DE112021006499T5

DE112021006499T5 - Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE112021006499T5
Application number: DE112021006499.1T
Authority: DE
Inventors: Tsungting HSIEH; Kwun-Yao Ho
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2023-11-16
Also published as: US20240049430A1; JP2022095195A; WO2022130660A1; CN116601765A

Abstract

Eine Kühlvorrichtung, die mindestens einen Wärmeerzeuger, der entlang einer Strömungsrichtung eines Kühlfluids bereitgestellt ist, durch das Kühlfluid kühlt, weist einen ersten Flächenabschnitt, der thermisch mit dem mindestens einen Wärmeerzeuger verbunden ist, und einen dem ersten Flächenabschnitt zugewandten zweiten Flächenabschnitt auf, wobei zwischen dem ersten Flächenabschnitt und dem zweiten Flächenabschnitt ein Strömungskanal gebildet ist, in dem das Kühlfluid strömt, wobei die Kühlvorrichtung eine Seitenwand aufweist, die den ersten Flächenabschnitt und den zweiten Flächenabschnitt miteinander verbindet und sich in Strömungsrichtung des Kühlfluids erstreckt, wobei eine Höhe der Seitenwand am Auslass des Strömungskanals von der Seite des zweiten Flächenabschnitts zur Seite des ersten Flächenabschnitts hin kleiner wird, wobei an einem Teil der Seitenwand mit verringerter Höhe wenigstens ein Teil des zweiten Flächenabschnitts ausgespart ist, und wobei ein Teil, an dem die Seitenwand an den ersten Flächenabschnitt angrenzt, denjenigen Wärmeerzeuger, der dem Auslass des Strömungskanals am nächsten ist, vollständig überlagert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, die einen Wärmeerzeuger wie etwa ein Halbleiterelement oder dergleichen kühlt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Halbleiterelementen wie etwa Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT, insulated gate bipolar transistor) ist beispielsweise in Patentdokument 1 offenbart. Bei der Kühlvorrichtung aus Patentdokument 1 sind auf einem horizontalen Plattenelement mehrere vertikale Lamellen bereitgestellt und bilden Lamellenströmungskanäle, die sich zwischen den Lamellen in horizontaler Richtung (Strömungsrichtung einer Kühlflüssigkeit) erstrecken. Es ist ein im Wesentlichen quaderförmiger Strömungskanal als eine Gruppe aus mehreren Lamellenströmungskanälen gebildet, und das den Wärmeerzeuger bildende Halbleiterelement wird gekühlt, indem die Kühlflüssigkeit durch diesen Strömungskanal strömt. Die Oberfläche des quaderförmigen Strömungskanals (die Größe der mit dem Wärmeerzeuger in Kontakt tretenden Oberfläche) und die Größe der Lamellen wirken sich stark auf die Kühlleistung der Kühlvorrichtung aus.
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE
Patentdokument 1: JP 2020 - 88 199 A
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
In Patentdokument 1 erstreckt sich der Strömungskanal in horizontaler Richtung, und die Höhe der Lamellen, die Seitenwände des Strömungskanals darstellen, ist vom Einlass bis zum Auslass des Strömungskanals unveränderlich, weshalb die Kühlflüssigkeit leicht in horizontaler Richtung in den Strömungskanal ein- und daraus herausströmen kann. Strömt allerdings die Kühlflüssigkeit in vertikaler Richtung in den Strömungskanal ein und daraus heraus, müssen die Lamellen am Einlass und am Auslass des Strömungskanals für Platz entfernt werden, um Platz (Übergangsraum) zu schaffen, in dem die in vertikaler Richtung strömende Kühlflüssigkeit allmählich ihre Richtung ändert und horizontal strömt. Wird dieser Platz bereitgestellt, muss jedoch ein Teil des Strömungskanals (Einlass/Auslass) wegfallen, sodass sich die Oberfläche des Strömungskanals verringert und die Kühlleistung der Kühlvorrichtung abnimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Struktur bereitzustellen, bei der ein Kühlfluid aus einer vertikalen Richtung an einem Bodenflächenabschnitt eines Strömungskanals ungehindert ein- und ausströmen kann und zugleich eine Abnahme der Kühlleistung der Kühlvorrichtung unterbunden werden kann.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEN
Bei einer Kühlvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Kühlvorrichtung, die mindestens einen Wärmeerzeuger, der entlang einer Strömungsrichtung eines Kühlfluids bereitgestellt ist, durch das Kühlfluid kühlt, aufweisend einen ersten Flächenabschnitt, der thermisch mit dem mindestens einen Wärmeerzeuger verbunden ist, und einen dem ersten Flächenabschnitt zugewandten zweiten Flächenabschnitt, wobei zwischen dem ersten Flächenabschnitt und dem zweiten Flächenabschnitt ein Strömungskanal gebildet ist, in dem das Kühlfluid strömt, wobei die Kühlvorrichtung eine Seitenwand aufweist, die den ersten Flächenabschnitt und den zweiten Flächenabschnitt miteinander verbindet und sich in Strömungsrichtung des Kühlfluids erstreckt, wobei eine Höhe der Seitenwand am Auslass des Strömungskanals von der Seite des zweiten Flächenabschnitts zur Seite des ersten Flächenabschnitts hin kleiner wird, wobei an einem Teil der Seitenwand mit verringerter Höhe wenigstens ein Teil des zweiten Flächenabschnitts ausgespart ist, und wobei ein Teil, an dem die Seitenwand an den ersten Flächenabschnitt angrenzt, denjenigen Wärmeerzeuger, der dem Auslass des Strömungskanals am nächsten ist, vollständig überlagert.
Wenn der Wärmeerzeuger an einer unteren Fläche des ersten Flächenabschnitts bereitgestellt ist, so kann die Struktur, bei der die Höhe der Seitenwand am Auslass des Strömungskanals zur Seite des ersten Flächenabschnitts hin kleiner wird und an einem Teil der Seitenwand mit verringerter Höhe wenigstens ein Teil des zweiten Flächenabschnitts ausgespart ist, als eine Struktur beschrieben werden, bei welcher eine Ausnehmung am oberen Abschnitt des Strömungskanals vorliegt. Aufgrund der Ausnehmung des oberen Abschnitts des Strömungskanals kann das Kühlfluid beim Austreten aus dem Strömungskanal leicht vom Strömungskanalbodenflächenabschnitt aus in vertikaler Richtung strömen. Da hingegen am unteren Abschnitt des Strömungskanals keine Ausnehmung vorliegt, kann der Bodenflächenabschnitt des Strömungskanals am Strömungskanalauslass bei Betrachtung in Draufsicht den am weitesten stromabwärts befindlichen Wärmeerzeuger vollständig bedecken. Das vollständige Bedecken des am weitesten stromabwärts befindlichen Wärmeerzeugers am Strömungskanalauslass bewirkt, dass die Kühlleistung für den weitesten stromabwärts befindlichen Wärmeerzeuger nicht verringert wird.
