DE102020125063A1

DE102020125063A1 - Device, in particular for a motor vehicle, and motor vehicle

Info

Publication number: DE102020125063A1
Application number: DE102020125063.0A
Authority: DE
Inventors: Sascha Zimmermann; Robert Dreiling; Thinh Nguyen-Xuan; Peter SCHREIVOGEL
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung eine Einrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Komponente (2), und mit einer Kühleinrichtung (4), welche wenigstens einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal (5) aufweist, welcher durch eine Wandung (6) direkt begrenzt ist, über welche zum Kühlen der Komponente (2) von der Komponente (2) bereitgestellte Wärme (7) an das den Kühlkanal (5) durchströmende Kühlfluid übertragbar ist, wobei innerhalb des Kühlkanals (5) ein außenumfangsseitig zumindest überwiegend von dem den Kühlkanal (5) durchströmenden Kühlfluid umströmbares und separat von der Wandung ausgebildetes Wärmerohr (6) angeordnet ist.The invention relates to a device, a device (1) for a motor vehicle, with at least one component (2) and with a cooling device (4), which has at least one cooling channel (5) through which a cooling fluid can flow and which is formed by a wall (6) is directly delimited, via which heat (7) provided by the component (2) for cooling the component (2) can be transferred to the cooling fluid flowing through the cooling duct (5), wherein within the cooling duct (5) at least predominantly on the outer circumference of the den The cooling fluid flowing through the cooling channel (5) is arranged around a heat pipe (6) which can be flown around and is formed separately from the wall.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1. The invention also relates to a motor vehicle.

Die DE 34 02 003 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul mit einem oder mehreren Leistungshalbleiterbauelementen, die auf ein Substrat mit metallisierter Keramik aufgelötet sind. Der DE 10 2008 013 604 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung eines elektronischen Steuergeräts zur Steuerung und/oder Regelung einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs als bekannt zu entnehmen. Außerdem ist aus der DE 10 2014 225 030 A1 eine Wärmehandhabungseinheit einer Hochspannungsbatterie bekannt.the DE 34 02 003 A1 discloses a power semiconductor module having one or more power semiconductor devices soldered onto a metallized ceramic substrate. the DE 10 2008 013 604 A1 a device for cooling an electronic control device for controlling and/or regulating a lighting device of a motor vehicle can be seen as known. In addition, from the DE 10 2014 225 030 A1 a thermal management unit of a high voltage battery is known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Einrichtung zu schaffen, so dass eine besonders vorteilhafte Kühlung realisiert werden kann.The object of the present invention is to create a device and a motor vehicle with at least one such device, so that particularly advantageous cooling can be implemented.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and by a motor vehicle having the features of patent claim 7 . Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Einrichtung, welche für ein oder in einem Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als ein Kraftwagen, insbesondere als ein Personenkraftwagen, oder aber als ein Kraftrad wie beispielsweise ein Motorrad ausgebildet sei kann, verwendet werden kann. Die Einrichtung kann jedoch für andere Anwendungszwecke bzw. in anderen Anwendungsfällen verwendet werden und ist nicht auf die Verwendung für ein oder in einem Kraftfahrzeug beschränkt. Die Einrichtung weist wenigstens eine Komponente auf. Die Komponente kann beispielsweise zumindest einen Halbleiter umfasst. Somit kann die Komponente beziehungsweise die Einrichtung eine Halbleiter-basierte oder Halbleiter-haltige Komponente beziehungsweise Einrichtung sein. Es ist jedoch denkbar, dass die Komponente bzw. die Einrichtung frei von einem Halbleiter ist. Die Komponente kann beispielsweise insbesondere dann, wenn die Komponente wenigstens einen Halbleiter aufweist, ein elektronisches Bauteil oder ein elektronisches Bauelement sein beziehungsweise als elektronisches Bauteil oder elektronisches Bauelement bezeichnet werden. Insbesondere kann die Komponente ein Halbleiter-Chip sein, der einfach auch als Chip bezeichnet wird. Mittels der Komponente kann die Einrichtung beispielsweise während ihres Betriebs Rechenvorgänge durchführen, das heißt Berechnungen vornehmen. Somit ist die Einrichtung beispielsweise eine elektronische Recheneinrichtung. Alternativ oder zusätzlich können die Komponente und somit die Einrichtung während ihres Betriebs elektrische Energie wandeln, so dass beispielsweise die Komponente beziehungsweise die Einrichtung ein elektronischer Energiewandler sein kann. Somit kann die Einrichtung beispielsweise eine elektronische Recheneinrichtung oder aber eine Leistungselektronik sein, über welche eine zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildete, auch als Traktionsmaschine bezeichnete, elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, versorgt werden kann. Die elektrische Energie beziehungsweise der elektrische Strom wird beispielsweise von einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Hierdurch kann die elektrische Maschine als ein Elektromotor betrieben werden, mittels welchem das beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV), ausgebildete Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Vorzugsweise sind die elektrische Maschine und der beispielsweise als Batterie, insbesondere als Lithium-Ionen-Batterie, ausgebildete Energiespeicher Hochvolt-Komponenten, deren jeweilige elektrische Spannung, insbesondere deren elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 V, insbesondere größer als 60 V, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Dadurch können besonders große elektrische Leistungen zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Ferner kann die Komponente beispielsweise als ein LED-Chip ausgebildet sein. Während des Betriebs erwärmt sich die Komponente beispielsweise aufgrund von Verlusten, so dass die Komponente während ihres Betriebs Wärme bereitstellt beziehungsweise erzeugt.A first aspect of the invention relates to a device which can be used for or in a motor vehicle, which can be designed, for example, as a motor vehicle, in particular as a passenger car, or as a motor cycle such as a motorcycle. However, the device can be used for other purposes or in other applications and is not limited to use for or in a motor vehicle. The device has at least one component. The component can include at least one semiconductor, for example. Thus, the component or the device can be a semiconductor-based or semiconductor-containing component or device. However, it is conceivable that the component or the device is free of a semiconductor. The component can, for example, be an electronic component or an electronic component or be referred to as an electronic component or electronic component, in particular when the component has at least one semiconductor. In particular, the component can be a semiconductor chip, which is also simply referred to as a chip. By means of the component, the device can, for example, carry out arithmetic processes during its operation, ie make calculations. Thus, the device is, for example, an electronic computing device. Alternatively or additionally, the component and thus the device can convert electrical energy during operation, so that the component or the device can be an electronic energy converter, for example. Thus, the device can be, for example, an electronic computing device or power electronics, via which an electrical machine of the motor vehicle designed for, in particular, purely electrically driving the motor vehicle, also referred to as a traction machine, can be supplied with electrical energy, in particular electrical current. The electrical energy or the electrical current is provided, for example, by an energy store of the motor vehicle. As a result, the electric machine can be operated as an electric motor, by means of which the motor vehicle designed, for example, as a hybrid or electric vehicle, in particular as a battery electric vehicle (BEV), can be driven, in particular purely electrically. Preferably, the electrical machine and the energy store, embodied, for example, as a battery, in particular as a lithium-ion battery, are high-voltage components whose respective electrical voltage, in particular their electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 V, in particular greater than 60 V, and is most preferably several hundred volts. As a result, particularly high electrical power can be realized for, in particular, purely electrical driving of the motor vehicle. Furthermore, the component can be embodied as an LED chip, for example. During operation, the component heats up, for example due to losses, so that the component provides or generates heat during its operation.

