WO2008138777A1 - Heat exchanger for cooling an electronic assembly - Google Patents

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WO2008138777A1
WO2008138777A1 PCT/EP2008/055422 EP2008055422W WO2008138777A1 WO 2008138777 A1 WO2008138777 A1 WO 2008138777A1 EP 2008055422 W EP2008055422 W EP 2008055422W WO 2008138777 A1 WO2008138777 A1 WO 2008138777A1
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WO
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heat exchanger
exchanger according
plate
distribution unit
opening
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PCT/EP2008/055422
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Inventor
Arnoud Smit
Radu Vasile Bojan
Remus Sovagau
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element
    • F28F3/048—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element in the form of ribs integral with the element or local variations in thickness of the element, e.g. grooves, microchannels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
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    • 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
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20872—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
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    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for cooling an electronic assembly according to the features of the preamble of patent claim 1.
  • Heat exchangers are used in various fields of application for cooling electrical assemblies or for heat exchange of two flow media.
  • heat exchangers are used to cool a power electronics installed in a motor vehicle.
  • the power electronics installed in a motor vehicle heat up during operation, so that cooling must be provided in order to ensure a long service life of the components of the power electronics.
  • a separate cooling circuit for the power electronics is not provided in most cases, as this is too expensive and too large. Therefore, the power electronics must be cooled with the cooling medium from the motor circuit.
  • the cooling is only economically useful if the heat exchanger works very efficiently, and thus the conductivity of the bottom plate of the power electronics to the cooling medium is very high.
  • the heat exchanger must be designed so that the lowest possible pressure drop is achieved.
  • a high pressure drop in the heat exchanger is undesirable because a used in a motor vehicle cooling water pump can deliver only a small increase in pressure at a large flow rate, and at high pressure drops in the heat exchanger could cause instability in the cooling circuit.
  • WO03 / 095922 A2 discloses a heat exchanger having a distribution unit.
  • the flow of the cooling medium is controlled along a meander-shaped structure, so that through the Distribution unit wetted surface of the heat exchanger is cooled with the cooling medium.
  • the distribution unit consists of at least two cells, each having an inlet opening and one outlet opening in each case.
  • the cooling medium flows from a first collecting volume via the inlet opening into the distribution unit and flows out via the outlet opening from the distribution unit into a second collecting volume. This leads to a high pressure drop within the heat exchanger.
  • the object underlying the present invention is now to provide a heat exchanger which allows a lower pressure drop at the same time greater cooling capacity.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that if two juxtaposed cells of the distribution unit each have the same inlet opening and / or outlet opening then these are also flowed through simultaneously, and thus reduces the pressure drop in the heat exchanger and the cooling capacity is increased.
  • An advantageous embodiment of the invention is that increases the effective radiator surface of the heat exchanger by contact of the distribution unit with the support plate of the power electronics or with the cover of the heat exchanger housing, on which the power electronics is arranged.
  • An enlarged radiator surface allows greater cooling capacity.
  • the connection unit consists of an aluminum sheet, whereby material costs can be saved.
  • the connection unit also has a resilient effect due to the aluminum sheet.
  • the heat exchanger has good emergency running properties due to its relatively high proportion of heat-conducting elements and their arrangement in the heat exchanger, whereby the thermal load of the power electronics decreases.
  • a collecting basin is arranged on an inlet line and on an outlet line. This design of the sump reduces the speed of the cooling medium, improves the distribution of the cooling medium within the heat exchanger and reduces the pressure drop within the heat exchanger.
  • the sumps due to the design of the sumps, it is possible to arrange the position of the inlet line and / or the outlet line variably along the sump. This offers the advantage that the heat exchanger is flexible, e.g. for various motor vehicles, can be used without having to change the internal structure of the heat exchanger. Furthermore, it is also possible to use a rotatable, variably configurable inlet line and / or outlet line. This also allows a flexible use of heat exchangers in different vehicles.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that a better cooling performance of the heat exchanger is achieved in an opposite flow of the cooling medium between the individual rows of cells.
  • the flow direction in the cell rows depends on the arrangement of the inlet openings and outlet openings located in at least two columns. In one, depending on a row of cells, alternating arrangement of the inlet openings and outlet openings located in the respective column, a flow direction is established for each cell row. This flow direction is in each cell row with an alternating arrangement of the inlet openings and the outlet openings respectively opposite to the flow direction of the subsequent cell row.
