DE2414270A1 - Heat sink for power semiconductor element - uses non-conductive liq. and evaporation chamber in cct. with separate condenser via pipes - Google Patents
Heat sink for power semiconductor element - uses non-conductive liq. and evaporation chamber in cct. with separate condenser via pipesInfo
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Abstract
Description
Kühlvorrichtung für Leistungshalbleiterbauelemente Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Beistungshalbleiterbauelemente mit einem mit dem Halbleiterkörper in Wärmekontakt stehenden Kühlkörper und mit einem Verdampfer-Hohlraum, der eine elektrisch nicht-leitende, beim Betrieb des Bauelementes verdampfende K~uhlflüssigkeit enthält, sowie mit einem vom Verdainpfer-Hohlraum räumlich getrennten Kondensator, der mit dem Verdampfer-Hohlraum einen Kühlmittelkreislauf bildet, wobei der Kondensator mit dem Verdampfer-Nohiraum über Rohrleitungen derart verbunden ist, daß der im Veriampfer-Hohlraum entstehende Dampf dem Eingangsrohr des Kondensators zugeleitet wird, und daß das im Kondensator gebildete Kondensat in den Verdampfer-Hohlraum zurückgeführt wird, wobei der Verdampfer-Hohlraum als Blasenpumpe ausgebildet ist.Cooling device for power semiconductor components The invention relates to a cooling device for auxiliary semiconductor components with a semiconductor body in thermal contact heat sink and with an evaporator cavity, the one electrically non-conductive coolant that evaporates during operation of the component contains, as well as a condenser spatially separated from the evaporator cavity, which forms a coolant circuit with the evaporator cavity, the condenser is connected to the evaporator Nohi room via pipes in such a way that the im Evaporator cavity is fed to the inlet pipe of the condenser is, and that the condensate formed in the condenser in the evaporator cavity is returned, wherein the evaporator cavity is designed as a bubble pump.
Die Hauptanmeldung betrifft u.a. eine Kühivorrichtung der eingangs genannten Gattung, die in der Regel nur zur Kühlung eines einzeigen scheibenförmigen Haibleiterelementes dient. Die beiden llauptoberflächen des Halbleiterbauelementes sind dabei planparallel. Jeder Kühlkörper enthält einen Verdampfer-Hohlraum, der als Blasenpumpe ausgebildet ist, die gewöhnlich aus einem sich erweiternden Kanal besteht, in den zusätzlich eine Vielzahl von Rippen hineinragen können. Die Hauptlage dieser Anordnung ist waagrecht.The main application relates, inter alia, to a cooling device of the above named genus, which is usually only used to cool a single disk-shaped Semiconductor element serves. The two main surfaces of the semiconductor component are plane-parallel. Each heat sink contains an evaporator cavity that is designed as a bladder pump, which usually consists of a widening channel exists, into which a large number of ribs can also protrude. The main location this arrangement is horizontal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kühlvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die Anwendung des Prinzips der Blaserpumpe einen optimalen Wärmetransport ermöglicht; insbesondere soll eine Kühlvorrichtung geschaffen werden, die innerhalb einer Kette von in Reihe geschalteten Iialbleiterbauelementen verwendbar ist, wobei diese vorzugsweise senkrecht nebeneinander angeordnet sind.The invention is based on the object of an improved cooling device of the type mentioned at the beginning, in which the application of the principle of Blower pump enables optimal heat transfer; in particular, a cooling device created within a chain of series-connected Iialbleiterbauelemente can be used, these are preferably arranged vertically next to one another.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß der Kühlkörper eine Vielzahl von durchgehenden Bohrungen aufweist, die parallel oder mit geringer Neigung zu mindenstens einer ebenen Kühlfläche des Kühlkörpers verlaufen, wobei die Bohrungen Blasenpumpen sind. Dabei können die Enden der Bohrungen in vorteilhafter Weise in eine Zulaufkammer bzw. Abströmkammer münden, die eine Zu- bzw. Abströmöffnung aufweist.The solution to this problem is that, according to the invention, the heat sink has a plurality of through holes, which are parallel or with less Incline to at least one flat cooling surface of the heat sink, wherein the bores are bladder pumps. The ends of the bores can be more advantageous Way open into an inlet chamber or outflow chamber, which has an inflow or outflow opening having.
