DE2801660C2 - Vorrichtung zum Abführen der Verlustwärme von elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

28 Ol

F i g. 2 ein vorkonfektioniertes Wärmerohr,

F i g. 1 und F i g. 3 mit elektronischen Bauteilen bestückte Schaltschränke.

Das Wärmerohr besteht aus einem längsnahtgeschweißten, gewellten Metallrohr 1, an dessen einem Ende eine Montageplatte 2 und an dessen anderem Ende eine Berippung 3 wärmeleitend befestigt sind. Die zu kühlenden elektronischen Bauteile sind auf der Montageplatte 2 befestigbar. Das Wärmerohr ist ein abgeschlossenes System, welches evakuiert und in genau be- ίο messener Weise mit einem Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser, Ammoniak, Frigen gefüllt ist Die von den Bauelementen abgegebene Verlustwärme dringt durch die Wandung der Montageplatte 2 und verdampft das Arbeitsmittel. Infolge des Dampfdruckunterschiedes strömt der Dampf in Richtung der Pfeile zum anderen Ende des Rohres, wo der Dampf kondensiert und dabei seine Verdampfungswärme abgibt Diese Wärme muß ständig abgeführt werden. Hierzu dient die Berippung 3. Die Wärme kann entweder durch Eigen- oaer Zwangskonvektion abgeführt werden. Das kondensierte Arbeitsmittel wird in geeigneter Weise entweder durch Schwerkraft oder kapillare Kräfte in den Bereich der Montageplatte 2 zurücktransportiert

In der Fig. 1 ist ein Schaltschrank 4 schematisch dargestellt, in dem eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen angeordnet ist In der linken Hälfte der F i g. 1 sind sechs Scheibenthyristoren 5 durch Montageplatten 2 beidseitig gekühlt An jeder Monisgep-latis 2 Ist ein Wellrohr 1 thermisch leitend befestigt, welches eine Berippung 3 an seinem anderen Ende (Kaltende) trägt In der rechten Hälfte der F i g. 1 sind sogenannte neutrale Thyristoren 6 auf einer Montageplatte 2 befestigt, die wiederum mit einem gewellten Rohr 1, welches an seinem anderen Ende eine Berippung 3 trägt, verbunden ist Die Montageplatte 2 weist eine Bohrung 7 auf, die Teil des Wärmerohrsystems ist Durch diese Maßnahme wird die Kühlung der Thyristoren 6 verbessert Der Schaltschrank 4 weist in seinem oberen Bereich eine öffnung 8 auf, durch welche die von der Berippung 3 der Wärmerohre abgegebene Wärme über den zirkulierenden Luftstrom abfließen kann. Durch einen Ventilator 9 wird die Wärmeabfuhr noch verbessert. Die Frischluftzufuhr bei dieser Schaltschrankbauart erfolgt durch die Einführungsöffnungen für die Kabel und Leitungen oder durch gesonderte Schlitze.

Die F i g. 3 zeigt die Möglichkeit einer Kühlung von neutralen Thyristoren 6, die auf einer Montageplatte 2 befestigt sind. An der Montageplatte 2 sind die Enden der Wellrohre 1 wärmeleitend angebracht und die entgegengesetzten Enden des Rohres 1 durch staubdichte Durchführungen durch die Wand des Schaltschrankes 4 herausgeführt. Auch hier wird die Wärme über die Berippung 3 an die Umluft abgegeben, was durch einen Ventilator 8 noch forciert werden kann. Diese Bauart ermöglicht die Kühlung von in Schaltschränken angeordneten Bauelementen ohne eine intensive Luftumwälzung im Innern des Schaltschrankes, was aufgrund des verringerten Staubanfalls zu einer längeren Lebensdauer der elektronischen Bauelemente führt Aufgrund der Flexibilität der Wellrohre lassen sich diese den räumlichen Gegebenheiten in einem Schaltschrank optimal anpassen. Neben den bereits erwähnten Vorteilen trägt die in der F i g. 3 dargestellte Bauweise sowohl zur erhöhten Lebensdauer vieler Bauteile als auch zur Sicherheit im Brandfalle bei. Durch geeignete Wärmetauscher kann die an die Umluft abgegebene Verlustwärme aufgenommen und an geeigneter Stelle bei Bedarf verwendet werden. Bei einer Anordnung, bei -der die die Berippung 3 tragende Kühlzone des Wärmerohres auf einem höheren Niveau als die mit der Montageplatte 2 verbundene Heizzone des Wärmerohres liegt, kann die Verlustwärme im Bedarfsfall auch an die Außenatmosphäre abgegeben werden. Die Wellrohre 1 müssen dann so lang ausgebildet sein, daß die Berippung 3 außerhalb der Gebäudewandung angeordnet werden kann.

