DE3328732A1

DE3328732A1 - Konstantdruck-siedekuehlsystem

Info

Publication number: DE3328732A1
Application number: DE19833328732
Authority: DE
Inventors: Tomoaki Hitachi Mino; Sadayuki Katsuta Okada; Hisao Ibaraki Sonobe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-08-11
Filing date: 1983-08-09
Publication date: 1984-02-16
Also published as: DE3328732C2; JPS6320020B2; JPS5929985A; US4502286A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Siedekühlsysteme, die geeignet sind, Wärme erzeugende Körper unter Ausnutzung des Siedens und Kondensierens eines Kühlmittels zu kühlen,und insbesondere befaßt sie sich mit einem Siedekühlsystem mit konstantem Druck, das imstande ist, den Kühlvorgang durchzuführen, wobei der innere Druck des Systems zu jedem Zeitpunkt auf Atmosphärendruck gehalten wird.

Als die Leistungsfähigkeit von Halbleiterbauelementen zur Anwendung in Systemen mit höherer Leistung, wie z.B.- Thyristoren, Transistoren usw., zunahm, wurden Siedekühlsysteme zur Kühlung dieser Bauelemente gebräuchlich, bei denen das Sieden und Kondensieren eines Kühlmittels, wie Freon, genützt wird, um eine hervorragende Kühlwirkung zu erzielen.

In vielen Siedekühlsystemen nach dem Stand der Technik, wie sie bislang Anwendung finden, wird das Kühlmittel im flüssigen Zustand in einem Vakuumbehälter verschlossen. In diesen geschlossenen Siedekühlsystemen mit geschlossenem Kühlmit- ^ölbehälter schwankt der Innendruck des Behälters zwischen einem Zustand, in dem im wesentlichen Vakuumbedingungen vorliegen, und einem Zustand, in dem der Druck bis auf etwa das Doppelte des Atmosphärendrucks ansteigt, in Abhängigkeit von der während des Kühlbetriebs auftretenden thermischen Belastung. Das macht es unbedingt notwendig, den Behälter so aufzubauen, daß er solch großen Schwankungen seines Innendrucks standhalten kann. Dadurch wird ein starker Kostenanstieg verursacht.

■«·

Um die oben genannten Nachteile von geschlossenen Siedekühlsystemen mit Vakuumbehälter zu vermeiden, wurden Vorschläge zur Anwendung eines Konstantdruck-Siedekühl systems mit einem

Behälter für ein flüssiges Kühlmittel gemacht, der mit einem Flüssigkeits-Sammelbehälter von veränderlichem Volumen versehen ist, bei dem z.B. Faltbalge benutzt werden, so daß der Innendruck des Systems während des Betriebs unabhängig von den Änderungen der thermischen Belastung zwischen Raumtemperatur und einem Maximalwert im wesentlichen auf Höhe des Atmosphärendrucks gehalten wird. Ein solches Siedekühlsystem wurde bereits in der Praxis angewandt.

Wird beim oben genannten Konstantdruck-Siedekühlsystem die Temperatur des Verdampfers auf Höhe der Raumtemperatur gehalten, so sind alle Kühlmitteldurchlässe einschließlich des Inneren des Kondensors mit einem Kühlmittel im flüssigen Zustand gefüllt, und der variable Flüssigkeits—Sammelbehälter weist sein minimales Volumen auf. Wird beim Anstieg der Temperatur der Wärme erzeugenden Körper, wie z.B. von Halbleiterbauelementen, eine thermische Belastung an den Verdampfer angelegt, so kommt das Kühlmittel im Verdampfer zum Sieden und erzeugt unter Absorption eines grossen Anteils der gebundenen Verdampfungswärme Dampf, der unter Abgabe eines großen Teils der Wärme an die Atmosphäre im Kondensor kondensiert, wodurch die Kühlung bewirkt wird. Dabei wird das Anwachsen des Volumens des Kühlmittels durch ein Anwachsen des Volumens des variablen Flüssigkeits-Sammelbehälters ausgeglichen, so daß der Kühlvorgang unter Atmosphärendruck ohne Anstieg des Innendrucks durchgeführt werden kann.

