DE3206059C2

DE3206059C2 - Kühleinrichtung für elektrische Bauelemente

Info

Publication number: DE3206059C2
Application number: DE19823206059
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. 8520 Erlangen Koch; Gert Dr. 8551 Hemhofen Mages; Heinrich Dipl.-Chem. 8520 Erlangen Opitz; Bodo 8520 Buckenhof Thieme
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: KOCH, CHRISTIAN, DR.-ING., 8602 BUTTENHEIM, DE
Priority date: 1982-02-19
Filing date: 1982-02-19
Publication date: 1984-11-29
Also published as: DE3206059A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung enthält einen Kühlkörper (1) mit mindestens einem geschlossenen, von Kühlmittel durchströmten Kühlkanal (1a). Durch den Kühlkörper (1) wird mit einer Umwälzpumpe flüssiges Kühlmittel, dessen Siedepunkt etwas unter der Kühlkörpertemperatur liegt, transportiert. Das Kühlmittel verdampft im Kühlkörper (1) und wird anschließend über einen Flüssigkeitsabscheider (6) geleitet, wobei die abgeschiedene Flüssigkeit wieder direkt der Um wälz pumpe zugeführt wird. Der Dampfanteil wird mit einem Kompressor (2) komprimiert und in einem Kondensator (3) kondensiert. Das dabei wieder entstehende flüssige Kühlmittel wird über ein Drosselventil (4) entspannt und die verbleibenden Dampfanteile werden über einen Dampfabscheider (7) wieder direkt dem Kompressor (2) zugeführt. Der flüssige Anteil des Kühlmittels wird über die Umwälzpumpe (5) wieder in den Kühlkörper (1) transportiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für hochbelastete elektrische Bauelemente, die in wärmeleitendem Kontakt mit einem Kühlkörper stehen, der mindestens einen von einem siedenden Kühlmittel eines Kühlkreislaufs durchströmten Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkreislauf die Reihenschaltung eines Kompressors, der von dem im Kühlkörper verdampften Kühlmittel gespeist wird, eines Kondensators und eines Drosselventils enthält, mit eine Einrichtung, die die Menge des durch den Kühlkörper strömenden Kühlmittels regelt.

Durch die Steigerung der Leistung elektrischer Bauteile bei gleichem oder kleinerem Bauvolumen wird die Wärmestromdichte bei der Kühlung dieser Bauelemente größer. Ein Hochleistungsthyristor mit einer elektrischen Verlustleistung von ca. 1,3 kW besitzt z. B. seitliche Auflageflächen für die Kühlkörper mit einem

s Durchmesser von ca. 95 mm. Daraus ergibt sich eine mittlere Wärmestromdichte von ca. 13 W/cm². Ein derart hochbelasteter Thyristor benötigt eine Oberflächentemperatur auf den seitlichen Auflageflächen von ca. 60⁰C, da die Temperaturabfälle von dem Ort der Verlustwärmeentstehung bis zur seitlichen Auflagefläche so groß sind, daß nur diese Oberflächentemperatur die langlebige Funktion des Thyristors sicherstellt Wenn man beispielsweise einen derartigen Thyristor mit Wasser kühlt, so muß die Kühlwassertemperatur wegen des

is Temperaturgefälles zwischen Thyristoroberfläche und Kühlkörper sowie zwischen Kühlkörper und Kühlwasser noch deutlich unter diesen 60° liegen. Zur Rückkühlung des Kühlwassers ist also wegen der geringen Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur ein erheb-

iicher Aufwand an Wärmetauschern u.dgl. nötig. Bei noch größerer Wärmestromdichte bzw.- hoher Umgebungstemperatur gelangt man schließlich an eine Grenze, wo dis Rückkühlung des Kühlwassers durch Luft auf Umgebungstemperatur überhaupt nicht mehr möglich ist

Ein ähnliches Problem ergibt sich bei Bauelementen, deren Oberflächentemperaturen unter der maximalen Umgebungstemperatur liegen müssen. Dies ist z. B. bei manchen Rechnerbausteinen der Fall.