  • the temperature gradient on the bottom plate of the power electronics or on the cover surface of the heat exchanger housing, on which the power electronics are arranged can be reduced by the opposing flow of the cooling medium between the respective cell rows.
  • a lower temperature gradient on the heat exchanger surface extends the life of the power electronics.
  • FIG. 1 shows a rear view of an assembled heat exchanger
  • FIG. 2 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without a bottom surface in a first embodiment
  • FIG. 3 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without the bottom surface and without a first plate in a first embodiment
  • FIG 4 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without the bottom surface, the first plate and without a second plate
  • FIG. 5 shows a front view of an assembled heat exchanger
  • FIG. 6 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without the bottom surface in a second embodiment
  • Figure 7 is a sectional view of a heat exchanger according to Figure 1 without the bottom surface and the first plate in a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a rear view of a heat exchanger 1 in the assembled state.
  • the trough-like housing of the heat exchanger consists of a bottom surface 10, an opposite, not visible, cover surface and side walls eleventh
  • FIG. 2 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without the bottom surface 10. Coolant flows into the heat exchanger 1 via an inlet line 25 and out again via an outlet line 26. Furthermore, the heat exchanger 1 has a first collecting tank 22 following the inlet pipe 25 and a second collecting tank 24 upstream of the outlet pipe 26. The coolant flowing out of the first reservoir 22 passes via a flow plate 23 with a knob-like surface structure to a first plate 20 which is level with the flow plate. The knob-like structure of the flow plate of the heat exchanger ensures swirling of the coolant exiting via the second reservoir 24 and thus improved cooling performance of the heat exchanger.
  • the coolant flows into the first collection basin 22 via the variably configurable inlet line 25. From there, the coolant flows via the nub-like surface structure of the flow plate 23 into a first collecting space bounded by the first plate 20 and the bottom surface 10. Finally, via inlet openings 21 in the first plate 20, the coolant flows out of the first collecting space into a distribution unit provided underneath the plate 20 and not visible in FIG. Furthermore, it is also conceivable that the individual inlet openings 21 are combined to form a single inlet opening.
  • FIG. 3 shows the heat exchanger 1 according to FIG. 1 without the bottom surface 10 and without the first plate 20.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a provided below the first plate 20 second plate 30. Via outlet openings 31 in the second plate 30, the cooling medium flows from a provided below the second plate 30, not visible in Figure 3 distribution unit in one through the first
  • Plate 20 and the second plate 30 bounded second plenum. From there, the coolant flows into the second reservoir 24 and leaves the heat exchanger via the second collection basin 24 downstream outlet conduit 26. Further, the second plate 30 has a from the first plate 20 to the second plate 30 reaching paragraph 32 along the inlet openings 21. Paragraph 32 is to ensure that no coolant from the first and / or second plenum can flow via the inlet openings in the first plate 20 into the second and / or first plenum.
  • FIG. 4 shows a view of a heat exchanger 1 according to FIG. 1 without the bottom surface 10, the first plate 20 and the second plate 30.
  • the distribution unit 40 is composed of at least two cells, each consisting of at least one cell row. Each cell row of the cells 32, 32 ', 32 "is connected to the cooling circuit via outlet openings 31, 31', or inlet opening 21, 21 '.
  • outlet openings 31, 31', or inlet opening 21, 21 ' In order to reduce the pressure loss within the heat exchanger, it has proven to be advantageous for adjacent cells to use the same inlet openings and / or the same outlet openings of the individual cell rows.
  • the individual inlet openings and the individual outlet openings are each arranged in columns.
  • the coolant flows via the individual inlet openings 21, 21 'of the first plate from the first collecting space into the respective cell row of the distributing unit 40. Furthermore, the coolant flows, starting from the inlet openings 21, 21 'horizontally, passing through the perimetric structure of the respective cell row, via the outlet openings 31, 31' of the second Plate off into the second plenum. In this case, the flow direction of the cooling medium, regardless of the cell row rectified, since the inlet openings and the outlet openings are each arranged in columns.
  • FIG. 5 shows a front view of an assembled heat exchanger 1 with a cover surface 51.