Der erfindungsgemäße Kühlkörper besitzt den hervorstechenden Vorteil, daß er einen optimalen Wärmeübergang vom Metall auf das Kühlmedium gewährleistet. Der Wärmestrom durch den Kühlkörper und der Kühlmittelstrom durch denselben stehen ungefähr senkrecht aufeinander, so daß dadurch der Kühlkörper mit zwei planparallelen Kühlflächen versehen werden kann, wodurch sich der Kühlkörper in hervorragender Weise zum Aufbau von Ketten von in Reihe geschalteten Halbleiterbauelementen eignet. In vorteilhafter Weise können die Kühlkörper in einen gemeinsamen Kühlkreislauf geschaltet sein.The heat sink according to the invention has the salient advantage that it ensures optimal heat transfer from the metal to the cooling medium. The heat flow through the heat sink and the coolant flow through the same stand approximately perpendicular to each other, so that thereby the heat sink with two plane-parallel Cooling surfaces can be provided, making the heat sink in excellent Way suitable for building chains of series-connected semiconductor components. The heat sinks can advantageously be placed in a common cooling circuit be switched.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Halbleiterbauelemente und die Kühlkörper senkrecht und somit die Kette, bestehend aus den Kühlkörpern und den Halbleiterbauelementen, waagrecht angeordnet, wobei unterhalb der Kette ein gemeinsamer, unterer Sammelbehälter und oberhalb der Kette ein gemeinsamer, oberer Sammelbehälter angeordnet sind. Diese Anordnung eignet sich in hervorragender Weise zum Einbau in Elektro-Kraftfahrzuge, deren Verbrauch an elektronischen Bauelementen sprunghaft steigt und weiter steigen wird.In a preferred embodiment of the invention, the semiconductor components are and the heat sinks vertical and thus the chain, consisting of the heat sinks and the semiconductor components, arranged horizontally, with below the chain a common, lower collecting container and above the chain a common, upper collecting container are arranged. This arrangement is ideal in Way for installation in electric motor vehicles, their consumption of electronic components rises by leaps and bounds and will continue to rise.
In vorteilhafter Weise sind die Sammelbehälter zylindrische Rohre und der obere Sammelbehälter besitzt ein größeres Volumen als der untere. Dadurch ist gewährleistet, daß eine einwandfre.#e Trennung des Dampfes von der flüssigen Phase des Kühlmediums stattfinden kann.The collecting containers are advantageously cylindrical tubes and the upper collection container has a larger volume than the lower one. Through this it is guaranteed that a perfect separation of the vapor from the liquid Phase of the cooling medium can take place.