Aus der DE-OS 28 37 353 ist eine Anordnung angegeben, bei der das zu kühlende elektrische Bauelement mit Kühldosen versehen ist Diese Kühldosen werden von einem Kühlmittel, dessen Siedepunkt etwas unter der Kühlkörpertemperatur liegt, durchströmt. Das Kühlmittel verdampft in der Kühldose teilweise. Das teils gasförmige, teils flüssige Kühlmittel wird einem Wärmetauscher zugeführt, wo ein Teil der Wärme durch Zwangsbelüftung mittels eines Lüfters an die Umgebung abgeführt wird, solange die Kühlmitteltemperatur über der Umgebungstemperatur liegt. Nach der Beschreibung tritt jedoch noch keine vollständige Verflüssigung des Kühlmittels ein. Das Kühlmittel durchströmt anschließend den Verdampfer einer Kälteanlage, wo es vollständig verflüssigt wird. Dabei wird das Kühlmittel auf eine Temperatur abgekühlt, die mehr oder weniger unter ihrem Siedepunkt liegt. Über eine Umwälzpumpe wird dann das Kühlmittel wieder zur Kühldose zurückbefördert. Die zugeordnete Kälteanlage besteht aus einem Kreislauf mit dem auch vom Kühlmittel durchflossenen

so Verdampfer, einem Kompressor, einem Verflüssiger, einem Sammler sowie einem Drosselventil. Dieser Kreislauf wird von einem Kühlmittel durchströmt, das im Verdampfer verdampft und dabei dem Kühlmittel des Kühlkreislaufs Wärme entzieht. Mit dem Kompressor wird das dampfförmige Kühlmittel komprimiert, wobei es im nachgeschalteten Verflüssiger auf einem höheren Temperaturniveau Wärme abgibt und dabei wieder verflüssigt wird. Über den Sammler und das Drosselventil wird das verflüssigte Kühlmittel wieder dem Verdampfer zugeführt.

Bei dieser bekannten Kühleinrichtung wird also ein Teil der Verlustwärme über einen Wärmetauscher und ein weiterer Teil der Verlustwärme über einen Kältekreislauf abgeführt. Je höher die Umgebungstemperatür ist, umso geringer ist die Temperaturdifferenz mit der der Wärmetauscher arbeitet, so daß er nur einen geringen Teil der Verlustwärme abführen kann. Wenn die Kühlmitteltemperatur sogar unter der Umgebungs-

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temperatur liegt kann der Wärmetauscher überhaupt Fühler der Kühlmitteldurchsatz so gesteuert werden, keine Verlustwärme mehr abführen. Der weitaus größte daß aus dem Kühlkörper nur Dampf austritt Der Kühl-Teil der Verlustwärme wird dann nur durch Kondensa- körper-Austritt kann dann ohne Zwischenschaltung eition im Verdampfer des Kältekreislaufs abgeführt, so nes Flüssigkeitsabscheiders direkt an den Kompressordaß dieser nahezu auf die volle Verlustleistung ausge- s Eintrittsstutzen angeschlossen werden. Der Flüssiglegt werden muß. Hinzu kommt daß im Verdampfer keitsanteil des Kühlmittels kann beispielsweise nach zwischen Kühlmittelkreislauf und Kältekreislauf eine dem bekannten Prinzip der Wärmeableitung gemessen Temperaturdifferenz auftritt so daß das Kältemittel im werden.

Kältekreislauf unter die gewünschte Temperatur <Jes Der Dampfabscheider kann ein Schwimmerventil Kühlmittels gebracht werden muß. Dazu ist eine erhöh- io enthalten, das den Flüssigkeits-Austritt des Dampfabte elektrische Leistung für den Kompressor erforder- scheiders nur bei ausreichendem Flüssigkeitsstand im lieh. Da die bekannte Anlage zwei getrennte Kreisläufe, Verdampfer freigibt wobei der Umwälzpumpe ein nämlich einen Kühlmittelkreislauf und einen Kältemit- Kühlmittelspeicher vorgeschaltet ist Dabei wird der telkreislauf aufweist ist sie auch sehr aufwendig. Kühlkreislauf solange unterbrochen, bis der Kondensa-

Aus der DE-AS 1514 551 ist eine Einrichtung der 15 tor wieder genügend flüssiges Kühlmittel erzeugt hat In eingangs genannten Art bekannt Da bei dieser Einrich- der Zwischenzeit wird die notwendige Kühlmittelmentung das Kühlmittel allerdings völlig verdampft wird, ge dem der Umwälzpumpe vorgeschalteten Kühlmittelentspricht die Kühlkörpertemperatur nicht überall der speicher entnommen.