Um eine übermäßige Temperatur, das heißt eine übermäßige Erwärmung der Komponente und somit der Einrichtung vermeiden zu können, weist die Einrichtung eine Kühleinrichtung auf, mittels welcher die von der Komponente bereitgestellte Wärme von der Komponente abführbar ist, mithin die Komponente gekühlt werden kann. Hierzu weist die Kühleinrichtung wenigstens einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal auf. Das Kühlfluid ist vorzugsweise ein Gas, welches zumindest Luft umfassen kann. In order to be able to avoid an excessive temperature, ie excessive heating of the component and thus of the device, the device has a cooling device, by means of which the heat provided by the component can be dissipated from the component, thus the component can be cooled. For this purpose, the cooling device has at least one cooling channel through which a cooling fluid can flow. The cooling fluid is preferably a gas, which can include at least air.

Ganz vorzugsweise ist das Kühlfluid eine Kühlflüssigkeit, die in flüssigem Zustand, insbesondere während des Betriebs der Einrichtung, den Kühlkanal durchströmt. Beispielsweise umfasst die Kühlflüssigkeit zumindest Wasser. Der Kühlkanal ist durch eine vorzugsweise als Festkörper ausgebildet und ganz vorzugsweise eigensteife Wandung direkt begrenzt, so dass das den Kühlkanal durchströmende Kühlfluid die Wandung direkt berührt. Über die Wandung ist zum Kühlen der Komponente, insbesondere während ihres Betriebs, die von der Komponente bereitgestellte Wärme an das den Kühlkanal durchströmende Kühlfluid übertragbar. Somit kann beispielsweise die von der Komponente bereitgestellte Wärme, insbesondere durch Wärmeleitung, zunächst an die Wandung übergehen. Die an die Wandung übergegangene Wärme kann, insbesondere während des Betriebs, an das den Kühlkanal durchströmende Kühlfluid übergehen, wodurch die von der Komponente bereitgestellte Wärme über die Wandung an das Kühlfluid übertragen und mittels des Kühlfluids von der Wandung und von der Komponente abtransportiert wird. Hierdurch kann die Komponente vorteilhaft gekühlt werden.The cooling fluid is very preferably a cooling liquid which flows through the cooling channel in the liquid state, in particular during operation of the device. For example, the cooling liquid includes at least water. The cooling channel is preferably designed as a solid body and is directly delimited by a wall that is very preferably inherently rigid, so that it flows through the cooling channel coming cooling fluid touches the wall directly. For cooling the component, in particular during its operation, the heat provided by the component can be transferred via the wall to the cooling fluid flowing through the cooling channel. Thus, for example, the heat provided by the component, in particular through thermal conduction, can initially be transferred to the wall. The heat transferred to the wall can, especially during operation, be transferred to the cooling fluid flowing through the cooling channel, whereby the heat provided by the component is transferred via the wall to the cooling fluid and transported away from the wall and from the component by means of the cooling fluid. As a result, the component can advantageously be cooled.

Um nun eine besonders vorteilhafte Kühlung der Komponente und somit der Einrichtung realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb des Kühlkanals ein separat von der Wandung ausgebildetes Wärmerohr angeordnet ist, welches außenumfangsseitig zumindest überwiegend von dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluid umströmbar ist. Dies bedeutet, dass zumindest mehr als die Hälfte einer außenumfangsseitigen Mantelfläche des Wärmerohrs von der Wandung beabstandet ist, so dass das Kühlfluid zwischen der außenumfangsseitigen Mantelfläche des Mantelrohrs und der Wandung, insbesondere einer den Kühlkanal direkt begrenzenden, der außenumfangsseitigen Mantelfläche zugewandten, innenumfangsseitigen Mantelfläche der Wandung, hindurchströmen kann. Auf seinem Weg durch den Kühlkanal berührt das Kühlfluid zumindest mehr als die Hälfte der außenumfangsseitigen Mantelfläche des Wärmerohrs und die Wandung beziehungsweise die innenumfangsseitige Mantelfläche der Wandung direkt, so dass eine besonders vorteilhafte Kühlung darstellbar ist.In order to be able to achieve a particularly advantageous cooling of the component and thus of the device, it is provided according to the invention that a heat pipe formed separately from the wall is arranged inside the cooling duct, around which at least predominantly the cooling fluid flowing through the cooling duct can flow around on the outer circumference. This means that at least more than half of an outer peripheral lateral surface of the heat pipe is spaced apart from the wall, so that the cooling fluid between the outer peripheral lateral surface of the jacket pipe and the wall, in particular an inner peripheral lateral surface of the wall directly delimiting the cooling channel and facing the outer peripheral lateral surface , can flow through. On its way through the cooling channel, the cooling fluid touches at least more than half of the outer peripheral surface of the heat pipe and the wall or the inner peripheral surface of the wall directly, so that particularly advantageous cooling can be achieved.

Wie hinlänglich bekannt ist, ist das Wärmerohr ein Gefäß oder Behältnis, welches ein auch als Arbeitskammer bezeichnetes Volumen bildet beziehungsweise begrenzt. In der Arbeitskammer ist ein Arbeitsmedium aufgenommen, insbesondere derart, dass gleichzeitig eine flüssige Phase des Arbeitsmediums und eine gas- oder dampfförmige Phase des Arbeitsmediums in der Arbeitskammer und somit in dem Wärmerohr aufgenommen sind. Insbesondere ist ein erster Teilbereich der Arbeitskammer mit der gasförmigen beziehungsweise dampfförmigen Phase und ein zweiter Teilbereich der Arbeitskammer mit der flüssigen Phase gefüllt, wobei der zweite Teilbereich kleiner als der erste Teilbereich sein kann. Dies muss aber nicht so sein, sodass die Teilbereiche gleich groß sein können oder der zweite Teilbereich kann größer als der erste Teilbereich sein. Ein erster Bereich der Arbeitskammer ist beispielsweise ein Verdampferbereich, welcher als ein Verdampfer arbeitet oder fungiert. Ein zweiter Bereich der Arbeitskammer ist ein Kondensatorbereich, welcher als Kondensator arbeitet oder fungiert. Die Bereiche sind fluidisch miteinander verbunden. Die von der Komponente bereitgestellte und über die Wandung an das Kühlmedium übergegangene Wärme kann, insbesondere in dem Verdampferbereich, von dem Kühlmedium über das Wärmerohr an das Arbeitsmedium und dabei insbesondere an die flüssige Phase übergehen. Hierdurch wird in dem Verdampferbereich die flüssige Phase erwärmt, insbesondere über ihren Siedepunkt, wodurch die flüssige Phase verdampft wird und dadurch die gas- beziehungsweise dampfförmige Phase erzeugt beziehungsweise in die gas- beziehungsweise dampfförmige Phase übergeht. Die gas- beziehungsweise dampfförmige Phase wird in dem Kondensatorbereich gekühlt und dadurch kondensiert, wodurch die gasbeziehungsweise dampfförmige Phase in die flüssige Phase übergeht, welche dann wieder in dem Verdampferbereich Wärme von dem Kühlmedium aufnehmen kann. Dadurch ist ein Kreislauf geschlossen. Das Wärmerohr kann dabei als eine sogenannte Heatpipe oder aber als ein Zwei-Phasen-Thermosiphon ausgebildet sein beziehungsweise arbeiten. Die Heatpipe und der Zwei-Phasen-Thermosiphon sind zwei Bauformen des Wärmerohrs, deren grundlegendes Funktionsprinzip gleich ist, wobei sich die Bauformen jedoch in einem Rücktransport der gas- beziehungsweise dampfförmigen Phase in den Verdampferbereich, insbesondere von dem Kondensatorbereich zu dem beziehungsweise in den Verdampferbereich, voneinander unterscheiden. Dieser Rücktransport erfolgt bei beiden Bauformen vorzugsweise passiv und somit ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie beispielsweise Pumpen.As is well known, the heat pipe is a vessel or container that forms or delimits a volume that is also referred to as a working chamber. A working medium is accommodated in the working chamber, in particular such that a liquid phase of the working medium and a gaseous or vaporous phase of the working medium are accommodated in the working chamber and thus in the heat pipe at the same time. In particular, a first partial area of the working chamber is filled with the gaseous or vaporous phase and a second partial area of the working chamber is filled with the liquid phase, it being possible for the second partial area to be smaller than the first partial area. However, this does not have to be the case, so that the sub-areas can be of the same size, or the second sub-area can be larger than the first sub-area. A first area of the working chamber is, for example, an evaporator area, which works or functions as an evaporator. A second area of the working chamber is a condenser area which operates or functions as a condenser. The areas are fluidically connected to one another. The heat provided by the component and transferred to the cooling medium via the wall can transfer, in particular in the evaporator area, from the cooling medium via the heat pipe to the working medium and in particular to the liquid phase. As a result, the liquid phase is heated in the evaporator region, in particular above its boiling point, as a result of which the liquid phase is evaporated and the gaseous or vaporous phase is thereby generated or it changes into the gaseous or vaporous phase. The gaseous or vaporous phase is cooled in the condenser area and thereby condensed, as a result of which the gaseous or vaporous phase changes into the liquid phase, which can then again absorb heat from the cooling medium in the evaporator area. This closes a cycle. The heat pipe can be designed or work as a so-called heat pipe or as a two-phase thermosiphon. The heat pipe and the two-phase thermosiphon are two types of heat pipe whose basic functional principle is the same, although the types differ in a return transport of the gas or vapor phase into the evaporator area, in particular from the condenser area to or into the evaporator area, distinguish from each other. In both designs, this return transport preferably takes place passively and thus without additional aids, such as pumps.

