DE202009004630U1

DE202009004630U1 - Kühlelement einer elektronischen Komponente

Info

Publication number: DE202009004630U1
Application number: DE202009004630U
Authority: DE
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2019-04-04
Also published as: FIU20080124U0; FI8044U1

Abstract

Kühlelement (1, 10, 100) einer elektronischen Komponente, aufweisend:
einen Verdampfungsraum (2) zum Aufnehmen von Kühlmittel,
eine den Verdampfungsraum (2) abgrenzende Wandung (3) zum Aufnehmen der zu kühlenden elektronischen Komponente und
einen im oberen Teil des Verdampfungsraums (2) vorhandenen Kondensatoranschluss (6, 16, 116) zum Führen des verdampften Kühlmittels vom Verdampfungsraum in einen Kondensator (7), dadurch gekennzeichnet,
dass das Kühlelement (1, 10, 100) einen vom Verdampfungsraum getrennten Rückkanal (11) aufweist, der im unteren Teil des Verdampfungsraums mit dem Verdampfungsraum (2) verbunden ist, um das vom Kondensator zurückkehrende Kühlmittel dem unteren Teil des Verdampfungsraums (2) zuzuführen und
dass der Kondensatoranschluss (6, 16, 116) eine Führung (9, 19, 119) aufweist, um das vom Kondensator (7) zurückkehrende Kühlmittel in den besagten Rückkanal (11) zu führen.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühlelement einer elektronischen Komponente, das einen Verdampfungsraum aufweist, und insbesondere auf eine Lösung, mit der die Kühlkapazität eines solchen Kühlelements optimiert werden kann.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Vorbekannt ist ein Kühlelement einer elektronischen Komponente, das einen Verdampfungsraum zum Aufnehmen von Kühlmittel aufweist. Der Verdampfungsraum grenzt an eine Wandung, auf deren Aussenfläche die zu kühlende elektronische Komponente angeordnet ist.
Das Kühlmittel, das beim Gebrauch vom Verdampfungsraum verdampft, bewegt sich über einen Kondensatoranschluss im oberen Teil des Verdampfungsraums zu einem Kondensator. Im Kondensator kühlt das Kühlmittel ab und kondensiert, worauf es von dem Kondensatoranschluss zurück in den Verdampfungsraum abfließt.
Ein Nachteil der voran beschriebenen bekannten Lösung ist eine unzureichende oder mangelhafte Kühlleistung. In der Praxis verbleibt das in den Verdampfungsraum zurückkehrende kondensierte Kühlmittel im oberen Teil des Verdampfungsraums, wohin es über den Kondensatoranschluss gelangt. Das hat sich in der Praxis als problematisch erwiesen, insbesondere falls der Verdampfungsraum relativ tief ist, wobei kein abgekühltes Kühlmittel zum unteren Teil des Verdampfungsraums gelangt.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben beschriebene Problem zu lösen und eine Lösung bereitzustellen, die die Kühlung der elektronischen Komponente auf einfache und preisgünstige Weise effektiver macht. Diese Aufgabe wird durch die Lösung nach dem beigefügten unabhängigen Schutzanspruch 1 erreicht.
Bei der Erfindung wird von einem vom Verdampfungsraum getrennten Rückkanal Gebrauch gemacht, in den das vom Kondensator zurückkehrende Kühlmittel mittels einer Führung des Kondensatoranschlusses geführt wird. Der Rückkanal ist seinerseits mit dem unteren Teil des Verdampfungsraums verbunden, um das vom Kondensator zurückkehrende Kühlmittel dem Verdampfungsraum zuzuführen. Durch diese Lösung können das vom Kondensator zurückkehrende, abgekühlte Kühlmittel und das vom Verdampfungsraum zum Kondensator fahrende, heisse Kühlmittel auseinander gehalten werden. Ausserdem wird die Zirkulation von Kühlmittel im Verdampfungsraum effizienter, weil das abgekühlte Mittel zum unteren Teil des Verdampfungsraums zurückgebracht wird. Als Endergebnis wird somit eine effizientere Kühlung für die elektronische Komponente erreicht.
Die bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kühlelements sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines Kühlelements,
