der Wasserkühlplatte 2 ist an einer Position vorgesehen, die zur Rückoberfläche der Wasserkühlplatte 2 versetzt ist. Der Kühlbereichsflusspfad 6 auf der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 und der Kühlbereichsflusspfad 6 auf der Rückoberfläche der Wasserkühlplatte 2 kommunizieren mit demselben verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10. Durch Anordnen von LD-Modulen 3 auf sowohl deren Front- als auch Rückoberflächen der Wasserkühlplatte 2 auf diese Weise kann die Wasserkühlplatte 2 kleiner und leichter gemacht werden und zu niedrigeren Kosten hergestellt werden.
  • Die Flusspfadhöhen des Kühlbereichsflusspfads 6 auf der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 und des Kühlbereichsflusspfads 6 auf der Rückoberfläche der Wasserkühlplatte 2 sind vorzugsweise im Wesentlichen die gleichen, so dass Kühlwasser mit derselben Flussrate hindurchfließen kann.
  • Spezifische Konfigurationen des LD-Moduls 3 und des Kühlbereichsflusspfads 6 auf der Rückoberfläche der Wasserkühlplatte 2 können die gleichen wie die Konfigurationen des LD-Moduls 3 und des Kühlbereichsflusspfads 6 auf der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 gemäß den oben beschriebenen ersten, zweiten, vierten und fünften Ausführungsformen sein.
  • [Siebte Ausführungsform der LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 25 und 26 sind perspektivische Ansichten zum Illustrieren einer Struktur einer Wasserkühlplatte in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 27 und 28 sind schematische Querschnittsansichten zum Illustrieren einer Struktur des Kühlbereichsflusspfades und dessen Umgebung in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Beispiel einer Struktur und eines Herstellverfahrens der Wasserkühlplatte wird unter Bezugnahme auf 25 bis 28 beschrieben. Die Wasserkühlplatte 2 in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform wird aus einem Substrat 16 und zumindest einer Metallplatte 17 gebildet. In 26 wird die Metallplatte 17 zur Illustration in 25 hinzugefügt.
  • Das Substrat 16 ist dicker als die Metallplatte 17. Zumindest eine Oberfläche des Substrats 16 ist mit einer rillenförmigen Vertiefung gebildet, welche den gemeinsamen Zufuhrhauptflusspfad 9 und den verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 des gemeinsamen Zufuhrflusspfads 4 bildet und einer rillenförmigen Vertiefung, welche den gemeinsamen Ablasshauptflusspfad 11 und den verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 des gemeinsamen Ablassflusspfads 5 bildet.
  • Die Wasserkühlplatte 2 wird gebildet durch Verbinden der Metallplatte 17 mit der zumindest einen Oberfläche des Substrats 16, auf welcher die Vertiefungen gebildet sind. Daher, nachdem das Substrat 16 und die Metallplatte 17 miteinander verbunden worden sind, verbleibt ein Spalt an dem Bereich, der den gemeinsamen Zufuhrhauptflusspfad 9 und den verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 bildet und den Bereich, der den gemeinsamen Ablasshauptflusspfad 11 und den verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 zwischen dem Substrat 16 und der Metallplatte 17 bildet. Dieser Spalt wird der gemeinsame Zufuhrhauptflusspfad 9, der verzweigte gemeinsame Zufuhrflusspfad 8, der gemeinsame verzweigten Ablasshauptflusspfad 11 und der verzweigte gemeinsame Ablassflusspfad 10. Von diesen Komponenten zeigt 27 den verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und den verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10.
  • Abgesehen vom gemeinsamen Flusspfad werden die Kühlbereichsflusspfade 6 bildenden Vertiefungen auf dem Substrat 16 gebildet, das in 25 illustriert ist. Eine zwischen den Kühlbereichsflusspfaden 6 gesandwichte flache Ebene ist ein Teil der Hauptfrontoberfläche des Substrats 16, mit welchem die Metallplatte 17 verbunden ist. Der Bereich des Kühlbereichsflusspfads 6 ist um die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 gegenüber der Hauptfrontoberfläche, mit welcher die Metallplatte 17 verbunden ist, zurückgesetzt. Daher, nachdem das Substrat 16 und die Metallplatte 17 miteinander verbunden worden sind, verbleibt auch ein Spalt an Bereichen der Kühlbereichsflusspfaden 6 zwischen dem Substrat 16 und der Metallplatte 17. Dieser Spalt bildet den in 27 illustrierten Kühlbereichsflusspfad 6. Mit dieser Konfiguration kann der gemeinsame Flusspfad und der Kühlbereichsflusspfad 6 in der Wasserkühlplatte 2 leicht gebildet werden. Daher können Fertigungskosten der Wasserkühlplatte 2 und der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 reduziert werden. Der Grat 13 (siehe 19 bis 22) kann an dem Bereich der Kühlbereichsflusspfaden 6 gebildet sein, die um die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads 6 gegenüber der Hauptfrontoberfläche, mit welcher die Metallplatte 17 verbunden ist, zurückgesetzt ist.
  • Die Metallplatte 17 ist vorzugsweise so dünn wie möglich, während sie noch in der Lage ist, mechanische Festigkeit zu garantieren, weil dies den thermischen Widerstand zwischen dem Kühlwasser und dem LD-Modul 3 reduzieren kann. Spezifischer ist die Dicke der Metallplatte 17 ungefähr 1 mm bis 2 mm. Jedoch ist die Dicke der Metallplatte 17 nicht auf irgendeine Weise innerhalb dieses Bereichs beschränkt.
