DE112017007338T5

DE112017007338T5 - Kühleinrichtung und Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung

Info

Publication number: DE112017007338T5
Application number: DE112017007338.3T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Takabayashi; Ryosuke NAKAGAWA; Shigetoshi Ipposhi; Masaru Shinozaki; Hiroyuki Ushifusa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2019-12-12
Also published as: WO2018179314A1; US20210105912A1; JPWO2018179314A1

Abstract

Eine Kühleinrichtung (1) weist eine Basis (10) auf, der ein plattenförmiges Element ist, Wärmerohre (20), die an der Basis (10) angebracht sind und eine Lamelle (30), die an den Wärmerohren (20) angebracht ist. Eine Nut (13), in der ein Kühlmittel (14) eingeschlossen ist, ist in der Basis (10) ausgebildet. Die Wärmerohre (20) sind an der Basis (10) angebracht und ein interner Hohlraum (21) von jedem der Wärmerohre (20) steht mit der Nut (13) in Verbindung. Ein Abschnitt der Nut (13) oder beide der Abschnitte der Nut (13) und ein Abschnitt des Hohlraums (21) stehen mit der Nut (13) in Verbindung und sind mit dem Kühlmittel (14) in einem flüssigen Zustand gefüllt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kühleinrichtung und eine Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung, die mit der Kühleinrichtung versehen ist.
Technischer Hintergrund
Halbleiterelemente, die in einer Leistungswandlereinrichtung vorhanden sind, erzeugen während Schaltoperationen davon Wärme. Zur Dissipation der durch die Halbleiterelemente erzeugten Wärme ist die Leistungswandlereinrichtung mit einer Kühleinrichtung versehen. Eine Halbleiterkühleinrichtung, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, weist einen Verdampfungsabschnitt auf, in dem ein Kühlmittel eingeschlossen ist, ein Wärmerohr ist mit einem Oberabschnitt des Verdampfungsabschnitts verbunden und steht mit dem Innenraum des Verdampfungsabschnitts in Verbindung, und wärmeabstrahlende Lamellen sind an dem Wärmerohr angebracht. Durch Drücken der Halbleitervorrichtung an den Verdampfungsabschnitt, durch den Halbleiter erzeugte Wärme, dass das Kühlmittel verdampft. Das verdampfte Kühlmittel bewegt sich von dem Verdampfungsabschnitt zu dem Wärmerohr und dann wird Wärme zu den wärmeabstrahlenden Lamellen übertragen. Das Kühlmittel wird flüssig als Ergebnis der Dissipation der Wärme von den wärmeabstrahlenden Lamellen zur Außenluft, strömt entlang einer inneren Wand des Wärmerohrs und kehrt in den Innenraum des Verdampfungsabschnitts zurück. Die Halbleitervorrichtung wird durch das Stattfinden der Kondensation und das Stattfinden des Verdampfens des Kühlmittels innerhalb des Verdampfungsabschnitts gekühlt.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Kokai Veröffentlichungsnummer H06-120382
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Da das erhitzte und verdampfte Kühlmittel zum Bewegen zu dem Wärmerohr in der in Patentliteratur 1 offenbarten Halbleiterkühleinrichtung gebracht wird, ist das Wärmerohre an der oberen Fläche der Halbleiterkühleinrichtung in der vertikalen Richtung angebracht. Die Anzahl von Wärmerohren, die an der Halbleiterkühleinrichtung angebracht ist, ist durch Beschränkungen einer Position in der das Wärmerohr an der Halbleiterkühleinrichtung angebracht ist, begrenzt, wodurch Beschränkungen in der Kühlkapazität der Halbleiterkühleinrichtung bewirkt werden.
Um das voranstehende Problem zu lösen ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Kühlkapazität einer Kühleinrichtung zu verbessern.
Lösung des Problems
Um die voranstehende Aufgabe zu erreichen, weist eine Kühleinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Basis, Wärmerohre und eine Lamelle auf. Die Basis ist ein plattenförmiges Element, das (i) eine erste Hauptfläche aufweist, in der eine elektronische Komponente angebracht ist, und eine zweite Hauptfläche aufweist und das (ii) eine Nut in sich aufweist, wobei die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche entgegengesetzt zueinander in eine horizontalen Richtung sind, wobei die Nut mit eingeschlossenem Kühlmittel sich entlang der ersten Hauptfläche und der zweiten Hauptfläche erstreckt. Jedes der Wärmerohre weist ein Hohlraum in sich auf und ist an der zweiten Hauptfläche angebracht, und der Hohlraum steht mit der Nut in Verbindung. Die Lamelle ist an den Wärmerohren angebracht. Das Kühlmittel ist in einem Gas-Flüssigkeit-Zweiphasenzustand. Ein Abschnitt der Nut oder sowohl der Abschnitt der Nur als auch ein Abschnitt des Hohlraums, der mit der Nut in Verbindung steht, sind mit dem Kühlmittel in einem flüssigen Zustand gefüllt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die Wärmerohre, die jeweils den Hohlraum in sich aufweisen, an der Basis angebracht, die intern die Nut mit dem eingeschlossenen Kühlmittel aufweist, und der Hohlraum von jedem der Wärmerohre ist eingestellt, um mit der Nut in Verbindung zu stehen, wodurch eine Verbesserung in der Kühlkapazität der Kühleinrichtung erreicht wird.
