DE112019007956T5

DE112019007956T5 - Kühleinrichtung und wandlereinrichtung

Info

Publication number: DE112019007956T5
Application number: DE112019007956.5T
Authority: DE
Inventors: Yukio Nakashima; Hiroyuki Ushifusa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2022-09-29
Also published as: CN114746711A; WO2021117106A1; JP7199574B2; JPWO2021117106A1

Abstract

Eine Kühleinrichtung (1) weist Wärmeaufnahmeblock (11) und mindestens einen Wärmerohr (12) auf, von dem ein Abschnitt an den Wärmeaufnahmeblock (11) angeordnet ist. Das Wärmerohr (12) erstreckt sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock (11) und umschließt in sich ein Kühlmittel (13). Die Kühleinrichtung (1) weist des Weiteren mindestens einen Wärmeübertragungselement (15) auf, das innerhalb von zumindest irgendeinem des Wärmerohrs (12) angeordnet ist und sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock (11) erstreckt, und eine Lamelle (14), die an der Außenfläche des Wärmerohrs (12) angebracht ist. Das Wärmeübertragungselement (15) weist ein Ende angeordnet benachbart zu der Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs (12) auf, das an dem Wärmeaufnahmeblock (11) angebracht ist. Das Wärmeübertragungselement (15) weist das andere Ende angeordnet an einer Position weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock (11) als die Lamelle (14) auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kühleinrichtung und eine Leistungswandlervorrichtung.
Hintergrundtechnik
Um eine Beschädigung der elektronischen Komponenten zu vermeiden, die durch Wärmeemission von den elektronischen Komponenten während ihrer Bestromung bewirkt wird, weisen einige Leistungswandlervorrichtungen Kühleinrichtungen auf, die thermisch mit den elektronischen Komponenten gekoppelt sind, die Wärmeemitter sind. Die Kühleinrichtungen geben die von den elektronischen Komponenten übertragenen Wärme an die Luft, um die Kühleinrichtungen ab, wodurch die elektronischen Komponenten gekühlt werden. Ein Beispiel dieser Art von Leistungswandlervorrichtungen ist in Patentliteratur 1 offenbart. Die Leistungswandlervorrichtung, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, weist ein Wärmeaufnahmeelement auf, an dem elektronische Komponenten befestigt sind, Wärmerohre und Abstrahllamellen. Die Wärmerohre sind jeweils an dem Wärmeaufnahmeelement angebracht und erstrecken sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeelement.
Die Wärmerohre umschließen jeweils ein Kühlmittel. Das Kühlmittel wird verdampft durch die von den elektronischen Komponenten über das Wärmeaufnahmeelement übertragene Wärme. Während es innerhalb des Wärmerohrs in Richtung des Distalendes sich bewegt, überträgt das verdampfte Kühlmittel die Wärme zu der Umgebungsluft über das Wärmerohr und die Abstrahllamellen, die an dem Wärmerohr angebracht sind. Die Übertragung von Wärme von dem Kühlmittel zu der Luft verringert die Temperatur des Kühlmittels und kondensiert das Kühlmittel in eine Flüssigkeit. Das Kühlmittel in dem flüssigen Zustand strömt entlang des Wärmerohrs in Richtung zu dem Wärmeaufnahmeelement. Das Kühlmittel wiederholt dadurch Verdampfung und Kondensation und zirkuliert dadurch innerhalb des Wärmerohrs, was in einem Kühlen der elektronischen Komponenten resultiert.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 4929325
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn die Wärmerohre, die in der Leistungswandlervorrichtung vorhanden sind, die in Patentliteratur 1 offenbart sind, in einem Ort in Kontakt mit der Luft bei einer Temperatur gleich zu oder geringer als der Schmelzpunkt des Kühlmittels installiert sind, kann das Kühlmittel in dem flüssigen Zustand nach dem Abgeben von Wärme über die Wärmerohre und die Abstrahllamellen frieren. In einem beispielhaften Fall, wo die Wärmerohre pures Wasser als Kühlmittel umschließen und in einem Ort in Kontakt mit der Luft bei einer Temperatur von 0°C oder geringer installiert sind, kann das pure Wasser, das in den Wärmerohren eingeschlossen ist, an den Distalenden der Wärmerohre frieren. Das gefrorene Kühlmittel an den Distalenden der Wärmerohre kann nicht in Richtung des Wärmeaufnahmeelements zurückkehren und kann daher die von den elektronischen Komponenten über das Wärmeaufnahmeelement emittierte Wärme nicht aufnehmen. Die von den elektronischen Komponenten emittierte Wärme kann dadurch nicht von den Wärmerohren und den Abstrahllamellen über das in den Wärmerohren zirkulierende Kühlmittel abgegeben werden, was in einem unerfolgreichen Kühlen der elektronischen Komponenten resultiert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die in Anbetracht der voranstehenden Situationen erlangt wurde, ist eine Kühleinrichtung und eine Leistungswandlervorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage sind, einen Wärmeemitter sogar in Niedrigtemperaturumgebung zu kühlen, in dem Kühlmittel frieren kann.
Lösung des Problems
Um die voranstehende Aufgabe zu erreichen, weist eine Kühleinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Wärmeaufnahmeblock, mindestens ein Wärmerohr, mindestens ein Wärmeübertragungselement und eine Lamelle auf. Der Wärmeaufnahmeblock ist mit einem Wärmeemitter zu versehen. Ein Abschnitt des mindestens einen Wärmerohrs, ist an dem Wärmeaufnahmeblock angebracht. Das Wärmerohr erstreckt sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock und umschließt das Kühlmittel darin. Das mindestens eine Wärmeübertragungselement ist innerhalb mindestens irgendeinem von dem Wärmerohr angeordnet und erstreckt sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock. Die Lamelle ist an der Außenfläche des Wärmerohrs angebracht. Das Wärmeübertragungselement weist ein Ende angeordnet benachbart zu einer Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs auf, das an dem Wärmeaufnahmeblock angebracht ist. Das Wärmeübertragungselement weist das andere Ende angeordnet in einer Position weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock als die Lamelle auf.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die Kühleinrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist das Wärmeübertragungselement angeordnet innerhalb des Wärmerohrs auf. Das Wärmeübertragungselement kann schnell das gefrorene Kühlmittel innerhalb des Wärmerohrs schmelzen. Die Kühleinrichtung kann daher den Wärmeemitter sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung kühlen.
Figurenliste

1 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Leistungswandlervorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
2 zeigt eine Querschnittsansicht der Leistungswandlervorrichtung gemäß Ausführungsform 1;
3 zeigt eine Querschnittsansicht der Leistungswandlervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 entlang der Linie A-A in 2;
4 zeigt eine Perspektivansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 1;
5 zeigt eine Querschnittsansicht der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 1 entlang der Linie B-B in 4;
6 stellt ein Kühlmittel in einem gefrorenen Zustand dar, das in der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 1 vorhanden ist;
7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 2;
8 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 3;
9 zeigt eine Draufsicht eines Wärmeübertragungselements gemäß Ausführungsform 4;
10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 5;
11 zeigt eine Draufsicht auf einem Wärmeübertragungselement gemäß Ausführungsform 5;
12 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 6;
13 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines Wärmerohrs gemäß Ausführungsform 6 entlang der Linie C-C in 12;
14 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 7;
15 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht eines Wärmerohrs gemäß Ausführungsform 7 entlang der Linie D-D in 14;
16 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Modifikation der Kühleinrichtung gemäß der Ausführungsformen;
17 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiten Modifikation der Kühleinrichtung gemäß der Ausführungsformen;
18 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Modifikation des Wärmerohrs gemäß der Ausführungsformen;
19 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiten Modifikation des Wärmerohrs gemäß der Ausführungsformen;
20 zeigt eine Perspektivansicht einer dritten Modifikation der Kühleinrichtung gemäß der Ausführungsformen;
21 zeigt eine Querschnittsansicht der dritten Modifikation der Kühleinrichtung gemäß der Ausführungsformen entlang der Linie E-E in 20; und
22 zeigt eine Querschnittsansicht einer vierten Modifikation der Kühleinrichtung gemäß der Ausführungsformen.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Kühleinrichtung und eine Leistungswandlervorrichtung gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird im Detail nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnugen sind Komponenten identisch zu oder entsprechend zueinander mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform 1
Eine Leistungswandlervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 und eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines Wärmeemitters, der in der Leistungswandlervorrichtung vorhanden ist, werden nachstehend mit einem Fokus auf eine beispielhafte Leistungswandlervorrichtung beschrieben, die in einem Schienenfahrzeug installiert ist.
