DE202021103958U1 - Helix duct cooler unit - Google Patents
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Abstract
Helix-Kanal-Kühler-Einheit (1) für elektronische Baugruppen mit dreidimensionaler Kanalführung aufweisend
- einen Kühlerkörper (10);
- einen Medienzugang (30);
- einen Medienabgang (31);
- eine Helix-Kanalform (50);
- zumindest eine Verlustleistung erzeugende Komponente;
wobei
- der Kühlerkörper (10) die Helix-Kanalform (50) beinhaltet und sich Medienzugang (30)
und
Medienabgang (31) auf der Oberfläche des Kühlerkörpers befinden;
und
- ein Medium über den Medienzugang (30) in die Helix-Kanalform (50) gelangt und diese
über den Medienabgang (31) wieder verlässt;
dadurch gekennzeichnet, dass
- auf mindestens einer Oberfläche des Kühlkörpers (10) mindestens eine Verlustleistung erzeugende Komponente montiert ist;
- die Helix-Kanalform (50) zu einer Helix kombinierte Kanalabschnitte aufweist;
und
- durch die dreidimensionale Kanalführung eine erzwungene helikale Strömungsbewegung des Mediums und somit ein besserer Wärmeübergang entlang der Kanalwände erzeugt wird.
Having a helix channel cooler unit (1) for electronic assemblies with three-dimensional channel routing
- A radiator body (10);
- a media access (30);
- A media outlet (31);
- a helical channel shape (50);
- At least one power loss generating component;
whereby
- The cooler body (10) contains the helical channel shape (50) and there is media access (30)
and
Media outlet (31) are located on the surface of the cooler body;
and
- A medium reaches the helix channel shape (50) via the media access (30) and this
leaves again via the media outlet (31);
characterized in that
- At least one power loss generating component is mounted on at least one surface of the heat sink (10);
- The helical channel shape (50) has channel sections combined to form a helix;
and
- The three-dimensional channel routing creates a forced helical flow movement of the medium and thus a better heat transfer along the channel walls.
Description
Die Erfindung betrifft eine Helix-Kanal-Kühler-Einheit für elektronische Baugruppen mit dreidimensionaler Kanalführung aufweisend einen Kühlerkörper, einen Medienzugang, einen Medienabgang, eine Helix-Kanalform und zumindest eine Verlustleistung erzeugende Komponente, wobei der Kühlerkörper die Helix-Kanalform beinhaltet und sich Medienzugang und Medienabgang auf der Oberfläche des Kühlerkörpers befinden und ein Medium über den Medienzugang in die Helix-Kanalform gelangt und diese über den Medienabgang wieder verlässt.The invention relates to a helix channel cooler unit for electronic assemblies with three-dimensional channel routing having a cooler body, a media inlet, a media outlet, a helix channel shape and at least one power loss generating component, the cooler body containing the helix channel shape and media access and Media outlet are located on the surface of the cooler body and a medium enters the helix channel shape via the media inlet and leaves it again via the media outlet.
Unter einem Medium, im Sinne der Erfindung, wird ein Fluid im physikalischen Sinne verstanden.A medium in the sense of the invention is understood to mean a fluid in the physical sense.
Unter einer dreidimensionalen helikalen Strömung eines Mediums im Raum, im Sinne der Erfindung, wird eine durch eine dreidimensionale Kanalgeometrie erzwungene helikale Turbulenz als spiralförmige Sekundärströmung, die im Kanal einer Hauptströmungsrichtung überlagert ist, verstanden.A three-dimensional helical flow of a medium in space, within the meaning of the invention, is understood to mean a helical turbulence enforced by a three-dimensional channel geometry as a spiral secondary flow which is superimposed in a main flow direction in the channel.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein zweidimensionale Strömungsschikanen, wie ShowerPower, 3D-ShowerPower der Firma Danfoss Silicon Power bekannt.Two-dimensional flow baffles, such as ShowerPower and 3D-ShowerPower from Danfoss Silicon Power, are generally known from the prior art.
