DE19709934B4

DE19709934B4 - Kühlgerät zum Sieden und Kondensieren eines Kältemittels

Info

Publication number: DE19709934B4
Application number: DE19709934A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Kariya Osakabe; Kiyoshi Kariya Kawaguchi; Masahiko Kariya Suzuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: FR2746492B1; FR2746492A1; US6527045B1; KR100260676B1; KR19980069709A; US20030019612A1; US7004239B2; DE19709934A1

Abstract

Kühlgerät zum Sieden und Kondensieren eines Kältemittels, wodurch ein Hochtemperaturmedium abgekühlt wird, mit:
einem Kältemitteltank (3) zum Aufnehmen des flüssigen Kältemittels, welches durch die vom Hochtemperaturmedium (2) übertragene Wärme teilweise zum Sieden gebracht und in ein gasförmiges Kältemittel verdampft wird, wobei ein Gas/flüssig gemischtes Kältemittel aus gasförmigen und flüssigen Kältemittels ausgegeben wird, und
einem Kühler (4), der mit dem Kältemitteltank (3) zum Aufnehmen des vom Kältemitteltank (3) kommenden Gas/flüssig gemischten Kältemittels verbunden ist, wodurch die Wärme des Gas/flüssig gemischten Kältemittels an ein Niedertemperaturmedium zum Kondensieren des gasförmigen Kältemittels übertragen wird und das flüssige Kältemittel sowie das kondensierte flüssige Kältemittel an den Kältemitteltank (3) zurückgeführt wird, wobei
der Kühler (4) aus
einem Kühldurchgang (42) zum Kondensieren des gasförmigen Kältemittels und
einer Kondensationskühlfläche-Verringerungs-Verhinderungsvorrichtung (461, 421, 411) besteht, die eine Verringerung einer Kühlfläche des Kühldurchgangs (42), in dem das gasförmige Kältemittel kondensiert wird, verhindert und in dem...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühlgerät zum Sieden und Kondensieren eines Kältemittels, welches die Fähigkeit aufweist, die von einem Hochtemperaturmedium, wie beispielsweise einem Wärmekörper von Halbleitervorrichtungen oder elektrischen Geräten, erzeugte Wärme zu absorbieren, um dadurch das Hochtemperaturmedium abzukühlen.
Zum Abkühlen der von einem als Hochtemperaturmedium wirkenden Wärmekörper sind Kühlgeräte zum Sieden und Kondensieren eines Kältemittels bekannt. Aus der JP-A-56-147457 sind derartige herkömmliche Kühlgeräte bekannt, bei denen eine Überflutung des aufsteigenden Kältemittels, welches zum Sieden gebracht und verdampft wurde und des flüssigen Kältemittels, welches in einem Radiator bzw. Kühler gekühlt wurde, und in einen Kältemitteltank innerhalb des Geräts zurückkehrt, verhindert, d.h. ein Phänomen, bei dem beide zur Durchführung einer wirkungsvollen Wärmetauschoperation miteinander zusammenstoßen.
Das in der JP-A-56-147457 offenbarte Kühlgerät besitzt einen Kältemitteltank zum Aufbewahren eines Kältemittels, das mittels der vom Wärmekörper erzeugten Wärme zum Sieden gebracht und verdampft wird, einen Einström-Durchgang mit einem im Wesentlichen einheitlichen Durchmesser, der mit dem Kältemitteltank in Verbindung steht, einem Kühler mit einer Vielzahl von Kühldurchgängen, die mit dem Einström-Durchgang in Verbindung stehen, und einem Ausström-Durchgang, durch den das im Kühler kondensierte und verflüssigte Kältemittel zum Kältemitteltank zurückgeführt wird.
Gemäß diesem Kühlgerät steigen in einem normalen Betriebszustand (bei dem ein abgestrahlter Wärmebetrag klein ist) Bläschen des Kältemittels auf, wobei das Kältemittel durch den Einström-Durchgang in einer Gasphase hindurchströmt und die Wärme überträgt. Genauer gesagt, gelangt das gasförmige Kältemittel (Gasphase) in direkten Kontakt mit den die Kühldurchgänge definierenden Wänden, so daß die Wärme direkt an die Wände abgegeben bzw. übertragen wird (Kondensations-Wärmetransfer).
Sobald jedoch der abzugebende Betrag ansteigt, sprudeln die Bläschen des Kältemittels sehr stark auf, wobei ein Teil des Kältemittels in flüssiger Phase durch den Einström-Durchgang fließt, so daß die Wärme sowohl durch das gasförmige als auch das flüssige Kältemittel (Gasphase, flüssige Phase) übertragen wird. Das flüssige Kältemittel überträgt die Wärme nicht durch Kondensation, sondern durch Zwangskonvektion, d.h. durch die Wärmeübertragung des flüssigen Kältemittels an die Wand der Kühldurchgänge. Der Wirkungsgrad bei Wärmeübertragung mittels Zwangskonvenktion beträgt ca. 1/10 bis 1/20 des Wirkungsgrads bei Wärmeübertragung mittels Kondensation.
Da der beim Kühlgerät gemäß JP-A-56-147457 mit dem Kältemitteltank in Verbindung stehende Einström-Durchgang einen im Wesentlichen einheitlichen bzw. gleichförmigen Durchmesser aufweist, fließt ein relativ großer Betrag des flüssigen Kältemittels in die Kühldurchgänge, wodurch die Kühleigenschaften des gesamten Kühlgeräts merklich verschlechtert werden.
Da der mit dem Kältemitteltank in Verbindung stehende Einström-Durchgang des in der JP-A-56-147457 offenbarten Kühlgeräts einen im Wesentlichen einheitlichen Durchmesser aufweist, ist der Strömungswiderstand darüber hinaus im Einstrom-Durchgang relativ gering. Deshalb kann das gasförmige Kältemittel, welches aufsteigt und den Einlaß-Durchgang erreicht, leicht an einem Endabschnitt des Einström-Durchgangs am Einlaß des Einström-Durchgangs verbleiben, wodurch der Endabschnitt des Einström-Durchgangs auf eine hohe Temperatur aufgewärmt wird. Selbst wenn das Kühlgerät eine Vielzahl von Kühldurchgängen aufweist, kann die Temperatur der von den Endabschnitten entfernt liegenden Abschnitten der Kühldurchgänge relativ gering sein, weshalb die Wärme nicht wirkungsvoll abgegeben werden kann. Folglich ist die Kühlleistung des Kühlgeräts im Vergleich zur Größe des Kühlers gering.
Aus der EP 0 409 179 A1 und der US 5 203 399 A sind weitere Vorichtungen bekannt, insbesondere ein Wärmeübertragungsrohr (heat pipe) sowie ein Kühlgerät (cooling apparatus).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlgerät zu schaffen, mit dem eine Verschlechterung der Kühlleistung verhindert wird.
Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kühlgerät zu schaffen, mit der ein Eindringen eines flüssigen Kältemittels (Kältemittel in flüssiger Phase) in die Kühldurchgänge verhindert werden kann.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kühlgerät zu schaffen, das einen Kühler mit einer Vielzahl von Kühldurchgängen aufweist, die Wärme mit einer im Wesentlichen gleichen jeweiligen Abstrahlrate abgeben.
Der Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, ein Kühlgerät zu schaffen, das einen Kühler mit einer Vielzahl von Kühldurchgängen aufweist und ein Kältemittel mit im Wesentlichen gleichen Strömungsgeschwindigkeiten an die Kühldurchgänge verteilt.
Gemäß einem Teilaspekt der vorliegenden Erfindung besitzt ein Kühler eine Adhäsionsbetrag-Verringerungsvorrichtung zum Verringern einer durch einen Kältemitteltank fließenden flüssigen Kältemittelmenge, welche an der inneren Oberfläche des Kühldurchgangs anhaftet, so daß eine Fläche für die Wärmeübertragung mittels Kondensation im Kühldurchgang vergrößert werden kann.
Gemäß einem weiteren Teilaspekt der vorliegenden Erfindung besitzt ein Kühlgerät einen Kühler mit einem Einström-Durchgang, in den das Gas/flüssig gemischte Kältemittel aus einem Kältemitteltank fließt, einen Ausström-Durchgang zum Ausgeben des Kältemittels zum Kältemitteltank, und einen Kühldurchgang, der mit dem Einström-Durchgang und dem Ausström-Durchgang in Verbindung steht, wobei der Einström-Durchgang einen Abschnitt mit einem großen Durchmesser und einen Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser aufweist, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Abschnitts mit großen Durchmesser ist, und die wechselweise in einer Richtung ausgebildet sind, in der das Gas/flüssig gemischte Kältemittel fließt bzw. strömt.
Wenn ein abzugebender Wärmebetrag groß ist, erzeugt das Kältemittel Bläschen im Kältemitteltank, wodurch sowohl Kältemittel in Gasphase als auch in flüssiger Phase in den Einström-Durchgang einströmt bzw. einfließt. Der im Einström-Durchgang in Flußrichtung des Kältemittels ausgebildete Abschnitt mit kleinem Durchmesser unterdrückt bzw. verringert das Einströmen des flüssigen Kältemittels in den benachbarten Kühldurchgang. Das vom Abschnitt mit kleinem Durchmesser aufgestaute flüssige Kältemittel wird in den Kältemitteltank zurückgeführt. Da die in den Kühldurchgängen fließende Menge von flüssigem Kältemittel durch den Abschnitt mit kleinem Durchmesser verringert wird, kann die Fläche für die Wärmeübertragung mittels Kondensation vergrößert werden.
Der Kältemitteltank kann im Inneren Verdampfungsdurchgänge, durch die das gasförmige Kältemittel nach Verdampfung mittels der von einem Hochtemperaturmedium übertragenen Wärme sowie das flüssige Kältemittel aufsteigen, und einen Durchgang für Kondensationsflüssigkeit aufweisen, durch den das flüssige Kältemittel nach Abkühlung und Kondensation in den Kühler absteigt. Daher kann die Überflutung, bei dem das siedende Kältemittel und das kondensierte Kältemittel miteinander zusammenstoßen, verhindert werden.
Gemäß einem weiteren Teilaspekt der vorliegenden Erfindung besitzt ein Kühlgerät einen Kühler, der mit einem Rückführabschnitt für flüssiges Kältemittel, bei dem eine Einström-Rückführkammer mit einer Öffnung mit kleinem Durchmesser integral eines Kältemittel-Tankauslaßes ausgebildet ist, und einen kleineren Durchmesser aufweist als der innere Durchmesser des Kühlers, wodurch das flüssige Kältemittel durch die Öffnung mit kleinem Durchmesser zurückgestaut wird, und einem Rückführ-Durchgang ausgestattet ist, der mit einer Ausström-Rückführkammer in Verbindung steht, um das gestaute flüssige Kältemittel zum Kältemitteltank zurückzuführen.
Der unterste Abschnitt der Öffnung mit kleinem Durchmesser kann um eine vorbestimmte Höhe oberhalb der Bodenoberfläche der Einström-Rückführkammer des Rückkehrabschnitts für das flüssige Kältemittel liegen. Daher kann das vom Kältemitteltank hochgekochte flüssige Kältemittel des durch den Kältemitteltank-Auslaß fließenden Gas/flüssig gemischten Kältemittels wirkungsvoll aufgestaut werden.
Die Öffnung mit kleinem Durchmesser kann durch Stanzen in eine im Wesentlichen eliptische oder rechteckige Form gebracht werden. Daher kann das flüssige Kältemittel des Gas/flüssig gemischten Kältemittels, welches durch den Kältemitteltank-Auslaß hindurchgetreten ist, wirkungsvoll aufgestaut werden, so daß eine effektive Fläche des Kühlers vergrößert wird und die Kühlleistung verbessert wird.
Jede Bodenoberfläche der Kühldurchgänge kann vom Kältemitteltank-Auslaß zum Kältemitteltank-Einlaß geneigt sein bzw. schräg hängen, wodurch das kondensierte flüssige Kältemittel von den Kühldurchgängen gleichmäßig zum Kältemitteltank zurückgeführt wird. Die Menge des kondensierten flüssigen Kältemittels, das an den Bodenoberflächen der Kühldurchgänge verbleibt, wird dadurch verringert, während eine Fläche für den Wärmeübergang mittels Kondensation vergrößert wird und folglich das gasförmige Kältemittel wirkungsvoll kondensiert werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Kühlgeräts gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
2 eine Querschnittansicht entlang der Linie II-II gemäß 1;
3 eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III gemäß 1;
4A und 4B eine jeweilige Seitenansicht und Draufsicht von geformten Platten zum Ausbilden eines Kühlrohrs;
5 eine Querschnittansicht entlang der Linie V-V gemäß 1;
6 eine teilweise Querschnitts-Seitenansicht des Kühlgeräts gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
7 eine perspektivische Ansicht des Kühlgeräts gemäß 6;
8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII gemäß 7;
9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX gemäß 7;
10 eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X gemäß 7;
11 eine beispielhafte Ansicht eines inneren Aufbaus eines Rückführdurchgangs und eines Kühldurchgangs im Kühlgerät gemäß 7;
12A eine Vorderansicht einer Innenrippe und 12B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIIB-XIIB gemäß 12A;
13 eine Seitenansicht einer Modifikation des Kühlgeräts;
14 eine Vorderansicht eines Kühlgeräts gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
15 eine Seitenansicht des Kühlgeräts gemäß 14;
16A und 16B eine Seitenansicht und eine Draufsicht von Preßplatten zum Aufbau eines Verbindungsrohrs;
17A und 17B eine jeweilige Seitenansicht und Draufsicht von Preßplatten zum Aufbau eines Kühlrohrs;
18A und 18B vergrößerte Teilansichten der Preßplatten gemäß 17A und 17B;
19 eine Vorderansicht eines Kühlgeräts gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
20 eine Vorderansicht eines Kühlgeräts gemäß einem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
21 eine Seitenansicht des Kühlgeräts gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;
22 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXII-XXII gemäß 20;
23 eine Vorderansicht eines Kühlgeräts gemäß einem sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
24 eine Seitenansicht des Kühlgeräts gemäß dem sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
25 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXV-XXV gemäß 23;
26 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Kühlgeräts zur Darstellung eines Kältemittelflußes;
27 eine Ansicht, die eine Temperaturverteilung der Außenrippen eines Kühlers im herkömmlichen Kühlgerät darstellt;
28 eine perspektivische Ansicht eines Kühlgeräts gemäß einem siebten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
29 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXIX-XXIX gemäß 28;
30 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXX-XXX gemäß 28;
31 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXXI-XXXI gemäß 28;
32A und 32B eine jeweilige Seitenansicht und Draufsicht von Preßplatten;
33 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXXIIV-XXXIIV gemäß
28;
34A und 34B eine teilweise vergrößerte Seitenansicht und eine teilweise vergrößerte Endansicht einer Innenrippe gemäß 33;
35 eine teilweise perspektivische Ansicht einer Innenrippe gemäß 34;
36 eine teilweise Seitenansicht einer weiteren Innenrippe; und
37A eine Draufsicht einer dritten Innenrippe, 37B eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie XXXVIIB-XXXVIIB gemäß 37A, und 37C eine teilweise perspektivische Ansicht der Innenrippe gemäß 37B.
Nachfolgend wird ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die 1 zeigt eine Seitenansicht eines Kühlgeräts gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Die 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II gemäß 1. Die 3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III gemäß 1. Die 4A und 4B zeigen eine jeweilige Seitenansicht und eine Draufsicht von Preßplatten zum Ausbilden eines Kühl- bzw. Abstrahlungsrohrs. Die 5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V gemäß 1.
Ein Kühlgerät 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kühlt IGBT-Module 2 als Hochtemperaturmedien, die eine in einem elektrischen Kraftfahrzeug, einer allgemeinen elektrischen Steuerung oder dergleichen enthaltene Inverterschaltung darstellen. Das Kühlgerät 1 besitzt einen Kältemitteltank 3, einen Kühler 4 und ein Kühlgebläse 5.
Gemäß 1 sind die IGBT-Module 2 an der äußeren Oberfläche einer Wand des Kältemitteltanks 3 mittels Bolzen bzw. Schraubenbolzen 6 befestigt. Vorzugsweise wird zwischen der Kühlplatte der IGBT-Module 2 und der Außenwand des Kältemitteltanks 3 ein wärmeleitendes Fet verwendet.
Der Kältemitteltank 3 besteht aus einem hohlen Extrusionsrohling bzw. Extrusionselement 7, der durch Extrudieren eines Aluminiumblocks ausgebildet wird, sowie Endabdeckungen 22a und 22b, die jeweils am oberen und unteren offenen Ende des Extrusionselements 7 befestigt sind. Das andere offene Ende des Extrusionselements bzw. Strangpreßelements 7 steht als Einlaß und als Auslaß für das Kältemittel mit dem Kühler 4 in Verbindung.