Eine Leistungswandlervorrichtung 30, die in 1 dargestellt ist, wandelt Gleichstrom (DC)-Leistung, die von einer Leistungsquelle zugeführt ist, die nicht dargestellt ist, in Dreiphasenwechselstrom (AC)-Leistung, die zu einem Motor M1 zuzuführen ist, der eine Last ist, und führt dann die Dreiphasen-AC-Leistung zu dem Motor M1 zu. Der Motor M1 ist ein Dreiphaseninduktionsmotor, zum Beispiel.
Im Detail, weist die Leistungswandlervorrichtung 30 einen Primäranschluss 31a auf, der mit der Leistungsquelle verbunden ist, einen Primäranschluss 31b, der geerdet ist, einen Filterkondensator FC1 dessen Enden zu den jeweiligen Primäranschlüssen 31a und 31b verbunden sind, und einen Leistungswandler 32 zum Wandeln der DC-Leistung, die von der Leistungsquelle zugeführt ist, in der Dreiphasen-AC-Leistung und zum Zuführen der gewandelten Leistung zu dem Motor M1. Der Leistungswandler 32 weist Schaltelemente 33a und 33b entsprechend der U-Phase auf, Schaltelemente 33c und 33d entsprechend der V-Phase und Schaltelemente 33e und 33f entsprechend der W-Phase. Die Schaltelemente 33a bis 33f werden ein- und ausgeschaltet durch eine Schaltsteuerung, die nicht dargestellt ist, so dass der Leistungswandler 32 die DC-Leistung, die von der Leistungsquelle zugeführt ist, in Dreiphasen-AC-Leistung wandelt und die gewandelte Leistung zu dem Motor M1 zuführt.
Um eine Beschädigung in den elektronischen Komponenten zu vermeiden, die durch Wärmeemission von den elektronischen Komponenten während der Bestromung des Leistungswandlers 32 bewirkt wird, weist die Leistungswandlervorrichtung 30 eine Kühleinrichtung. Im Detail, wie in 2 und 3 dargestellt, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2 ist, weist die Leistungswandlervorrichtung 30 elektronische Komponenten 33, die Wärmeemitter sind, ein Gehäuse 34, das die elektronischen Komponenten 33 in sich aufnimmt und eine Öffnung 34a aufweist, eine Kühleinrichtung 1, die an dem Gehäuse 34 montiert ist, um die Öffnung 34a des Gehäuses 34 abzudecken, und eine Abdeckung 35 auf, die über die Kühleinrichtung 1 angeordnet ist.
Die elektronischen Komponenten 33 repräsentieren jegliche der Wärmeemitter, wie etwa die Schaltelemente 33a bis 33f, Dioden und Thyristoren. Die elektronischen Komponenten 33 sind an einer ersten Hauptfläche 11a des Wärmeaufnahmeblocks 11 angebracht, der in der Kühleinrichtung 1 vorhanden ist, die nachstehend beschrieben wird.
Die Öffnung 34a des Gehäuses 34 ist durch die erste Hauptfläche 11a des Wärmeaufnahmeblocks 11 geschlossen, der in der Kühleinrichtung 1 vorhanden ist. Das Schließen der Öffnung 34a durch die Kühleinrichtung 1 kann vermeiden, dass Umgebungsluft, Wasser, Staub und andere Kontaminanten in das Gehäuse 34 eintreten.
Die Abdeckung 35 weist Einlass- und Auslassanschlüsse 35a in den entgegengesetzten zwei Flächen auf. Kühlluft, die durch die Einlass- und Auslassanschlüsse 35a in einer Oberfläche eingeführt ist, strömt während sie die Kühleinrichtung 1 berührt, und tritt dann durch die Einlass- und Auslassanschlüsse 35a in der anderen Oberfläche aus. Die Kühleinrichtung 1 überträgt die Wärme von den elektronischen Komponenten 33 zu der Kühlluft, wodurch die elektronischen Komponenten 33 gekühlt werden.
Wie in den 2, 3 und 4, und in 5 dargestellt, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 4 ist, weist die Kühleinrichtung 1 den Wärmeaufnahmeblock 11 auf, der mit den elektronischen Komponenten 33 zu versehen ist, und mindestens ein Wärmerohr 12, von dem ein Abschnitt an den Wärmeaufnahmeblock 11 angeordnet ist und das sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 erstreckt. Das Wärmerohr 12 umschließt ein Kühlmittel 13 in sich. Die Kühleinrichtung 1 weist des Weiteren Lamellen 14 auf, die an der Außenfläche des Wärmerohrs 12 angebracht sind, und mindestens ein Wärmeübertragungselement 15, das innerhalb mindestens irgendeinem von den Wärmerohren 12 angeordnet. Die 4 stellt nicht die Lamellen 14 dar, um die Figur zu vereinfachen. Die Kühleinrichtung 1 weist das Wärmeübertragungselement 15 auf und kann daher bewirken, dass das gefrorene Kühlmittel 13 schnell geschmolzen wird, sogar wenn die Kühleinrichtung 1 in einer Niedrigtemperaturumgebung installiert ist, was zu einem erfolgreichem Kühlen der elektronischen Komponenten 33 führt, wie im Detail nachstehend beschrieben wird.
Die Komponenten der Kühleinrichtung 1, die die voranstehend beschriebene Struktur aufweisen, werden nachstehend mit einem Fokus auf eine beispielhafte Kühleinrichtung 1 beschrieben, die vier Wärmerohre 12 aufweist. In den 2 bis 5, gibt die Z-Achse die Vertikalrichtung. Die X-Achse erstreckt sich in die Richtung orthogonal zu sowohl der ersten Hauptfläche 11a als auch der zweiten Hauptfläche 11b des Wärmeaufnahmeblocks 11. Die Y-Achse ist orthogonal zu den X- und Z-Achsen.
Der Wärmeaufnahmeblock 11 weist die erste Hauptfläche 11a und die zweite Hauptfläche 11b auf, die einander zugewandt sind in der Richtung, in der sich die X-Achse erstrecken. Die erste Hauptfläche 11a ist mit den elektronischen Komponenten 33 zu versehen. Die zweite Hauptfläche 11b weist Nuten 11c auf, in denen die Wärmerohre 12 angeordnet sind. Der Wärmeaufnahmeblock 11 ist aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, bspw. ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium.
Jedes der Wärmerohre 12 weist einen Kopfabschnitt 12a und eine Mehrzahl von Abzweigungsabschnitten 12b in Kommunikation mit dem Kopfabschnitt 12a auf. Im Detail weist das Wärmerohr 12 einen Kopfabschnitt 12a und vier Abzweigungsabschnitte 12b auf. Jede Nut 11c, die auf den Wärmeaufnahmeblock 11 ausgebildet ist, nimmt den Kopfabschnitt 12a auf. Der Kopfabschnitt 12a ist an dem Wärmeaufnahmeblock 11 durch irgendeine Befestigungsprozedur befestigt, wie etwa Verbinden mit einem Klebstoff oder Löten. Der Kopfabschnitt 12a ist an dem Wärmeaufnahmeblock 11 befestigt, während er teilweise von dem Wärmeaufnahmeblock 11 freigelegt ist. Der Kopfabschnitt 12a ist aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, zum Beispiel, ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium.
