EP4338200A1 - Cooling device - Google Patents

Cooling device

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Publication number
EP4338200A1
EP4338200A1 EP22725406.7A EP22725406A EP4338200A1 EP 4338200 A1 EP4338200 A1 EP 4338200A1 EP 22725406 A EP22725406 A EP 22725406A EP 4338200 A1 EP4338200 A1 EP 4338200A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
sheet
cooling device
channel
cooling channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22725406.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Marco Lorenz
Yannick Fabian FREY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4338200A1 publication Critical patent/EP4338200A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device for cooling components.
  • Power semiconductors in power electronics usually carry high currents, which can lead to high heat losses. Such power semiconductors often need to be cooled, for example to prevent damage from overheating.
  • a cooling device designed as a pulsating heat pipe includes a cooling channel in the cooling device, which is designed in a meandering shape, for example, and is filled with a working medium that is present in the cooling channel in gaseous and liquid form at the same time. In the cooling device, heat is transferred to the cooling channel in a base region, so that the working medium in the cooling channel locally evaporates.
  • a cooling device designed as a pulsating heat pipe thus serves as a heat-spreading design element.
  • a cooling device for cooling components comprises at least one first cooling channel, the first cooling channel being filled with a working medium which is present in the first cooling channel in gaseous and liquid form at the same time.
  • the cooling device comprises at least one stack of metal sheets, the stack of metal sheets comprising at least one first metal sheet with a first upper side and a first underside and a second metal sheet, the first cooling channel being designed as a first depression in the upper side of the first metal sheet, wherein the second sheet is arranged on the upper side of the first sheet, the first indentation of the first sheet being covered by the second sheet on the upper side of the first sheet and the second sheet closing the first cooling channel.
  • the cooling device with the features of the independent claim has the advantage that it can advantageously be manufactured easily.
  • the cooling channel of the pulsating heat pipes can be formed in a simple manner by forming a first metal sheet. The cooling channel is then covered by a second sheet so that the cooling channel for the working medium of the pulsating heat pipe is formed between the sheets.
  • the heat sink can thus advantageously be manufactured simply and cost-effectively.
  • a cooling device with an efficient multi-layer pulsating heat pipe can be constructed easily and inexpensively in this way.
  • the stack of metal sheets also includes a third metal sheet, with the cooling device also including at least one second cooling channel which is designed as a second depression in the underside of the first metal sheet, with the third metal sheet on the underside of the first Plate is arranged, wherein the second depression of the first plate is covered on the underside of the first plate by the third plate and the third plate closes the second cooling channel, wherein the second cooling channel is filled with the working medium.
  • a second cooling channel is formed in the cooling device next to the first cooling channel.
  • the two cooling ducts can be formed in a simple manner by forming the first metal sheet, the first depression for the first cooling duct and the second depression for the second cooling duct being embossed in the first metal sheet as a result of the forming of the first metal sheet.
  • the first cooling channel and/or the second cooling channel run in a meandering manner in the cooling device.
  • a meandering course of the cooling channels enables an advantageously efficient operation of the heat sink as a pulsating heat pipe and thus efficient heat dissipation from the component to be cooled via the cooling device.
  • the first cooling duct and the second cooling duct run alongside one another in the cooling device and are separated from one another by a partition wall formed by the first metal sheet.
  • the two cooling channels run in the same plane in the stack of metal sheets.
  • the first cooling duct and the second cooling duct can advantageously run close to one another and thus an advantageously dense arrangement of the cooling ducts in the cooling device can be achieved.
  • the cooling device comprises at least two second cooling channels, which are designed as second depressions in the underside of the first metal sheet.
  • the first cooling channel runs between the two second cooling channels, with the first cooling channel 4 runs between two partitions formed by the first metal sheet, each of which separates one of the two second cooling channels from the first cooling channel.
  • three cooling channels running parallel to one another and separated from one another by the partitions can be formed in one plane of the cooling device.
  • the cooling channels advantageously run close together. Good heat dissipation can thus be achieved by the cooling device.
  • the first indentation in the first sheet metal and/or the second indentation in the first sheet metal are produced by forming a flat sheet metal.
  • the cooling device can thus advantageously be manufactured in a simple manner.
  • the first depression and/or the second depression are formed, for example, by deep-drawing the first metal sheet.
  • the cooling device comprises at least two stacks of metal sheets, with the two stacks being arranged one above the other.
  • the number of parallel cooling channels for the pulsating heat pipes can advantageously be increased, which, depending on the application, leads to an improved function and/or improved heat spread.
  • a cooling device with cooling channels for pulsating heat pipes can be formed in several levels. In this way, heat can advantageously be dissipated well by the cooling device.
  • the two stacks arranged one above the other in the cooling device are of identical design.
  • a heat sink designed in this way can advantageously be manufactured in a simple manner.
  • the first cooling channels of the two stacks are fluidly connected to one another and/or that the second cooling channels of the two stacks are fluidly connected to one another.
  • the vertically stacked cooling ducts can be connected to one another, for example, by holes in the metal sheets arranged between the corresponding cooling ducts, which can be produced, for example, by stamping. This enables the cooling channels to be filled together with the working medium.
  • the structure of the cooling channels for the pulsating heat pipe can also be designed three-dimensionally in this way. Since the work equipment then between the individual levels - 5 - can change, heat can be transported not only in a sheet level, but also between the sheet levels via the pulsating heat pipe instead of heat conduction.
  • the metal sheets of the cooling device are connected to one another, in particular by means of welding or soldering. In this way, the metal sheets are connected to one another in a stable and simple manner.
  • Fig. 1 is a representation of a first embodiment of
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the
  • Fig. 3 shows a cross section through the second embodiment of
  • FIG. 4 shows a representation of an exemplary embodiment of a first metal sheet.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a cooling device 1.
  • the cooling device 1 can be used to cool electronics or other hotspots of all kinds, for example for cooling power electronics in electric vehicles, passive battery cooling, cooling of engine control units, charging stations or drive units in eBikes .
  • the cooling device 1 is designed to cool the component to be cooled, for example power electronics, for example a semiconductor component. This can be done in the figures 6 component, not shown, can be thermally connected to the cooling device 1.
  • the component can, for example, rest directly or indirectly on the cooling device 1 .
  • a flat support surface can be formed on the cooling device 1 .
  • the support surface can be formed on different sides of the cooling device 1 .
  • the bearing surface 9 can be, for example, an outside of a second metal sheet 22 or a third metal sheet 23 .
  • the cooling device 1 comprises one or more cooling channels 11,12.
  • the cooling device 1 comprises a first cooling duct 11 and two second cooling ducts 12.
  • the cooling ducts 11, 12 are preferably of tubular design.
  • the cooling channels 11 , 12 have a rectangular cross section transverse to the flow direction of the working medium 6 through the cooling channels 11 , 12 .
  • the cooling channels 11, 12 can also have other cross sections, such as semicircular or trapezoidal cross sections.
  • the first cooling channel 11 and the second cooling channel 12 run parallel to one another in the exemplary embodiment.
  • the cooling channels 11,12 are fluidically separated from each other.
  • cooling channels 11, 12 can also have fluidic connections with one another and only be fluidically separated from one another in sections.
  • the cooling channels 11, 12 can, for example, run in a meandering shape.
  • the cooling channels 11,12 can each have a plurality of middle segments 51, in which the respective cooling channel 11,12 runs straight.