Gemäß 2 und 3 besitzt das Extrusionselement 7 eine flache Form mit einer Dicke W, die kleiner ist als die Breite und die Länge seiner Wand, an der die IGBT-Module 2 befestigt sind. Das Innere des Extrusionselements 7 ist mittels Trennwänden 30, 31 und 32 aufgeteilt, die sich vertikal in Verdampfungsdurchgänge 9, einen Kondensationsflüssigkeitsdurchgang 10 bzw. Durchgang für kondensierte Flüssigkeit und einen unbenützten Durchgang 33 erstrecken, welche in Längsrichtung zum Extrusionselement 7 liegen. Ein Kältemitteltank-Auslaß 35 der Verdampfungsdurchgänge 9 sowie ein Kältemitteltank-Einlaß 36 des Durchgangs 10 für die kondensierte Flüssigkeit sind in einem Abschnitt der Wand des Extrusionselements 7 ausgebildet, an dem der Kühler 4 (Kühlrohre 39) mittels einer Verbindungsplatte 34 (1) verbunden ist.
Durch Abschneiden der jeweiligen oberen Endabschnitte der Trennwände 30, 31 und 32 öffnen sich die Vielzahl der Verdampfungsdurchgänge 9, der Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit und der unbenützte Durchgang 33 an einer Position knapp unterhalb des oberen Endes des Extrusionselements 7. Das offene Ende eines jeweiligen Verdampfungsdurchgangs 9 sowie das offene Ende des Durchgangs 10 für die kondensierte Flüssigkeit dient als Kältemitteltank-Auslaß 35 für das verdampfte Kältemittel und der Kältemitteltank-Einlaß 36 für das kondensierte flüssige Kältemittel. In den dicken Wandabschnitten 7a des Extrusionselements 7, an denen keine Durchgänge 10 und 11 ausgebildet sind, werden Löcher mit Innengewinden ausgebildet, in die die Bolzen 6 eingeschraubt werden.
Der Kältemitteltank-Auslaß 35 wird oberhalb des nicht benutzten Durchgangs 33 ausgebildet. Die in 3 durch die strichlierte Linien F bezeichneten oberen Abschnitte der Trennwand 31 zwischen den beiden Verdampfungsdurchgängen 9 und der Trennwand 32 zwischen dem Verdampfungsdurchgang 9 und dem nicht benutzten Durchgang 33 werden mittels einer zusätzlichen Bearbeitung, wie beispielsweise Fräsen, derart entfernt, daß der Kältemitteltank-Auslaß 35 mit den Verdampfungsdurchgängen 9 in Verbindung steht. Die Innengewindelöcher 37, in die die Bolzen 6 zur Befestigung der IGBT-Module 2 am Kältemitteltank 3 eingeschraubt sind, werden in den Trennwänden 30, 31 und 32 ausgebildet. Der unbenutzte Durchgang 33 wird zum Ausgleich mit dem Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit ausgebildet, wenn das Extrusionselement 7 extrudiert wird, wobei ein derartiger unbenutzter Durchgang nicht als Durchgang für eine kondensierte Flüssigkeit verwendet wird. Der unbenutzte Durchgang 33 muß daher nicht unbedingt ausgebildet werden.
Die Endabdeckungen 22 sind am oberen und unteren Ende des Extrusionselements 7 hartgelötet. Die obere Endabdeckung 22a ist mit dem oberen Ende des Extrusionselements 7 derart verbunden, daß sie das obere offene Ende des Extrusionselements 7 abschließt. Die untere Endabdeckung 22b ist mit dem unteren Ende des Extrusionselements 7 derart verbunden, daß zwischen dem unteren Ende des Extrusionselements 7 und der unteren Endabdeckung 22b ein unterer Verbindungsdurchgang 38 ausgebildet wird, der die Verdampfungsdurchgänge 9, den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit und den unbenutzten Durchgang 33 miteinander verbindet.
Der Kühler 4 ist ein sogenannter tassengezogener Wärmetauscher. Gemäß 4A wird der Kühler 4 durch wechselweises Aufeinanderschichten einer Vielzahl von parallelen Kühlrohren 39 ausgebildet, wobei ein jedes durch Verbinden von zwei symetrischen dünnen Preßplatten 40 hergestellt wird. Der Kühler 4 wird mit dem Kältemitteltank 3 über eine Verbindungsplatte 34 (5) verbunden.
Gemäß 5 wird die Verbindungsplatte 34 luftdicht bzw. hermetisch an der äußeren Oberfläche des Extrusionselements 7 derart angebracht, daß der Kältemitteltank-Auslaß 35 und der Kältemitteltank-Einlaß 36 des Extrusionselements 7 bedeckt wird. Gemeinsam mit einem von einer Außenwandoberfläche des Extrusionselements 7 umgebenen Raum stellt die Verbindungsplatte 34 eine Rückführeinheit 341 für das flüssige Kältemittel dar (Adhäsionsbetrag-Verringerungsvorrichtung), die eine Einström-Rückführkammer 461 (große Öffnung, ausgedehnter Abschnitt, erster ausgedehnter Abschnitt) mit einem vorbestimmten Durchmesser r1, der mit dem Kältemitteltank-Auslaß 35 des Kältemitteltanks 3 in Verbindung steht, eine Ausström-Rückführkammer 471 mit einem vorbestimmten Durchmesser r1, die mit dem Kältemitteltank-Einlaß 36 in Verbindung steht, und einen Rückführdurchgang 421 aufweist, der die Einström-Rückführkammer 461 mit der Ausström-Rückführkammer 471 verbindet.
Eine Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser r2 (Abschnitt mit kleinem Durchmesser, Beschränkungsöffnung), der kleiner als der innere Durchmesser der Einström-Rückführkammer 461 ist, wird in einem Abschnitt einer Wand der Einström-Rückführkammer 461 an gegenüberliegenden Seiten des Tankaus laßes 35 ausgebildet. Das Kühlrohr 39 besitzt einen hohlen Aufbau, der durch Verbinden der äußeren Kantenabschnitte von zwei im Wesentlichen rechteckigen Preßplatten 40 (4A) ausgebildet wird. Die beiden Preßplatten 40 werden durch Preßen von Metallplatten mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Aluminium, mit der gleichen Form ausgebildet, wobei jede Preßplatte 40 an seinem jeweiligen gegenüberliegenden Endabschnitt eine Öffnung 41 mit kleinem Durchmesser (Abschnitt mit kleinem Durchmesser, Schwenkungsöffnung) aufweist. Gemäß 4B sind die Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser im Wesentlichen eliptische oder rechteckig gestanzte Löcher. In diesem Ausführungsbeispiel besitzen die Öffnungen 41 mit dem kleinen Durchmesser einen Durchmesser r2, während die Öffnungen mit dem großen Durchmesser einen Durchmesser r1 (Abschnitt mit großen Durchmesser) aufweisen, der größer als der Durchmesser r2 ist und um eine jeweilige Öffnung 41 mit kleiner Öffnung ausgebildet wird.
Jedes Kühlrohr 39 bildet darin einen flachen Kühldurchgang 42 an seinem gesamten Zentrumsabschnitt, wobei die beiden Endabschnitte eine Einström-Verbindungskammer 44 (mit dem Kältemitteltank-Auslaß 35 verbundener Raum) und eine Ausström-Verbindungskammer 45 (mit dem Kältemitteltank-Einlaß 36 verbundener Raum) ausbilden, die jeweils einen großen Durchmesser aufweisen. Der durch Aufeinanderschichten bzw. Laminieren der Vielzahl von Kühlrohren 39 ausgebildete Kühler 4 besitzt eine Vielzahl von Kühldurchgängen 42, einen mit einem Ende eines jeweiligen Kühldurchgangs 42 verbundenen Einström-Durchgang und einen mit dem anderen Ende eines jeweiligen Kühldurchgangs 42 verbundenen Ausström-Durchgang. Der Einström-Durchgang wird durch Laminieren der Vielzahl von Einström-Verbindungskammern 44 ausgebildet. Der Ausström-Durchgang wird durch Laminieren der Vielzahl von Ausström-Verbindungskammern 45 ausgebildet. Der Einström-Durchgang und der Ausström-Durchgang besitzen Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser, die zwischen benachbarten Einström-Verbindungskammern 44 und benachbarten Ausström-Verbindungskammern 45 vorgesehen sind. Demnach wird jeder Einström- und Ausström-Durchgang derart ausgestaltet, daß er darin eine Vielzahl von Abschnitten mit großem Durchmesser (r1) und Abschnitte mit kleinem Durchmesser (r2) aufweist, die wechselweise angeordnet sind. Die durch Stanzen ausgebildeten Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser dienen als Beschränkungsöffnungen, die die von einer benachbarten Einström-Verbindungskammer 44 zur anderen fließende Menge des flüssigen Kältemittels verhindert bzw. beschränkt. Die Kühlrohre 39 werden derart aufeinander geschichtet, daß sie gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht zur Seitenoberfläche des Kältemitteltanks 3 und im Wesentlichen horizontal zur Oberfläche des im Kältemitteltank 3 enthaltenen flüssigen Kältemittels liegen. Die Kühlrohre 39 können jedoch auch derart aufeinander geschichtet werden, daß sie von der Seitenoberfläche des Kältemitteltanks 3 nach oben geneigt sind, wodurch das flüssige Kältemittel, welches sich in den Kühlrohren 39 ansammelt, wirkungsvoll in den Kältemitteltank 3 zurückgeführt wird.
Zwischen den benachbarten Kühlrohren 39 werden gemäß 5 Kühlrippen 16 angeordnet. Die außerhalb des äußersten Kühlrohres 39 vorgesehene Preßplatte 40 besitzt keine Öffnung 41 mit kleinem Durchmesser. Wenn die Preßplatte 40 mit den Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser verwendet wird, können die Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser anhand von (nicht dargestellten) Endplatten oder dergleichen von der Außenseite der Preßplatte 40 abgeschlossen werden.
In diesem Fall steht die Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser der Rückführeinheit 341 für das flüssige Kältemittel mit der Öffnung 41 mit kleinem Durchmesser der Kühlrohre 39 derart in Verbindung, daß der aus der Vielzahl von Einström-Verbindungskammern 44 bestehende Einström-Durchgang mit der Einström-Rückführkammer 461 in Verbindung steht. Ferner steht der aus der Vielzahl von Ausström-Verbindungskammern 45 bestehende Ausström-Durchgang gleichzeitig mit der Ausström-Rückführkammer 471 in Verbindung. Der Kühler 4 ist wie vorstehend beschrieben aufgebaut.
Gemäß 1 befindet sich das Kühlgebläse 5, beispielsweise ein Axialströmungsgebläse, an einer oberen Oberfläche des Kühlers 4, wodurch die Luft vertikal zum Kühler 4 geblasen wird. Das Kühlgebläse kann entweder ein stromabwärts am Kühler angeordnetes Sauggebläse oder ein stromaufwärts vom Kühler 4 angeordnetes Gebläse zum Einbringen von Luft darstellen. Ferner kann das Kühlgebläse 5 aus einem Querstromgebläse bestehen, welches sich vor oder hinter dem Kühler 4 befindet.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Gemäß 6 wird das Kältemittel durch die von den IGBT-Modulen 2 erzeugte und übertragene Wärme erwärmt bzw. zum Sieden gebracht. Das Kältemittel erzeugt Bläschen, die durch den Verdampfungsdurchgang aufsteigen, und über den Kältemitteltank-Auslaß 35 in die Ausström-Verbindungskammer 461 strömen. Anschließend strömt das Kältemittel von der Ausström-Verbindungskammer 461 in die Einström-Verbindungskammern 44 und wird an die Kühldurchgänge 42 der Kühlrohre 39 (5) verteilt. Das durch die Kühldurchgänge 42 strömende verdampfte Kältemittel kondensiert an den inneren Oberflächen der Kühldurchgänge 42 und an den Oberflächen der Innenrippen 43, die von einer vom Kühlgebläse eingeblasenen Luft mit kühler Temperatur gekühlt werden, wobei die Kondensationswärme abgegeben wird. Hierbei geht das Kältemittel in Tröpfchen über und fließt in die Ausström-Seitenverbindungskammer 45 des Kühlers 4, während es an der Bodenoberfläche des Kühldurchgangs 42 entlang fließt. Die kondensierte Flüssigkeit fließt vom Kältemitteltank-Einlaß 36 in den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit, fließt im Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit nach unten und wird über die Bodenoberfläche des in der Endabdeckung 22b (3) ausgebildeten Durchgangs zum Verdampfungsdurchgang 9 zurückgeführt. Die vom verdampften Kältemittel abgestrahlte bzw. abgegebene Kondensationswärme wird über die Preßplatten 40 an die Kühlrippen 16 übertragen und von den Kühlrippen 16 an die zwischen einem Paar von benachbarten Kühlrohren 39 hindurchfließende Luft abgegeben.
Wenn die abgegebene Wärmemenge gemäß 6 groß wird, stößt das Kältemittel im Kältemitteltank 3 Bläschen aus, weshalb sowohl Kältemittel in Gasphase als auch Kältemittel in flüssiger Phase in die Einström-Rückführkammer 461 eintritt. In der 6 bezeichnen große Kreise das Kältemittel in Gasphase, während kleine Kreise das Kältemittel in flüssiger Phase darstellen. Die Einström-Rückführkammer 461 verhindert das Eindringen des flüssigen Kältemittelanteils des gemischten Kältemittels in die Kühldurchgänge mittels der Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser. Genauer gesagt, staut die Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser das flüssige Kältemittel an. Das angestaute flüssige Kältemittel wird über den Rückführdurchgang 421 in den Kältemitteltank 3 zurückgeführt. Daher kann der Betrag des flüssigen Kältemittels zum Gas/flüssig gemischten Kältemittel, welches durch die Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser in die Kühldurchgänge 42 fließt, verringert werden. Demzufolge kann eine effektive Fläche für eine Kondensations-Wärmeübertragung in den Kühldurchgängen 42 vergrößert werden.
Anders gesagt, besitzt die Einström-Verbindungskammer 461 des Kühlers 4 wechselweise den Abschnitt mit großem Durchmesser (r1) und die Abschnitte mit kleinem Durchmesser (r2), wobei der Abschnitt mit kleinem Durchmesser (r2) den flüssigen Kältemittelanteil des Gas/flüssig gemischten Kältemittels am Einströmen in benachbarte Kühldurchgänge 42 hindert. Daher wird die Menge des flüssigen Kältemittels zum Gas/flüssig gemischten Kältemittel, welches durch den Abschnitt mit kleinem Durchmesser (r2) in die Kühldurchgänge 42 fließt, derart verringert, daß eine effektive Fläche für die Kondensations-Wärmeübertragung in den Kühldurchgängen 42 vergrößert wird.
Wenn die abgegebene Wärmemenge groß wird, stößt das Kältemittel im Kältemitteltank 3 Bläschen aus, wobei das Gas/flüssig gemischte Kältemittel mit einer großen Menge von Bläschen, d.h. einer Mischung von Kältemittel in Gasphase und Flüssigphase, in Richtung zum Tankauslaß 35 (3) strömt bzw. fließt. Wenn der Einström-Durchgang gerade ist, d.h., wenn der Einström-Durchgang einen einheitlichen Durchmesser aufweist, so fließt eine große Menge des Kältemittels in flüssiger Phase gemeinsam mit dem Kältemittel in Gasphase in die Kühldurchgänge 42, wodurch die Einlaßabschnitte der Kühldurchgänge 42 mit dem Kältemittel in flüssiger Phase aufgefüllt werden. In diesem Zustand wird die Wärme nicht nur mittels Kondensation sondern auch durch Zwangskonvektion übertragen. Da der Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad von Zwangskonvektion wesentlich geringer ist als der von Kondensation, verschlechtert sich die Kühlleistung des Kühlers 4. Da jedoch dieses Ausführungsbeispiel eine Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser im Einstrom-Durchgang aufweist, kann das Eindringen von flüssigem Kältemittel in die Kühldurchgänge 42 verhindert bzw. verringert werden. Folglich wird die Wärme in den Kühldurchgängen 42 hauptsächlich mittels Kondensation vom Kältemittel an den Kühler 4 abgegeben, weshalb eine Verschlechterung der Kühlleistung des Kühlers 4 verhindert werden kann. Die Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser verhindern die ungleichmäßige Verteilung des Kältemittels an die Kühldurchgänge 42, so daß das Kältemittel gleichmäßig an die Kühldurchgänge 42 verteilt wird, weshalb eine Verschlechterung der Kühlleistung des Kühlers 4 verhindert werden kann.
Wenn darüber hinaus der abzugebende Wärmebetrag groß wird, nimmt die im Kältemittel des Kältemitteltanks 3 stattfindende Bläschenbildung zu, wodurch der Pegel des flüssigen Kältemittels ansteigt. Der Tank dient dabei als Blockade gegenüber dem Pegelanstieg des flüssigen Kältemittels. Ein Eindringen des flüssigen Kältemittels in die Kühldurchgänge 42 kann daher verhindert bzw. verringert werden.