Die Zulaufkammern sind über Verbindungsrohre mit dem unteren, die Ablaufka,nmern über Verbindungsrohre mit dem oberen Sammelbehälter verbunden, wobei der obere Sammelbehälter über eine Dampfleitung mit einem Kondensator verbunden ist, der mit dem unteren Sammelbehälter in Verbindung steht.The inlet chambers are connected to the lower, the Drain ca, nmern connected to the upper collecting container via connecting pipes, whereby the upper collecting tank is connected to a condenser via a steam line is, which is in communication with the lower sump.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Külilvorrichtung ist nicht nur auf den Kraftfahrzeugsektor begrenzt. Die Erfindung besitzt einen weiten Anwendungsbereich, so z.B. in großen Leistungsverstärkern für die Endstufen, da insbesondere der Kühlkreislauf ohne zusätzliche Pumpe auskommt. Desweiteren kann die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung in Dioden- oder Tyristorenketten verwendet werden; z.B. in der Galvano- oder Schmelztechnik oder für Stromversorgungsgeräte für die Elektrolyse.The use of the cooling device according to the invention is not only limited to the automotive sector. The invention has a wide range of applications, e.g. in large power amplifiers for the output stages, especially because of the cooling circuit gets by without an additional pump. Furthermore, the cooling device according to the invention used in diode or thyristor chains; e.g. in electroplating or melting technology or for power supplies for electrolysis.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 ein prinzipielles Schema eines Blasenpumpen-Kühlkreislaufes, Fig. 2a + b eine Draufsicht und eine um 9o gedrehte Ansicht eines Kühlkörpers, Fig. 3 einen Schnitt durch einen Kühlkörper parallel zu dessen planparallelen Kühlflächen, Fig. 4 einen Schnitt durch einen Kühlkörper senkrecht zu dessen Kühlflächen, Fig. 5 einen Aufriß der gesamten Kühlvorrichtung, bestehend aus einer Kühlkette aus Halbleiterbauelementen mit Kühlkörpern ohne Kondensator, Fig. 6 einen teilweise abgebrochene#Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 5, Fig. 7 eine Ansicht der Kühlvorrichtung von vorn nach Fig. 5, Fig. 8 den oberen Sammel- und Abscheidebehälter, sowie den unteren Sammelbehälter im Aufriß, Fig. 9 eine Ansicht der Kühlvorrichtung gemäß Fig. 8 um 90° nach links gedreht, Fig. lo den oberen Sammel- und Abscheidebehälter in der Draufsicht teilweise abgebrochen, Fig. 11 schematisch eine Seitenansicht eines Kondensators, und Fig. 12 schematisch einen Kondensator im Aufriß.An example of the invention is shown in the drawing and subsequently described. It shows: FIG. 1 a basic diagram of a bubble pump cooling circuit, Fig. 2a + b a top view and a view rotated by 9o of a heat sink, FIG. 3 a section through a heat sink parallel to its plane-parallel cooling surfaces, 4 shows a section through a heat sink perpendicular to its cooling surfaces, FIG. 5 shows an elevation of the entire cooling device, consisting of a cooling chain made of semiconductor components with heat sinks without a capacitor, FIG. 6 shows a partially broken off # section according to the line I-I in FIG. 5, FIG. 7 shows a view of the cooling device from the front according to FIG. 5, Fig. 8 the upper collecting and separating container, as well as the lower collecting container in elevation, FIG. 9 shows a view of the cooling device according to FIG. 8 through 90 ° to the left rotated, Fig. Lo the upper collecting and separating container in plan view partially broken off, FIG. 11 schematically shows a side view of a capacitor, and FIG. 12 schematically shows a condenser in elevation.
In Fig. 1 ist zum besseren Verständnis der Erfindung das Prinzip einer Blasenpumpe, die in einen Kühlkreislauf eingefügt ist, erläutert. Einem geschlossenen Behälter 1 wird von außen Wärme Q zugeführt, was durch die Pfeile angedeutet ist. Dadurch verdampft ein innerhalb des Behälters befindliches Kühlmedium und tritt in Form von Dampfblasen 2 in eine Abströmleitung 3 ein.In Fig. 1 is the principle of a better understanding of the invention Bubble pump, which is inserted in a cooling circuit, explained. A closed one Container 1 is supplied with heat Q from the outside, which is indicated by the arrows. As a result, a cooling medium located inside the container evaporates and occurs in the form of vapor bubbles 2 into an outflow line 3.
Die Dampfblasen 2 reißen nun aufgrund ihrer Strömungsenergie Flüssigkeitspfröpfchen 4 mit sich, so daß die einzelnen Dampfblasen durch Flüssigkeitspfröpfchen voneinander getrennt sind.The vapor bubbles 2 now tear droplets of liquid due to their flow energy 4 with it, so that the individual vapor bubbles are separated from each other by liquid droplets are separated.