2 eine strukturelle Einzelheit eines Kondensators,
3 eine alternative strukturelle Einzelheit des Kondensators,
4 eine zweite Ausführungsform des Kühlelements, und
5 und 6 eine dritte Ausführungsform des Kühlelements.
BESCHREIBUNG ZUMINDEST EINER AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kühlelements 1. Das Kühlelement umfasst einen Verdampfungsraum 2 zum Aufnehmen von Kühlmittel. Als Kühlmittel kann zum Beispiel eine Wasser-Glykol-Mischung eingesetzt werden. Das kalte Kühlelement kann mit Kühlmittel beispielsweise bis zum Füllgrad von etwa 70% ausgefüllt werden, der mit der Linie 14 veranschaulicht wird, wobei der Kühlmittelpegel beim Blasensieden auf das Niveau der Linie 15 steigt.
Der Verdampfungsraum grenzt an eine Wandung 3, an der eine elektronische Komponente zum Beispiel mit Schrauben befestigt wird, indem Befestigungslöcher 4 in der Wandung 3 benutzt werden. In der Wandung 3 sind Hohlräume 5 oder Schlitze ausgebildet, die sich auf den Verdampfungsraum 2 öffnen und die Kühlung verstärkende Dampftaschen bilden.
Das vom Verdampfungsraum 2 verdampfende Kühlmittel bewegt sich über einen Kondensatoranschluss 6 im oberen Teil des Verdampfungsraums in einen Kondensator 7. In diesem Beispiel wird angenommen, dass der Kondensatoranschluss 6 aus einem einheitlichen Kanalanteil besteht, dessen Länge (in Tiefenrichtung von 1) der Länge des Kühlelements 1 und des Kondensators (in Tiefenrichtung von 1) entspricht.
In der Ausführungsform der 1 ist der Kondensator 7 luftgekühlt, was bedeutet, dass er mit einer Luftströmung 8 gekühlt wird, die in Richtung der Pfeile gemäß 1 von oben links nach unten rechts durch den Kondensator 7 fährt.
Der Kondensatoranschluss 6 umfasst eine Führung 9, die das vom Kondensator 7 zurückkehrende Kühlmittel in einen Rückkanal 11 führt. In dieser Ausführungsform besteht die Führung 9 aus einem Kanalanteil, der sich vom Kühlelement 1 schräg nach oben zum Kondensator 7 erstreckt und dessen untere Wandung 12 das verflüssigte Kühlmittel, das vom Kondensator entlang der unteren Wandung 12 abfließt, in den Rückkanal 11 führt.
Der Rückkanal 11 ist vom Verdampfungsraum 2 mittels einer Wandung 13 getrennt. Im unteren Teil der Wandung 13 ist/sind jedoch eine Öffnung oder Öffnungen angeordnet, durch die das vom Kondensator 7 zurückkehrende, abgekühlte Kühlmittel zum unteren Teil des Verdampfungsraums 2 weitergehen kann. Die Zirkulation von Kühlmittel ist somit effektiv und verbessert die mit dem Kühlelement bereitzustellende Kühlung der elektronischen Komponente.
Das Kühlelement und zumindest seine Wandung 3 gemäß 1 sind aus einem hoch wärmeleitenden Material hergestellt. Eine Alternative ist, das Kühlelement aus Aluminium durch Extrudieren herzustellen, wobei die Teile des Kühlelementrahmens, die in 1 von einem Ende gezeigt werden (die den Verdampfungsraum und den Rückkanal abgrenzenden Aussenteile und die Wandung dazwischen), auf einer Arbeitsstufe hergestellt werden können. Nach dem Extrudieren können am geöffnet gezeigten Ende und an dem gegenüberliegenden Ende Endflanschen zum Beispiel durch Schweissen oder Löten befestigt werden.
2 zeigt eine strukturelle Einzelheit des Kondensators 7 der 1 in Richtung des Pfeils 16, wenn die Endflansche des Kondensators entfernt worden ist.
In 2 weist der Kondensator eine ovale Zellenstruktur auf, wobei eine Luftströmung 8 zwischen die Zellen fährt und das Kühlmittel innerhalb der Zellen zirkuliert. Das verflüssigte Kühlmittel 17 sammelt sich unter der Wirkung von Schwerkraft im unteren Teil der Zellen, woher es zurück zur Führung 9 des Kondensatoranschlusses 6 und weiter in den Rückkanal 11 abfließt.