Der bekannte Stand der Technik in der Flüssigkühlung zeigt eine zweidimensionale Führung des flüssigen Mediums in mäandrierender Form, die durch periodischen Richtungswechsel (Mäanderkanal) in einer Ebene eine Rotation der ansonsten laminaren Stromfäden (Strömung) erzeugt. Die Wirkung der flüssigen Kühlung besteht in der angestrebten Verringerung der im Wesentlichen ruhenden Grenzschicht der Kühlflüssigkeit an der zu kühlenden Berandungsfläche. Parallel zu den Strömungsfäden ist meist einseitig die Wärmezuführung an der Berandungsfläche, beispielsweise einem Leistungshalbleitersubstrat, angeordnet Die Druckschrift
Die Druckschrift WO 2018 / 134 031 A1 zeigt ein Leistungselektroniksystem und Verfahren zu dessen Herstellung. Dabei ist die Leistungselektronik auf einer ersten Seite einer Grundplatte angeordnet und eine Kühlstruktur einseitig auf der zweiten Seite der Grundplatte angeordnet.The publication WO 2018/134 031 A1 shows a power electronics system and a method for its production. The power electronics are arranged on a first side of a base plate and a cooling structure is arranged on one side on the second side of the base plate.
Die Probleme im Stand der Technik sind im Wesentlichen, dass bei der Flüssigkühlung durch eine zweidimensionale Führung des flüssigen Mediums mit einer erzwungenen Richtungsänderung an den in einer Fläche liegenden Mäanderkurven eine Drallströmung erzeugt wird, die aus einer Hauptrichtung und einer Querströmung entsteht. Diese laminaren Stromfäden besitzen eine nur mäßige Eigenschaft der Grenzflächenminimierung für den Wärmeübergang der Berandungsfläche zum flüssigen Medium, da dort keine Komponente in Wandrichtung, zur Zerstörung der Grenzschicht, existiert.The problems in the prior art are essentially that with liquid cooling, a swirl flow is generated by two-dimensional guidance of the liquid medium with a forced change of direction on the meandering curves lying in a surface, which is created from a main direction and a cross flow. These laminar flow filaments only have a moderate property of minimizing the boundary surface for the heat transfer from the boundary surface to the liquid medium, since there is no component in the direction of the wall to destroy the boundary layer.
Die flächige Mäanderführung der Kanäle führt zwar zur Rotation der Stromfäden, als eine Art helikale Strömung, diese ist jedoch ausschließlich nahezu parallel zu den Kanalwandungen gerichtet. Damit weisen diese Stromfäden die klassischen Strömungsprofile nach Bernoulli auf, die eine ausgeprägte und stabile Grenzschicht an den Rändern/Berandungen aufweisen. Diese Grenzschichten sind strömungsarm bis ruhend und vermindern oder verhindern die Wechselwirkung der Kühlflüssigkeit mit der Wandung.The flat meandering of the channels leads to the rotation of the stream filaments, as a kind of helical flow, but this is exclusively directed almost parallel to the channel walls. These streamlines thus have the classic Bernoulli flow profiles, which have a pronounced and stable boundary layer at the edges / boundaries. These boundary layers have little or no flow and reduce or prevent the interaction of the coolant with the wall.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die nachteiligen, nahezu ruhenden Grenzschichten durch eine weitere erzwungene Richtungsänderung durch weitere Drallströmungen zu vermindern und durch Prallströmungen abzubauen. Die abgebauten Grenzschichten ermöglichen einen deutlich verbesserten Wärmeübergang von der Berandungsfläche in das Medium (die Kühlflüssigkeit). Dazu wird erfindungsgemäß der zweidimensionalen Mäandrierung durch eine x-y-Kanalführung eine weitere Richtungsänderung in z-Richtung aufgezwungen. So entsteht eine weitere Querströmung durch Richtungsänderungen des Mediums und damit eine dreidimensionale echte helikale Strömung im Raum. Diese weitere Strömungskomponente wirkt zusammen mit den zusätzlichen Prallflächen der Strömungsführung reduzierend auf die Grenzflächendicke und Grenzflächenerstreckung und wirkt damit steigernd auf den Wärmeübergang. So wird dann beispielsweise eine verbesserte Kühlung für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen möglich.The present invention is based on the object of reducing the disadvantageous, almost stationary boundary layers by means of a further forced change in direction by means of further swirl currents and of reducing them by means of impingement currents. The dismantled boundary layers enable a significantly improved heat transfer from the boundary surface into the medium (the cooling liquid). For this purpose, according to the invention, a further change in direction in the z direction is imposed on the two-dimensional meandering by means of an x-y channel guide. This creates a further cross flow through changes in direction of the medium and thus a three-dimensional real helical flow in space. This further flow component, together with the additional baffle surfaces of the flow guide, has a reducing effect on the interface thickness and extension and thus has an increasing effect on the heat transfer. In this way, for example, improved cooling for power electronic semiconductor assemblies is possible.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer erfindungsgemäßen Helix-Kanal-Kühler-Einheit.This object is achieved with a helix channel cooler unit according to the invention.