Auch eine Höhe der Seitenwand am Einlass des Strömungskanals kann von der Seite des zweiten Flächenabschnitts zur Seite des ersten Flächenabschnitts hin kleiner werden.
Die Kühlvorrichtung kann ferner einen ersten Vorsprung aufweisen, der an der Seitenwand bereitgestellt ist und den Strom des Kühlfluids zum ersten Flächenabschnitt lenkt.
Die Kühlvorrichtung kann ferner einen zweiten Vorsprung aufweisen, der stromabwärts des ersten Vorsprungs an der Seitenwand bereitgestellt ist und den Strom des Kühlfluids in einen Bereich mit geringer Strömungsgeschwindigkeit lenkt, welcher durch den ersten Vorsprung erzeugt wird.
Eine Position, an der der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung gebildet sind, kann der jeweiligen Position des mindestens einen Wärmeerzeugers entsprechen.
Der erste Vorsprung kann in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kühlfluids im Strömungskanal um einen ersten festgelegten Winkel geneigt sein, und der zweite Vorsprung kann in einem anderen Winkel als der erste festgelegte Winkel in Bezug auf die Längsrichtung des Strömungskanals geneigt sein. Alternativ können der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung um etwa 30 Grad in Bezug auf die Längsrichtung des Strömungskanals geneigt sein.
Die Höhe des Teils der Seitenwand mit verringerter Höhe kann höchstens 1/2 der Höhe desjenigen Teils betragen, dessen Höhe nicht verringert ist.
Die Höhe des Teils der Seitenwand mit verringerter Höhe muss nicht konstant sein.
Der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung können mit einer Seitenwand in Kontakt stehen, die der Seitenwand zugewandt ist.
Der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung können durch Stanzbearbeitung gebildet sein.
Der mindestens eine Wärmeerzeuger kann mittels eines plattenförmigen Elements an dem ersten Flächenabschnitt bereitgestellt sein, und das plattenförmige Element kann ein Kupferblech sein. Das plattenförmige Element kann durch eine Dampfkammer ersetzt werden, die einen Gehäusekörper aus Kupfer aufweist.
Der mindestens eine Wärmeerzeuger kann mittels der Dampfkammer an dem ersten Flächenabschnitt bereitgestellt sein.
Bei wenigstens einem von dem mindestens einen Wärmeerzeuger kann es sich um einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate handeln.
Der erste Flächenabschnitt, die Seitenwand und der zweite Flächenabschnitt können durch ein Blech in der Form einer eckigen Klammer ausgestaltet sein. Der Strömungskanal kann gebildet sein, indem mehrere Bleche in der Form einer eckigen Klammer parallel zum ersten Flächenabschnitt und senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlfluids aneinander gekoppelt sind.
Bei dem Blech in der Form einer eckigen Klammer kann es sich um ein Lamellenelement handeln. Der Strömungskanal kann durch mehrere Lamellenelemente gebildet sein. Das Blech kann ein Kupferblech sein.
Bei der Seitenwand kann es sich um mehrere Wärmeableitungslamellen handeln, die von dem ersten Flächenabschnitt in Richtung des zweiten Flächenabschnitts vertikal bereitgestellt sind.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Kühlfluid aus einer vertikalen Richtung an dem plattenförmigen Element des Strömungskanals ungehindert ein- und ausströmen, während zugleich eine Abnahme der Kühlleistung der Kühlvorrichtung unterbunden werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

1A ist eine perspektivische Außenansicht eines Kühlsystems mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1B ist eine transparente perspektivische Ansicht des Kühlsystems aus 1A.
1C ist eine perspektivische Ansicht der Kühlvorrichtung und eines durch die Kühlvorrichtung gekühlten Halbleiterelements.
2A ist eine perspektivische Ansicht der Kühlvorrichtung.
2B ist eine Ansicht, die eine Lamelle von mehreren Lamellen veranschaulicht, die einen Strömungskanal ausbilden.
2C ist eine Seitenansicht der Lamelle aus 2B.
3(a) ist eine Unterseitenansicht eines Zustands, in dem drei Halbleiterelemente mittels eines Plattenelements an dem Strömungskanal (Kühlvorrichtung) angebracht sind, und 3(b) ist eine Seitenansicht davon.
4 ist eine Schnittansicht, die das Strömen von Kühlfluid im Bereich eines Auslasses des Strömungskanals veranschaulicht.
5 ist eine Schnittansicht, die das Strömen von Kühlfluid im Bereich eines Strömungskanalauslasses des Strömungskanals eines ersten Vergleichsbeispiels veranschaulicht.
6 ist eine Schnittansicht, die das Strömen von Kühlfluid im Bereich des Strömungskanalauslasses des Strömungskanals eines zweiten Vergleichsbeispiels veranschaulicht.
7 ist eine Unterseitenansicht des zweiten Vergleichsbeispiels.
8 ist eine erläuternde Ansicht eines an der Lamelle bereitgestellten Vorsprungs einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine erläuternde Ansicht eines dritten Vergleichsbeispiels.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Kühlsystems mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
11 ist eine schematische Schnittansicht der Kühlvorrichtung der zweiten Ausführungsform.
12 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines vierten Vergleichsbeispiels.

AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden nachstehend Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen sind nur ein Beispiel für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung, doch können an der vorliegende Erfindung geeignete Modifikationen oder Änderungen je nach Vorrichtung oder System, auf die bzw. das die vorliegende Erfindung angewandt wird, und je nach den jeweiligen Bedingungen vorgenommen werden; auch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgenden Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform
1A ist eine Außenansicht eines Kühlsystems 22 mit einer Kühlvorrichtung 20 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1B ist eine transparente perspektivische Ansicht des Kühlsystems 22 aus 1A. 1C ist eine perspektivische der Kühlvorrichtung 20, eines Plattenelements 28, auf dem die Kühlvorrichtung 20 ruht, und von drei Halbleiterelementen 51, 52, 53, die unterhalb des Plattenelements 28 liegen und durch die Kühlvorrichtung 20 gekühlt werden. In 1C sind ein Einleitrohr 24 für Kühlfluid, ein erster Verbindungsabschnitt 25, ein Abdeckungselement 26, ein zweiter Verbindungsabschnitt 31 und ein Auslassrohr 30, die nachstehend beschrieben werden, nicht gezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei den Halbleiterelementen 51, 52, 53 um Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT).