Wegen des schräg nach oben gerichteten Kondensators benutzen das verdampfte Kühlmittel und das verflüssigte Kühlmittel verschiedene Teile der Zellen. Somit ist die Vermischung dieser Strömungen gering, und der Kondensator arbeitet auf effektive Weise.
3 zeigt eine alternative strukturelle Einzelheit des Kondensators. Die Ausführungsform der 3 entspricht in anderen Hinsichten der Ausführungsform der 2, jedoch weist diese Ausführungsform mehr aufeinanderfolgende ovale Zellen in Strömungsrichtung der Luftströmung 8 auf. Die Betriebsweise ist aber gleich wie in der Ausführungsform der 2.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Kühlelements. Die Ausführungsform der 4 entspricht weitgehend der der 1. Somit wird die Ausführungsform der 4 im Folgenden hauptsächlich unter Anführung von Unterschieden zwischen diesen zwei Ausführungsformen erläutert.
Im Unterschied zur 1 weist der Kondensatoranschluss 16 keine Führung auf, die aus einem sich schräg nach oben zum Kondensator erstreckenden Kanalanteil bestehen würde. Dagegen umfasst die Führung 19 im Kondensatoranschluss 16 in der Ausführungsform der 4 eine Platte (4 zeigt zwei solche Platten aufeinander), in der ein Loch ausgebildet ist, um das verdampfte Kühlmittel vom Verdampfungsraum 2 in den Kondensator zu führen. Um dieses Loch herum ist auf der oberen Fläche der Platte ein Kragen 18 ausgebildet. Das vom Kondensator 7 zurückkehrende verflüssigte Kühlmittel, das mit der oberen Fläche der Platte 19 in Kontakt kommt, kann wegen des Kragens 18 durch das vom Kragen umgebende Loch in den Verdampfungsraum 2 nicht abfließen. Dagegen fließt das auf die obere Fläche der Platte gelangte Kühlmittel wegen der schrägen oberen Fläche der Platte 19 nach rechts und unten in 4, wo es über eine Öffnung 20 in den Rückkanal 11 unter der Öffnung 20 abfließen kann.
Die Platte 19 kann mehrere kleine mit Kragen 18 umgebene Löcher umfassen, um Dampf zum Kondensator zu führen. Wenn es sich um zwei oder mehr Platten handelt, sind die Löcher in den Platten vorzugsweise an unterschiedlichen Stellen angeordnet, so dass ein potentieller aus dem Kondensator in Vertikalrichtung direkt fallender Kühlmitteltropfen auf zumindest eine Platte trifft.
5 und 6 zeigen eine dritte Ausführungsform des Kühlelements 100. Die Ausführungsform der 5 und 6 entspricht weitgehend der der 1. Somit wird die Ausführungsform der 5 und 6 im Fol genden hauptsächlich unter Anführung von Unterschieden zwischen diesen zwei Ausführungsformen erläutert.
In der Ausführungsform der 5 und 6 besteht der Kondensatoranschluss 116 aus drei rohrförmigen Teilen, die das Kühlelement 2 mit dem Kondensator 7 verbinden. Um sicherzustellen, dass das vom Kondensator zurückkehrende Kühlmittel in den Rückkanal 11 gelangt, können innerhalb dieser rohrförmigen Teile Trennungswänder 117 vorhanden sein, die eine Verlängerung für die Wandung 13 ausbilden, die den Verdampfungsraum 2 und den Rückkanal 11 voneinander trennt. Dank der Führung 119 kann das vom Dampf getrennte und verflüssigte Kühlmittel auf diese Weise zum unteren Teil des Verdampfungsraums 2 geführt werden.
Im Unterschied zu 5 und 6 ist es auch denkbar, dass keine Führung 119 gemäß der Figuren vorhanden ist, die einen Kanalanteil aufweist, der sich vom Kühlelement schräg nach oben gegen den Kondensator erstreckt. Dagegen kann der Kondensator 7 vertikal direkt über dem Kühlelement 2 parallel zum Kühlelement 2 angeordnet sein. In dem Falle kann eine die Platte gemäß 4 aufweisende Führung 19 vorhanden sein, die an jedem Kondensatoranschluss 116 angeordnet ist.
Es ist zu verstehen, dass die obige Beschreibung und die dazugehörigen Figuren lediglich zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen. Verschiedene Varianten und Modifikationen der Erfindung werden einem Fachmann offenbar sein, ohne sich vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.