Der unterste Abschnitt der Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser liegt um eine vorbestimmte Höhe von (r1 – r2)/2 oberhalb der Bodenoberfäche der Einström-Rückführkammer 461. Der Abschnitt mit der vorbestimmten Höhe staut das mittels seiner Schwerkraft fallende flüssige Kältemittel, welches durch den Kältemitteltank-Auslaß 35 hindurchgetreten ist. Auf diese Weise kann das Eindringen des flüssigen Kältemittels in die Kühldurchgänge 42 vermindert werden. Da der Kühlmittelseitentank-Auslaß 35 im Wesentlichen eliptisch oder rechteckig ist, kann das aufgrund seiner eigenen Schwerkraft fließende flüssige Kältemittel wirkungsvoll aufgestaut werden.
Durch Verwendung des tassengezogenen Kühlers 4 (drawn cup type) kann die Kapazität des Kühlers 4 auf einfache Weise geändert werden, selbst wenn die Anzahl der am Kältemitteltank 3 angebrachten IGBT-Module 2 erhöht wird und die von den IGBT-Modulen 2 erzeugte Gesamtwärme sich erhöht. Genauer gesagt, kann durch Aufeinanderschichten von gleichförmigen Kühlrohren 39 die Kapazität des Kühlers 4 auf einfache Weise verändert werden, weshalb man mit geringen Kosten einen Kühler 4 mit einer Kapazität herstellen kann, die einer abzustrahlenden Gesamtwärmemenge entspricht. Da die Verdampfungsdurchgänge 9 mit den Tankauslässen 35 durch einfaches Abschneiden der oberen Abschnitte der Trennwände 31 und 32 des Extrusionselements 7 in Verbindung gebracht werden können, kann die Zirkulation des Kältemittels mit geringen Kosten und ohne Verwendung zusätzlicher Spezialteile gesteuert werden.
Der Kühler 4 kann derart angeordnet werden, daß er sich zum Kältemitteltank 3 hin neigt, wodurch das kondensierte flüssige Kältemittel vom Kühler 4 zum Kältemitteltank 3 zurückgeführt wird (Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit).
Anstelle der unteren Endabdeckung 22b des Kältemitteltanks 3, wie sie in 3 dargestellt ist, können die unteren Endabschnitte der Trennwände 30, 31 und 32 durch eine zusätzliche Bearbeitung, wie beispielsweise ein Fräsen oder Bohren, entfernt, und eine flache Platte 48 (Endabdeckung 22) mittels Hartlötung an das untere Ende des Extrusionselements 7 angelötet werden. Auf diese Weise kann die untere Endabdeckung 22 (flache Platte 48) einfach hergestellt werden.
Obwohl der Kältemitteltank-Einlaß 36 und der Kältemitteltank-Auslaß 35 gemäß diesem Ausführungsbeispiel jeweils an unterschiedlichen Pegeln ausgebildet sind, kann der Kältemitteltank-Einlaß 36 und der Kältemitteltank-Auslaß 35 an gleichen Pegeln bzw. in der gleichen Höhe ausgebildet werden. Ferner kann der Kältemitteltank-Einlaß 36 und der Kältemitteltank-Auslaß 35 in der gleichen Form ausgestaltet sein.
Der Kältemitteltank 3 des Kühlgeräts 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird durch ein extrudiertes Extrusionselement 7 aufgebaut. Demzufolge können die Kosten für die Extrusionsform zum Extrudieren des Extrusionselements 7 geringer sein als die Preßformen bzw. Matrizen zum Pressen der Teile. Wenn sich die Anzahl der IGBT-Module 2 erhöht (sofern die IGBT-Module in longitudinalen Mehrfachstufen angeordnet sind), kann ein Extrusionselement 7 verwendet werden, welches bei einer geeigneten Länge abgeschnitten wurde. Demzufolge müssen keine neuen Preßformen hergestellt werden, die beim Einsatz von gepreßten Produkten notwending sind, weshalb sich die Kosten für die Formen sehr stark verringern.
Da der Kältemitteltank 3 unter Einsatz des Extrusionselements 7 aufgebaut wird, kann eine ausreichende Oberflächenfestigkeit des Extrusionselements 7, an dem die IGBT-Module 2 angebracht werden, sichergestellt werden. Der thermische Kontaktwiderstand zwischen der Montageoberfläche (Außenoberfläche) der tragenden Wand des Extrusionselements 7 und den IGBT-Modulen 2 kann daher im Vergleich zu einem Kältemitteltank verringert werden, der durch Montage von mittels eines Preßverfahrens ausgebildeten gepreßten dünnen Elementen und den IGBT-Modulen 2 aufgebaut ist. Somit kann die Kühlleistung des Kühlgeräts 1 verbessert werden. Durch Verwendung des Extrusionselements 7 können die dicken Wandabschnitte 7a mit einer ausreichenden Dicke zum Ausbilden von Bohrungen mit einem Innengewinde si cher hergestellt werden, wobei auch die Form der Verdampfungsdurchgänge 9 und des Durchgangs 10 für die kondensierte Flüssigkeit beliebig eingestellt werden kann, wodurch man in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Druckfestigkeit erhält, wenn der Kältemitteltank 3 in einer flachen Form ausgebildet wird. Demzufolge ist es nachteilig, den Kältemitteltank 3 in einer flachen Form auszubilden, um die Menge des Kältemittels hinsichtlich der Druckfestigkeit zu verringern. Durch geeignete Einstellung bzw. Auswahl der Formen für die Verdampfungsdurchgänge 9 und den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit kann man jedoch eine ausreichende Festigkeit erhalten.
Wenn darüber hinaus dicke Wandabschnitte 7a mit einer ausreichenden Fläche zum Ausbilden der Innengewinde Löcher vorgesehen sind, kann das gleiche Extrusionselement 7 für verschiedene Arten von IGBT-Modulen mit verschiedenen Größen bzw. Abständen und Befestigungsschrauben verwendet werden. Genauer gesagt, können somit unter Verwendung des gleichen Extrusionselements 7 verschiedene Arten von IGBT-Modulen mit unterschiedlichen Abständen für die Befestigungsschrauben am Kältemitteltank 3 montiert werden. Demzufolge kann der Kältemitteltank 3 standardisiert und die Kosten beim Einsatz des standardisierten Kältemitteltanks 3 für die verschiedenen Arten von IGBT-Modulen mit unterschiedlichen Schraubenabständen verringert werden.
Da das Innere des Kältemitteltanks 3 in Verdampfungsdurchgänge 9 und den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit aufgeteilt ist, kann die Strömung bzw. der Fluß des zum Sieden gebrachten Kältemittels und der des kondensierten Kältemittels im Kältemitteltank 3 sicher voneinander getrennt werden, so daß man eine Überschwemmung, bei der das verdampfte Kältemittel mit dem kondensierten Kältemittel zusammenstößt, verhindert, weshalb man eine hohe Kühlleistung erhält. Da die Verdampfungsdurchgänge 9 und der Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit voneinander getrennt sind, wird das durch den Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit fließende bzw. strömende Kältemittel nicht direkt von der von den IGBT-Modulen erzeugten Wärme erwärmt, weshalb die Temperatur des Kältemittels geringer ist als die des Kältemittels in den Verdampfungsdurchgängen 9. Das Kältemittel mit geringer Temperatur strömt bzw. fließt nach und nach vom Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit durch den Verbindungsdurchgang 17 in die Verdampfungsdurchgänge 9, wodurch die IGBT-Module 2 wirkungsvoll gekühlt werden.
Nachfolgend wird ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die 7 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kühlgeräts gemäß 6. Die 8 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7. Die 9 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 7. Die 10 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in 7.
Gemäß den 7 bis 10 sind im zweiten Ausführungsbeispiel die Kühlrohre 39 geneigt bzw. schräg gestellt, um das im Kühler 4 kondensierte flüssige Kältemittel gleichmäßig zum Kältemitteltank 3 zurückzuführen.
Der Kältemitteltank 3 besteht aus einem mittels Extrudieren hergestellten Extrusionselement 7, beispielsweise einem Aluminiumblock, und einer am offenen unteren Ende des Extrusionselements 7 angebrachten Endabdeckung 22 (7).
Das Innere des Extrusionselements 7 ist mittels Trennwänden 30, 31 und 32 aufgeteilt, die sich vertikal in die Verdampfungsdurchgänge 9, einen Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit und einen unbenutzten Durchgang 33 erstrecken, die sich in Längsrichtung durch das Extrusionselement 7 ziehen. Jedes offene Ende der Verdampfungsdurchgänge 9 sowie ein offenes Ende des Durchgangs 10 für die kondensierte Flüssigkeit dient als Kältemitteltank-Auslaß 35 und als Kältemitteltank-Einlaß 36.
Die Endabdeckung 22 besteht wie das Extrusionselement 7 aus Aluminium und ist mittels Hartlötung einstückig an das untere Ende des Extrusionselements derart angelötet, daß ein unterer Verbindungsdurchgang 38 ausgebildet wird, der die Verdampfungsdurchgänge 9, den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit und den unbenutzten Durchgang 33 des Extrusionselements 7 miteinander verbindet.
Gemäß 7 wird über ein an der Endabdeckung 22 angebrachtes Rohr 49, welches als Unterlage für das Kühlgerät 1 dient, das Kältemittel zugeführt und eine Entlüftung durchgeführt. Beim Entlüften des Kühlgeräts 1 wird das Kühlgerät 1 nach dem Auffüllen mit Kältemittel auf den Kopf gestellt, wobei der Kühler 4 in ein heißes Wasserbad eingetaucht wird, welches sich auf einer Temperatur befindet, bei der der gesättigte Dampfdruck des Kältemittels höher ist als der Atmosphärendruck bzw. Umgebungsdruck. Da das verdampfte Kältemittel ein größeres spezifisches Gewicht als Luft aufweist, verdampft das Kältemittel im Kühlgerät 1, wodurch die Luft freigegeben wird. Nach dem Entlüften wird das Rohr 49 verstopft und durch Schweißen oder dergleichen versiegelt, um das Kältemittel im Kühlgerät 1 abzudichten.
Der Kühler 4 besteht aus einem sogenannten tassengezogenen Wärmetauscher. Ähnlich zum Kühler 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Kühler 4 durch Laminieren bzw. Aufeinanderschichten eines Verbindungsrohrs 51 (Verbindungselement) aufgebaut, welches durch zwei verbundene Platten 50 ausgebildet ist, sowie einer Vielzahl von Kühlrohren 39 mit gleicher hohler Form.
Das Verbindungsrohr 51 bedeckt vertikal ein oberes Ende des Kältemitteltanks 3, wobei das Innere des Verbindungsrohrs 51 durch Trennwände 52 in eine Einström-Kammer 511, die mit dem Kältemitteltank-Auslaß 35 des Kältemitteltanks 3 in Verbindung steht, und einen Ausström-Kammer 512 aufgeteilt ist, die mit dem Kältemitteltank-Einlaß 36 gemäß 10 in Verbindung steht. Wie in den 8 und 10 dargestellt, befinden sich in der Ausström-Kammer 512 des Verbindungsrohrs 51 eine Vielzahl von Innenrippen 53, die von einer Vielzahl von Positionierungsrillen 50a gehalten werden, die in den Platten 50 ausgebildet sind.
Gemäß 10 werden zwei Verbindungsplatten 34, d.h. Plattenelemente, miteinander verbunden, wodurch eine Rückführeinheit 341 für das flüssige Kältemittel ausgebildet wird. Die Rückführeinheit 341 für das flüssige Kältemittel ist luftdicht mit den Seitenwänden des Verbindungsrohrs 51 verbunden, wodurch eine Einström-Rückführkammer 461, die mit den Verdampfungsdurchgängen 9 und dem unbenutzten Durchgang 33 über den Kältemitteltank-Auslaß 35 in Verbindung steht, eine Ausström-Rückführkammer 471, die über den Kältemitteltank-Einlaß 36 mit dem Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit in Verbindung steht, und ein Rückführdurchgang 421 ausgebildet wird, der die Einström-Rückführkammer 461 und die Ausström-Rückführkammer 471 miteinander verbindet. Im Rückführdurchgang 421 (1) befinden sich Innenrippen 43. Die Verbindungsplatten 34 sind in ähnlicher Weise wie die Preßplat ten 40 mit Öffnungen 411 mit kleinem Durchmesser ausgestattet. Die Rückführkammern 461 und 471 stehen mit den Kühlrohren 39 über die Öffnungen 411 mit kleinem Durchmesser in Verbindung.
Die Rückführeinheit 341 für das flüssige Kältemittel setzt sich aus einer Einström-Rückführkammer 461 (Öffnung mit großen Durchmesser) mit einem vorbestimmten Innendurchmesser r1, die mit dem Kältemitteltank-Auslaß 35 des Kältemitteltanks 3 in Verbindung steht, einer Ausström-Rückführkammer 471 (Abschnitt mit großem Durchmesser), die mit dem Tankeinlaß 36 verbunden ist, und aus einem Rückführdurchgang 421 zusammen, der die Einström-Rückführkammer 461 mit der Ausström-Rückführkammer 471 verbindet. Eine Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser (Abschnitt mit kleinem Durchmesser, Beschränkungsöffnung), die einen kleineren Durchmesser aufweist als der der Einström-Rückführkammer 461, ist in einem Abschnitt der Einström-Rückführkammer 461 an der gegenüberliegenden Seite des Tankauslaßes 35 ausgebildet.
Gemäß 4 besitzt das Kühlrohr 39 einen hohlen Aufbau, der durch Verbindung von äußeren Kantenabschnitten zweier beispielsweise aus Aluminium bestehender Preßplatten 40 ausgebildet wird. Das Kühlrohr 39 besitzt einen Einström-Durchgang und einen Ausström-Durchgang mit Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser an ihren jeweiligen gegenüberliegenden Enden.
Jedes Kühlrohr 39 bildet darin einen flachen Kühldurchgang 42 an einem gesamten Zentrumsabschnitt aus, wobei beide Endabschnitte jeweils eine Einström-Verbindungskammer 44 (mit dem Kältemitteltank-Auslaß 35 verbundener Raum) und eine Ausström-Verbindungskammer 45 (mit dem Kältemitteltank-Einlaß 36 verbundener Raum) ausgebilden und beide jeweils einen großen Durchmesser aufweisen. Der Einström-Durchgang wird durch Laminieren bzw. Aufeinanderschichten einer Vielzahl von Einström-Verbindungskammern 44 ausgebildet. Der Ausström-Durchgang wird durch Laminieren bzw. Aufeinanderschichten der Vielzahl von Ausström-Verbindungskammern 45 ausgebildet. Der Einström-Durchgang und der Ausström-Durchgang besitzt die Öffnung 41 mit kleinem Durchmesser zwischen benachbarten Einström-Verbindungskammern 44 und zwischen benachbarten Ausström-Verbindungskammern 45. Demnach ist jeder Einström-Durchgang und Ausström-Durchgang derart ausgestaltet, daß er eine Vielzahl von wechselweise angeordneten Abschnitten (r1) mit großem Durchmesser und Abschnitten (r2) mit kleinem Durchmesser aufweist. Die durch Stanzen ausgebildeten Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser dienen als Beschränkungsöffnungen, die die von einer benachbarten Einström-Verbindungskammer 44 in die andere fließende Menge des flüssigen Kältemittels vermindern.
Gemäß 11 sind in den flachen Kühldurchgängen 42 der Kühlrohre 39 wellige Innenrippen 43 angeordnet, die aus dünnen Aluminiumplatten bestehen. Die 12A zeigt eine Draufsicht der Innenrippe 43, während 12B eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIIB-XIIB gemäß 12A zeigt.
Gemäß 10 sind die Kühlrohre 39 auf einer Seite des Verbindungsrohrs 51 aufeinandergeschichtet und stehen über Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser miteinander in Verbindung. Die Kühlrohre 39 stehen mit dem Verbindungsrohr 51 über die Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser der Platte 50 (auf der Seite des Kühlrohres 39) und den Öffnungen mit kleinem Durchmesser der Kühlrohre 39 in Verbindung. Die Kühlrohre 39 sind am Verbindungsrohr 51 befestigt, während sie in ihrer Gesamtheit derart geneigt bzw. schräggestellt sind, daß der Pegel der Einstrom-Verbindungskammer 44 über dem der Ausström-Verbindungskammer 45 gemäß 7 liegt. In den Platten 50 ausgebildete Rippen 50b verstärken die Abschnitte der Platte 50, die mit dem Kühlrohr 39 verbunden ist.
Die Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser des Kühlrohrs 39 stehen mit den Öffnungen 411 mit kleinem Durchmesser der Rückführungseinheit 341 für das flüssige Kältemittel in Verbindung. Die Einström-Rückführkammer 461 und die Einström-Verbindungskammer 44 stehen miteinander in Verbindung, während gleichzeitig die Ausström-Rückführkammer 471 und die Ausström-Verbindungskammer 45 miteinander in Verbindung stehen. Der Kühler 4 ist wie vorstehend beschrieben aufgebaut.
