DE202021103958U1 - Helix duct cooler unit - Google Patents

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DE202021103958U1 DE202021103958.2U DE202021103958U DE202021103958U1 DE 202021103958 U1 DE202021103958 U1 DE 202021103958U1 DE 202021103958 U DE202021103958 U DE 202021103958U DE 202021103958 U1 DE202021103958 U1 DE 202021103958U1
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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.

Figure DE202021103958U1_0000
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.
Figure DE202021103958U1_0000

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 DE 10 2005 058 780 A1 offenbart einen Mikrowärmeübertrager sowie die Verwendung desselben als Fluidkühler für elektronische Bauteile mit einer ebenen kammartigen oder rillenartigen Struktur.The known state of the art in liquid cooling shows a two-dimensional guidance of the liquid medium in meandering form, which generates a rotation of the otherwise laminar flow filaments (flow) through periodic change of direction (meander channel) in one plane. The effect of the liquid cooling consists in the desired reduction of the essentially stationary boundary layer of the cooling liquid on the boundary surface to be cooled. The heat supply on the boundary surface, for example a power semiconductor substrate, is usually arranged on one side parallel to the flow threads DE 10 2005 058 780 A1 discloses a micro heat exchanger and the use of the same as a fluid cooler for electronic components with a planar comb-like or groove-like structure.

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 (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
  • - 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 helix channel cooler unit for electronic assemblies with three-dimensional channel routing has: a cooler body, a media inlet, a media outlet, a helix channel shape ( 50 ), at least one power loss generating component, wherein
  • - 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:
    • beispielhaft eine zweiteilige Ausführungsform einer Helix-Kanal-Kühler-Einheit für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen in perspektivischer Darstellung;
    • beispielhaft eine zweiteilige Ausführungsform der Helix-Kanal-Kühler-Einheit für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen aus in perspektivischer Durchsicht-Darstellung (Röntgenbild);
    • beispielhaft eine zweiteilige Ausführungsform der Helix-Kanal-Kühler-Einheit aus in perspektivischer Durchsicht-Darstellung (Röntgenbild), wobei die Strömungsvektoren der Helix dargestellt sind;
    • beispielhaft einen Kanalbereich der Strömungsvektoren aus mit perspektivischer Durchsicht-Darstellung (Röntgenbild) ohne Helix-Kanalform;
    • beispielhafte Kanalgestaltung einer zerlegten, zweiteiligen Ausführungsform einer Helix-Kanal-Kühler-Einheit für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen sowie resultierende mittlere Strömungsvektoren in Durchsicht-Darstellung;
    • beispielhafte gruppierte und verbundene Kanalanordnung einer zerlegten, zweiteiligen Ausführungsform einer Helix-Kanal-Kühler-Einheit für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen sowie resultierende Strömungsvektoren in Durchsicht-Darstellung;
    • eine beispielhafte zweiteilige Ausführungsform einer Helix-Kanal-Kühler-Einheit für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen mit beidseitigem Aufbau der leistungselektronischen Halbleiter-Baugruppen auf dem Kühlerkörper, in Schnittdarstellung;
    • eine beispielhafte zweiteilige Ausführungsform der Helix-Kanal-Kühler-Einheit für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen nach , wobei die Halbschalen zu funktionell erweiterten Kühlkörper-Halbschalen ausgebildet sind, in Schnittdarstellung.
The invention is described below with reference to the accompanying figures in the description of the figures, whereby these are intended to explain the invention and are not necessarily to be regarded as restrictive:
  • Show it:
    • by way of example, a two-part embodiment of a helix channel cooler unit for power electronic semiconductor assemblies in a perspective view;
    • an example of a two-part embodiment of the helix channel cooler unit for power electronic semiconductor assemblies in perspective see-through representation (X-ray image);
    • an example of a two-part embodiment of the helix channel cooler unit in perspective see-through representation (X-ray image), the flow vectors of the helix being shown;
    • an example of a channel area of the flow vectors with perspective see-through representation (X-ray image) without helical canal shape;
    • exemplary channel design of a disassembled, two-part embodiment of a helix channel cooler unit for power electronic semiconductor assemblies and resulting mean flow vectors in a see-through representation;
    • exemplary grouped and connected channel arrangement of a disassembled, two-part embodiment of a helix channel cooler unit for power electronic semiconductor assemblies and resulting flow vectors in a see-through representation;
    • an exemplary two-part embodiment of a helix channel cooler unit for power electronic semiconductor assemblies with a bilateral structure of the power electronic semiconductor assemblies on the cooler body, in a sectional view;
    • an exemplary two-part embodiment of the helix channel cooler unit for power electronic semiconductor assemblies according to , wherein the half-shells are designed to functionally expanded heat sink half-shells, in a sectional view.