Figurenliste

1 zeigt eine Seitenansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß der Ausführungsform 1;
3 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß der Ausführungsform 1;
4 zeigt eine Querschnittsansicht der Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung gemäß Ausführungsform 1;
5 zeigt eine Querschnittsansicht der Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung gemäß Ausführungsform 1;
6 zeigt eine Zeichnung, die ein Beispiel des Montierens der Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 in einem Fahrzeug darstellt;
7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung;
8 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 2;
9 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 2;
10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung;
11 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Offenbarung;
12 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 4;
13 zeigt eine Querschnittsansicht einer Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung gemäß Ausführungsform 4; und
14 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Offenbarung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Komponenten die dieselben oder äquivalent sind, sind mit denselben Bezugszeichen durch die Zeichnungen bezeichnet.
Ausführungsform 1
1 zeigt eine Seitenansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung. Eine Kühleinrichtung 1 ist mit einer Basis 10, die ein plattenförmiges Element ist, Wärmerohren 20, die an der Basis 10 angebracht sind und Lamellen 30 versehen, die an den Wärmerohren 20 angebracht sind. Die Anzahl von Lamellen 30 kann frei gewählt sein. In dem Beispiel der 1 ist jede Lamelle 30 ein plattenförmiges Element, das thermisch mit den Wärmerohren 20 verbunden ist. Die Basis 10 weist eine erste Hauptfläche 11 auf, in der eine elektronische Komponente angebracht ist, und eine zweite Hauptfläche 12 auf, wobei die erste Hauptfläche 11 und die zweite Hauptfläche 12 entgegengesetzt zueinander in horizontaler Richtung sind. Die Wärmerohre 20 sind an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht. Die Kühleinrichtung 1 kühlt die elektronische Komponente, die an der ersten Hauptfläche 11 anzubringen ist.
2 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 1. Eine Nut 13 erstreckt sich entlang der ersten Hauptfläche 11 und der zweiten Hauptfläche 12 und ist in dem Innenraum der Basis 10 ausgebildet. Ein Kühlmittel 14 ist in der Nut 13 eingeschlossen. Das Kühlmittel 14 ist in einem Gas-Flüssigkeit-Zweiphasenzustand, in dem sowohl gasförmiges Kühlmittel 14 als auch flüssiges Kühlmittel 14 existiert. Das Kühlmittel 14 ist zum Beispiel, pures Wasser, Ethanol, Aceton oder Ähnliches. Die Wärmerohre 20 weisen jeweils einen Hohlraum 21 in ihrem Inneren auf. Jedes Wärmerohr 20 ist an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht und der Hohlraum 21 steht mit der Nut 13 in Verbindung. Zusätzlich weist die zweite Hauptfläche 12 Löcher auf, durch die der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 mit der Nut in Verbindung 13 steht. Ein Abschnitt der Nut 13 sowohl der Abschnitte der Nut 13 als auch ein Abschnitt des Hohlraums 21, der mit der Nut 13 in Verbindung steht, sind mit dem flüssigen Kühlmittel 14 gefüllt.
Auf der zweiten Hauptfläche 12 senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 in der horizontalen Richtung, können die Wärmerohre 20 an jeglichen Bereichen angepasst sein, die eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 21 und der Nut 13 ermöglichen. Eine Verringerung in Beschränkungen von Positionen der angebrachten Wärmerohre 20 ermöglicht mehr Wärmerohre 20 an der Basis anzubringen, wodurch eine Verbesserung der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird. In den Beispielen der 1 und 2, unter den Wärmerohren 20, sind vertikale Höhen von Positionen in denen einige der Wärmerohre 20 an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht sind, verschieden von den vertikale Höhen von Positionen, in denen andere der Wärmerohre 20 an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht sind. Die Wärmerohre 20 sind an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht und in der vertikalen Richtung auszurichten, und der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 ist dazu hergestellt, mit der Nut 13 in Verbindung zu stehen, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt, wodurch die Verbesserung der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 1. 3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A, die in 2 dargestellt ist. In Ausführungsform 1 ist die Nut 13 eine Mehrzahl von Nuten 13, die sich in der horizontalen Richtung erstrecken, und die Nuten 13 sind in der vertikalen Richtung angeordnet. In dem Beispiel der 3 steht der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 mit einer der Nuten 13 in Verbindung. In 3 ist ein Abschnitt, durch eine gestrichelte Linie umgeben wird, ein Abschnitt, der der ersten Hauptfläche 11 zugewandt ist, an der die elektronische Komponente, die nachstehend beschrieben ist, angebracht ist. Das bedeutet, dass der durch die gestrichelte Linie in 3 umgebene Abschnitt derjenige ist, in dem die Temperatur aufgrund der durch die elektronische Komponente erzeugten Wärme ansteigt. Konvektion des Kühlmittels 14, das in jeder der Nuten 13 eingeschlossen ist, macht die Temperatur des Kühlmittels 14 gleichförmig in der horizontalen Richtung, wodurch der Horizontalrichtungsausgleich der Temperatur der nachstehend beschriebenen elektronischen Komponente, die in der ersten Hauptfläche 11 angebracht ist, erreicht wird.