Das Kühlsystem 22 weist ein Einleitrohr (einlassseitiges Rohr) 24, durch das Kühlfluid (Pfeil A) in die Kühlvorrichtung 20 eingeleitet wird, ein die Kühlvorrichtung 20 bedeckendes Abdeckungselement 26, das Plattenelement 28, auf dem die Abdeckungselement 26 ruht, und ein Auslassrohr (auslassseitiges Rohr) 30 auf, in dem Kühlfluid (Pfeil B) aus der Kühlvorrichtung 20 heraus strömt. Die Kühlvorrichtung 20 ist auf dem Plattenelement 28 und im Inneren des Abdeckungselements 26 gelegen. Bei dem Kühlfluid handelt es sich beispielsweise um Wasser oder Öl. Bei dem Plattenelement 28 handelt es sich beispielsweise um ein Kupferblech. Zwar ist das Plattenelement 28 (Kupferblech) zwischen den Halbleiterelementen 51-53 und der Kühlvorrichtung 20 bereitgestellt, doch da Kupfer eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann die Kühlleistung der Kühlvorrichtung 20 aufrechterhalten werden.
In der vorliegenden Schrift wird eine Längsrichtung des Plattenelements 28 wie gezeigt in 1A als X-Richtung, eine Höhenrichtung des Plattenelements 28 als Z-Richtung und eine zur X-Richtung und Z-Richtung vertikale Richtung als Y-Richtung bezeichnet. Eine durch die X-Richtung und die Y-Richtung definierte Ebene wird in der vorliegenden Ausführungsform als horizontale Ebene bezeichnet. Die Z-Richtung kann auch als vertikale Richtung bezeichnet werden. Die +Z-Richtung wird als Aufwärtsrichtung und die -Z-Richtung als Abwärtsrichtung bezeichnet.
Am stromabwärtigen Ende des Einleitrohrs 24 ist ein erster Verbindungsabschnitt 25 bereitgestellt, der das Einleitrohr 24 mit dem einen Ende des Abdeckungselements 26 (in 1A dem linken Ende) verbindet. Das stromabwärtige Ende des ersten Verbindungsabschnitts 25 ist mit einem Strömungskanaleinlass 34a der Kühlvorrichtung 20 verbunden. Am stromaufwärtigen Ende des Auslassrohrs 30 ist ein zweiter Verbindungsabschnitt 31 bereitgestellt, der das Auslassrohr 30 mit dem anderen Ende des Abdeckungselements 26 (in 1A dem rechten Ende) verbindet. Das stromaufwärtige Ende des zweiten Verbindungsabschnitts 31 ist mit einem Strömungskanalauslass 34b der Kühlvorrichtung 20 verbunden.
Kühlfluid, das wie bei Pfeil A durch das Einleitrohr 24 einströmt, strömt im Wesentlichen horizontal, bis es den ersten Verbindungsabschnitt 25 erreicht. Wenn das Kühlfluid den ersten Verbindungsabschnitt 25 erreicht hat, wird seine Strömungsrichtung durch den ersten Verbindungsabschnitt 25 von der horizontalen Richtung zur vertikalen Richtung verändert, und es strömt abwärts. Wenn das Kühlfluid aus dem ersten Verbindungsabschnitt 25 in das Abdeckungselement 26 eintritt, strömt es in horizontaler Richtung durch den Strömungskanal 34 der Kühlvorrichtung 20.
Das Kühlfluid strömt also parallel zum Plattenelement 28 in X-Richtung. Wenn das Kühlfluid den Strömungskanalauslass 34b der Kühlvorrichtung 20 erreicht, wird seine Strömungsrichtung durch den zweiten Verbindungsabschnitt 31 von der horizontalen Richtung zur vertikalen Richtung verändert, und es strömt aufwärts. Dann strömt das Kühlfluid aus dem zweiten Verbindungsabschnitt 31 in das Auslassrohr 30 und wird wie bei Pfeil B aus dem Kühlsystem 22 abgegeben.
Bei dem Plattenelement 28 handelt es sich, wie in 1C gezeigt, um ein rechteckiges plattenförmiges Element. Die Längsrichtung des Plattenelements 28 stimmt mit der X-Richtung überein. Da die drei Halbleiterelemente 51, 52, 53 an der unteren Fläche des Plattenelements 28 bereitgestellt sind, sind sie in 1C durch gestrichelte Linien dargestellt. Die Kühlvorrichtung 20 weist im Wesentlichen die Form eines Quaders auf, und im Inneren der Kühlvorrichtung 20 ist ein Strömungskanal 34 gebildet, in dem das Kühlfluid in X-Richtung strömt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Höhe auf der Seite des Auslasses 34b des Strömungskanals 34 (in der Figur die rechte Seite) verringert.
2A ist eine perspektivische Ansichten der Kühlvorrichtung 20 und 2B ist eine Ansicht, die eine von mehreren Lamellen 36 veranschaulicht, die den Strömungskanal 34 ausbilden. 2A und 2B sind perspektivische Ansichten bei Betrachtung aus der -Y-Richtung. 2C ist eine Seitenansicht der Lamelle 36 aus der Y-Richtung und zeigt die Rückseite der Lamelle 36 aus 2B.
Wie in 2B zu erkennen ist, weist die Lamelle 36 bei Betrachtung aus der X-Richtung das Profil einer eckigen Klammer auf. Der Teil, welcher der oberen Seite der eckigen Klammer entspricht, wird als Oberseitenabschnitt 36a der Lamelle 36 bezeichnet, der Teil, welcher der unteren Seite entspricht, als der Unterseitenabschnitt 36c der Lamelle 36 bezeichnet, und der Teil, der der senkrechten Seite entspricht, die den Oberseitenabschnitt und den Unterseitenabschnitt verbindet, wird als Seitenabschnitt 36b der Lamelle 36 bezeichnet. Die Lamelle 36 ist durch ein Blech in Form einer eckigen Klammer ausgebildet. Bei dem Blech (der Lamelle 36) handelt es sich beispielsweise um ein Kupferblech. Da die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer hoch ist, eignet es sich als Material zum Bilden der Kühlvorrichtung 20.