Der Zwei-Phasen-Thermosiphon wird auch als Gravitationswärmerohr bezeichnet und zeichnet sich dadurch aus, dass der zuvor beschriebene Rücktransport, insbesondere ausschließlich, durch die Schwerkraft getrieben ist. Mit anderen Worten kreist bei dem Zwei-Phasen-Thermosiphon das Arbeitsmedium in dem Kreislauf, insbesondere ausschließlich, aufgrund der Schwerkraft. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist es bei dem Zwei-Phasen-Thermosiphon vorgesehen, dass die flüssige Phase, insbesondere ausschließlich, durch die Schwerkraft und somit Schwerkraft bedingt in dem Verdampferbereich gelangt, in welchem die flüssige Phase erwärmt und verdampft wird. The two-phase thermosiphon is also referred to as a gravitational heat pipe and is characterized in that the return transport described above is driven, in particular exclusively, by gravity. In other words, in the case of the two-phase thermosiphon, the working medium circulates in the circuit, in particular exclusively due to gravity. To put it another way, the two-phase thermosiphon provides for the liquid phase to reach the evaporator region, in particular exclusively by gravity and thus due to gravity, in which the liquid phase is heated and evaporated.

Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn das Wärmerohr als eine Heatpipe ausgebildet ist. Die Heatpipe nutzt das sogenannte Docht- oder Kapillarprinzip, das heißt Kapillarkräfte, um das kondensierte Arbeitsmedium, mithin die flüssige Phase, zurück in den beziehungsweise zu dem Verdampferbereich zu führen. Somit ist bei der Heatpipe der Rücktransport lageunabhängig, das heißt unabhängig von einer Lage beziehungsweise Ausrichtung des Wärmerohrs. Zur Realisierung des Dochtprinzips weist die Heatpipe beispielsweise eine Kapillarstruktur auf, welche beispielsweise wenigstens eine Kapillare oder mehrere Kapillaren zum Bewirken eines auch als Kapillarität bezeichneten Kapillareffekts aufweist. Das zuvor genannte Dochtprinzip ist der Kapillareffekt beziehungsweise nutzt den Kapillareffekt, um die flüssige Phase in den Verdampferbereich zu führen. Dadurch kann das Wärmerohr insbesondere im Hinblick auf seine Lage besonders vorteilhaft in dem Kühlkanal positioniert beziehungsweise ausgerichtet werden. In dem zuvor genannten Kreislauf erfolgt beispielsweise eine Zirkulation des beispielsweise zumindest Wasser umfassenden Arbeitsmediums, welches im Rahmen der Zirkulation beispielsweise ausgehend von der flüssigen Phase zunächst verdampft und daraufhin kondensiert und dadurch wieder in die flüssige Phase überführt wird.However, it has proven to be particularly advantageous if the heat pipe is designed as a heat pipe. The heat pipe uses what is known as the wick or capillary principle, i.e. capillary forces, to guide the condensed working medium, and therefore the liquid phase, back into or to the evaporator area. Thus, with the heat pipe, the return transport is position-independent, i.e regardless of a position or orientation of the heat pipe. In order to implement the wick principle, the heat pipe has, for example, a capillary structure which, for example, has at least one capillary or a plurality of capillaries to bring about a capillary effect, also referred to as capillarity. The wick principle mentioned above is the capillary effect or uses the capillary effect to guide the liquid phase into the evaporator area. As a result, the heat pipe can be positioned or aligned particularly advantageously in the cooling channel, in particular with regard to its position. In the circuit mentioned above, for example, there is a circulation of the working medium, for example at least water, which, for example, first evaporates in the course of the circulation, for example starting from the liquid phase and then condenses and is thereby converted back into the liquid phase.

Die Erfindung basiert insbesondere auf folgenden Überlegungen und Erkenntnissen: Eine zumindest im Wesentlichen heterogene Temperaturverteilung beispielsweise von Halbleitern in einem beispielsweise als Leistungselektronik ausgebildeten Bauelement kann zu einer ungleichmäßigen Belastung der Halbleiter beziehungsweise von die Halbleiter umfassenden Chips führen. Weiterhin wird eine Leistungsfähigkeit eines das Bauelement umfassenden Gesamtsystems durch die Temperatur des heißesten Halbleiters beziehungsweise des heißesten Chips limitiert, dessen Temperatur auch als „Hot Spot“-Temperatur bezeichnet wird. Diese Limitierung erfolgt, um eine zulässige Maximaltemperatur des Gesamtsystems nicht zu überschreiten und somit thermisch bedingte Schäden oder andere Effekte zu vermeiden.The invention is based in particular on the following considerations and findings: An at least essentially heterogeneous temperature distribution, for example of semiconductors in a component designed for example as power electronics, can lead to uneven loading of the semiconductors or of chips comprising the semiconductors. Furthermore, the performance of an overall system comprising the component is limited by the temperature of the hottest semiconductor or the hottest chip, the temperature of which is also referred to as the “hot spot” temperature. This limitation takes place in order not to exceed a permissible maximum temperature of the entire system and thus to avoid thermally induced damage or other effects.