Die Abzweigungsabschnitte 12b sind an dem Kopfabschnitt 12a durch eine Prozedur, wie etwa Schweißen oder Löten befestigt, und sind in Kommunikation mit dem Kopfabschnitt 12a. Die Abzweigungsabschnitte 12b erstrecken sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11, im Detail, in eine Richtung weg von der zweiten Hauptfläche 11b. Die Abzweigungsabschnitte 12b sind aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, zum Beispiel, ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium.
Das Kühlmittel 13 ist in jedem Wärmerohr 12 eingeschlossen. Das Kühlmittel 13 ist in einem Gas-Flüssig-Zweiphasenzustand an einer normalen Temperatur. Das Kühlmittel 13 ist aus einer Substanz, wie etwa Wasser hergestellt und verdampft, wenn es Wärme von den elektronischen Komponenten 33 aufnimmt und wird in eine Flüssigkeit kondensiert, wenn Wärme zu der Luft um die Kühleinrichtung 1 über die Wärmerohre 12 und die Lamellen 14 abgegeben wird.
Die Lamellen 14 sind zu den Außenflächen der Wärmerohre 12 angebracht. Im Detail weist jede der Lamellen 14 Durchgangslöcher auf, und ist an den Abzweigungsabschnitten 12b derart befestigt, dass die Abzweigungsabschnitte 12b sich durch die jeweiligen Durchgangslöcher erstrecken. Die Lamellen 14 sind aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, zum Beispiel, ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium. In dem Fall, wo die Leistungswandlervorrichtung 30 in einem Fahrzeug installiert ist, ist die Leistungswandlervorrichtung 30 vorzugsweise derart installiert, dass die Hauptflächen der Lamellen 14 in die Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Diese Installation der Leistungswandlervorrichtung 30 ermöglicht Fahrtwind einfach durch die Lamellen 14 zu strömen, wodurch die Kühlungseffizienz der Kühleinrichtung 1 verbessert wird.
Das Wärmeübertragungselement 15 ist innerhalb zumindest irgendeinem von der Wärmerohre 12 angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 15 erstreckt sich in einer Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11, im Detail, in eine Richtung weg von der zweiten Hauptfläche 11b. Das Wärmeübertragungselement 15 ist aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, zum Beispiel, ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium. Das Wärmeübertragungselement 15 weist vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit gleich zu oder höher als die thermische Leitfähigkeit des Wärmerohrs 12 auf. Zum Beispiel kann das Wärmeübertragungselement 15 aus demselben Material wie das Wärmerohr 12 hergestellt sein.
Ein Ende des Wärmeübertragungselements 15 ist benachbart zu der Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs 12 angeordnet, das an dem Wärmeaufnahmeblock 11 angebracht ist. Im Detail ist das eine Ende des Wärmeübertragungselements 15 ist benachbart zu der Innenwand des Kopfabschnitts 12a angeordnet. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 15 ist an einer Position weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 als die Lamellen 14 angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 15 überträgt Wärme von dem einen Ende zu dem anderen Ende. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 15 ist vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Wärmerohrs 12 weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 angeordnet. Mit anderen Worten ist das andere Ende des Wärmeübertragungselements 15 vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet, das bedeutet, die Innenwand des Endes des Abzweigungsabschnitts 12b weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11. Genauer gesagt, ist das andere Ende des Wärmeübertragungselements 15 vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b derart angeordnet, dass die Wärme zu dem Kühlmittel 13 übertragen werden kann, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist.
In Ausführungsform 1, der Abzweigungsabschnitt 12b mit dem Wärmeübertragungselement 15 darin bereitgestellt, das eine Stabform aufweist. Das eine Ende des Wärmeübertragungselements 15 ist befestigt, durch eine Prozedur, wie etwa Schweißen oder Löten, an der Innenwand des Kopfabschnitts 12a, an dem der Abzweigungsabschnitt 12b angebracht ist. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 15 ist benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 15 weist vorzugsweise eine Form auf, um nicht die Zirkulation des Kühlmittels 13 zu behindern, was nachstehend beschrieben ist. Zum Beispiel ist der Innendurchmesser des Wärmeübertragungselements 15 vorzugsweise mindestens 20% des Innendurchmessers der Abzweigungsabschnitte 12b. Das Wärmeübertragungselement 15 kann das Kühlmittel 13 schmelzen, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist, was zu einem erfolgreichen Kühlen der elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung führt, wie nachstehend beschrieben.
Die folgende Beschreibung ist auf einen Mechanismus zum Kühlen der elektronischen Komponenten 33 in der Kühleinrichtung 1 gerichtet, die die voranstehend beschriebene Struktur aufweist. Wenn die elektronischen Komponenten 33 Wärme abgeben, wird die Wärme von den elektronischen Komponenten 33 über den Wärmeaufnahmeblock 11 und dem Kopfabschnitt 12a zu dem Kühlmittel 13 übertragen. Die übertragene Wärme erhöht die Temperatur des Kühlmittels 13 und verdampft einen Teil des Kühlmittels 13. Das verdampfte Kühlmittel 13 strömt von dem Kopfabschnitt 12a in die Abzweigungsabschnitte 12b und bewegt sich weiter innerhalb der Abzweigungsabschnitte 12b in Richtung der oberen Enden in der Vertikalrichtung der Abzweigungsabschnitte 12b.
Während des sich Bewegens innerhalb der Abzweigungsabschnitte 12b in Richtung der oberen Enden in der Vertikalrichtung der Abzweigungsabschnitte 12b, gibt das Kühlmittel 13 Wärme an die Luft um die Kühleinrichtung 1 über die Abzweigungsabschnitte 12b und die Lamellen 14 ab. Die Wärmeabgabe von dem Kühlmittel 13 verringert die Temperatur des Kühlmittels 13. Das Kühlmittel 13 wird demgemäß in eine Flüssigkeit kondensiert. Das Kühlmittel 13 in dem flüssigen Zustand bewegt sich entlang der Innenwände der Abzweigungsabschnitte 12b und kehrt zu dem Kopfabschnitt 12a zurück. Wenn das Kühlmittel 13 in dem flüssigen Zustand die Wärme von den elektronischen Komponenten 33 über den Wärmeaufnahmeblock 11 aufnimmt, wird das Kühlmittel 13 wieder verdampft, strömt in Richtung der Abzweigungsabschnitte 12b und bewegt sich dann in Richtung der oberen Enden in der Vertikalrichtung der Abzweigungsabschnitte 12b. Das Kühlmittel 13 wiederholt so die voranstehend beschriebene Verdampfung und Kondensation und zirkuliert dadurch, so dass die von den elektronischen Komponenten 33 emittierte Wärme an die Luft um die Kühleinrichtung 1 abgegeben wird, genauer gesagt, die Luft um die Abzweigungsabschnitte 12b und die Lamellen 14, was in einem Kühlen der elektronischen Komponenten 33 resultiert.
Wenn die von den elektronischen Komponenten 33 übertragene Wärme von den elektronischen Komponenten 33 über den Wärmeaufnahmeblock 11 und den Kopfabschnitt 12a zu dem Kühlmittel 13 übertragen wird, weist das Kühlmittel 13, das nicht verdampft worden ist, das heißt, das Kühlmittel 13 in dem flüssigen Zustand, internen Temperaturdifferenzen auf und erzeugt Konvektion. Die Konvektion ermöglicht dem Kühlmittel 13 die Wärme von den elektronischen Komponenten 33 in die Y-Achsenrichtung zu verteilen und zu übertragen, was zu einem effizienten Kühlen der elektronischen Komponenten 33 führt.