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung gemäß Ausführungsform 1. 4 zeigt eine Querschnittsansicht in einer Vertikalebene. 5 zeigt eine Querschnittsansicht der Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung gemäß Ausführungsform 1. 5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B, die in 4 dargestellt ist, das heißt, eine Querschnittsansicht in einer horizontalen Ebene. 6 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel des Montierens der Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung gemäß Ausführungsform 1 in einem Fahrzeug darstellt. Eine Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung 2 ist mit einem Gehäuse 3 und der Kühleinrichtung 1 versehen. Das Gehäuse 3 nimmt eine elektronische Komponente 6 auf. Das Gehäuse 3 weist eine Öffnung 7 auf. Das Gehäuse 3 der Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung 2 ist unter einem Boden eines Fahrzeugs 100 anzuordnen. Die Kühleinrichtung 1 ist an dem Gehäuse 3 angebracht. Die Basis 10 der Kühleinrichtung 1 deckt die Öffnung 7 ab. Die erste Hauptfläche 11 der Basis 10 ist dem Innenraum des Gehäuses 3 zugewandt. Die elektronische Komponente 6 ist an der ersten Hauptfläche 11 angebracht. Da die Basis 10 die Nuten 13 aufweist, ist die Dicke der Basis 10 in der Richtung in der die erste Hauptfläche 11 und die zweite Hauptfläche 12 entgegengesetzt zueinander sind, größer als die Dicke des Gehäuses 3. In dem Beispiel der 4 ist die Kühleinrichtung 1 mit einer Abdeckung 4 abgedeckt. Die Abdeckung 4 weist Lüftungsöffnungen 5 auf. Von den Lüftungsöffnungen 5 einströmende Luft strömt während sie in Kontakt mit den Lamellen 30 kommt. Wärme wird von den Lamellen 30 zu der Luft übertragen, wodurch die elektronische Komponente 6 gekühlt wird.
Der Prozess des Kühlens der elektronischen Komponente 6 durch die Kühleinrichtung 1 wird beschrieben. Durch die elektronische Komponente 6 erzeugte Wärme wird zu dem Kühlmittel 14 über die erste Hauptfläche 11 der Basis 10 übertragen. Die Temperatur des flüssigen Kühlmittels 14 steigt aufgrund der von der elektronischen Komponente 6 übertragenen Wärme an und daher ändert sich das Kühlmittel 14 in ein Gas. Das verdampfte Kühlmittel 14 strömt in den Hohlraum 21 des Wärmerohrs 20 und steigt zu dem oberen Ende des Hohlraums 21 in der vertikalen Richtung an. In dem Beispiel der 3 strömt das verdampfte Kühlmittel 14 in den Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20, die mit einer der Nuten 13 in Verbindung stehen und steigt zu dem oberen Ende des Hohlraums 21 in der vertikalen Richtung an. Die Wärme von dem Kühlmittel 14 auf die Lamellen 30 übertragen, die an den Wärmerohren 20 angebracht sind, während des Ansteigens des Kühlmittels 14 zu den oberen Enden der Hohlräume 21 in der vertikalen Richtung. The Übertragung der Wärme von dem Kühlmittel 14 zu den Lamellen 30 bewirkt ein Abnehmen in der Temperatur des Kühlmittels 14, wodurch sich das Kühlmittel 14 zu einer Flüssigkeit ändert. Das Kühlmittel 14 in einem flüssigen Zustand strömt entlang der Innenumfangsflächen der Wärmerohre 20 und kehrt dann zu den Nuten 13 zurück. Die Lamelle 30, die die Wärme von dem Kühlmittel 14 aufnimmt, überträgt die Wärme zu der Luft, die strömt während sie in Kontakt mit der Lamelle 30 kommt. Die Übertragung von Wärme zu der Luft kühlt die Lamelle 30 ab. Wie voranstehend beschrieben wird die von der elektronischen Komponente 6 erzeugte Wärme durch das Kühlmittel 14 und die Lamelle 30 zu der Luft übertragen, wodurch die elektronische Komponente 6 gekühlt wird.
Jede Innenoberfläche der Nuten 13 weist eine Struktur auf, wie etwa einen Docht, eine Nut, oder ein Gitter, das eine Kapillarwirkung erzeugt, um das Strömen des Kühlmittels 14 zu fördern. Die Wärmerohre 20 sind an der zweiten Hauptfläche 12 zum Beispiel durch Löten angebracht. Des Weiteren ist die Lamelle 30 an den Wärmerohren 20 zum Beispiel durch Löten angebracht. Nachdem die Wärmerohre 20 an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht sind, kann das Kühlmittel 14 mittels der oberen Enden der Wärmerohre in der vertikalen Richtung eingeleitet werden. Nachdem das Kühlmittel 14 vertikal in die Nuten 13 von den oberen Enden der Wärmerohre 20 eingeleitet ist, wird das obere Ende der Wärmerohre 20 in der vertikalen Richtung geschlossen. Alternativ, nachdem das Kühlmittel 14 in die Nuten 13 über einen nicht dargestellten Einlass eingeleitet ist, der in der ersten Hauptfläche 11 ausgebildet ist, kann der Einlass dann durch Rührreibschweißen geschlossen werden. Alternativ kann die Basis 10 durch Schneiden der Nuten 13 in eine Oberfläche von einem ersten plattenförmigen Element, das der ersten Hauptfläche 11 zugewandt ist, die in dem ersten plattenförmigen Element vorgesehen ist, und durch Verbinden des ersten plattenförmigen Elements mit einem zweiten plattenförmigen Element, das die zweite Hauptfläche 12 aufweist, um die Nuten 13 zu verschließen, hergestellt werden. Alternativ kann die Basis 10 durch Fugenhobeln der Nuten 13 in eine laterale Oberfläche eines plattenförmigen Elements dargestellt werden, das die erste Hauptfläche 11 und die zweite Hauptfläche 12 aufweist und durch Schließen der lateralen Fläche.