Es wird also die Expansionsenergie verdampfender Flüssigkeiten zur Förderung der Flüssigkeit selbst benützt. Die Abströmleitung teilt sich in einem Sammelbehälter 5. Im unteren Teil-Ast sammelt sich die Flüssigkeit, durch den oberen Ast wird nur noch Dampf abgeleitet, der in einem Kondensator 6 kondensiert und in die Blasenpumpe 1 zurückläuft. Der Sammelbehälter ist durch eine Leitung 7 mit dem Behälter 1 verbunden.So it becomes the expansion energy of evaporating liquids Used to promote the liquid itself. The discharge line divides into one Collection container 5. The liquid collects in the lower part of the branch, through the upper one Branch will only still derived steam, which condenses in a condenser 6 and runs back into the bladder pump 1. The collecting tank is through a pipe 7 connected to the container 1.
In Fig. 2a + b ist eine Draufsicht und eine um 9o° gedrehte Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers 8 gezeigt. Der Kühlkörper 8 besteht aus einem gut wärmeleitenden Block, z.B. Aluminium oder Kupfer oder einer Legierung, und besitzt zwei planparallele Kühlflächen 9 und lo. Der flache Kühlkörper ist besonders dazu geeignet, mit dazwischen angeordneten Halbleiterelementen in Reihe zu einer Kette geschaltet zu werden. Dazu dienen zwei Durcllgangslöcher 11 und 12, was unten noch genauer beschrieben wird.In Fig. 2a + b is a plan view and a view rotated by 90 ° a heat sink 8 according to the invention is shown. The heat sink 8 consists of a block that conducts heat well, e.g. aluminum or copper or an alloy, and has two plane-parallel cooling surfaces 9 and lo. The flat heat sink is special about this suitable with interposed semiconductor elements in series to form a chain to be switched. Two through holes 11 and 12 serve for this purpose, which is below is described in more detail.
In Fig. 3 und 4 ist je ein Querschnitt und ein Längsschnitt durch den Kühlkörper gezeigt. Der liülllkörper 8 ist von einer Vielzahl von parallelen, durchgehenden Bohrungen 13 durchzogen, welche Blasenpumpen sind. Wie in Fig. 4 dargestellt, verlaufen die zylindrischen Bohrungen untereinander parallel und parallel zu den planparallelen Kühlflächen. Die zylindrischen Bohrungen 13 können jedoch auch zu den Kühlflächen geneigt sein. Die zylindrischen Bohrungen sind reihenweise versetzt angeordnet, so daß n ein Wärmestronifaden, der an einer der Kiwhlflächen seim Ausgang nimmt, sich nicht senkrecht durch den Kühlkörper fortsetzen kann, sondern dabei immer auf mindestens eine Bohrung trifft. Bs ist natürlich auch möglich, bei kleineren Leistungen nur eine einzige Reihe von zylindrischen Bohrungen vorzusehen.In Fig. 3 and 4 is a cross section and a longitudinal section through the heat sink shown. The liülllkörper 8 is of a multitude of parallel, through holes 13 traversed, which are bubble pumps. As shown in Fig. 4, the cylindrical bores run parallel to each other and parallel to the plane-parallel cooling surfaces. The cylindrical bores 13 can, however, also the cooling surfaces be inclined. The cylindrical bores are offset in rows arranged so that n a heat stonifaden, which at one of the cooling surfaces seim the exit takes, cannot continue vertically through the heat sink, but in doing so always meets at least one hole. Bs is of course also possible for smaller ones Services to provide only a single row of cylindrical bores.