  • Das Material der Metallplatte 17 ist vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung. Kupfer ist ein bevorzugtes Material für die Metallplatte 17, da Kupfer eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Kupfer ist ein Metall, das relativ leicht mit anderen Komponenten verbunden werden kann, und so können auch die Herstellkosten der Wasserkühlplatte 2 reduziert werden.
  • Das Material des Substrats 16 ist nicht besonders beschränkt. Das Material des Substrats 16 kann auch Kupfer oder eine Kupferlegierung sein und kann ein Edelstahl sein, der mit Kupfer verbunden werden kann. Durch Bilden des Substrats 16 aus Edelstahl kann die mechanische Festigkeit der Wasserkühlplatte 2 gesteigert werden oder kann die Wasserkühlplatte 2 leichter gemacht werden. Zusätzlich muss das Material dieses Substrats 16 nicht ein Metall sein, solange wie das Material mit der Metallplatte 17 verbunden werden kann. Daher kann das Material des Substrats 16 ein isolierendes Material wie etwa ein Polymer sein.
  • Als ein Verfahren zum Verbinden des Substrats 16 und der Metallplatte 17 kann ein Verfahren des Ausbildens, vorab, von dünnen Blechen des Löten oder eines Hartlötmaterials auf zumindest einer Verbindungsoberfläche eingesetzt werden und dann Anwenden von Hitze zum Schmelzen und Verschweißen jener dünnen Bleche, oder ein Verfahren des Verbindens des Substrats 16 und der Metallplatte 17 durch Diffusionsbondierung ohne Einsetzen einer solchen Inklusion.
  • Die Flusspfadstruktur der Wasserkühlplatte 2 gemäß der in 24 illustrierten sechsten Ausführungsform kann auch leicht durch verwenden der Struktur des Verbindens der Metallplatten 17 mit beiden Oberflächen des Substrats 16, wie in 28 illustriert, erzielt werden.
  • In der siebten Ausführungsform, weil die Metallplatte 17 sich einfügt zwischen dem Kühlbereichsflusspfad 6 und dem LD-Modul 3, wie in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird die Applikation der Struktur, in welcher der Kühlbereichsflusspfad 6 durch die Kooperation zwischen der Wasserkühlplatte 2 und dem Gehäuse der LD-Modulen 3 gebildet wird, und das Kühlwasser direkten Kontakt mit dem Gehäuse des LD-Moduls 3 zur Wasserkühlplatte 2 macht, ausgeschlossen.
  • [Achte Ausführungsform der LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 29 bis 31 sind schematische perspektivische Ansichten zum Illustrieren einer Struktur einer Wasserkühlplatte in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 32 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm zum Illustrieren einer Struktur eines Kühlbereichsflusspfades und dessen Umgebung in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein anderes Beispiel der Struktur und des Herstellverfahrens der Wasserkühlplatte wird unter Bezugnahme auf 29 bis 32 beschrieben. Die achte Ausführungsform ist die gleiche wie die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, außer dass die in der Frontoberfläche der Metallplatte 17 auf Seite des Substrats 16 gebildete Rille den Kühlbereichsflusspfad 6 bildet. Mit anderen Worten hat das in 29 illustrierte Substrat 16 keine Vertiefung, die den in 25 illustrierten Kühlbereichsflusspfad 6 bildet, und sind nur der gemeinsame Zufuhrhauptflusspfad 9, der verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8, der gemeinsame Ablasshauptflusspfad 11 und der verzweigte gemeinsame Ablassflusspfad 10 als die rillenförmige Vertiefung gebildet.
  • Wie in 30 illustriert, beinhaltet die Metallplatte 17 eine Vielzahl von Rillen 18 auf der mit dem Substrat 16 zu verbindenden Oberfläche. Die Rillen 18 werden an einer Position gebildet, die dem Bereich entspricht, der den Kühlbereichsflusspfad bildet, wenn die Metallplatte 17 mit dem Substrat 16 verbunden ist. Eine Vielzahl von parallelen Rillen 18 sind in einer Region der Metallplatte 17 gebildet, die einem Kühlbereichsflusspfad entspricht. Die Tiefe der Rille 18 ist gleich der Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfads. In 30 sind die Breite und der Abstand der Rillen 18 übertrieben, um das Verständnis der Konfiguration der Rille 18 zu erleichtern. Die Breite und der Abstand der Rille 18 sind normalerweise feiner gebildet.
  • Wie in 31 illustriert, sind das in 29 illustrierte Substrat 16 und die in 30 illustrierte Metallplatte 17 miteinander so verbunden, dass die Frontoberfläche der Metallplatte 17, welche die Rillen 18 aufweist, zur Hauptfrontoberfläche des Substrats 16 verbunden ist. Damit, wie in 32 illustriert, fungieren die Rillen 18 auf der Frontoberfläche der Metallplatte 17 als der Kühlbereichsflusspfad 6. Zu dieser Zeit fungieren Räume zwischen den Rillen 18 als die Grate 13 (siehe 19 bis 22), welche den Kühlbereichsflusspfad 6 in der Flusspfadbreitenrichtung unterteilen.
  • Die Rillen 18 auf der Frontoberfläche der Metallplatte 17, welche als der Kühlbereichsflusspfad 6 fungieren, einschließlich Formen, die Bereiche der Grate 13 lassen, können leicht durch Ätzen oder dergleichen ausgeformt werden. Andererseits kann das Substrat 16 durch einfaches Bilden der gemeinsamen Flusspfade hergestellt werden, was die Notwendigkeit eliminiert, detaillierte bearbeitete Bereiche zu bilden, die insbesondere Abmessungsgenauigkeit erfordern. Als Ergebnis können die Herstellungskosten der Wasserkühlplatte 2 reduziert werden und kann die LD-Modul-Kühlvorrichtung bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
  • Eine Vertiefung, die dem Kühlbereichsflusspfad entspricht, kann in der Metallplatte 17 anstelle der Rille 18 ausgebildet werden. In diesem Fall sind die Grate 13 nicht im Kühlbereichsflusspfad 6 gebildet und wird ein Kühlbereichsflusspfad 6, der nur aus einem Flusspfad gebildet ist, gebildet.