Die Helix-Kanal-Kühler-Einheit für elektronische Baugruppen mit dreidimensionaler Kanalführung weist auf: einen Kühlerkörper, einen Medienzugang, einen Medienabgang, eine Helix-Kanalform (
- - der Kühlerkörper (
10 ) die Helix-Kanalform (50 ) beinhaltet und sich Medienzugang (30 ) und Medienabgang (31 ) auf der Oberfläche des Kühlerkörpers befinden; und - - das Medium über den Medienzugang (
30 ) in die Helix-Kanalform (50 ) gelangt und diese über den Medienabgang (31 ) wieder verlässt; und ist dadurch gekennzeichnet, dass - - auf mindestens einer Oberfläche des Kühlkörpers (
10 ) mindestens eine Verlustleistung erzeugende Komponente montiert ist; - - die Helix-Kanalform (
50 ) zu einer Helix kombinierte Kanalabschnitte aufweist; und - - durch die dreidimensionale Kanalführung eine erzwungene helikale Strömungsbewegung des Mediums und somit ein besserer Wärmeübergang entlang der Kanalwände erzeugt wird.
- - the radiator (
10 ) the helix canal shape (50 ) and media access (30th ) and media exit (31 ) are located on the surface of the radiator body; and - - the medium via the media access (
30th ) into the helix canal shape (50 ) and this via the media outlet (31 ) leaves again; and is characterized in that - - on at least one surface of the heat sink (
10 ) at least one power loss generating component is mounted; - - the helix canal shape (
50 ) has channel sections combined to form a helix; and - - The three-dimensional channel routing creates a forced helical flow movement of the medium and thus a better heat transfer along the channel walls.
Weiter kann der Kühlerkörper quaderförmig ausgebildet sein.Furthermore, the cooler body can be designed in the shape of a cuboid.
Der Kühlerkörper kann einteilig oder zweiteilig mit einer ersten Halbschale und einer zweiten Halbschale ausgebildet sein.The cooler body can be designed in one piece or in two parts with a first half-shell and a second half-shell.
Die verschiedenen Oberflächen des Kühlerkörpers können unabhängig voneinander mit Verlustleistung erzeugenden Komponenten bestückt werden.The various surfaces of the cooler body can be equipped with components that generate power loss independently of one another.
Die Verlustleistung erzeugende Komponenten können Halbleiter-Komponenten und / oder Kondensatoren umfassen.The components generating power loss can include semiconductor components and / or capacitors.
Der Kühlerkörper kann aus einem Metall, einer Metalllegierung und / oder keramischen Werkstoffen, bevorzugt Kupfer-Legierungen, Aluminium-Legierungen, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Zirconiumdioxid, Nickel, Edelstähle, ausgebildet sein.The cooler body can be formed from a metal, a metal alloy and / or ceramic materials, preferably copper alloys, aluminum alloys, silicon nitride, aluminum nitride, zirconium dioxide, nickel, stainless steels.
Bei einer zweiteiligen Ausführung kann die erste Halbschale und die zweite Halbschale funktionell zu einer ersten Kühlkörperhalbschale und einer zweiten Kühlkörperhalbschale erweiterbar ausgebildet sein.In the case of a two-part design, the first half-shell and the second half-shell can be designed to be functionally expandable to form a first cooling-body half-shell and a second cooling-body half-shell.
Bei einer zweiteiligen Ausführung kann die Helix-Kanalform durch Ausbildung von Senken in den Halbschalen mit nachfolgendem paarweisem Aufeinanderlegen der Halbschalen erhalten werden, wobei die Halbschalen die Kanalabschnitte auf verschiedenen Ebenen zwischen den Koordinatenachsen im kartesischen Koordinatensystem aufweisen und die Kanalabschnitte überlappen, so dass ein helikaler Verlauf ausgebildet wird.In the case of a two-part design, the helical channel shape can be obtained by forming depressions in the half-shells with subsequent pairing of the half-shells on top of one another, the half-shells having the channel sections on different levels between the coordinate axes in the Cartesian coordinate system and the channel sections overlapping so that a helical course is trained.