Üblicherweise werden im Bereich der Leistungselektronik Chips durch durchströmte Kühlkanäle gekühlt. Da die Temperatur des die Kühlkanäle durchströmenden Kühlmediums durch Aufnahme von Verlustwärme entlang des Kühlkanals beziehungsweise in eine Strömungsrichtung, in welche das Kühlmedium durch den Kühlkanal strömt, zunimmt, steigt ein Temperaturniveau einer Wärmesenke stetig. Folglich werden erste Bauteile, die in Strömungsrichtung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums stromauf von zweiten Bauteilen angeordnet sind, stärker beziehungsweise besser mittels des Kühlmediums gekühlt als die zweiten Bauteile, welche beispielsweise entlang der Strömungsrichtung des Kühlmediums näher als die ersten Bauteile an einem Auslass angeordnet sind, über welchen das Kühlmedium nach der Kühlung der ersten und zweiten Bauteile aus dem Kühlkanal abgeführt wird. Herkömmliche Lösungen weisen somit die folgenden Nachteile auf:

- ungleichmäßige Ausnutzung kostenintensiver Halbleiter-Chips in Leistungselektroniken
- Limitation der Systemleistung aufgrund einzelner Chip-Temperaturen
- heterogenes Temperaturprofil weist die Gefahr auf, einzelne Chips zu überlasten

In the field of power electronics, chips are usually cooled by through-flow cooling channels. Since the temperature of the cooling medium flowing through the cooling channels increases due to the absorption of heat loss along the cooling channel or in a flow direction in which the cooling medium flows through the cooling channel, the temperature level of a heat sink increases steadily. Consequently, first components, which are arranged upstream of second components in the direction of flow of the cooling medium flowing through the cooling channel, are cooled more or better by means of the cooling medium than the second components, which are arranged closer to an outlet than the first components, for example, along the direction of flow of the cooling medium. via which the cooling medium is discharged from the cooling channel after the cooling of the first and second components. Conventional solutions therefore have the following disadvantages:

- Uneven utilization of cost-intensive semiconductor chips in power electronics
- System performance limitation due to individual chip temperatures
- Heterogeneous temperature profile indicates the risk of overloading individual chips

Die zuvor genannten Nachteile und Probleme können nun durch die Erfindung vermieden werden. Da das Wärmerohr in dem Kühlkanal angeordnet und außenumfangsseitig zumindest überwiegend von dem Kühlmedium umströmbar und insbesondere direkt durch das Kühlmedium berührbar ist, kann das Wärmerohr innerhalb des Kühlkanals für eine zu herkömmlichen Lösungen gleichmäßigere Wärmeverteilung, insbesondere in dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlmedium, sorgen. Mit anderen Worten, beispielsweise strömt das Kühlmedium über wenigstens oder genau einen Einlass des Kühlkanals in den Kühlkanal ein und über wenigstens oder genau einen Auslass aus dem Kühlkanal aus. Auf seinem Weg durch den Kühlkanal strömt somit das Kühlmedium von dem Einlass zu dem Auslass, wobei beispielsweise das Kühlmedium auf seinen Weg von dem Einlass zu dem Auslass die Komponente oder aber mehrere Komponenten beziehungsweise Halbleiter kühlt. Das Kühlmedium erwärmt sich somit auf seinem Weg von dem Einlass zu dem Auslass. Üblicherweise weist das Kühlmedium an dem Einlass beziehungsweise in einem sich an den Einlass anschließenden, ersten Bereich des Kühlkanals eine erste Temperatur und an dem Auslass beziehungsweise in einem zweiten Bereich des Kühlkanals eine zweite Temperatur auf, wobei sich der Auslass beispielsweise direkt an den Kühlkanal anschließt beziehungsweise wobei der zweite Bereich in Strömungsrichtung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums stromab des ersten Bereichs angeordnet ist. Üblicherweise ist ein Unterschied zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur sehr groß. Ein solcher, übermäßiger Unterschied zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur kann nun mittels des Wärmerohrs vermieden werden, so dass gegenüber herkömmlichen Lösungen eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in dem in dem Kühlkanal aufgenommenen Kühlmedium gewährleistet werden kann. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass der Verdampferbereich des Wärmerohrs in dem zweiten Bereich des Kühlkanals und der Kondensatorbereich des Wärmerohrs in dem ersten Bereich des Kühlkanals angeordnet ist. Mithin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in Strömungsrichtung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums der Verdampferbereich stromab des Kondensatorbereichs beziehungsweise näher als der Kondensatorbereich am Auslass angeordnet ist. Somit kann durch die Erfindung eine, insbesondere axiale, Annäherung an eine homogene Temperaturverteilung in dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlmedium realisiert werden. Die Erfindung nutzt somit das Wärmerohr, insbesondere dessen exzellente, wärmeleitenden Eigenschaften, um die Temperaturverteilung in dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlmedium in Strömungsrichtung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums beziehungsweise in axialer Richtung des Kühlkanals zu homogenisieren. Beispielsweise fällt die axiale Richtung des Kühlkanals mit der Strömungsrichtung des Kühlmediums zusammen. Durch den mehrphasigen, auch als mehrphasiger Kreisprozess bezeichneten Kreislauf innerhalb des beispielsweise hermetisch abgeschlossenen Wärmerohrs kann Wärme effektiv von heißen Stellen, insbesondere von dem zweiten Bereich, zu demgegenüber kälteren Stellen, insbesondere in den ersten Bereich, transportiert werden. Das Wärmerohr ist somit vorzugsweise dazu ausgebildet beziehungsweise derart in dem Kühlkanal angeordnet, dass das Wärmerohr Wärme entgegen der Strömungsrichtung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums transportiert. Somit transportiert das Wärmerohr beispielsweise Wärme in eine Wärmetransportrichtung, die beispielsweise parallel zur Strömungsrichtung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums verläuft und der Strömungsrichtung entgegengesetzt ist.The disadvantages and problems mentioned above can now be avoided by the invention. Since the heat pipe is arranged in the cooling duct and the cooling medium can at least predominantly flow around it on the outer circumference and in particular can be touched directly by the cooling medium, the heat pipe within the cooling duct can ensure a more uniform heat distribution than conventional solutions, in particular in the cooling medium flowing through the cooling duct. In other words, for example, the cooling medium flows into the cooling channel via at least or precisely one inlet of the cooling channel and out of the cooling channel via at least or precisely one outlet. On its way through the cooling channel, the cooling medium thus flows from the inlet to the outlet, with the cooling medium for example cooling the component or a plurality of components or semiconductors on its way from the inlet to the outlet. The cooling medium thus heats up on its way from the inlet to the outlet. The cooling medium usually has a first temperature at the inlet or in a first region of the cooling channel adjoining the inlet and a second temperature at the outlet or in a second region of the cooling channel, with the outlet for example directly adjoining the cooling channel or wherein the second area is arranged downstream of the first area in the direction of flow of the cooling medium flowing through the cooling channel. Usually, a difference between the first temperature and the second temperature is very large. Such an excessive difference between the first temperature and the second temperature can now be avoided by means of the heat pipe, so that compared to conventional solutions, a more uniform temperature distribution in the cooling medium accommodated in the cooling channel can be ensured. This is done, for example, in such a way that the evaporator area of the heat pipe is arranged in the second area of the cooling channel and the condenser area of the heat pipe is arranged in the first area of the cooling channel. It is therefore preferably provided that the evaporator area is arranged downstream of the condenser area or closer to the outlet than the condenser area in the direction of flow of the cooling medium flowing through the cooling channel. Thus, by the invention, in particular an axial approximation of a homogeneous temperature distribution in which the cooling chamber nal cooling medium flowing through can be realized. The invention thus uses the heat pipe, in particular its excellent thermally conductive properties, to homogenize the temperature distribution in the cooling medium flowing through the cooling channel in the direction of flow of the cooling medium flowing through the cooling channel or in the axial direction of the cooling channel. For example, the axial direction of the cooling channel coincides with the direction of flow of the cooling medium. The multi-phase cycle, also known as a multi-phase cycle within the heat pipe, which is hermetically sealed, for example, allows heat to be transported effectively from hot spots, in particular from the second area, to colder spots, in particular in the first area. The heat pipe is thus preferably designed or arranged in the cooling channel in such a way that the heat pipe transports heat counter to the direction of flow of the cooling medium flowing through the cooling channel. The heat pipe thus transports heat, for example, in a heat transport direction which runs, for example, parallel to the direction of flow of the cooling medium flowing through the cooling channel and is opposite to the direction of flow.