zeigt beispielhaft eine zweiteilige Ausführungsform einer Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen in perspektivischer Darstellung. Die Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 besteht aus einem metallischen Kühlerkörper 10 aufgebaut aus aufeinanderliegend einer ersten Halbschale 11 und einer zweiten Halbschale 12 sowie oberhalb der ersten Halbschale 11 Halbleitkomponenten 40 mit Leistungshalbleitern 20. Das Medium wird der Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 durch einen Medienzugang 30 in der zweiten Halbschale 12 des Kühlerkörpers 10 zugeführt und verlässt die Helix-Kanal-Kühler-Einheit über einen Medienausgang 31 in der zweiten Halbschale 12. Der metallische Kühlerkörper 10 besteht aus einem vorzugsweise gut wärmeleitenden Material. Die Halbschalen sind plattenförmig ausgebildet. Die Verlustleistung erzeugende Komponente (Wärmequelle), hier die Leistungshalbleiter 20, sind in diesem Beispiel einseitig aufgebaut. shows an example of a two-part embodiment of a helix channel cooler unit 1 for power electronic semiconductor assemblies in perspective. The helix duct cooler unit 1 consists of a metallic cooler body 10 constructed from a first half-shell lying on top of one another 11 and a second half-shell 12th as well as above the first half-shell 11 Semiconductor components 40 with power semiconductors 20th . The medium becomes the helix duct cooler unit 1 through a media access 30th in the second half-shell 12th of the radiator 10 and leaves the helix duct cooler unit via a media outlet 31 in the second half-shell 12th . The metallic radiator body 10 consists of a material that is preferably a good heat conductor. The half-shells are plate-shaped. The component that generates power loss (heat source), here the power semiconductors 20th , are built on one side in this example.

In wird in einer Durchsicht-Darstellung (Röntgenbild) gezeigt. Nach Medienzufuhr durch den Medienzugang 30 durchfließt das Medium eine Helix-Kanalform 50 bestehend aus mehreren Kanalabschnitten, welche in Kombination eine Helix ausbilden, bevor es durch den Medienabgang 31 wieder austritt. Durch diese Helix-Kanalform 50 wird eine optimierte 3-dimensionale Medienführung bewirkt. In der Abbildung ist die Helix-Kanalform 50 mit Prallflächen für das Medium ausgestaltet. Die Helix-Kanalform 50 wird in der Abbildung beispielsweise durch einfach zu produzierende Senken in den Halbschalen mit nachfolgendem paarweisem Aufeinanderlegen erhalten. Die erste Halbschale 11 trägt die Kanalabschnitte in z-x-Richtung und die zweite Halbschale 12 die Kanalabschnitte in z-y-Richtung. Ein z-x-Abschnitt ist überlappend mit einem z-y-Abschnitt. Durch die fortgesetzte und abwechselnde Überlappung ist ein helikaler Verlauf für den Flüssigkeitstransport gewährleistet. Die beiden Halbschalen ergänzen sich kanalseitig zu der Helix-Kanalform 50 und bieten zusätzlich auf ihren beiden Rückseiten eine Fläche für die Montage von wärmeabgebenden Komponenten, wie Leistungshalbleitern 20, die gemäß der Abbildung einseitig montiert sind, oder auch anderen leistungselektronischen Komponenten wie Kondensatoren.In will shown in a see-through representation (X-ray image). After media supply through the media access 30th the medium flows through a helical channel shape 50 consisting of several channel sections, which in combination form a helix before it passes through the media outlet 31 exits again. Through this helical canal shape 50 an optimized 3-dimensional media flow is achieved. In the picture is the helix channel shape 50 designed with baffles for the medium. The helix canal shape 50 is obtained in the figure, for example, by means of easy-to-produce depressions in the half-shells with subsequent stacking in pairs. The first half-shell 11 carries the channel sections in the zx direction and the second half-shell 12th the channel sections in the zy direction. A zx section is overlapped with a zy section. The continued and alternating overlap ensures a helical course for the liquid transport. The two half-shells complement each other on the canal side to form the helix canal shape 50 and also offer a surface on both of their rear sides for the assembly of heat-emitting components such as power semiconductors 20th that are mounted on one side as shown in the illustration, or other power electronic components such as capacitors.