  • the cooling ducts 11, 12 can each have a plurality of deflection segments 52, for example U-shaped, at which the respective cooling duct 11, 12 undergoes a reversal of direction.
  • the middle segments 51 of a cooling channel 11,12 extend parallel to one another and are each connected by means of a deflection segment 52 to another middle segment 51 of the same cooling channel 11,12.
  • the individual cooling channels 11, 12 are, for example, designed to be closed.
  • the cooling channel 11,12 preferably has a connection area, not shown in the figures, which forms a closed circuit of the cooling channel 11,12.
  • the cooling channel 11,12 can also have a valve, not shown in the figures, in order, for example, to evacuate the cooling channel 11,12 and fill the cooling channel 11,12 with the working medium - 7 -
  • cooling channels 11, 12 each run in one plane.
  • the cooling channels 11, 12 in the cooling device 1 run between metal sheets 21, 22, 23.
  • the metal sheets 21, 22, 23 are stacked one on top of the other.
  • the metal sheets 21, 22, 23 together form a stack 10.
  • the metal sheets 21, 22, 23 are made of steel, aluminum, copper or another suitable material, for example.
  • the metal sheets 21, 22, 23 are connected to one another, for example by welding or soldering.
  • the metal sheets 21, 22, 23 have, for example, a constant thickness over their areal extent.
  • a first metal sheet 21 is arranged between a second metal sheet 22 and a third metal sheet 23 .
  • the first metal sheet 21 has an upper side 25 and an underside 26 facing away from the upper side 25 .
  • the upper side 25 of the first metal sheet 21 faces the second metal sheet 22 .
  • the second sheet 22 is attached to the top 25 of the first sheet 21, for example by soldering or welding.
  • the underside 26 of the first metal sheet 21 faces the third metal sheet 23 .
  • the third sheet 23 is attached to the underside 26 of the first sheet 21, for example by soldering or welding.
  • the first sheet 21 is deformed.
  • the first sheet 21 is, for example, deep-drawn and thus deformed.
  • a first depression 27 is thus formed in the first metal sheet 21 on the upper side 25 .
  • the first metal sheet 21 is thus deformed in such a way that it is pressed downwards from the upper side 25 in the first depression 27 .
  • two second depressions 28 are formed on the underside 26 of the first metal sheet 21 .
  • the first metal sheet 21 is thus deformed in such a way that it is pressed upwards in the second depressions 28 from the underside 26 of the first metal sheet 21 .
  • the first depression 27 in the upper side 25 of the first metal sheet 21 forms a first cooling channel 11.
  • the second depressions 28 in the underside 26 of the first metal sheet 21 form two second cooling channels 12.
  • FIG. 4 An exemplary embodiment of a formed first metal sheet 21 is shown in FIG. 4 . If the two second indentations 28 in the underside 26 of the first sheet 21 are introduced into the underside 26 of the first sheet 21, for example by deep-drawing a flat sheet, then the upper side is formed 8th
  • the first cooling channel 11 in the cooling device 1 is covered by the second metal sheet 22 on the upper side 25 of the first metal sheet 21 and is thus closed.
  • the second metal sheet 22 rests directly or indirectly on the edges of the first cooling channel 11 on the upper side 25 of the first metal sheet, so that the first cooling channel 11 is tightly closed.
  • the second cooling channels 12 are covered by the third sheet 23 on the underside 26 of the first sheet 21 and are thus closed.
  • the third metal sheet 23 lies on the edges of the second cooling channels 12 directly or indirectly on the underside
  • the first cooling channel 11 and the second cooling channels 12 run alongside one another.
  • the first cooling duct 11 runs between the two second cooling ducts 12.
  • a partition wall 29 is arranged in each case.
  • the partitions 29 are formed by the first metal sheet 21 .
  • the partition walls 29 separate the first cooling duct 11 from the two second cooling ducts 12.
  • the depressions 27, 28 in the first metal sheet 21 are produced, for example, by forming a flat metal sheet out of the plane.
  • the first metal sheet 21 can be shaped, for example, by deep drawing.
  • the second metal sheet 22 and the third metal sheet 23 can be flat, as in the illustrated embodiment. However, the second metal sheet 22 and the third metal sheet 23 can also have deformations, such as indentations.
  • the cooling device 1 comprises two stacks 20 of metal sheets 21, 22, 23, as described in the first exemplary embodiment.
  • the two stacks 20 are arranged one above the other and are connected to one another, for example by means of welding or soldering.
  • the two stacks 20 with the metal sheets 21,22,23 are of identical design and are arranged one above the other in such a way that the respective cooling channels 11,12 are parallel to one another and directly in two mutually parallel planes - 9 - one above the other.
  • FIG. 3 shows a cross section through the exemplary embodiment of the cooling device 1 shown in FIG. 2, perpendicular to the flat extension of the metal sheets. As shown in FIG.
  • the cooling channels 11, 12 can be fluidically connected to one another from different stacks 20 of metal sheets 21, 22, 23 arranged one above the other.
  • openings can be formed in the metal sheets 22,23 arranged between the respective cooling ducts 11,12, so that a connecting duct is formed between the cooling ducts 11,12 through the metal sheets 22,23 between the cooling ducts 11,12, via which the cooling ducts 11 , 12 are fluidly connected to each other.
  • a working medium 6, which is simultaneously in liquid and gaseous state.
  • the working medium 6 is present in the cooling channel 11, 12 in gaseous and liquid form at the same time, in other words partly gaseous and partly liquid.
  • This means that the working medium 6 is in two phases in the cooling channel 11,12.
  • the gas bubbles and the liquid columns preferably occupy a similarly large volume.
  • the gaseous portion of the working medium 6 particularly preferably occupies 30% to 70% of an internal volume of the cooling channel 11 , 12 at the nominal temperature, with the remaining internal volume being occupied by the liquid portion of the working medium 6 .
  • the volume ratio changes as a result of evaporation or condensation of the working medium 6.
  • the cooling channel 11, 12 in the cooling device 1 can thus be operated as a pulsating heat pipe.
  • the working medium 6 particularly preferably has a critical temperature that is greater than a maximum operating temperature.
  • the working medium 6 preferably has a critical temperature of at least 233 K, preferably at least 273 K, particularly preferably at least 373 K, and 10 in particular a maximum of 533 K.
  • a temperature of a substance at the critical point is regarded as the critical temperature. This ensures that the working medium 6 in a preferred operating range, in which the working medium 6 is present in particular at temperatures from 222 K to 473 K, in particular from 273 K to 373 K, in two phases within
  • Cooling channel 11,12 may be present.
  • the working medium 6 is preferably an organic refrigerant, which is used for example in vehicle air conditioning systems, such as in particular 2,3,3,3-tetrafluoropropene, also referred to as R1234yf, R1233zd(E), etc.
  • the working medium 6 particularly preferably has a melting point which is at most 273K, preferably at most 233K, particularly preferably at most 213K.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a cooling device for cooling components, comprising at least one first cooling channel (11). The first cooling channel (11) is filled with a working medium (6) which is simultaneously gaseous and liquid in the first channel (11). According to the invention, the cooling device (1) comprises at least one stack (20) of metal sheets (21, 22, 23), wherein the stack (10) of metal sheets (21, 22, 23) comprises at least one first sheet (21) with a first upper face (25) and a first lower face (26), and a second sheet (22), the first cooling channel (11) is formed as a first depression (27) in the upper face (25) of the first sheet (21), the second sheet (22) is arranged on the upper face (25) of the first sheet (21), the first depression (27) in the first sheet (21) on the upper face (25) of the first sheet (21) is covered by the second sheet (22), and the second sheet (22) closes the first cooling channel (11).