Das Siedekühlsystem mit oben genanntem Aufbau bietet den Vorteil, daß kein Druckbehälter verwendet werden muß und daß die Kosten reduziert werden können, da der Innendruck des Behälters zum Einschluß des Kühlmittels, der den Verdampfer und den Kondensor umfaßt, unabhängig davon, ob eine thermische Belastung vorliegt oder nicht _r im wesentlichen auf Höhe des Atmosphärendrucks gehalten werden kann.

"·.; ■ . ^: \. · ." 3323732

In einem Konstantdruck-Siedekühlsystem nach dem Stand der Technik ist es gebräuchlich, den Verdampfer und den Kondensor vertikal so anzuordnen, daß der Kondensor über dem Verdampfer liegt, um den im Verdampfer erzeugten Kühlmitteldampf wirkungsvoll in den Kondensor strömen zu lassen.

Wird das Kühlsystem mit oben genanntem Aufbau wie angesprochen zur Kühlung von Halbleiterelementen verwendet, sind der Verdampfer und die Halbleiterbauelemente mit sehr gutem gegenseitigen Kontakt zusammengebaut, mit der Folge, daß der Verdampfer, die mittels des Verdampfers zu kühlenden Halbleiterbauelemente und verschiedene, für die Halbleiterbauelemente notwendige elektrische Zusatzteile unter dem Kondensor liegen.

Wenn daher das oben genannte Konstantdruck-Siedekühlsystem für Halbleiterbauelemente Anwendung findet, wird es notwendig, einen Kühlluftstrom wirkungsvoll von unten zum über dem Verdampfer liegenden Kondensor zu führen, wodurch eine hinreichende Kühlung der Halbleiterbauelemente mit natürlichen Luftströmen unmöglich wird. Wird zur Erzielung einer hinreichenden Strömung von Kühlluft eine Zwangs-Luftzirkulation gewählt, so sind solche Maßnahmen mit einem Kostenanstieg verbunden, weil es ein komplexer Aufbau eines Luftdurchlasses zur Führung des Kühlluftstromes not- - wendig macht, die Leistungsfähigkeit des Gebläses zu erhöhen, um mit einem Anstieg des Widerstandes fertig zu werden, der sich der Strömung der Kühlluft bietet.

Eine Anordnung von Verdampfer und Kondensor vertikal übereinander in einem Konstantdruck-Siedekühlsystem nach dem Stand der Technik erhöht weiterhin die vertikale Abmessung der das Kühlsystem beinhaltenden Halbleitereinrichtung, wodurch sich keine kompakte Gesamtabmessung der Halbleitereinrichtung erzielen läßt.

Die Erfindung wurde zu dem Zweck entwickelt, die angesprochenen Nachteile nach dem Stand der Technik zu vermeiden. Demgemäß ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Konstantdruck-Siedekühlsystem anzugeben, in dem die Verdampfer und der Kondensor horizontal nebeneinander angeordnet sind und bei dem dennoch eine hinreichende Zirkulation des Kühlmittels erreicht werden kann, so daß in einem Konstantdruck-Siedekühlsystem die Wirksamkeit des Kühlluftstroms gesteigert und kompakte Gesamtabmessungen erzielt werden können.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß obere und untere Kühlmitteldurchlässe vorgesehen, um die horizontal nebeneinander angeordneten Verdampfer und den Kondensor in Verbindung zu halten.

Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt das Konstantdruck-Siedekühlsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht entlang der Linie X-I-II in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,der das Kühlsystem während des Siedekühlbetriebs zeigt;

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht einer anderen Ausführungsform; und

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 4.