Der Unterseitenabschnitt 36c der Lamelle 36 kann auch als erster Flächenabschnitt, der Oberseitenabschnitt 36a als zweiter Flächenabschnitt und der Seitenabschnitt 36b als Seitenwand bezeichnet werden. Der zweite Flächenabschnitt (Oberseitenabschnitt 36a) ist ein dem ersten Flächenabschnitt (Unterseitenabschnitt 36c) zugewandter Flächenabschnitt. Zwischen dem ersten Flächenabschnitt (Unterseitenabschnitt 36c) und dem zweiten Flächenabschnitt (Oberseitenabschnitt 36a) ist der Strömungskanal 34 gebildet, durch den das Kühlfluid strömt. Die Seitenwand 36b ist eine Seitenwand, die den ersten Flächenabschnitt und den zweiten Flächenabschnitt miteinander verbindet und sich in Strömungsrichtung des Kühlfluids erstreckt.
Wie in 2B zu erkennen ist, sind an dem Seitenabschnitt 36b der Lamelle 36 mehrere Vorsprünge 38a, 38b bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist durch zwei Vorsprünge 38a, 38b ein Paar Vorsprünge 38 ausgebildet, und am Seitenabschnitt 36b der Lamelle 36 sind mehrere Paare Vorsprünge 38 bereitgestellt. Die mehreren Paare Vorsprünge 38 sind in festgelegten Abständen in X-Richtung angeordnet. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Vorsprünge 38a auch als erste Vorsprünge und die Vorsprünge 38b als zweite Vorsprünge bezeichnet. Die ersten Vorsprünge 38a und die zweiten Vorsprünge 38b springen in 2B vom Papier aus nach vorne (in Y-Richtung) vor. Die ersten Vorsprünge 38a und die zweiten Vorsprünge 38b sind durch Stanzbearbeitung gebildet. In 2C sind die ersten Vorsprünge 38a und die zweiten Vorsprünge 38b nicht zu sehen, doch ist ein durch Stanzbearbeitung gebildetes rautenförmiges Loch 40 gezeigt. Einzelheiten zu den ersten Vorsprüngen 38a und den zweiten Vorsprüngen 38b werden nachstehend erläutert.
Wie in 2B zu erkennen ist, sind am Oberseitenabschnitt 36a der Lamelle 36 mehrere Klauenabschnitte 42 und Eingriffslöcher 43 bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung 20 (der Strömungskanal 34) ist durch Koppeln von mehreren Lamellen 36 in Form einer eckigen Klammer (2B) in -Y-Richtung ausgebildet. Das heißt, die Kühlvorrichtung 20 ist gebildet, indem die Lamellen 36 in einer Richtung senkrecht zur X-Richtung parallel zum Oberseitenabschnitt 36a (Strömungsrichtung des Kühlfluids) gekoppelt sind. Beim Verbinden von zwei Lamellen 36 in -Y-Richtung greift der Klauenabschnitt 42 einer Lamelle 36 in das Eingriffsloch 43 der anderen Lamelle 36 ein. Zwischen den benachbarten Lamellen 36 ist ein sich in X-Richtung erstreckender Lamellenzwischenströmungskanal 34c gebildet, und durch mehrere solche Lamellenzwischenströmungskanäle 34c ist der Strömungskanal 34 ausgebildet. Die ersten Vorsprünge 38a und die zweiten Vorsprünge 38b springen zwischen benachbarten Lamellen 36 von der Seitenwand 36b der einen Lamelle 36 vor und stehen mit der Seitenwand 36b der anderen Lamelle 36 in Kontakt. Die Breite des Lamellenzwischenströmungskanals 34c (Abmessung in Y-Richtung) ist also gleich dem Vorsprungmaß der ersten Vorsprünge 38a und der zweiten Vorsprünge 38b.
3(a) ist eine Unterseitenansicht eines Zustands, in dem die drei Halbleiterelemente 51, 52, 53 mittels des Plattenelements 28 an der Kühlvorrichtung 20 angebracht (thermisch damit verbunden) sind, und 3(b) ist eine Seitenansicht davon. Wie in 3(b) zu erkennen ist, sind die Halbleiterelemente 51, 52, 53 an einer Unterseitenfläche 28b des Plattenelements 28 in Strömungsrichtung des Kühlfluids (X-Richtung) in festgelegten Abständen bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung 20 ist auf einer Oberseitenfläche 28a des Plattenelements 28 bereitgestellt. Da der Unterseitenabschnitt 36c der Lamelle 36 als erster Flächenabschnitt bezeichnet wird, lässt sich sagen, dass der erste Flächenabschnitt 36c der Lamelle 36 ein Flächenabschnitt ist, der mittels des Plattenelements 28 mit dem mindestens einen Wärmeerzeuger (Halbleiterelemente 51-53) thermisch verbunden ist.
Wie in 3(a) gezeigt, sind in der vorliegenden Ausführungsform von den drei Halbleiterelementen 51-53 die Halbleiterelemente 52 und 53 vollständig unter der Kühlvorrichtung 20 gelegen. Das heißt, die gesamte Oberseitenfläche des Halbleiterelements 52 steht (mittels des Plattenelements 28) mit der Kühlvorrichtung 20 in Kontakt, und auch die gesamte Oberseitenfläche des Halbleiterelements 53 steht (mittels des Plattenelements 28) mit der Kühlvorrichtung 20 in Kontakt. Durch diese Ausgestaltung überlagert der Teil des Seitenwandabschnitts 36b der Lamelle 36, der an den Unterseitenabschnitt 36c angrenzt, das Halbleiterelement 53, das dem Auslass 34b des Strömungskanals 34 am nächsten ist, vollständig. Wenn das Kühlfluid im Strömungskanal 34 in X-Richtung strömt, wird die Wärme der Halbleiterelemente 51, 52, 53, welche Wärmeerzeuger sind, auf das Kühlfluid übertragen, und die Temperatur des Kühlfluids steigt von stromaufwärts im Strömungskanal 34 in Stromabwärtsrichtung an. Damit auch das am weitesten stromabwärts gelegene Halbleiterelement 53 ausreichend durch die Kühlvorrichtung 20 gekühlt werden kann, liegt das Halbleiterelement 53 daher vollständig unter der Kühlvorrichtung 20.