Nachfolgend wird eine Arbeitsweise gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das Kältemittel, welches von der von den IGBT-Modulen 2 erzeugten und übertragenen Wärme erwärmt bzw. aufgeheizt wurde, beginnt zu sieden und steigt in Form von Bläschen durch die Verdampfungsdurchgänge 9 nach oben. Nach dem Einströmen durch den Tankauslaß 35 in die Einströmkammer 511 des Verbindungsrohrs 51 strömt bzw. fließt das Kältemittel von der Einströmkammer 511 in die Ausströmdurchgänge, d.h. die Einström-Rückführkammer 461 und die Einström-Verbindungskammern 44, und wird an die Kühldurchgänge 42 der Kühlrohre 39 verteilt. Das durch die Kühldurchgänge 42 strömende verdampfte Kältemittel kondensiert an der Innenoberfläche der Kühldurchgänge 42 und den Oberflächen der Innenrippen bzw. Innenbleche, die durch eine von einem Kühlgebläse 5 (8) geblasene Luft gekühlt werden, wodurch Kondensationswärme abgegeben wird. Hierbei entstehen aus dem Kältemittel Tröpfchen, die entlang der Bodenoberflächen der Kühldurchgänge 42 in die Ausströmdurchgänge fließen, d.h. in die Ausström-Verbindungskammern 45 und die Ausström-Rückführkammer 571. Daraufhin fließt die kondensierte Flüssigkeit von den Ausströmdurchgängen über die Einströmkammer des Verbindungsrohrs 51 und den Tankeinlaß 36 des Kältemitteltanks 3 in den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit. Nach dem Abfließen durch den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit kehrt das Kältemittel über einen unteren Verbindungsdurchgang 38, der in einer Endabdeckung ausgebildet ist, zu den Verdampfungsdurchgängen 9 zurück.
Wenn die Wärmeabgabemenge groß wird, stößt das Kältemittel im Kältemitteltank 3 die Bläschen derart aus, daß sowohl Kältemittel in Gasphase als auch in flüssiger Phase in die Einström-Rückführkammer 461 strömt bzw. fließt. Die Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser der Einström-Rückführkammer 461 verhindert bzw. unterdrückt für das flüssige Kältemittel des gemischten Kältemittels, das es in die Kühldurchgänge fließt bzw. strömt. Genauer gesagt, wird der flüssige Kältemittelanteil des gemischten Kältemittels durch die Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser aufgestaut. Das aufgestaute flüssige Kältemittel wird über den Rückführdurchgang 421 in den Kältemitteltank 3 zurückgeführt. Eine im Gas/flüssig gemischten Kältemittel enthaltene Menge von flüssigen Kältemittel, die durch die Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser in die Kühldurchgänge 42 strömt bzw. fließt, kann dadurch verringert werden. Demzufolge kann eine effektive Fläche für die Kondensation zur Wärmeübertragung in den Kühldurchgängen 42 vergrößert werden.
Anders gesagt, besitzt die Einström-Verbindungskammer 461 des Kühlers 4 den Abschnitt (r1) mit großem Durchmesser und die Abschnitte (r2) mit kleinem Durchmesser, welche wechselweise ausgebildet sind, wobei der Abschnitt (r2) mit kleinem Durchmesser das Einströmen bzw. Eindringen des flüssigen Kältemittelanteils des Gas/flüssig gemischten Kältemittels in die benachbarten Kühldurchgänge 42 verhindert bzw. verringert. Die Menge des flüssigen Kältemittelanteils im Gas/flüssigen gemischten Kältemittels, die durch den Abschnitt (r2) mit kleinem Durchmesser in die Kühldurchgänge 42 eindringt, wird dadurch verringert, so daß eine effektive Fläche für die Kondensations-Wärmeübertragung in den Kühldurchgängen 42 vergrößert werden kann.
Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel befinden sich die Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser beim zweiten Ausführungsbeispiel im Einstrom-Durchgang, wobei die Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser die ungleichmäßige Verteilung des Kältemittels zu den Kühldurchgängen 42 derart verhindern, daß das Kältemittel gleichmäßig an die Kühldurchgänge 42 verteilt wird und folglich eine Verschlechterung der Kühlleistung des Kühlers 4 verhindert werden kann.
Da die Kühlrohre 39 mit einer gewissen Neigung am Verbindungsrohr 51 angebracht sind, kann das kondensierte flüssige Kältemittel gleichmäßig von den Kühldurchgängen 42 zum Kältemitteltank 3 fließen. Folglich verringert sich die Menge des kondensierten flüssigen Kältemittels, welches sich an den Bodenoberflächen der Kühldurchgänge 42 befindet, wodurch das verdampfte Kältemittel wirkungsvoll kondensiert werden kann. Die notwendige Menge des Kältemittels kann daher verringert werden, wodurch sich die Kosten verringern.
Da die Verdampfungsdurchgänge 9 durch eine Vielzahl von Trennwänden 31 voneinander getrennt sind, wird die Strömung bzw. der Fluß des gasförmigen Kältemittels in den Verdampfungsdurchgängen 9 geglättet bzw. vergleichmäßigt, wobei die Trennwände 31 die effektive Siedefläche derart vergrößern, daß die Kühlungsleistung verbessert wird. Darüber hinaus können die Trennwände 31 die mechanische Festigkeit des Kältemitteltanks 3 gegenüber positiven und negativen Drücken verbessern, wodurch eine Verformung der Wandoberfläche, an der die IGBT-Module 2 angebracht werden, verhindert wird.
Als Modifikation des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels können gemäß 13 die Kühler 4 an beiden Seiten der Verbindungsplatte 34 angebracht werden, wodurch sich die Kühlleistung weiter verbessert.
Nachfolgend wird ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die 14 zeigt eine Vorderansicht eines Kühlgeräts gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Die 15 zeigt eine Seitenansicht des Kühlgeräts gemäß 14.
Im dritten Ausführungsbeispiel stellt das Kühlgerät 1 eine Modifikation des Kühlgeräts 1 gemäß 7 dar. Das Kühlgerät 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird hauptsächlich anhand der vom Kühlgerät 1 gemäß 7 unterschiedlichen Abschnitte beschrieben. Bauteile und Bestandteile mit gleicher oder ähnlicher Arbeitsweise wie im Kühlgerät gemäß 7 werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, wobei ihre Beschreibung entfällt.
Gemäß 14 und 15 besteht ähnlich zum Kühler gemäß 7 ein Kühler 4 aus einem sogenannten tassengezogenen Wärmetauscher, der durch Aufeinanderschichten bzw. Laminieren eines Verbindungsrohrs 51, welches durch Verbinden von zwei Platten 50 ausgebildet wird, und einer Vielzahl von Kühlrohren 39 mit der gleichen Hohlform.
Das Verbindungsrohr 51 wird durch Verbinden von zwei Platten 50 gemäß 16A hergestellt. Gemäß 16B befindet sich das Verbindungsrohr 51 an gegenüberliegenden Endabschnitten mit jeweils zwei Ausström-Öffnungen 541 und 542, durch die das in einem Kältemitteltank 3 aufgeheizte und verdampfte Kältemittel in den Kühler 4 strömt bzw. fließt, sowie zwei Rückführöffnungen 544 und 545, durch die das im Kühler 4 kondensierte flüssige Kältemittel zum Kältemitteltank 3 zurückgeführt wird. Gemäß 14 bedeckt das Verbindungsrohr 51 vertikal ein oberes Ende des Kältemitteltanks 3. Das Innere des Verbindungsrohrs 51 wird durch Trennwände 52 in eine (nicht dargestellte) Einström-Kammer 511, die mit einem im Kältemitteltank 3 ausgebildeten Kältemitteltank-Auslaß 35 verbunden ist, und in eine (nicht dargestellte) Ausström-Kammer 512, die mit einem im Kältemitteltank 3 ausgebildeten Kältemitteltank-Einlaß 36 verbunden ist, aufgeteilt.
Gemäß 16B bezeichnen die gestrichelten Linien um die Ausström-Öffnung 542 und die Rückführöffnung 544 Vorsprünge, die gemäß 16A um die Öffnungen liegen. Halteabschnitte 543 und 546 sind zwischen den Öffnungen 541 und 542 sowie zwischen den Öffnungen 544 und 545 entsprechend ausgebildet. Eine Vielzahl von Rippen bzw. Blechen 53 werden in die Einström-Kammer des Verbindungrohrs 51 eingeführt.
Gemäß 17A besteht das Kühlrohr 39 aus einem Hohlaufbau, der durch Verbinden von zwei äußeren Kantenabschnitten zweier Preßplatten 40, die beispielsweise aus Aluminium bestehen, ausgebildet ist. Gemäß 17B werden Öffnungen 411 und 412 mit kleinem Durchmesser in einem Endabschnitt des Kühlrohrs 39 ausgebildet, während in seinem anderen Endabschnitt Öffnungen 414 und 415 mit kleinem Durchmesser ausgebildet werden. Zwischen den Öffnungen 411 und 412 mit kleinem Durchmesser und zwischen den Öffnungen 414 und 415 mit kleinem Durchmesser werden Halteabschnitte 413 und 416 ausgebildet.
Gemäß 15 werden die Kühlrohre 39 an beiden Seiten des Verbindungsrohrs 51 aufeinander geschichtet und zwischen die benachbarten aufeinander geschichteten Kühlrohre 39 Kühlrippen 16 angeordnet. Gemäß 17A werden um die Öffnungen 411 und 415 mit kleinem Durchmesser Vorsprünge ausgebildet. Die Öffnungen 412 und 414 werden in Löchern ausgebildet, die jeweils eine Breite zum Aufnehmen der Vorsprünge aufweisen, die um die Öffnungen 411 und 415 mit kleinem Durchmesser ausgebildet sind. Beim Aufeinanderschichten der Platten 40 werden die Öffnung 412 mit kleinem Durchmesser und die Öffnung 415 mit kleinem Durchmesser der anderen Platte ineinander gepaßt, während die Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser in die Öffnung 414 mit kleinem Durchmesser der anderen Platte eingepaßt wird. Nach dem Einpassen der Platten 40 werden die Platten 40 mittels Hartlöten oder dergleichen miteinander verbunden. Die Vielzahl von Platten 40 stehen miteinander über entsprechende Öffnungen 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser in Verbindung, wodurch die Kühlrohre 39 aufgebaut werden.
Das Verbindungsrohr 51 steht mit den Kühlrohren 39 in Verbindung, in dem die Ausström-Öffnungen 541 und 542 sowie die Rückführöffnungen 544 und 545 mit den Öffnungen 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser der Preßplatten 40 in Verbindung stehen. Die äußerste Preßplatte 40 des Kühlrohrs 39 besitzt keine Öffnung mit kleinem Durchmesser. Die äußerste Preßplatte 40 kann jedoch mit Öffnungen mit kleinem Durchmesser vorgesehen werden, wobei die Öffnungen mit kleinem Durchmesser durch (nicht dargestellte) Endplatten von der Außenseite der Preßplatte 40 verschlossen werden.
Das Kühlrohr 39 bildet darin einen Kühldurchgang 42 in einem gesamten Zentrumsabschnitt, wodurch eine Vielzahl von Kühldurchgängen 42 ausgebildet werden. Gemäß 12 werden aus dünnen Aluminiumplatten gebildete wellige Innenrippen in den Kühldurchgängen 42 angeordnet.
Anders gesagt, wird ein Einström-Durchgang durch Aufeinanderschichten bzw. Laminieren einer Vielzahl von Einström-Verbindungskammern 44 ausgebildet, die jeweils durch Verbinden zweier Preßplatten 40 hergestellt werden, während ein Ausström-Durchgang durch Aufeinanderschichten einer Vielzahl von Ausström-Verbindungskammern 45 ausgebildet wird, die jeweils durch Verbinden der beiden Preßplatten 40 hergestellt werden. Die Öffnungen 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser, die man durch Stanzen erhält, dienen als Beschränkungsöffnungen bzw. Begrenzungsöffnung, die ein Eindringen des flüssigen Kältemittels von einer benachbarten Einström-Verbindungskammer 44 in die andere verhindern bzw. unterdrücken.
Die Öffnungen 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser (Abschnitte mit kleinem Durchmesser, Beschränkungsöffnungen) besitzen in transversaler Richtung einen Durchmesser r2, während die Öffnungen mit großem Durchmesser (Abschnitte mit großem Durchmesser) in transversaler Richtung einen Durchmesser r1 aufweisen, der größer ist als der Durchmesser r2, wobei die Öffnung mit großem Durchmesser um die Öffnungen 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist. Jede Öffnung 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser besitzt in vertikaler Richtung einen Durchmesser r4, während die Öffnungen mit großem Durchmesser (Abschnitte mit großen Durchmesser) jeweils einen Durchmesser r3 in vertikaler Richtung aufweisen, der größer als der doppelte Durchmesser r4 ist (r3 > 2 × r4), wobei die Öffnung mit großem Durchmesser um die Öffnungen 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser ausgebildet sind.
Die Kühlrohre 39 werden ähnlich wie in 7 am Verbindungsrohr 51 angebracht, während sie in ihrer Gesamtheit derart geneigt sind, daß der Pegel bzw. die Höhe der Einström-Verbindungskammer 44 höher liegt als der der Ausström-Verbindungskammer 45. Gemäß 18A und 18B liegt in den ein jeweiliges Kühlrohr 39 aufbauenden Preßplatte 40 ein Pegel des untersten Abschnitts 411a der Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser, um einen Abstand d1 unterhalb dem untersten Abschnitt eines Abschnitts der Preßplatte 40, die den Kühldurchgang 42 ausbildet, während ein Pegel des Bodenabschnitts 414a der Öffnung 414 mit kleinem Durchmesser um einen Abstand d2 unterhalb dem untersten Abschnitt eines Abschnitts der Preßplatte 40 liegt, die den Kühldurchgang 42 ausbildet. Die Abstände d1 und d2 können voneinander verschieden oder gleich sein.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des dritten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Das Kältemittel, welches von der von den IGBT-Modulen 2 erzeugten und übertragenen Wärme aufgeheizt wird, kocht bzw. siedet und steigt als Bläschen in den Verdampfungsdurchgängen 9 auf und strömt durch den Tankauslaß 35 in die Einströmkammer 511 des Verbindungsrohrs 51. Daraufhin strömt das Kältemittel von der Einströmkammer 511 über die Öffnungen 541 und 542 mit kleinem Durchmesser in die Einström-Durchgänge, d.h. die Einström-Rückführkammer 461 und die Einström-Verbindungskammern 44, und wird an die Kühldurchgänge 42 der Kühlrohre 39 verteilt. Das durch die Kühldurchgänge 42 strömende verdampfte Kältemittel kondensiert an den Innenoberflächen der Kühldurchgänge 42 sowie an den Oberflächen der Innenrippen, die von der von einem Kühlgebläse 5 (9) eingeblasenen Luft auf eine niedrige Temperatur gekühlt werden, wodurch Kondensationswärme abgegeben wird. Das Kältemittel wird dabei in Tröpfchen übergeführt und fließt entlang der Bodenoberfläche 40a der Kühldurchgänge 43 in die Ausström-Durchgänge, d.h. die Ausström-Verbindugnskammern 45 und die Ausström-Rückführkammer 471. Anschließend fließt das flüssige Kältemittel von den Ausström-Durchgängen über die Öffnungen 544 und 545 mit kleinem Durchmesser des Verbindungsrohrs 51 in die Ausström-Kammer 512. (In diesem Fall fließt der größte Teil des Kältemittels um den untersten Abschnitt der unteren Öffnung 544 mit kleinem Durchmesser.) Anschließend fließt das Kältemittel über den Tankeinlaß 36 des Kältemitteltanks 3 in den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit. Nach dem Einströmen durch den Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit kehrt das Kältemittel über einen unteren Verbindungsdurchgang 38, der in einer Endabdeckung ausgebildet ist, zu den Verdampfungsdurchgängen 9 zurück.
Wenn die abgegebene Wärmemenge groß wird, stößt das Kältemittel im Kältemitteltank 3 Bläschen aus, weshalb sowohl Kältemittel in Gasphase als auch in flüssiger Phase in die Einström-Rückführkammer 461 einströmt bzw. eindringt. Die Öffnung 414 mit kleinem Durchmesser der Einström-Rückführkammer 461 verhindert ein Eindringen des flüssigen Kältemittels in die Kühldurchgänge. Das angestaute flüssige Kältemittel wird über einen Rückführdurchgang 421 in den Kältemitteltank 3 zurückgeführt. Die Menge des flüssigen Kältemittelanteils im Gas/flüssig gemischten Kältemittel, welches durch die Öffnung 414 mit kleinem Durchmesser in die Kühldurchgänge 42 strömt, wird dadurch verringert. Demzufolge kann eine effektive Fläche für eine Kondensationswärmeübertragung in den Kühldurchgängen 42 vergrößert werden.