Um eine besonders vorteilhafte Temperatur- beziehungsweise Wärmeverteilung in dem Kühlkanal und somit eine besonders vorteilhafte Kühlung realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass eine Längserstreckungsrichtung des Wärmerohrs parallel zur Strömungsrichtung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums verläuft. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Wärmerohr außenseitig beziehungsweise außenumfangsseitig eine dreidimensionale, von der Form eines geraden Kreiszylinders unterschiedliche Form aufweist. Hierdurch kann auch entlang einer schräg oder senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden, weiteren Richtung eine thermische Homogenisierung in dem den Kühlkanal durchströmenden Kühlmedium und somit in dem Kühlkanal realisiert werden. Mit anderen Worten, durch den beschriebenen Kreislauf kann - wie zuvor beschrieben wurde - eine thermische Homogenisierung insbesondere entlang der Strömungsrichtung beziehungsweise entgegen der Strömungsrichtung realisiert werden, da durch den Kreislauf beziehungsweise durch den Kreisprozess das Wärmerohr Wärme parallel zur Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung transportieren kann. Dadurch, dass das Wärmerohr vorzugsweise außenumfangsseitig eine dreidimensionale, von der Form eines geraden Kreiszylinders unterschiedliche Form aufweist, kann das Wärmerohr außerdem als sogenannter Turbulator fungieren, welcher eine Turbulenz beziehungsweise Verwirbelung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums gezielt bewirken kann. Hierdurch erfolgt auch eine Homogenisierung der Wärmebeziehungsweise Temperaturverteilung entlang der zuvor genannten, schräg oder senkrecht zu der Strömungsrichtung verlaufenden, weiteren Richtung, so dass eine besonders vorteilhafte Kühlung darstellbar ist. Das Wärmerohr kann somit in beliebiger, dreidimensionaler, außenumfangsseitiger Form ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass in dem Kühlkanal wenigstens ein oder mehrere weitere Wärmerohre angeordnet sind, auf die die folgenden und vorigen Ausführungen zu dem Wärmerohr übertragen werden können und umgekehrt. Durch die Funktion des Wärmerohrs als Turbulator kann eine besonders gute, insbesondere maximale, Annäherung an eine homogene Temperaturverteilung in dem Kühlkanal realisiert werden.In order to be able to achieve a particularly advantageous temperature or heat distribution in the cooling channel and thus particularly advantageous cooling, one embodiment of the invention provides that a longitudinal extension direction of the heat pipe runs parallel to the flow direction of the cooling medium flowing through the cooling channel. A further embodiment is characterized in that the heat pipe has a three-dimensional shape on the outside or on the outside circumference, which is different from the shape of a right circular cylinder. As a result, a thermal homogenization in the cooling medium flowing through the cooling channel and thus in the cooling channel can also be realized along a further direction running obliquely or perpendicularly to the flow direction. In other words, the circuit described can - as described above - achieve thermal homogenization, in particular along the direction of flow or counter to the direction of flow, since the heat pipe can transport heat parallel to the direction of flow and counter to the direction of flow through the circuit or through the cyclic process. Because the heat pipe preferably has a three-dimensional shape on the outer circumference that differs from the shape of a right circular cylinder, the heat pipe can also function as a so-called turbulator, which can cause turbulence or swirling of the cooling medium flowing through the cooling channel in a targeted manner. This also results in a homogenization of the heat or temperature distribution along the aforementioned further direction, which runs obliquely or perpendicularly to the direction of flow, so that particularly advantageous cooling can be achieved. The heat pipe can thus be designed in any desired three-dimensional shape on the outer circumference. Alternatively or additionally, it is provided that at least one or more further heat pipes are arranged in the cooling channel, to which the following and previous statements on the heat pipe can be transferred and vice versa. Due to the function of the heat pipe as a turbulator, a particularly good, in particular maximum, approach to a homogeneous temperature distribution in the cooling channel can be achieved.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Wärmerohr außenumfangsseitig zumindest in einem Längenbereich, insbesondere über zumindest mehr als die Hälfte seiner Längserstreckungsrichtung und vorzugsweise über seine gesamte Längserstreckungsrichtung, die Form einer dreidimensionalen Helix oder Spirale aufweist. Somit ist das Wärmerohr vorzugsweise spiral- oder schraubenförmig ausgebildet, so dass eine besonders vorteilhafte Temperatur- beziehungsweise Wärmeverteilung darstellbar ist.A further embodiment is characterized in that the heat pipe has the shape of a three-dimensional helix or spiral on the outer circumference at least in a length region, in particular over at least more than half of its direction of longitudinal extent and preferably over its entire direction of longitudinal extent. Thus, the heat pipe is preferably designed in a spiral or helical shape, so that a particularly advantageous temperature or heat distribution can be achieved.

Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmerohr außenumfangsseitig zumindest in einem Längenbereich dreidimensional zickzackförmig ausgebildet. Hierdurch kann das Wärmerohr besonders gut als Turbulator fungieren, so dass eine besonders vorteilhafte Wärme- beziehungsweise Temperaturverteilung in dem Kühlkanal darstellbar ist.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the heat pipe has a three-dimensional zigzag shape on the outer circumference, at least in one length region. As a result, the heat pipe can function particularly well as a turbulator, so that a particularly advantageous distribution of heat or temperature in the cooling channel can be achieved.

Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Wärmerohr außenumfangsseitig zumindest in einem Längenbereich plattenförmig und dadurch flächig ausgeführt ist. Auch hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Temperaturbeziehungsweise Wärmeverteilung in dem Kühlkanal dargestellt werden.Finally, it has been shown to be particularly advantageous if the heat pipe is plate-shaped on the outer circumference at least in a longitudinal area and is therefore flat. A particularly advantageous temperature or heat distribution in the cooling channel can also be achieved in this way.

Das insbesondere als Turbulator fungierende Wärmerohr weist außerdem den strömungsdynamischen Vorteil auf, dass durch die Form des Wärmerohrs eine zumindest im Wesentlichen kontinuierliche Umlenkung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums beziehungsweise dessen Strömung und gleichzeitig eine besonders hohe Turbulenzintensität erreicht werden kann, und eine Ausbildung einer thermischen Grenzschicht wird dadurch stetig unterbrochen, wodurch ein besonders guter konvektiver Wärmeübergang und somit eine besonders effektive Kühlung realisiert werden können. Somit können durch die Erfindung insbesondere die folgenden Vorteile realisiert werden:

- Verbesserung der Kühlleistung im Vergleich zur herkömmlichen Lösung und dabei bessere Kühlleistung bei gleichbleibendem Volumenstrom des Kühlmediums oder gleiche Kühlleistung bei verringertem Volumenstrom des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums
- Vermeidung von Temperaturspitzen („Hot Spots“)
- homogenisierte Temperaturverteilung bei Einsatz als Wärmesenke beispielsweise in einer Leistungselektronik
- Verbesserung einer topologischen Ausnutzung von Wärmerohren, insbesondere Heatpipes

The heat pipe, which acts in particular as a turbulator, also has the flow-dynamic advantage that the shape of the heat pipe allows at least essentially continuous deflection of the cooling medium flowing through the cooling channel or its flow and at the same time a particularly high turbulence intensity can be achieved, and a thermal boundary layer is formed thereby continuously interrupted, whereby a particularly good convective heat transfer and thus a particularly effective cooling can be realized. The following advantages in particular can thus be realized by the invention:

- Improvement of the cooling capacity compared to the conventional solution and better cooling capacity with the same volume flow of the cooling medium or the same cooling capacity with a reduced volume flow of the cooling medium flowing through the cooling channel
- Avoidance of temperature peaks (“hot spots”)
- Homogenized temperature distribution when used as a heat sink, for example in power electronics
- Improvement of a topological utilization of heat pipes, especially heat pipes

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine Einrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to a motor vehicle, preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, which has at least one device according to the first aspect of the invention. Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung für ein Kraftfahrzeug; und
2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Einrichtung.