Das gefrorene Kühlmittel 13 macht jedoch nicht die voranstehend beschriebene Zirkulation und Konvektion, und ermöglicht der Kühleinrichtung 1 nicht die elektronische Komponenten 33 zu kühlen. Genauer gesagt, wenn die Luft um die Kühleinrichtung 1 0°C oder weniger erreicht, kann das Kühlmittel 13, das Wasser ist, frieren. Zum Beispiel, wie in 6 dargestellt, kann das Kühlmittel 13 frieren und an der Innenwand des Distalendes des Abzweigungsabschnitts 12b anhaften. Das gefrorene Kühlmittel 13 muss geschmolzen werden, um zu vermeiden, dass die Kühlungseffizienz der Kühleinrichtung 1 verschlechtert wird aufgrund des Frierens des Kühlmittels 13.
Ein Mechanismus zum Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 in der Kühleinrichtung 1 wird nachstehend beschrieben. Wenn die elektronischen Komponenten 33 Wärme abgeben, wird die Wärme über den Wärmeaufnahmeblock 11 und den Kopfabschnitt 12a zu dem einen Ende des Wärmeübertragungselements 15 benachbart zu dem Wärmeaufnahmeblock 11 übertragen. Die Wärme wird dann von dem einen Ende zu dem anderen Ende des Wärmeübertragungselements 15 übertragen und dann von dem anderen Ende des Wärmeübertragungselements 15 zu dem gefrorenen Kühlmittel 13, das an der Innenwand des Distalendes des Abzweigungsabschnitts 12b anhaftet.
In einer existierenden Kühleinrichtung, die kein Wärmeübertragungselement 15 aufweist, können Temperaturdifferenzen in einem Wärmerohr aufgrund einer Niedrigtemperaturumgebung auftreten und Kühlmittel kann an dem Distalende des Wärmerohrs frieren. In diesem Fall, muss das Kühlmittel durch Wärmeübertragung zu dem Kühlmittel über das Wärmerohr geschmolzen werden. Unglücklicherweise wird die von den elektronischen Komponenten zu dem Wärmerohr übertragene Wärme an die Umgebungsluft vor der Ankunft an dem Distalende des Wärmerohrs abgegeben. Das gefrorene Kühlmittel kann dadurch nicht schnell in existierender Kühleinrichtung geschmolzen werden. Demgemäß kann das Kühlmittel nicht in Richtung eines Wärmeaufnahmeblocks zurückkehren und die von den elektronischen Komponenten über den Wärmeaufnahmeblock abgegebene Wärme aufnehmen. Die von den elektronischen Komponenten dadurch emittierte Wärme, kann nicht von dem Wärmerohr und Abstrahllamellen über das Kühlmittel abgegeben werden, was in einem unerfolgreichen Kühlen der elektronischen Komponenten resultieren kann.
Im Gegensatz dazu, weist die Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 das Wärmeübertragungselement 15 auf und kann dadurch bewirken, dass die Wärme zu dem gefrorenen Kühlmittel 13 schneller übertragen wird als in einer existierenden Kühleinrichtung, ohne durch die Umgebungsluft beeinflusst zu werden. Das gefrorene Kühlmittel 13 kann daher schnell in der Kühleinrichtung 1 schmelzen. Zusätzlich, kann das Wärmeübertragungselement 15 die Temperaturdifferenzen in dem Wärmerohr 12 kleiner als denen in einer existierenden Kühleinrichtung machen. Das Kühlmittel 13 in der Kühleinrichtung 1 kann daher genügend zirkulieren sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung und ermöglicht die Kühleinrichtung 1 die elektronischen Komponenten 33 zu kühlen.
Wie voranstehend beschrieben, weist die Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 das Wärmeübertragungselement 15 auf und kann daher ein schnelles Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 erreichen. Die Kühleinrichtung 1 kann daher die elektronischen Komponenten 33, sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung, kühlen.
Ausführungsform 2
Das Wärmeübertragungselement 15 kann jegliche Form aufweisen und kann durch jegliche Prozedur befestigt werden, vorausgesetzt, dass das Wärmeübertragungselement 15 das gefrorene Kühlmittel 13 schmelzen kann. Eine Kühleinrichtung 2 gemäß Ausführungsform 2, die in 7 dargestellt ist, weist des Weiteren Wärmeisolatoren 16 befestigt an die Innenwände der Distalende der Abzweigungsabschnitte 12b auf, zusätzlich zu den Komponenten der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1. Ein Mechanismus zum Kühlen der elektronischen Komponenten 33 in der Kühleinrichtung 2 und ein Mechanismus zum Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 in der Kühleinrichtung 2 sind ähnlich zu denen der Kühleinrichtung 1.
Jeder der Wärmeisolatoren 16 ist an der Innenwand des Distalendes des Abzweigungsabschnitts 12b bspw. mit einem Klebstoff befestigt. Der Wärmeisolator 16 weist ein Passloch 16a auf, in dem das Wärmeübertragungselement 15 passt. Der Wärmeisolator 16 ist aus einem Material hergestellt, das eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweist, wie etwa ein Harz oder Gummi. Der Wärmeisolator 16 weist eine niedrige thermische Leitfähigkeit auf und überträgt daher nicht einfach die Wärme der Luft um die Kühleinrichtung 2 zu dem Wärmeübertragungselement 15, das in dem Wärmeisolator 16 gepasst ist. Das Wärmeübertragungselement 15 ist daher weniger anfällig für die Temperatur der Luft, um die Kühleinrichtung 2 während des Schmelzens des gefrorenen Kühlmittels 13.
Das eine Ende des Wärmeübertragungselements 15 ist an der Innenwand des Kopfabschnitts 12a befestigt, wie in Ausführungsform 1. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 15 ist eingefügt in und passt in das Passloch 16a des Wärmeisolators 16. Das Wärmeübertragungselement 15 ist daher an beiden Enden befestigt. Das Wärmeübertragungselement 15 überträgt Wärme von dem einen Ende zu dem anderen Ende, wie in Ausführungsform 1.
Wie voranstehend beschrieben, ist das Wärmeübertragungselement 15 an mehreren Orten in der Kühleinrichtung 2 gemäß Ausführungsform 2 befestigt. Diese Struktur kann vermeiden, dass das Wärmeübertragungselement 15 in Kontakt mit dem Wärmerohr 12 kommt und eine Beschädigung aufgrund von Vibration bewirkt in dem Fall, wo die Kühleinrichtung 1 an einem Ort installiert ist, der Vibration ausgesetzt ist.
Das Wärmeübertragungselement 15 passt in den Wärmeisolator 16 und ist dadurch befestigt, und kann daher das gefrorene Kühlmittel 13 schmelzen, ohne durch die Temperatur der Luft um die Kühleinrichtung 2 beeinflusst zu werden.
Ausführungsform 3
Das Wärmeübertragungselement 15 kann jegliche Form aufweisen und durch irgendeine Prozedur befestigt sein, vorausgesetzt, dass das Wärmeübertragungselement 15 das gefrorene Kühlmittel 13 schmelzen kann. Eine Kühleinrichtung 3 gemäß Ausführungsform 3, die in 8 dargestellt ist, weist mindestens ein Wärmeübertragungselement 17 angeordnet innerhalb zumindest irgendeinem der Wärmerohre 12 auf. Ein Mechanismus zum Kühlen der elektronischen Komponenten 33 in der Kühleinrichtung 3 und ein Mechanismus zum Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 in der Kühleinrichtung 3 sind ähnlich zu denen der Kühleinrichtung 1.
Das Wärmeübertragungselement 17 ist innerhalb mindestens irgendeinem einem Wärmerohre 12 angeordnet, und erstreckt sich in Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11, im Detail in eine Richtung weg von der zweiten Hauptfläche 11b. Das Wärmeübertragungselement 17 ist aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, zum Beispiel, ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium. Das Wärmeübertragungselement 17 weist vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit gleich zu oder höher als die thermische Leitfähigkeit des Wärmerohrs 12 auf. Zum Beispiel kann das Wärmeübertragungselement 17 aus demselben Material wie das Wärmerohr 12 hergestellt sein.