In der vorliegenden Ausführungsform wird zudem die Höhe der Seitenwand 36b der Lamelle 36 am Auslass 34b des Strömungskanals 34 vom Oberseitenabschnitt 36a zum Unterseitenabschnitt 36c hin kleiner. Genauer ist eine Höhe H1 der Lamelle 36 am Auslass 34b des Strömungskanals 34 um die Hälfte oder mehr reduziert (auf eine Höhe H2 gebracht). Die Höhe H2 des Teils der Seitenwand 36b mit verringerter Höhe beträgt somit höchstens 1/2 der Höhe H1 desjenigen Teils, dessen Höhe nicht verringert ist. Der Grund für die Reduzierung der Höhe der Lamelle 36 von H1 auf H2 wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Der Teil, an dem die Höhe der Lamelle 36 verringert ist, wird als niedriger Abschnitt 36d bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Höhe H2 des niedrigen Abschnitts 36d konstant. An dem niedrigen Abschnitt 36d ist der Oberseitenabschnitt 36a der Lamelle 36 bis auf einen Teil (36e) weggelassen.
4 ist eine Schnittansicht im Bereich des Auslasses 34b des Strömungskanals 34. In 4 sind auch der zweite Verbindungsabschnitt 31 und das Abdeckungselement 26 gezeigt. Wie oben beschrieben, beträgt in der vorliegenden Ausführungsform am Auslass 34b des Strömungskanals 34 die Höhe der Lamelle 36 die Hälfte oder weniger. Auch ist am niedrigen Abschnitt 36d der Oberseitenabschnitt 36a der Lamelle 36 größtenteils weggelassen. Kühlfluid, das in X-Richtung durch den Strömungskanal 34 strömt (Pfeil C), ändert somit am Auslass 34b des Strömungskanals 34 wie durch Pfeil D gezeigt von dem niedrigen Abschnitt 36d zum zweiten Verbindungsabschnitt 31 hin ungehindert seine Richtung. Wenn das Kühlfluid in den zweiten Verbindungsabschnitt 31 eintritt, strömt es, wie durch Pfeil E gezeigt, in Z-Richtung. In 4 wird der einfachen Erläuterung halber die Veränderung des Kühlfluidstroms aufgrund der Vorsprünge 38a, 38b ignoriert. Die Veränderung des Kühlfluidstroms aufgrund der Vorsprünge 38a, 38b wird nachstehend anhand von 8 beschrieben.
Bei der Struktur von 4 nimmt die Höhe der Seitenwand 36b am Auslass 34b des Strömungskanals 34 von der Seite des Oberseitenabschnitt 36a zur Seite des Unterseitenabschnitts 36c ab. Diese Struktur kann als eine Struktur beschrieben werden, bei welcher eine Ausnehmung am oberen Abschnitt des Strömungskanals 34 (oberen Abschnitt der Kühlvorrichtung 20) vorliegt. Aufgrund der Ausnehmung des oberen Abschnitts des Strömungskanals 34 kann das Kühlfluid beim Austreten aus dem Strömungskanal 34 leicht vom Strömungskanalbodenflächenabschnitt (Unterseitenabschnitt 36c) aus in vertikaler Richtung strömen. Das heißt, bei der Struktur aus 4 wird durch den niedrigen Abschnitt 36d ein Übergangsraum gebildet, in dem das Kühlfluid seine Strömungsrichtung allmählich von der horizontalen Richtung zur vertikalen Richtung ändern kann.
Da hingegen am unteren Abschnitt (Unterseitenabschnitt 36c) des Strömungskanals 34 keine Ausnehmung vorliegt, kann der Bodenflächenabschnitt der Kühlvorrichtung 20 am Strömungskanalauslass 34b bei Betrachtung in Draufsicht das Halbleiterelement 53 vollständig bedecken. Da die Temperatur des Kühlfluids zunimmt, je weiter stromabwärts es strömt, besteht das Problem, dass am Strömungskanalauslass die Kühlleistung für den am weitesten stromabwärts gelegenen Wärmeerzeuger (das Halbleiterelement 53) reduziert ist. Indem in der vorliegenden Ausführungsform das Halbleiterelement 53 vollständig durch die Kühlvorrichtung 20 bedeckt ist, wird bewirkt, dass die Kühlleistung für das Halbleiterelement 53 nicht verringert wird.
Die durch diese Ausgestaltung erzielte Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 5, 6 und 7 beschrieben.
5 ist eine Schnittansicht des Bereichs des Strömungskanalauslasses 34b an einer Kühlvorrichtung 100 eines ersten Vergleichsbeispiels. Im ersten Vergleichsbeispiel bleibt die Höhe der Lamelle 36 bei H1 und die Lamelle 36 weist keinen niedrigen Abschnitt auf. Im ersten Vergleichsbeispiel ist die Länge der Lamelle 36 in X-Richtung die gleiche wie in 4. Da im ersten Vergleichsbeispiel der niedrige Abschnitt 36d nicht an der Lamelle 36 gebildet ist, wird kein Übergangsraum gebildet, in dem das Kühlfluid seine Richtung allmählich von der horizontalen Richtung zur vertikalen Richtung ändern kann. Der Kühlfluidstrom am Strömungskanalauslass 34b wird daher eingeschränkt, sodass das Kühlfluid nicht ungehindert aus dem Strömungskanal 34 zum zweiten Verbindungsabschnitt 31 strömen kann.
6 ist eine Schnittansicht des Bereichs des Strömungskanalauslasses 34b an einer Kühlvorrichtung 200 eines zweiten Vergleichsbeispiels. Im zweiten Vergleichsbeispiel ist die Länge der Lamelle 36 in X-Richtung verkürzt, um einen Übergangsraum zu bilden, in dem das Kühlfluid seine Richtung allmählich von der horizontalen Richtung zur vertikalen Richtung ändern kann. Ebenso wie im ersten Vergleichsbeispiel bleibt die Höhe der Lamelle 36 bei H1, und die Lamelle 36 weist keinen niedrigen Abschnitt auf.
Im zweiten Vergleichsbeispiel kann das Kühlfluid seine Richtung allmählich von der horizontalen Richtung zur vertikalen Richtung ändern. Da jedoch der Übergangsraum gebildet ist, in dem das Kühlfluid seine Strömungsrichtung allmählich von der horizontalen Richtung zur vertikalen Richtung ändern kann, ist die Bodenfläche der Kühlvorrichtung 200 weggeschnitten, weshalb die Kühlvorrichtung 200 das Halbleiterelement 53 nicht vollständig bedecken kann. Infolgedessen sinkt die Kühlleistung für das Halbleiterelement 53. 7 ist eine Unterseitenansicht des zweiten Vergleichsbeispiels. Wie in 7 gezeigt, bedeckt die Kühlvorrichtung 200 das Halbleiterelement 53 nicht vollständig.