  • [Neunte Ausführungsform der LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 33 ist eine schematische Perspektivansicht zum Illustrieren der Struktur des LD-Moduls 3, das in einer LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, bei Sicht aus der Bodenoberfläche. 34 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Illustrieren des Kühlbereichsflusspfads 6 und dessen Umgebung in der LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ähnlich der zweiten Ausführungsform wird der Kühlbereichsflusspfad 6 gemäß der neunten Ausführungsform durch Kooperation zwischen der Wasserkühlplatte 2 und dem Gehäuse der LD-Module 3 gebildet. Wie in 33 illustriert, sind Rillen 19, die zumindest einen Teil des Kühlbereichsflusspfads 6 bilden, auf der Bodenoberfläche (Oberfläche, die in Kontakt tritt mit dem Kühlwasser, wenn der Kühlbereichsflusspfad 6 durch Kooperation mit der Wasserkühlplatte 2 gebildet wird) der LD-Module 3 gebildet. Wie in 34 illustriert, wenn dieses Gehäuse 15 der LD-Modulen 3 mit der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 verbunden wird, fungiert die Vielzahl von Rillen 19 als der Kühlbereichsflusspfad 6 und fungiert der Raum zwischen den Rillen 19 als der Grat 13 (siehe 19 bis 22).
  • Mit dieser Konfiguration kann die Rille 19 und der Grat 13 leicht simultan durch beispielsweise Ätzen auf der Bodenoberfläche des Gehäuses 15 gebildet werden. Zusätzlich können Grate 13 das Risiko reduzieren, dass der Kühlbereichsflusspfad 6 zerdrückt wird und die Fläche der Innenwand des Kühlbereichsflusspfads 6, die in Kontakt mit dem Kühlwasser kommt, steigt, um dadurch die Kühl-Charakteristika der LD-Modul-Kühlvorrichtung zu steigern.
  • Eine Vertiefung, die dem Kühlbereichsflusspfad 6 entspricht, kann auf der Bodenoberfläche des Gehäuses 15 des LD-Moduls 3 anstelle der Rillen 19 gebildet sein. In diesem Fall sind die Grate 13 nicht im Kühlbereichsflusspfad 6 gebildet und wird der Kühlbereichsflusspfad 6 nur aus einem Flusspfad gebildet.
  • Zusätzlich, weil der Kühlbereichsflusspfad 6 auf der Bodenoberfläche des Gehäuses 15 der LD-Modulen 3 gebildet ist, wie in 34 illustriert, kommunizieren der Kühlbereichsflusspfad 6 und der verzweigte gemeinsame Zufuhrflusspfad 8 und der verzweigte gemeinsame Ablassflusspfad 10 aufgrund dem lochförmigen Flusspfad 8a und 10a, die über den verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 und verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 gebildet sind, aus der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2.
  • Ein Dichtbauteil, wie etwa eine Dichtung zum Verhindern, dass Wasser aus dem Kühlbereichsflusspfad 6 leckt, gebildet durch Kooperation zwischen der Wasserkühlplatte 2 und dem Gehäuse 15 der LD-Module 3, wird durch das Bezugszeichen 20 in 33 und 34 repräsentiert. Dieses Dichtbauteil 20 ist auf der Bodenoberfläche des Gehäuses 15 der LD-Modul 3 gebildet, kann aber auf der Frontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 gebildet sein, um so den Kühlbereichsflusspfad 6 zu umgeben.
  • Eine Nase zum Fixieren des Gehäuses 15 der LD-Modul 3 an der Wasserkühlplatte 2 wird durch das Bezugszeichen 21 in 33 repräsentiert. Die Nasen 21 sind so vorgesehen, dass sie von beiden Seiten des Gehäuses 15 vorragen. Jede Nase 21 beinhaltet ein Loch 21a für Schraubfixierung.
  • Ähnlich zur zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet auch die neunte Ausführungsform eine Flusspfadstruktur, in welcher die Bodenoberfläche des Gehäuses 15 gekühlt wird, indem sie direkt in Kontakt steht mit dem Kühlwasser. Daher muss die Wasserkühlplatte 2 nicht aus einem Material hergestellt werden, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Als Ergebnis kann die Wasserkühlplatte 2 aus einem anderen Material als Metall, wie etwa einem Polymer, hergestellt sein. Wenn die Wasserkühlplatte 2 aus einem Polymer gemacht wird, kann die Wasserkühlplatte 2 signifikant leichter gemacht werden und zu niedrigeren Kosten hergestellt werden.
  • [Zehnte Ausführungsform der LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 35 ist eine schematische Ansicht zum Illustrieren der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Sicht von der Seite. Das LD-Modul 3 wird allgemein wie in 36 illustriert ausgebildet. Mit anderen Worten sind Montagenasen 21 so vorgesehen, dass sie von jeder Seite des Gehäuses 15 der LD-Modul 3 vorragen. Die Nasen 21 beinhalten die Löcher 21a für Schraubfixierung. Das Gehäuse 15 der LD-Module 3 wird an der Wasserkühlplatte 2 unter Verwendung der Löcher 21a in den Nasen 21 schraubfixiert. Jedoch, falls die Wasserkühlplatte 2 aus dem Substrat 16 und der Metallplatte 17 gebildet wird, kann Wasser aus den Schraublöchern lecken, wenn die Schraublöcher an einer Position nahe dem gemeinsamen Flusspfad in der Wasserkühlplatte 2 gebildet sind. In 36 wird ein Lichtleiter für optische Ausgabe durch das Bezugszeichen 24 repräsentiert und wird ein Deckel (Abdeckung) des Gehäuses 15 durch das Bezugszeichen 25 repräsentiert.