Die Helix-Kanal-Kühler-Einheit ist insbesondere für elektronische Baugruppen mit dreidimensionaler Kanalführung konstruiert. Sie weist einen Kühlerkörper, einen Medienzugang, einen Medienabgang, eine Helix-Kanalform und zumindest eine Verlustleistung erzeugende Komponente auf, wobei der Kühlerkörper die Helix-Kanalform beinhaltet und sich Medienzugang und Medienabgang auf der Oberfläche des Kühlerkörpers befinden und das Medium über den Medienzugang in die Helix-Kanalform gelangt und diese über den Medienabgang wieder verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Oberfläche des Kühlkörpers mindestens eine Verlustleistung erzeugende Komponente montiert ist, die Helix-Kanalform zu einer Helix kombinierte Kanalabschnitte aufweist und durch die dreidimensionale Kanalführung eine erzwungene helikale Strömungsbewegung des Mediums und somit ein besserer Wärmeübergang entlang der Kanalwände erzeugt wird.The helix channel cooler unit is designed in particular for electronic assemblies with three-dimensional channel routing. It has a cooler body, a media inlet, a media outlet, a helical channel shape and at least one component that generates power loss, the cooler body containing the helical channel shape and the media inlet and media outlet being on the surface of the cooler body and the medium via the media inlet into the Helix channel shape arrives and leaves it again via the media outlet, characterized in that at least one power loss generating component is mounted on at least one surface of the heat sink, the helix channel shape has channel sections combined to form a helix and the three-dimensional channel routing creates a forced helical flow movement of the Medium and thus a better heat transfer along the channel walls is generated.
Wenn der Kühlerkörper quaderförmig ausgebildet ist, so sind insgesamt sechs Flächen vorhanden, welche Funktionen erhalten können. Bis zu zwei Flächen besitzen dabei je einen Flüssigkeitszugang und einen Flüssigkeitsabgang. Die quaderförmige Ausbildung des Kühlerkörpers ist die bevorzugte Variante. Der Kühlerkörper kann jedoch auch andere Geometrien aufweisen.If the radiator body is cuboid, there are a total of six surfaces which can be given functions. Up to two surfaces each have a liquid inlet and a liquid outlet. The cuboid design of the radiator body is the preferred variant. However, the cooler body can also have other geometries.
Der Kühlerkörper kann einteilig oder zweiteilig mit einer ersten Halbschale und einer zweiten Halbschale ausgebildet sein. Die einteilige Ausführung weist innenliegende helikale Kanäle auf, wie sie aktuell nur durch einteilige, additive Fertigung hergestellt werden können. Bei dieser Ausführung können an den größeren, gegenüberliegenden Planflächen die Verlustleistung erzeugenden Komponenten aufgebaut werden. Eine zweiteilige Ausführungsform der Helix-Kanalform aufweisend Prallflächen kann beispielsweise durch eine Kanalgeometrie, die durch einfach zu produzierende Senken in Platten hergestellt wird und durch paarweises Aufeinanderlegen den vollständigen Mediumskanal ergeben, ausgebildet werden. Die beiden Platten ergänzen sich kanalseitig zu dem Kühlerkanal und bieten zusätzlich auf ihren beiden Rückseiten eine Fläche für die Montage von den Verlustleistung erzeugenden Komponenten wie beispielsweise leistungselektronischen Komponenten. Die Kanalgestaltung in den beiden Platten kann durch vielfältige Herstellverfahren, wie spanende Bearbeitung, Prägen, Tiefziehen oder additive Metallfertigung vorgenommen werden.The cooler body can be designed in one piece or in two parts with a first half-shell and a second half-shell. The one-piece design has internal helical channels that can currently only be produced by one-piece, additive manufacturing. With this design, the components generating the power loss can be built up on the larger, opposite plane surfaces. A two-part embodiment of the helical channel shape having baffle surfaces can be formed, for example, by a channel geometry that is produced by easy-to-produce depressions in plates and results in the complete medium channel by being placed on top of one another in pairs. The two plates complement each other on the channel side to form the cooler channel and also offer a surface on their two rear sides for the assembly of components that generate power loss, such as power electronic components. The channel design in the two plates can be carried out using a variety of manufacturing processes, such as machining, embossing, deep drawing or additive metal production.