Ähnlich zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann im dritten Ausführungsbeispiel aufgrund der in den Einström-Durchgängen vorgesehenen Öffnungen 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser das flüssige Kältemittel am Eindringen in die Kühldurchgänge 42 gehindert werden. Die Wärme wird daher in den Kühldurchgängen 42 hauptsächlich mittels Kondensation vom Kältemittel zum Kühler 4 übertragen, weshalb eine Verschlechterung der Kühlleistung verhindert werden kann. Die Öffnungen mit kleinem Durchmesser verhindern die ungleichmäßige Verteilung des Kältemittels an die Kühldurchgänge 42, weshalb das Kältemittel gleichmäßig an die Kühldurchgänge 42 verteilt werden kann. Auf diese Weise kann die Verschlechterung der Kühlleistung ebenso verhindert werden.
Da die Kühlrohre 39 mit einer Neigung an dem Verbindungsrohr 51 angebracht sind, kann das kondensierte flüssige Kältemittel gleichmäßig in den Kühldurchgängen 42 der Kühlrohre 39 von den Einström-Verbindungskammern 44 in Richtung der Ausström-Verbindungskammern 45 fließen. Folglich ist die Menge des kondensierten flüssigen Kältemittels, welches sich an den Bodenoberflächen der Kühldurchgänge 42 ansammelt, verringert, weshalb das verdampfte Kältemittel wirkungsvoll kondensiert werden kann. Die notwendige Menge des Kältemittels kann daher verringert werden, wodurch sich die Kosten verringern.
Wenn die Öffnungen 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser im Ausström-Durchgang ausgebildet sind, kann das von den Kühldurchgängen 42 in den Ausström-Durchgang fließende Kältemittel durch die Öffnungen mit kleinem Durchmesser aufgestaut werden und dort verbleiben, wodurch sich die Menge des im Kühlgerät 1 zirkulierenden Kältemittels zum Abgeben der Wärme verringert. Da jedoch der Pegel des untersten Abschnitts 411a der Öffnung mit kleinem Durchmesser des Ausström-Durchgangs unterhalb dem Pegel des untersten Abschnitts 40a des Kühldurchgangs 42 liegt, kann die in den unteren Abschnitten der Öffnungen 411 und 414 mit kleinem Durchmesser verbleibende Kältemittelmenge verringert werden. Die notwendige Menge an Kältemittel kann dadurch verringert werden, weshalb sich die Kosten verringern.
Um die Öffnungen 411, 412, 414 und 415 mit kleinem Durchmesser werden verbundene Abschnitte ausgebildet, wobei die verbundenen Abschnitte der Vielzahl von Preßplatten 40 zum Aufbau des Kühlers verbunden werden. Da die Halteabschnitte 413 und 416 zwischen den Öffnungen 411 und 412 mit kleinem Durchmesser und zwischen den Öffnungen 414 und 415 mit kleinem Durchmesser ausgebildet sind, kann eine große einheitliche Last an den verbundenen Abschnitten angelegt werden, wenn die Preßplatten 40 verbunden werden. Die verbundenen Abschnitte der Preßplatten 40 können daher beim Hartlöten luftdicht miteinander verbunden werden. Folglich kann die Wärmeabgabeleistung verbessert werden.
Nachfolgend wird ein viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die 19 zeigt eine Vorderansicht eines Kühlgeräts gemäß dem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
Ein Kühlgerät 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel stellt eine Modifikation des Kühlgeräts 1 gemäß 7 dar. Das Kühlgerät 1 wird hauptsächlich anhand von vom Kühlgerät 1 gemäß 7 unterschiedlichen Abschnitten beschrieben. Teile und Bestandteile mit gleicher oder ähnlicher Arbeitsweise wie beim Kühlgerät gemäß 7 werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei ihre Beschreibung entfällt.
Ein Verbindungsrohr 51 bedeckt ein oberes Ende eines Kältemitteltanks 3 in vertikaler Richtung. Das Innere des Verbindungsrohrs 51 wird durch Trennwände 50a in eine Einström-Kammer 511, die mit einem im Kältemitteltank 3 ausgebildeten Tankauslaß 35 verbunden ist, und eine Auström-Kammer 512, die mit einem im Kältemitteltank 3 ausgebildeten Tankeinlaß 36 verbunden ist, aufgeteilt.
Zwei Verbindungsplatten 34 werden zum Ausbilden einer Rückführeinheit 341 für das flüssige Kältemittel miteinander verbunden. Die Rückführeinheit 341 für das flüssige Kältemittel ist mit der oberen Wand des Verbindungsrohrs 51 zum Ausbilden einer Einström-Rückführkammer 461, die mit einem Verdampfungsdurchgang 9 über den Tankauslaß 35 in Verbindung steht, einer Ausström-Rückführkammer 471, die mit einem Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit über den Tankeinlaß 36 in Verbindung steht, und einem Kühldurchgang 421, der die Einström-Rückführkammer 461 mit der Ausström-Rückführkammer 471 verbindet, luftdicht verbunden. Die Verbindungsplatten 34 sind in ähnlicher Weise wie die Preßplatten 40 mit Öffnungen 411 mit kleinem Durchmesser ausgestattet. Die Rückführkammern 461 und 471 stehen mit dem Kühlrohren 39 über die Öffnungen 411 mit kleinem Durchmesser in Verbindung.
Wenn die abzugebende Wärmemenge groß wird, stößt das Kältemittel im Kältemitteltank 3 Bläschen aus, wodurch sowohl Kältemittel in Gasphase als auch flüssiger Phase in die Einström-Rückführkammer 461 eindringt. Die Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser der Einström-Rückführkammer 461 verhindert bzw. verringert ein Eindringen des flüssigen Kältemittelanteils des gemischten Kältemittels in die Kühldurchgänge. Genauer gesagt, wird das Kältemittel des gemischten Kältemittels von der Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser aufgestaut. Das aufgestaute flüssige Kältemittel wird über einen Rückführdurchgang 421 in den Kältemitteltank 3 zurückgeführt. Dadurch verringert sich die Menge des flüssigen Kältemittelanteils im Gas/flüssig gemischten Kältemittel, welches durch die Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser in die Kühldurchgänge 42 eindringt. Demzufolge kann eine effektive Fläche für die Kondensationswärmeübertragung in den Kühldurchgängen 42 vergrößert werden.
Wenn darüber hinaus die abzugebende Wärmemenge groß wird, vergrößern sich die Bläschen des Kältemittels im Kältemitteltank 3, weshalb der Flüssigkeitspegel des Kältemittels ansteigt. Der unterste Abschnitt der Öffnung 411 mit kleinem Durchmesser ist um einen vorbestimmten Wert (r1 – r2) schmäler als die Bodenoberfläche der Einström-Rückführkammer 461. Daher kann das Eindringen des Kältemittels blockiert und das Eindringen des flüssigen Kältemittels in die Kühldurchgänge verringert werden, wenn der Flüssigkeitspegel des Kältemittels ansteigt.
Gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel erhält man folgende Wirkungen.
Da der Kühler durch Aufeinanderschichten einer Vielzahl von Kühlrohren mit jeweils der gleichen Hohlform aufgebaut werden kann und der Zusammenbau der Kühlrohre mit der mit dem Kältemitteltank verbundenen Verbindungseinheit verbunden wird, kann die Kapazität des Kühlers durch Aufeinanderschichten zusätzlicher Kühlrohre mit jeweils der gleichen Hohlform auf dem Zusammenbau der Kühlrohre auf einfache Weise verändert werden, wenn die Anzahl der am Kältemitteltank angebrachten Wärmekörper vergrößert wird und sich die Gesamtmenge der erzeugten Wärme erhöht. Demzufolge kann bei geringen Kosten ein Kühler geschaffen werden, dessen Kapazität einer benötigten erzeugten Wärmemenge entspricht.
Da der Kältemitteltank 3 im Inneren mit dem unteren Verbindungsdurchgang 38 ausgestattet ist, der die Verdampfungsdurchgänge mit dem Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit im unteren Ende des Kältemitteltanks 3 verbindet, kann das abgekühlte flüssige Kältemittel kontinuierlich vom Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit zu den Verdampfungsdurchgängen zugeführt werden. Die Überschwemmung (gegenseitige Beeinflußung bzw. Interferenz während der Bewegung des dampfförmingen Kältemittels und des flüssigen Kältemittels) kann somit verhindert werden.
Da die Kühlrohre 39 über das Verbindungsrohr 51 mit dem Kühlmitteltank 3 verbunden sind, kann die Richtung oder Lage, an denen die Kühlrohre 39 eingebaut werden, in geeigneter Weise verändert werden, indem die Form des Verbindungsrohrs 51 verändert wird. Dadurch kann der Freiheitsgrad für den Entwurf des Kühlgeräts verbessert werden. Auf diese Weise kann das Kühlgerät verkleinert werden.
Da die Bodenoberflächen der Kühlrohre 39 von den Einström-Verbindungskammern 44 in Richtung zu den Ausström-Verbindungskammern 45 schräg gestellt sind, kann das kondensierte flüssige Kältemittel gleichmäßig durch die Kühldurchgänge 42 von der Einström-Verbindungskammer in Richtung zur Ausström-Verbindungskammer fließen. Folglich verringert sich die an den Bodenoberflächen der Kühldurchgänge 42 verbleibende kondensierte flüssige Kältemittelmenge, weshalb das verdampfte Kältemittel mit hohem Wirkungsgrad kondensiert werden kann.
Da der Kältemitteltank 3 durch das Extrusionselement 7 aufgebaut wird, kann der Kältemitteltank 3 mit einer hohen Produktivität hergestellt werden.
Da einstückig bzw. integral mit dem Extrusionselement ausgebildete Trennwände vorgesehen sind, die das Innere der Kältemittelkammer aufteilen, können die Verdampfungsdurchgänge 9 und der Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit auf einfache Weise ausgebildet werden.
Da die Vielzahl von Verdampfungsdurchgängen 9 mit dem Tankauslaß 35 durch einfaches Abschneiden eines oberen Endabschnitts der Trennwand 31 des Extrusionselements in Verbindung gebracht werden kann, kann die Zirkulation des Kältemittels mit geringen Kosten gesteuert werden ohne dabei spezielle Teile zu verwenden.
Die Verdampfungsdurchgänge und der Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit können im unteren Abschnitt der Kältemittelkammer durch Abschneiden der unteren Endabschnitte der Trennwände des Extrusionselements und durch Verbinden eines Abschlußelements an den unteren Endabschnitt des Extrusionselement in Verbindung gebracht werden. Das Abschlußelement kann daher eine einfache Form aufweisen (beispielsweise eine einfache flache Platte), weshalb das Abschlußelement einfach hergestellt werden kann.
Wenn das Kühlgerät eine Vielzahl von Wärmekörpern kühlt, können innerhalb des Kältemitteltanks 3 für die jeweiligen Wärmekörper eine Vielzahl von Kältemittelkammern ausgebildet werden. Durch gegenseitiges Verbinden der Kältemittelkammern kann das Kältemittel gleichförmig durch den gesamten Kältemitteltank zirkulieren, wodurch eine Verschlechterung der Abgabeleistung aufgrund einer ungleichmäßigen Verteilung des Kältemittels im Kältemitteltank verhindert werden kann.
Durch die Ausbildung des Kältemitteltanks in einer flachen Form kann eine darin verwendete Kältemittelmenge verringert werden. Selbst wenn das teure Fluorkarbon-Kältemittel verwendet wird, können die Kosten daher auf einen minimalen Wert gesenkt werden.
Die Verdampfungsdurchgänge und der Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit können durch Kältemittel-Stromsteuerplatten, die innerhalb der Kältemittelkammer angeordnet sind, ausgebildet werden. In diesem Fall wird zusätzlich zur Verhinderung der Überschwemmung durch Anordnung der Kältemittel-Stromsteuerplatten in Kontakt mit den Innenoberflächen der Kältekammer die Festigkeit der Kältemittelkammer verbessert und die Kühl- bzw. Abstrahlfläche der Kältemittelkammer vergrößert, so daß die Kühlleistung verbessert werde kann.
Nicht nur der Kältemitteltank sondern ebenso der Kühler kann durch Verwendung eines Extrusionselements aufgebaut werden, welcher integral bzw. einstückig mit dem Kältemitteltank durch Extrudieren hergestellt wird. Auf diese Weise können die Kosten für den Kühler verringert werden und es entfällt die Arbeit für den Zusammenbau des Kühlers mit dem Kühlmitteltank, so daß die Gesamtkosten des Kühlgeräts verrringert sind.
Der Kühler 4 ist mit einer Vielzahl von Plattenelementen mit verbundenen Abschnitten aufgebaut und durch Verbinden der verbundenen Abschnitte der Plattenelemente hergestellt. Da der verbundene Abschnitt durch Biegen des Plattenelements ausgebildet wird, kann der Kühler auf einfache Weise hergestellt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Einsatz von Wärmekörpern als Hochtemperaturmedien beschrieben wurde, kann ebenso ein Hochtemperaturfluid, wie beispielsweise ein Hochtemperaturgas oder eine Hochtemperaturflüssigkeit als Hochtemperaturmedium verwendet werden. In diesem Fall können an der der Oberfläche zum Anbringen der Halbleitervorrichtungen entspre chenden Oberfläche des Kühlgeräts in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen Wärme absorbierende Kühlrippen ausgebildet werden. Ein Wärmekörper befindet sich hierbei getrennt bzw. entfernt vom Kühlgerät, wobei das Hochtemperaturfluid durch Zirkulierung des Hochtemperaturfluids um den Heizkörper und durch Absorbieren der Wärme des Hochtemperaturfluids an den Wärmeabsorptionsrippen abgekühlt wird.
Nachfolgend wird ein fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Erfinder haben das herkömmliche Kühlgerät gemäß 26 untersucht. In diesem herkömmlichen Kühlgerät gibt verdampftes Kältemittel, welches durch Absorption von Wärme eines Wärmekörpers 110 an einem Kältemitteltank 100 zum Sieden gebracht und verdampft wurde, latente Kondensationswärme frei und wird verflüssigt (wodurch eine kondensierte Flüssigkeit entsteht), wenn das Kältemittel in einer Richtung von einem Einlaß 121 innerhalb eines Kühlers 120 zu einem Auslaß 122 strömt bzw. fließt, während das kondensierte flüssige Kältemittel vom Kühler 120 zum Kältemitteltank 100 zirkuliert (die Strömung des Kältemittels wird durch den durchgezogenen Pfeil in 26 dargestellt).
Das vorstehend beschriebene Kühlgerät ist jedoch derart aufgebaut, daß das Kältemittel in einer Richtung innerhalb des Kühlers 120 strömt bzw. fließt. Für den Fall, daß der Kern des Kühlers 120 entsprechend einem Anstieg der vom Wärmekörper 100 erzeugten Wärmemenge große Ausmaße besitzt, verkleinert sich die Temperatur der äußeren Kühlrippe des Kühlers 120 je weiter sie vom Einlaß 121 des Kerns entfernt ist, wie in 27 dargestellt ist. Die Temperatur in der Figur bezeichnet die Temperaturverteilung der Außenkühlrippen. Da der Temperaturunterschied bei einem Abschnitt, bei dem die Kühlrippentemperatur gering ist, zur Umgebungsatmosphäre als nicht groß angenommen werden kann, erfolgt folglich keine starke Abstrahlung. Aufgrund dieser Tatsache besteht ein Problem dahingehend, daß selbst bei einem Kern mit großen Ausmaßen die Kühlleistung nicht wirkungsvoll verbessert werden kann. Genauer gesagt, erhält man keine der Vergrößerung des Kerns entsprechende Kühlleistung.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Probleme wird nachfolgend anhand der 20 bis 22 das fünfte Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die 20 zeigt eine Vorderansicht eines Kühlgeräts, 21 eine Seitenansicht des Kühlgeräts und 22 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXII-XXII gemäß 20.
Das Kühlgerät 1 eignet sich für das Kühlen eines Wärmekörpers 2 mittels Wärmeübertragung, wobei ein Sieden bzw. Verdampfen und Kondensieren des Kältemittels wiederholt durchgeführt wird. Es besteht aus einem Kältemitteltank 3, einem Verbindungsabschnitt 4' einem Kühler 5' (siehe 21) und einem (nicht dargestellten) Kühlgebläse.
Der Wärmekörper 2 ist ein IGBT-Modul bestehend aus einer Inverterschaltung für beispielsweise ein elektrisches Kraftfahrzeug und eine allgemeine elektrische Spannungssteuerausrüstung, wobei die abstrahlende Oberfläche des Wärmekörpers 2 mittels Befestigung eines Bolzens 6 am Kältemitteltank 3 befestigt wird, während es sich in engen Kontakt mit der Außenwandoberfläche des Kältemitteltanks 3 befindet.