  • Als Ergebnis, wie in 35 illustriert, verwendet die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der zehnten Ausführungsform eine Struktur, das Rahmenbauteil 22 zu verwenden, um die LD-Module 3 an der Wasserkühlplatte 2 zu fixieren. Das Rahmenbauteil 22 deckt zumindest einen Teil entweder der Frontoberfläche oder der Rückoberfläche der Wasserkühlplatte 2 mit einer Struktur ab, die einen Spalt zwischen dem Rahmenbauteil 22 und der Wasserkühlplatte 2 beinhaltet. Die LD-Module 3 sind in diesem Spalt S untergebracht. Das Rahmenbauteil 22 ist mit einem Druckbauteil 23 versehen, das aus Schrauben zum Drücken des LD-Moduls 3 gegen die Wasserkühlplatte 2 gebildet ist. Das Druckbauteil 23 schraubt sich in die LD-Module 3 im Spalt S zur Wasserkühlplatte 2 hinein, um dadurch die LD-Module 3 an die Wasserkühlplatte 2 zu drücken und zu fixieren.
  • Mit dieser Konfiguration, selbst falls ein Schraubloch nicht nahe zumindest einem Zentrum der Wasserkühlplatte 2 vorgesehen ist, können die LD-Module 3 an der Wasserkühlplatte 2 fixiert sein. Daher kann das Risiko dafür, dass Wasser aus dem Schraubloch ausleckt, reduziert werden.
  • [Elfte Ausführungsform der LD-Modul-Kühlvorrichtung]
  • 37 ist eine schematische Aufsicht zum Illustrieren der Anordnung von LD-Modulen 3 in der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In allen oben beschriebenen Ausführungsformen weist das LD-Modul 3 zur selben Richtung wie der Anordnungsrichtung der LD-Module 3. Mit anderen Worten ist jedes LD-Modul 3 parallel zur Anordnungsrichtung angeordnet. Wenn jedoch die LD-Modulen 3 Licht aufgrund der in 36 illustrierten optischen Faser 24 ausgeben, können die LD-Module 3 so angeordnet sein, dass ihre Orientierung gegenüber der Anordnungsrichtung der LD-Module 3 gekippt ist. Dies dient dazu, das Biegen der optischen Faser 24 in einem scharfen Winkel zu vermeiden, um eine Interferenz mit den angrenzenden LD-Modulen 3 zu verhindern. In diesem Fall können nur die LD-Module 3 gekippt sein, ohne die Orientierung des Kühlbereichsflusspfads 6 zu ändern. Jedoch kann die Fläche des Kühlbereichsflusspfads 6 gemacht sein, zu Hauptkontaktfläche des LD-Moduls 3 mit der Wasserkühlplatte 2 so nah als möglich zu passen, um höhere Kühl-Charakteristika zu erhalten. Um dies zu erzielen, kann die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 die in 37 illustrierte Konfiguration annehmen.
  • Im in 37 illustrierten Beispiel ist jedes LD-Modul 3 unter einem Winkel von ungefähr 20 Grad in derselben Richtung wie die Anordnungsrichtung der LD-Module 3 angeordnet. Die Fläche jedes Kühlbereichsflusspfads (in 37, verborgen von der Sicht unter den LD-Modulen 3) ist die gleiche wie die Hauptkontaktfläche (der Umriss des LD-Moduls 3 in 37) der LD-Module 3 zur Wasserkühlplatte 2.
  • Eine Fläche 6a, die als eine dreieckige Form über und unter jedem LD-Modul 3 in 37 erscheint, weist eine größere Flusspfadhöhe als der Kühlbereichsflusspfad auf und hat eine kleinere Flusspfadhöhe (Flusspfadtiefe) als die gemeinsamen Flusspfade 8, 9, 10 und 11. Die Fläche 6a ist schmaler gebildet als die gemeinsamen Flusspfade 8, 9, 10 und 11 und ist eine Flusspfadregion mit signifikant kleinerem Kühlwasserdruckverlust als der Kühlbereichsflusspfad. Daher kann im Kühlbereichsflusspfad, wie durch den Pfeil repräsentiert, das Kühlwasser die Fläche 6a passieren, um in einer geneigten Richtung zu dem verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad 10 aus dem verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad 8 zu fließen.
  • 38 illustriert schematisch einen Teil der in 37 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung und deren Querschnitt. Um das Verständnis zu erleichtern, wird die Vergrößerung ebenfalls angemessen in der vertikalen Richtung und der horizontalen Richtung in 38 geändert. Zusätzlich wird in dem in 38 illustrierten Beispiel der Kühlbereichsflusspfad 6 auf der Seite des Substrats 16 gebildet, aber es versteht sich, dass der Kühlbereichsflusspfad 6 auch auf der Seite der Metallplatte 17 gebildet werden kann.