In Ausführungsform 1 strömt das Kühlmittel 14, das Wärme von der elektronischen Komponente 6 über die erste Hauptfläche 11 der Basis 10 aufgenommen hat von den Nuten 13 in den Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 und überträgt dann die Wärme auf die Lamellen 30, die an den Wärmerohren 20 angebracht sind. Der thermische Widerstand zwischen der elektronischen Komponente 6 und den Kühlmittel 14 ist geringer verglichen mit einem Wärmerohrkühler in dem ein Rohr auf einer Basisplatte gelötet ist. Demgemäß weist die Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 eine Kühlkapazität höher als in die von diesem Wärmerohrkühler auf.
Die elektronische Komponente 6 ist eine Leistungswandlereinrichtung wie etwa ein Wechselrichter. Die elektronische Komponente 6 weist ein elektronisches Element auf, das zum Beispiel aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke hergestellt ist, der eine Bandlücke, die breiter als Silizium ist und ein Beispiel des elektronischen Elements ist ein Schaltelement, der eine Diode oder Ähnliches ist. Der Halbleiter mit großer Bandlücke ist zum Beispiel Siliziumcarbid, auf Galliumnitrid basierendes Material, Diamant oder Ähnliches. Wenn das Schaltelement, das aus dem Halbleiter mit großer Bandlücke hergestellt ist, genutzt wird, erhöht sich die Schaltgeschwindigkeit, wodurch ein Ansteigen einer Menge durch die elektronische Komponente 6 erzeugter Wärme erwirkt wird. Die elektronische Komponente 6, die das elektronische Element, das aus dem Halbleiter mit großer Bandlücke hergestellt ist, aufweist, kann genügend durch das Bereitstellen einer Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 gekühlt werden.
Wie voranstehend beschrieben, in der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 sind die Wärmerohre 20, die jeweils den Hohlraum 21 in sich aufweisen, an der zweiten Hauptfläche 12 der Basis 10 angebracht sind, die die Nuten 13 in sich aufweist, und der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 ist hergestellt, um mit den Nuten 13 in Verbindung zu stehen, in den das Kühlmittel eingeschlossen ist, wodurch die Verbesserung der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird. Zusätzlich ermöglicht das Ausbilden der Nuten 13, die sich in der horizontalen Richtung erstrecken, in dem Innenraum der Basis 10 das Ausgleichen der Temperatur der elektronischen Komponente 6 in der horizontalen Richtung. Da die Nuten 13, die sich in der horizontalen Richtung erstrecken, in dem Innenraum der Basis 10 ausgebildet sind, ist die Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 für ein Kühlverfahren geeignet, das von Schwanken in Temperaturen in der horizontalen Richtung begleitet wird, zum Beispiel ein Kühlverfahren, das einen Fahrtwind während einer Bewegung des Fahrzeugs nutzt, wobei der Fahrtwind in der horizontalen Richtung strömt.
Ausführungsform 2
7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung. 8 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 2. 8 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C dargestellt in 7. Die Querschnittsansichten in der Vertikalebene und in der horizontalen Ebene der Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung 2 mit einer Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2 sind jeweils ähnlich zu denen der Querschnittsansichten der 4 und 5. Anders als in Ausführungsform 1 weist die Basis 10 der Kühleinrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 2 Nuten 15 auf, die sich jeweils in der vertikalen Richtung erstrecken und in der horizontalen Richtung angeordnet sind. Wie in Ausführungsform 1 sind die Wärmerohre 20 an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht und jeder Hohlraum 21 steht mit einer der Nuten 15 in Verbindung. Zusätzlich weist die zweite Hauptfläche 12 Löcher zum Herstellen der Verbindung der Nuten 15 mit dem Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 auf. In dem Beispiel der 7 steht der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 in Verbindung mit jeder der Nuten 15. Abschnitte der Nuten 15 oder beide der Abschnitte der Nuten 15 und ein Abschnitt des Hohlraums 21, die mit den Nuten 15 in Verbindung stehen, sind mit dem flüssigen Kühlmittel 14 gefüllt. Ein Abschnitt des Hohlraums 21 eines Wärmerohrs 20, das an der untersten Seite in der vertikalen Richtung in den Wärmerohren 20 angeordnet ist, die mit den Nuten 15 in Verbindung stehen, ist mit dem flüssigen Kühlmittel 14 gefüllt. Als Ergebnis, sogar in dem Hohlraum 21 des Wärmerohrs 20, das an der untersten Seite in der vertikalen Richtung angeordnet ist, kann das verdampfte Kühlmittel 14 zu dem Hohlraum 21 strömen.