Bevorzugte Ausführungsformen des Konstantdruck-Siedekühlsystems entsprechend der Erfindung werden im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die zur Kühlung von Halbleiterbauelementen in eine Halbleitereinrichtung eingefügt wurde, und Fig. 2 zeigt eine Draufsicht

entläng der Linie II-II in Fig. 1. In diesen Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 1 Halbleiterbauelemente, wie z.B. Thyristoren, die zur Anwendung in Systemen mit hoher Leistung geeignet sind, und Bezugsziffer 2 Verdampfer. 4a und 4b sind Verbindungsröhren und 5 isolierende Verbindungsstücke. Bezugsziffer 6 zeigt einen Kondensor, 6a und 7a Verteiler. 8a und 8b sind Verbindungsröhren, 9 Kondensierröhren und 10 Wärmeableitrippen. Bezugsziffer 11 bezeichnet Flüssigkeits-Rückführröhren und 12 eine Verbindung röhre. 13 ist ein Flüssigkeits-Sammelbehälter und 13a ein sich ausdehnendes und zusammenziehendes Teilstück davon. Mit 14 ist eine Drosselklappe,mit 15 eine Gasablaßröhre und mit 16a ein Kühlmittel im flüssigen Zustand gezeigt.

Eine vorgegebene Anzahl von Verdampfern 2 ist so angeordnet daß zwischen ihnen eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen gehalten wird, und die in Kontakt mit den Halbleiterbauelementen 1 stehenden Teile der Verdampfer 2 werden als aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit hergestellte Blöcke ausgebildet, in denen eine Vielzahl von vertikal angeordneten Siededurchlässen 3 vorgesehen ist. Die oberen Verbindungsdurchlässe 4a und die unteren Verbindungsdurchlässe 4b sind mit oberen bzw. unteren Teilen der Siededurchlässe 3 verbunden, so daß die Vielzahl der Halbleiterbauelemente 1 über die Verdampfer 2 elektrisch miteinander verbunden ist und die Verdampfer 2 als Anschlüsse für die jeweiligen Halbleiterbauelemente 1 dienen können.

Im Kondensor 6 ist eine Vielzahl von Kondensierröhren (War meableitröhren) 9 im wesentlichen horizontal zwischen den beiden im wesentlichen vertikal liegenden Verteilern 7a und 7b angeordnet und mit Wärmeableitrippen 10 versehen. Die Verbindungsröhren 8a verbinden den Verteiler 7a über die isolierenden Verbindungsstücke 5 mit den oberen Ver-

bindungsröhren 4a der Verdampfer, und die Verbindungsröhren 8b verbinden den Verteiler 7a über die isolierenden Verbindungsstücke 5 mit den unteren Verbindungsröhren 4b der Verdampfer, wobei sie eine Verbindung zwischen der Vielzahl der Verdampfer 2 und dem Kondensor 6 herstellen. Wie oben beschrieben, dient jeder Verdampfer 2 als ein Teilstück, an das die Anschlußspannung des mit ihm verbundenen Halbleiterelements 1 angelegt wird, so daß das isolierende Verbindungsstück 5 zwischen den Verbindungsröhren 4a, 4b und 8a, 8b vorgesehen ist, um sie voneinander zu isolieren.

Die Flüssigkeits-Rückführröhren 11 stellen eine Verbindung zwischen den unteren Teilen der Verteiler 7a und 7b her, um für das im flüssigen Zustand vom Kondensor 6 zu den Verdampfern 2 über den Verteiler 7a zurückfließende Kühlmittel Durchlässe zu schaffen.

Der Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 ist ein zylindrischer Behälter, der seitlich mit einem sich ausdehnenden und zusammenziehenden Teil 13a in der Form eines Faltbalges versehen ist, so daß das Innere des Flüssigkeits-Sammelbehälters 13 in einem vorgegebenen Volumenbereich verändert werden kann, wobei der Innendruck auf Höhe des Atmosphärendrucks gehalten wird. Der über den Verdampfern 2 angeordnete Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 ist über die Verbindungsröhre 12 mit einem unteren Teilbereich des Verteilers 7a und über die Gasablaßröhre 15 mit einem oberen Teilbereich des Verteilers 7b verbunden. Die Drosselklappe 14 ist an der Verbindungsstelle zwischen der Gasablaßröhre 15 und dem oberen Teilbereich des Verteilers 7b angebracht, so daß nur der im oberen Teilbereich des Verteilers 7b (dieser Teilbereich ist so ausgelegt, daß er über allen Kühlmitteldurchlässen einschließlich der Verdampfer 2 und des Kondensors 6 liegt) gesammelte Dampf vom Verteiler 7b in die Gasablaßröhre 15 abgezogen wird.