Im Vergleich zum ersten und zweiten Vergleichsbeispiel kann bei der Kühlvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform (4) das Kühlfluid ungehindert am Strömungskanalauslass 34b strömen, ohne dass sich die Kühlleistung für das Halbleiterelement 53 verringert.
Unter Bezugnahme auf 8 werden als Nächstes die Vorsprünge 38 der Kühlvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zur Beschreibung der Wirkungsweise der Vorsprünge 38 wird unter Bezugnahme auf 9 der Kühlfluidstrom bei einer Ausgestaltung beschrieben, bei der die Vorsprünge 38 nicht bereitgestellt sind (Vergleichsbeispiel 3).
Wie oben beschrieben, sind an der Seitenwand 36b der Lamelle 36 die ersten Vorsprünge 38a und die zweiten Vorsprünge 38b bereitgestellt. Die ersten Vorsprünge 38a sind Vorsprünge, die den Kühlfluidstrom auf den Bodenflächenabschnitt 36c der Lamelle 36 lenken.
Wie in 8 gezeigt, strömt das im Strömungskanal 34 strömende Kühlfluid bis zum Erreichen der ersten Vorsprünge 38a wie durch Pfeil F gezeigt im Strömungskanal 34 entlang. Der Strom von Pfeil F ist, wie in 9 gezeigt, in der Mitte des Strömungskanals schneller, während die Strömungsgeschwindigkeit zu der Strömungskanalwand hin abnimmt. Der Grund dafür ist, dass an der Strömungskanalwand aufgrund der Viskosität des Kühlfluids eine Grenzschicht 90 erzeugt wird (in 9 mit Punkten gezeigt). Es ist bekannt, dass das Bilden der Grenzschicht 90 die Kühlleistung reduziert. In der vorliegenden Ausführungsform wird daher, wie durch die Pfeile G1, G2 in 8 gezeigt, der Kühlfluidstrom im Strömungskanal 34 durch die ersten Vorsprünge 38a in Richtung des Bodenflächenabschnitts 36c der Lamelle 36 gelenkt, sodass die Grenzschicht seitens des Plattenelements 28, an dem das Halbleiterelement 53 angebracht ist, zerstört wird (oder die Erzeugung der Grenzschicht reduziert wird), wodurch eine Verringerung der Kühlleistung unterbunden wird.
Wenn durch die ersten Vorsprünge 38a der Kühlfluidstrom zum Lamellenbodenflächenabschnitt 36c (Bodenflächenabschnitt des Strömungskanals 34) gelenkt wird, besteht die Möglichkeit, dass stromabwärts der ersten Vorsprünge 38a ein Bereich 56 mit geringer Strömungsgeschwindigkeit entsteht. Da die Kühlleistung in einem Bereich mit geringer Strömungsgeschwindigkeit abnimmt, wird eine Verringerung der Kühlleistung unterbunden, indem der Kühlfluidstrom durch die zweiten Vorsprünge 38b zum Bereich 56 mit geringer Strömungsgeschwindigkeit gelenkt wird (Pfeile J1, J2).
Da die Vorsprünge 38 (die ersten Vorsprünge 38a und die zweiten Vorsprünge 38b) Elemente zum Aufrechterhalten der Kühlleistung der Kühlvorrichtung 20 (zum Unterbinden einer Verringerung der Kühlleistung) sind, entsprechen Positionen, an denen die Vorsprünge 38 gebildet sind, den Positionen der Halbleiterelemente 51, 52, 53, wie in 3 gezeigt. Somit kann gemäß der Kühlvorrichtung 20 der vorliegenden Ausführungsform eine ausreichende Kühlung der Wärmeerzeuger (51-53) durchgeführt werden.
Abwandlungsbeispiel
Die Kühlvorrichtung 20 der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise sind die folgenden Änderungen möglich. (1) Zwischen der Kühlvorrichtung 20 und dem Plattenelement 28 kann ein Wärmerohr bereitgestellt sein. Durch das Wärmerohr kann die Wärmeableitungseffizienz der Kühlvorrichtung 20 erhöht werden. (2) Das Plattenelement 28 kann durch eine Dampfkammer ersetzt werden. Der Gehäusekörper der Dampfkammer ist beispielsweise aus Kupfer hergestellt. Indem anstelle des Plattenelements 28 eine Dampfkammer benutzt wird, kann die Wärmeableitungseffizienz der Kühlvorrichtung 20 erhöht werden.
(3) Die Kühlvorrichtung 20 muss nicht durch die mehreren Lamellen 36 in Form einer eckigen Klammer ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung 20 durch ein erstes Plattenelement, mehrere Wärmeableitungslamellen, die von dem ersten Plattenelement aus vertikal zu einem zweiten Plattenelement bereitgestellt sind, und ein zweites Plattenelement ausgebildet sein, das so bereitgestellt ist, dass es die mehreren Wärmeableitungslamellen bedeckt. Auch in diesem Fall wird zwischen dem ersten Plattenelement und dem zweiten Plattenelement ein Strömungskanal gebildet, und am Auslass des Strömungskanals ist die Höhe der Wärmeableitungslamellen von der Seite des zweiten Plattenelements zur Seite des ersten Plattenelements hin verringert. Bei dieser Kühlvorrichtung weisen die Lamellen anstelle der Form einer eckigen Klammer die Form eines I auf. Es können auch mehrere L-förmige Lamellen aneinander gekoppelt sein, über denen ein Plattenelement bereitgestellt ist, um einen Strömungskanal (Kühlvorrichtung) zu bilden, und die Höhe der Lamellen am Auslass des Strömungskanals kann verringert sein.
(4) Die Höhe H2 des niedrigen Abschnitts 36d muss nicht konstant sein. Beispielsweise kann der niedrige Abschnitt 36d schräg sein. Wenn er schräg ist, kann die Höhe H2 des niedrigen Abschnitts 36d beispielsweise zum Strömungskanalauslass 34b hin abnehmen.
(5) Bei den Halbleiterelementen 51-53 handelt es sich um ein Beispiel für die Wärmeerzeuger, doch die Kühlvorrichtung 20 kann auch auf andere Wärme erzeugende Objekte als auf Halbleiterelemente angewandt werden.