Siedetemperatur des Kühlmittels. Aus der US-PS Eine äußerst gute Anpassung der erforderlichen 36 56 540 ist es bekannt eine Kühlmittelpumpe bei der 20 Kompressorleistung erreicht man, wenn Sollwerte für Kühlung von hoch belasteten Bauelementen einzuset- die Dampfaustrittstemperatur des Kühlkörpers in Abzen. Ferner ist es aus dieser Druckschrift bekannt die hängigkeit von der elektrischen Belastung des elektri-Kühlmittelzufuhr in Abhängigkeit von der elektrischen sehen Bauelements eingestellt werden. Bei höherer BeBelastung des Bauelementes zu regeln. lastung des elektrischen Bauelements, das damit auch

Aus dem DE-GM 18 12 308 ist ferner eine konventio- 25 eine höhere Verlustleistung an den Kühlkörper abgibt

nelle reine Flüssigkeitskühlung bekannt wobei zwar der tritt nämlich ein größerer Temperaturunterschied zwi-

Kühlkörper gleichmäßig benutzt wird, jedoch ausdrück- sehen Kühlmittel und Bauelement-Oberfläche auf. Um

lieh ein beständiges Sieden des Kühlmittels vermieden diese größere Temperaturdifferenz zu kompensieren,

sein soll. . muß die Kühlmitteltemperatur bei höherer Belastung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühleinrichtung 30 des elektrischen Bauelements verringert werden. Wenn

der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei schwan- man diese Abhängigkeit nicht berücksichtigt, so muß

kendem Verlustwärmeeinfa.ll der zu kühlenden elektri- man die Kühlmitteltemperatur von vornherein auf die

sehen Bauelemente einen verringerten Leistungsbedarf höchstmögliche Verlustleistung auslegen. Wenn man je-

aufweist und die eine bessere Anpassung an den Kühl- doch die Dampfaustrittstemperatur an die elektrische

leistungsbedarf der Bauelemente ermöglicht. 35 Belastung des elektrischen Bauelements anpaßt so kann

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, man im unteren Lastbereich den Kompressor mit nied-

daß die Drehzahl des Kompressors in Abhängigkeit von riger Leistung, d. h. energiesparend, betreiben,

der Dampfaustrittstemperatur des Kühlkörpers gcre- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfol-

gelt wird, daß das verflüssigte Kühlmittel über eine Um- gend anhand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert

wälzpumpe dem Kühlkörper zugeführt wird, daß min- 40 Der Kältekreislauf nach Fig. 1 enthält einen Kühl-

destensein Fühler zum Messendes Flüssigkeits-Dampf- körper 1, an dem das zu kühlende elektrische Bauteil,

Verhältnisses im Kühlkörper vorgesehen ist und daß die beispielsweise ein Thyristor anliegt. Der Kühlkörper 1 Drehzahl der Umwälzpumpe in Abhängigkeit vom ge- weist einen Kühlmittel-Eintrittsstutzen Ic und einen

messenen Flüssigkeits-Dampf-Verhältnis geregelt wird. Kühlmittel-Austrittsstutzen Xb auf. Im Inneren des

Zwischen dem Kühlmittel-Austrittsstutzen des Kühl- 45 Kühlkörpers 1 liegen Kühlkanäle, die vom Kühlmittel

körpers und dem Kompressor ist zweckmäßigerweise durchströmt werden. Der Kühlmittel-Austrittsstutzen

ein Flüssigkeitsabscheider eingefügt dessen Flüssig- Xb ist über einen Flüssigkeitsabscheider 6 mit dem Ein-

keits-Auslaß mit der Eintrittsseite der Umwälzpumpe trittsstutzen eines Kompressors 2 verbunden. Dem

verbunden ist. Damit wird verhindert, daß Flüssigkeit in Kompressor 2 ist ein Kondensator 3 mit einem nur sche-

den Kompressor gelangt. Die abgeschiedene Flüssigkeit 30 matisch dargestellten Rückkühlkreislauf 3a nachge-

wird wieder dem Kreislauf zugeführt. schaltet. Die Austrittsöffnung des Kondensators 3 ist