Die Vielzahl der jeweils abwechselnd übereinander angeordneten Halbleiterbauelemente 1 und Verdampfer 2 ist -obwohl nicht dargestellt- durch Befestigungselemente an den entgegengesetzten Enden zu einer einstückigen Anordnung verklammert, wodurch ein Halbleiterstapel gebildet wird.

Das Kühlmittel 16a hat einen Siedepunkt im Bereich zwischen 50^QC und 90⁰C und kann aus Verbindungen des Freon-Systems oder des Perfluorkohlenstoff-Systems ausgewählt werden, das z.B. umfaßt: Perfluor-2-methylpentan (2-CF^C.F ), Perfluormethylcyclohexan (C,-F-CF.,) , Perfluortriethylamin QCF₃CF₂)₂NJ, zyklische perfluorierte Ether (C₇F₁₄O), Trichlorpentafluorpropan (CCiI₃CF₂CF₃) und Trichlortrifluorethan (CCJi₂FCCAF₂). Das Kühlmittel 16a wird so im System eingeschlossen, daß es alle Teile der Verdampfer 2, des Kondensors 6, des Flüssigkeits-Sammelbehälters 13 und der diese Teile miteinander verbindenden Verbindungsdurchlässe auffüllt. Befindet sich das Kühlmittel 16a in oben genanntem Zustand,so weist das variable Innenvolumen des Flüssigkeits-Sammelbehälters 13 den Minimalwert aller möglichen Volumenwerte auf.

Im folgenden wird der Betrieb beschrieben. Nimmt man an, daß die Halbleiterbauelemente 1 auf Raumtemperatur gehalten werden, so werden die Teile des Kühlmittels 16a in den Verdampfern 2, im Kondensor 6 und in anderen Teilen des Systems auf der gleichen Temperatur gehalten, so daß das Kühlmittel in Ruhe ist.

Wird den Halbleiterbauelementen 1 elektrischer Strom zugeführt und die Verdampfung in Gang gesetzt, wird die Temperatur des Anteils des Kühlmittels 16a in den Verdampfern 2 höher als die der Kühlmittelanteile in anderen Teilen des Systems, womit ein Volumenanstieg und ein Abfall des spezifischen Gewichts verbunden ist, so daß

- 1ο -

das Kühlmittel 16a in den Verdampfern 2 nach oben durch die Siededurchlässe 3 und durch die Verbindungsdurchlässe 4a und 8a in den Verteiler 7a des Kondensors 6 strömt. Vom Verteiler 7a strömt das Kühlmittel 16a durch die Kondensierröhren 9 zum Verteiler 7b, wobei es über die Rippen Wärme in die Luft abgibt und seine Temperatur sinkt. Das Kühlmittel 16a, dessen Temperatur bis annähernd auf Raumtemperatur abfällt, bewegt sich vom unteren Teilbereich des Verteilers 7b durch die Flüssigkeits-Rückführröhre 11 zum unteren Teilbereich des Verteilers 7a, von wo aus es durch die Verbindungsröhren 8b und 4b zu den unteren Teilbereichen der Verdampfer 2 fließt. In diesem Betriebszustand wird vom Kühlmittel 16a in einem flüssigen Zustand oder in einem unterkühlten Siedezustand,das zwischen den Verdampfern 2 und dem Kondensor 6 über deren Verbindung zirkuliert, Wärme von den Halbleiterbauelementen abgeführt, so daß die Temperatur des flüssigen Kühlmittels 16a je nach der von den Halbleiterbauelementen 1 an die Verdampfer 2 abgegebene Wärmemenge verändert wird.

