DE3719028A1

DE3719028A1 - Container seal for cooling boiling liquids

Info

Publication number: DE3719028A1
Application number: DE19873719028
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Koerber; Wolfgang Dipl Ing Dr Lienau; Erwin Klein
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1987-06-06
Filing date: 1987-06-06
Publication date: 1988-12-22

Abstract

In the case of known containers for cooling boiling liquids, sealing problems occur on the container lid. The object of the invention is to prevent the boiling liquid escaping and to make it possible to replace the electronic components without great difficulty in the event of their premature failure. An additional lip is provided on the two flanges of the boiling liquid container and the lid, which lips are arranged alongside one another after assembly and form a hermetic seal by being connected to one another with direct material contact. Boiling liquid cooling for power semiconductors. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter für Siede flüssigkeitskühlung, wobei die zu kühlenden elektrischen und elektronischen Bauteile in die Siedeflüssigkeit ein tauchen, und zwischen den Flanschteilen von Deckel und Behälter eine elastische oder plastische Dichtung (semi hermetisch) mittels gegenseitigem Anpressen, z. B. mit tels Verschrauben hergestellt wird.The invention relates to a container for boiling liquid cooling, the electrical to be cooled and electronic components in the boiling liquid dip, and between the flange parts of the lid and Container an elastic or plastic seal (semi hermetically) by means of mutual pressure, e.g. B. with is produced by screwing.

Die Siedeflüssigkeitskühlung wird in der Elektronik hauptsächlich in der Leistungselektronik zur Abführung von Verlustwärme eingesetzt. Hierzu gehört auch die Topf- oder Behälterkühlung, bei der die elektrischen Komponenten in einem Gefäß angeordnet werden, in welchem sich die Siedeflüssigkeit befindet.Boiling liquid cooling is used in electronics mainly in power electronics for dissipation of heat loss used. This also includes the Pot or container cooling, in which the electrical Components are arranged in a vessel in which there is the boiling liquid.

Bei einem derartigen Behälter treten Dichtprobleme vor nehmlich am Behälterdeckel und den elektrischen Durch führungen auf, wobei letztere in den meisten Fällen im Deckel integriert sind. Sealing problems arise with such a container conveniently on the container lid and the electrical through performances, the latter in most cases in Lids are integrated.

Bisher sind drei Ausführungsformen von Deckeln mit elek trischen Durchführungen bekannt:So far, three embodiments of lids with elek trical implementations known:

1. The pure plastic lid with cast or otherwise sealed electrical connections,
2. the metallic lid with over insulating body soldered or otherwise sealed electrical Ladders and
3. ultimately the ceramic lid with cemented or soldered electrical conductors.

Bei allen Deckelvarianten sind die Deckel an einem Be hälterflansch elastisch oder plastisch mittels Ver schraubungen oder dergleichen gedichtet. Diese semiher metische Dichtungsart wurde bisher bei Geräten mit akti ven elektrischen Bauelementen, wie z. B. Halbleitern als ausreichend angesehen, da Frühausfälle nicht auszu schließen sind und deshalb eine leichte Zugänglichkeit gewahrt werden soll. Es hat sich jedoch gezeigt, daß im Betrieb der Druck in dem zunächst evakuierten Behälter steigt, bis er den Außendruck erreicht hat. Da Druck und Siedetemperatur zusammenhängen, wird bei steigendem Druck auch die Siedetemperatur erhöht aber die Wärmeab leitung wird verringert, so daß die Kühlung des Halb leiterbauelementes erheblich beeinträchtigt wird. Außer dem ist aus Umweltschutzgründen das Entweichen der Sie deflüssigkeit in Dampfform zu vermeiden. Bei den Dich tungen handelt es sich meist um Dichtlängen von mind. 1 m, da die Kessel für diese Behälterkühlung durchweg einen Durchmesser von über 300 mm besitzen.In all lid variants, the lids are on one loading container flange elastic or plastic by means of Ver screwed or the like sealed. This semiher So far, metallic seal type has been used for devices with acti ven electrical components, such as. B. semiconductors as considered sufficient because early failures cannot be ruled out are close and therefore easy to access should be preserved. However, it has been shown that in Operation of the pressure in the initially evacuated container increases until it has reached the external pressure. Because pressure and Boiling temperature are related with increasing Pressure also increases the boiling temperature but the heat line is reduced, so that the cooling of the half conductor component is significantly affected. Except For environmental reasons, this is the escape of you to avoid liquid vapor. With you are mostly sealing lengths of at least 1 m, because the boilers for this container cooling throughout have a diameter of over 300 mm.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Dichtung derart zu verbessern, daß ein Entweichen der Siedeflüssigkeit verhindert wird und trotzdem bei Frühausfällen der elek tronischen Bauelemente diese ohne große Schwierigkeit ausgewechselt werden können. The object of the invention is therefore the seal in this way to improve that an escape of the boiling liquid is prevented and nevertheless in the event of early failures of the elec tronic components without any great difficulty can be replaced.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an jedem der beiden Flanschteile eine zusätzliche Lippe vorgesehen ist, die nach dem Zusammenbau nebenein ander angeordnet sind und die stoffschlüssig miteinander verbunden eine hermetische Dichtung bilden.According to the invention, this object is achieved in that that an additional on each of the two flange parts Lip is provided next to each other after assembly are arranged differently and which are integral with each other connected to form a hermetic seal.

Mit dieser Lösung wird eine zeitlich begrenzte Zugriffs möglichkeit zu den Bauelementen gewährleistet und gleichzeitig eine sichere Gasdichtheit erreicht. Die Flanschpartien von Behälter und Deckel werden daher für beide Dichtungsarten ausgebildet, wobei auch die gas dichte Verbindung mindestens einmal zu trennen sein sollte.With this solution there is a temporary access guaranteed to the components and at the same time a secure gas tightness is achieved. The Flange sections of the container and lid are therefore for Both types of seals are formed, including the gas tight connection must be separated at least once should.

Ein schematisches Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt.A schematic embodiment is shown in FIGS. 1 to 4.

Die Fig. 1 zeigt den Behälter 1 in Ansicht. Der Behäl ter besteht aus einem Mantel 2 und einem bombierten Bo den 3, der mit einem Flansch 4 versehen ist. In den Flansch eingetaucht befindet sich der Deckel 10 mit elektrischen Durchführungen 25. Fig. 1 shows the container 1 in view. The container ter consists of a jacket 2 and a convex Bo 3 , which is provided with a flange 4 . The cover 10 with electrical feedthroughs 25 is immersed in the flange.

Die Fig. 2 stellt vergrößert einen Ausschnitt "A" der Flanschpartie dar. An diesem Ausschnitt soll das Dich tungsprinzip gemäß der Erfindung erläutert werden. Der Behältermantel 2 ist in den Flansch 4 gasdicht einge schweißt. Nach außen abgesetzt ist der Innendurchmesser 5 des Flansches als Dichtfläche ausgebildet. Eine einge arbeitete Ringlippe 7 ist für die hermetische Dichtung vorgesehen. Am Umfang sind gleichmäßig verteilte Ge windebohrungen 8 zur Deckelbefestigung vorhanden. Fig. 2 shows an enlarged section "A" of the flange section. On this section, the principle of the device according to the invention will be explained. The container jacket 2 is welded gas-tight in the flange 4 . When offset to the outside, the inner diameter 5 of the flange is designed as a sealing surface. A worked lip 7 is provided for the hermetic seal. Evenly distributed threaded holes 8 are provided on the circumference for fastening the cover.

Der Deckel 10 besteht aus einer nach außen gewölbten Kreisplatte 11, an die ein zweiter Flansch 12 ange schweißt ist. In den Außendurchmesser 13 dieses zweiten Flansches, der maßlich dem Innendurchmesser 5 ent spricht, sind ein oder zwei Nuten 15 eingearbeitet, für ein oder zwei Dichtungselemente, z. B. O-Ringe. Diese O-Ringe übernehmen die semihermetische Dichtung. An der Stirnseite des Flansches ist ebenfalls eine Lippe 17 angearbeitet.The lid 10 consists of an outwardly curved circular plate 11 to which a second flange 12 is welded. In the outer diameter 13 of this second flange, which corresponds to the inner diameter 5 ent, one or two grooves 15 are incorporated for one or two sealing elements, for. B. O-rings. These O-rings take over the semi-hermetic seal. A lip 17 is also machined on the end face of the flange.

Da im Innern des Behälters im Betrieb ein Überdruck ent steht, wird der Deckel mittels der Druckstücke 20 fi xiert, die am Umfang gleichmäßig verteilt sind; Fig. 3. Dabei kommen die inneren Stirnseiten 6, 14 der Flansche 4 und 12 zur Anlage. Die Druckstücke werden durch Schrau ben 21 mit Sicherungselementen 22 befestigt.Since there is overpressure in the interior of the container during operation, the lid is fi xed by means of the pressure pieces 20 , which are evenly distributed on the circumference; Fig. 3. The inner end faces 6, 14 of the flanges 4 and 12 come to rest. The pressure pieces are attached by screws ben 21 with securing elements 22 .

In Fig. 4 ist eine gasdichte Verbindung der Flansche, die hermetische Dichtung, noch einmal größer darge stellt. Diese gasdichte Verbindung wird hergestellt, wenn das Gerät endgültig betriebssicher ist. Zu diesem Zweck werden die beiden Dichtungslippen 7 und 17 mitein ander stoffschlüssig verbunden. Das geschieht zweckmä ßigerweise mittels einer energiearmen Schweißtechnik, z. B. einer Mikroplasmaschweißung 23. Hierdurch wird ver hindert, daß die Dichtungsringe 16 thermisch geschädigt werden.In Fig. 4 is a gas-tight connection of the flanges, the hermetic seal, is even larger Darge. This gas-tight connection is established when the device is finally reliable. For this purpose, the two sealing lips 7 and 17 are integrally connected with each other. This is conveniently done using a low-energy welding technique, e.g. B. a micro plasma welding 23rd This prevents ver that the sealing rings 16 are thermally damaged.

Tritt trotzdem nach Herstellung der hermetischen Dich tung ein Störfall ein, so ist der Behälterinhalt trotz dem ohne bleibende Schädigung der Gasdichtheit zugäng lich. Es muß nur die Schweißnaht abgetrennt werden, z. B. mittels "Drehvorgang". Nach der Beseitigung der Störung können die Dichtlippen erneut verschweißt werden. Die Dichtlippen 7 und 17 müssen also so lang ausgebildet werden, daß mindestens einmal die Schweißnaht abgetrennt werden kann. If an accident nevertheless occurs after the hermetic seal has been manufactured, the contents of the container are accessible despite the fact that there is no permanent damage to the gas tightness. It is only necessary to separate the weld seam, e.g. B. by "turning". After eliminating the fault, the sealing lips can be welded again. The sealing lips 7 and 17 must therefore be made so long that the weld seam can be separated at least once.

Die elastische Dichtungsart ist nicht auf die gezeichne te Ausführungsform beschränkt, sie kann auch mittels plastischer Elemente erfolgen. Der Deckel kann auch mit anderen Elementen befestigt werden. Statt der vorge schlagenen Schweißverbindung kann auch ein Klebeverband vorgesehen werden. Dazu wird z. B. der Spalt zwischen den Durchmessern 5 und 13 auf eine Tiefe, die in etwa der halben Dichtlippenlänge entspricht, so groß ausgebildet, daß ein Zyanitkleber der Qualität "Rohrdichtung" noch aushärtet, andererseits aber nicht in den dahinterlie genden Spalt eindringt.The type of elastic seal is not limited to the embodiment shown, it can also be done by means of plastic elements. The lid can also be attached with other elements. Instead of the proposed weld connection, an adhesive bandage can also be provided. For this, z. B. the gap between the diameters 5 and 13 to a depth which corresponds to approximately half the length of the sealing lip, so large that a cyanite adhesive of the "pipe seal" quality still hardens, but on the other hand does not penetrate into the gap behind it.

Claims

1. Gasket for a container for boiling liquid speed cooling, the electrical and electronic components to be cooled immersed in the boiling liquid and an elastic or plastic seal (semi-hermetic) between the flange parts of the lid and loading container by means of mutual pressure, e.g. B. with means of screwing, is characterized in that on each of the two flange parts ( 4, 12 ) an additional lip ( 7, 17 ) is provided, which are arranged next to each other after assembly and which are integrally connected to each other a hermetic seal ( 23 ) form.

2. Seal according to claim 1, characterized in that the lips ( 7, 17 ) on the flange parts ( 4, 12 ) of the lid ( 11 ) and the container ( 2 ) are arranged such that they lie side by side in the installed state and cohesively connected.

3. Seal according to claim 1 and 2, characterized in that the lips ( 7, 17 ) have a length such that after a first grinding of the integral connection ( 23 ) at least one renewed integral connection is possible.

4. Seal according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the integral connection ( 23 ) is only produced after a certain time (old process).

5. Seal according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the integral connection ( 23 ) is carried out by a low-energy welding process, so that no damage to the elastic device ( 16 ) takes place.

6. Seal according to one or more of the claims 1 to 4, characterized in that the cohesive Connection is made using adhesive.