Wie in Ausführungsform 1 kühlt die Kühleinrichtung 1 die elektronische Komponente 6. In dem Beispiel der 7 strömt das verdampfte Kühlmittel 14 in den Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20, die mit den Nuten 15 in Verbindung stehen, und steigt zu dem oberen Ende des Hohlraums 21 in der vertikalen Richtung an. Da das Kühlmittel 14 in der vertikalen Richtung strömt, wird die Temperatur der elektronischen Komponente 6, die an der ersten Hauptfläche 11 angebracht ist, in der vertikalen Richtung ausgeglichen.
9 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß der Ausführungsform 2. Die Kühleinrichtung 1, die in 9 dargestellt ist, weist ein Bypass 16 auf, der die unteren Enden in der vertikalen Richtung von zumindest einigen der Nuten 15 unter die Nuten 15 miteinander verbindet. Die Nutzung des Bypasses 16 bewirkt eine Konvektion des Kühlmittels 14 in dem Bypass 16 und daher wird die Temperatur des Kühlmittels 14 in der horizontalen Richtung durch die Konvektion ausgeglichen. Als Ergebnis wird die Temperatur der elektronischen Komponente 6, die an einem Abschnitt der ersten Hauptfläche 11 angebracht ist, der dem Bypass 16 zugewandt ist, in der horizontalen Richtung ausgeglichen.
Die Wärmerohre 20 sind an der zweiten Hauptfläche 12 Seite an Seite in der vertikalen Richtung angebracht und der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 ist dazu hergestellt, mit einer der Nuten 15 in Verbindung zu stehen, die sich in der vertikalen Richtung erstrecken, wodurch die Verbesserung in der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird.
Wie voranstehend beschrieben sind in der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2 die Wärmerohren 20, die jeweils den Hohlraum 21 in ihrem Inneren aufweisen, an der zweiten Hauptfläche 12 der Basis 10 angebracht, die die Nuten 15 in sich aufweist, und der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 ist dazu hergestellt, mit den Nuten 15 in Verbindung zu stehen, in denen das Kühlmittel eingeschlossen ist, wodurch die Verbesserung der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird. Zusätzlich ermöglicht das Ausbilden der Nuten 15, die sich in der vertikalen Richtung erstrecken, in den Innenraum der Basis 10, das Ausgleichen der Temperatur der elektronischen Komponente 6 in der vertikalen Richtung. Da die Basis 10 in sich die Nuten 15 aufweist, die sich in der vertikalen Richtung erstrecken, ist die Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2 dazu für ein Kühlverfahren geeignet, in den eine Unterschiedlichkeit in der Temperatur in der vertikalen Richtung auftreten kann, zum Beispiel ein Kühlverfahren, das natürliche Konvektion nutzt.
Ausführungsform 3
10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung. Die Querschnittsansichten in der Vertikalebene und in der horizontalen Ebene der Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung 2 in einer Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 3 sind jeweils ähnlich zu denen der Querschnittsansichten der 4 und 5. Anders als in der Ausführungsform 1 weist die Basis 10 der Kühleinrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 3 ringförmige Nuten 17 auf, die jeweils eine Zentralachse, die sich der Richtung erstreckt, in der die erste Hauptfläche 11 und die zweite Hauptfläche 12 entgegengesetzt zueinander sind. Wie in der Ausführungsform 1 sind die Wärmerohre 20 an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht und der Hohlraum 21 steht mit einer der Nuten 17 in Verbindung. Zusätzlich weist die zweite Hauptfläche 12 Löcher zum Herstellen einer Verbindung der Nuten 17 mit dem Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 auf. In dem Beispiel der 10 steht der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 mit einer der Nuten 17 in Verbindung. Abschnitte der Nuten 17 oder sowohl die Abschnitte der Nuten 17 als auch ein Abschnitt von jedem Hohlraum 21, der mit den Nuten 17 in Verbindung steht, ist mit dem flüssigen Kühlmittel 14 gefüllt. Ein Abschnitt des Hohlraums 21 des Wärmerohrs 20, der an der untersten Seite in der vertikalen Richtung unter den Wärmerohren 20, die mit den Nuten 17 in Verbindung stehen, angeordnet ist, mit dem flüssigen Kühlmittel 14 gefüllt. Als Ergebnis, sogar in dem Hohlraum 21 des Wärmerohrs 20, das an der untersten Seite in der vertikalen Richtung angeordnet ist, kann das verdampfte Kühlmittel 14 in den Hohlraum 21 strömen.