  • a cover plate 50 for an electronic assembly fastened there is provided on at least one partial region of the cover surface 51.
  • the distribution unit not visible in FIG. 5, is arranged below the cover plate 50.
  • the cover plate 50 is a part of the heat exchanger housing, through which a good seal of the heat exchanger is ensured.
  • the heat exchanger can also be designed as an open heat exchanger.
  • an open heat exchanger the sealing of the housing via a the electrical assembly associated carrier plate, which is fastened to the open side of the heat exchanger housing.
  • Figures 6 and 7 show a view of a heat exchanger having a first plate 60 or a second plate 70, each without the rear wall in a second embodiment.
  • the first plate 60 further has inlet openings 61 and the second plate 70 has outlet openings 71. Further, the second plate 70 along the inlet openings 71 from the first plate 60 to the second plate 70 reaching paragraphs 73 on.
  • each cell row of the distribution unit not visible in FIGS. 6 and 7 has at least one inlet opening 61 and one outlet opening 71, wherein adjacent cells use the same inlet opening 61 and / or the same outlet opening 71. Depending on the cell row, the inlet openings and the outlet openings are arranged alternately in a column.

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Abstract

The invention relates to a heat exchanger (1) for cooling an electronic assembly. With a distributing unit, the flow direction of a cooling medium along the surface of the heat exchange to be cooled is controlled. To this end, the pressure loss within the heat exchanger is reduced in that the adjoining cells (32, 32', 32') of the distributing unit (40) each have the same inlet opening (21, 21') and/or outlet opening (31, 31') for the cooling medium.

Description

Beschreibungdescription
Wärmetauscher zur Kühlung einer elektronischen BaugruppeHeat exchanger for cooling an electronic module
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Kühlung einer elektronischen Baugruppe gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger for cooling an electronic assembly according to the features of the preamble of patent claim 1.
Wärmetauscher werden in verschiedenen Anwendungsgebieten zur Kühlung von elektrischen Baugruppen oder zum Wärmeaustausch zweier Strömungsmedien eingesetzt. Insbesondere werden Wärmetauscher zur Kühlung einer in einem Kraftfahrzeug eingebauten Leistungselektronik verwendet. Die in einem Kraftfahrzeug eingebaute Leistungselektronik erwärmt sich während des Be- triebs, so dass eine Kühlung vorgesehen sein muss, um eine hohe Lebensdauer der Komponenten der Leistungselektronik zu gewährleisten. Dabei ist in den meisten Fällen ein separater Kühlkreislauf für die Leistungselektronik nicht vorgesehen, da dieser zu teuer und zu groß ist. Daher muss die Leistungs- elektronik mit dem Kühlmedium aus dem Motorkreislauf gekühlt werden. Die Kühlung ist aber nur ökonomisch sinnvoll, wenn der Wärmetauscher sehr effizient arbeitet, und somit die Leitfähigkeit von der Bodenplatte der Leistungselektronik bis ins Kühlmedium sehr hoch ist.Heat exchangers are used in various fields of application for cooling electrical assemblies or for heat exchange of two flow media. In particular, heat exchangers are used to cool a power electronics installed in a motor vehicle. The power electronics installed in a motor vehicle heat up during operation, so that cooling must be provided in order to ensure a long service life of the components of the power electronics. In this case, a separate cooling circuit for the power electronics is not provided in most cases, as this is too expensive and too large. Therefore, the power electronics must be cooled with the cooling medium from the motor circuit. The cooling is only economically useful if the heat exchanger works very efficiently, and thus the conductivity of the bottom plate of the power electronics to the cooling medium is very high.
Der Wärmetauscher muss derart ausgelegt sein, dass ein möglichst niedriger Druckabfall erzielt wird. Ein hoher Druckabfall im Wärmetauscher ist unerwünscht, da eine in einem Kraftfahrzeug eingesetzte Kühlwasserpumpe nur eine geringe Druckerhöhung bei einer großen Durchflussmenge liefern kann, und bei hohen Druckabfällen im Wärmetauscher Instabilitäten im Kühlkreislauf entstehen könnten.The heat exchanger must be designed so that the lowest possible pressure drop is achieved. A high pressure drop in the heat exchanger is undesirable because a used in a motor vehicle cooling water pump can deliver only a small increase in pressure at a large flow rate, and at high pressure drops in the heat exchanger could cause instability in the cooling circuit.