Zweckmäßigerweise ist zwischen Drosselventil und über die Reihenschaltung eines Drosselventils 4, eines Umwälzpumpe ein Dampfabscheider eingefügt, dessen Dampfabscheiders 7 und einer Umwälzpumpe 5 mit Dampfauslaß mit dem Eintrittsstutzen des Kompressors dem Kühlmittel-Eintrittsstutzen Ic des Kühlkörpers 1

verbunden ist. Damit wird der nach dem Drosselventil 55 verbunden. Zwischen Dampfabscheider 7 und Umwälz-

im Kühlmittel noch enthaltene Dampf wieder direkt pumpe 5 ist ggf. ein gestrichelt eingezeichneter Kühl-

dem Kompressor zugeführt, so daß der Kühlkörper nur mittelspeicher 8 eingefügt. Der Flüssigkeits-Auslaß 6a

flüssiges Kühlmittel erhält. des Flüssigkeitsabscheiders 6 ist mit dem Eintritlsstut-

Der Kühlkörper kann aus zwei durch eine Sammel- zen der Umwälzpumpe 5 oder mit dem Kühlmittelspeikammer verbundenen Teilabschnitten bestehen, wobei 60 eher 8 und der Dampfauslaß 7 des Dampfabscheiders 7 in dieser Sammelkammer ein Fühler angeordnet ist, der ist mit dem Eintrittsstutzen des Kompressors 2 verbunden Flüssigkeitsanteil des Kühlmittels in der Sammel- den.

kammer mißt und die Drehzahl der Umwälzpumpe so Der Kältemittelkreislauf ist mit einem Kühlmittel gesteuert, daß ein bestimmter Flüssigkeitsanteil in der füllt, dessen Siedepunkt bei dem im Kühlkörper 1 herr-Sammelkammer erreicht wird. Damit kann die Kühlmit- 65 sehenden Druck etwas unter der Kühlkörpertemperatelumwälzung so gesteuert werden, daß sich der Ver- tür liegt. Durch entsprechende Wahl der Verdichtung dampfungsprozeß über den gesamten Bereich des Kühl- des Kompressors 2, des Drosselquerschnitts des Droskörpers verteilt. Außerdem kann mit einem derartigen selventils 4 sowie der Durchflußleistun« der Umwälz-

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pumpe 5 werden die Druckverhältnisse im Kältekreis- Antriebsleistung von 0,6 kW je Kühlkörper, lauf so eingestellt, daß der Kühlkörper t mit flüssigem, Der Dampf kondensiert im Kondensator an den Wärsiedenden Kühlmittel gefüllt ist Damit kann man den mctauscherrohren bei 75° C und gibt dort ca. 2,3 kW je Kühlkörper 1 auf beliebige Temperatur, die auch unter Kühlkörper ab. Diese Wärmeleistung kann beispielsder Umgebungstemperatur liegen kann, bringen und so- 5 weise im Winter an den Heizwasserkreislauf einer mit eine sehr hohe Wärmestromdichte erreichen. Durch Raumheizung und im Sommer an einen Rückkühlkreisdie Wärmeaufnahme des Kühlmittels aus dem Kühlkör- lauf abgegeben werden.

per 1 verdampft dieses, wobei mit dem Flüssigkeitsab- Die durch Kondensation des Dampfes gewonnene

scheider 6 nach dem Austrittsstutzen Ib noch vorhande- Flüssigkeit wird über das Drosselventil 4 auf 1 bar ent-

ne Flüssigkeitsanteile abgeschieden werden. Der mit 10 spannt, wobei ca. 80% des Kühlmittels in flüssiger Form

dem Kompressor 2 verdichtete Dampf kann seine War- bei 24° C vorliegen.

me auf einem höheren Temperaturniveau an einen Die Fig.2 und 3 zeigen schematisch ein Ausfüh-