Wie in Ausführungsform 1 kühlt die Kühleinrichtung 1 die elektronische Komponente 6. Wie durch die gestrichelte Linie in 10 angegeben, ist die elektronische Komponente 6 an einem Abschnitt der ersten Hauptfläche 11 angebracht, der Abschnitten der Nuten 17 zugewandt ist, wodurch eine Konvektion des Kühlmittels 14 bewirkt, wie durch den durchgehenden Pfeil in 10 angegeben ist. Die Konvektion des Kühlmittels 14 bewirkt ein Ausgleich der Temperatur der elektronischen Komponente 6, die an der ersten Hauptfläche 11 angebracht ist. Die Wärmerohre 20 sind an der zweiten Hauptfläche 12 Seite an Seite in der vertikalen Richtung angebracht und der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 ist in Verbindung mit den Nuten 17, wodurch die Verbesserung der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird.
Wie voranstehend beschrieben, in der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 3, weisen die Wärmerohre 20 jeweils den Hohlraum 21 in sich auf und sind an der zweiten Hauptfläche 12 der Basis 10 angebracht, die die Nuten 17 in sich aufweist, und der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 ist in Verbindung mit den Nuten 17, in denen das Kühlmittel eingeschlossen ist, wodurch die Verbesserung der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird. Zusätzlich ermöglicht die Basis 10, die die ringförmige Nuten 17 aufweist, den Ausgleich der Temperatur der elektronischen Komponente 6.
Ausführungsform 4
11 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Offenbarung. 12 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 4. 12 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie D-D, die in 11 dargestellt ist. 13 zeigt eine Querschnittsansicht einer Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Offenbarung. Die Querschnittsansicht in der Vertikalebene einer Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung 2 mit einer Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 4 ist ähnlich zu der Querschnittsansicht der 4. Wie in der Basis 10, die in 3 dargestellt ist, weist die Basis 10 in der Kühleinrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 4 die Nuten 13 auf, die sich in der horizontalen Richtung erstrecken und in der vertikalen Richtung angeordnet sind. In der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 4 sind beide Enden von jedem der Wärmerohre 23 an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht und beide Enden eines Hohlraums 22 von jedem der Wärmerohre 23 steht mit einer der Nuten 13 in Verbindung. Zusätzlich weist die zweite Hauptfläche 12 Löcher zum Herstellen einer Verbindung der Nuten 13 mit Hohlräumen 22 der Wärmerohre 23 auf. Die Hohlräume 22 der Wärmerohre 23 und die Nuten 13 bilden ringförmige Strömungspfade aus.
Wie in Ausführungsform 1 wird durch die elektronische Komponente 6 erzeugte Wärme zu dem Kühlmittel 14 über die erste Hauptfläche 11 der Basis 10 übertragen. Die Temperatur des flüssigen Kühlmittels 14 steigt aufgrund der Übertragung von der elektronischen Komponente 6 übertragene Wärme an und daher ändert sich das Kühlmittel 14 in ein Gas. Das verdampfte Kühlmittel 14 strömt in den Hohlraum 22 von jedem der Wärmerohre 23 und steigt zu dem oberen Ende des Hohlraums 22 in der vertikalen Richtung an. Das verdampfte Kühlmittel 14 strömt in den Hohlraum 22 über, unter den beiden Enden des Hohlraums 22, die mit den Nuten 13 in Verbindung stehen, dem Ende näher zu der Position der angebrachten elektronischen Komponente 6, und steigt zu dem oberen Ende des Hohlraums 22 in der vertikalen Richtung an. Die Wärme wird von dem Kühlmittel 14 zu den Lamellen 30 übertragen, die an den Wärmerohren 23 angebracht sind, während des Anstiegs des Kühlmittels 14 zu dem oberen Ende in dem Hohlraum 22 in der vertikalen Richtung. Die Übertragung der Wärme zu den Lamellen 30 bewirkt ein Abnehmen der Temperatur und ein Verflüssigen des Kühlmittels 14. Das Kühlmittel 14 in dem flüssigen Zustand strömt entlang der Innenumfangsflächen der Wärmerohre 23 und kehrt zu den Nuten 13 zurück. Die Lamelle 30, die die Wärme von dem Kühlmittel 14 aufnimmt, überträgt die Wärme zu der Luft die strömt während sie in Kontakt mit den Lamellen 30 kommt. Die Lamelle 30 wird durch Übertragen der Wärme auf die Luft gekühlt. Wie voranstehend beschrieben wird die durch die elektronische Komponente 6 erzeugte Wärme durch das Kühlmittel 14 und die Lamelle 30 auf die Luft übertragen, wodurch die elektronische Komponente 6 gekühlt wird.
Wie durch die gestrichelte Linie in 11 angegeben, ist die elektronische Komponente 6 an einem Abschnitt der ersten Hauptfläche 11 angebracht, der Abschnitten der Nuten 13 gegenüberliegt, die mit einem Ende des Hohlraums 22 in Verbindung stehen, wodurch Konvektion des Kühlmittels 14 in den ringförmigen Strömungspfaden erwirkt wird, die durch den Hohlraum 22 und die Nuten 13 ausgebildet sind, wie durch die durchgezogenen Pfeile in 13 angegeben ist. Die Konvektion des Kühlmittels 14 bewirkt den Ausgleich der Temperatur der elektronischen Komponente 6, die an der ersten Hauptfläche 11 angebracht ist. Die Wärmerohre 23 sind an den zweiten Hauptflächen 12 Seite an Seite in der vertikalen Richtung angebracht und die beiden Enden des Hohlraums 22 von jedem der Wärmerohre 23 sind in Verbindung mit den Nuten 13, die sich in der horizontalen Richtung erstrecken, wodurch die Verbesserung der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird.