Aus der als WO03/095922 A2 veröffentlichten internationalen Patentanmeldung ist ein Wärmetauscher bekannt, der eine Verteileinheit aufweist. Mittels einer aus Plastik bestehenden Verteileinheit wird die Strömung des Kühlmediums entlang einer mäanderförmigen Struktur gesteuert, so dass die durch die Verteileinheit benetzte Oberfläche des Wärmetauschers mit dem Kühlmedium gekühlt wird. Die Verteileinheit besteht aus mindestens zwei Zellen, die jeweils eine Eintrittsöffnung und jeweils eine Austrittsöffnung aufweisen. Das Kühlmedium strömt aus einem ersten Sammelvolumen über die Einlassöffnung in die Verteileinheit ein und strömt über die Auslassöffnung aus der Verteileinheit in ein zweites Sammelvolumen aus. Dies führt zu einem hohen Druckabfall innerhalb des Wärmetauschers .International Patent Application published as WO03 / 095922 A2 discloses a heat exchanger having a distribution unit. By means of a plastic distribution unit, the flow of the cooling medium is controlled along a meander-shaped structure, so that through the Distribution unit wetted surface of the heat exchanger is cooled with the cooling medium. The distribution unit consists of at least two cells, each having an inlet opening and one outlet opening in each case. The cooling medium flows from a first collecting volume via the inlet opening into the distribution unit and flows out via the outlet opening from the distribution unit into a second collecting volume. This leads to a high pressure drop within the heat exchanger.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, einen Wärmetauscher bereitzustellen, der einen geringeren Druckabfall mit zugleich größerer Kühlleistung ermöglicht .The object underlying the present invention is now to provide a heat exchanger which allows a lower pressure drop at the same time greater cooling capacity.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass, wenn zwei nebeneinander angeordnete Zellen der Verteileinheit jeweils die gleiche Einlassöffnung und/oder Auslassöffnung aufweisen diese dann auch gleichzeitig beströmt werden, und somit der Druckabfall im Wärmetau- scher reduziert und die Kühlleistung erhöht wird.The advantages achieved by the invention are, in particular, that if two juxtaposed cells of the distribution unit each have the same inlet opening and / or outlet opening then these are also flowed through simultaneously, and thus reduces the pressure drop in the heat exchanger and the cooling capacity is increased.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass durch einen Kontakt der Verteileinheit mit der Trägerplatte der Leistungselektronik oder mit dem Deckel des Wärme- tauschergehäuses, an der die Leistungslektronik angeordnet ist, sich die effektive Kühleroberfläche des Wärmetauschers vergrößert. Durch eine vergrößerte Kühleroberfläche wird eine größere Kühlleistung ermöglicht. Dabei besteht die Verbindungseinheit aus einem Aluminiumblech, wodurch Materialkosten eingespart werden können. Ferner weist die Verbindungseinheit aufgrund des Aluminiumblechs auch eine federnde Wirkung auf. Des Weiteren besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass der Wärmetauscher aufgrund seines relativ hohen Anteils an wärmeleitenden Elementen und deren Anordnung im Wärmetauscher gute Notlaufeigenschaften aufweist, wodurch die thermische Belastung der Leistungselektronik abnimmt.An advantageous embodiment of the invention is that increases the effective radiator surface of the heat exchanger by contact of the distribution unit with the support plate of the power electronics or with the cover of the heat exchanger housing, on which the power electronics is arranged. An enlarged radiator surface allows greater cooling capacity. In this case, the connection unit consists of an aluminum sheet, whereby material costs can be saved. Furthermore, the connection unit also has a resilient effect due to the aluminum sheet. Furthermore, there is an advantageous embodiment of the invention is that the heat exchanger has good emergency running properties due to its relatively high proportion of heat-conducting elements and their arrangement in the heat exchanger, whereby the thermal load of the power electronics decreases.
Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung erweist sich, dass jeweils ein Sammelbecken an einer Einlassleitung und an einer Auslassleitung angeordnet ist. Durch diese Ges- taltung der Sammelbecken wird die Geschwindigkeit des Kühlmediums verringert, die Verteilung des Kühlmediums innerhalb des Wärmetauschers verbessert und der Druckabfall innerhalb des Wärmetauschers verringert.As a further advantageous embodiment of the invention, it is found that in each case a collecting basin is arranged on an inlet line and on an outlet line. This design of the sump reduces the speed of the cooling medium, improves the distribution of the cooling medium within the heat exchanger and reduces the pressure drop within the heat exchanger.
Ferner besteht aufgrund der Gestaltung der Sammelbecken die Möglichkeit, die Position der Einlassleitung und/oder der Auslassleitung variabel entlang der Sammelbecken anzuordnen. Dies bietet den Vorteil, dass der Wärmetauscher flexibel, z.B. für verschiedene Kraftfahrzeuge, eingesetzt werden kann, ohne dabei die innere Struktur des Wärmetauschers ändern zu müssen. Ferner ist auch der Einsatz einer drehbaren, variabel gestaltbaren Einlassleitung und/ oder Auslassleitung möglich. Dadurch wird ebenfalls ein flexibler Einsatz von Wärmetauschern in unterschiedlichen Kraftfahrzeugen ermöglicht.Further, due to the design of the sumps, it is possible to arrange the position of the inlet line and / or the outlet line variably along the sump. This offers the advantage that the heat exchanger is flexible, e.g. for various motor vehicles, can be used without having to change the internal structure of the heat exchanger. Furthermore, it is also possible to use a rotatable, variably configurable inlet line and / or outlet line. This also allows a flexible use of heat exchangers in different vehicles.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass bei einer gegenläufigen Strömung des Kühlmediums zwischen den einzelnen Zellenreihen eine bessere Kühlleistung des Wärmetauschers erzielt wird. Die Strömungsrichtung in den Zellreihen hängt von der Anordnung der sich in mindestens zwei Spalten befindlichen Einlassöffnungen und Auslassöffnungen ab. Bei einer, abhängig von einer Zellreihe, alternierenden Anordnung der sich in der jeweiligen Spalte befindlichen Einlassöffnungen und Auslassöffnungen stellt sich für jede Zellreihe eine Strömungsrichtung ein. Diese Strömungsrichtung ist in jeder Zellreihe bei einer alternierenden Anordnung der Einlassöffnungen und der Auslassöffnungen jeweils gegengerichtet zur Strömungsrichtung der nachfolgenden Zellreihe. Ferner lässt sich durch die gegenläufige Strömung des Kühlmediums zwischen den jeweiligen Zellenreihen der Temperaturgradient auf der Bodenplatte der Leistungselektronik oder auf der Deckelfläche des Wärmetauschergehäuses, an der die Leis- tungselektronik angeordnet ist, verringern. Durch einen geringeren Temperaturgradienten auf der Wärmetauscheroberfläche lässt sich die Lebensdauer der Leistungselektronik verlängern .A further advantageous embodiment of the invention is that a better cooling performance of the heat exchanger is achieved in an opposite flow of the cooling medium between the individual rows of cells. The flow direction in the cell rows depends on the arrangement of the inlet openings and outlet openings located in at least two columns. In one, depending on a row of cells, alternating arrangement of the inlet openings and outlet openings located in the respective column, a flow direction is established for each cell row. This flow direction is in each cell row with an alternating arrangement of the inlet openings and the outlet openings respectively opposite to the flow direction of the subsequent cell row. Furthermore, the temperature gradient on the bottom plate of the power electronics or on the cover surface of the heat exchanger housing, on which the power electronics are arranged, can be reduced by the opposing flow of the cooling medium between the respective cell rows. A lower temperature gradient on the heat exchanger surface extends the life of the power electronics.
Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung erweist sich, dass die zum Zusammenbau des Wärmetauschers benötigte Anzahl von Schrauben reduziert werden kann, was die Wirtschaftlichkeit des Wärmetauschers erhöht.As a further advantageous embodiment of the invention, it proves that the number of screws required for assembly of the heat exchanger can be reduced, which increases the efficiency of the heat exchanger.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Trägerplatte der Leistungselektronik möglichst fest an den Wärmetauscher aufzuspannen. Dadurch wird ein Verbiegen der Verteileinheit infolge von dynamischen Druckstößen des Kühlmediums verhindert.Furthermore, it has proved to be advantageous to clamp the carrier plate of the power electronics as firmly as possible to the heat exchanger. This prevents bending of the distribution unit due to dynamic pressure surges of the cooling medium.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:Details of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Showing:
Figur 1: eine Rückansicht eines zusammengebauten Wärmetauschers, Figur 2: eine Ansicht eines Wärmetauschers gemäß Figur 1 ohne eine Bodenfläche in einer ersten Ausführungsform, Figur 3 eine Ansicht eines Wärmetauschers gemäß Figur 1 ohne die Bodenfläche und ohne eine erste Platte in einer ersten Ausführungsform, Figur 4: eine Ansicht eines Wärmetauschers gemäß Figur 1 ohne die Bodenfläche, die erste Platte und ohne eine zweite Platte,1 shows a rear view of an assembled heat exchanger, FIG. 2 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without a bottom surface in a first embodiment, FIG. 3 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without the bottom surface and without a first plate in a first embodiment, FIG 4 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without the bottom surface, the first plate and without a second plate,
Figur 5: eine Vorderansicht eines zusammengebauten Wärmetauschers, Figur 6: eine Ansicht eines Wärmetauschers gemäß Figur 1 ohne die Bodenfläche in einer zweiten Ausführungsform, Figur 7: eine Schnittansicht eines Wärmetauschers gemäß Figur 1 ohne die Bodenfläche und die erste Platte in einer zweiten Ausführungsform.5 shows a front view of an assembled heat exchanger, FIG. 6 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without the bottom surface in a second embodiment, Figure 7 is a sectional view of a heat exchanger according to Figure 1 without the bottom surface and the first plate in a second embodiment.
Figur 1 zeigt eine Rückansicht eines Wärmetauschers 1 im zusammengebauten Zustand. Das wannenartige Gehäuse des Wärmetauschers besteht aus einer Bodenfläche 10, einer gegenüberliegenden, nicht sichtbaren, Deckelfläche und Seitenwänden 11.FIG. 1 shows a rear view of a heat exchanger 1 in the assembled state. The trough-like housing of the heat exchanger consists of a bottom surface 10, an opposite, not visible, cover surface and side walls eleventh
Figur 2 zeigt eine Ansicht eines Wärmetauschers gemäß Figur 1 ohne die Bodenfläche 10. Über eine Einlassleitung 25 strömt Kühlmittel in den Wärmetauscher 1 und über eine Auslassleitung 26 wieder aus. Ferner weist der Wärmetauscher 1 ein der Einlassleitung 25 folgendes erstes Sammelbecken 22 und ein der Auslassleitung 26 vorgeschaltetes zweites Sammelbecken 24 auf. Das aus dem ersten Sammelbecken 22 abfließende Kühlmittel gelangt über eine Strömungsplatine 23 mit noppenartiger Oberflächenstruktur an eine zur Strömungsplatine niveauglei- che erste Platte 20. Die noppenartige Struktur der Strömungsplatine des Wärmetauschers gewährleistet eine Verwirbelung des über das zweite Sammelbecken 24 austretenden Kühlmittels und somit eine verbesserte Kühlleistung des Wärmetauschers.FIG. 2 shows a view of a heat exchanger according to FIG. 1 without the bottom surface 10. Coolant flows into the heat exchanger 1 via an inlet line 25 and out again via an outlet line 26. Furthermore, the heat exchanger 1 has a first collecting tank 22 following the inlet pipe 25 and a second collecting tank 24 upstream of the outlet pipe 26. The coolant flowing out of the first reservoir 22 passes via a flow plate 23 with a knob-like surface structure to a first plate 20 which is level with the flow plate. The knob-like structure of the flow plate of the heat exchanger ensures swirling of the coolant exiting via the second reservoir 24 and thus improved cooling performance of the heat exchanger.