Der Kältemitteltank 3 besteht aus einem Extrusionselement 7, welches durch Extrudieren eines beispielsweise aus Aluminium bestehenden Blockmaterials ausgebildet wird, und einer Abdeckung 8, die eine untere Endoberfläche des Extrusionselements 7 abdeckt.
Das Extrusionselement 7 besitzt eine flache Form, in der eine Breite einer Dicke dünner ist als die laterale Breite, und weist ferner einen Verdampfungsdurchgang 9 und einen Durchgang 10 für eine kondensierte Flüssigkeit auf, die sich in Extrusionsrichtung erstrecken (vertikale Richtung in 21). Der Verdampfungsdurchgang 9 stellt einen Durchgang dar, durch den Kältemittel verdampft wird, welches die Wärme der Wärmekörper absorbiert, wobei es zum Sieden gebracht wird und als Dampf aufsteigt. In den dem Abschnitt, an dem der Wärmekörper 2 montiert wird, entsprechenden Bereichen sind zwei Verdampfungsdurchgänge 9 ausgebildet. Der Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit stellt einen Durchgang dar, in dem das kondensierte flüssige Kältemittel fließt, welches vom Kühler 5' gekühlt und verflüssigt wurde. In den vom Abschnitt, an dem der Wärmekörper 2 montiert ist, abweichenden Bereichen (sowohl linke und rechte äußere Seiten des Verdampfungsdurchgangs 9 in diesem Ausführungsbeispiel) sind zwei Durchgänge 10 für die kondensierte Flüssigkeit ausgebildet. Ein Abschnitt zwischen dem Verdampfungsdurchgang 9 und dem Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit sowie ein Abschnitt zwischen den beiden Verdampfungsdurchgängen 9 wird durch eine Vielzahl von Durchgangswänden 11 und 12 aufgeteilt, die sich in Extrusionsrichtung erstrecken. Jeder Verdampfungsdurchgang 9 ist in schmale Durchgänge 9a mittels einer Vielzahl von Rippen 13 aufgeteilt, die sich in Extrusionsrichtung erstrecken.
Die Abdeckung 8 besteht aus dem gleichen Aluminium wie das Extrusionselement 7 und ist zum luftdichten Abdecken eines äußeren Randabschnitts des unteren Endes des Extrusionselements 7 mit diesem verbunden. Ein Verbindungsdurchgang 14 zum Verbinden der Durchgänge 9 und 10, die im Extrusionselement 7 ausgebildet sind, ist an einer Innenwandoberfläche der Abdeckung 8 und der unteren Endoberfläche des Extrusionselements 7 vorgesehen.
Der Verbindungsabschnitt 4' verbindet den Kältemitteltank 3 luftdicht mit dem Kühler 5' und besteht aus einem mittels Extrudieren eines beispielsweise aus Aluminium bestehenden Blockmaterials ausgebildeten Extrusionselements 15 und einer Endplatte 16 zum Abschließen eines oberen offenen Endes des Extrusionselements 15. Der Verbindungsabschnitt 4' wird in einen oberen Abschnitt des Extrusionselements 7 zum Ausbilden des Kältemitteltanks 3 eingepaßt.
Das Extrusionselement 15 besitzt zwei Trennwände 17, die sich in Extrusionsrichtung (in vertikaler Richtung gemäß 20) erstrecken. Das Innere des Extrusionselements 15 wird durch die Trennwände 17 in eine erste Verbindungskammer 18, die mit dem Verdampfungsdurchgang 9 des Kältemitteltanks 3 in Verbindung steht, und eine zweite Verbindungskammer 19, die mit dem Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit des Kältemitteltanks 3 in Verbindung steht, aufgeteilt. Die zweite Verbindungskammer 19 ist sowohl an der linken als auch der rechten Seite der ersten Verbindungskammer ausgebildet. Die Trennwand 17 ist im Wesentlichen an der gleichen Position angeordnet wie die Durchgangswand 11, welche den Verdampfungsdurchgang 9 vom Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit trennt, die im Extrusionselement des Kältemitteltanks 3 in lateraler Breitenrichtung (in lateraler Richtung gemäß 20) des Extrusionselements 15 vorgesehen sind, wobei die untere Endoberfläche der Trennwand 17 in Kontakt mit der oberen Endoberfläche der Durchgangswand 11 steht. Das Extrusionselement 15 ist an beiden Seiten mit vier ersten Verbindungsöffnungen 20 (zwei an jeder Seite) ausgestattet, die die erste Verbindungskammer 18 öffnen, sowie vier zweiten Verbindungsöffnungen 21 (zwei an jeder Seite), die die zweite Verbindungskammer 19 öffnen.
Die Endplatte 16 besteht aus dem gleichen Aluminium wie das Extrusionselement 15 und ist mit einem oberen offenen Ende des Extrusionselements 15 verbunden, während es sich in engem Kontakt damit befindet, um das obere offene Ende des Extrusionselements 15 abzuschließen.
Der Kühler 5' ist ein sogenannter tassengezogener Wärmetauscher und besteht aus einem ersten Kern 5A und einem zweiten Kern 5B, die parallel mit dem Verbindungsabschnitt 4' angeordnet sind. Der erste Kern 5A und der zweite Kern 5B befindet sich an beiden Seiten des Verbindungsabschnitts 4'. Gemäß 22 zeigen sich der erste Kern 5A und der zweite Kern 5B nur an einer Seite des Verbindungsabschnitts 4'. Ein jeweiliger erster Kern 5A und zweiter Kern 5B ist durch Aufeinanderschichten einer Vielzahl von flachen Kühlrohren 22 und Kühlrippen 23 aufgebaut.
Das Kühlrohr 22 besitzt einen hohlen Aufbau und wird durch Verbinden der äußeren Randkantenabschnitte von zwei Preßplatten 24 ausgebildet. Verbindungslöcher 25 und 26 (siehe 22), die während des Preßvorgangs gestanzt werden, werden zu beiden Longitudinalenden geöffnet und stehen mit weiteren laminierten bzw. aufeinander geschichteten Kühlrohren 22 über die Verbindungslöcher 25 und 26 in Verbindung. Das Kühlrohr 22 besitzt eine Einström-Kammer 27, zu der sich ein Verbindungsloch 25 öffnet, eine Ausström-Kammer 28, zu der sich ein weiteres Verbindungsloch 26 öffnet, und einen Kältemitteldurchgang 29 zum Verbinden der Einström-Kammer 27 mit der Ausström-Kammer 28.
Der erste Kern 5A und der zweite Kern 5B sind derart aufgebaut, daß die Einström-Kammer 27 des Kühlrohrs 22 mit der ersten Verbindungskammer 18 des Verbindungsabschnitts 4' über ein Verbindungsloch 25 des Kühlrohrs 22 und der ersten Verbindungsöffnung 20 des Verbindungsabschnitts 4 in Verbin dung steht, während die Ausström-Kammer 28 des Kühlrohrs 22 mit der zweiten Verbindungskammer 19 des Verbindungsabschnitts 4' über das andere Verbindungsloch 26 des Kühlrohrs 22 und die zweite Verbindungsöffnung 21 des Verbindungsabschnitts 4' in Verbindung steht.
Die Kühlrippen 23 werden in eine flachen Raum zum Einblasen von Luft eingeführt, der zwischen den in Schichtrichtung benachbarten Kühlrohren 2 ausgebildet ist, wobei sie mit der Außenwandoberfläche der Kühlrohre 22 verbunden sind.
Das Kühlgebläse zum Einblasen von Luft in den Kühler 5' liegt oberhalb oder unterhalb des Kühlers 5', so daß die Richtung der eingeblasenen Luft im Wesentlichen vertikal zum Kühler 5' ist.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Kühlgeräts gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das Kältemittel, welches durch die vom Wärmekörper 2 erzeugte Wärme zum Sieden gebracht wird, steigt bläschenförmig durch die Verdampfungsdurchgänge 9 auf und strömt in die Einström-Kammer 27 der Kühlrohre 22 des ersten Kerns 5A und des zweiten Kerns 5B, wobei es durch die erste Verbindungskammer 18 des Verbindungsabschnitts 4' von den Verdampfungsdurchgängen 9 hindurchtritt. Im ersten Kern 5A und im zweiten Kern 5B setzt das in das Kühlrohr 22 eingeströmte verdampfte Kältemittel latente Kondensationswärme frei, und wird kondensiert sowie verflüssigt, wenn es durch den Kühlmitteldurchgang 29 strömt. Das zu Tröpfchen verflüssigte Kältemittel fließt aus der Ausström-Kammer 28 des Kühlrohrs 22 in die zweite Verbindungskammer 19 des Verbindungsabschnitts und ferner in den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit des Kältemitteltanks 3 (aus der zweiten Verbindungskammer 19). Die im Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit nach unten fließende kondensierte Flüssigkeit wird erneut dem Verdampfungsdurchgang 9 zugeführt, wobei es durch den Verbindungsdurchgang 14 in der Abdeckung 8 hindurchtritt. Andererseits wird die freigesetzte latente Kondensationswärme zu den Kühlrippen 23 von der Wandoberfläche des Kühlrohrs 22 übertragen und an die vom Kühlgebläse eingeblasene Luft abgegeben, wenn das verdampfte Kältemittel im Kühlrohr 22 kondensiert.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel sind der erste Kern 5A und der zweite Kern 5B, die den Kühler 5' aufbauen, parallel im Verbindungsabschnitt angeordnet. Daher wird in dem die Kerne 5A und 5B ausbildenden Kühlrohr 22 der Kältemitteldurchgang 2 im Vergleich zum herkömmlichen Kühlrohr des Kühlkerns kürzer. Auf diese Weise erhöht sich die Temperatur des verdampften Kältemittels am Auslaß des Kältemitteldurchgangs 29 des Kühlrohrs 22 im Vergleich zum Stand der Technik, weshalb sich die Temperatur der Kühlrippe 23 des Kühlers 5' erhöht und sich eine größere Temperaturdifferenz zur Umgebung ergibt. Folglich kann der für die Abstrahlung keinen wesentlichen Beitrag leistende Bereich beträchtlich verringert (eliminiert) werden, wodurch sich die Abstrahlungsleistung verbessert. Anders gesagt, kann der Kühler 5' zum Erhalten des gleichen Grades an Abstrahlungsleistung wie beim Stand der Technik wesentlich verkleinert werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel befinden sich die Einström-Kammer 27 und die Ausström-Kammer 28 an der Innenseite und Außenseite der Kühlrohre 22 des ersten Kerns 5A und des zweiten Kerns 5B. Die Lage bzw. Position des Verdampfungsdurchgangs 9 des Kältemitteltanks 3 und die Lage des Kondensationsdurchgangs 20 kann jedoch zueinander verändert werden, so daß sich die Ausström-Kammer 28 an der Innenseite des Kühlrohrs 22 und die Einström-Kammer 27 an der Außenseite befindet.
Nachfolgend wird anhand der 23 bis 25 ein sechstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die 23 zeigt eine Vorderansicht des Kühlgeräts, 24 eine Seitenansicht des Kühlgeräts, und 25 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXV-XXV gemäß 23.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das Kühlrohr 22 des ersten Kerns 5A und des zweiten Kerns 5B integral aufgebaut. Da in diesem Fall jede Einström-Kammer 27 der Kühlrohre 22 gemeinsam eingesetzt werden kann, vergrößert sich eine Fläche auf die die Kühlrippe 23 montiert werden kann. Dadurch kann die Kühlleistung weiter verbessert werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die Einström-Kammer 27 im zentralen Abschnitt des Kühlrohrs 22, während die Ausström-Kam mern 28 an beiden Seiten angeordnet sind. Die Lage des Verdampfungsdurchgangs 9 des Kältemitteltanks 3 und die Lage des Kondensationsdurchgangs 10 kann jedoch zueinander verändert werden, so daß die Ausström-Kammer 28 im zentralen Abschnitt des Kühlrohrs 22 und die Einström-Kammern 27 an beiden Seiten angeordnet sind.
Nachfolgend wird ein siebtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die einen Kühler 4 aufbauenden Kühlrohre 30 schräg angeordnet bzw. geneigt, wodurch das kondensierte flüssige Kältemittel, welches im Kühler 4 verflüssigt wurde, gleichmäßig zum Kältemitteltank 3 zurückgeführt wird.
Gemäß 28 und 29 besteht der Kältemitteltank 3 aus einem durch Extrudieren ausgebildeten Extrusionselement 7 (beispielsweise einem Aluminiumblock) und einer Endabdeckung 22, die ein unteres offenes Ende des Extrusionselements 7 abdeckt. Das Innere des Extrusionselements 7 ist durch Trennwände 30, 31 und 32 aufgeteilt, die sich vertikal in eine Vielzahl von Verdampfungsdurchgängen 9, d.h. Gasphasen-Kältemitteldurchgängen, einen Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit, d.h. Durchgang für das kondensierte flüssige Kältemittel, und einen unbenützten Durchgang 33 erstrecken. Die offenen Enden der Verdampfungsdurchgänge 9 und das offene Ende des Durchgangs 10 für die kondensierte Flüssigkeit werden mit einem Kältemitteltank-Auslaß 35 und einem Kältemitteltank-Einlaß 36 entsprechend verbunden.
Die Endabdeckung 22 besteht aus dem gleichen Material, d.h. Aluminium, wie das Extrusionselement 7 und ist an das untere Ende des Extrusionselements 7 mittels Hartlötung angelötet, so daß eine untere Verbindungskammer 38 ausgebildet wird, die die Verdampfungsdurchgänge 9, den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit und den unbenützten Durchgang 33 des Extrusionselements 7 miteinander verbindet. Ein Rohr 49 zum Abdichten des Kältemittels ist an der Endabdeckung 22 angebracht, über die eine Naßreinigung, ein Zuführen des Kältemittels und ein Entlüften des Kühlgeräts 1 durchgeführt wird. Wenn das Kühlgerät 1 entlüftet wird, wird nach dem Befüllen mit Kältemittel das Kühlgerät 1 vertikal umgekehrt, und der Kühler 4 in ein hei ßes Wasserbad eingetaucht (welches eine Temperatur aufweist, bei der der gesättigte Dampfdruck des Kältemittels höher ist als der Atmosphärendruck). Auf diese Weise wird das Kältemittel im Kühlgerät 1 entgast, wodurch Luft vom Kühlgerät 1 durch den Dampf des Kältemittels freigesetzt wird, welches ein größeres spezifisches Gewicht aufweist als Luft. Nach dem Entlüften des Kühlgeräts 1 wird das Rohr 40 verstemmt bzw. gequetscht und durch Schweißen oder dergleichen verschlossen, wodurch das Kältemittel im Kühlgerät 1 versiegelt wird.
Der Kühler 4 ist ein sogenannter tassengezogener Wärmetauscher. Der Kühler 4 wird durch Aufeinanderschichten einer Vielzahl von Kühlrohren 39 mit der gleichen Hohlform gemäß 30 aufgebaut.
Das Kühlrohr 39 besitzt einen hohlen Aufbau, der durch Verbinden von Randkantenabschnitten zweier beispielsweise aus Aluminium bestehenden Preßplatten 40 gemäß 32 ausgebildet ist. Das Kühlrohr 39 ist an beiden Enden mit einem Einström-Verbindungsabschnitt 44 und einem Ausström-Verbindungsabschnitt 45 ausgestattet, die jeweils Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser aufweisen. Das Kühlrohr 39 bildet darin einen Wärme abstrahlenden Durchgang bzw. Kühldurchgang 42 im gesamten zentralen Abschnitt aus. Gemäß 33 werden durch Biegen einer dünnen Aluminiumplatte ausgebildete wellige Innenrippen 391 (Kondensationsrippen) in die Kühlmitteldurchgänge 42 eingeführt.
Ein Verbindungsrohr 51 wird durch Verbinden zweier Platten 50 ausgebildet. Das Verbindungsrohr 51 bedeckt ein oberes Ende des gemäß 30 dargestellten Kältemitteltanks 3. Der Kühler 4 steht mit dem Kältemitteltank 3 über das Verbindungsrohr 51 in Verbindung. Gemäß 29 wird das Innere des Verbindungsrohrs 51 durch eine Trennplatte 52 in eine Einström-Kammer 511, die mit einem im Kältemitteltank 3 ausgebildeten Kältemitteltank-Auslaß 35 in Verbindung steht, und eine Ausström-Kammer 512 aufgeteilt, die mit einem im Kältemitteltank 3 ausgebildeten Kältemitteltank-Einlaß 36 in Verbindung steht, aufgeteilt. Eine Vielzahl von Innenrippen 53 wird für das Verbindungsrohr 51 in die Einström-Kammer 511 des Verbindungsrohrs 51 eingeführt.