Es wird dann angenommen, daß, während eine Wärmeableitung von den Halbleiterbauelementen aufgrund des im flüssigen Zustand wie oben beschrieben zirkulierenden Kühlmittels 16a stattfindet, die an den Verdampfern 2 anliegende Wärmebelastung weiter ansteigt und die Temperatur des Kühlmittels 16a den Siedepunkt erreicht. Dadurch wird das Kühlmittel 16a in den Verdampfern 2 zum Sieden gebracht. Fig.3 zeigt das System in diesem Betriebszustand, wobei die Bezugsziffer 16b Blasen des Kühlmittels 16a bezeichnet, die durch das siedende Kühlmittel in den Siededurchlassen 3 erzeugt werden, während die Bezugsziffern 16c und 16d Kühlmittel im gasförmigen Zustand bzw. Kühlmittel bezeichnen, das durch Kondensation gerade vom gasförmigen Zustand in den flüssigen Zustand umgewandelt wurde.

Ein großer Teil der vom siedenden Kühlmittel 16a in den Siededurchlässen 3 erzeugten Blasen 16b strömt durch die oberen Verbindungsröhren 4a und 8a in den Verteiler 7a, von wo aus sie durch die Kondensierröhren 9 des Kondensors zum Verteiler 7b strömen. Während dieses Prozesses werden die Blasen 16b durch die durch die Rippen 10 geführte Kühlluft wieder auf einen flüssigen Zustand abgekühlt, und das flüssige Kühlmittel 16d fließt vom unteren Teilbereich des Verteilers 7b durch die Flüssigkeits-Rückführröhre 11 in die unteren Teilbereiche der Verdampfer 2 zurück.

Wenn das Sieden des Kühlmittels 16a in den Verdampfern und das Kondensieren des gasförmigen Kühlmittels 16c im Kondensor 6 gleichzeitig stattfindet, erfolgt die Wärmeübertragung durch die Verdampfer 2 und den Kondensor 6 mit einem viel höheren Wirkungsgrad als durch das zirkulierende flüssige Kühlmittel 16a, so daß das Siedekühlsystem durch die hinreichende Freisetzung von Wärme unter einer hohen thermischen Belastung voll funktionsfähig ist Das ermöglicht es, die Temperatur bis in einen vorgegebenen Bereich zu erhöhen und sie unter Verwendung eines unter Berücksichtigung eines Verlustes der Halbleiterbauelemente 1 relativ kleinen Kühlsystems in einem solchen Bereich zu halten.

In der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform verläuft die Zirkulation des Kühlmittels 16a reibungslos durch Konvektion, solange sich das Kühlmittel 16a im flüssigen Zustand befindet, und das System geht dann mit einem Anwachsen der thermischen Belastung zur Siedekühlung über. Deswegen werden durch die im wesentlichen horizontale Anordnung der Verdampfer 2 und des Kondensors 6 keine Schwierigkeiten bei der Durchführung des Siedekühl-Betriebs verursacht, sondern es läßt sich dadurch eine hervorragende und stabile Siedekuhlfunktion erzieler

Wenn das System, wie oben ausgeführt, zur Siedekühlung übergeht, werden, wie in Fig. 3 gezeigt, Blasen 16b und Gas 16c des Kühlmittels 16a erzeugt. Daher kann das System nicht auf konstantem Druck arbeiten, wenn die Volumina der Systemtei-Ie, die das Kühlmittel 16a enthalten, nicht erhöht werden. Werden die Blasen 16b und das Gas 16c erzeugt, so fließt ein Anteil des flüssigen Kühlmittels 16a,der dem Volumen der Blasen 16b und des Gases 16c entspricht, durch die Verbindungsröhre 12 vom unteren Teilbereich des Verteilers 7a zum Flüssigkeits-Sammelbehälter 13, um dessen Volumen zu vergrößern. Die Volumenänderung des Flüssigkeits-Sammelbehälters 13 findet unter Atmosphärendruck statt, so daß der Innendruck des Systems im wesentlichen auch dann auf Atmosphärendruck gehalten werden kann, wenn das Siedekühlen ausgeführt wird, wodurch das System als Konstantdrucksystem arbeiten kann.

In vielen Fällen ist im Kühlmittel 16a Luft gelöst, und die mit dem Siedekühlen erzielten Ergebnisse könnten verschlechtert werden, wenn die Luft während des Kühlvorgangs vom Kühlmittel 16a abgespalten wird.