Ein Vorteil der einteiligen Variante gegenüber der zweiteiligen ist die Möglichkeit des Ausgleichs von unterschiedlichen Wärmeflüssen bei unterschiedlicher Belastung der Verlustleistung (Wärme) erzeugenden Komponenten.One advantage of the one-piece variant over the two-piece variant is the possibility of compensating for different heat flows with different loads on the power loss (heat) -generating components.
Dementgegen ist die zweiteilige Variante einfacher und kostengünstiger herzustellen. Diese Variante beinhaltet ein neues Verfahren zur Produktion von Flüssigkühlern mit einer Kanalführung im Inneren, da die beiden Halbschalen getrennt voneinander produziert werden und erst nachfolgend zur Ausbildung des Helix-Kühlerkanals aufeinander montiert werden. Der Kühlerkörper kann einfach und beidseitig unabhängig mit elektronischen Baugruppen bestückt werden.In contrast, the two-part variant is easier and cheaper to manufacture. This variant includes a new process for the production of liquid coolers with a channel guide inside, since the two half-shells are produced separately from one another and are only subsequently assembled on top of one another to form the helical cooler channel. The cooler body can be equipped with electronic assemblies easily and independently on both sides.
Die verschiedenen Oberflächen des Kühlerkörpers können wenigstens teilweise oder vollständig und unabhängig voneinander mit Verlustleistung erzeugenden Komponenten bestückt sein.The various surfaces of the cooler body can be at least partially or completely and independently of one another equipped with components that generate power loss.
Dadurch, dass die verschiedenen Oberflächen des Kühlerkörpers unabhängig voneinander mit Verlustleistung erzeugenden Komponenten bestückt werden können, ist die Helix-Kanal-Kühler-Einheit variabel ausgestaltbar. So ist das System zudem servicefreundlich und Änderungen können relativ einfach vorgenommen werden ohne dass ein Komplettumbau der gesamten Einheit notwendig wird.Because the different surfaces of the cooler body can be equipped with components that generate power loss independently of one another, the helix channel cooler unit can be configured variably. The system is also service-friendly and changes can be made relatively easily without the need to completely convert the entire unit.
Die Verlustleistung erzeugenden Komponenten können bevorzugt elektronische Baugruppen, insbesondere Halbleiterkomponenten und / oder Kondensatoren, umfassen.The components that generate power loss can preferably include electronic assemblies, in particular semiconductor components and / or capacitors.
Der Kühlerkörper kann vorzugsweise aus einem Metall, einer Metalllegierung und / oder keramischen Werkstoffen, bevorzugt Kupfer-Legierungen, Aluminium-Legierungen, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Zirconiumdioxid, Nickel, Edelstähle, ausgebildet sein, so dass eine gute Wärmeleitung gegeben ist und gegebenenfalls korrosionshemmende Werkstoffe zugesetzt sind. Es ist auch eine vorteilhafte Variante, wenn der Bereich der Kanalausprägung aus Aluminium besteht und stofflich verbunden eine wärmespreizende Kupferschicht zwischen dem Aluminiumteil und den Verlustleistung erzeugenden Komponenten eingefügt ist.The cooler body can preferably be made of a metal, a metal alloy and / or ceramic materials, preferably copper alloys, aluminum alloys, silicon nitride, aluminum nitride, zirconium dioxide, nickel, stainless steels, so that there is good heat conduction and corrosion-inhibiting materials may be added are. It is also an advantageous variant if the area of the channel formation consists of aluminum and a heat-spreading copper layer is inserted between the aluminum part and the components that generate power loss.
Dadurch, dass bei einer zweiteiligen Ausführung die erste Halbschale und die zweite Halbschale funktionell zu einer ersten Kühlkörperhalbschale und einer zweiten Kühlkörperhalbschale erweiterbar sind, werden am Kühlerkörper zusätzliche Wärmekontaktflächen für weitere Verlustleistung erzeugenden Komponenten geschaffen. So können neben beispielsweise Halbleiterkomponenten auf Grund- und Deckfläche auf zwei Seitenflächen Kondensatoren oder auch andere Bauteile montiert werden.Because the first half-shell and the second half-shell are functionally expandable to form a first heat-sink half-shell and a second heat-sink half-shell in a two-part design, additional thermal contact surfaces are created on the heat sink for further components that generate power loss. In addition to, for example, semiconductor components on the base and top surface, capacitors or other components can be mounted on two side surfaces.