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.

zeigt die extrahierten, mittleren Strömungsvektoren der zweiteiligen Ausführungsform der Helix-Kanal-Kühler-Einheit aus in perspektivischer Durchsicht-Darstellung (Röntgenbild), wobei die Strömungsvektoren 60 der Helix dargestellt sind. shows the extracted, mean flow vectors of the two-part embodiment of the helix channel cooler unit from in perspective see-through representation (X-ray image), with the flow vectors 60 the helix are shown.

In wird ein Kanalbereich der extrahierten, mittleren Strömungsvektoren 60 aus ohne gezeichnete Helix-Kanalform dargestellt.In becomes a channel region of the extracted mean flow vectors 60 the end shown without drawn helix channel shape.

zeigt beispielhaft eine mögliche Gestaltung einer Helix-Kanalform 50 in einem Kühlerkörper 10. In der Abbildung befinden sich links eine Draufsicht der Kanalabschnitte in z-x-Richtung 70 der zweiten Halbschale 12 mit Medienzugang 30 und Medienabgang 31 und in der Mitte eine Draufsicht der Kanalabschnitte in z-y-Richtung 71 der ersten Halbschale 11. Rechts sind die resultierenden (symbolischen) mittleren Strömungsvektoren 60 in der Helix-Kanalform 50 im Kühlerkörper 10 bestehend aus den beiden Halbschalen in perspektivischer Durchsicht-Darstellung (Röntgenbild) dargestellt. Die erzeugte Kanaltiefe beträgt in diesem Beispiel mindestens die Kanalbreite. shows an example of a possible design of a helix channel shape 50 in a radiator 10 . In the figure, there is a top view of the channel sections in the zx direction 70 of the second half-shell on the left 12th with media access 30th and media exit 31 and in the middle a plan view of the channel sections in the zy direction 71 of the first half-shell 11 . On the right are the resulting (symbolic) mean flow vectors 60 in the helix canal shape 50 in the radiator 10 consisting of the two half-shells shown in a perspective see-through representation (X-ray image). In this example, the channel depth generated is at least the channel width.

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 10 besteht aus mindestens einem, vorzugsweise gut wärmeleitenden Metall, wie Kupfer-Legierungen, Aluminium-Legierungen oder dergleichen. Korrosionshemmende Werkstoffe wieder Edelstahl sind dabei vorteilhaft für den Einsatz in einem Medien-/Flüssigkühler. Eine weitere vorteilhafte Variante besteht in einer Kanalausprägung aus Aluminium und einer stofflich verbunden wärmespreizenden Einfügung einer Kupferschicht zwischen dem Aluminiumteil und den Verlustleistung erzeugenden Komponenten.The radiator 10 consists of at least one, preferably good heat-conducting metal, such as copper alloys, aluminum Alloys or the like. Corrosion-inhibiting materials, such as stainless steel, are advantageous for use in a media / liquid cooler. Another advantageous variant consists of a channel design made of aluminum and a materially connected, heat-spreading insertion of a copper layer between the aluminum part and the components that generate power loss.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit an den schmalen Seiten der Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 beziehungsweise seiner Halbschalen Wärmekontaktflächen für weitere Verlustleistung erzeugende Komponenten vorzusehen.There is also an option on the narrow sides of the helix duct cooler unit 1 or its half-shells to provide thermal contact surfaces for other components that generate power loss.

In wird beispielhaft eine mögliche Gestaltung einer gruppierten und verbundenen Kanalanordnung einer Helix-Kanalform 50 eines Kühlerkörpers 10 als Bestandteil einer Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 aufgezeigt. In der Abbildung befinden sich links eine Draufsicht der Kanalabschnitte in z-x-Richtung 70 der zweiten Halbschale 12 mit Medienzugang 30 und Medienabgang 31 und in der Mitte eine Draufsicht der Kanalabschnitte in z-y-Richtung 71 der ersten Halbschale 11. Im Unterschied zu sind hier die Kanalabschnitte jeweils in mehreren Kanalzügen aneinandergereiht. In der Mitte sind serielle Verbindungen der einzelnen Kanalzüge untereinander vorgesehen. Dies wird deutlich durch die zum Teil vergrößerten Kanalabschnitte in z-y-Richtung 71 der ersten Halbschale 11. Rechts sind die resultierenden (symbolischen) mittleren Strömungsvektoren 60 in der Helix-Kanalform 50 im Kühlerkörper 10 bestehend aus den beiden Halbschalen in perspektivischer Durchsicht-Darstellung (Röntgenbild) dargestellt.In is an example of a possible design of a grouped and connected channel arrangement of a helical channel shape 50 of a radiator 10 as part of a helix duct cooler unit 1 shown. In the figure, there is a top view of the channel sections in the zx direction 70 of the second half-shell on the left 12th with media access 30th and media exit 31 and in the middle a plan view of the channel sections in the zy direction 71 of the first half-shell 11 . In contrast to here the duct sections are lined up in several ducts. In the middle there are serial connections between the individual ducts. This becomes clear from the partially enlarged channel sections in the zy direction 71 of the first half-shell 11 . On the right are the resulting (symbolic) mean flow vectors 60 in the helix canal shape 50 in the radiator 10 consisting of the two half-shells shown in a perspective see-through representation (X-ray image).

