DE19704934A1 - Kühlschiene mit zwei Kanälen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlschiene mit zwei Kanälen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise bei Stromrichterge­ räten zur Kühlung der Halbleiterventile verwendet werden.

Aus der DE 41 31 739 ist eine Kühleinrichtung für elektrische Bauelemente mit zu­ mindest einem flüssigkeitsdurchströmten flachen Hohlraum sowie Zulauf- und Ab­ laufanschlüssen bekannt, wobei der Hohlraum zwischen zwei im wesentlichen plat­ tenförmigen Bauteilen gebildet ist, von denen mindestens ein erstes Bauteil aus Metall - vorzugsweise einer Leichtmetall-Legierung - besteht und wobei in dem Hohl­ raum eine etwa die Form eines gewellten Bandes aufweisende Einlage angeordnet ist. Die Einlage weist quer zur Durchströmungsrichtung eine Vielzahl von Wellen auf, die sich in Durchströmungsrichtung lediglich über eine Teilstrecke der Länge des Hohlraumes erstrecken, wobei mehrere Reihen solcher Wellen hintereinander angeordnet sind und wobei die jeweils nachfolgende Reihe gegenüber der vorher­ gehenden Reihe seitlich versetzt angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlschiene der eingangs genann­ ten Art anzugeben, die in einfacher und preiswerter Weise in unterschiedlichen Län­ gen und unterschiedlicher Anschlußkonfiguration der Kühlmediumeinlässe und Kühlmediumauslässe herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs­ gemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der vorgeschlagene konstruktive Aufbau der Kühlschiene ein Baukasten-System zur Produktion von Kühlschienen in unterschiedlichen, entsprechend der abzuführenden Wärmeleistung frei wählbaren Längen und unterschiedlicher Anschlußkonfiguration hinsichtlich der Kühlmediumeinlässe und Kühlmediumauslässe ermöglicht. Als Bau­ komponenten dieses Baukasten-Systems dienen Deckbleche, Zwischenwände, Lei­ sten, Einsätze und verschiedene Kühlmediumanschlüsse. Die Kühlschiene ermög­ licht die doppelseitige Kühlung von Halbleiterventilen - vorzugsweise aufgeschraub­ ten Halbleitermodulen - bei sehr hoher Leistungsdichte, was die Schaffung von Stromrichtergeräten mit vermindertem Raumbedarf und reduziertem Gewicht ermög­ licht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kühlschiene,

Fig. 2 eine Kühlschiene mit Ein- und Auslaß auf einer Seite,

Fig. 3 eine Kühlschiene mit Ein- und Auslaß auf entgegengesetzten Seiten.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Kühlschiene dargestellt. Die quaderförmige Kühlschiene 10 besteht aus zwei äußeren, die Breitseiten der Kühlschiene bilden­ den Deckblechen 1, 2, einer inneren Zwischenwand 3 und vier stabförmigen Leisten 4, 5, 6, 7, wobei jeweils ein Leisten seitlich zwischen Deckblech und Zwischenwand angeordnet ist, so daß die Schmalseiten der Kühlschiene durch die Sandwich- Struktur Deckblech/Leisten/Zwischenwand/Leisten/Deckblech gebildet wird. Die Deckbleche 1, 2, Zwischenwand 3 und Leisten 4, 5, 6, 7 bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei die Baukomponenten vorzugswei­ se im Vakuum miteinander verlötet sind.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, werden durch die vorstehend beschriebenen Baukom­ ponenten zwei an den Stirnseiten offene, für die Durchleitung eines Kühlmediums geeignete Kanäle gebildet, nämlich ein erster, durch Deckblech 1, Leisten 5, Zwi­ schenwand 3 und Leisten 4 begrenzter Kanal sowie ein zweiter, durch Deckblech 2, Leisten 6, Zwischenwand 3 und Leisten 7 begrenzter Kanal. In jeden Kanal sind Ein­ sätze 8 bzw. 9 eingeschoben - vorzugsweise aus wellenförmig gebogenen Blechen gebildet, die in Form einzelner Streifen innerhalb der Kanäle eingeschoben sind - wobei die wellenförmigen Strukturen der einzelnen Streifen gegeneinander versetzt sind, um eine intensive Verwirbelung des durch die Kanäle strömenden Kühlmedi­ ums zu erzielen. Derartige Einsätze in Form gewellter Bänder, die in mehreren Rei­ hen in Durchströmungsrichtung des Kühlmediums hintereinander angeordnet und deren wellenförmige Strukturen gegeneinander versetzt sind, sind wie bereits er­ wähnt aus der DE 41 31 739 A1 bekannt. Durch das Versetzen beginnt stets ein neuer Strömungsanlauf und die mittlere Temperaturgrenzschichtdicke wird erheblich reduziert, was den Wärmeübergangskoeffizienten und damit die Leistungsdichte vergrößert. Der Druckverlust ist sehr gering.