An den ebenen seitlichen Begrenzungsflächen des Kühlkörpers 8 sind nach Fig. 2a eine Zulauf- und eine Abströmkammer 14 bzw.On the flat lateral boundary surfaces of the heat sink 8 are According to Fig. 2a an inlet and an outlet chamber 14 or
15 angeordnet, wobei diese beispielsweise gasdicht mit dem Iiühlkörper verschweißt sind. Die Zulauf- und Abströrnkammer 14, 15 dienen zur Zusammenfassung der Enden der zylindrischen Bohrungen 13; an die Zulaufkammer 14 ist ein Zulaufrohr 16, an die Abströmkammer 15 ein Abströmrohr 17 angeschweißt. Der Kühlkörper 8, die Zulaufkammer 14 mit ihrem Zulaufrohr 16 und die Abströmkammer mit ihrem Abströmrohr 17 bilden zusammen ein fertiges Kühlelement.15 arranged, these for example gas-tight with the Iiühlkörper are welded. The inlet and outlet chambers 14, 15 serve to combine the ends of the cylindrical bores 13; to the inlet chamber 14 is an inlet pipe 16, an outlet pipe 17 welded to the outlet chamber 15. The heat sink 8, the inlet chamber 14 with its inlet pipe 16 and the outlet chamber with their outflow pipe 17 together form a finished cooling element.
In Fig. 5 ist ein Aufriß einer kompletten Kühlvorrichtung (ohne Kondensator) gezeigt. Kühlelemente 18 sind abwechselnd mit Halbleiterbauelementen 19 in Reihe zu einer Kette zusammengeschaltet. Die Halbleiterbauelemente können beispielsweise Tyristoren oder Dioden sein. Das Kühlelement# 18 ist gemäß der Beschreibung der Figuren 2, 3 und 4 aufgebaut. Die Kühlkörper mitsamt den dazwischen angeordneten iLilbieiterkauelementen werden mittels eines Zugankers 20, Tellerfedern 21 und Sechskantmuttern 22 zusammegepreßt. Die Zuganker sind dabei durch die Bohrungen 11, 12 gemäß Fig. 2a oder Fig. 3 gesteckt. Die Halbleiterbauelemente werden in der Regel nur durch den Druck der Tellerfedern 21 und der Sechskantmuttern 22 gehaltert. In Fig. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie I-I gezeigt, der den Zusammenbau der Kühlelemente und der Halbleiterbauelemente zu einer Kette nochmals verdeutlicht. Damit die Druckkräfte gleichmäßig auf beide Zuganker übertragen werden und somit keinerlei Verkanten auftritt, sind an den Enden der Kette Spannscheiben 23 vorgesehen. Die Tellerfedern sitzen auf ilülsen 24, die durch einen abgewinkelten Halter 25 begrenzt werden. Die Halter 25 dienen zur ortsfesten Befestigung der gesamten Kette".In Fig. 5 is an elevation of a complete cooling device (without condenser) shown. Cooling elements 18 are alternating with semiconductor components 19 in series interconnected to a chain. The semiconductor components can, for example Be thyristors or diodes. Cooling element # 18 is as described in FIG Figures 2, 3 and 4 constructed. The heat sinks together with those arranged in between iLilbieiterkauelemente are made by means of a tie rod 20, plate springs 21 and hex nuts 22 pressed together. The tie rods are through the bores 11, 12 according to FIG. 2a or Fig. 3 inserted. The semiconductor components are usually only through the pressure of the disc springs 21 and the hexagon nuts 22 supported. In Fig. 6 is a section along the line I-I is shown showing the assembly of the cooling elements and the semiconductor components to form a chain again clarified. So that the pressure forces are evenly transferred to both tie rods and thus no tilting occurs, tension washers 23 are provided at the ends of the chain. The disc springs are seated on sleeves 24, which are limited by an angled holder 25. The keepers 25 are used for the fixed attachment of the entire chain ".