Ein Ende des Wärmeübertragungselements 17 ist benachbart zu der Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs 12 angeordnet, das an dem Wärmeaufnahmeblock 11 angebracht ist. Im Detail ist das eine Ende des Wärmeübertragungselements 17 benachbart zu der Innenwand des Kopfabschnitts 12a angeordnet. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 17 ist an einer Position weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 als die Lamellen 14 angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 17 überträgt Wärme von dem einen Ende zu dem anderen Ende. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 17 ist vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Wärmerohrs 12 weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 angeordnet, das bedeutet, der Innenwand des Distalendes des Abzweigungsabschnitts 12b. Genauer gesagt ist das andere Ende des Wärmeübertragungselements 17 vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b derart angeordnet, dass die Wärme zu dem Kühlmittel 13 übertragen werden kann, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist.
In Ausführungsform 3 ist der Abzweigungsabschnitt 12b mit dem Wärmeübertragungselement 17 versehen, das darin eine spitz zulaufende Stabform aufweist. Das eine Ende des Wärmeübertragungselements 17 ist befestigt, durch eine Prozedur wie etwa Schweißen oder Löten, an der Innenwand des Kopfabschnitts 12a, an der der Abzweigungsabschnitt 12b angebracht ist. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 17 ist benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 17 kann das Kühlmittel 13 schmelzen, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist, was zu einem erfolgreichen Kühlen der elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung führt.
Die Kühlungseffizienz wird verschlechtert, wenn Wärme zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b übertragen wird, während das Kühlmittel 13 das Verdampfen und Kondensieren wiederholt und dadurch innerhalb des Abzweigungsabschnitts 12b zirkuliert, wobei keine Lamelle 14 an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b vorgesehen ist. In Ausführungsform 3 weist das eine Ende des Wärmeübertragungselements 17 einen Querschnitt orthogonal zu der Erstreckungsrichtung auf, der größer als der Querschnitt orthogonal zu der Erstreckungsrichtung an dem anderen Ende des Wärmeübertragungselements 17 ist. Diese Struktur bewirkt, dass Wärme weniger einfach von dem Wärmeübertragungselement 17 zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b übertragen wird, verglichen mit dem in der Kühleinrichtung 1, und kann dadurch vermeiden, dass die Kühlungseffizienz verschlechtert wird während das Kühlmittel 13 das Verdampfen und Kondensieren wiederholt und dadurch innerhalb des Abzweigungsabschnitts 12b zirkuliert. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 17 muss nur einen Querschnitt groß genug zum Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 aufweisen.
Wie voranstehend beschrieben, weist die Kühleinrichtung 3 gemäß Ausführungsform 3 das Wärmeübertragungselement 17 auf und kann daher die elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung kühlen und auch vermeiden, dass die Kühlungseffizienz verschlechtert wird, während das Kühlmittel 13 das Verdampfen und Kondensieren wiederholt und dadurch innerhalb des Abzweigungsabschnitts 12b zirkuliert.
Ausführungsform 4
Ausführungsform 4 zeigt eine Modifikation des Wärmeübertragungselements, das dazu in der Lage ist, das gefrorene Kühlmittel 13 schnell zu schmelzen. Die Struktur einer Kühleinrichtung 3 gemäß Ausführungsform 4 unterscheidet sich von der der Kühleinrichtung 3 gemäß Ausführungsform 3 darin, dass die Kühleinrichtung 3 gemäß Ausführungsform 4 das Wärmeübertragungselement 18 aufweist, das in 9 dargestellt ist. Ein Mechanismus zum Kühlen der elektronischen Komponenten 33 in der Kühleinrichtung 3 und ein Mechanismus zum Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 in der Kühleinrichtung 3 sind ähnlich zu denen der Kühleinrichtung 1.
Das Wärmeübertragungselement 18 ist innerhalb zumindest irgendeinem der Wärmerohre 12 angeordnet und erstreckt sich in Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11, im Detail in eine Richtung weg von der zweiten Hauptfläche 11b. Das Wärmeübertragungselement 18 ist aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, bspw. ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium. Das Wärmeübertragungselement 18 weist vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit gleich zu oder höher als die thermische Leitfähigkeit des Wärmerohrs 12 auf. Zum Beispiel kann das Wärmeübertragungselement 18 aus demselben Material wie das Wärmerohr 12 hergestellt sein.
Ein Ende des Wärmeübertragungselements 18 ist benachbart zu der Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs 12 angeordnet, das an dem Wärmeaufnahmeblock 11 angeordnet ist. Im Detail ist das eine Ende des Wärmeübertragungselements 18 benachbart zu der Innenwand des Kopfabschnitts 12a angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 18 weist mindestens eine Abzweigung auf und andere Enden, die Positionen weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 als die Lamellen 14 angeordnet sind. Das Wärmeübertragungselement 18 überträgt Wärme von dem einen Ende zu dem anderen Ende. Die anderen Enden des Wärmeübertragungselements 18 ist vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Wärmerohrs 12 weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 angeordnet, das bedeutet, die Innenwand des Distalendes des Abzweigungsabschnitts 12b. Genauer gesagt, sind die andere Enden des Wärmeübertragungselements 18 vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b derart angeordnet, dass die Wärme zu dem Kühlmittel 13 übertragen werden kann, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist.
Das Wärmeübertragungselement 18 weist mindestens eine Abzweigung auf und weist daher einen Oberflächenbereich größer als der Oberflächenbereich des Wärmeübertragungselements 17 auf. Das Wärmeübertragungselement 18 kann daher schneller das gefrorene Kühlmittel 13 schmelzen als das Wärmeübertragungselement 17.
In Ausführungsform 4 ist der Abzweigungsabschnitt 12b mit dem Wärmeübertragungselement 18 versehen, der in sich Abzweigungen aufweist. Das eine Ende des Wärmeübertragungselements 18 ist befestigt, durch eine Prozedur wie etwa Schweißen oder Löten, an der Innenwand des Kopfabschnitts 12a, an dem der Abzweigungsabschnitt 12b angebracht ist. Die anderen Enden des Wärmeübertragungselements 18 sind benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 18 ist in Richtung der individuellen anderen Enden verjüngt bzw. läuft spitz zu. Das Wärmeübertragungselement 18 kann das Kühlmittel 13, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist, schmelzen, was zum erfolgreichen Kühlen der elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung führt.
Wie voranstehend beschrieben, weist die Kühleinrichtung 3 gemäß Ausführungsform 4 das Wärmeübertragungselement 18 Abzweigungen auf und kann daher ein schnelleres Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 erreichen, aufgrund eines größeren Oberflächenbereichs des Wärmeübertragungselements 18. Die Kühleinrichtung 3 kann daher die elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung kühlen.
Ausführungsform 5
Ausführungsform 5 ist eine weitere Modifikation des Wärmeübertragungselements, das dazu in der Lage ist, das Kühlmittel 13 schnell zu schmelzen. Eine Kühleinrichtung 4 gemäß Ausführungsform 5, die in 10 dargestellt ist, weist ein Wärmeübertragungselement 19 auf, das sich in einer spiralförmigen (davor spiralartigen) Weise erstreckt, wie in den 10 und 11 dargestellt. Ein Mechanismus zum Kühlen der elektronischen Komponenten 33 in der Kühleinrichtung 4 und ein Mechanismus zum Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 in der Kühleinrichtung 4 sind ähnlich zu denen der Kühleinrichtung 1.