  • In 37, abgesehen von den verzweigten gemeinsamen Flusspfaden 8 und 10 auf jeder Seite, werden ein verzweigter gemeinsamer Zufuhrflusspfad 8 und ein verzweigter gemeinsamer Ablassflusspfad 10 als der verzweigte gemeinsame Zufuhrflusspfad und der verzweigte gemeinsame Ablassflusspfad von zwei Reihen von LD-Modulen 3 geteilt. Dies liegt daran, dass beide Pfade zu eng aneinander kommen, wenn der verzweigte gemeinsame Zufuhrflusspfad 8 und der verzweigte gemeinsame Ablassflusspfad 10 wie in 2 und 15 illustriert angeordnet sind. Daher ändert sich die Richtung des Flusses des Kühlwassers im Kühlbereichsflusspfad zur entgegengesetzten Richtung in jeder Reihe. In diesem Fall, wenn die Reihe von LD-Chips im LD-Modul 3 zu beispielsweise dem oberen oder unteren in 37 im LD-Modul 3 vorbeeinflusst sind, ändert sich die Position des LD-Chips auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite, wenn die Flussrichtung des Kühlwassers zur entgegengesetzten Richtung wird. Falls dies ein Problem dahingehend wird, dass beispielsweise eine Differenz bei den Kühl-Charakteristika auftritt, kann die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 die in 39 illustrierte Struktur verwenden.
  • 39 ist eine Aufsicht zum schematischen Illustrieren einer anderen Struktur der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch im in 39 illustrierten Beispiel ist jedes LD-Modul 3 unter einem Winkel von ungefähr 20 Grad relativ zur Anordnungsrichtung der LD-Module 3 angeordnet. Die Fläche jedes Kühlbereichsflusspfads (in 39, von der Sicht unterhalb der LD-Module 3 verborgen) ist die gleiche wie die Hauptkontaktfläche (der Umriss des LD-Moduls 3 in 39) der LD-Module 3 an der Wasserkühlplatte 2. In 39 weisen rechteckige Flächen 6b auf jedem Ende des Kühlbereichsflusspfads, geneigt um denselben Winkel wie der Kühlbereichsflusspfad, eine kürzere Höhe (Tiefe) als die gemeinsamen Flusspfade 8, 9, 10 und 11 auf, sind aber höher als der Kühlbereichsflusspfad und sind Flusspfadregionen mit signifikant kleinerem Kühlwasserdruckverlust als dem Kühlbereichsflusspfad 6. Daher fließt im Kühlbereichsflusspfad 6 das Kühlwasser in der durch den Pfeil angegebenen Richtung.
  • Die gemeinsamen Flusspfade 8, 9, 10 und 11 sind an Positionen nahe an einer Oberfläche ausgebildet, die einer Oberfläche gegenüberliegt der Wasserkühlplatte 2, auf welcher die LD-Module 3 angeordnet sind. In 39 sind die runden Flächen 8b, 10b, die angeordnet sind, jedes LD-Modul 3 zu sandwichen, lochförmige Flusspfade, die ein einer Richtung lotrecht zur Hauptfrontoberfläche der Wasserkühlplatte 2 offen sind, um die geneigten rechteckigen Flächen mit den gemeinsamen Flusspfaden 8, 9, 10 und 11 zu verbinden.
  • 40 illustriert schematisch einen Teil der in 39 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 und deren Querschnitt. 40 illustriert schematisch einen Teil der in 39 illustrierten LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 und deren Querschnitt. Um das Verständnis zu erleichtern, wird die Vergrößerung auch in der Vertikalrichtung und der Horizontalrichtung in 40 angemessen verändert. Selbst die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1, die die in 39 illustrierte komplizierte Flusspfadstruktur aufweist, kann relativ leicht hergestellt werden, indem die in 40 illustrierte Struktur als die Struktur der Wasserkühlplatte 2 verwendet wird. Mit anderen Worten, wie in 40 illustriert, sind die unter demselben Winkel wie der Kühlbereichsflusspfad 6 auf der Seite des Kühlbereichsflusspfads 6 geneigte rechteckige Fläche 6b und ein Bereich des Kühlbereichsflusspfads 6 beispielsweise auf einer Oberfläche des Substrats 16 geschnitten. Andererseits werden die gemeinsamen Flusspfade 8, 9, 10 und 11 aus der anderen Oberfläche des Substrats 16 geschnitten. Dann werden Löcher, welche die Flusspfade 8b und 10b für das Verbinden beider geschnittener Bereiche werden, durch Bohren oder dergleichen gebildet. Zuletzt werden die Metallplatten 17 mit beiden Oberflächen des Substrats 16 verbunden. Auch in 40 ist der Kühlbereichsflusspfad 6 auf der Seite des Substrats 16 ausgebildet, aber der Kühlbereichsflusspfad 6 kann als eine Vertiefung auf der Seite der Metallplatte 17 gebildet sein.
  • [Leitungsmontagestruktur]
  • Nunmehr wird eine Struktur zum Montieren der Leitung, die notwendig ist, um das Kühlwasser dazu zu bringen, in die Wasserkühlplatte 2 der LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß jeder Ausführungsform zu fließen, und das Kühlwasser aus der Wasserkühlplatte 2 abzuleiten, beschrieben.
  • Wie in 41 illustriert, kann eine Leitungsmontagestruktur in einem Fall, in welchem die Wasserkühlplatte 2 ausreichend dick ist, eine Struktur sein, in welcher ein Loch 2a, das mit den gemeinsamen Flusspfaden kommuniziert, auf einer Seitenoberfläche der Wasserkühlplatte 2 gebildet ist und eine Leitung 26 in das Loch 2a eingeführt und damit verschweißt wird. Jedoch wird im Hinblick auf das Reduzieren von Gewicht und Senken von Kosten der Wasserkühlplatte 2 die Wasserkühlplatte 2 normalerweise notwendigerweise so dünn wie möglich sein, während noch die notwendigen Funktionen durchgeführt werden. Daher kann es sein, dass die in 41 illustrierte Leitungsmontagestruktur in einigen Fällen nicht in der Lage ist, verwendet zu werden.