Die "Kette" ist nun an einen oberen Sammel- und Abscheidebehälter 26 und an einen unteren Samnielbehälter 27 angeschlossen, wobei die gesamte Kühlvorrichtung waagrecht angeordnet ist. Beide Sammelbehälter 26, 27 bestehen aus zylindrischen Rohren und sind an ihren Enden durch Böden gasdicht verschlossen. Der untere Sammelbehälter dient über eine Zuleitung 28 zum Zuführen des Kühlmediums in die Kühlkörper, der obere Sammel- und Abscheidebehälter dient zum Sammeln des durch die Kühlkörper durchgeflossenen ~erhitzten Kühlmediums und zum (teilweise) Abscheiden des verdampften Kühlmediums. Der obere Teil des oberen Sammel-und Abscheidebehälters 26, in dem sich die verdampfte Khlflüssigkeit befindet, ist mit dem unteren Teil des oberen Sammelbehälters über eine Verbindungsleitung 29 zum Druckausgleich verbunden.The "chain" is now on an upper collecting and separating container 26 and connected to a lower Samniel container 27, the entire cooling device is arranged horizontally. Both collecting containers 26, 27 consist of cylindrical Pipes and are sealed gas-tight at their ends by bottoms. The lower collection container is used via a supply line 28 to supply the Coolant into the Heat sink, the upper collecting and separating container is used to collect the through ~ heated cooling medium flowing through the heat sinks and for (partial) separation of the evaporated cooling medium. The upper part of the upper collecting and separating container 26, in which the evaporated cooling liquid is located, is with the lower part of the upper collecting container connected via a connecting line 29 for pressure equalization.
In Fig. 7 ist eine um 90° nach rechts gezeigte Ansicht der Fig. 5 gezeigt. Es ist zu erkennen, daß der Querschnitt des oberen Sammel- und Abscheidebehälters 26 um ein Vielfaches größer ist als der Querschnitt des unteren Sammelbehälters 27.FIG. 7 shows a view of FIG. 5 shown 90 ° to the right shown. It can be seen that the cross section of the upper collecting and separating container 26 is many times larger than the cross section of the lower collecting container 27
Der untere Sammelbehälter 27 ist über einen Verbinder 30 mit dem Zuflußrohr 16 und der Zuflußkar,lmer 14 des Kühlelementes verbunden. Das Abströmrohr 17 ist über einen weiteren Verbinder 31 mit dem oberen Sammel- und Abscheidebehälter 26 verbunden.The lower sump 27 is connected to the supply pipe via a connector 30 16 and the Zuflußkar, lmer 14 of the cooling element connected. The discharge pipe 17 is Via a further connector 31 to the upper collecting and separating container 26 tied together.
Die Verbindungsstücke 30, 31 sind mit Schlauchklemmen 32 auf den jeweiligen Rohrstücken gehaltert.The connectors 30, 31 are with hose clamps 32 on the respective Pipe pieces supported.
In Fig. 8 sind nochmals der obere Sammel- und Abscheidebehälter und der untere Sammelbehälter im Aufriß ohne den Kühlelementen und den Halbleiterbauelementen gezeigt. Der obere Sammel- und Abscheidebehälter 26 ist mit dem unteren Sammelbehälter 27 über Ausgleichsleitungen 33 verbunden. Dadurch wird sichergestellt, daß erstens immer genügend Kühlfflissigkeit im unteren Sammelbehälter vorhanden ist und zweitens, daß das in der Blasenpumpe geförderte und teilweise verdampfte Kühlmittel nach Abscheidung des Dampfes wieder dom unteren Sammelbehälter zufließen kann. Aus der Zeichnung sind desweiteren die Einströmanschlüsse 34 des unteren Sammelbehälters für je einen Kühlkörper und die Abströmansciilüsse 35 des oberen Sammel- und Abscheidebehrlters zum Abströmen des Kühlmediums ersichtlich.In Fig. 8 are again the upper collecting and separating container and the lower collecting container in elevation without the cooling elements and the semiconductor components shown. The upper collecting and separating container 26 is connected to the lower collecting container 27 connected via compensating lines 33. This will ensure that firstly there is always enough cooling liquid in the lower collecting tank and, secondly, that the coolant conveyed in the bubble pump and partially evaporated after separation of the steam can flow back into the lower collecting tank. From the drawing are furthermore the inflow connections 34 of the lower collecting container for one each Heat sink and the outlet ports 35 of the upper collecting and separating container can be seen for the outflow of the cooling medium.