Claims

Kühlelement (1, 10, 100) einer elektronischen Komponente, aufweisend: einen Verdampfungsraum (2) zum Aufnehmen von Kühlmittel, eine den Verdampfungsraum (2) abgrenzende Wandung (3) zum Aufnehmen der zu kühlenden elektronischen Komponente und einen im oberen Teil des Verdampfungsraums (2) vorhandenen Kondensatoranschluss (6, 16, 116) zum Führen des verdampften Kühlmittels vom Verdampfungsraum in einen Kondensator (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1, 10, 100) einen vom Verdampfungsraum getrennten Rückkanal (11) aufweist, der im unteren Teil des Verdampfungsraums mit dem Verdampfungsraum (2) verbunden ist, um das vom Kondensator zurückkehrende Kühlmittel dem unteren Teil des Verdampfungsraums (2) zuzuführen und dass der Kondensatoranschluss (6, 16, 116) eine Führung (9, 19, 119) aufweist, um das vom Kondensator (7) zurückkehrende Kühlmittel in den besagten Rückkanal (11) zu führen.
Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Wandung (3) Schlitze oder Hohlräume (5) aufweist, die sich auf den Verdampfungsraum öffnen und die Kühlung verstärkende Siedetaschen bilden.
Kühlelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkanal (11) aus einem vom Verdampfungsraum (2) mit einer Trennwandung (13) getrennten Raum besteht, wobei der untere Teil der Trennwandung (13) eine Öffnung oder Öffnungen zum Zuführen von Kühlmittel vom Rückkanal (11) in den Verdampfungsraum (2) aufweist.
Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Kondensatoranschluss (6, 116) gehörende Führung (9, 119) einen Kanalanteil zwischen dem Kühlelement (1, 100) und dem Kondensator (7) aufweist, der sich vom Kühlelement (1, 100) schräg nach oben zum Kondensator (7) erstreckt und dessen untere Wandung (12) das Kühlmittel, das vom Kondensator entlang der besagten Wandung abfließt, in den Rückkanal (11) führt.
Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Kondensatoranschluss (16) gehörende Führung (19) eine Platte oberhalb des Verdampfungsraums (2) und des Rückkanals (11) aufweist, deren obere Fläche in Bezug auf die Horizontalebene schräg gegen eine in der Platte über dem Rückkanal angeordnete Öffnung (20) ist und deren obere Fläche einen Kragen (18) aufweist, der ein den Durchgang des verdampften Kühlmittels ermöglichendes Loch umgibt.
Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Kühlelement (1, 10, 100) einen aus Aluminium durch Extrudieren hergestellten Rahmen aufweist, an dessen Enden Endflanschen befestigt sind.
Kühlelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Endflanschen durch Schweissen oder Löten befestigt sind.