  • 42 registriert ein Beispiel einer bevorzugten Leitungsmontagestruktur in einem solchen Fall. Die Wasserkühlplatte 2, die in 42 illustriert ist, beinhaltet einen Vorsprungbereich 2b, der zur Seite vorspringt. Die Endbereiche des gemeinsamen Zufuhrflusspfads 4 und des gemeinsamen Ablassflusspfads 5, die in der Wasserkühlplatte 2 gebildet sind, sind in diesem Vorsprungbereich 2b offen. Die Leitungsmontagestrukturen des gemeinsamen Zufuhrflusspfads 4 und des gemeinsamen Ablassflusspfads 5 sind die gleichen. Daher werden in 42 die Bezugszeichen des gemeinsamen Zufuhrflusspfads 4 und des gemeinsamen Ablassflusspfads 5 beide aus Gründen der Kürze der Beschreibung verwendet.
  • Eine Leitungsverbindungskomponente 27 ist getrennt an der Wasserkühlplatte 2 vorgesehen. Die zum Zuführen oder Ableiten des Kühlwassers verwendete Leitung 26 ist mit dieser Leitungsverbindungskomponente 27 verbunden. Die Leitungsverbindungskomponente 27 beinhaltet eine Vertiefung 27a, welche den Vorsprungbereich 2b der Wasserkühlplatte 2 aufnehmen kann. Die Leitung 26 kommuniziert mit dem Inneren der Vertiefung 27a. Nachdem der Vorsprungbereich 2b der Wasserkühlplatte 2 in die Vertiefung 27a der Leitungsverbindungskomponente 27 eingefügt worden ist, mit welcher die Leitung 26 verbunden wird, werden der Vorsprungbereich 2b und die Leitungsverbindungskomponente 27 durch Schweißen oder ein anderes Verfahren miteinander verbunden. Als Ergebnis kann die zum Zuführen/Ablassen des Kühlwassers zu/aus der Wasserkühlplatte 2 verwendete Leitung 26 leicht montiert werden.
  • 43 illustriert ein anderes Beispiel der Leitungsmontagestruktur. In 43 sind Endbereiche der gemeinsamen Flusspfade der Wasserkühlplatte 2 an einer oder beiden, der Frontoberfläche und der Rückoberfläche, der Wasserkühlplatte 2 offen. In diesem Fall ist die Leitungsverbindungskomponente 27, mit der die Leitung 26 verbunden ist, durch Schweißen oder dergleichen mit der Frontoberfläche und/oder der Rückoberfläche der Wasserkühlplatte 2 verbunden, in welcher der Endbereich des gemeinsamen Flusspfads offen ist. Diese Leitungsmontagestruktur kann auf einen Fall angewendet werden, in welchem es genügend Raum in einer Richtung lotrecht zur Front- und/oder Rückoberfläche der Wasserkühlplatte 2 gibt.
  • [Ausführungsform von Lasereinrichtung]
  • 44 ist ein Blockdiagramm zum Illustrieren einer Konzeptkonfiguration einer Lasereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 44 illustriert, beinhaltet eine Lasereinrichtung 28 zumindest eine LD-Modul-Baugruppeneinheit 29. Die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß den oben beschriebenen, ersten bis elften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und eine Vielzahl von als Laserlichtquellen oder Anregungslichtquellen verwendeten LD-Modulen 3 sind in der LD-Modul-Baugruppeneinheit 29 montiert.
  • Zusätzlich beinhaltet die Lasereinrichtung 28 zumindest eine LD-Stromversorgungseinheit 30, eine Steuereinheit 31 und ein laseroptisches System 32. Die LD-Stromversorgungseinheit 30 liefert Antriebsleistung an das LD-Modul 3. Die Steuereinheit 31 steuert zumindest die LD-Stromversorgungseinheit 30 zum Ausgeben einer optischen Ausgabeanweisung an die LD-Stromversorgungseinheit 30. Die Lasereinrichtung 28 emittiert einen Laserstrahl aus dem laseroptischen System 32. Die Lasereinrichtung 28 beinhaltet drei LD-Stromversorgungseinheiten 30, die eins-zu-eins drei LD-Modul-Baugruppeneinheiten 29 entsprechen und eine Steuereinheit 31 ist konfiguriert, eine optische Ausgabeanweisung an diese drei LD-Stromversorgungseinheiten 30 auszugeben. Das laseroptische System 32 beinhaltet einen Strahlkombinierer 33. Der Strahlkombinierer 33 kombiniert und gibt aus Laserstrahlen, die aus jeder LD-Modul-Baugruppeneinheit 29 ausgegeben werden.
  • Die LD-Modul-Baugruppeneinheit 29 beinhaltet die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Daher gibt es wenig Differenz bei den Kühl-Charakteristika zwischen dem LD-Modul 3 in der LD-Modul-Baugruppeneinheit 29 und den Temperaturen der LD-Module 3 und LDs, während die LD-Module 3-Antriebe im Wesentlichen gleich sind. Daher, wenn die Steuereinheit 31 Steuerung so durchführt, dass die Steuereinheit 31 die optische Ausgabeanweisung so ausgibt, dass das anzutreibende LD-Modul 3 nicht zu einem spezifischen LD-Modul 3 vorbeeinflusst wird, kann das Phänomen, dass die Lebensdauer einiger der LD-Module 3 rasch erreicht ist, unterdrückt werden. Bei dieser Konfiguration hat die LD-Modul-Baugruppeneinheit 29, welche die Vielzahl von LD-Modulen 3 und die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1, welche eine Hauptstruktureinheit ist, beinhaltet, eine längere Lebensdauer. Als Ergebnis sind Wartungskosten wie etwa Austausch der LD-Modul-Baugruppeneinheit 29 niedrig und eine Lasereinrichtung 28 von langer Lebensdauer und Zuverlässigkeit kann implementiert werden.