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 30 und die des Medienabganges 31 auf der gleichen Körperseite, statt auf unterschiedlichen oder gegenüberliegenden Seiten, möglich.The chaining and sequencing of several ducts shown is particularly suitable for uniformly cooling a flat arrangement of heat-generating components. A serial connection of the ducts, as shown by way of example, can advantageously be implemented in order to reduce temperature gradients. Another possibility here is a parallel flow through individual ducts. Another variant is the placement of the media access 30th and that of the media exit 31 on the same side of the body instead of on different or opposite sides.

zeigt eine beispielhafte zweiteilige Ausführungsform einer Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen mit beidseitigem Aufbau der leistungselektronischen Halbleiter-Baugruppen auf dem Kühlerkörper 10 in Schnittdarstellung. Die Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 besteht aus einem Kühlerkörper 10 aufweisend eine erste Halbschale 11 und eine zweite Halbschale 12 angeordnet unterhalb der ersten Halbschale 11, wobei in der ersten Halbschale 11 der Medienzugang 30 und der Medienabgang 31 an den gegenüberliegenden Enden der Halbschale liegen. Medienzugang 30 und Medienabgang 31 sind durch eine Helix-Kanalform 50 miteinander verbunden. Auf den nach außen gerichteten Oberflächen der ersten Halbschale 11 und der zweiten Halbschale 12 sind jeweils Halbleiterkomponenten 40 mit Leistungshalbleitern 20 als Beispiel für Verlustleistung erzeugende Komponenten montiert. Diese Verlustleistung erzeugenden Komponenten sind dabei vorzugsweise stofflich an das Kühlermetall der Halbschalen angebunden, beispielsweise durch Löten oder Niedertemperatur-Sintern. shows an exemplary two-part embodiment of a helix channel cooler unit 1 for power electronic semiconductor assemblies with a bilateral structure of the power electronic semiconductor assemblies on the cooler body 10 in sectional view. The helix duct cooler unit 1 consists of a radiator body 10 having a first half-shell 11 and a second half-shell 12th arranged below the first half-shell 11 , being in the first half-shell 11 the media access 30th and the media exit 31 lie at the opposite ends of the half-shell. Media access 30th and media exit 31 are through a helix channel shape 50 connected with each other. On the outward-facing surfaces of the first half-shell 11 and the second half-shell 12th are each semiconductor components 40 with power semiconductors 20th mounted as an example of power loss generating components. These components that generate power loss are preferably materially bound to the cooler metal of the half-shells, for example by soldering or low-temperature sintering.

stellt beispielhafte zweiteilige Ausführungsform der Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 für leistungselektronische Halbleiter-Baugruppen nach in Schnittdarstellung dar, wobei die erste Halbschale 11 und die zweite Halbschale 12 zu der ersten Kühlkörper-Halbschale 90 und der zweiten Kühlkörper-Halbschale 91 funktionell erweitert werden. illustrates an exemplary two-part embodiment of the helix duct cooler unit 1 for power electronic semiconductor assemblies in sectional view, the first half-shell 11 and the second half-shell 12th to the first heat sink half-shell 90 and the second heat sink half-shell 91 functionally expanded.

In der Abbildung sind zusätzlich zu den Komponenten in zwei Kondensatoren, nämlich ein erster Kondensator 80 und ein zweiter Kondensator 81, abgebildet. Die beiden Kondensatoren sind jeweils neben dem Medienzugang 30 und dem Medienabgang 31 der Stirnflächen des Kühlerkörpers 10 installiert. So steht die Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 in thermischen Kontakt mit in diesem Beispiel den Kondensatoren des leistungselektronischen Systems und die die erste Halbschale 11 und die zweite Halbschale 12 werden so zu der ersten Kühlkörper-Halbschale 90 und der zweiten Kühlkörper-Halbschale 91 funktionell erweitert. Gemäß Abbildung ist der erste Kondensator 80 dabei teilintegriert in die Kühlkörper-Halbschalen und der zweite Kondensator 81 ist exemplarisch voll-integriert in die Kühlkörper-Halbschalen. Prinzipiell ist eine derartige Kontaktierung von zu kühlenden Bauteilen nicht auf Halbleiter-Komponenten beschränkt.In the figure, in addition to the components in two capacitors, namely a first capacitor 80 and a second capacitor 81 , pictured. The two capacitors are each next to the media access 30th and the media exit 31 the end faces of the radiator body 10 Installed. This is how the helix duct cooler unit stands 1 in thermal contact with, in this example, the capacitors of the power electronic system and the first half-shell 11 and the second half-shell 12th become the first heat sink half-shell 90 and the second heat sink half-shell 91 functionally expanded. As shown in the picture is the first capacitor 80 partially integrated in the heat sink half-shells and the second capacitor 81 is, for example, fully integrated in the heat sink half-shells. In principle, such contacting of components to be cooled is not limited to semiconductor components.