Further details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments with the associated drawings. It shows:

1 a detail of a schematic side view of a first embodiment of a device according to the invention for a motor vehicle; and
2 a detail of a schematic side view of a second embodiment of the device.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine Einrichtung 1 für ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug. Dabei zeigt 1 eine erste Ausführungsform der Einrichtung 1. Die Einrichtung 1 ist beispielsweise eine Leistungselektronik, welche wenigstens eine elektronische Komponente 2 umfasst. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst in seinem vollständig hergestellten Zustand die Einrichtung 1, wenigstens eine elektrische Maschine zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs und einen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom. Um das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine elektrisch anzutreiben, wird die elektrische Maschine mit dem in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Strom über die Leistungselektronik (Einrichtung 1) versorgt. Die Komponente 2 weist wenigstens einen Halbleiter auf. Bei der ersten Ausführungsform weist die Komponente 2 mehrere, in 1 besonders schematisch dargestellte Halbleiter 3 auf, welche auch als Chips oder Halbleiter-Chips bezeichnet werden. Somit ist die Komponente 2 eine Halbleiter-basierte beziehungsweise Halbleiter-haltige Komponente, so dass die Einrichtung 1 eine Halbleiter-basierte oder Halbleiter-haltige Komponente ist. Mittels der elektronischen Komponente 2 und insbesondere der Halbleiter 3 führt die Einrichtung 1 während ihres Betriebs Rechenvorgänge durch und/oder mittels der Komponente 2 kann die Einrichtung 1 während ihres Betriebs elektrische Energie wandeln, die beispielsweise der elektrischen Maschine zugeführt wird. Hierdurch stellt die Komponente 2 während ihres Betriebs aufgrund von Verlusten Wärme bereit. 1 shows a detail in a schematic sectional view of a device 1 for a motor vehicle, preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car. while showing 1 a first embodiment of the device 1. The device 1 is, for example, power electronics, which includes at least one electronic component 2. The motor vehicle is embodied, for example, as a hybrid or electric vehicle and, in its fully manufactured state, includes the device 1, at least one electric machine for, in particular, purely electric driving of the motor vehicle and an energy storage device for storing electrical energy or electric current. In order to drive the motor vehicle electrically using the electric machine, the electric machine is supplied with the electric power stored in the energy store via the power electronics (device 1). The component 2 has at least one semiconductor. In the first embodiment, the component 2 has several, in 1 Semiconductors 3 shown particularly schematically, which are also referred to as chips or semiconductor chips. Thus, the component 2 is a semiconductor-based or semiconductor-containing component, so that the device 1 is a semiconductor-based or semiconductor-containing component. The device 1 uses the electronic component 2 and in particular the semiconductor 3 to carry out arithmetic operations during its operation and/or the device 1 can use the component 2 to convert electrical energy during its operation, which is fed to the electrical machine, for example. As a result, the component 2 provides heat during its operation due to losses.

Die Einrichtung 1 weist ferner eine Kühleinrichtung 4 auf, mittels welcher - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - die Komponente 2 während ihres Betriebs gekühlt wird. Hierzu weist die Kühleinrichtung 4 wenigstens einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal 5 auf. Das Kühlfluid ist vorzugsweise eine einfach auch als Flüssigkeit bezeichnete Kühlflüssigkeit, welche zumindest Wasser umfasst. Der Kühlkanal 5 ist zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch eine vorliegend als Festkörper ausgebildete Wandung 6, insbesondere durch einen innenumfangsseitige Mantelfläche 8 der Wandung 6, direkt begrenzt. Somit berührt das den Kühlkanal 5 in eine in 1 durch einen Pfeil 9 veranschaulichte Strömungsrichtung durchströmende Kühlmedium die Wandung 6, insbesondere die innenumfangsseitige Mantelfläche 8, direkt. Die Wandung 6 und somit die innenumfangsseitige Mantelfläche 8 sind beispielsweise durch einen insbesondere als Festkörper ausgebildetes Leitungselement 10 der Kühleinrichtung 4 gebildet und somit Bestandteile des Leitungselements 10. Beispielsweise sind das Leitungselement 10 und somit die Wandung 6 separat von der Komponente 2 ausgebildet. Dabei ist es denkbar, dass die Komponente 2, insbesondere ein Gehäuse 11 der Komponente 2, das Leitungselement 10, insbesondere die Wandung 6 und ganz insbesondere eine der innenumfangsseitigen Mantelfläche 8 abgewandte, außenumfangsseitige Mantelfläche 19 des Leitungselements 10, direkt berührt. Ferner ist es denkbar, dass die Komponente 2 beziehungsweise das Gehäuse 11 von dem Leitungselement 10 beziehungsweise von der Mantelfläche 19 beabstandet ist. Beispielsweise ist das Leitungselement 10 eine insbesondere eigensteife Leitung. Insbesondere kann das Leitungselement 10 eine Platte, das heißt eine Kühlplatte zum Kühlen der Komponente 2 sein.The device 1 also has a cooling device 4, by means of which—as will be explained in more detail below—the component 2 is cooled during its operation. For this purpose, the cooling device 4 has at least one cooling channel 5 through which a cooling fluid can flow. The cooling fluid is preferably a cooling liquid, also referred to simply as a liquid, which comprises at least water. The cooling channel 5 is at least partially, in particular at least predominantly or completely, directly delimited by a wall 6 embodied as a solid body, in particular by a lateral surface 8 of the wall 6 on the inner peripheral side. Thus, this touches the cooling channel 5 in an in 1 flow direction illustrated by an arrow 9 cooling medium flowing through the wall 6, in particular the inner peripheral lateral surface 8, directly. The wall 6 and thus the inner peripheral lateral surface 8 are formed, for example, by a line element 10 of the cooling device 4 embodied in particular as a solid body and are therefore components of the line element 10. For example, the line element 10 and thus the wall 6 are formed separately from the component 2. It is conceivable that the component 2, in particular a housing 11 of the component 2, directly touches the line element 10, in particular the wall 6 and very particularly an outer peripheral surface 19 of the line element 10 facing away from the inner peripheral surface 8. It is also conceivable that the component 2 or the housing 11 is at a distance from the line element 10 or from the lateral surface 19 . For example, the line element 10 is an in particular inherently rigid line. In particular, the line element 10 can be a plate, ie a cooling plate for cooling the component 2 .

Die während ihres Betriebs von der Komponente 2 bereitgestellte Wärme ist in 1 durch Pfeile 7 veranschaulicht. Insbesondere anhand der Pfeile 7 ist erkennbar, dass die von der Komponente 2 während ihres Betriebs bereitgestellte Wärme, insbesondere durch Wärmeleitung, von der Komponente 2, insbesondere von dem Gehäuse 11, an das Leitungselement 10 und dabei insbesondere an die Wandung 6 übergehen kann. Von der Wandung 6 kann die an die Wandung 6 übergegangene Wärme an das den Kühlkanal 5 durchströmende Kühlmedium übergehen, insbesondere durch Konvektion, wodurch die Wärme von der Wandung 6 und von der Komponente 2 abtransportiert wird. Hierdurch wird die Komponente 2 gekühlt. Außerdem ist aus 1 erkennbar, dass die Halbleiter 3 in dem Gehäuse 11 angeordnet sein können. Beispielsweise fällt die durch den Pfeil 9 veranschaulichte Strömungsrichtung des den Kühlkanal 5 durchströmenden Kühlmediums mit einer Längserstreckungsrichtung und/oder mit der axialen Richtung des Kühlkanals 5 beziehungsweise des Leitungselements 10 zusammen.The heat provided by component 2 during its operation is in 1 illustrated by arrows 7. The arrows 7 in particular show that the heat provided by the component 2 during its operation, in particular by thermal conduction, can be transferred from the component 2, in particular from the housing 11, to the line element 10 and thereby in particular to the wall 6. The heat transferred to the wall 6 can be transferred from the wall 6 to the cooling medium flowing through the cooling channel 5 , in particular by convection, as a result of which the heat is transported away from the wall 6 and from the component 2 . As a result, the component 2 is cooled. Besides, it's off 1 recognizable that the semiconductors 3 can be arranged in the housing 11 . For example, the flow direction of the cooling medium flowing through the cooling channel 5 , illustrated by the arrow 9 , coincides with a direction of longitudinal extent and/or with the axial direction of the cooling channel 5 or the line element 10 .