Description

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Beschreibung description
Titel title
Kühlvorrichtung cooler
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Bauteilen. The present invention relates to a cooling device for cooling components.
Üblicherweise führen Leistungshalbleiter in der Leistungselektronik hohe Ströme, welche zu einer hohen Verlustwärme führen können. Häufig ist eine Kühlung solcher Leistungshalbleiter erforderlich, beispielsweise zur Vermeidung von Schäden durch Überhitzen. Power semiconductors in power electronics usually carry high currents, which can lead to high heat losses. Such power semiconductors often need to be cooled, for example to prevent damage from overheating.
Zur Kühlung kann beispielsweise eine Flüssigkeitskühlung oder eine Luftkühlung verwendet werden. Weiterhin können zur Kühlung sogenannte Pulsating Heatpipe-Strukturen als Kühlvorrichtungen verwendet werden. Diese eignen sich besonders für die direkte Integration in bestehende Komponenten mit dem Ziel, effizient Wärme von thermischen Hotspots zu Wärmesenken abzuführen. Dabei wird die Wärme vom Ort der Wärmeeinbringung in der Regel zunächst mittels Wärmeleitung gespreizt. Eine als Pulsating Heatpipe ausgebildete Kühlvorrichtung umfasst einen Kühlkanal in der Kühlvorrichtung, welcher beispielsweise mäanderförmig ausgebildet ist und der mit einem Arbeitsmittel gefüllt ist, welches gleichzeitig gasförmig und flüssig in dem Kühlkanal vorliegt. In der Kühlvorrichtung wird in einem Grundbereich Wärme an den Kühlkanal übertragen, so dass das Arbeitsmittel in dem Kühlkanal lokal verdampft. Dabei 2 entstehen Druckgradienten, die das Arbeitsmittel durch den Kühlkanal befördern. Dabei wandern die Dampfblasen auch in einen Kondensatorteil des Kühlkanals und kondensieren dort. Die Wärme wird dadurch über die Wände des Kondensators und beispielsweise auch über Verrippungen an die Umgebung abgegeben. Insgesamt wird also die Wärme, die im Grundbereich in die Kühlvorrichtung eingebracht wird, auf die gesamte Kühlvorrichtung verteilt. Eine als Pulsating Heat Pipe ausgebildete Kühlvorrichtung dient somit als Wärmespreiz-Designelement. For example, liquid cooling or air cooling can be used for cooling. Furthermore, so-called pulsating heat pipe structures can be used as cooling devices for cooling. These are particularly suitable for direct integration into existing components with the aim of efficiently dissipating heat from thermal hotspots to heat sinks. In this case, the heat is usually first spread from the place where the heat is introduced by means of heat conduction. A cooling device designed as a pulsating heat pipe includes a cooling channel in the cooling device, which is designed in a meandering shape, for example, and is filled with a working medium that is present in the cooling channel in gaseous and liquid form at the same time. In the cooling device, heat is transferred to the cooling channel in a base region, so that the working medium in the cooling channel locally evaporates. Included 2, pressure gradients arise that transport the working medium through the cooling channel. The vapor bubbles also migrate into a condenser part of the cooling channel and condense there. As a result, the heat is dissipated to the environment via the walls of the condenser and, for example, also via ribbing. Overall, therefore, the heat that is introduced into the cooling device in the base area is distributed over the entire cooling device. A cooling device designed as a pulsating heat pipe thus serves as a heat-spreading design element.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Erfindungsgemäß wird eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von Bauteilen vorgeschlagen. Die Kühlvorrichtung umfasst wenigstens einen ersten Kühlkanal, wobei der erste Kühlkanal mit einem Arbeitsmittel gefüllt ist, welches gleichzeitig gasförmig und flüssig in dem ersten Kühlkanal vorliegt. Erfindungsgemäß umfasst die Kühlvorrichtung wenigstens einen Stapel aus Blechen, wobei der Stapel aus Blechen wenigstens ein erstes Blech mit einer ersten Oberseite und einer ersten Unterseite und ein zweites Blech umfasst, wobei der erste Kühlkanal als erste Vertiefung in der Oberseite des ersten Blechs ausgebildet ist, wobei das zweite Blech an der Oberseite des ersten Blechs angeordnet ist, wobei die erste Vertiefung des ersten Blechs an der Oberseite des ersten Blechs durch das zweite Blech abgedeckt ist und das zweite Blech den ersten Kühlkanal verschließt. According to the invention, a cooling device for cooling components is proposed. The cooling device comprises at least one first cooling channel, the first cooling channel being filled with a working medium which is present in the first cooling channel in gaseous and liquid form at the same time. According to the invention, the cooling device comprises at least one stack of metal sheets, the stack of metal sheets comprising at least one first metal sheet with a first upper side and a first underside and a second metal sheet, the first cooling channel being designed as a first depression in the upper side of the first metal sheet, wherein the second sheet is arranged on the upper side of the first sheet, the first indentation of the first sheet being covered by the second sheet on the upper side of the first sheet and the second sheet closing the first cooling channel.
Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
Gegenüber dem Stand der Technik weist die Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs den Vorteil auf, dass sie vorteilhaft einfach gefertigt werden kann. Dabei kann der Kühlkanal der Pulsating Heat Pipes auf einfache Weise durch Umformung eines ersten Blechs geformt werden. Der Kühlkanal wird dann durch ein zweites Blech abgedeckt, so dass zwischen den Blechen der Kühlkanal für das Arbeitsmittel der Pulsating Heat Pipe gebildet wird. Der Kühlkörper kann somit vorteilhaft einfach und kostengünstig gefertigt werden. Zudem lässt sich auf diese Weise einfach und günstig eine Kühlvorrichtung mit einer effizienten mehrlagigen Pulsating Heat Pipe aufbauen. - 3 Compared to the prior art, the cooling device with the features of the independent claim has the advantage that it can advantageously be manufactured easily. In this case, the cooling channel of the pulsating heat pipes can be formed in a simple manner by forming a first metal sheet. The cooling channel is then covered by a second sheet so that the cooling channel for the working medium of the pulsating heat pipe is formed between the sheets. The heat sink can thus advantageously be manufactured simply and cost-effectively. In addition, a cooling device with an efficient multi-layer pulsating heat pipe can be constructed easily and inexpensively in this way. - 3
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht. Further advantageous refinements and developments of the invention are made possible by the features specified in the dependent claims.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Stapel aus Blechen weiterhin ein drittes Blech umfasst, wobei die Kühlvorrichtung weiterhin wenigstens einen zweiten Kühlkanal umfasst, der als zweite Vertiefung in der Unterseite des ersten Blechs ausgebildet ist, wobei das dritte Blech auf der Unterseite des ersten Blechs angeordnet ist, wobei die zweite Vertiefung des ersten Blechs an der Unterseite des ersten Blechs durch das dritte Blech abgedeckt ist und das dritte Blech den zweiten Kühlkanal verschließt, wobei der zweite Kühlkanal mit dem Arbeitsmittel gefüllt ist. So ist neben dem ersten Kühlkanal ein zweiter Kühlkanal in der Kühlvorrichtung gebildet. Die beiden Kühlkanäle können auf einfache Weise durch Umformen des ersten Blechs gebildet sein, wobei durch die Umformung des ersten Blechs die erste Vertiefung für den ersten Kühlkanal und die zweite Vertiefung für den zweiten Kühlkanal in dem ersten Blech eingeprägt sind. According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the stack of metal sheets also includes a third metal sheet, with the cooling device also including at least one second cooling channel which is designed as a second depression in the underside of the first metal sheet, with the third metal sheet on the underside of the first Plate is arranged, wherein the second depression of the first plate is covered on the underside of the first plate by the third plate and the third plate closes the second cooling channel, wherein the second cooling channel is filled with the working medium. A second cooling channel is formed in the cooling device next to the first cooling channel. The two cooling ducts can be formed in a simple manner by forming the first metal sheet, the first depression for the first cooling duct and the second depression for the second cooling duct being embossed in the first metal sheet as a result of the forming of the first metal sheet.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der erste Kühlkanal und/ oder der zweite Kühlkanal in der Kühlvorrichtung mäanderförmig verlaufen. Ein mäanderförmiger Verlauf der Kühlkanäle ermöglicht einen vorteilhaft effizienten Betrieb des Kühlkörpers als Pulsating Heat Pipe und somit eine effiziente Wärmeabfuhr von dem zu kühlenden Bauteil über die Kühlvorrichtung. According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the first cooling channel and/or the second cooling channel run in a meandering manner in the cooling device. A meandering course of the cooling channels enables an advantageously efficient operation of the heat sink as a pulsating heat pipe and thus efficient heat dissipation from the component to be cooled via the cooling device.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal in der Kühlvorrichtung nebeneinander und durch eine von dem ersten Blech gebildete Trennwand getrennt voneinander verlaufen. So kann erreicht werden, dass die beiden Kühlkanäle in derselben Ebene in dem Stapel aus Blechen verlaufen. Weiterhin können auf diese Weise der erste Kühlkanal und der zweite Kühlkanal vorteilhaft nah aneinander verlaufen und eine somit eine vorteilhaft dichte Anordnung der Kühlkanäle in der Kühlvorrichtung erreicht werden. According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the first cooling duct and the second cooling duct run alongside one another in the cooling device and are separated from one another by a partition wall formed by the first metal sheet. In this way it can be achieved that the two cooling channels run in the same plane in the stack of metal sheets. Furthermore, in this way the first cooling duct and the second cooling duct can advantageously run close to one another and thus an advantageously dense arrangement of the cooling ducts in the cooling device can be achieved.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung wenigstens zwei zweite Kühlkanäle, die als zweite Vertiefungen in der Unterseite des ersten Blechs ausgebildet sind, umfasst. Dabei verläuft der erste Kühlkanal zwischen den beiden zweiten Kühlkanälen, wobei der erste Kühlkanal 4 zwischen zwei von dem ersten Blech gebildeten Trennwänden verläuft, die jeweils einen der beiden zweiten Kühlkanäle von dem ersten Kühlkanal trennen. Auf diese Weise können drei in einer Ebene der Kühlvorrichtung parallel zueinander verlaufende und voneinander durch die Trennwände getrennte Kühlkanäle gebildet sein. Die Kühlkanäle verlaufen vorteilhaft dicht aneinander. Somit kann eine gute Wärmeabfuhr durch die Kühlvorrichtung erreicht werden. According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the cooling device comprises at least two second cooling channels, which are designed as second depressions in the underside of the first metal sheet. The first cooling channel runs between the two second cooling channels, with the first cooling channel 4 runs between two partitions formed by the first metal sheet, each of which separates one of the two second cooling channels from the first cooling channel. In this way, three cooling channels running parallel to one another and separated from one another by the partitions can be formed in one plane of the cooling device. The cooling channels advantageously run close together. Good heat dissipation can thus be achieved by the cooling device.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die erste Vertiefung in dem ersten Blech und/oder die zweite Vertiefung in dem ersten Blech durch Umformen eines ebenen Blechs gefertigt sind. So kann die Kühlvorrichtung vorteilhaft einfach gefertigt werden. Die erste Vertiefung und/oder die zweite Vertiefung sind beispielsweise durch Tiefziehen des ersten Blechs gebildet. According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the first indentation in the first sheet metal and/or the second indentation in the first sheet metal are produced by forming a flat sheet metal. The cooling device can thus advantageously be manufactured in a simple manner. The first depression and/or the second depression are formed, for example, by deep-drawing the first metal sheet.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung wenigstens zwei Stapel aus Blechen umfasst, wobei die zwei Stapel übereinander angeordnet sind. Dadurch kann die Anzahl der parallelen Kühlkanäle für die Pulsating Heat Pipes vorteilhaft erhöht werden, was je nach Applikation zu einer verbesserten Funktion und/oder einer verbesserten Wärmespreizung führt. Aus diese Weise kann eine Kühlvorrichtung mit Kühlkanälen für Pulsating Heat Pipes in mehreren Ebenen gebildet sein. So kann durch die Kühlvorrichtung Wärme vorteilhaft gut abgeleitet werden. According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the cooling device comprises at least two stacks of metal sheets, with the two stacks being arranged one above the other. As a result, the number of parallel cooling channels for the pulsating heat pipes can advantageously be increased, which, depending on the application, leads to an improved function and/or improved heat spread. In this way, a cooling device with cooling channels for pulsating heat pipes can be formed in several levels. In this way, heat can advantageously be dissipated well by the cooling device.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die zwei in der Kühlvorrichtung übereinander angeordneten Stapel identisch ausgebildet sind. Ein derart ausgebildeter Kühlkörper kann vorteilhaft einfach gefertigt werden. According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the two stacks arranged one above the other in the cooling device are of identical design. A heat sink designed in this way can advantageously be manufactured in a simple manner.