Die angesprochene Schwierigkeit kann in der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform folgendermaßen vermieden werden: Die vom flüssigen Kühlmittel 16a abgespaltene Luft ist leichter als das Kühlmittel, und zwar unabhängig davon, ob es sich im flüssigen oder gasförmigen Zustand befindet, so daß sie im oberen Teilbereich des Verteilers 7b gesammelt wird, der der oberste Teil des Systems ist, von wo aus sie durch die Drosselklappe 14 und die Gasablaßröhre 15 zum oberen Teilbereich des Flüssigkeits-Sammelbehälters 13 strömt. Daher stört die eventuell im Kühlmittel 16a gelöste Luft den vom System durchgeführten Kühlbetrieb nicht. Während des oben genannten Vorgangs kann sich möglicherweise gasförmiges Kühlmittel mit der durch die Drosselklappe 14 und die Gasablaßröhre 15 strömenden

Luft vermischen. Dieses gasförmige Kühlmittel wird in der Röhre 15 wieder bis auf den flüssigen Zustand abgekühlt, so daß aus der Ansammlung von gasförmigem Kühlmittel im Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 keine Schwierigkeit entsteht.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform und Fig. 5 eine Draufsicht entlang der Linie V-V in Fig. 4. In dieser Ausfuhrungsform ist das erfindungsgemäße Siedekühlsystem in eine Halbleitereinrichtung eingefügt, die als geschlossene Einheit verwendet wird, in der die für die Halbleiterbauelemente notwendigen elektrischen Zusatzteile in sich abgeschlossen angeordnet sind. In den Figuren bezeichnen die Bezugsziffern 17a und 17b Anschlüsse der mit den Verdampfern 2 verbundenen Halbleiterbauelemente 1 bzw. Anschlüsse zur Verbindung der Halbleiterbauelemente mit externen Schaltkreisen. Die Bezugsziffern 18 bezeichnen Sicherungen, 19 Kondensatoren, 20 Widerstände, 21 Transformatoren, die Bezugsziffer 22 einen Rahmen und 2 3 eine Trennwand. Andere in den Fig.

4 und 5 gezeigte Teile sind den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten ähnlich. Die Bezugsziffer 13b bezeichnet eine Abdeckung für den Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 und die Bezugsziffern 24a und 24b Pfeile zur Angabe der Strömungsrichtung der Kühlluft.

Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten dadurch, daß die Abdeckung 13b für den über dem Kondensor 6 liegenden Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 vorgesehen ist, und daß die Anordnung der Verbindungsröhre 12 und der Gasablaßröhre 15 anders als die entsprechende in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Anordnung ist.

Die zwischen die Anschlüsse 17a und 17b geschalteten Si-

cherungen 18 dienen zum Schutz der Halbleiterbauelemente

Die Kondensatoren 19 und die Widerstände 20 sind zwischen eine Anode und eine Kathode jedes Halbleiterbauelements 1 geschaltet, um die Halbleiterbauelemente vor einem Überspannungsstoß zu schützen. Sie sind über den Verbindungsröhren 4a und 8a angeordnet.

Die Transformatoren 21 für Wechselströme sind stapeiförmig unter den Halbleiterbauelementen 1 und den Verdampfern 2 angeordnet.

Der Rahmen 22 wird dazu genützt, die Halbleitereinrichtung mit ihren Zusatzteilen und das Siedekühlsystem in einer Einheit auszubilden; die Trennwand 23 wird im Rahmen 22 angeordnet und gibt zusammen mit den Wänden des Rahmens 22 einen Durchlaß für die Luftströme zur Kühlung des Kondensors 6 vor.