Das Wärmeübertragungselement 19 ist innerhalb zumindest irgendeinem von der Wärmerohre 12 angeordnet, und erstreckt sich auf spiralförmige Weise in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11, im Detail in eine Richtung weg von der zweiten Hauptfläche 11b. Das Wärmeübertragungselement 19 ist aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, zum Beispiel ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium. Das Wärmeübertragungselement 19 weist vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit gleich zu oder höher als die thermische Leitfähigkeit des Wärmerohrs 12 auf. Zum Beispiel kann das Wärmeübertragungselement 19 aus demselben Material wie das Wärmerohr 12 hergestellt sein.
Ein Ende des Wärmeübertragungselements 19 ist benachbart zu der Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs 12 angeordnet, der an dem Wärmeaufnahmeblock 11 angebracht ist. Im Detail ist das eine Ende des Wärmeübertragungselements 19 benachbart zu der Innenwand des Kopfabschnitts 12a angeordnet. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 19 ist in einer Position weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 als die Lamellen 14 angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 19 überträgt Wärme von dem einen Ende zu dem anderen Ende. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 19 ist vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Wärmerohrs 12 weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 angeordnet, das bedeutet, die Innenwand des Distalendes des Abzweigungsabschnitts 12b. Genauer gesagt ist das andere Ende des Wärmeübertragungselements 19 vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b derart ao, dass die Wärme zu dem Kühlmittel 13 übertragen werden kann, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet ist.
Das Wärmeübertragungselement 19 ist vorzugsweise benachbart zu der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet. Genauer gesagt ist das Wärmeübertragungselement 19 vorzugsweise benachbart zu der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b derart angeordnet, dass die Wärme zu dem gefrorenen Kühlmittel 13 übertragen werden kann, das an der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b anhaftet.
In Ausführungsform 5 ist der Abzweigungsabschnitt 12b mit dem Wärmeübertragungselement 19 darin versehen, das sich auf eine spiralförmige Weise erstreckt. Das eine Ende des Wärmeübertragungselements 19 ist befestigt durch eine Prozedur wie etwa Schweißen oder Löten, an der Innenwand des Kopfabschnitts 12a, an der der Abzweigungsabschnitt 12b angebracht ist. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 19 ist benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 19 kann das Kühlmittel 13 schmelzen, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist, was zu einem erfolgreichem Kühlen der elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung führt.
Wie voranstehend beschrieben, weist die Kühleinrichtung 4 gemäß Ausführungsform 5 das Wärmeübertragungselement 19 auf, das sich auf eine spiralförmige Weise erstreckt und kann daher ein schnelles Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 erreichen. Das Wärmeübertragungselement 19 ist näher an der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet im Vergleich zu dem in der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 1, und kann daher schneller das gefrorene Kühlmittel 13 schmelzen, das an der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b anhaftet. Die Kühleinrichtung 4 kann daher die elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung kühlen.
Ausführungsform 6
Ausführungsform 6 ist eine weitere Modifikation des Wärmeübertragungselements, das dazu in der Lage ist, das gefrorene Kühlmittel 13 schnell zu schmelzen. Eine Kühleinrichtung 5 gemäß Ausführungsform 6, die in 12 dargestellt ist, weist Wärmeübertragungselemente 20 auf, die aus plattenartigen Elementen hergestellt sind, die gekrümmte Oberflächen aufweisen. Ein Mechanismus zum Kühlen der elektronischen Komponenten 33 in der Kühleinrichtung 5 und ein Mechanismus zum Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 in der Kühleinrichtung 5 sind ähnlich zu denen der Kühleinrichtung 1.
Die Wärmeübertragungselemente 20 sind innerhalb mindestens irgendeinem der Wärmerohre 12 angeordnet, und erstrecken sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11, im Detail, in eine Richtung weg von der zweiten Hauptfläche 11b. Genauer gesagt, wie in 13 dargestellt, die eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 12 ist, sind die Wärmeübertragungselemente 20 aus plattenartigen Elementen hergestellt, die gekrümmte Oberflächen aufweisen, die sich entlang der Innenwand des Wärmerohrs 12 mit einem Zwischenraum von der Innenwand erstrecken. Genauer gesagt, weisen die Wärmeübertragungselemente 20 Formen auf, die durch Teilen eines mindestens zwei Segmente durch eine Ebene erlangt definiert werden, die die Zentralachse enthält. Die Wärmeübertragungselemente 20 sind aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, zum Beispiel, ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium. Die Wärmeübertragungselemente 20 weisen vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit gleich zu oder höher als die thermische Leitfähigkeit des Wärmerohrs 12 auf. Zum Beispiel können die Wärmeübertragungselemente 20 aus demselben Material wie das Wärmerohr 12 hergestellt sein.
Die einen Enden der Wärmeübertragungselemente 20 sind benachbart zu der Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs 12 angeordnet, das an dem Wärmeaufnahmeblock 11 angebracht ist. Im Detail sind die anderen Enden der Wärmeübertragungselemente 20 benachbart zu der Innenwand des Kopfabschnitts 12a angeordnet. Die anderen Enden der Wärmeübertragungselemente 20 sind an Positionen weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 als die Lamellen 14 angeordnet. Die Wärmeübertragungselemente 20 übertragen Wärme von den einen Enden zu den anderen Enden. Die anderen Enden der Wärmeübertragungselemente 20 sind vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Wärmerohrs 12 weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 angeordnet, das bedeutet, der Innenwand des Distalendes des Abzweigungsabschnitts 12b. Genauer gesagt, sind die anderen Enden der Wärmeübertragungselemente 20 vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b derart angeordnet, dass die Wärme zu dem Kühlmittel 13 übertragen werden kann, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist.
Die gekrümmten Oberflächen der Wärmeübertragungselemente 20 sind vorzugsweise benachbart zu der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet. Genauer gesagt, sind die gekrümmten Oberflächen der Wärmeübertragungselemente 20 vorzugsweise benachbart zu der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b derart angeordnet, dass die Wärme zu dem gefrorenen Kühlmittel 13 übertragen werden kann, das an der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b anhaftet.
In Ausführungsform 6 ist der Abzweigungsabschnitt 12b mit den zwei Wärmeübertragungselementen 20 darin bereitgestellt. Die Wärmeübertragungselemente 20 weisen gekrümmte Außenflächen auf und erstrecken sich entlang der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b mit Zwischenräumen von der Innenlateralwand. Die einen Enden der Wärmeübertragungselemente 20 sind befestigt, durch eine Prozedur, wie etwa Schweißen oder Löten, an der Innenwand des Kopfabschnitts 12a an dem der Abzweigungsabschnitt 12b angebracht ist. Die anderen Enden der Wärmeübertragungselemente 20 sind benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet. Die Wärmeübertragungselemente 20 können das Kühlmittel 13, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist, schmelzen, was zu einem erfolgreichem Kühlen der elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung führt.
Wie voranstehend beschrieben, weist die Kühleinrichtung 5 gemäß Ausführungsform 6 das Wärmeübertragungselemente 20 auf, das aus plattenartigen Elementen hergestellt ist, die gekrümmte Oberflächen aufweisen, und kann daher ein schnelles Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 erreichen. Die Wärmeübertragungselemente 20 sind näher an der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet im Vergleich mit denen der Kühleinrichtung gemäß Ausführungsform 1, und können daher schnell das gefrorene Kühlmittel 13 schmelzen, das an der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b anhaftet. Die Kühleinrichtung 5 kann daher die elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung kühlen.
Ausführungsform 7
Ausführungsform 7 ist eine weitere Modifikation des Wärmeübertragungselements, das dazu in der Lage ist, das gefrorene Kühlmittel 13 schnell zu schmelzen. Eine Kühleinrichtung 6 gemäß Ausführungsform 7, die in 14 dargestellt ist, weist ein Wärmeübertragungselement 21 auf, das aus einem Flachplattenelement hergestellt ist. Ein Mechanismus zum Kühlen der elektronischen Komponenten 33 in der Kühleinrichtung 6 und ein Mechanismus zum Schmelzen des gefrorenen Kühlmittels 13 in der Kühleinrichtung 6 sind ähnlich zu denen der Kühleinrichtung 1.