(6) Es sind drei Halbleiterelemente 51-53 an der Kühlvorrichtung 20 angebracht, doch reicht es aus, wenn die Anzahl der Halbleiterelement mindestens eins beträgt.
(7) Bei den Halbleiterelementen 51, 52, 53 handelt es sich um Bipolartransistoren mit isoliertem Gate, doch kann es sich bei einem oder zwei der drei Halbleiterelemente auch nicht um Bipolartransistoren mit isoliertem Gate handeln. Anstelle von Bipolartransistoren mit isoliertem Gate kann es sich beispielsweise um Feldeffekttransistoren oder dergleichen handeln. Auch kann es sich bei allen drei Halbleiterelementen 51-53 um Feldeffekttransistoren handeln.
(8) In 3 ist bei dem Halbleiterelement 51, das dem Strömungskanaleinlass am nächsten ist, nur ein Teil des Halbleiterelements 51 unter der Kühlvorrichtung 20 gelegen, doch kann auch das gesamte Halbleiterelement 51 unter der Kühlvorrichtung 20 gelegen sein. Das heißt, der Teil, an dem der Seitenwandabschnitts 36b der Lamelle 36 an den Unterseitenabschnitt 36c angrenzt, kann das Halbleiterelement 51 vollständig überlagern. In diesem Fall ist die Lamelle 36 in X-Richtung verlängert, wobei die Höhe der Lamelle 36 am Verlängerungsteil H2 beträgt. Das heißt, die Lamelle kann am Strömungskanaleinlass 34a den niedrigen Abschnitt als den Verlängerungsteil aufweisen. Diese Ausgestaltung wird nachstehend als zweite Ausführungsform erörtert.
Wenn die Höhe des Seitenwandabschnitts 36b der Lamelle 36 auch am Einlass 34a des Strömungskanals 34 verkleinert ist, kann beim Eintreten des Kühlfluids in den Strömungskanal 34 das in vertikaler Richtung (Abwärtsrichtung) im ersten Verbindungsabschnitt 25 strömende Kühlfluid seinen Winkel allmählich zur horizontalen Richtung ändern, weshalb es leichter in den Strömungskanal 34 einströmt. Da der untere Abschnitt des Strömungskanals 34 (der Unterseitenabschnitt 36c der Lamelle 36) nicht ausgespart ist, kann die Bodenwand der Kühlvorrichtung 20 am Strömungskanaleinlass 34a das Halbleiterelement 51 bedecken, wodurch das Halbleiterelement 51 ausreichend gekühlt werden kann.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 10-12 eine Kühlvorrichtung 120 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Kühlsystems 122, das die Kühlvorrichtung 120 beinhaltet. 10 ist als transparente Ansicht dargestellt. 11 ist eine Schnittansicht des mit 11 bezeichneten Teils von 10 und zeigt Details im Bereich des Strömungskanalauslasses der Kühlvorrichtung 120 bei Betrachtung aus der -X-Richtung. 12 ist eine Ansicht eines vierten Vergleichsbeispiels und eine vergrößerte Schnittansicht einer Ausgestaltung, die dem in 11 mit 12 bezeichneten Teil entspricht.
In der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche Ausgestaltungen wie in der ersten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform versehen. Bei dem Kühlsystem 122 ist die Form des Einleitrohrabschnitts 124, des ersten Verbindungsabschnitts 125, des Abdeckungselements 126, des Auslassrohrabschnitts 130 und des zweiten Verbindungsabschnitts 131 anders als bei dem Kühlsystem 22. Die Anordnung der Halbleiterelemente 51-53 in Bezug auf das Plattenelement 28 ist die gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
Der Hauptunterschied zwischen der Kühlvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform und der Kühlvorrichtung 120 der zweiten Ausführungsform liegt darin, dass die Lamelle 136b am Strömungskanaleinlass einen niedrigen Abschnitt aufweist. Der Strom des Kühlfluids in der Kühlvorrichtung 120 ist ungefähr gleich wie in der ersten Ausführungsform, doch da die Lamelle 136b am Strömungskanaleinlass den niedrigen Abschnitt aufweist, kann das aus dem ersten Verbindungsabschnitt 125 in den Strömungskanaleinlass eintretende Kühlfluid vom niedrigen Abschnitt der Lamelle 136b ungehindert in den Strömungskanal einströmen. Die Lamelle 136b ist im Vergleich zur ersten Ausführungsform in -X-Richtung verlängert, und die Lamelle 136b bedeckt bei Betrachtung von oben das Halbleiterelement 51 vollständig. Im Folgenden werden vor allem die Unterschiede zur Kühlvorrichtung 20 der ersten Ausführungsform beschrieben.
Die Kühlvorrichtung 120 weist ein einzelnes Bodenflächenelement 136c, mehrere Seitenwandabschnitte (Lamellen) 136b, die sich von dem Bodenflächenelement 136c in Z-Richtung erstrecken, und ein Oberseitenelement 136a auf, das über den mehreren Lamellen 136b bereitgestellt ist. In 11 ist dabei der einfachen Darstellung halber die Oberseite des Oberseitenelements 136a durch eine strichpunktierte Linie gezeigt. Ebenso wie in der ersten Ausführungsform weist die Kühlvorrichtung 120 am Strömungskanalauslass 34b einen niedrigen Abschnitt 136d auf. Zwischen benachbarten Lamellen 136b ist der Lamellenzwischenströmungskanal 34c gebildet. Das Plattenelement 28 ist unter dem Bodenflächenelement 136c gelegen.
In der vorliegenden Ausführungsform bedeckt der zweite Verbindungsabschnitt 131 den gesamten Auslassbereich der Kühlvorrichtung 120. Der zweite Verbindungsabschnitt 131 weist einen oberen Abschnitt 131a und einen unteren Abschnitt 131b auf. Der obere Abschnitt 131a des zweiten Verbindungsabschnitts 131 ragt über das Oberseitenelement 136a der Kühlvorrichtung 120 hinaus nach oben vor. Der obere Abschnitt 131a des zweiten Verbindungsabschnitts 131 ist mit dem Auslassrohrabschnitt 130 verbunden. Der zweite Verbindungsabschnitt 131 ist mit dem Abdeckungselement 126 einstückig.
Da die Kühlvorrichtung 120 am Strömungskanalauslass den niedrigen Abschnitt 136d aufweist, ist die Höhe der Lamelle 136 vom Strömungskanaleinlass 34a bis vor den Strömungsein- und -auslass 34b H1, während die Höhe am Strömungskanalauslass 34b H2 ist. Auch am Strömungskanaleinlass weist die Kühlvorrichtung 120 einen niedrigen Abschnitt 136d auf.