Es mag vorkommen, daß die über dem Schaltschrank herrschende Temperatur an der Berippung 3 nicht zur Kühlung der Bauelemente ausreicht Dann kann durch Verlängerung der Rohre 1 ein anderer Wärmeabgabeort, zum Beispiel außerhalb des Gebäudes, gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (28)

28 Ol 660 1 2 gen bekannt, die Wechselstrom in Gleichstrom umwan- Patentansprüche: dein. Hier hat man die wärmeerzeugenden Dioden ge trennt von den Transformatoren in gesonderten Gehäu-

1. Vorrichtung zum Abführen der Verlustwänne sen untergebracht Die Wärme wird sowohl von den von elektronischen Bauelementen aus Schaltschrän- 5 Transformatoren als auch von den Dioden über Wärken, bestehend aus mindestens einem Wärmerohr, merohre nach außen abgeführt.

welches an seinem einen Ende wärmeleitend mit Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zudem Bauelement verbunden ist und an seinem ande- gründe, eine Möglichkeit anzugeben, mit der in Schaltren Ende eine die wärmeabführende Oberfläche ver- schranken angeordnete elektronische Bauteile optimal größernde Berippung trägt, dadurch gekenn- 10 gekühlt werden können. Dabei sollen die für die Kühzeichnet, daß das Wärmerohr (1) über seine ge- lung vorgesehenen Elemente (Wärmerohre) leicht monsamte Länge als gewelltes flexibles Metallrohr aus- tierbar und den räumlichen Gegebenheiten innerhalb gebildet ist und an seinem der Berippung (3) abge- eines Schaltschrankes optimal anpaßbar sein,
kehrten Ende eine Montageplatte (2) mit wärmelei- Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der erntendem Obergang auf das Wärmerohr (1) trägt, auf 15 gangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Wärmeweicher die Bauelemente (5,6) angeordnet sind, rohr über seine gesamte Länge als gewelltes flexibles

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Metallrohr ausgebildet ]s\ und an seinem der Berippung zeichnet, daß die Montageplatte (2) eine Bohrung (7) abgekehrten Ende eine Montageplatte mit wärmeleiaufweist, die Teil des Wärmerohrsystems ist tendem Übergang auf das Wärmerohr trägt, auf wel-

20 eher die Bauelemente angeordnet sind.

Unter einem

Wärmerohr versteht man ein thermisches Bauelement,

welches aus einem vakuumdicht verschlossenen Rohr besteht, welches in bestimmter Weise mit einem Ar-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfüh- beitsmittel, beispielsweise Wasser, gefüllt ist und dem an ren der Verlustwärme von elektronischen Bauelemen- 25 seinem einen Ende Wärme zu- und an seinem anderen ten aus Schaltschränken, bestehend aus mindestens ei- Ende Wärme abgeführt wird.

Infolge eines fortwährennem Wärmerohr, welches an seinem einen Ende wärme- den Verdampfungs- und Kondensationsprozesses wird leitend mit dem Bauelement verbunden ist und an sei- laufend Wärme von der Heizzone zur Kühlzone transnera anderen Er.de eine die wärmssbführendc Obcrfiä- porticrt Derartige Wärmerohre haben eine um Zehnerche vergrößernde Berippung trägt 3c potenzen höhere Wärmeleitfähigkeit als beispielsweise

In der Leistungselektronik wird das Problem der Ver- Kupfer.

lustwärmeabfuhr dann immer dringender, wenn sich Das Wärmerohr ist als gewelltes, vorzugsweise längs-

Bauelemente häufen, wie es zum Beispiel in Schalt- nahtgeschweißtes Metallrohr ausgebildet Derartige schränken der Fall ist Wenn die Eigenkonvektion der Rohre lassen sich in einem kontinuierlichen Arbeitspro-Luft zur Wärmeabführung nicht mehr ausreicht, muß 35 zeß in beliebigen Längen wirtschaftlich herstellen.