Rückkühlkreislauf 3a abgeben. Da das Temperaturni- rungsbeispiel für einen Kühlkörper 1, wie er im be-

veau nach dem Kompressor 2 mit dessen Verdichtung schriebenen Kühlkreislauf eingesetzt werden könnte,

nahezu beliebig wählbar ist, kann die Wärme auf einem 15 Der Kühlkörper 1 besteht im wesentlichen aus einen

nutzbaren Temperaturniveau abgegeben und beispieis- Block id, der einseitig oder beidseitig Auflageflächen Ie

weise zur Raumheizung verwendet werden. für ein scheibenförmiges elektrisches Bauteil, beispiels-

Der Dampf kondensiert im Kondensator 3 und wird weise einen Thyristor aufweist. Der Block id weist, wie durch das Drosselventil 4 entspannt. Die geringen An- in der Draufsicht nach F i g. 3 deutlich sichtbar, Bohrunteile der dabei verdampfenden Flüssigkeit werden im 20 gen la als Kühlkanäle auf. In Richtung der Kühlkanäle Dampfabscheider 7 abgeschieden und wieder dem la schließen sich an den Block id beidseitig Sammel Kompressor 2 zugeführt Das flüssige Kühlmittel wird kammern if bzw. ig an, die mit einem Eir.trittsstutzen mit der Umwälzpumpe 5 wieder in den Kühlkörper 1 Ib bzw. Ic versehen sind, zurückbefördert. Wenn man die Leistung des Kompressors 2 und der

Um sicherzustellen, daß von der Umwälzpumpe 5 nur 25 Umwälzpumpe 5 fest einstellt, muß diese Leistung auf

flüssiges Kühlmittel angesaugt wird, kann der Dampfab- die maximal zu erwartende Verlustleistung des elektri-

scheider ein beweglich gelagertes Schwimmerventil Tb sehen Bauelements ausgelegt sein. Dies führt jedoch

enthalten, das den Flüssigkeitsaustritt des Dampfab- dazu, daß bei geringerer Verlustwärme nicht mehr das

scheiders 7 nur freigibt, wenn im Dampfabscheider 7 ein gesamte von der Umwälzpumpe 5 zugeführte Kühlmit-

ausreichender Flüssigkeitsstand vorhanden ist. Um eine 30 tel verdampft und daß der Kompressor unnötig viel

Unterbrechung der Kühlmittelversorgung des Kühlkör- Leistung aufnimmt. Insbesondere bei größeren Anlagen

pers 1 zu verhindern, ist es zweckmäßig, in diesem Fall mit schwankendem Verlustwärmeanfall ist es daher

der Umwälzpumpe 5 einen Kühlmittelspeicher 8 mit zweckmäßig, die Drehzahl der Umwälzpumpe S und des

ausreichendem Speichervolumen vorzuschaiten. Kompressors 2 zu regeln.

Die dargestellte Kühleinrichtung hat den Vorteil, daß 35 Dabei wird die Drehzahl des Kompressors 2 zweckdie Kühlmitteltemperatur im Kühlkörper und die Kühl- mäßigerweise in Abhängigkeit von der Dampfaustrittsmitteltemperatur bei der Wärmeabgabe an den Rück- temperatur am Kühlkörper 1 geregelt. Die Dampfauskühlkreislauf unabhängig voneinander gewählt werden trittstemperatur wird mit einem Temperaturfühler 9 im können. Durch niedrige Temperatur des Kühlmittels im Bereich des Austrittsstutzens ib des Kühlkörpers 1 erKühlkörper 1, die sogar unter der Umgebungstempera- 40 faßt und mit einer Vergleicherstufe 9a mit einem Temtur liegen kann, wird eine sehr große Wärmestromdich- peratursollwert Tsoii verglichen. Wenn die Dampfauste erreicht Durch hohes Temperaturniveau bei der trittstemperatur über ihrem Sollwert liegt so muß die Wärmeabgabe an den Rückkühlkreislauf kann man die Kälteleistung, d. h. also die Drehzahl des Kompressors 2 Verlustwärme als Nutzwärme, beispielsweise zur erhöht werden. Die Söii-isiweri-Abweichung wird da-Raumheizung verwenden. Es werden hohe Temperatur- 45 her einer Drehzahlregelung 2a für den Kompressor 2 differenzen beim Wärmeübergang möglich, so daß man zugeführt Damit wird die Kompressorleistung an den im Kondensator 3 mit einer geringen Wärmetauscher- jeweiligen Kühlleistungsbedarf angepaßt fläche auskommt Wenn die Verlustleistungsabgabe des elektrischen