Bei einer zweiteiligen Ausführung kann die Helix-Kanalform durch Ausbildung von Senken in den Halbschalen mit nachfolgendem paarweisem Aufeinanderlegen der Halbschalen erhalten werden, wobei die Halbschalen die Kanalabschnitte auf verschiedenen Ebenen zwischen den Koordinatenachsen im kartesischen Koordinatensystem aufweisen und die Kanalabschnitte überlappen, so dass ein helikaler Verlauf ausgebildet wird.In the case of a two-part design, the helical channel shape can be obtained by forming depressions in the half-shells with subsequent pairing of the half-shells on top of one another, the half-shells having the channel sections on different levels between the coordinate axes in the Cartesian coordinate system and the channel sections overlapping so that a helical course is trained.
Es wird über die Möglichkeit des Aufbaus über zwei Halbschalen ein einfaches, servicefreundliches, sicheres und relativ kostengünstig herstellbares Flüssigkühlersystem, nämlich die erfindungsgemäße Helix-Kanal-Kühler-Einheit, bereitgestellt, mit dem auch eine unabhängige Montage von elektronischen Baugruppen auf Kühlkörpern vorgenommen werden kann.A simple, service-friendly, safe and relatively inexpensive to manufacture liquid cooler system, namely the helix channel cooler unit according to the invention, is provided via the option of building up over two half-shells, with which electronic assemblies can also be independently mounted on heat sinks.
Durch die in der Helix-Kanal-Kühler-Einheit vorliegende Helix-Kanalform wird das Medium in helikaler Form, also als rotierende, wandernde Stromfäden, dreidimensional durch den Kanal geführt, wobei durch multiple Wandkontakte turbulente Wärmeübergänge ermöglicht werden, was einen deutlich verbesserten Wärmeübergang von der Berandungsfläche in die Kühlflüssigkeit bewirkt. Die nachteiligen, nahezu ruhenden Grenzschichten werden hierbei durch die dreidimensionalen erzwungenen Richtungsänderungen durch weitere Drallströmungen vermindert und durch Prallströmungen abgebaut. Dazu wird erfindungsgemäß der zweidimensionalen Mäandrierung durch x-y-Kanalführung eine weitere Richtungsänderung in z-Richtung aufgezwungen. Dadurch entsteht eine weitere Querströmung durch Richtungsänderung und damit eine dreidimensionale echte helikale Strömung. Diese weitere Strömungskomponente wirkt zusammen mit den zusätzlichen Prallflächen der Strömungsführung reduzierend auf die Grenzflächendicke und Grenzflächenerstreckung und damit steigernd auf den Wärmeübergang.Due to the helical channel shape in the helix channel cooler unit, the medium is guided through the channel in a helical form, i.e. as rotating, wandering streams, in three dimensions, with multiple wall contacts enabling turbulent heat transfers, which significantly improves heat transfer from the boundary surface causes in the coolant. The disadvantageous, almost stationary boundary layers are hereby reduced by the three-dimensional forced changes of direction through further swirl currents and broken down by impingement currents. For this purpose, according to the invention, a further change in direction in the z direction is imposed on the two-dimensional meandering by means of the x-y channel guidance. This creates a further cross flow by changing direction and thus a three-dimensional real helical flow. This further flow component, together with the additional baffle surfaces of the flow guide, has a reducing effect on the interface thickness and extension and thus increases the heat transfer.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Abbildungen in der Abbildungsbeschreibung beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht zwingend beschränkend zu werten sind:
- Es zeigen:
-
- Show it:
-
In
Die Überlappung ist derart gewählt, dass im Beispiel ein zur zentralen Strömungsrichtung senkrechter Kanalquerschnitt stets konstant bleibt (beispielsweise 6 mm2). Weiter sind hier auch Querschnitte von 1 mm2 bis mehr als 100 mm2 denkbar; dies ist von der Kühlaufgabe und dem erlaubten Druckabfall in den Kanälen abhängig und wird kann aufgabenspezifisch angepasst werden. An der Seite der Verlustleistung erzeugenden Komponente ist die Wandstärke des Kühlers bis zu der Kanalinnenoberfläche (Wärmeübergangszone) in dem Beispiel nicht dicker (stärker) als 5 mm.The overlap is selected such that in the example a channel cross section perpendicular to the central flow direction always remains constant (for example 6 mm 2 ). Cross-sections from 1 mm 2 to more than 100 mm 2 are also conceivable here; this depends on the cooling task and the permitted pressure drop in the ducts and can be adapted to the specific task. On the side of the component that generates power loss, the wall thickness of the cooler up to the inner surface of the duct (heat transfer zone) is not thicker (stronger) than 5 mm in the example.