Das Wärmeübertragungselement 21 ist innerhalb zumindest irgendeinem der Wärmerohre 12 angeordnet, und erstreckt sich in Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11, im Detail, in eine Richtung weg von der zweiten Hauptfläche 11b. Genauer gesagt, ist das Wärmeübertragungselement 21 aus einem Flachplattenelement hergestellt, das mit Zwischenräumen von der Innenwand des Wärmerohrs 12 angeordnet ist. Das Wärmeübertragungselement 21 ist aus einem Material hergestellt, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, zum Beispiel, ein Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium. Das Wärmeübertragungselement 21 vorzugsweise eine thermische Leitfähigkeit gleich zu oder höher als die thermische Leitfähigkeit des Wärmerohrs 12 auf. Zum Beispiel kann das Wärmeübertragungselement 21 aus demselben Material wie das Wärmerohr 12 hergestellt sein.
Ein Ende des Wärmeübertragungselements 21 ist benachbart zu der Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs 12 angeordnet, das an dem Wärmeaufnahmeblock 11 angebracht ist. Im Detail ist das eine Ende des Wärmeübertragungselements 21 benachbart zu der Innenwand des Kopfabschnitts 12a angeordnet. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 21 ist an einer Position weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 als die Lamellen 14 angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 21 überträgt Wärme von dem einen Ende zu dem anderen Ende. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 21 ist vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Wärmerohrs 12 weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 angeordnet, das bedeutet, die Innenwand des Distalendes des Abzweigungsabschnitts 12b. Genauer gesagt, ist das andere Ende des Wärmeübertragungselements 21 vorzugsweise benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b derart angeordnet, dass die Wärme zu dem Kühlmittel 13 übertragen werden kann, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist.
In Ausführungsform 7 ist der Abzweigungsabschnitt 12b mit dem Wärmeübertragungselement 21 darin versehen. Das Wärmeübertragungselement 21 ist aus zwei Flachplattenelemente hergestellt, die sich in die Erstreckungsrichtung des Abzweigungsabschnitts 12b und die Z-Achsenrichtung erstrecken, und ein Flachplattensegment, das zwischen den zwei Flachplattenelementen gehalten ist, und sich in die Erstreckungsrichtung des Abzweigungsabschnitts 12b und der Y-Achsenrichtung erstreckt. Wie in 15 dargestellt, die eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in 14 ist, weist das Wärmeübertragungselement 21 eine H-Form in der YZ-Ebene auf. Das eine Ende des Wärmeübertragungselements 21 ist befestigt durch eine Prozedur wie etwa Schweißen oder Löten, an der Innenwand des Kopfabschnitts 12a, an dem der Abzweigungsabschnitt 12b angebracht ist. Das andere Ende des Wärmeübertragungselements 21 ist benachbart zu dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b angeordnet. Das Wärmeübertragungselement 21, das wie voranstehend beschrieben bereitgestellt ist, kann das Kühlmittel 13 schmelzen, das an dem Distalende des Abzweigungsabschnitts 12b gefroren ist, was zu einem erfolgreichem Kühlen der elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung führt.
Wie voranstehend beschrieben, weist die Kühleinrichtung 6 gemäß Ausführungsform 7 das Wärmeübertragungselement 21 auf, das aus einem Flachplattenelement hergestellt ist, und kann daher das gefrorene Kühlmittel 13 schnell schmelzen. Das Wärmeübertragungselement 21 ist näher an der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b im Vergleich zu dem in der Kühleinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 angeordnet, und kann daher das gefrorene Kühlmittel 13, das an der Innenlateralwand des Abzweigungsabschnitts 12b anhaftet, schneller schmelzen. Die Kühleinrichtung 6 kann daher die elektronischen Komponenten 33 sogar in einer Niedrigtemperaturumgebung kühlen.
Die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden, und einige der Komponenten können modifiziert oder ausgelassen werden, wie es geeignet ist.
In einem Beispiel können einige der Wärmerohre 12, die in der Kühleinrichtung 1 vorhanden sind, mit den Wärmeübertragungselementen 15 versehen sein, und andere können mit mindestens irgendeinem der Wärmeübertragungselemente 17, 18, 19, 20 und 21 bereitgestellt sein. Die Wärmeübertragungselemente 15, 17, 18, 19, 20 und 21 sind nicht notwendigerweise an allen der Wärmerohre 12 bereitgestellt und müssen nur an einigen der Wärmerohre 12 bereitgestellt sein.
Die voranstehend beschriebenen Positionen und Prozeduren zum Befestigen der Wärmeübertragungselemente 15, 17, 18, 19, 20 und 21 sind lediglich Beispiele und können zufällig modifiziert sein, vorausgesetzt, dass die Wärme, die von den elektronischen Komponenten 33 übertragen wird, das gefrorene Kühlmittel 13 schmelzen kann. In einem Beispiel weist eine Kühleinrichtung 7, die in 16 dargestellt ist, ein Wärmeübertragungselement 22 auf, von dem ein Ende an der unteren Kante in der Vertikalrichtung der Innenwand des Kopfabschnitts 12a befestigt ist. In einem anderen Beispiel, weist eine Kühleinrichtung 8, die in 17 dargestellt ist, ein Wärmeübertragungselement 23 auf, von dem ein Ende an der Innenwand des Kopfabschnitts 12a befestigt ist und das andere Ende an der Innenwand des Distalendes des Abzweigungsabschnitts 12b befestigt ist. In einem anderen Beispiel, können die Wärmeübertragungselemente 15, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und 23 an Wärmeisolatoren befestigt sein, die jegliche Form aufweisen und an den Abzweigungsabschnitten 12b befestigt sind.
Die Anzahl und Formen der Wärmeübertragungselemente 15, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und 23, die in den Wärmerohren 12 bereitgestellt sind, kann zufällig modifiziert werden, vorausgesetzt, dass die Wärme von den elektronischen Komponenten 33 zu dem gefrorenen Kühlmittel 13 übertragen werden kann. In einem Beispiel, wie dargestellt in 18, kann das Wärmerohr 12 mit vier Wärmeübertragungselementen 20 versehen sein. Die Wärmeübertragungselemente 20 weisen Formen auf, die durch Teilen eines Zylinders in vier Segmente durch gegenseitige orthogonale zwei Ebenen definiert sind, die die Zentralachse des Zylinders enthalten. In einem weiteren Beispiel, wie in 19 dargestellt, kann das Wärmeübertragungselement 21 aus Flachplattenelementen 21a und 21b hergestellt sein, die voneinander beabstandet sind. Das Flachplattensegment 21a erstreckt sich in der Erstreckungsrichtung des Abzweigungsabschnitts 12b und die Y-Achsenrichtung. Die zwei Flachplattenelemente 21b sind an beiden Seiten des Flachplattensegments 21a angeordnet.
Der Wärmeaufnahmeblock 11 muss nicht notwendigerweise eine Plattenform aufweisen und kann jegliche Form aufweisen, vorausgesetzt, dass die elektronischen Komponenten 33 an der ersten Hauptfläche 11a befestigt werden können und das Wärmerohr 12 an dem Wärmeaufnahmeblock 11 befestigt werden kann.
Das Wärmerohr 12 kann jegliche Struktur und jegliche Form aufweisen, vorausgesetzt, dass das Wärmerohr 12 die von den elektronischen Komponenten 33 übertragene Wärme abgeben kann. In einem Beispiel, weist eine Kühleinrichtung 9, die in 20 dargestellt ist, mindestens einen Wärmerohr 24 auf, das eine Form eines gebogenen Rohrs aufweist. Wie in 21 dargestellt, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E in 20 ist, ist das Wärmerohr 24 mit einem Wärmeübertragungselement 25 darin versehen, dass die Form eines gebogenen Stabes aufweist.