In der vorliegenden Ausführungsform springt der obere Abschnitt 131a des zweiten Verbindungsabschnitts 131 im Vergleich zum unteren Abschnitt 131b in Breitenrichtung des Strömungskanals nach innen vor und erstreckt sich zum oberen Abschnitt der Kühlvorrichtung 120, weshalb beim Strömen des Kühlfluids aus dem Strömungskanalauslass 34b zum oberen Abschnitt 131a des zweiten Verbindungsabschnitts 131 der obere Abschnitt 131a des zweiten Verbindungsabschnitts 131 auf den beiden Seiten in Breitenrichtung des Strömungskanals ein Hindernis für das Kühlfluid darstellen kann. Würde, wie in 12 gezeigt, die Kühlvorrichtung 120 (bzw. die Lamelle 136) keinen niedrigen Abschnitt 136d aufweisen, so würde sich der Abstand zwischen dem oberen Abschnitt 131a des zweiten Verbindungsabschnitts 131 und dem Oberseitenelement 136a der Kühlvorrichtung 120 verkleinern und den Kühlfluidstrom hemmen.
Wie in 11 gezeigt, weist jedoch die Lamelle 136 in der vorliegenden Ausführungsform den niedrige Abschnitt 136d auf, weshalb für das Kühlfluid ausreichend Platz zum Strömen zwischen dem Oberseitenelement 136a der Kühlvorrichtung 120 und dem oberen Abschnitt 131a des zweiten Verbindungsabschnitts 131 gewährleistet wird.
Die zweite Ausführungsform ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise können in geeigneter Weise die als Abwandlungsbeispiele für die erste Ausführungsform beschriebenen Ausgestaltungen (1) bis (7) auf sie angewandt werden.
ERLÄUTERUNG DER BEZUGSZEICHEN

20: Kühlvorrichtung
34: Strömungskanal
36: Lamelle
36a: Oberseitenabschnitt
36b: Seitenabschnitt (Seitenwandabschnitt)
36c: Unterseitenabschnitt
36d: niedriger Abschnitt
38a: erster Vorsprung
38b: zweiter Vorsprung
51, 52, 53: Halbleiterelement
H1: Höhe der Lamelle
H2: Höhe des niedrigen Abschnitts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020088199 A [0003]

Claims

Kühlvorrichtung, die mindestens einen Wärmeerzeuger, der entlang einer Strömungsrichtung eines Kühlfluids bereitgestellt ist, durch das Kühlfluid kühlt, gekennzeichnet durch einen ersten Flächenabschnitt, der thermisch mit dem mindestens einen Wärmeerzeuger verbunden ist, und einen dem ersten Flächenabschnitt zugewandten zweiten Flächenabschnitt, wobei zwischen dem ersten Flächenabschnitt und dem zweiten Flächenabschnitt ein Strömungskanal gebildet ist, in dem das Kühlfluid strömt, wobei die Kühlvorrichtung eine Seitenwand aufweist, die den ersten Flächenabschnitt und den zweiten Flächenabschnitt miteinander verbindet und sich in Strömungsrichtung des Kühlfluids erstreckt, wobei eine Höhe der Seitenwand am Auslass des Strömungskanals von der Seite des zweiten Flächenabschnitts zur Seite des ersten Flächenabschnitts hin kleiner wird, wobei an einem Teil der Seitenwand mit verringerter Höhe wenigstens ein Teil des zweiten Flächenabschnitts ausgespart ist, und wobei ein Teil, an dem die Seitenwand an den ersten Flächenabschnitt angrenzt, denjenigen Wärmeerzeuger, der dem Auslass des Strömungskanals am nächsten ist, vollständig überlagert.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe der Seitenwand am Einlass des Strömungskanals von der Seite des zweiten Flächenabschnitts zur Seite des ersten Flächenabschnitts hin kleiner wird.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch einen ersten Vorsprung, der an der Seitenwand bereitgestellt ist und den Strom des Kühlfluids zum ersten Flächenabschnitt lenkt.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, ferner gekennzeichnet durch einen zweiten Vorsprung, der stromabwärts des ersten Vorsprungs an der Seitenwand bereitgestellt ist und den Strom des Kühlfluids in einen Bereich mit geringer Strömungsgeschwindigkeit lenkt, welcher durch den ersten Vorsprung erzeugt wird.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position, an der der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung gebildet sind, der jeweiligen Position des mindestens einen Wärmeerzeugers entspricht.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorsprung in Bezug auf die Strömungsrichtung des Kühlfluids im Strömungskanal um einen ersten festgelegten Winkel geneigt ist und der zweite Vorsprung in einem anderen Winkel als der erste festgelegte Winkel in Bezug auf die Längsrichtung des Strömungskanals geneigt ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung um etwa 30 Grad in Bezug auf die Längsrichtung des Strömungskanals geneigt sind.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Teils der Seitenwand mit verringerter Höhe höchstens 1/2 der Höhe desjenigen Teils beträgt, dessen Höhe nicht verringert ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Teils der Seitenwand mit verringerter Höhe nicht konstant ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung mit einer Seitenwand in Kontakt stehen, die der Seitenwand zugewandt ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung durch eine Stanzbearbeitung gebildet sind.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeerzeuger mittels eines plattenförmigen Elements an dem ersten Flächenabschnitt bereitgestellt ist und das plattenförmige Element ein Kupferblech ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmigen Element eine Dampfkammer mit einem Gehäusekörper aus Kupfer ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeerzeuger mittels der Dampfkammer an dem ersten Flächenabschnitt bereitgestellt ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei wenigstens einem von dem mindestens einen Wärmeerzeuger um einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate handelt.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flächenabschnitt, die Seitenwand und der zweite Flächenabschnitt durch ein Blech in der Form einer eckigen Klammer ausgestaltet sind, wobei der Strömungskanal gebildet ist, indem mehrere Bleche in der Form einer eckigen Klammer parallel zum ersten Flächenabschnitt und senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlfluids aneinander gekoppelt sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Bleche in der Form einer eckigen Klammer Lamellenelemente sind und der Strömungskanal durch mehrere der Lamellenelemente gebildet ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche Kupferbleche sind.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Seitenwand um mehrere Wärmeableitungslamellen handelt, die von dem ersten Flächenabschnitt in Richtung des zweiten Flächenabschnitts vertikal bereitgestellt sind.