Das Leitungselement 10 weist wenigstens einen auch als Eingang bezeichneten Zulauf 12 auf, über welchen - wie in 1 durch einen Pfeil 13 veranschaulicht ist - das Kühlmedium, insbesondere von außerhalb des Kühlkanals 5, in den Kühlkanal 5 einströmen kann. Außerdem weist der Kühlkanal 5 beziehungsweise das Leitungselement 10 einen auch als Auslass bezeichneten Ablauf 14 auf, über welchen das Kühlmedium, nachdem es die Komponente 2 und insbesondere die Halbleiter 3 gekühlt hat, aus dem Kühlkanal 5 ausströmen kann beziehungsweise abgeführt wird. Das Abführen des Kühlmediums aus dem Kühlkanal 5 ist in 1 durch einen Pfeil 15 veranschaulicht. Der Kühlkanal 5 weist dabei innerhalb des Leitungselements 10 einen sich in Strömungsrichtung des Kühlmediums unmittelbar an den Zulauf 12 anschließenden, ersten Bereich B1 und einen sich in Strömungsrichtung des Kühlmediums unmittelbar beziehungsweise direkt an den ersten Bereich B1 anschließenden, zweiten Bereich B2 auf, welcher somit in Strömungsrichtung des Kühlmediums stromab des Bereichs B1 und stromauf des Ablaufs 14 angeordnet ist. Der Ablauf 14 schließt sich in Strömungsrichtung des Kühlmediums unmittelbar beziehungsweise direkt an den Bereich B2 an.The line element 10 has at least one inlet 12, also referred to as an inlet, via which - as in 1 illustrated by an arrow 13 - the cooling medium, in particular from outside the cooling channel 5, can flow into the cooling channel 5. In addition, the cooling channel 5 or the line element 10 has a drain 14, also referred to as an outlet, via which the cooling medium can flow out of the cooling channel 5 or is discharged after it has cooled the component 2 and in particular the semiconductors 3. The removal of the cooling medium from the cooling channel 5 is in 1 illustrated by an arrow 15. The cooling channel 5 has, within the line element 10, a first area B1, which is immediately adjacent to the inlet 12 in the flow direction of the cooling medium, and a second area B2, which is immediately or directly adjacent to the first area B1 in the flow direction of the cooling medium, which is thus in Flow direction of the cooling medium downstream of the area B1 and upstream of the outlet 14 is arranged. The outlet 14 follows in the direction of flow of the cooling medium immediately or directly to the area B2.

Auf seinem Weg von dem Zulauf 12 zu dem Ablauf 14 strömt das Kühlmedium durch den Kühlkanal 5 und dabei zunächst durch den Bereich B1 und dann durch den Bereich B2. Auf seinem Weg von dem Zulauf 12 zu dem Ablauf 14 nimmt das Kühlmedium die von der Komponente 2 bereitgestellte Wärme auf und kühlt somit die Komponente 2, insbesondere die Halbleiter 3. Dadurch kann das Kühlmedium in dem Bereich B1 eine erste Temperatur und in dem Bereich B2 eine zweite Temperatur aufweisen, welche größer als die erste Temperatur sein kann. Falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind, kann eine Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur sehr groß sein, so dass beispielsweise erste Halbleiter, die in Strömungsrichtung des Kühlmediums näher an dem Ablauf 14 angeordnet sind als zweite Halbleiter, weniger stark gekühlt werden können.On its way from the inlet 12 to the outlet 14, the cooling medium flows through the cooling channel 5 and first through the area B1 and then through the area B2. On its way from the inlet 12 to the outlet 14, the cooling medium absorbs the heat provided by the component 2 and thus cools the component 2, in particular the semiconductor 3. As a result, the cooling medium can have a first temperature in the area B1 and in the area B2 have a second temperature, which may be greater than the first temperature. If no appropriate countermeasures are taken, a difference between the first temperature and the second temperature can be very large, so that, for example, first semiconductors, which are arranged closer to the outlet 14 in the flow direction of the cooling medium than second semiconductors, can be cooled to a lesser extent.

Um nun einen übermäßigen Unterschied zwischen den ersten Temperatur und der zweiten Temperatur vermeiden und somit die Halbleiter 3 zumindest im Wesentlichen gleichmäßig kühlen und in der Folge eine besonders vorteilhafte Kühlung gewährleisten zu können, ist innerhalb des Kühlkanals 5 ein außenumfangsseitig zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, von dem den Kühlkanal 5 durchströmenden Kühlfluid umströmbares und separat von der Wandung 6 und somit separat von dem Leitungselement 10 ausgebildetes Wärmerohr 16 angeordnet, welches vorzugsweise als sogenannte Heatpipe ausgebildet ist. Unter dem Merkmal, dass das Wärmerohr 16 (Heatpipe) außenumfangsseitig zumindest überwiegend von dem den Kühlkanal 5 durchströmenden Kühlmedium umströmbar ist, ist insbesondere zu verstehen, dass die Heatpipe eine der innenumfangsseitigen Mantelfläche 8 zugewandte, außenumfangsseitige Mantelfläche 17 aufweist, welche von der Wandung 6 und somit von der innenumfangsseitigen Mantelfläche 8 zumindest überwiegend, das heißt zumindest zu mehr als zur Hälfte, beabstandet ist. Somit kann das den Kühlkanal 5 durchströmende Kühlmedium zumindest mehr als die Hälfte der außenumfangsseitigen Mantelfläche 17 der Heatpipe umströmen und somit direkt berühren, wodurch in dem Kühlmedium und somit in dem Kühlkanal 5 eine besonders vorteilhafte und zumindest nahezu homogene beziehungsweise gleichmäßige Temperatur- beziehungsweise Wärmeverteilung gewährleistet werden kann.In order to avoid an excessive difference between the first temperature and the second temperature and thus to be able to cool the semiconductors 3 at least substantially uniformly and subsequently to be able to ensure particularly advantageous cooling, a the cooling fluid flowing through the cooling channel 5 and which can flow around and is separate from the wall 6 and thus separately from the line element 10 is arranged heat pipe 16, which is preferably formed as a so-called heat pipe. The feature that the cooling medium flowing through the cooling channel 5 can at least predominantly flow around the outer circumference of the heat pipe 16 (heat pipe) means in particular that the heat pipe has an outer circumferential lateral surface 17 facing the inner circumferential lateral surface 8, which is surrounded by the wall 6 and is thus at least predominantly, ie at least more than half, spaced from the inner peripheral lateral surface 8 . The cooling medium flowing through the cooling channel 5 can thus flow around at least more than half of the outer peripheral surface 17 of the heat pipe and thus touch it directly, which ensures a particularly advantageous and at least almost homogeneous or even temperature or heat distribution in the cooling medium and thus in the cooling channel 5 can.