Gemäß 29, 34 und 35 besitzt die Innenrippe 391 eine Vielzahl von Schlitzen 393 (Öffnungen), durch die das kondensierte flüssige Kältemittel in den unteren Abschnitt des Kältemitteldurchgangs 42 tropfen kann. Anders gesagt, wird ein Durchgang 393 für Kältemittel in Gasphase ausgebildet, der aus einer Vielzahl von kleinen Durchgängen besteht, durch die Kältemittel in Gasphase strömt, sowie ein Durchgang 394 für eine kondensierte Flüssigkeit, durch den das kondensierte verflüssigte Kältemittel im Kältemitteldurchgang 42 fließt, wobei die Innenrippen 391 in den Durchgängen 393 für das Kältemittel in Gasphase vorgesehen sind, um das verdampfte Kältemittel zu kondensieren. Die Innenrippe 391 wird mit einer Vielzahl von Schlitzen ausgebildet, durch die das kondensierte und verflüssigte Kältemittel in den Durchgang 394 für die kondensierte Flüssigkeit tropfen kann. Jeder der kleinen Durchgänge wird von einer oberen Wand 395, einer Seitenwand 297 und einer Bodenwand 398 der Innenrippe 391 sowie einer Seitenwand 397 der Preßplatte 40 definiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Schlitze 392 an zueinander verschiedenen Stellen in der Innenrippe 391 hinsichtlich der Richtung, in der sich das Kältemittel bewegt, ausgebildet.
Gemäß 31 werden die Kühlrohre 39 an einer Seite des Verbindungsrohrs 51 aufeinander geschichtet, wobei sie miteinander über entsprechende Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser in Verbindung stehen. Das Verbindungsrohr 51 und die Kühlrohre 39 stehen über die in der Platte 50 des Verbindungsrohrs 51 (an der Seite der Platte 50, die zum Kühlrohr 39 zeigt), ausgebildeten Öffnungen 41 mit kleinem Durchmesser und den in den benachbarten Kühlrohren 39 ausgebildeten Öffnungen mit kleinem Durchmesser miteinander in Verbindung. Die Kühlrohre 39 werden in Schrägstellung bzw. geneigt an das Verbindungsrohr 51 angebracht, so daß der Pegel der Einström-Verbindungsabschnitte 44 höher liegt als der der Ausström-Verbindungsabschnitte 45 gemäß 29. Die Platte 50 besteht aus Rippen 50b zum Verstärken der Abschnitte der Platte 50, die mit dem benachbarten Kühlrohr 39 verbunden wird.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des siebten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Gemäß 28 steigt das Kältemittel, welches durch die von den IGBT-Modulen 2 erzeugte und übertragene Wärme zum Sieden gebracht wird, in Form von Bläschen durch die Verdampfungsdurchgänge 9 auf, strömt durch den Kältemitteltank-Auslaß 35 des Kältemitteltanks 3 in die Einström-Kammer des Verbindungsrohrs 51 und wird durch die Einström-Verbindungsabschnitte 44 der Kühlrohre 39 zu den Kältemitteldurchgängen 42 der Kühlrohre 39 verteilt. Die Strömung bzw. der Fluß des Kältemittels ist mit einer durchgezogenen Linie in 28 vereinfacht dargestellt. Sobald das verdampfte Kältemittel durch die Kältemitteldurchgänge 42 fließt, kondensiert das verdampfte Kältemittel an der Innenoberfläche der Kältemitteldurchgänge 42 sowie an den Oberflächen der Innenrippen 391, die durch eine von einem Kühlgebläse 5 eingeblasene Luft auf eine niedrige Temperatur gekühlt werden, wobei latente Kondensationswärme abgegeben wird und Tröpfchen entstehen. Wenn das kondensierte und verflüssigte Kältemittel in jedem Kältemitteldurchgang entlang der Oberfläche der Innenrippe 391 in Richtung zum Ausström-Verbindungsabschnitt 45 fließt, fällt das flüssige Kältemittel durch die Schlitze bzw. Öffnungen 392 auf den Weg zum Ausström-Verbindungsabschnitt 45 in die untere Innenrippe 391. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden eine Vielzahl von Schlitzen 392 ausgebildet, wobei aus dem Kältemittel Tröpfchen entstehen, die die Bodenoberfläche eines jeweiligen Kältemitteldurchgangs 42 erreichen. Anders gesagt, fließt das kondensierte und verflüssigte Kältemittel in jedem kleinen Durchgang der Durchgänge 393 für das Kältemittel in Gasphase im Kältemitteldurchgang 42 über Schlitze 392 in den unteren kleinen Durchgang und schließlich bis zum Durchgang 394 für die kondensierte Flüssigkeit. Zuletzt fließt das Kältemittel in den Ausström-Verbindungsabschnitt 45 eines jeden Kühlrohrs 39, während es entlang der Bodenoberfläche des Kältemitteldurchgangs 42 durchströmt.
Daraufhin fließt das kondensierte flüssige Kältemittel vom Ausström-Verbindungsabschnitt 45 in die Ausström-Kammer des Verbindungsrohrs 41 und weiter durch den Kältemitteltank-Einlaß 36 des Kältemitteltanks 3 in den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit. Das Kältemittel fließt weiter durch den Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit nach unten und wird über den Verbindungsdurchgang 38, der in der Endabdeckung 23 ausgebildet wird, einem jeweiligen Verdampfungsdurchgang 9 zurückgeführt.
Wie in 34A dargestellt, besitzt die Innenrippe 391 Schlitze 392, durch die das kondensierte flüssige Kältemittel in den unteren Abschnitt des Kältemitteldurchgangs 42 tropft. Dadurch wird an der unteren Seite des Käl temitteldurchgangs 42 ein Bereich geschaffen, in dem das kondensierte und verflüssigte Kältemittel fließt, während an der oberen Seite des Kältemitteldurchgangs 42 ein Bereich geschaffen wird, an dem das Kältemittel in Gasphase strömt. Folglich kann die durch eine jeweilige Innenrippe 391 definierte Bodenoberfläche des kleinen Durchgangs im Kältemitteldurchgang 42 vor einer Bedeckung mit dem kondensierten flüssigen Kältemittel bewahrt werden. Wie in 34B dargestellt, kann daher die Wärme des verdampften Kältemittels nicht nur wirkungsvoll an die obere Wand 395 und die Seitenwände 396 und 397 abgegeben bzw. übertragen werden, sondern auch an die Bodenwand 398 des kleinen Durchgangs. Folglich kann eine Verringerung der Abstrahlungsfläche verhindert werden, an die die Wärme des verdampften Kältemittels abgegeben wird, wodurch eine Verschlechterung der Kühlleistung verhindert wird.
Da die Schlitze 392 an verschiedenen Stellen in der Innenrippe 391 bezüglich der Strömungsrichtung des Kältemittels ausgebildet sind, wird die Menge des kondensierten flüssigen Kältemittels, welches in den Kältemitteldurchgängen 42 verbleibt, verringert, so daß das verdampfte Kältemittel wirkungsvoll kondensiert werden kann.
Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ergeben sich die folgenden Wirkungen.
Da die Öffnung 41 mit kleinem Durchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser in der Wand ausgebildet ist, welche den Einström-Verbindungsabschnitt definiert, kann ein Eindringen des Kältemittels in flüssiger Phase in die Kältemitteldurchgänge 42 unterdrückt bzw. verringert werden. Daher kann im Kältemitteldurchgang 42 Wärme mittels Kondensation übertragen werden, weshalb eine Verschlechterung der Abstrahlungsleistung verhindert wird. Durch Vorsehen der Öffnungen mit kleinem Durchmesser kann eine ungleichmäßige Strömung des Kältemittels in die Kältemitteldurchgänge 42 verhindert werden und das Kältemittel gleichmäßig an die Kältemitteldurchgänge 42 derart verteilt werden, daß eine Verschlechterung der Kühlleistung verhindert werden kann.
Da die Kühlrohre 39 hinsichtlich des Verbindungsrohrs 51 schräg gestellt bzw. geneigt sind, besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, daß das kondensierte flüssige Kältemittel leicht durch die Kältemitteldurchgänge 42 von der Seite des Einström-Verbindungsabschnitts 44 in Richtung zum Ausström-Verbindungsabschnitt 45 fließt. Daher wird die Menge des an der Bodenoberfläche der Kältemitteldurchgänge 42 verbleibenden Kältemittels verringert, weshalb das verdampfte Kältemittel wirkungsvoller kondensiert werden kann. Folglich wird die benötigte Kältemittelmenge verringert, wodurch sich die Kosten des Kühlgeräts verringern.
Da das Innere des Extrusionselements 7 durch die Trennwände 31 in eine Vielzahl von Verdampfungsdurchgängen 9 aufgeteilt ist, kann das durch die Verdampfungsdurchgänge 9 strömende verdampfte Kältemittel geglättet bzw. vergleichmäßigt werden. Darüber hinaus kann mittels der Trennwände 31 die effektive Siedefläche vergrößert und die Kühlleistung des Kühlgeräts verbessert werden. Ferner kann die mechanische Stabilität des Kältemitteltanks 3 gegenüber positiven und negativen Drücken vergrößert werden, wodurch eine Verformung der Wand des Kältemitteltanks 3, an dem die IGBT-Module 2 angebracht werden, verhindert wird.
Da der Kühler durch Aufeinanderschichten einer Vielzahl von Kühlrohren mit jeweils der gleichen Hohlform aufgebaut werden kann und der Zusammenbau der Kühlrohre an der mit dem Kühlmitteltank verbundenen Verbindungseinheit verbunden wird, kann die Kapazität des Kühlers durch Aufschichten zusätzlicher Kühlrohre mit jeweils der gleichen Hohlform an den zusammengebauten Kühlrohren leicht verändert werden, wenn die Anzahl der am Kältemitteltank angebrachten Wärmekörper vergrößert wird und sich die erzeugte Gesamtwärmemenge erhöht. Dadurch kann ein Kühler mit einer der benötigten erzeugten Wärmemenge entsprechenden Kapazität bei geringen Kosten hergestellt werden.
Da der Kältemitteltank 3 im Inneren mit dem unteren Verbindungsdurchgang 38 ausgestattet ist, der die Verdampfungsdurchgänge im unteren Ende des Kältemitteltanks 3 mit dem Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit verbindet, wird das gekühlte flüssige Kältemittel kontinuierlich vom Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit den Verdampfungsdurchgängen zugeführt. Eine Überflutung (gegenseitige Beeinflußung bei Bewegung des verdampften Kältemittels und des flüssigen Kältemittels) kann dadurch verhindert werden.
Da die Kühlrohre 39 über Verbindungselemente 51 mit dem Kältemitteltank 3 verbunden sind, kann die Richtung oder Position, an der die Kühlrohre 39 eingebaut sind, in geeigneter Weise dadurch geändert werden, daß die Form des Verbindungselements 51 geändert wird. Dadurch kann der Freiheitsgrad beim Entwurf des Kühlgeräts verbessert werden. Die Ausmaße des Kühlgeräts können auf diese Weise verkleinert werden.
Da die Bodenoberflächen der Kühlrohre 39 von den Einström-Verbindungskammern 44 in Richtung zu den Ausström-Verbindungskammern 45 schräg gestellt sind, kann das kondensierte flüssige Kältemittel gleichmäßig über die Kühldurchgänge 42 von der Einström-Verbindungskammer in Richtung zur Ausström-Verbindungskammer fließen. Folglich wird die an der Bodenoberfläche der Kühldurchgänge 42 verbleibende Menge des kondensierten flüssigen Kältemittels verringert, weshalb das verdampfte Kältemittel wirkungsvoll kondensiert werden kann.
Da der Kältemitteltank 3 durch ein Extrusionselement 7 aufgebaut wird, kann er auf einfache Weise an eine Änderung der Anzahl von IGBT-Modulen angepaßt werden. Dadurch wird die Produktivität verbessert.
Da die Trennwände im Extrusionselement integral ausgebildet werden können, um das Innere der Kühlmittelkammer aufzuteilen, können die Verdampfungsdurchgänge 9 und der Durchgang 10 für die kondensierte Flüssigkeit auf einfache Weise hergestellt werden. Da die Vielzahl von Verdampfungsdurchgängen 9 durch einfaches Abschneiden eines oberen Endabschnitts der Trennwand 31 des Extrusionselements mit dem Tankauslaß 35 in Verbindung gebracht werden können, kann die Zirkulation des Kältemittels bei geringen Kosten und ohne Verwendung spezieller Teile gesteuert werden.
Die Verdampfungsdurchgänge und der Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit können im unteren Abschnitt der Kältemittelkammer durch Abschneiden der unteren Endabschnitte der Trennwände des Extrusionselements und durch Verbinden eines Abschlußelements am unteren Endabschnitt des Extrusionselements miteinander verbunden werden. Dadurch kann das Abschlußelement eine einfache Form aufweisen (beispielsweise eine einfache flache Platte), wodurch die Herstellung des Abschlußelements vereinfacht wird.
Wenn das Kühlgerät eine Vielzahl von Wärmekörpern kühlen soll, kann eine Vielzahl von Kältemittelkammern innerhalb des Kältemitteltanks 3 für die jeweiligen Wärmekörper ausgebildet werden. Durch Verbinden der Kältemittelkammern untereinander kann man eine gleichförmige Zirkulation des Kältemittels im gesamten Kältemitteltank erreichen, wodurch eine Verschlechterung der Kühlleistung aufgrund einer ungleichmäßigen Verteilung des Kältemittels im Kältemitteltank verhindert werden kann.
Durch Ausbilden des Kältemitteltanks in einer flachen Form kann eine darin verwendete Kältemittelmenge verringert werden. Daher können selbst bei Verwendung des teuren Fluorkarbon-Kältemittels die Kosten minimiert werden.
Die Verdampfungsdurchgänge und der Durchgang für die kondensierte Flüssigkeit können durch innerhalb der Kältemittelkammer angeordnete Kältemittel-Strömungssteuerplatten ausgebildet werden. Zusätzlich zur Verhinderung der Überflutung kann in diesem Fall durch Anordnen der Kältemittel-Strömungssteuerplatten in Kontakt mit den Innenoberflächen der Kältemittelkammer die Festigkeit der Kältemittelkammer verbessert werden und die Abstrahlfläche der Kältemittelkammer derart vergrößert werden, daß die Kühlleistung verbessert wird.
Man kann nicht nur den Kältemitteltank sondern auch den Kühler unter Verwendung eines durch Extrudieren ausgebildeten Extrusionselements integral mit dem Kältemitteltank aufbauen. In diesem Fall können die Kosten für den Kühler verringert werden, wobei die Arbeit für den Zusammenbau des Kühlers mit dem Kältemitteltank entfällt, so daß die Gesamtkosten für das Kühlgerät verringert sind.
Der Kühler 4 wird durch eine Vielzahl von Plattenelementen mit verbundenen Abschnitten aufgebaut und wird durch Verbinden der Verbindungsabschnitte der Plattenelemente ausgebildet. Da die verbundenen Abschnitte durch Biegen der Plattenelemente ausgebildet werden, kann der Kühler auf einfache Weise hergestellt werden.
Durch die Schlitze bzw. Aussparungen 392 tropft das kondensierte flüssige Kältemittel in den unteren Abschnitt des Kältemitteldurchgangs 42. An der unteren Seite des Kältemitteldurchgangs 42 wird ein Bereich ausgebildet, an dem das kondensierte und verflüssigte Kältemittel fließt, während an der oberen Seite des Kältemitteldurchgangs 42 ein Bereich ausgebildet wird, an dem das Kältemittel in Gasphase strömt. Daher kann ein Verstopfung des Kältemitteldurchgangs 42 verhindert werden. Aufgrund dieser Tatsache kann eine Verringerung der minimalen Strompfad-Querschnittsfläche, durch die das Kältemittel in Gasphase in den Durchgängen 393 hindurchtritt, verhindert werden, weshalb auch eine Verschlechterung der Kühlleistung verhindert wird.
Gemäß 34 werden die Schlitze 392 in der Innenrippe 391 an zueinander verschiedenen Stellen ausgebildet. Die Schlitze 392 können jedoch auch, wie in 36 dargestellt, an im Wesentlichen gleichen Stellen ausgebildet werden. Auf diese Weise können die Schlitze 392 sehr einfach ausgebildet werden.
Darüber hinaus kann gemäß 37A, 37B und 37C die Innenrippe 391 durch zwei wellige Elemente aufgebaut werden, die zueinander verschoben sind, wobei der Schlitz 392 zwischen den verschobenen zwei welligen Elementen ausgebildet wird.
Ein Kühlgerät besteht aus einem Kältemitteltank, der eine Oberfläche aufweist, an der Wärmevorrichtungen angebracht sind, und in dem ein flüssiges Kältemittel enthalten ist, das durch die von den Wärmevorrichtungen übertragene Wärme zum Sieden gebracht und verdampft wird, wobei ein Kühler die Wärme des zum Sieden gebrachten und verdampften Kältemittels abgibt. Der Kühler besitzt eine Einström-Rückführkammer mit einer Öffnung mit kleinem Durchmesser, der kleiner ist als der der Einström-Rückführkammer. Das flüssige Kältemittel des Gas/flüssig gemischten Kältemittels wird durch die Öffnung mit kleinem Durchmesser der Einström-Rückführkammer aufgestaut und das aufgestaute flüssige Kältemittel über einen Rückführdurchgang zum Kältemitteltank zurückgeführt. Da das im Gas/flüssig gemischten Kältemittel enthaltene flüssige Kältemittel mittels der Öffnung mit kleinem Durchmesser am Eindringen gehindert wird, kann das gasförmige Kältemittel die Wärme direkt an die Wände der Kühldurchgänge abgeben, so daß eine Verschlechterung der Kühlleistung verhindert wird.