Die über spezielle Kühlkörper und Ventilatoren zwangsge- Wellung ermöglicht dabei, daß das Metallrohr leicht gekühlt werden.

Die Belüftung der elektronischen Bauele- bogen werden kann, so daß auch eine komplizierte Vermente von außerhalb hat aber den Nachteil, daß der legung um enge Radien möglich ist Es können beispiels-Staubanteil sich im Innern der Schaltschränke erhöht, weise 3 oder mehr neutrale Thyristoren auf einer Monwas zu einer kürzeren Lebensdauer derartiger Bauele- 40 tageplatte befestigt werden.

Bei Scheibenthyristoren mente führen kann. werden unmittelbar nur gleichpolige Seiten auf einer

Ebenso kommt es bei bestimmten Lasern darauf an, Montageplatte befestigt, anderenfalls wird ein elekeine Überhitzung zu vermeiden.

Diese sind häufig so in trisch isolierendes Plättchen zwischen Thyristor und Geräte eingebaut, daß sich von selbst keine ausreichen- Montageplatte eingefügt Eine besonders günstige Ande Konvektion oder andere Wärmeableitung ausbilden 45 Ordnung läßt sich für sechs solcher Thyristoren bei eikann. nem Drehstrom-Schaltsatz finden, indem man gleichpo-

Aus der DE-OS 24 17 106 ist eine Thyristorsäule be- lige Seiten der Scheibenthyristoren an gegenüberliekannt, bei der eine Vielzahl von Scheibenthyristoren genden Seiten der Kontaktplatten anbringt Die auf veraufeinandergestapelt sind, wobei an jeder Seite jedes schiedenen elektrischen Potential stehenden Wärme-Scheibenthyristors ein Kühlkörper vorgesehen ist jeder so rohre können an den berippten Enden innerhalb oder Kühlkörper ist mit einem Wärmerohr ausgerüstet.

Die außerhalb des Schaltschrankes zwangsgekühlt werden.

Kühlkörper und die Scheibenthyristoren sind miteinan- Der wesentliche Vorteil der durch die Erfindung erder verspannt und bilden die Thyristorsäule.

Das War- zielbar ist, liegt darin, daß man Schaltschränke, die gemerohr wird dabei durch eine Bohrung im Kühlkörper maß der Lehre der Erfindung ausgebildet sind, gasdicht hindurchgeführt und mit diesem beispielsweise durch 55 verschließen und somit ein Eindringen von Staub vereine Schrumpfverbindung in Wärmekontakt gebracht hindern kann.

Dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer

Nach dieser Entgegenhaltung bestehen die Wärme- der Schaltschränke bzw. der in ihnen angeordneten rohre aus einem Winkelstück und einem gestreckten Bauteile.

Dabei erhöht die Ausbildung des Wärmeroh-Rohrstück, die durch ein elastisches bzw. flexibles Rohr- res als flexibles Bauteil die Montagefreundlichkeit erstück verbunden sind.

Mit diesem federnden Rohrstück 60 heblich.

sollen Spannungen ausgeglichen werden, die aufgrund Unter elektronischen Bauelementen sind nicht nur

thermischer Ausdehnungen oder fertigungstechnisch Thyristoren, wie beschrieben, zu verstehen, sondern bedingter Toleranzen entstehen können.

Diese als Deh- auch Widerstände, diverse Halbleiter in elektronischen nungskompensatoren wirkenden Rohrstücke können Rechnern und Festkörperlaser großer Leistung,
auch weggelassen werden, wenn das freie Ende des 65 Die Erfindung ist anhand der in den F i g. 1 bis 3 sche-Wärmerohres sich frei ausdehnen kann. matisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher er-

Aus der US-PS 38 29 740 ist eine gattungsgemäße läutert.
Vorrichtung zum Abführen der Wärme aus Vorrichtun- Es zeigt