DE3709006C1

DE3709006C1 - Electrically insulating heat tube

Info

Publication number: DE3709006C1
Application number: DE19873709006
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl-Ing Manchen; Karl-Heinz Bezold; Josef Dipl-Ing Hauser
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1988-07-28

Abstract

The invention relates to a heat tube for transmitting high thermal power from a heat source which is at a relatively high electrical potential to a heat sink at a relatively low potential. As a result of the fact that the heat tube is split between the heat source and the heat sink, and a tubular insulating body, which does not impede the thermodynamic process, is inserted there, a considerably higher thermal power can be transferred, with a reduced temperature gradient, from a heat source which is at a high voltage to a heat sink which is at earth potential. A ceramic tube can be used as the insulating body. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch isolierendes mehrteiliges Wärmerohr, mit an der Wärmequelle und Wärmesenke befindlichen gut wärmeleitenden, metallischen Rohrstrukturen, zwischen denen unter Abdichtung ein rohrartiger, den thermo dynamischen Prozeß nicht behindernder, elektrisch isolierender keramischer Iso lierkörper eingefügt ist.The invention relates to an electrically insulating multi-part heat pipe the heat source and heat sink are well heat-conducting, metallic pipe structures, between which a pipe-like, the thermo dynamic process of non-obstructing, electrically insulating ceramic iso lier body is inserted.

Wärmerohre (Heat pipes) sind an sich bekannt, sie werden auf vielen technischen Gebieten bereits mit Erfolg eingesetzt.Heat pipes are known per se, they are used on many technical Areas already successfully used.

Es wird dabei der kontinuierlich ablaufende Verdampfungs- und Kondensationskreis lauf eines Wärmeträgers (z. B. Freon) innerhalb eines kapillarstrukturierten Me tallrohres zwischen einer Wärmequelle (z. B. Leistungsthyristor) und einer Wärme senke (z. B. Kühlkörper) ausgenutzt.It becomes the continuous evaporation and condensation circuit run of a heat transfer medium (e.g. Freon) within a capillary-structured Me tallrohres between a heat source (e.g. power thyristor) and heat sink (e.g. heat sink) is used.

Der Vorteil des aktiven Wärmerohres liegt in seiner vielfachen platzsparenden Ein satzmöglichkeit bei einfachster Handhabung und seine niedrigen Kosten gegenüber vergleichbaren Kühlsystemen wie z. B. Kesselkühlung.The advantage of the active heat pipe lies in its multiple space-saving on Opportunity to set with the simplest handling and its low costs comparable cooling systems such. B. boiler cooling.

Ein Wärmerohr der vorausgesetzten Art ist grundsätzlich der DE-OS 21 20 474 ent nehmbar. Dort wird in einem Fall angegeben, daß es bekannt ist, die elektrische Isolation zwischen Heiz- und Kühlzone aus keramischem Material herzustellen. Jedoch wird in dieser Druckschrift wegen der besseren mechanischen Schockbelastbarkeit insbe sondere auf Kunststoffisolation abgestellt, wobei zwischen dem metallischen Wärme aufnahmerohr und dem wärmeabgebenden Rohr ein Zwischenrohrstück aus isolierendem Kunststoff mit gleichem Innendurchmesser wie das übrige Wärmerohr eingesetzt ist, welches das metallische Rohr jeweils bereichsweise übergreift. Dazugehörig ist eine zentrierte innere isolierende Hülse mit Außenstegen, die über endseitige Federn den Kapillarstrukturübergang verbessern soll und auch der Verbindung dient. Ein derartiges Wärmerohr ist kompliziert im Aufbau. Über die Probleme der Abdichtung wird nichts ausgesagt.A heat pipe of the required type is basically DE-OS 21 20 474 ent acceptable. There is stated in one case that it is known to have the electrical insulation between Manufacture heating and cooling zone from ceramic material. However, in this publication, because of the better mechanical shock resistance especially special turned to plastic insulation, being between the metallic heat receiving tube and the heat-emitting tube an intermediate tube piece of insulating Plastic with the same inner diameter as the rest of the heat pipe is used, which overlaps the metallic tube in each area. It belongs to it a centered inner insulating sleeve with outer webs that end over Springs should improve the capillary structure transition and also the connection serves. Such a heat pipe is complicated in construction. About the problems nothing is said about the sealing.