Diese geometrischen Varianten lassen sich auf weitere mehrteilige Kühlerkörper mit demselben Grundprinzip anwenden.These geometric variants can be applied to other multi-part radiator bodies with the same basic principle.
In
Die Kanalabschnitte können durch vielfältige, auch kombinierte Herstellungsverfahren erfolgen, wie spanende Bearbeitung, Prägen, Tiefziehen oder additive Metallfertigung.The channel sections can be made using a variety of manufacturing processes, including combined ones, such as machining, embossing, deep drawing or additive metal manufacturing.
Der Kühlerkörper
Zusätzlich besteht die Möglichkeit an den schmalen Seiten der Helix-Kanal-Kühler-Einheit
In
Die dargestellte Verkettung und Anreihung mehrerer Kanalzüge ist besonders geeignet, um eine flächige Anordnung von Wärme erzeugenden Komponenten gleichmäßig zu kühlen. Dabei ist eine serielle Verbindung der Kanalzüge wie beispielhaft dargestellt vorteilhaft ausführbar zur Verringerung von Temperaturgefällen. Eine weitere Möglichkeit bietet hier eine parallele Durchströmung einzelner Kanalzüge. In einer weiteren Variante ist auch die Platzierung des Medienzuganges
In der Abbildung sind zusätzlich zu den Komponenten in
Das quaderförmige Volumen der zweiteiligen Helix-Kanal-Kühler-Einheit
Neben der in den Abbildungen aufgezeigten zweiteiligen Ausführungsform ist auch eine einteilige Ausführungsform möglich. Die einteilige Ausführungsform weist innenliegende helikale Kanäle derartig auf, wie sie nur durch einteilige, additive Fertigung hergestellt werden können. Auch in dieser Ausführung können an den größeren, gegenüberliegenden Planflächen die Verlustleistung erzeugenden Komponente aufgebaut werden. Der zusätzliche Vorteil der einteiligen Variante gegenüber der zweiteiligen Variante ist die Möglichkeit des Ausgleichs von unterschiedlichen Wärmeflüssen bei unterschiedlicher Belastung der Wärme (Verlustleistung) erzeugenden Komponenten.In addition to the two-part embodiment shown in the figures, a one-part embodiment is also possible. The one-piece embodiment has internal helical channels such as can only be produced by one-piece, additive manufacturing. In this embodiment, too, the components generating the power loss can be built up on the larger, opposite planar surfaces. The additional advantage of the one-piece variant compared to the two-piece variant is the possibility of compensating for different heat flows with different loads of the heat (power loss) generating components.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Helix-Kanal-Kühler-EinheitHelix duct cooler unit
- 1010
- KühlerkörperRadiator
- 1111
- erste Halbschalefirst half-shell
- 1212th
- zweite Halbschalesecond half-shell
- 2020th
- LeistungshalbleiterPower semiconductors
- 3030th
- MedienzugangMedia access
- 3131
- MedienabgangMedia exit
- 4040
- HalbleiterkomponentenSemiconductor components
- 5050
- Helix-KanalformHelix channel shape
- 6060
- StrömungsvektorenFlow vectors
- 7070
- Kanalabschnitte in z-x-RichtungChannel sections in the z-x direction
- 7171
- Kanalabschnitte in z-y-RichtungChannel sections in the z-y direction
- 8080
- erster Kondensatorfirst capacitor
- 8181
- zweiter Kondensatorsecond capacitor
- 9090
- erste Kühlkörperhalbschalefirst heat sink half-shell
- 9191
- zweite Kühlkörperhalbschalesecond heat sink half-shell
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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Citations (1)
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DE102005058780A1 (en) | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Micro heat exchanger and the use thereof as a fluid cooler for electronic components |
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2021
- 2021-07-25 DE DE202021103958.2U patent/DE202021103958U1/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005058780A1 (en) | 2005-12-09 | 2007-06-14 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Micro heat exchanger and the use thereof as a fluid cooler for electronic components |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |