DE3740236C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Zu- und Ableitung von Kühlflüssigkeit für Halbleiterelemente-Kühl­ dosen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche hydraulische Zu- und Ableitung von Kühlflüssig­ keit für Halbleiterelemente-Kühldosen ist aus IBM Techn. Disclosure Bull. 1987, Vol. 30, Nr. 5, Seite 345 bis 347 bekannt. Dort ist eine wassergekühlte Drei-Kammer-Einrich­ tung für Halbleiterelemente beschrieben, mit einem oberen Abwasserkanal, einem mittleren Frischwasserkanal und einem unteren Kanal zur Aufnahme und Fortleitung von Leckwasser.

Kühldosen werden allgemein eingesetzt zum Abführen der Ver­ lustwärme von Halbleiterelementen, insbesondere von Lei­ stungsgleichrichtern. Besonders bei Stromrichtern auf Fahr­ zeugen, z. B. auf Elektroloks, sind kompakte Bauweisen mit möglichst einfachen Bausteinen erwünscht. Bei luftgekühlten Stromrichtern wurden schon frühzeitig Bausteine mit einem oder zwei Halbleiterelementen und der zugehörigen Beschal­ tung sowie Schutzglieder und Ansteuerübertrager für Thyri­ storen gebaut. Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich bei der Dosen-Siedekühlung. Die Beschaltungswiderstände wurden als Chips auf die Seitenflächen der Kühldosen aufge­ bracht und konnten so ihre Wärme parallel zu den Halbleite­ relementen an das Transportmedium "Dampf" abgeben. Die Kühldosen und die Halbleiterelemente wurden zu Stapeln zu­ sammengefaßt.

Ein ähnlicher kompakter Aufbau wird auch bei der reinen Wasserkühlung angestrebt. Hierbei muß jedoch eine elektri­ sche Isolation zwischen den spannungsführenden Halbleitere­ lementen und der Kühlflüssigkeit in der Dose vorgesehen sein. Diese Isolation kann aus einer Isolierplatte aus an­ organischem Isoliermaterial bestehen, die zwischen der Kon­ taktplatte für die Aufnahme der Wärme und der Schale, die das Wasser abschließt, angeordnet ist, wobei der Durchmes­ ser größer ist als der Durchmesser der Schale und der Kon­ taktplatte. Trotzdem ist eine Übertragung der Bauart von der Dosensiedekühlung nicht unmittelbar möglich.

Aus der GB-PS 8 49 972 ist eine Kühlvorrichtung für Halblei­ terelemente bekannt, bei der die Vorderseite eines Halblei­ terelements mittels frischer Kühlflüssigkeit gekühlt wird, die derart erwärmte Kühlflüssigkeit einen vom Kühlmittel durchströmten Beschaltungswiderstand kühlt und die derart erhitzte Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Rückseite des Halbleiterelements dient. Bei einer derartigen Kühlmittel­ führung werden die Halbleiterelemente nicht optimal ge­ kühlt, da nicht beide Seiten der Halbleiterelemente mit frischem, d. h. rückgekühltem Kühlmittel beaufschlagt wer­ den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in Drei-Kam­ mer-Anordnung aufgebaute hydraulische Zu- und Ableitung von Kühlflüssigkeit für mit Brauchwasser gekühlte Halbleiter­ elemente-Kühldosen der eingangs genannten Art anzugeben, bei der auch Beschaltungswiderstände vom Brauchwasser durchströmt werden und eine optimale Kühlung der Halblei­ terelemente und eine kompakte Zu- und Ableitung der Kühl­ flüssigkeit erzielt wird.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Beschaltungswiderstände werden in den Kühlkreislauf eingebezogen, indem die mittlere Kammer als Frischwasserka­ nal dient und über ein Kunststoffrohr mit dem Inneren der Kühldose verbunden ist, das Kunststoffrohr am oberen Ende mit einem Gewinde zum abdichtenden Einschrauben in die Kam­ nerwand zwischen mittlerer und unterer Kammer versehen ist, die untere Kammer als Zwischenkammer dient und mit dem Aus­ flußstutzen der Kühldose über ein Wellrohr verbunden ist, das mit einem Flansch und einer eingelegten Dichtung ab­ dichtend gegen die äußere Kammerwand gepreßt wird und indem die obere Kammer als Abwasserkanal dient, wobei die obere und untere Kammer über Beschaltungswiderstände, die gekühlt werden müssen, miteinander hydraulisch verbunden sind. Hierdurch werden die Beschaltungswiderstände im Kühlkreis­ lauf den Dosen nachgeschaltet und belasten daher die Küh­ lung der Dosen nicht zusätzlich. Dies ist besonders wichtig bei großen Beschaltungsverlusten, wie sie bei leistungs­ starken Dioden oder Thyristoren vorkommen. Als Beschal­ tungswiderstände werden geringfügig abgewandelte, handels­ übliche Drahtwiderstände eingesetzt.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist im Un­ teranspruch gekennzeichnet.

Anhand der Figuren wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im ein­ zelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine hydraulische Zu- und Ablaufarmatur, beste­ hend aus drei Kammern, wobei das Gehäuse der Kühldose und die Armatur geschnitten sind,

Fig. 2 die Anordnung gemäß Fig. 1 im Aufriß.

In Fig. 1 ist eine aus drei Kammern bestehende hydrauli­ sche Zu- und Ablaufarmatur dargestellt, wobei das Gehäuse der Kühldose und die Armatur geschnitten sind. Die hydrau­ lische Armatur 40 besteht aus drei Kammern 41, 43, 50. Über die mittlere Kammer 41 (Frischwasserkanal) fließt das Kühlwasser zu und wird über das Kunststoffrohr 11 in das Innere einer elektrisch isolierenden Kühldose 1 weiterge­ leitet. Die Kühldose 1 besteht aus zwei miteinander verlö­ teten Halbschalen 4 mit elektrischen Anschlüssen 3. Die Kühldose 1 ist mit einem Ausflußstutzen 5 mit Bohrung 9 zur Einführung des Kunststoffrohres 11 versehen. Umhüllt werden die Halbschalen 4 mit einem Kunststoff 6.

Das Kühlwasser fließt durch die Kühlrippen der Kühldose 1 zum Ausflußstutzen 5 zurück. An diesem ist ein Wellrohr 14 mit einem Hals, der in die Bohrung 9 hineinreicht, stoff­ schlüssig befestigt. Auf dem anderen Ende des Wellrohres 14 ist ein Bund 16 angeformt. Über diesen Bund 16 und eine Dichtung 17 wird das Wellrohr 14 mittels eines Flansches 18 an der Armatur 40 dicht befestigt.

Das Kunststoffrohr 11 ist am oberen Ende mit seinem Gewinde 12 in der Kammerwandung 42 der Armatur 40 zwischen mitt­ lerer und unterer Kammer befestigt. Die untere Kammer 43 nimmt das zurückfließende Wasser als Zwischenkammer auf, das von dem Wellrohr 14 über eine Bohrung 44, die in der Wand 45 der Armatur 40 vorgesehen ist und in der auch das Kunststoffrohr 11 angeordnet ist, in die Zwischenkammer (untere Kammer) 43 fließt.

Aus der Zwischenkammer 43 fließt das Kühlwasser durch einen Beschaltungswiderstand 60 in die Abwasserkammer (obere Kam­ mer) 50. In den Wandteilen 46 und 51 der Armatur 40 sind die Schlauchtüllen 61 eingeschraubt. Auf diese Schlauchtül­ len ist der Beschaltungswiderstand 60, der aus einem han­ delsüblichen Drahtwiderstand 62 mit den elektrischen An­ schlüssen 63 und einer hydraulischen Anschlußarmatur 64 be­ steht, aufgesteckt. Die Armaturen 64, die aus einem elek­ trisch isolierenden Elastomer oder dergleichen bestehen können, werden über einen an seinen Enden verdickten und mit Rillen versehenen Draht 65 mechanisch miteinander ver­ bunden, wodurch der Drahtwiderstand eingespannt wird. Zu­ sätzlich sind auf dem Draht Scheiben 66 befestigt, wodurch eine Wasserturbulenz erzeugt und eine bessere Wärmeabfuhr erreicht werden.

In Fig. 2 ist die Anordnung gemäß Fig. 1 im Aufriß darge­ stellt. Wie zu ersehen ist, können Beschaltungswiderstände 60 nebeneinander auf der hydraulischen Armatur 40 befestigt werden. Sollten aus irgendeinem Grunde weniger Beschal­ tungswiderstände erforderlich sein, so muß durch entspre­ chende Rohrverbindung dafür gesorgt werden, daß die erfor­ derliche Kühlflüssigkeit aus der Zwischenkammer 43 (untere Kammer) in die Abwasserkammer (obere Kammer) 50 fließen kann.

Ein zu kühlendes Halbleiterelement 30 ist zwischen zwei Kühldosen 1, 31 eingespannt. Die Befestigung des Flansches 18 an der Armatur 40 erfolgt mittels Verschraubungen 19.

Claims (2)

1. Hydraulische Zu- und Ableitung von als Kühlflüs­ sigkeit verwendetem Brauchwasser für Halbleiterelemen­ te-Kühldosen, wobei eine Armatur mit drei übereinander angeordneten Kammern vorgesehen ist und die mittlere Kammer als Frischwasserkanal sowie die obere Kammer als Abwasserkanal dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kammer (41) über ein Kunststoffrohr (11) mit den Innern der Kühldose (1) verbunden und das Kunst­ stoffrohr am oberen Ende mit einem Gewinde (12) zum ab­ dichtenden Einschrauben in die Kammerwand (42) zwischen mittlerer und unterer Kammer versehen ist, daß die unte­ re Kammer (43) als Zwischenkammer dient und mit dem Aus­ flußstutzen (5) der Kühldose über ein Wellrohr (14) ver­ bunden ist, das mit einem Flansch (18) und einer einge­ legten Dichtung (17) abdichtend gegen die äußere Kammer­ wand gepreßt wird, und daß die obere und untere Kammer über vom Kühlmittel durchströmte, zu kühlende Beschal­ tungswiderstände (60) miteinander hydraulisch verbunden sind.

2. Hydraulische Zu- und Ableitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kammer (50) und die untere Zwischenkammer (43) zusätzlich über vom Kühl­ mittel durchströmte Rohrleitungen miteinander verbunden sind.