Bei einer anderen bekannten Ausführung besteht das Wärmerohr aus zwei endsei tigen, an der Wärmequelle und Wärmesenke befindlichen Kupfer- oder Aluminium rohrteilen, zwischen denen ein Kunststoffrohr angeordnet ist, wobei die ver schiedenen Rohrteile stoßseitig aneinanderliegen. Sie werden von einer überge schobenen und verklebten elektrisch isolierenden Kunststoffhülse sowohl zu sammengehalten als auch abgedichtet (DE-Gbm 72 24 356).In another known embodiment, the heat pipe consists of two ends copper or aluminum located on the heat source and heat sink pipe parts, between which a plastic tube is arranged, the ver different pipe parts abut each other. You are overwhelmed by a pushed and glued electrically insulating plastic sleeve both to held together as well as sealed (DE-Gbm 72 24 356).

In Anwendung einer doppelseitigen Kühlung für Scheibenhalbleiter ist ein elek trisch isolierendes Wärmerohr bekannt, das zum Teil in abgewinkelter Anordnung die metallischen Rohrteile von Kondensator und Verdampfer aufweist und die durch einen Isolierring oder -kragen verbunden sind. Über Material und Abdichtung wer den keine Angaben gemacht (US-PS 38 52 805).When using double-sided cooling for wafer semiconductors, an elec Trisch insulating heat pipe known, some in an angled arrangement has the metallic pipe parts of the condenser and evaporator and through an insulating ring or collar are connected. About material and sealing who no information given (US-PS 38 52 805).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes isoliertes Wärmerohr zu schaffen, bei dem die bislang bekanntgewordenen Abdichtungsprobleme generell und auch fer tigungstechnisch beherrscht und einfach gelöst werden.The object of the invention is to provide an improved insulated heat pipe, in which the previously known sealing problems in general and also fer mastered technically and easily solved.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved in accordance with the characterizing features of claim 1.

Zwar ist es grundsätzlich bekannt, Keramikteile für Lötver bindungen nutzbar zu machen (DE-OS 25 23 232), eine Anwendung zur Lösung der Probleme bei der Wärmerohrtechnik ist jedoch bisher nicht versucht worden.Although it is basically known, ceramic parts for soldering make bindings usable (DE-OS 25 23 232), an application for solving the So far, problems with heat pipe technology have not been attempted.

Es sind auch schon Versuche bekanntgeworden, Wärmerohre völlig aus nichtleitenden oder halbleitenden Materialien (z. B. Kunststoffe mit Kohlenstoffeinlagerungen) herzustellen. Doch ergeben sich dabei einerseits erhebliche Probleme bei der Wärmeübertragung auf den ebenfalls elektrisch isolierenden Wärmeträger, ferner Schwierigkeiten mit der Festigkeit und andererseits bei der Fertigung und Bear beitbarkeit überhaupt, so daß man bisher zu keinen befriedigenden Ergebnissen kam und Abstand nahm. Attempts have also become known that heat pipes are made entirely of non-conductive or semiconducting materials (e.g. plastics with carbon inclusions) to manufacture. But on the one hand there are considerable problems with the Heat transfer to the also electrically insulating heat transfer medium, further Difficulty with strength and on the other hand with manufacturing and bear processability at all, so that no satisfactory results have so far been achieved and refrained.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen ent nehmbar.Advantageous embodiments of the invention are defined in the subclaims acceptable.

Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.Using a schematic embodiment, the invention is in explained in more detail below.

Die Figur zeigt ein aktives Wärmerohr in leicht gegen die Horizontale geneigter Lage. Der tiefer gelegene linke Rohrteil 1, ein Metall-Struktur- Material, z. B. Al, Cu ist der Wärmequelle, z. B. einem Thyristor, zugeord net. Der höher gelegene rechte Rohrteil 2, ebenfalls ein Metall-Struktur- Material ist der Wärmesenke, z. B. einem Fächerkühler, zugeordnet. Da zwischen befindet sich ein mit 3 bezeichneter rohrförmiger Isolierkörper als in das Wärmerohr verlegte Isolierstrecke. Der Isolierkörper 3 ist auf die Metallrohrteile 1 und 2 aufgepaßt und an den innen metallisierten Steckstellen 4 und 5 vakuumdicht verlötet oder verschweißt. Eventuell sind auch Kleb- oder Quetschverbindungen denkbar. Der Wärmeträger z. B. Freon ist mit 6 bezeichnet und mit 7 ist ein nach der Füllung des Wärmerohres abgequetschtes und verschweißtes Füllrohr dargestellt. Das isolierte Wärmerohr ist ersichtlich innen gleichmäßig glattwandig oder mit einer Kapillarstruktur versehen.The figure shows an active heat pipe in a position slightly inclined to the horizontal. The lower left tube part 1 , a metal structure material, for. B. Al, Cu is the heat source, e.g. B. a thyristor, assigned net. The higher right tube part 2 , also a metal structure material is the heat sink, for. B. assigned a fan cooler. There is between 3 a tubular insulating body as an insulating section laid in the heat pipe. The insulating body 3 is fitted onto the metal tube parts 1 and 2 and is soldered or welded vacuum-tight at the internally metallized plug-in points 4 and 5 . Adhesive or crimped connections may also be conceivable. The heat transfer medium z. B. Freon is denoted by 6 and 7 is shown after the filling of the heat pipe squeezed and welded filler tube. The insulated heat pipe is clearly smooth-walled on the inside or has a capillary structure.