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die ersten Kühlkanäle der beiden Stapel fluidisch miteinander verbunden sind und/oder dass die zweiten Kühlkanäle der beiden Stapel fluidisch miteinander verbunden sind. Die vertikal gestapelten Kühlkanäle können dabei beispielsweise durch Löcher in den zwischen den entsprechenden Kühlkanälen angeordneten Blechen, die beispielsweise durch Stanzen hergestellt sein können, miteinander verbunden sein. Dies ermöglicht eine gemeinsame Befüllung der Kühlkanäle mit dem Arbeitsmittel. Weiterhin lässt sich die Struktur der Kühlkanäle für die Pulsating Heat Pipe auf diese Weise auch dreidimensional gestalten. Da das Arbeitsmittel dann zwischen den einzelnen Ebenen - 5 - wechseln kann, kann Wärme nicht nur in einer Blechebene, sondern auch zwischen den Blechebenen über die Pulsating Heat Pipe statt über Wärmeleitung transportiert werden. According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the first cooling channels of the two stacks are fluidly connected to one another and/or that the second cooling channels of the two stacks are fluidly connected to one another. The vertically stacked cooling ducts can be connected to one another, for example, by holes in the metal sheets arranged between the corresponding cooling ducts, which can be produced, for example, by stamping. This enables the cooling channels to be filled together with the working medium. Furthermore, the structure of the cooling channels for the pulsating heat pipe can also be designed three-dimensionally in this way. Since the work equipment then between the individual levels - 5 - can change, heat can be transported not only in a sheet level, but also between the sheet levels via the pulsating heat pipe instead of heat conduction.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Bleche der Kühlvorrichtung, insbesondere mittels Schweißen oder Löten, miteinander verbunden sind. So sind die Bleche auf stabile und einfache Weise miteinander verbunden. According to an advantageous exemplary embodiment, it is provided that the metal sheets of the cooling device are connected to one another, in particular by means of welding or soldering. In this way, the metal sheets are connected to one another in a stable and simple manner.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it
Fig. 1 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels derFig. 1 is a representation of a first embodiment of
Kühlvorrichtung, cooler,
Fig. 2 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels derFig. 2 shows a second embodiment of the
Kühlvorrichtung, cooler,
Fig. 3 einen Querschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel derFig. 3 shows a cross section through the second embodiment of
Kühlvorrichtung aus Fig. 2, cooling device from Fig. 2,
Fig. 4 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines ersten Blechs. 4 shows a representation of an exemplary embodiment of a first metal sheet.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 1. Die Kühlvorrichtung 1 kann zur Kühlung von Elektronik oder anderen Hotspots aller Art, beispielsweise zur Kühlung von Leistungselektronik in E-Fahrzeugen, passiver Batteriekühlung, Kühlung von Motorsteuergeräten, Ladestationen oder Drive-Units in eBikes verwendet werden. Die Kühlvorrichtung 1 ist dazu ausgebildet, das zu kühlende Bauteil, beispielsweise eine Leistungselektronik, beispielsweise ein Halbleiterbauteil zu kühlen. Dazu kann das in den Figuren 6 nicht dargestellte Bauteil thermisch an der Kühlvorrichtung 1 angebunden sein. Das Bauteil kann beispielsweise mittelbar oder unmittelbar an der Kühlvorrichtung 1 anliegen. Dazu kann an der Kühlvorrichtung 1 eine ebene Auflagefläche ausgebildet sein. Die Auflagefläche kann an verschiedenen Seiten der Kühlvorrichtung 1 ausgebildet sein. Die Auflagefläche 9 kann beispielsweise eine Außenseite eines zweiten Blechs 22 oder eines dritten Blechs 23 sein. Figure 1 shows an embodiment of a cooling device 1. The cooling device 1 can be used to cool electronics or other hotspots of all kinds, for example for cooling power electronics in electric vehicles, passive battery cooling, cooling of engine control units, charging stations or drive units in eBikes . The cooling device 1 is designed to cool the component to be cooled, for example power electronics, for example a semiconductor component. This can be done in the figures 6 component, not shown, can be thermally connected to the cooling device 1. The component can, for example, rest directly or indirectly on the cooling device 1 . For this purpose, a flat support surface can be formed on the cooling device 1 . The support surface can be formed on different sides of the cooling device 1 . The bearing surface 9 can be, for example, an outside of a second metal sheet 22 or a third metal sheet 23 .
Die Kühlvorrichtung 1 umfasst einen oder mehrere Kühlkanäle 11,12. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Kühlvorrichtung 1 einen ersten Kühlkanal 11 und zwei zweite Kühlkanäle 12. Die Kühlkanäle 11,12 sind vorzugsweise rohrförmig ausgebildet. Die Kühlkanäle 11,12 weisen in den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen einen rechteckförmigen Querschnitt quer zur Flussrichtung des Arbeitsmittels 6 durch die Kühlkanäle 11,12 auf. Die Kühlkanäle 11, 12 können aber auch andere Querschnitte, wie beispielsweise halbkreisförmige oder trapezförmige Querschnitte aufweisen. Der erste Kühlkanal 11 und der zweite Kühlkanal 12 verlaufen in dem Ausführungsbeispiel parallel zueinander. Die Kühlkanäle 11,12 sind fluidisch voneinander getrennt.The cooling device 1 comprises one or more cooling channels 11,12. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the cooling device 1 comprises a first cooling duct 11 and two second cooling ducts 12. The cooling ducts 11, 12 are preferably of tubular design. In the exemplary embodiments illustrated in the figures, the cooling channels 11 , 12 have a rectangular cross section transverse to the flow direction of the working medium 6 through the cooling channels 11 , 12 . However, the cooling channels 11, 12 can also have other cross sections, such as semicircular or trapezoidal cross sections. The first cooling channel 11 and the second cooling channel 12 run parallel to one another in the exemplary embodiment. The cooling channels 11,12 are fluidically separated from each other.
Die Kühlkanäle 11,12 können aber auch fluidische Verbindungen untereinander aufweisen und nur in Abschnitten voneinander fluidisch getrennt sein. However, the cooling channels 11, 12 can also have fluidic connections with one another and only be fluidically separated from one another in sections.
Die Kühlkanäle 11,12 können, wie in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, beispielsweise mäanderförmig verlaufen. Dabei können die Kühlkanäle 11,12 jeweils mehrere Mittelsegmente 51 aufweisen, in denen der jeweilige Kühlkanal 11,12 gerade verläuft. Weiterhin können die Kühlkanäle 11,12 jeweils mehrere, beispielsweise U-förmig ausgebildete, Umlenksegmente 52 aufweisen, an denen der jeweilige Kühlkanal 11,12 eine Richtungsumkehr erfährt. Die Mittelsegmente 51 eines Kühlkanals 11,12 erstrecken sich parallel zueinander und sind jeweils mittels eines Umlenksegments 52 mit einem weiteren Mittelsegment 51 desselben Kühlkanals 11,12 verbunden. Die einzelnen Kühlkanäle 11,12 sind beispielsweise geschlossen ausgebildet. Hierfür weist der Kühlkanal 11,12 vorzugsweise einen in den Figuren nicht dargestellten Verbindungsbereich auf, welcher einen geschlossenen Kreislauf des Kühlkanals 11,12 bildet. Der Kühlkanal 11,12 kann weiterhin ein in den Figuren nicht dargestelltes Ventil aufweisen, um beispielsweise eine Evakuierung des Kühlkanals 11,12 und eine Befüllung des Kühlkanals 11,12 mit dem Arbeitsmittel - 7 - As in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the cooling channels 11, 12 can, for example, run in a meandering shape. The cooling channels 11,12 can each have a plurality of middle segments 51, in which the respective cooling channel 11,12 runs straight. Furthermore, the cooling ducts 11, 12 can each have a plurality of deflection segments 52, for example U-shaped, at which the respective cooling duct 11, 12 undergoes a reversal of direction. The middle segments 51 of a cooling channel 11,12 extend parallel to one another and are each connected by means of a deflection segment 52 to another middle segment 51 of the same cooling channel 11,12. The individual cooling channels 11, 12 are, for example, designed to be closed. For this purpose, the cooling channel 11,12 preferably has a connection area, not shown in the figures, which forms a closed circuit of the cooling channel 11,12. The cooling channel 11,12 can also have a valve, not shown in the figures, in order, for example, to evacuate the cooling channel 11,12 and fill the cooling channel 11,12 with the working medium - 7 -
6 zu ermöglichen. Die Kühlkanäle 11,12 verlaufen in diesem Ausführungsbeispiel jeweils in einer Ebene. 6 to allow. In this exemplary embodiment, the cooling channels 11, 12 each run in one plane.
Wie in Fig.1 dargestellt, verlaufen die Kühlkanäle 11,12 in der Kühlvorrichtung 1 zwischen Blechen 21, 22, 23. Die Bleche 21, 22, 23 sind übereinandergestapelt. Die Bleche 21, 22, 23 bilden zusammen einen Stapel 10. Die Bleche 21, 22, 23 sind beispielsweise aus Stahl, Aluminium, Kupfer oder einem anderen geeigneten Material ausgebildet. Die Bleche 21, 22, 23 sind beispielsweise durch Schweißen oder Löten miteinander verbunden. Die Bleche 21 , 22, 23 weisen beispielsweise über ihre flächige Ausdehnung hinweg eine konstante Dicke auf. Dabei ist ein erstes Blech 21 zwischen einem zweiten Blech 22 und einem dritten Blech 23 angeordnet. Das erste Blech 21 weist eine Oberseite 25 und eine von der Oberseite 25 abgewandte Unterseite 26 auf. Die Oberseite 25 des ersten Blechs 21 ist dem zweiten Blech 22 zugewandt. Das zweite Blech 22 ist an der Oberseite 25 des ersten Blechs 21, beispielsweise durch Löten oder Schweißen, befestigt. Die Unterseite 26 des ersten Blechs 21 ist dem dritten Blech 23 zugewandt. Das dritte Blech 23 ist an der Unterseite 26 des ersten Blechs 21, beispielsweise durch Löten oder Schweißen, befestigt. As shown in FIG. 1, the cooling channels 11, 12 in the cooling device 1 run between metal sheets 21, 22, 23. The metal sheets 21, 22, 23 are stacked one on top of the other. The metal sheets 21, 22, 23 together form a stack 10. The metal sheets 21, 22, 23 are made of steel, aluminum, copper or another suitable material, for example. The metal sheets 21, 22, 23 are connected to one another, for example by welding or soldering. The metal sheets 21, 22, 23 have, for example, a constant thickness over their areal extent. A first metal sheet 21 is arranged between a second metal sheet 22 and a third metal sheet 23 . The first metal sheet 21 has an upper side 25 and an underside 26 facing away from the upper side 25 . The upper side 25 of the first metal sheet 21 faces the second metal sheet 22 . The second sheet 22 is attached to the top 25 of the first sheet 21, for example by soldering or welding. The underside 26 of the first metal sheet 21 faces the third metal sheet 23 . The third sheet 23 is attached to the underside 26 of the first sheet 21, for example by soldering or welding.
Das erste Blech 21 ist verformt. Das erste Blech 21 ist beispielsweise tiefgezogen und somit verformt. So ist in dem ersten Blech 21 an der Oberseite 25 eine erste Vertiefung 27 ausgebildet. Das erste Blech 21 ist somit derart verformt, dass es in der ersten Vertiefung 27 von der Oberseite 25 her nach unten gedrückt ist. Weiterhin sind auf der Unterseite 26 des ersten Blechs 21 zwei zweite Vertiefungen 28 ausgebildet. Das erste Blech 21 ist somit derart verformt, dass es in den zweiten Vertiefungen 28 von der Unterseite 26 des ersten Blechs 21 her nach oben gedrückt ist. Die erste Vertiefung 27 in der Oberseite 25 des ersten Blechs 21 bildet einen ersten Kühlkanal 11. Die zweiten Vertiefungen 28 in der Unterseite 26 des ersten Blechs 21 bilden zwei zweite Kühlkanäle 12. The first sheet 21 is deformed. The first sheet 21 is, for example, deep-drawn and thus deformed. A first depression 27 is thus formed in the first metal sheet 21 on the upper side 25 . The first metal sheet 21 is thus deformed in such a way that it is pressed downwards from the upper side 25 in the first depression 27 . Furthermore, two second depressions 28 are formed on the underside 26 of the first metal sheet 21 . The first metal sheet 21 is thus deformed in such a way that it is pressed upwards in the second depressions 28 from the underside 26 of the first metal sheet 21 . The first depression 27 in the upper side 25 of the first metal sheet 21 forms a first cooling channel 11. The second depressions 28 in the underside 26 of the first metal sheet 21 form two second cooling channels 12.
Ein Ausführungsbeispiel eines umgeformten ersten Blechs 21 ist in Fig. 4 dargestellt. Werden die zwei zweiten Vertiefungen 28 in der Unterseite 26 des ersten Blechs 21, beispielsweise durch Tiefziehen eines ebenen Blechs, in die Unterseite 26 in das erste Blech 21 eingebracht, so bildet sich auf der Oberseite 8 An exemplary embodiment of a formed first metal sheet 21 is shown in FIG. 4 . If the two second indentations 28 in the underside 26 of the first sheet 21 are introduced into the underside 26 of the first sheet 21, for example by deep-drawing a flat sheet, then the upper side is formed 8th
25 des ersten Blechs 21 zwischen den zwei zweiten Vertiefungen 28 die erste Vertiefung 27 für den ersten Kühlkanal 11 aus. 25 of the first sheet 21 between the two second depressions 28 the first depression 27 for the first cooling channel 11.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist der erste Kühlkanal 11 in der Kühlvorrichtung 1 an der Oberseite 25 des ersten Blechs 21 von dem zweiten Blech 22 abgedeckt und somit verschlossen. Das zweite Blech 22 liegt an den Rändern des ersten Kühlkanals 11 mittelbar oder unmittelbar an der Oberseite 25 des ersten Blechs auf, so dass der erste Kühlkanal 11 dicht verschlossen ist. Die zweiten Kühlkanäle 12 sind an der Unterseite 26 des ersten Blechs 21 von dem dritten Blech 23 abgedeckt und somit verschlossen. Das dritte Blech 23 liegt an den Rändern der zweiten Kühlkanäle 12 mittelbar oder unmittelbar an der UnterseiteAs can be seen in FIG. 1 , the first cooling channel 11 in the cooling device 1 is covered by the second metal sheet 22 on the upper side 25 of the first metal sheet 21 and is thus closed. The second metal sheet 22 rests directly or indirectly on the edges of the first cooling channel 11 on the upper side 25 of the first metal sheet, so that the first cooling channel 11 is tightly closed. The second cooling channels 12 are covered by the third sheet 23 on the underside 26 of the first sheet 21 and are thus closed. The third metal sheet 23 lies on the edges of the second cooling channels 12 directly or indirectly on the underside
26 des ersten Blechs 21 auf, so dass die zweiten Kühlkanäle 12 dicht verschlossen sind. 26 of the first sheet 21, so that the second cooling channels 12 are sealed.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 1 verlaufen der erste Kühlkanal 11 und die zweiten Kühlkanäle 12 nebeneinander. Der erste Kühlkanal 11 verläuft zwischen den beiden zweiten Kühlkanälen 12. Zwischen dem ersten Kühlkanal 11 und den zweiten Kühlkanälen 12 ist jeweils eine Trennwand 29 angeordnet. Die Trennwände 29 werden von dem ersten Blech 21 gebildet. Die Trennwände 29 trennen den ersten Kühlkanal 11 von den beiden zweiten Kühlkanälen 12. Die Vertiefungen 27,28 in dem ersten Blech 21 sind beispielsweise durch Umformen eines ebenen Blechs aus der Ebene heraus gefertigt. Das erste Blech 21 kann beispielsweise durch Tiefziehen umgeformt sein. Das zweite Blech 22 und das dritte Blech 23 können, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, eben ausgebildet sein. Das zweite Blech 22 und das dritte Blech 23 können aber auch Umformungen, wie beispielsweise Vertiefungen aufweisen. In the exemplary embodiment of the cooling device 1 illustrated in FIG. 1, the first cooling channel 11 and the second cooling channels 12 run alongside one another. The first cooling duct 11 runs between the two second cooling ducts 12. Between the first cooling duct 11 and the second cooling ducts 12 a partition wall 29 is arranged in each case. The partitions 29 are formed by the first metal sheet 21 . The partition walls 29 separate the first cooling duct 11 from the two second cooling ducts 12. The depressions 27, 28 in the first metal sheet 21 are produced, for example, by forming a flat metal sheet out of the plane. The first metal sheet 21 can be shaped, for example, by deep drawing. The second metal sheet 22 and the third metal sheet 23 can be flat, as in the illustrated embodiment. However, the second metal sheet 22 and the third metal sheet 23 can also have deformations, such as indentations.