Wie in Ausführungsform 1 sind die Wärmerohren 23 an der zweiten Hauptfläche 12 zum Beispiel durch Löten angebracht. Des Weiteren ist die Lamelle 30 an den Wärmerohren 23 zum Beispiel durch Löten angebracht. Nachdem die Wärmerohre 23 an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht sind, kann das Kühlmittel 14 über die in der vertikalen Richtung an oberen Enden der Wärmerohre 23 eingefüllt werden. Nachdem das Kühlmittel 14 in die Nuten 13 von den in der vertikalen Richtung oberen Enden der Wärmerohre 23 eingefüllt sind, werden die oberen Enden in der vertikalen Richtung der Wärmerohre 23 geschlossen. Alternativ, nachdem das Kühlmittel 14 in die Nuten 13 über einen nicht dargestellten Einlass eingeführt sind, der in der ersten Hauptfläche 11 ausgebildet ist, kann der Einlass durch Rührreibschweißen geschlossen werden.
Wie voranstehend beschrieben, in der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 4, sind die Wärmerohre 23, die jeweils den Hohlraum 22 in sich aufweisen, an der zweiten Hauptfläche 12 der Basis 10 angebracht, die die Nuten 13 in sich aufweist und beide Enden des Hohlraums 22 von jedem der Wärmerohre 23 sind in Verbindung mit den Nuten 13, in denen das Kühlmittel 14 eingeschlossen ist, wodurch die Verbesserung der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird. Zusätzlich ermöglicht das Ausbilden in dem Innenraum der Basis 10 der Nuten 13, die sich in der horizontalen Richtung erstrecken, ein Ausgleich der Temperatur der elektronischen Komponente 6 in der horizontalen Richtung.
Ausführungsform 5
14 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Offenbarung. Die Querschnittsansichten in der vertikalen Ebene und in der horizontalen Ebene der Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung 2 weisen eine Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 5 auf und sind jeweils ähnlich zu den Querschnittsansichten der 4 und 5. Anders als in der Ausführungsform 1 weist die Basis 10 der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 5 eine Nut 18 auf, die zumindest eine Abzweigung aufweist. Die Wärmerohre 20 sind an der zweiten Hauptfläche 12 angebracht und der Hohlraum 21 steht mit der Nut 18 in Verbindung. Zusätzlich weist die zweite Hauptfläche 12 Löcher zum Herstellen einer Verbindung der Nut 18 mit dem Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 auf. In dem Beispiel der 14 steht der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 mit der einzelnen Nut 18 in Verbindung, die Abzweigungen aufweist. Ein Abschnitt der Nut 18, oder sowohl der Abschnitte der Nut 18 und ein Abschnitt des Hohlraums 21, der mit der Nut 18 in Verbindung steht, sind mit dem flüssigen Kühlmittel 14 gefüllt. Ein Abschnitt des Hohlraums 21 eines Wärmerohrs 20, der an der untersten Seite in der vertikalen Richtung unter den Wärmerohren 20 angeordnet ist, die mit der Nut 18 in Verbindung stehen, ist mit dem flüssigen Kühlmittel 14 gefüllt. Als Ergebnis, sogar in dem Hohlraum 21 des Wärmerohrs 20, das an der untersten Seite in der vertikalen Richtung angeordnet ist, kann das verdampfte Kühlmittel 14 in den Hohlraum 21 strömen.
Die Wärmerohre 20 sind an der zweiten Hauptfläche 12 Seite an Seite in der vertikalen Richtung angebracht und der Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 steht mit der Nut 18 in Verbindung, wodurch die Verbesserung in der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird. Wie durch die gestrichelte Linie in 14 angegeben ist, ist die elektronische Komponente 6 an einem Abschnitt der ersten Hauptfläche 11 angebracht, die einem Abschnitt der Nut 18 zugeordnet ist, wodurch eine Konvektion des Kühlmittels 14 in der Nut 18 bewirkt wird, die mindestens eine Abzweigung aufweist. Die Konvektion des Kühlmittels 14 ermöglicht einen Ausgleich der Temperatur der elektronischen Komponente 6.
Wie voranstehend beschrieben, in der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 5, sind die Wärmerohre 20, die jeweils den Hohlraum 21 in sich aufweisen, an der zweiten Hauptfläche 12 der Basis 10 angebracht, die die Nut 18 in sich aufweist, und den Hohlraum 21 von jedem der Wärmerohre 20 steht mit der Nut 18 in Verbindung, in der das Kühlmittel 14 eingeschlossen ist, wodurch die Verbesserung der Kühlkapazität der Kühleinrichtung 1 ermöglicht wird. Zusätzlich ermöglicht das Ausbilden in dem Innenraum der Basis 10 der Nut 18, die mindestens eine Abzweigung aufweist, ein Ausgleich der Temperatur der elektronischen Komponente 6.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und Kühleinrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung können durch jegliche Kombination von zwei oder mehr der voranstehenden Ausführungsformen konfiguriert sein. Zum Beispiel können die Wärmerohre 23 an der Basis 10 der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsformen 2, 3 oder 5 angebracht sein. In den voranstehend beschriebenen Beispielen deckt die Basis 10 die Öffnung 7 von der Außenseite des Gehäuses 3 ab. Jedoch kann die Basis 10 dazu konfiguriert sein, in den Innenraum des Gehäuses 3 angeordnet zu sein, um die Öffnung 7 von der Innenseite des Gehäuses 3 abzudecken und die Wärmerohren 20 können von der Öffnung 7 zu der Außenseite des Gehäuses 3 vorstehen.