Als Kühlmittel kann beispielsweise das im Handel Bauteils abnimmt so wird wegen der geringeren Wärerhältliche C CI3 F verwendet werden. Der Kältekreis- 50 mestromdichte auch die Differenz zwischen der Oberlauf kann dann beispielsweise wie folgt ausgelegt wer- flächentemperatur des elektrischen Bauelementes und den: Zur Ableitung von 1,8 kW Veriustwärme des eiek- der Temperatur des Kühlmittels kleiner. Bei geringerer trischen Bauelements werden ca. 40 kg/h Kühlmittel bei Verlustleistungsabgabe kann daher die Kühlmitteltemeinem Druck von 1 bar (Atmospärendruck) durch den peratur erhöht werden, wobei die Oberflächentempera-Kuhlkörper 1 gepumpt Im Kühlkörper verdampfen 55 tür des elektrischen Bauelements gleich bleibt Eine we:- 89% dieses Kühlmittels, wobei sich im Kühlkörper eine ter verfeinerte Anpassung der Kompressorleistung an Temperatur von 24° C einstellt Die Geschwindigkeit den Kühlleistungsbedarf wird daher erreicht wenn man des Kühlmittelstroms im Kühlkörper 1 steigt dabei we- den Temperatur-Sollwert Ts₀Ii für das Kühlmittel abhängen der Voiumenzunahme von 0,7 m/s am Eingang gig von der Verlustleistung des elektrischen Baueledurch die Teilverdampfung auf ca. 1 m/s am Ausgang 60 ments macht Da diese Verlustleistung nicht direkt meßdes Kühlkörpers 1 an. In dem anschließenden Flüssig- bar ist wird sie mit einem in Fi g. 1 symbolisch dargekeitsabscheider 6 üblicher Bauart wird der noch vornan- stellten Fühler 11 z. B. aus der Stromaufnahme des elekdene Flüssigkeitsanteil von 11% aus dem Kühlmittel trischen Bauelements oder aus Ansteuerdaten ermittelt abgeschieden und in den Flüssigkeitsstrom zurfickgclei- Der jeweils günstigste Weg ist abhängig von der Art des tet 65 verwendeten elektrischen Bauteils sowie von den ohne

Im Kompressor 2 wird der Dampf von 1 bar auf 5 bar größeren Aufwand zur Verfügung stehenden Meßda-

verdichtet wobei sich eine Oberhitzungstemperatur ten. Mit der Regelung der Kompressordrehzahl wird

von ca. U0⁰C einstellt Der Kompressor 2 benötigt eine also die Kompressorleistung an den Kühlleistungsbe-

darf angepaßt, d. h. der Leistungsbedarf der Anlage optimiert.

Um den Wärmeübergang auf das Kühlmittel zu optimieren, muß die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels im Kühlkörper 1 so eingestellt werden, daß das Kühlmittel einerseits möglichst vollständig verdampft, daß sich aber der Verdampfungsprozeß andererseits über die volle Kühlkörperlänge erstreckt. Diese Anpassung erfolgt unter Regelung der Drehzahl der Umwälzpumpe 5. Dabei kann z. B. in der oberen Sammelkammer des Kühlkörpers 1 mit einem Fühler 10a der Dampfanteil des Kühlmittels erfaßt werden. In Abhängigkeit von dem gemessenen Dampfanteil wird dann über eine Regeleinrichtung 10 die Drehzahl der Umwälzpumpe 5 so eingestellt, daß der Dampf anteil nahezu 100% ausmacht. Der Fühler ICd kann beispielsweise nach dem Wärmeableit-Prinzip arbeiten, da die Wärmeableitung eines aufgeheizten Fühlers umso größer wird, je höher der Flüssigkeitsanteil in dem zu messenden Medium ist.