Das quaderförmige Volumen der zweiteiligen Helix-Kanal-Kühler-Einheit 1 besitzt insgesamt bis zu sechs Flächen, die Funktionen erhalten können: Bis zu zwei Flächen besitzen dabei je einen Flüssigkeitszugang 30 und einen Flüssigkeitsabgang 31.The cuboid volume of the two-part helix channel cooler unit 1 has a total of up to six surfaces that can be given functions: Up to two surfaces each have a liquid access 30th and a liquid outlet 31 .

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

  • DE 102005058780 A1 [0005]DE 102005058780 A1 [0005]

Claims (8)

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 cooler body (10); - a media access (30); - A media outlet (31); - a helical channel shape (50); - At least one power loss generating component; - the cooler body (10) includes the helical channel shape (50) and media inlet (30) and media outlet (31) are located on the surface of the cooler body; and - a medium enters the helical channel shape (50) via the media access (30) and leaves it 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 guidance creates a forced helical flow movement of the medium and thus a better heat transfer along the channel walls. Helix-Kanal-Kühler-Einheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerkörper (10) quaderförmig ausgebildet ist.Helix duct cooler unit (1) after Claim 1 , characterized in that the cooler body (10) is cuboid. Helix-Kanal-Kühler-Einheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerkörper (10) - einteilig oder - zweiteilig mit einer ersten Halbschale (11) und einer zweiten Halbschale (12) ausgebildet ist.Helix duct cooler unit (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the cooler body (10) - is formed in one piece or - in two parts with a first half-shell (11) and a second half-shell (12). Helix-Kanal-Kühler-Einheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Oberflächen des Kühlerkörpers (10) wenigstens teilweise oder vollständig und unabhängig voneinander mit Verlustleistung erzeugenden Komponenten bestückt sind.Helix channel cooler unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the various surfaces of the cooler body (10) are at least partially or completely and independently of one another equipped with components which generate power loss. Helix-Kanal-Kühler-Einheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verlustleistung erzeugende Komponenten Halbleiter-Komponenten (40) und / oder Kondensatoren umfassen.Helix channel cooler unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that components generating power loss comprise semiconductor components (40) and / or capacitors. Helix-Kanal-Kühler-Einheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerkörper (10) aus einem Metall, einer Metalllegierung und / oder keramischen Werkstoffen, bevorzugt Kupfer-Legierungen, Aluminium-Legierungen, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Zirconiumdioxid, Nickel, Edelstähle, ausgebildet ist.Helix channel cooler unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooler body (10) is made of a metal, a metal alloy and / or ceramic materials, preferably copper alloys, aluminum alloys, silicon nitride, aluminum nitride, Zirconia, nickel, stainless steels. Helix-Kanal-Kühler-Einheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zweiteiligen Ausführung die erste Halbschale (11) und die zweite Halbschale (12) funktionell zu einer ersten Kühlkörperhalbschale (90) und einer zweiten Kühlkörperhalbschale (91) erweiterbar sind.Helix duct cooler unit (1) after Claim 3 , characterized in that, in the case of a two-part design, the first half-shell (11) and the second half-shell (12) can be functionally expanded to form a first heat-sink half-shell (90) and a second heat-sink half-shell (91). Helix-Kanal-Kühler-Einheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zweiteiligen Ausführung die Helix-Kanalform (50) durch Ausbildung von Senken in den Halbschalen mit nachfolgendem paarweisem Aufeinanderlegen der Halbschalen erhalten wird, 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 ist.Helix duct cooler unit (1) after Claim 3 , characterized in that, in a two-part design, the helical channel shape (50) is obtained by forming depressions in the half-shells with subsequent pairing of the half-shells, the half-shells having the channel sections on different levels between the coordinate axes in the Cartesian coordinate system and the channel sections overlap so that a helical course is formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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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