Eine Abströmleitung 36 leitet das verdampfte Kühlmittel vom oberen Sammel- und Abscheidebehälter 26 zu einem (in dieser Figur nicht gezeigten) Kondensator. Bin Sicherheitsdruckventil 37 dient zum Ableiten eines sich im oberen Sammelbehälter aufbauenden zu hohen Druckes.A discharge line 36 directs the vaporized coolant from the upper one Collection and separation container 26 to one (in this Figure not shown) capacitor. A safety pressure valve 37 is used to divert a self Excessive pressure building up in the upper collecting tank.
Fig. 9 zeigt eine um 90° nach links geklappte Ansicht der Fig.FIG. 9 shows a view of FIG. 9 folded to the left by 90 °.
8. Dabei sind nochmals die Eintrönianschlüsse 34 und die Abströmanschlüsse 35 am unteren Sammelbehälter 27 bzw. am oberen Summelbehälter und Abscheidebehälter 26 zu sehen. Fig. lo zeigt eine Draufsicht auf den oberen Sammel- und Abscheidebehälter ?6.8. There are again the Eintrön connections 34 and the outflow connections 35 on the lower collecting tank 27 or on the upper summing tank and separating tank 26 to see. Fig. Lo shows a plan view of the upper collecting and separating container ? 6.
In den Figuren 11 und 12 sind zwei schematische Ansichten des Kondensators zur Rückgewinnung des Flüssigen Kühlmittels gezeigt. Die Dampfabströmleitung 36, herkommend vom oberen Sammel-und Abscheidebehälter 27, führt in einen Kondensator 38, der durch einen Lüfter 39 gekühlt wird. Das dampfförmige Kühlmedium verflüssigt sich wieder und wird durch die Zuströmleitung 28 wieder dem unteren Sammelbehälter 27 zugeführt. Der Kondensator ist in der Regel räumlich von dem Sammclbehälter getrennt; es ist aber auch eine integrierte Bauweise möglich. Ebenso ist es möglich, die Kette, bestehend aus Küjilkörporn und Halbleiterbauelementen, senkrecht anzuordnen, wobei dann nur darauf zu achten ist, daß der obere Sammel- und Abscheidebehälter am höchsten I>unlct sich befindet. Die Anordnung des unteren Sammelbehälters kann beliebig gewählt werden; man wird ihn jedoch zweckmäßig am untersten Punkt der Kette anordnen.FIGS. 11 and 12 show two schematic views of the capacitor shown for the recovery of the liquid coolant. The steam discharge line 36, Coming from the upper collecting and separating container 27, leads into a condenser 38, which is cooled by a fan 39. The vaporous cooling medium liquefies again and is back through the inflow line 28 to the lower collecting container 27 supplied. The condenser is usually spatially separated from the collecting tank; however, an integrated design is also possible. It is also possible to use the chain, consisting of Küjilkkörorn and semiconductor components, to be arranged vertically, whereby then it is only necessary to ensure that the upper collecting and separating container is at its highest I> unlct is located. The arrangement of the lower collecting container can be arbitrary to get voted; however, it will expediently be placed at the lowest point of the chain.
Im Betrieb wird das Kühlmedium durch die Expansionsenergie der verdampfenden Kühlflüssigkeit aus dem unteren Sammelbehälter angesaugt und mit hoher Geschwindigkeit durch die zylindrischen Bohrungen innerhalb des Kühlkörpers geleitet, wo ein Teil des Kühlmediums verdampft und die Dampfblasen zusätzlich Flüssigkeitspföpfohen durch die Bohrungen und die Abströmanschlüsse in den oberen Sammel- und Abscheidobehälter mitreißen.During operation, the cooling medium is evaporated by the expansion energy Cooling liquid sucked from the lower sump and at high speed passed through the cylindrical bores inside the heat sink where a part of the cooling medium evaporates and the vapor bubbles also flow through the bores and the outflow connections in the upper collecting and separating container carry away.