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kühlvorrichtung 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei Stapel 20 aus Blechen 21,22,23 wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die beiden Stapel 20 sind übereinander angeordnet und beispielsweise mittels Schweißen oder Löten miteinander verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Stapel 20 mit den Blechen 21,22,23 identisch ausgebildet und derart übereinander angeordnet, dass die sich jeweils entsprechenden Kühlkanäle 11,12 in zwei zueinander parallelen Ebenen parallel zueinander und direkt - 9 - übereinander verlaufen. In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 1 senkrecht zur flächigen Erstreckung der Bleche dargestellt. Wie in Fig. 3 dargestellt können die Kühlkanäle 11,12 aus unterschiedlichen übereinander angeordneten Stapeln 20 aus Blechen 21,22,23 fluidisch miteinander verbunden sein. Dazu können in den zwischen den jeweiligen Kühlkanälen 11,12 angeordneten Blechen 22,23 Durchbrüche ausgebildet sein, so dass zwischen den Kühlkanälen 11,12 ein Verbindungskanal durch die Bleche 22,23 zwischen den Kühlkanälen 11,12 ausgebildet ist, über den die Kühlkanäle 11,12 fluidisch miteinander verbunden sind. Another embodiment of the cooling device 1 is shown in FIG. In this exemplary embodiment, the cooling device 1 comprises two stacks 20 of metal sheets 21, 22, 23, as described in the first exemplary embodiment. The two stacks 20 are arranged one above the other and are connected to one another, for example by means of welding or soldering. In this exemplary embodiment, the two stacks 20 with the metal sheets 21,22,23 are of identical design and are arranged one above the other in such a way that the respective cooling channels 11,12 are parallel to one another and directly in two mutually parallel planes - 9 - one above the other. FIG. 3 shows a cross section through the exemplary embodiment of the cooling device 1 shown in FIG. 2, perpendicular to the flat extension of the metal sheets. As shown in FIG. 3, the cooling channels 11, 12 can be fluidically connected to one another from different stacks 20 of metal sheets 21, 22, 23 arranged one above the other. For this purpose, openings can be formed in the metal sheets 22,23 arranged between the respective cooling ducts 11,12, so that a connecting duct is formed between the cooling ducts 11,12 through the metal sheets 22,23 between the cooling ducts 11,12, via which the cooling ducts 11 , 12 are fluidly connected to each other.
Innerhalb der Kühlkanäle 11,12 befindet sich ein Arbeitsmittel 6, welches gleichzeitig in flüssigen und in gasförmigen Zustand vorliegt. Das Arbeitsmittel 6 liegt in dem Kühlkanal 11,12 gleichzeitig gasförmig und flüssig vor, mit anderen Worten teils gasförmig und teils flüssig. Das heißt, das Arbeitsmittel 6 liegt im Kühlkanal 11,12 zweiphasig vor. Insbesondere liegen dabei innerhalb des Kühlkanals 11,12 Gasblasen sowie Flüssigkeitssäulen gleichzeitig vor. Vorzugsweise nehmen bei einer Nenntemperatur die Gasblasen sowie die Flüssigkeitssäulen ein ähnlich großes Volumen ein. Besonders bevorzugt nimmt der gasförmige Anteil des Arbeitsmittels 6 bei der Nenntemperatur 30 % bis 70 % eines Innenvolumens des Kühlkanals 11,12 ein, wobei das restliche Innenvolumen durch den flüssigen Anteil des Arbeitsmittels 6 eingenommen wird. In Abhängigkeit einer Temperatur der Kühlvorrichtung 1 ändert sich dabei das Volumenverhältnis durch Verdampfen oder Kondensieren des Arbeitsmittels 6.Within the cooling channels 11,12 is a working medium 6, which is simultaneously in liquid and gaseous state. The working medium 6 is present in the cooling channel 11, 12 in gaseous and liquid form at the same time, in other words partly gaseous and partly liquid. This means that the working medium 6 is in two phases in the cooling channel 11,12. In particular, there are simultaneously gas bubbles and liquid columns within the cooling channel 11 , 12 . At a nominal temperature, the gas bubbles and the liquid columns preferably occupy a similarly large volume. The gaseous portion of the working medium 6 particularly preferably occupies 30% to 70% of an internal volume of the cooling channel 11 , 12 at the nominal temperature, with the remaining internal volume being occupied by the liquid portion of the working medium 6 . Depending on the temperature of the cooling device 1, the volume ratio changes as a result of evaporation or condensation of the working medium 6.
So kann der Kühlkanal 11,12 in der Kühlvorrichtung 1 als Pulsating Heat Pipe betrieben werden. The cooling channel 11, 12 in the cooling device 1 can thus be operated as a pulsating heat pipe.
Bei einer Erwärmung der Kühlvorrichtung 1 durch das zu kühlende Bauteil erfolgt eine Erwärmung des Kühlkanals 11,12 sowie des darin befindlichen Arbeitsmittels 6. Durch eine Kombination aus Verdampfung, Kondensation, konvektivem Wärmetransport und Wärmeleitung erfolgt ein Abtransport der Wärme durch die Kühlvorrichtung 1 und somit eine Kühlung des Bauteils. Besonders bevorzugt weist das Arbeitsmittel 6 eine kritische Temperatur auf, die größer als eine maximale Betriebstemperatur ist. Vorzugsweise weist das Arbeitsmittel 6 eine kritische Temperatur von mindestens 233 K, vorzugsweise mindestens 273 K besonders vorzugsweise mindestens 373 K, und 10 insbesondere maximal 533 K, auf. Als kritische Temperatur wird dabei eine Temperatur eines Stoffes am kritischen Punkt angesehen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Arbeitsmittel 6 in einem bevorzugten Betriebsbereich, in welchem das Arbeitsmittel 6 insbesondere bei Temperaturen von 222 K bis 473 K, insbesondere von 273 K bis 373 K, vorliegt, zweiphasig innerhalb desWhen the cooling device 1 is heated by the component to be cooled, the cooling channel 11, 12 and the working medium 6 located therein are heated. A combination of evaporation, condensation, convective heat transport and heat conduction results in the heat being transported away through the cooling device 1 and thus a cooling of the component. The working medium 6 particularly preferably has a critical temperature that is greater than a maximum operating temperature. The working medium 6 preferably has a critical temperature of at least 233 K, preferably at least 273 K, particularly preferably at least 373 K, and 10 in particular a maximum of 533 K. A temperature of a substance at the critical point is regarded as the critical temperature. This ensures that the working medium 6 in a preferred operating range, in which the working medium 6 is present in particular at temperatures from 222 K to 473 K, in particular from 273 K to 373 K, in two phases within
Kühlkanals 11,12 vorliegen kann. Vorzugsweise ist das Arbeitsmittel 6 ein organisches Kältemittel, welches beispielsweise in Fahrzeugklimaanlagen eingesetzt wird, wie insbesondere 2,3,3,3-Tetrafluorpropen, auch als R1234yf bezeichnet, R1233zd(E) usw. Besonders bevorzugt weist das Arbeitsmittel 6 einen Schmelzpunkt auf, welcher maximal 273 K, vorzugsweise maximal 233K, besonders bevorzugt maximal 213 K, beträgt. Cooling channel 11,12 may be present. The working medium 6 is preferably an organic refrigerant, which is used for example in vehicle air conditioning systems, such as in particular 2,3,3,3-tetrafluoropropene, also referred to as R1234yf, R1233zd(E), etc. The working medium 6 particularly preferably has a melting point which is at most 273K, preferably at most 233K, particularly preferably at most 213K.
Selbstverständlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele und Mischformen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich. Of course, further exemplary embodiments and mixed forms of the exemplary embodiments shown are also possible.

Claims

11 11
Ansprüche Expectations
1. Kühlvorrichtung, zum Kühlen von Bauteilen umfassend: 1. Cooling device for cooling components, comprising:
- wenigstens einen ersten Kühlkanal (11), wobei der erste Kühlkanal (11) mit einem Arbeitsmittel (6) gefüllt ist, welches gleichzeitig gasförmig und flüssig in dem ersten Kühlkanal (11) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) wenigstens einen Stapel- at least one first cooling channel (11), the first cooling channel (11) being filled with a working medium (6) which is present in gaseous and liquid form in the first cooling channel (11) at the same time, characterized in that the cooling device (1) has at least one stack
(20) aus Blechen (21,22,23) umfasst, wobei der Stapel (10) aus Blechen (21,22,23) wenigstens ein erstes Blech (21) mit einer ersten Oberseite (25) und einer ersten Unterseite (26) und ein zweites Blech (22) umfasst, wobei der erste Kühlkanal (11) als erste Vertiefung (27) in der Oberseite (25) des ersten Blechs(20) of metal sheets (21, 22, 23), the stack (10) of metal sheets (21, 22, 23) comprising at least one first metal sheet (21) with a first upper side (25) and a first lower side (26) and a second sheet (22), wherein the first cooling channel (11) as a first depression (27) in the top (25) of the first sheet
(21) ausgebildet ist, wobei das zweite Blech (22) an der Oberseite (25) des ersten Blechs (21) angeordnet ist, wobei die erste Vertiefung (27) des ersten Blechs (21) an der Oberseite (25) des ersten Blechs (21) durch das zweite Blech(21) is formed, the second sheet (22) being arranged on the upper side (25) of the first sheet (21), the first depression (27) of the first sheet (21) being on the upper side (25) of the first sheet (21) through the second sheet
(22) abgedeckt ist und das zweite Blech (22) den ersten Kühlkanal (11) verschließt. (22) is covered and the second plate (22) closes the first cooling channel (11).
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (20) aus Blechen (21,22,23) weiterhin ein drittes Blech (23) umfasst, wobei die Kühlvorrichtung (1) weiterhin wenigstens einen zweiten Kühlkanal (12) umfasst, der als zweite Vertiefung (28) in der Unterseite (26) des ersten Blechs (21) ausgebildet ist, wobei das dritte Blech (23) auf der Unterseite (26) des ersten Blechs (21) angeordnet ist, wobei die zweite Vertiefung (28) des ersten Blechs (21) an der Unterseite (26) des ersten Blechs (21) durch das dritte Blech (23) abgedeckt ist und das dritte Blech (23) den zweiten Kühlkanal (12) verschließt, wobei der zweite Kühlkanal (12) mit dem Arbeitsmittel (6) gefüllt ist. 2. Cooling device according to claim 1, characterized in that the stack (20) of sheets (21, 22, 23) further comprises a third sheet (23), wherein the cooling device (1) further comprises at least one second cooling channel (12), which is formed as a second depression (28) in the underside (26) of the first metal sheet (21), the third metal sheet (23) being arranged on the underside (26) of the first metal sheet (21), the second depression (28 ) of the first sheet (21) is covered on the underside (26) of the first sheet (21) by the third sheet (23) and the third sheet (23) closes the second cooling channel (12), the second cooling channel (12) is filled with the working medium (6).
3. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (11) und/ oder der zweite Kühlkanal (12) in der Kühlvorrichtung (1) mäanderförmig verlaufen. 3. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the first cooling channel (11) and / or the second cooling channel (12) in the cooling device (1) meandering.
4. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkanal (11) und der zweite Kühlkanal (12) in der Kühlvorrichtung (1) nebeneinander und durch eine von dem ersten Blech (21) gebildete Trennwand (29) getrennt voneinander verlaufen. 12 4. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the first cooling duct (11) and the second cooling duct (12) in the cooling device (1) next to each other and separated from one another by a partition (29) formed by the first metal sheet (21). get lost. 12
5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) wenigstens zwei zweite Kühlkanäle (12), die als zweite Vertiefungen (28) in der Unterseite (26) des ersten Blechs (21) ausgebildet sind, umfasst, wobei der erste Kühlkanal (11) zwischen den beiden zweiten Kühlkanälen (12) verläuft, wobei der erste Kühlkanal (11) zwischen zwei von dem ersten Blech (21) gebildeten Trennwänden (29) verläuft, die jeweils einen der beiden zweiten Kühlkanäle (12) von dem ersten Kühlkanal (11) trennen. 5. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (1) comprises at least two second cooling channels (12) which are designed as second depressions (28) in the underside (26) of the first metal sheet (21), wherein the first cooling duct (11) runs between the two second cooling ducts (12), wherein the first cooling duct (11) runs between two partitions (29) formed by the first metal sheet (21), each of which separates one of the two second cooling ducts (12) separate from the first cooling channel (11).
6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vertiefung (27) in dem ersten Blech (21) und/oder die zweite Vertiefung (28) in dem ersten Blech (21) durch Umformen eines ebenen Blechs gefertigt sind. 6. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the first recess (27) in the first sheet (21) and / or the second recess (28) in the first sheet (21) are made by forming a flat sheet.
7. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) wenigstens zwei Stapel (20) aus Blechen (21,22,23) umfasst, wobei die zwei Stapel (20) übereinander angeordnet sind. 7. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling device (1) comprises at least two stacks (20) of metal sheets (21, 22, 23), the two stacks (20) being arranged one above the other.
8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei in der Kühlvorrichtung (1) übereinander angeordneten Stapel (20) identisch ausgebildet sind. 8. Cooling device according to claim 7, characterized in that the two stacks (20) arranged one above the other in the cooling device (1) are of identical design.
9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kühlkanäle (11) der beiden Stapel (20) fluidisch miteinander verbunden sind und/oder dass die zweiten Kühlkanäle (12) der beiden Stapel (20) fluidisch miteinander verbunden sind. 9. Cooling device according to one of claims 7 or 8, characterized in that the first cooling channels (11) of the two stacks (20) are fluidly connected to one another and/or that the second cooling channels (12) of the two stacks (20) are fluidly connected to one another are.
10. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (21,22,23) der Kühlvorrichtung (1), insbesondere mittels Schweißen oder Löten, miteinander verbunden sind. 10. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the metal sheets (21, 22, 23) of the cooling device (1) are connected to one another, in particular by means of welding or soldering.
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