In einem weiteren Beispiel weist eine Kühleinrichtung 10, die in 22 dargestellt ist, mindestens einen Wärmerohr 26 auf, das in Kommunikation mit einer Nut 11d ist, die an dem Wärmeaufnahmeblock 11 ausgebildet ist. Ein Ende des Wärmerohrs 26 ist an dem Wärmeaufnahmeblock 11 befestigt. Ein Ende des Wärmeübertragungselements 15 ist an der Innenwand der Nut 11d befestigt, und das andere Ende ist benachbart zu dem Distalende des Wärmerohrs 26 weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock 11 angeordnet.
Der Abschnitt des Wärmerohrs 12 ist orthogonal zu der Erstreckungsrichtung muss nicht notwendigerweise eine kreisförmige Form aufweisen und kann auch eine abgeflachte Form aufweisen. Im Detail, muss der Abschnitt des Kopfabschnitts 12a oder der Abzweigungsabschnitt 12b orthogonal zu der Erstreckungsrichtung nicht notwendigerweise eine kreisförmige Form aufweisen und kann auch eine abgeflachte Form aufweisen. Die abgeflachte Form gibt eine Form an, die ausgebildet wird durch Verschmälern der Breite eines Teils der kreisförmigen Form gegenüber der originalen Breite und umfasst elliptische, stromlinienförmige und langgestreckte kreisförmige Formen. Die langgestreckte kreisförmige Form gibt eine Form an, die definiert ist durch zwei Kreise, die denselben Durchmesser aufweisen und die geraden Linien, die die Konturen der Kreise miteinander verbindet.
Die Anzahl der Wärmerohre 12, die an dem Wärmeaufnahmeblock 11 angebracht sind, kann zufällig modifiziert sein. Die Anzahl der Kopfabschnitte 12a und die Anzahl der Abzweigungsabschnitte 12b, die an jedem Kopfabschnitt 12a angebracht sind, kann auch zufällig bzw. beliebig modifiziert sein.
Die voranstehend beschriebene Anzahl von Lamellen 14 ist lediglich ein Beispiel und kann beliebig modifiziert sein.
Die elektronischen Komponenten 33, die an dem Wärmeaufnahmeblock 11 angebracht sind, können Schaltelemente sein, die Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke aufweisen. Die Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke enthalten ein Siliziumcarbid, Galliumnitridmartial oder Diamant, zum Beispiel.
Das Voranstehende beschreibt einige beispielhafte Ausführungsformen zu Erläuterungszwecken. Obwohl die voranstehende Diskussion spezifische Ausführungsformen präsentiert hat, erkennt der Fachmann, dass Änderungen gemacht werden können in Form und Detail, ohne sich von dem breiteren Geist und Geltungsbereich der Erfindung zu entfernen. Demgemäß, sind die Beschreibung und die Zeichnungen auf darstellende Weise anstatt auf beschränkende Weise aufzufassen und diese detaillierte Beschreibung ist daher nicht auf beschränkende Weise aufzunehmen und der Geltungsbereich der Erfindung ist nur durch die angeschlossenen Ansprüche definiert, zusammen mit dem vollen Bereich von Äquivalenten, der solchen Ansprüchen zuerkannt wird.
Bezugszeichenliste

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10: Kühleinrichtung
11: Wärmeaufnahmeblock
11a: Erste Hauptfläche
11b: Zweite Hauptfläche
11c, 11d: Nut
12, 24, 26: Wärmerohr
12a: Kopfabschnitt
12b: Abzweigungsabschnitt
13: Kühlmittel
14: Lamelle
15, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 25: Wärmeübertragungselement
16: Wärmeisolator
16a: Passloch
21a, 21b: Flachplattensegment
30: Leistungswandlervorrichtung
31a, 31b: Primäranschluss
32: Leistungswandler
33: Elektronische Komponente
33a, 33b, 33c, 33d, 33e, 33f: Schaltelement
34: Gehäuse
34a: Öffnung
35: Abdeckung
35a: Einlass-und Auslassanschluss
FC1: Filterkondensator
M1: Motor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4929325 [0004]

Claims

Kühleinrichtung, mit: einem Wärmeaufnahmeblock, der mit einem Wärmeemitter zu versehen ist; mindestens einem Wärmerohr, von dem ein Abschnitt an den Wärmeaufnahmeblock angebracht ist, wobei das Wärmerohr sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock erstreckt und ein Kühlmittel in sich einschließt; mindestens einem Wärmeübertragungselement, das innerhalb von zumindest irgendeinem von dem Wärmerohr angeordnet ist, wobei das Wärmeübertragungselement sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock erstreckt; und einer Lamelle, die an einer Außenfläche des Wärmerohrs angebracht ist, wobei das Wärmeübertragungselement ein Ende angeordnet benachbart zu einer Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs angeordnet aufweist, der an dem Wärmeaufnahmeblock angeordnet ist, und das Wärmeübertragungselement das andere Ende angeordnet an einer Position weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock als die Lamelle aufweist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungselement Wärme von dem einen Ende zu dem anderen Ende überträgt.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das eine Ende des Wärmeübertragungselements an der Innenwand des Abschnitts des Wärmerohrs befestigt ist, der an dem Wärmeaufnahmeblock angebracht ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das andere Ende des Wärmeübertragungselements benachbart zu einer Innenwand eines Distalendes des Wärmerohrs weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock angeordnet ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 4, wobei das andere Ende des Wärmeübertragungselements an der Innenwand des Distalendes des Wärmerohrs angebracht ist.
Kühleinrichtung nach Anspruch 4, des Weiteren mit: einem Wärmeisolator, der an der Innenwand des Distalendes des Wärmerohrs befestigt ist, wobei das andere Ende des Wärmeübertragungselements an dem Wärmeisolator angebracht ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das eine Ende des Wärmeübertragungselements einen Querschnitt orthogonal zu einer Erstreckungsrichtung größer als ein Querschnitt orthogonal zu der Erstreckungsrichtung an dem anderen Ende des Wärmeübertragungselements aufweist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Wärmeübertragungselement mindestens eine Abzweigung und andere Enden angeordnet an Positionen weiter weg von dem Wärmeaufnahmeblock als die Lamelle aufweist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Wärmeübertragungselement eine Stabform aufweist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Wärmeübertragungselement auf spiralartige Weise in Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock erstreckt.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Wärmeübertragungselement aus einem plattenartigen Element hergestellt ist, das eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die sich entlang einer Innenwand des Wärmerohrs mit einem Zwischenraum von der Innenwand erstreckt.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Wärmeübertragungselement aus einem Flachplattenelement hergestellt ist, das mit einem Zwischenraum von einer Innenwand des Wärmerohrs angeordnet ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das mindestens eine Wärmeübertragungselement eine Mehrzahl von Wärmeübertragungselementen ist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Wärmeübertragungselement eine thermische Leitfähigkeit gleich zu oder höher als eine thermische Leitfähigkeit des Wärmerohrs aufweist.
Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei jedes des mindestens einen Wärmerohrs, aufweist: einen Kopfabschnitt, der an dem Wärmeaufnahmeblock befestigt ist; und eine Mehrzahl von Abzweigungsabschnitten, die an dem Kopfabschnitt angebracht sind, die Abzweigungsabschnitte in Kommunikation mit dem Kopfabschnitt sind und sich in eine Richtung weg von dem Wärmeaufnahmeblock erstrecken.
Leistungswandlervorrichtung, mit: einem Leistungswandler zum Wandeln von zugeführter elektrischer Leistung in elektrische Leistung, die zu einer Last zuzuführen ist, und zum Zuführen der gewandelten elektrischen Leistung zu der Last; und der Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Leistungswandler eine elektronische Komponente entsprechend zu dem Wärmeemitter aufweist, die elektronische Komponente an dem Wärmeaufnahmeblock angebracht ist, der in der Kühleinrichtung vorhanden ist.