Wenn man die beschriebene Regeleinrichtung so einstelit, daß der Dampfanteil in der oberen Sammelkammer des Kühlkörpers 1 bei 100% liegt, so besteht die Gefahr, daß die Strömungsgeschwindigkeit so weit reduziert wird, daß praktisch das ganze Kühlmittel schon im unteren Bereich des Kühlkörpers 1 verdampft wird. Um dies zu verhindern, muß die beschriebene Anordnung so eingestellt werden, daß im Bereich des Fühlers 10a stets ein gewisser Flüssigkeitsanteil erhalten bleibt Dies kann man vermeiden, wenn man den Dampfanteil nicht am oberen Ende des Kühlkörpers 1, sondern in einem Zwischenbereich mißt. Dies setzt allerdings eine abgewandelte Konstruktion des Kühlkörpers 1 voraus, wie sie in F i g. 4 in Schnittdarstellung gezeigt ist. im Unterschied zum Kühlkörper nach F i g. 2 ist der Kühlkörper nach F i g. 4 aus zwei durch eine Sammelkammer IAr verbundenen Teilabschnitten 1Λ, 1/ aufgebaut. Der Fühler 10a wird dann in der Sammelkammer Xk angeordnet Die Drehzahl der Umwälzpumpe 5 wird dann so geregelt, daß im Bereich der Sammelkammer IA: noch ein bestimmter Flüssigkeitsanteil vorhanden ist. Dieser Flüssigkeitsanteil kann jedoch so gewählt werden, daß er im zweiten Teilabschnitt 1/mit Sicherheit vollständig verdampft. In diesem Fall kann der Flüssigkeitsabscheider 6 nach dem Kühlkörper 1 entfallen. Die Satnmelkammer Ik hat außerdem den Vorteil, daß die Strömungsverhältnisse im oberen Teilabschnitt 1/ verbessert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Kahleinrichtung für hochbelastete elektrische Bauelemente, die in wärmeleitendem Kontakt mit einem Kühlkörper stehen, der mindestens einen, von einem siedenden Kühlmittel eines Kühlkreislaufes durchströmten Kühlkanal aufweist, wobei der Kühlkreislauf die Reihenschaltung eines Kompressors, der von dem im Kühlkörper verdampften Kühlmittel gespeist wird, eines Kondensators und eines Drosselventils enthält, mit einer Einrichtung, die die Menge des durch den Kühlkörper strömenden Kühlmitteis regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Kompressors (2) in Abhängigkeit von der Dampfaustrittstemperatur des Kühlkörpers (1) geregelt wird, daß das verflüssigte Kühlmittel über eine Umwälzpumpe (5) dem Kühlkörper (1) zugeführt wird, daß mindestens ein Fühler [1Oa) zum Messen des Flüssigkeits-Dampf-Verhältnisses im Kühlkörper (1) vorgesehen ist und daß die Drehzahl der Umwälzpumpe (59) in Abhängigkeit vom gemessenen Flüssigkeits-Dampf-Verhältnis geregelt wird.

Z Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühlmittel-Austrittsstutzen (1 b) des Kühlkörpers (1) und dem Kompressor (2) ein Flüssigkeitsabscheider (6) eingefügt ist, dessen Flüssigkeits-Auslaß (6a) mit der Eintrittsseite der Umwälzpumpe (5) verbunden ist.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Drosselventil (4) und Umwälzpumpe (5) ein Dampfabscheider (7) eingefügt ist, dessen Dampf-Auslaß (7a) mit dem Eintrittsstutzen des Kompressors (2) verbunden ist.

4. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (1) aus zwei durch eine Sammelkammer (\k) verbundenen Teilabschnitten (\b, M) besteht und daß der Fühler (iOa) in der Sammelkammer (IJt^ angeordnet ist.

5. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfabscheider (7) ein Schwimmerventil (7) enthält, das den Flüssigkeitsaustritt des Dampfabscheiders nur bei ausreichendem Flüssigkeitsstand im Verdampfer freigibt und daß der Umwälzpumpe (5) ein Kühlmittelspeicher (8) vorgeschaltet ist.

6. Kühleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sollwerte für die Dampfaustrittstemperatur des Kühlkörpers in Abhängigkeit von der elektrischen Belastung des elektrischen Bauelements eingestellt werden.