  • Ein optisches System, in welchem Laserstrahlen aus jedem LD-Modul 3 kombiniert und aus der LD-Modul-Baugruppeneinheit 29 ausgegeben werden oder ein optisches System, bei welchem, wenn das LD-Modul 3 als Anregungslichtquelle verwendet wird, ein Laserstrahl aus einem Lasermedium aus der LD-Modul-Baugruppeneinheit 29 ausgegeben wird, sind in 44 aus Gründen der Kürze nicht gezeigt.
  • Es gibt drei in 44 illustrierte LD-Modul-Baugruppeneinheiten 29, aber vier oder mehr oder eine oder zwei LD-Modul-Baugruppeneinheiten 29 können vorgesehen sein. Wenn es eine LD-Modul-Baugruppeneinheit 29 gibt, wird der illustrierte Strahlkombinierer 33 nicht benötigt.
  • Die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, hat als ihren Hauptzweck das Kühlen des LD-Moduls 3, aber die LD-Modul-Kühlvorrichtung 1 kann simultan ein anderes Wärmeerzeugungselement als das LD-Modul 3 kühlen. Daher kann ein anderes Wärmeerzeugungselement als das LD-Modul 3, wie etwa eine LD-Stromversorgungskomponente, auf zumindest der Frontoberfläche oder der Rückoberfläche der Wasserkühlplatte 2 angeordnet sein. In diesem Fall kann ein Kühlbereichsflusspfad, der getrennt zum Kühlbereichsflusspfad 6 ist, der das LD-Modul 3 kühlt, aber dieselbe Flusspfadstruktur wie der Kühlbereichsflusspfad 6 aufweist, in der Wasserkühlplatte 2 gebildet werden, um diese Wärmeerzeugungselement zu kühlen. Kühlwasser fließt parallel in diesen getrennten Kühlbereichsflusspfad in derselben Weise wie im zum Kühlen des LD-Moduls 3 verwendeten Kühlbereichsflusspfad 6. Als Ergebnis können die LD-Module 3 gekühlt werden, ohne kaum durch die Wärmeerzeugung anderer Wärmeerzeugungskomponenten beeinträchtigt zu sein.
  • In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Kühlwasser als Kühlmedium verwendet, aber ein anderes Fluid als Wasser (beispielsweise ein Kühlmittel oder ein Gas) kann auch als das Kühlmedium für die LD-Modul-Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    LD-Modul-Kühlvorrichtung
    2
    Wasserkühlplatte (Kühlplatte)
    3
    LD-Modul
    4
    Gemeinsamer Zufuhrflusspfad
    5
    Gemeinsamer Ablassflusspfad
    6
    Kühlbereichsflusspfad
    8
    Verzweigter gemeinsamer Zufuhrflusspfad
    9
    Gemeinsamer Zufuhrhauptflusspfad
    10
    Verzweigter gemeinsamer Ablassflusspfad
    11
    Gemeinsamer Ablasshauptflusspfad
    12
    Thermischer Isolationsbereich
    13
    Grat
    14
    LD-Chip
    15
    Gehäuse
    16
    Substrat
    17
    Metallplatte
    18
    Rille (geformt in Kühlplatte)
    19
    Rille (geformt in Bodenoberfläche von Gehäuse)
    22
    Rahmenbauteil
    28
    Lasereinrichtung
    29
    LD-Modul-Baugruppeneinheit
    30
    LD-Stromversorgungseinheit
    31
    Steuereinheit
    32
    Laseroptisches System
    S
    Spalt

Claims (15)

  1. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1), umfassend: eine Kühlplatte (2); eine Vielzahl von Kühlbereichs-Flusspfaden (6), die in der Kühlplatte (2) gebildet sind, durch welche ein Kühlmedium zum Kühlen einer Vielzahl von LD-Modulen (3), die auf einer Frontoberfläche der Kühlplatte (2) angeordnet sind, fließt, entsprechend Positionen der Vielzahl von LD-Modulen (3); ein gemeinsamer Zufuhrflusspfad (4), der in der Kühlplatte gebildet ist, welcher das Kühlmedium parallel der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden (6) zuführt; und ein gemeinsamer Auslass- Flusspfad (5), der in der Kühlplatte (2) gebildet ist, welche das Kühlmedium parallel aus der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden (6) ableitet, wobei: der Kühlbereichsflusspfad (6) eine Flusspfadhöhe und eine Flusspfadbreite aufweist, die zumindest in einer Mehrheit der Flusspfadlänge konstant sind und als Dünnschicht-Flusspfad parallel zu einer Frontoberfläche der Kühlplatte (2) gebildet ist, eine rechteckige Form des Kühlbereichsflusspfads (6), definiert durch die Abmessungen Flusspfadlänge x Flusspfadbreite mit zumindest einer Mehrheit einer Hauptkontaktoberfläche zwischen der Kühlplatte (2) und der Vielzahl von LD-Modulen (3) bei Sicht von der Frontoberfläche der Kühlplatte (2) überlappt, die Flusspfadhöhe des Kühlbereichsflusspfades (6) eine einer Bedingung, 1/20 oder weniger der Flusspfadlänge und der Flusspfadbreite zu sein, und einer Bedingung, dass die Flusspfadhöhe 0,5 mm oder weniger ist, erfüllt, und Druckverlust des Kühlmediums, das durch den Kühlbereichsflusspfad (6) fließt, der durch Leitungsreibung verursacht wird, größer als der Druckverlust des Kühlmediums ist, das durch den gemeinsamen Zufuhrflusspfad (4) und den gemeinsamen Ablassflusspfad (5) fließt, der durch Leitungsreibung verursacht wird.