Die Heatpipe bildet beziehungsweise begrenzt ein auch als Arbeitskammer bezeichnetes Volumen, welches beispielsweise hermetisch gekapselt ist. In der Arbeitskammer ist ein Arbeitsmedium aufgenommen, wobei in der Heatpipe gleichzeitig eine flüssige Phase des Arbeitsmediums und eine gas- oder dampfförmige Phase des Arbeitsmediums aufgenommen sind. Die Arbeitskammer weist einen Verdampferbereich V auf, in welchem die flüssige Phase durch Wärme, die von dem Kühlmedium an die Heatpipe und insbesondere an die flüssige Phase in dem Verdampferbereich V übergeht, erwärmt und dadurch verdampft wird. Außerdem weist die Arbeitskammer einen Kondensatorbereich K auf, in welchem die flüssige Phase gekühlt und dadurch kondensiert wird und dadurch in die flüssige Phase überführt wird. Hierbei gibt beispielsweise in dem Kondensatorbereich K die Heatpipe Wärme an das den Kühlkanal 5 durchströmende Kühlmedium ab. Die Heatpipe kann somit Wärme in eine in 1 durch einen Pfeil 18 veranschaulichte oder auch als Wärmetransportrichtung bezeichnete Transportrichtung innerhalb des Kühlkanals 5 beziehungsweise innerhalb des Kühlmediums transportieren. Anhand der Pfeile 9 und 18 ist erkennbar, dass die Wärmetransportrichtung parallel zur Strömungsrichtung verläuft und der Strömungsrichtung entgegengesetzt ist. Des Weiteren ist erkennbar, dass die Heatpipe eine Längserstreckungsrichtung aufweist, welche parallel zur Strömungsrichtung verläuft.The heat pipe forms or delimits a volume, also referred to as a working chamber, which is hermetically encapsulated, for example. A working medium is accommodated in the working chamber, with a liquid phase of the working medium and a gaseous or vaporous phase of the working medium being accommodated in the heat pipe at the same time. The working chamber has an evaporator area V, in which the liquid phase is heated by heat, which is transferred from the cooling medium to the heat pipe and in particular to the liquid phase in the evaporator area V, and is thereby evaporated. In addition, the working chamber has a condenser region K, in which the liquid phase is cooled and thereby condensed and thereby converted into the liquid phase. Here, for example, in the condenser area K, the heat pipe indicates heat the cooling medium flowing through the cooling channel 5 . The heat pipe can thus transfer heat to an in 1 transport direction illustrated by an arrow 18 or also referred to as the heat transport direction within the cooling channel 5 or within the cooling medium. The arrows 9 and 18 show that the heat transport direction runs parallel to the direction of flow and is opposite to the direction of flow. Furthermore, it can be seen that the heat pipe has a direction of longitudinal extension, which runs parallel to the direction of flow.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Einrichtung 1. Bei der ersten Ausführungsform kann die Heatpipe außenumfangsseitig die Form eines geraden Kreiszylinders aufweisen oder die Heatpipe ist außenumfangsseitig als ein Flächenelement und somit plattenförmig beziehungsweise flächig ausgebildet. Im Gegensatz dazu weist bei der zweiten Ausführungsform die Heatpipe außenumfangsseitig eine dreidimensionale, von der Form eines geraden Kreiszylinders unterschiedliche Form auf, derart, dass die Heatpipe bei der zweiten Ausführungsform außenumfangsseitig die Form einer dreidimensionalen Helix aufweist. Unter der Helix ist eine Kurve zu verstehen, die sich mit konstanter Steigung um einen Mantel eines gedachten, geraden Kreiszylinders windet. Auch bei der zweiten Ausführungsform weist die Heatpipe eine Längserstreckungsrichtung auf, welche parallel zur Strömungsrichtung verläuft. Aufgrund der außenumfangsseitigen Form der Heatpipe fungiert die Heatpipe bei der zweiten Ausführungsform als Turbulator, welcher gezielt Verwirbelungen beziehungsweise Turbulenzen des den Kühlkanal 5 durchströmenden Kühlmediums erzeugt. Hierdurch kann auch entlang einer schräg oder senkrecht zur Strömungsrichtung beziehungsweise zur Wärmetransportrichtung verlaufenden Richtung ein Warentransport oder Wärmeaustausch bewirkt werden, so dass eine besonders vorteilhafte Temperaturbeziehungsweise Wärmeverteilung in dem Kühlkanal 5 gewährleistet werden kann. Mit anderen Worten ist bei der zweiten Ausführungsform die Heatpipe als spiralförmiger Turbulator ausgebildet, mittels welchem eine besonders vorteilhafte Kühlung darstellbar ist. 2 shows a second embodiment of the device 1. In the first embodiment, the heat pipe can have the shape of a right circular cylinder on the outer circumference, or the heat pipe is designed as a surface element on the outer circumference and is therefore plate-shaped or flat. In contrast, in the second embodiment, the heat pipe has a three-dimensional shape other than a right circular cylinder on the outer peripheral side, such that the heat pipe in the second embodiment has a three-dimensional helix shape on the outer peripheral side. The helix is a curve that winds with a constant gradient around the surface of an imaginary, right circular cylinder. In the second embodiment, too, the heat pipe has a direction of longitudinal extent which runs parallel to the direction of flow. Due to the shape of the heat pipe on the outer circumference, the heat pipe in the second embodiment acts as a turbulator, which specifically generates swirls or turbulences of the cooling medium flowing through the cooling channel 5 . As a result, a goods transport or heat exchange can also be effected along a direction running obliquely or perpendicularly to the flow direction or to the heat transport direction, so that a particularly advantageous temperature or heat distribution in the cooling channel 5 can be ensured. In other words, in the second embodiment, the heat pipe is designed as a spiral-shaped turbulator, by means of which particularly advantageous cooling can be achieved.

BezugszeichenlisteReference List

11: EinrichtungFacility
22: Komponentecomponent
33: Halbleitersemiconductor
44: Kühleinrichtungcooling device
55: Kühlkanalcooling channel
66: Wandungwall
77: Pfeilearrows
88th: innenumfangsseitige Mantelflächeinner peripheral lateral surface
99: Pfeilarrow
1010: Leitungselementline element
1111: Gehäusehousing
1212: ZulaufIntake
1313: Pfeilarrow
1414: Ablaufprocedure
1515: Pfeilarrow
1616: Wärmerohrheat pipe
1717: außenumfangsseitige Mantelflächeouter peripheral lateral surface
1818: Pfeilarrow
1919: Mantelflächelateral surface
B1B1: BereichArea
B2B2: BereichArea
VV: Verdampferbereichevaporator area
KK: Kondensatorbereichcondenser area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 3402003 A1 [0002]
DE 102008013604 A1 [0002]
DE 102014225030 A1 [0002]

Claims

Device (1) with at least one component (2) and with a cooling device (4) which has at least one cooling channel (5) through which a cooling fluid can flow and which is directly delimited by a wall (6) via which the component (2) heat (7) provided by the component (2) can be transferred to the cooling fluid flowing through the cooling duct (5), characterized in that inside the cooling duct (5) a cooling fluid flowing through the cooling duct (5) is separated at least predominantly from the outer circumference around which the heat pipe (6) can flow and which is designed separately from the wall.

Device (1) according to claim 1 , characterized in that the cooling channel (5) along a flow direction (9) can be flowed through by the cooling fluid, wherein a longitudinal extension direction of the heat pipe (6) runs parallel to the flow direction (9).

Device (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that the outer circumference of the heat pipe (6) has a three-dimensional shape that differs from the shape of a right circular cylinder.

Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe (6) has the shape of a three-dimensional helix or spiral on the outer circumference, at least in a longitudinal region.

Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe (6) is designed in a zigzag shape on the outer circumference at least in a longitudinal region.

Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe (6) is plate-shaped on the outer circumference at least in a longitudinal area and is therefore flat.

Motor vehicle with at least one device (1) according to one of the preceding claims.