Das dampfförmige Kühlmedium strömt weiter über das Dampfabströmrohr 36 in den Kondensator 38 und wird dort kondensiert. Das flüssige Kühlmedium strömt nun über die Abströmöffnung 28 vom Kondensator über die Zuleitung 28 zurück in den unteren Sammelbehälter 27. Die im oberen Sammel- und Abscheidebehälter 26 vom Dampf getrennte Kühlflüssigkeit fließt über die Ausgleichsrohre 33 in den unteren Sammelbehälter 27 zurück. Auf diese Weise findet ein intensiver Flüssigkeitskreislauf zwischen dem unteren Sammelbehälter, den zylindrischen Bohrungen innerhalb der Kühlkörper und dem oberen Sammel- und Abscheidebehälter statt. Es sei hervorgehoben, daß durch die Abscheidung der Flüssigkeit vom Dampf im oberen Sammel- und Abscheidebehälter ein Zweiphasenstrom in der Dampfabströmleitung 36 zum Kondensator hin vermieden wird, da ein solcher Zweiphasenstrom einen erheblich höheren Strömungswiderstand als eine Einphasenströmung aufweist.The vaporous cooling medium continues to flow through the vapor discharge pipe 36 into the condenser 38 and is condensed there. The liquid cooling medium flows now via the outflow opening 28 from the condenser via the supply line 28 back into the lower collecting tank 27. Those in the upper collecting and separating tank 26 from the steam separate coolant flows through the equalizing pipes 33 into the lower collecting tank 27 back. In this way an intensive fluid cycle takes place between the lower collecting tank, the cylindrical bores inside the heat sink and the upper collecting and separating container instead. It should be emphasized that by the separation of the liquid from the vapor in the upper collecting and separating container a two-phase flow in the vapor discharge line 36 to the condenser is avoided because such a two-phase flow has a considerably higher flow resistance as a single phase flow.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE2414270A DE2414270A1 (en) | 1971-01-19 | 1974-03-25 | Heat sink for power semiconductor element - uses non-conductive liq. and evaporation chamber in cct. with separate condenser via pipes |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19712102254 DE2102254B2 (en) | 1971-01-19 | 1971-01-19 | COOLING DEVICE FOR POWER SEMICONDUCTOR COMPONENTS |
| DE2414270A DE2414270A1 (en) | 1971-01-19 | 1974-03-25 | Heat sink for power semiconductor element - uses non-conductive liq. and evaporation chamber in cct. with separate condenser via pipes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2414270A1 true DE2414270A1 (en) | 1975-10-09 |
Family
ID=5911070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2414270A Withdrawn DE2414270A1 (en) | 1971-01-19 | 1974-03-25 | Heat sink for power semiconductor element - uses non-conductive liq. and evaporation chamber in cct. with separate condenser via pipes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2414270A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3307703A1 (en) * | 1983-03-04 | 1984-09-06 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau | CAN BOILER COOLING DEVICE FOR PERFORMANCE SEMICONDUCTOR ELEMENTS |
| FR2604028A1 (en) * | 1986-09-16 | 1988-03-18 | Alsthom | Device for cooling semiconductors by vaporisation of a refrigerant |
| US4733331A (en) * | 1985-09-30 | 1988-03-22 | Jeumont-Schneider Corporation | Heat dissipation mechanism for power semiconductor elements |
| EP1607707A1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-12-21 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Bubble generator and heat transfer assembly |
-
1974
- 1974-03-25 DE DE2414270A patent/DE2414270A1/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3307703A1 (en) * | 1983-03-04 | 1984-09-06 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau | CAN BOILER COOLING DEVICE FOR PERFORMANCE SEMICONDUCTOR ELEMENTS |
| US4733331A (en) * | 1985-09-30 | 1988-03-22 | Jeumont-Schneider Corporation | Heat dissipation mechanism for power semiconductor elements |
| FR2604028A1 (en) * | 1986-09-16 | 1988-03-18 | Alsthom | Device for cooling semiconductors by vaporisation of a refrigerant |
| EP1607707A1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-12-21 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Bubble generator and heat transfer assembly |
| WO2005124257A1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-12-29 | Ecole Polytechnique Federation De Lausanne (Epfl) | Heat transfer assembly |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8141 | Disposal/no request for examination |