Über die Anzahl solcher Wärmerohre kann man sich leicht auf die erforder liche abzuführende Wärmeleistung einstellen. Zweckmäßig wird das Wärme rohr aus vorgefertigten, z. B. konfektionierten Al- oder Cu-Rechteckpro filen hergestellt und mit seinen Rohrstrukturen jeweils einseitig in die Wärmequelle oder die Wärmesenke (Kühler) eingeschweißt. Denkbar sind auch Ausführungen, bei denen die Rohrstrukturen ganz oder teilweise durch Bohrungen in der Wärmequelle und/oder Wärmesenke selbst gebildet sind, wobei der Isolierkörper auf aufgebrachte oder eingelassene Rohrstutzen aufsetzbar und dort mit diesen zu verschweißen ist.About the number of such heat pipes you can easily refer to the required Set the heat output to be dissipated. This becomes useful heat pipe from prefabricated, e.g. B. assembled Al or Cu rectangle pro filen manufactured and with its tubular structures each one-sided in the Heat source or the heat sink (cooler) welded. Are also conceivable Versions in which the pipe structures are completely or partially Bores are formed in the heat source and / or heat sink itself, wherein the insulating body on applied or embedded pipe socket can be put on and welded there.

Mit den erfindungsgemäßen isolierten Wärmerohren lassen sich übersicht liche Hochleistungsgeräte der Elektronik mit zusätzlicher Isolierung gegen auf Nullpotential befindliche Kühler konstruieren. Es lassen sich Wärme leistungen von mehreren 100 W/Zelle übertragen. Der Wärmelängswiderstand ist - mit Temperaturgradienten von 1 bis 2°C - vernachlässigbar gering und wird durch den mittleren Isolierkörper 3 praktisch nicht verändert. Demgegenüber sind bei Wärmerohren mit Außenisolierungen weit höhere Temperaturgra dienten anzutreffen.With the insulated heat pipes according to the invention, clear high-performance electronics devices can be constructed with additional insulation against coolers located at zero potential. Heat outputs of several 100 W / cell can be transferred. The thermal resistance is negligible - with temperature gradients of 1 to 2 ° C - and is practically not changed by the middle insulating body 3 . In contrast, far higher temperature gradients can be found in heat pipes with external insulation.

Claims

1. Electrically insulating multi-part heat pipe, with well heat-conducting, metallic pipe structures located on the heat source and heat sink, between which a pipe-like, non-obstructing thermodynamic process, electrically insulating insulating body is inserted, characterized in that the ceramic insulating body ( 3 ) the respective metallic tube structure overlaps in areas at the heat source and heat sink, is metallized on the inside at the connection points and is connected to the metallic tube structures ( 1, 2 ) by soldering or welding.

2. Heat pipe according to claim 1, characterized in that the insulating body ( 3 ) overlaps the tubular structure ( 1, 2 ) of the heat source and heat sink so that a step-free, uniform inner cross section is retained.

3. Heat pipe according to claim 1 or 2, characterized in that the insulating body ( 3 ) at the respective fitting points ( 4, 5 ) has an inner diameter which is twice the wall thickness of the pipe structures ( 1, 2 ) to be fitted.

4. Heat pipe according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tubular structures ( 1, 2 ) of heat sink and heat source consist of pre-made Al, Cu or steel pipes.

5. Heat pipe according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tubular structures ( 1, 2 ) are embedded in bores of the heat source and / or heat sink and welded, soldered or pressed with them.

6. Heat pipe according to one of claims 1 to 5, characterized in that the tubular structures ( 1, 2 ) are wholly or partly formed by bores in the heat source and / or heat sink itself, the insulating body ( 3 ) on welded or recessed pipe socket can be put on and welded there.