Es wird deutlich, daß die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Ausführungsform die Ausbildung der Halbleiterbauelemente 1 mit ihren Zusatzteilen und des Siedekühlsystems als geschlossene Einheit ermöglicht. Das Vorsehen der Trennwand 23 bietet einen Schutz für die elektrischen Komponenten einschließlich der Halbleiterbauelemente 1 - gegen die mit den Pfeilen 24a und 24b dargestellten Kühlluftströme. Das ist für eine einwandfreie Luftströmung zur Kühlung des Kondensors. 6 und dazu förderlich, das Eindringen von Staub in den Bereich der elektrischen Komponenten zu verhindern. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß der Austausch der Halbleiterbauelemente 1 erleichtert wird, da keine Strukturen und Teile auf gegenüberliegenden Seiten der Verdampfer 2 vorhanden sind.

In den oben gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen

findet eine Vielzahl von Verdampfern 2 Verwendung und wird an der Außenseite in Kontakt mit den Halbleiterbauelementen 1 gehalten, um sie zu kühlen. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben genannte Anordnung der Verdampfer und der Halbleiterbauelemente beschränkt, und das Siedekühlen kann auch durch ein System erfolgen, in dem gewöhnlich die Halbleiterbauelemente direkt in ein Kühlmittel eingetaucht werden. Dabei findet ein Behälter mit vorgegebener Größe und Form zur Aufnahme eines Kühlmittels und ein Halbleiterstapel Verwendung, der aus Halbleiterbauelementen und Kühlrippen zusammengesetzt ist und als ein Verdampfer dient.

Bei der Kühlung des Kondensors mit Luft kann nach Wunsch Selbstzirkulation oder Zwangszirkulation Anwendung finden. Anstelle von Luft kann auch Wasser als Kühlmedium verwendei werden.

Obgleich die Erfindung als Teil einer Halbleitereinrichtung gezeigt und beschrieben wurde, ist sie selbstverständlich nicht auf diese Anwendung beschränkt und kann zur Küh· lung beliebiger Wärme erzeugender Elemente Anwendung finden.

Aus der vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, daß erfindungsgemäß die Verdampfer und der Kondensor im wesentlichen horizontal nebeneinander angeordnet sind, so daß'die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik ohne weiteres vermieden werden können. Die Erfindung ermöglicht kompakte Gesamtabmessungen für ein Siedekühlsystem, da seine Höhe vermindert werden kann, und eine Steigerung der Leistung des Siedekühlsystems, da die Widerstände, die sich der Strömung der Kühlluft für den Kondensor bieten, minimiert werden können. Zusätzlich können die Kosten für das Konstantdruck-Siedekühlsystem wesentlich reduziert werden.

Claims

M-) Konstantdruck-Siedekühlsystern mit Verdampfern (2), einem Kondensor (6) und einem Sammelbehälter für flüssiges Kühlmittel (13),

dadurch gekennzeichnet,

5 daß die Verdampfer (2) und der Kondensor (6) im wesentlichen horizontal nebeneinander angeordnet sind und daß erste Verbindungsröhren (4a, 8a) die oberen Teile der Verdampfer (2) jeweils mit den oberen Teilen des Konden- - sors (6) und zweite Verbindungsröhren (4b, 8b) die unte-1o ren Teile der Verdampfer (2) jeweils mit den unteren Teilen des Kondensors (6) verbinden.
2. Konstantdruck-Siedekühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter für flüssiges Kühlmittel (13) über

den Verdampfern (2) oder dem Kondensor (6) angeordnet ist.
3. Konstantdruck-Siedekühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet

durch eine den Sammelbehälter für flüssiges Kühlmittel (13) mit dem oberen Teil des Kondensors (6) verbindende Gasablaßröhre (15), die mit einer Drosselklappe (14) und Wärmeableitrippen (10) versehen ist.
4. Konstantdruck-Siedekühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

To dadurch gekennz e ichne t, daß die Verdampfer (2) an Wärme erzeugenden Teilen einer Halbleitereinrichtung Wärme absorbierende Teile aufweisen und daß wenigstens einige elektrische Zusatzteile der HaIb-]eitereinrichtung über dem Wärme absorbierenden Teil angeordnet sind, wobei das gesamte System als geschlossene Einheit ausgebildet ist, die das Sxedekuhlsystem umfaßt.
5. Konstantdruck-Siedekühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verdampfern (2) und dem Kondensor (6) . eine Trennwand (23) angeordnet ist.