  2. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei: eine Vielzahl von Reihen einer Vielzahl der Kühlbereichsflusspfade (6) parallel auf der Frontoberfläche der Kühlplatte (2) angeordnet ist, der gemeinsame Zufuhrflusspfad (4) einen verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfad (8) enthält, der sich längs der Vielzahl von Reihen der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden (6) erstreckt und das Kühlmedium der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden (6) in der Vielzahl von Reihen zuführt, der gemeinsame Ablassflusspfad (5) einen verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfad (10) enthält, der sich längs der Vielzahl von Reihen der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden (6) erstreckt und das Kühlmedium, das parallel aus der Vielzahl von Kühlbereichsflusspfaden (6) in der Vielzahl von Reihen abgegeben wird, ablaufen lässt, und einen thermischen Isolationsbereich (12), der eine niedrigere thermische Leitfähigkeit als die Kühlplatte (2) aufweist, zwischen zumindest einer Gruppe von angrenzenden verzweigten gemeinsamen Zufuhrflusspfaden (8) und verzweigten gemeinsamen Ablassflusspfaden (10= angeordnet ist.
  3. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest ein Grat (13), der den Kühlbereichsflusspfad (6) in einer Flusspfad-Breitenrichtung unterteilt, in zumindest einem Bereich des Kühlbereichsflusspfads (6) vorgesehen ist.
  4. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das LD-Modul (3) eine Vielzahl von LD-Chips (14) beinhaltet, die in einer Reihe angeordnet sind, und wobei in der Vielzahl von auf der Frontoberfläche der Kühlplatte (2) angeordneten LD-Modulen (3) die Richtung des Flusses des durch den Kühlbereichsflusspfad (6)fließenden Kühlmediums und die Richtung der Reihe der LD-Chips einander bei Sicht von der Frontoberfläche der Kühlplatte (2) schneiden.
  5. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Flusspfadbreite des Kühlbereichsflusspfades (6) größer als die Flusspfadlänge des Kühlbereichsflusspfads (6) ist.
  6. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest ein LD-Modul (3) auf einer Rückoberfläche der Kühlplatte (2) angeordnet ist, und die Kühlplatte (2) einen Kühlbereichsflusspfad (6) aufweist, der zum Kühlen des zumindest einen LD-Moduls (3) verwendet wird, das auf der Rückoberfläche der Kühlplatte (2) angeordnet ist.
  7. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kühlplatte (2) aus einem Substrat (16) auf zumindest einer Oberfläche gebildet werden, von der eine Vertiefung, die den gemeinsamen Versorgungsflusspfad (4) und den gemeinsamen Ablassflusspfad (5) bildet, gebildet ist und zumindest einer Metallplatte (17); und der gemeinsame Zufuhrflusspfad (4) und der gemeinsame Ablassflusspfad (5) zwischen der Vertiefung und der Metallplatte (17) durch Verbinden der Metallplatte (17) mit zumindest einer Oberfläche des Substrats (16) gebildet sind.
  8. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß Anspruch 7, wobei das Material der Metallplatte (17) Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
  9. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Substrat (16) und die Metallplatte (17) aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
  10. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Kühlbereichsflusspfad (6) aus Rillen (18) gebildet ist, die auf einer Frontoberfläche der Metallplatte (17) auf der Substrat (16)-seite gebildet sind.
  11. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kühlbereichsflusspfad (6) zwischen der Kühlplatte (2) und einem Gehäuse (15) der LD-Module (3) durch Kooperation zwischen der Kühlplatte (2) und dem Gehäuse (15) der LD-Module (3) gebildet ist.
  12. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß Anspruch 11, wobei das Gehäuse (15) der LD-Module (3) Rillen (19) enthält, die zumindest einen Teil des Kühlbereichsflusspfads (6) bilden, auf einer Oberfläche, die in Kontakt mit dem Kühlmedium steht.
  13. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Material der Kühlplatte (2) ein anderes Material als ein Metall ist.
  14. LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, weiter umfassend: ein Rahmenbauteil (22), das zum Drücken der Vielzahl von LD-Modulen (3) gegen die Kühlplatte (2) verwendet wird, wobei das Rahmenbauteil (22) eine Struktur aufweisen kann, in welcher das Rahmenbauteil (22) zumindest einen Teil von der Frontoberfläche oder der Rückoberfläche der Kühlplatte (2) abdeckt, durch Beinhalten eines Spalts (S) zwischen dem Rahmenbauteil (22) und der Kühlplatte (2).
  15. Lasereinrichtung (28), umfassend: zumindest eine LD-Modul-Baugruppeneinheit (29), die durch Montieren einer Vielzahl von LD-Modulen (3) gebildet wird, die als eine Laserlichtquelle oder eine Anregungslichtquelle verwendet werden, auf der LD-Modul-Kühlvorrichtung (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, zumindest eine LD-Stromversorgungseinheit (30), die Antriebsstrom für eine optische Ausgabe an das LD-Modul (3) liefert; eine Steuereinheit (31), die eine optische Ausgabeinformation an die LD-Stromversorgungseinheit (30) ausgibt; und ein laseroptisches System (32), das einen Laserstrahl emittiert.
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