Claims

Kühlgerät zum Sieden und Kondensieren eines Kältemittels, wodurch ein Hochtemperaturmedium abgekühlt wird, mit: einem Kältemitteltank (3) zum Aufnehmen des flüssigen Kältemittels, welches durch die vom Hochtemperaturmedium (2) übertragene Wärme teilweise zum Sieden gebracht und in ein gasförmiges Kältemittel verdampft wird, wobei ein Gas/flüssig gemischtes Kältemittel aus gasförmigen und flüssigen Kältemittels ausgegeben wird, und einem Kühler (4), der mit dem Kältemitteltank (3) zum Aufnehmen des vom Kältemitteltank (3) kommenden Gas/flüssig gemischten Kältemittels verbunden ist, wodurch die Wärme des Gas/flüssig gemischten Kältemittels an ein Niedertemperaturmedium zum Kondensieren des gasförmigen Kältemittels übertragen wird und das flüssige Kältemittel sowie das kondensierte flüssige Kältemittel an den Kältemitteltank (3) zurückgeführt wird, wobei der Kühler (4) aus einem Kühldurchgang (42) zum Kondensieren des gasförmigen Kältemittels und einer Kondensationskühlfläche-Verringerungs-Verhinderungsvorrichtung (461, 421, 411) besteht, die eine Verringerung einer Kühlfläche des Kühldurchgangs (42), in dem das gasförmige Kältemittel kondensiert wird, verhindert und in dem Kühldurchgang (42) angeordnet ist.
Kühlgerät zum Sieden und Kondensieren eines Kältemittels, wodurch ein Hochtemperaturmedium abgekühlt wird, mit: einem Kältemitteltank (3) zum Aufnehmen des flüssigen Kältemittels, das durch die vom Hochtemperaturmedium (2) übertragene Wärme teilweise zum Sieden gebracht und in ein gasförmiges Kältemittel verdampft wird, wodurch ein Gas/flüssig gemischtes Kältemittel aus gasförmigen und flüssigen Kältemittel ausgegeben wird; und einem Kühler (4), der in Strömungs-Verbindung mit dem Kältemitteltank (3) steht, in den das Gas/flüssig gemischte Kältemittel vom Kältemitteltank (3) strömt, um die Wärme des Gas/flüssig gemischten Kältemittels an das Niedertemperaturmedium zu übertragen, wodurch das gasförmige Kältemittel kondensiert wird, und um das flüssige Kältemittel und das kondensierte flüssige Kältemittel an den Kältemitteltank (3) zurückzuführen, wobei der Kühler (4) aus einem Einström-Durchgang (44, 461), in den das Gas/flüssig gemischte Kältemittel vom Kältemitteltank (3) einströmt, einem Ausström-Durchgang (45, 471) zum Ausgeben des Kältemittels an den Kältemitteltank (3), und einer Vielzahl von Kühldurchgängen (421, 42) besteht, die den Einström-Durchgang (44, 461) mit dem Ausström-Durchgang (45, 471) verbinden, wobei der Einström-Durchgang (44, 461) einen Abschnitt mit einem großen Durchmesser (r1) und einen Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser (r2) aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser (r1) des Abschnitts mit großem Durchmesser, wobei die Abschnitte wechselweise in einer Strömungsrichtung des Gas/flüssig gemischten Kältemittels ausgebildet sind.
Kühlgerät nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausström-Durchgang (45, 471) einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser, die wechselweise in einer Strömungsrichtung des verdampften Kältemittels ausgebildet sind, und die Kühldurchgänge (421, 42) den Abschnitt mit großem Durchmesser des Einström-Durchgangs (44, 461) mit dem Abschnitt mit großem Durchmesser des Ausström-Durchgangs (45, 471) verbinden.
Kühlgerät nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einström-Durchgang (44, 461) und Ausström-Durchgang (45, 471) eine Vielzahl von Abschnitten mit großem Durchmesser und Abschnitten mit kleinem Durchmesser aufweist, und die Kühldurchgänge (421, 42) einen bestimmten der Abschnitte mit großem Durchmesser des Einström-Durchgangs (44, 461) und einen bestimmten der Abschnitte mit großem Durchmesser des Ausström-Durchgangs (45, 471) jeweils miteinander verbinden.
Kühlgerät nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemitteltank (3) im Inneren einen Verdampfungsdurchgang (9), durch den das verdampfte Kältemittel, welches durch die vom Hochtemperaturmedium (2) übertragene Wärme verdampft wurde, und das flüssige Kältemittel in Richtung zum Einström-Durchgang (44, 461) aufsteigt, sowie einen Durchgang (10) für eine kondensierte Flüssigkeit aufweist, durch die das kondensierte flüssige Kältemittel, welches im Kühler (4) abgekühlt und kondensiert wurde, vom Ausströmdurchgang (45, 471) absteigend zurückgeführt wird.
Kühlgerät nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel durch die Kühldurchgänge (29 in 22) in zueinander unterschiedlichen Richtungen strömt.
Kühlgerät nach Patentanspruch 6, gekennzeichnet durch einen Verbindungsabschnitt (4') zum Verbinden des Kältemitteltanks (3) mit dem Kühler (5' in 22), wobei die Vielzahl von Kühldurchgängen (29 in 22) parallel zum Verbindungsabschnitt (4') ausgebildet sind.
Kühlgerät nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (5' in 22) eine Vielzahl von an unterschiedlichen Stellen ausgebildeten Einström-Durchgängen (27 in 22) aufweist.
Kühlgerät nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Einström-Durchgängen (27 in 22) in einem Zentrumsabschnitt des Kältemitteltanks (3) ausgebildet ist.
Kühlgerät nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (5' in 22) eine Vielzahl von an verschiedenen Stellen ausgebildeten Ausström-Durchgängen (28 in 22) aufweist.
Kühlgerät nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vielzahl von Einström-Durchgängen (27 in 22) an beiden Seitenendabschnitten des Kältemitteltanks (3) befinden.
Kühlgerät zum Sieden und Kondensieren eines Kältemittels, wodurch ein Hochtemperaturmedium abgekühlt wird, mit: einem Kältemitteltank (3) zum Aufnehmen eines flüssigen Kältemittels, das mit der vom Hochtemperaturmedium (2) übertragenen Wärme teilweise zum Sieden gebracht wird und in ein gasförmiges Kältemittel verdampft wird, und welches einen Kältemitteltankauslaß (35) zum Ausgeben des Gas/flüssig gemischten Kältemittels aus gasförmigen und flüssigen Kältemittel aufweist; und einem Kühler (4), der in Strömungsverbindung mit dem Kältemitteltank (3) steht, in den das Gas/flüssig gemischte Kältemittel vom Kältemitteltank (3) einströmt, wodurch die Wärme des Gas/flüssig gemischten Kältemittels zum Niedertemperaturmedium übertragen wird, um das gasförmige Kältemittel zu kondensieren und das flüssige Kältemittel und das kondensierte flüssige Kältemittel zum Kältemitteltank (3) zurückzuführen, wobei der Kühler (4) einen Innendurchmesser (r1) aufweist und darüber hinaus einen Rückführabschnitt (341) für das flüssige Kältemittel bestehend aus einer Einström-Rückführkammer (461) mit einer Öffnung (411) mit einem kleinen Durchmesser (r2), der kleiner ist als der Innendurchmesser (r1), und mit dem Kältemitteltank-Auslaß (35) des Kältemitteltanks (3) derart in Verbindung steht, daß das flüssige Kältemittel durch die Öffnung (411) mit kleinem Durchmesser aufgestaut wird, sowie einen Rückführdurchgang (421), der mit einer Ausström-Rückführkammer (471) zum Rückführen des aufgestauten flüssigen Kältemittels an den Kältemitteltank (3) in Verbindung steht, aufweist; und eine Vielzahl von Kühldurchgängen (42) aufweist, die mit der Öffnung (411) mit kleinem Durchmesser (r2) des Rückführabschnitts (341) für das flüssige Kältemittel in Verbindung steht, der mit dem Kältemitteltankauslaß (35) über die Einström-Rückführkammer (461) verbunden ist, wobei die Kühldurchgänge (42) das gasförmige Kältemittel des Gas/flüssig gemischten Kältemittels zum Kondensieren des gasförmigen Kältemittels darin aufnimmt und das kondensierte flüssige Kältemittel zum Kältemitteltank (3) zurückführt.
Kühlgerät nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einström-Rückführkammer (461) des Rückführabschnitts (341) für das flüssige Kältemittel eine Bodenoberfläche besitzt und der unterste Abschnitt der Öffnung (411) mit kleinem Durchmesser (r2) um eine vorbestimmte Höhe oberhalb der Bodenoberfläche liegt.
Kühlgerät nach Patentanspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (411) mit kleinem Durchmesser (r2) durch Stanzen in eine eliptische oder rechteckige Form gebracht wird.
Kühlgerät nach einem der Patentansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemitteltank (3) einen Kältemitteltank-Einlaß (36) aufweist, durch den das flüssige Kältemittel und das kondensierte flüssige Kältemittel vom Kühler (4) in den Kältemitteltank (3) fließt, und der Rückführabschnitt (341) für das flüssige Kältemittel eine Ausström-Rückführkammer (471) aufweist, die integral mit dem Kältemitteltank-Einlaß (36) ausgebildet ist, wobei der Rückführdurchgang (421) und die Kühldurchgänge (42) mit dem Kältemitteltank (3) über die Ausström-Rückführkammer (471) in Verbindung stehen.
Kühlgerät nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemitteltank (3) im Inneren Verdampfungsdurchgänge (9), durch die das von der vom Hochtemperaturmedium (2) übertragenen Wärme verdampfte gasförmige Kältemittel sowie das flüssige Kältemittel zum Kältemitteltank-Auslaß (35) aufsteigt, sowie einen Durchgang (10) für das kondensierte flüssige Kältemittel aufweist, durch den das im Kühler abgekühlte und kondensierte sowie über den Kältemitteltank-Einlaß (36) zurückgeführte flüssige Kältemittel absteigt.
Kühlgerät nach Patentanspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kühldurchgang (42) eine Bodenoberfläche aufweist, und die Bodenoberfläche vom Kältemitteltank-Auslaß (35) in Richtung zum Kältemitteltank-Einlaß (36) schräg gestellt ist.
Kühlgerät nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kühldurchgang (42) eine Bodenoberfläche aufweist und ein Ausström-Durchgang (45, 471) vorgesehen ist, der einen Abschnitt mit großem Durchmesser (r1) und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser (r2) aufweist, wobei die Abschnitte wechselweise in einer Strömungsrichtung des gasförmigen Kältemittels ausgebildet sind, und der unterste Abschnitt des Abschnitts mit kleinem Durchmesser (r2) des Ausström-Durchgangs (45, 471) unterhalb dem untersten Abschnitt des Kühldurchgangs (43) liegt.
Kühlgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemitteltank (3) im Inneren mit einem Verdampfungsdurchgang (9), durch den das durch die vom Hochtemperaturmedium (2) übertragene Wärme verdampfte gasförmige Kältemittel und das flüssige Kältemittel aufsteigt, und mit einem Durchgang (10) für das kondensierte flüssige Kältemittel ausgestattet ist, durch den das im Kühler (4) abgekühlte und kondensierte flüssige Kältemittel absteigt; der Kühler (4) einen Einström-Durchgang, der eine Vielzahl von Einström-Verbindungskammern (461, 44) besitzt und mit dem Verdampfungsdurchgang (9) verbunden ist, einen Ausström-Durchgang, der eine Vielzahl von Ausström-Verbindungskammern (471, 45) besitzt und mit dem Durchgang (10) für die kondensierte Flüssigkeit verbunden ist, eine Vielzahl von Kühldurchgängen (421, 42), die jeweils eine bestimmte Einström-Verbindungskammer und eine bestimmte Ausström-Verbindungskammer miteinander verbinden, und eine Beschränkungsöffnung (411, 41) aufweist, die zwischen jeweils benachbarten Einström-Verbindungskammern ausgebildet sind, um ein Eindringen des flüssigen Kältemittels von einer in die andere benachbarte Einström-Verbindungskammer zu unterbinden.
Kühlgerät nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschränkungsöffnung (411, 41) durch Stanzen in eine eliptische oder rechteckige Form gebracht wird.
Kühlgerät nach Patentanspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kühldurchgänge (42) eine Bodenoberfläche aufweist und die Bodenoberfläche vom Einström-Durchgang in Richtung zum Ausström-Durchgang schräg gestellt ist.
Kühlgerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (4) durch Verbinden einer Vielzahl von plattenförmigen Elementen (40) mit jeweils einem Verbindungsabschnitt aufgebaut ist, und der Verbindungsabschnitt durch Biegen des hochstehenden plattenförmigen Elements (40) ausgebildet wird.
Kühlgerät zum Sieden und Kondensieren eines Kältemittels, wodurch ein Hochtemperaturmedium (2) abgekühlt wird, mit: einem Kältemitteltank (3) zum Aufnehmen eines Kältemittels, das durch vom Hochtemperaturmedium (2) übertragene Wärme verdampft wird; und einem Kühler (4), der mit dem Kältemitteltank (3) in Verbindung steht und das im Kältemitteltank (3) verdampfte gasförmige Kältemittel in ein flüssiges Kältemittel kondensiert; wobei der Kühler (4) aus einem Einström-Verbindungsabschnitt (44), der an der Einlaßseite des Kältemitteltanks (3), in den das Kältemittel strömt, ausgebildet ist; einem Ausström-Verbindungsabschnitt (45), der an einer Auslaßseite des Kältemitteltanks (3), aus dem das Kältemittel ausströmt, ausgebildet ist; und einem Kühldurchgang (42) besteht, der zur Horizontale im Wesentlichen schräg gestellt angeordnet ist und eine Vielzahl von vertikal ausgebildeten kleinen Durchgängen aufweist, wodurch der Einström-Verbindungsabschnitt (44) mit dem Ausström-Verbindungsabschnitt (45) verbunden wird, und die kleinen Durchgänge mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen sind, durch die das kondensierte flüssige Kältemittel in einen unteren kleinen Durchgang tropfen kann.
Kühlgerät nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (4) eine Kondensationsrippe (391) aufweist, die zum Kondensieren des gasförmigen Kältemittels in ein kondensiertes flüssiges Kältemittel im Kühldurchgang (42) angeordnet ist, wobei die Kondensationsrippe (391) eine Vielzahl von Schlitzen (392) aufweist, durch die das kondensierte flüssige Kältemittel auf eine Bodenfläche des Kühldurchgangs (42) tropft.
Kühlgerät nach Patentanspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühldurchgang (42) einen Flüssigphasen-Kältemitteldurchgang (394), der in seinem unteren Abschnitt ausgebildet ist und durch das kondensierte flüssige Kältemittel fließt, und einen Gasphasen-Kältemitteldurchgang (393) aufweist, der über dem Flüssigphasen-Kältemitteldurchgang (394) ausgebildet ist und durch den gasförmiges Kältemittel strömt, wobei die Kondensationsrippe (391) sich innerhalb des Flüssigphasen-Kältemitteldurchgangs (394) befindet.
Kühlgerät nach Patentanspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemitteldurchgang (42) derart ausgebildet ist, daß das Kältemittel vom Einström-Verbindungsabschnitt (44) in Richtung zum Ausström-Verbindungsabschnitt (45) strömt und die Kondensationsrippe (391) wellenförmig ausgestaltet ist und sich in einer Strömungsrichtung des Kältemittels erstreckt.
Kühlgerät nach einem der Patentansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühldurchgang (42) derart ausgebildet wird, daß das Kältemittel vom Einström-Verbindungsabschnitt (44) in Richtung zum Ausström-Verbindungsabschnitt (45) strömt und die Schlitze (392) an zueinander unter schiedlichen Positionen innerhalb der Kondensationsrippe (391) in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels ausgebildet sind.
Kühlgerät nach einem der Patentansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (4) durch Verbinden einer Vielzahl von plattenförmigen Elementen (40) mit jeweils einem Verbindungsabschnitt ausgebildet wird und der Verbindungsabschnitt durch Biegen des hochstehenden plattenförmigen Elements (40) ausgebildet wird.
Kühlgerät nach einem der Patentansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühldurchgang (42) eine Bodenoberfläche aufweist und die Bodenoberfläche vom Einström-Verbindungsabschnitt (44) in Richtung zum Ausström-Verbindungsabschnitt (45) schräg gestellt ist.