Das Voranstehende beschreibt einige beispielhafte Ausführungsformen zu Erläuterungszwecken. Obwohl die voranstehende Diskussion spezifische Ausführungsformen gezeigt hat, können der Fachmann, dass Änderungen in Form und Detail gemacht werden können ohne sich von dem weiteren Geist und Schutzbereich der Erfindung. Demgemäß sind die Beschreibung und Zeichnungen auf darstellende Weise anstatt auf beschränkende Weise zu verstehende. Diese detaillierte Beschreibung ist daher nicht auf beschränkende Weise aufzufassen und der Schutzbereich der Erfindung ist nur durch die anliegenden Ansprüche definiert gemeinsam mit dem vollen Bereich von Äquivalenten die solchen Ansprüchen zuerkannt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kühleinrichtung
2: Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung
3: Gehäuse
4: Abdeckung
5: Lüftungsöffnung
6: Elektronische Komponente
7: Öffnung
10: Basis
11: Erste Hauptfläche
12: Zweite Hauptfläche
13, 15, 17, 18: Nut
14: Kühlmittel
16: Bypass
20,23: Wärmerohr
21, 22: Hohlraum
30: Lamelle
100: Fahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H06120382 [0003]

Claims

Kühleinrichtung, mit: einer Basis, die ein plattenförmiges Element ist, das (i) eine erste Hauptfläche aufweist, an der eine elektronische Komponente angebracht ist, und eine zweite Hauptfläche aufweist, und das (ii) eine Nut in sich aufweist, wobei die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche entgegengesetzt zueinander in einer horizontalen Richtung sind, wobei die Nut mit einem eingeschlossenen Kühlmittel sich entlang der ersten Hauptfläche und der zweiten Hauptfläche erstreckt; Wärmerohren, die jeweils einen Hohlraum in sich aufweisen und an der zweiten Hauptfläche angebracht sind, wobei der Hohlraum mit der Nut in Verbindung steht; und einer an den Wärmerohren angebrachten Lamelle, wobei das Kühlmittel in einem Gas-Flüssigkeit-Zweiphasenzustand ist, und ein Abschnitt der Nut oder sowohl ein Abschnitt der Nut als auch ein Abschnitt des Hohlraums, der mit der Nut in Verbindung steht, mit dem Kühlmittel in einem flüssigen Zustand gefüllt sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, wobei vertikale Höhen von Positionen, in denen einige der Wärmerohre an der zweiten Hauptfläche angebracht sind, verschieden von vertikalen Höhen von Positionen sind, in denen andere Wärmerohre an der zweiten Hauptfläche angebracht sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nut eine Mehrzahl von Nuten ist, die sich jeweils in der horizontalen Richtung erstrecken, und die Nuten in einer vertikalen Richtung angeordnet sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nut eine Mehrzahl von Nuten ist, die sich jeweils in einer vertikalen Richtung erstrecken, und die Nuten in der horizontalen Richtung angeordnet sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Hohlraum von jedem der Wärmerohre mit einer der Nuten in Verbindung steht.
Kühleinrichtung nach Anspruch 3, wobei beide Enden von jedem der Wärmerohre an der zweiten Hauptfläche angebracht sind, beide Enden des Hohlraums mit einer der Nuten in Verbindung stehen, und der Hohlraum und die Nut einen ringförmigen Strömungspfad ausbilden.
Kühleinrichtung nach Anspruch 4, wobei die Basis einen Bypass in sich aufweist, wobei der Bypass untere Enden in der vertikalen Richtung von mindestens einigen der Nuten verbindet.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nut eine ringförmige Form aufweist, die eine Zentralachse aufweist, die sich in einer Richtung erstreckt, in der die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche entgegengesetzt zueinander sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nut mindestens eine Abzweigung aufweist.
Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung, mit: einem Gehäuse, das dazu konfiguriert ist, eine elektronische Komponente in sich aufzunehmen und an einem Fahrzeug befestigt zu sein und eine Öffnung aufzuweisen; und die Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kühleinrichtung an dem Gehäuse angebracht ist und dazu konfiguriert ist, die elektronische Komponente zu kühlen, wobei die Basis der Kühleinrichtung die Öffnung des Gehäuses abdeckt, die erste Hauptfläche der Basis einem Innenraum des Gehäuses zugewandt ist, und die elektronische Komponente, die in dem Gehäuse aufzunehmen ist, an der ersten Hauptfläche angebracht ist.
Fahrzeug-Leistungswandlereinrichtung nach Anspruch 10, wobei die elektronische Komponente ein elektronisches Element aufweist, das aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke unter Nutzung von Siliziumcarbid, einem galliumnitridbasierten Material oder Diamant hergestellt ist.