Als Kühlmedium kann eine Flüssigkeit - vorzugsweise Wasser - oder ein Gas - vor­ zugsweise Luft - eingesetzt werden.

Das in Fig. 1 skizzierte Konstruktionsprinzip ermöglicht in sehr einfacher Weise ge­ mäß einem Baukastenprinzip mit den Baukomponenten Deckbleche 1, 2, Zwischen­ wand 3, Leisten 4, 5, 6, 7, Einsätze 8, 9 die Herstellung von Kühlschienen 10 unter­ schiedlicher Länge, wobei die Einleitung und der Auslaß des Kühlmediums nicht im Kühlkörper selbst integriert ist, sondern an einer oder beiden Stirnseiten über stan­ dardisierte, für alle unterschiedlichen Längen passende Anschlüsse erfolgt. Dabei können die Einleitung und der Auslaß an der gleichen Stirnseite oder an beiden Stirnseiten erfolgen, wie die Fig. 2 und 3 zeigen.

In Fig. 2 ist eine Kühlschiene mit Ein- und Auslaß auf einer Stirnseite dargestellt. Bei dieser Variante ist die eine Stirnseite mit einem Kühlmediumanschluß 11 verschlos­ sen, der über einen Kühlmediumeinlaß 12 und einen Kühlmediumauslaß 13 verfügt. Kühlmediumeinlaß 12 und Kühlmediumauslaß 13 führen zu unterschiedlichen Kanä­ len der Kühlschiene 10. Die andere Stirnseite der Kühlschiene 10 ist mittels einer Kühlmediumumlenkung 14 abgeschlossen, welche die beiden Kanäle miteinander verbindet.

In Fig. 3 ist eine Kühlschiene mit Ein- und Auslaß auf entgegengesetzten Seiten dargestellt. Bei dieser Variante ist die eine Stirnseite mit einem Kühlmediuman­ schluß 15 abgeschlossen, der über einen Kühlmediumeinlaß 16 verfügt, welcher Verbindung zu beiden Kanälen der Kühlschiene hat. Die andere Stirnseite der Kühl­ schiene 10 ist mit einem Kühlmediumanschluß 17 abgeschlossen, der über einen Kühlmediumauslaß 18 verfügt, welcher ebenfalls Verbindung zu beiden Kanälen der Kühlschiene hat.

Die Kühlmediumanschlüsse 11, 15, 17 bestehen vorzugsweise ebenfalls aus Alumi­ nium oder einer Aluminiumlegierung. Die Verbindung zwischen den Deckblechen 1, 2 und Leisten 5 bis 7 einerseits und den Kühlmediumanschlüssen andererseits er­ folgt vorzugsweise ebenfalls mittels Löten.

Claims (3)

1. Kühlschiene für elektrische Bauelemente mit zwei von einem Kühlmedium durchströmbaren flachen Kanälen, in denen jeweils mindestens ein die Form eines gewellten Bleches aufweisender Einsatz (8, 9) angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen sandwichartigen Aufbau mit einer ersten Deckplatte (1), zwei seitlichen Lei­ sten (4, 5), einer Zwischenwand (3), zwei seitlichen Leisten (6, 7) und einer zweiten Deckplatte (2), wobei jeder Kanal von einer Deckplatte, der Zwischenwand und zwei seitlichen Leisten begrenzt wird und wobei die Stirnseiten der Kanäle mit Kühlmedi­ umanschlüssen (11, 15, 17) verbunden sind.

2. Kühlschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühl­ mediumanschluß (11) mit einem mit dem einen Kanal verbundenen Kühlmediumein­ laß (12) und einem mit dem anderen Kanal verbundenen Kühlmediumauslaß (13) an der einen Stirnseite und eine beide Kanäle miteinander verbindende Kühlmediu­ mumlenkung (14) an der anderen Stirnseite angeordnet sind.

3. Kühlschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühl­ mediumanschluß (15) mit einem mit beiden Kanälen verbundenen Kühlmediumein­ laß (16) an der einen Stirnseite und ein Kühlmediumanschluß (17) mit einem mit beiden Kanälen verbundenen Kühlmediumauslaß (18) an der anderen Stirnseite an­ geordnet sind.