Das Kühlmittel strömt über die variabel gestaltbare Einlassleitung 25 in das erste Sammelbecken 22 ein. Von dort strömt das Kühlmittel über die noppenartige Oberflächenstruktur der Strömungsplatine 23 in ein durch die erste Platte 20 und die Bodenfläche 10 begrenzten ersten Sammelraum. Über Einlassöff- nungen 21 in der ersten Platte 20 strömt das Kühlmittel schließlich aus dem ersten Sammelraum in eine unterhalb der Platte 20 vorgesehene, in der Figur 2 nicht sichtbare Verteileinheit. Ferner ist auch vorstellbar, dass die einzelnen Einlassöffnungen 21 zu einer einzigen Einlassöffnung zusam- mengefasst werden.The coolant flows into the first collection basin 22 via the variably configurable inlet line 25. From there, the coolant flows via the nub-like surface structure of the flow plate 23 into a first collecting space bounded by the first plate 20 and the bottom surface 10. Finally, via inlet openings 21 in the first plate 20, the coolant flows out of the first collecting space into a distribution unit provided underneath the plate 20 and not visible in FIG. Furthermore, it is also conceivable that the individual inlet openings 21 are combined to form a single inlet opening.
Figur 3 zeigt den Wärmetauscher 1 gemäß Figur 1 ohne die Bodenfläche 10 und ohne die erste Platte 20. Die Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer unterhalb der ersten Platte 20 vorgesehenen zweiten Platte 30. Über Auslassöffnungen 31 in der zweiten Platte 30 strömt das Kühlmedium aus einer unterhalb der zweiten Platte 30 vorgesehenen, in der Figur 3 nicht sichtbaren Verteileinheit in einen durch die ersteFIG. 3 shows the heat exchanger 1 according to FIG. 1 without the bottom surface 10 and without the first plate 20. FIG. 3 shows a first embodiment of a provided below the first plate 20 second plate 30. Via outlet openings 31 in the second plate 30, the cooling medium flows from a provided below the second plate 30, not visible in Figure 3 distribution unit in one through the first
Platte 20 und die zweite Platte 30 begrenzten zweiten Sammelraum. Von dort strömt das Kühlmittel in das zweite Sammelbecken 24 und verlässt den Wärmetauscher über die dem zweiten Sammelbecken 24 nachgeschaltete Auslassleitung 26. Ferner weist die zweite Platte 30 einen von der ersten Platte 20 bis zur zweiten Platte 30 reichenden Absatz 32 entlang der Einlassöffnungen 21 auf. Der Absatz 32 soll sicherstellen, dass kein Kühlmittel aus dem ersten und/oder zweiten Sammelraum über die Einlassöffnungen in der ersten Platte 20 in den zweiten und/oder ersten Sammelraum strömen kann.Plate 20 and the second plate 30 bounded second plenum. From there, the coolant flows into the second reservoir 24 and leaves the heat exchanger via the second collection basin 24 downstream outlet conduit 26. Further, the second plate 30 has a from the first plate 20 to the second plate 30 reaching paragraph 32 along the inlet openings 21. Paragraph 32 is to ensure that no coolant from the first and / or second plenum can flow via the inlet openings in the first plate 20 into the second and / or first plenum.
Figur 4 zeigt eine Ansicht eines Wärmetauschers 1 gemäß Figur 1 ohne die Bodenfläche 10, die erste Platte 20 und die zweite Platte 30. Mittels der Verteileinheit 40 wird die Strömungs- richtung des Kühlmittels entlang einer mäanderartigen Struktur der Verteileinheit 40 gesteuert. Die Verteileinheit 40 setzt sich aus mindestens zwei Zellen zusammen, die jeweils aus mindestens einer Zellreihe bestehen. Jede Zellreihe der Zellen 32, 32', 32'' ist über Auslassöffnungen 31, 31', bzw. Einlassöffnung 21, 21' an den Kühlkreis angeschlossen. Damit der Druckverlust innerhalb des Wärmetauschers reduziert wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass jeweils benachbarte Zellen die gleichen Einlassöffnungen und/ oder die gleichen Auslassöffnungen der einzelnen Zellreihen verwenden. Die einzelnen Einlassöffnungen und die einzelnen Auslassöffnungen sind dabei jeweils untereinander spaltenförmig angeordnet.FIG. 4 shows a view of a heat exchanger 1 according to FIG. 1 without the bottom surface 10, the first plate 20 and the second plate 30. By means of the distribution unit 40, the flow direction of the coolant is controlled along a meandering structure of the distribution unit 40. The distribution unit 40 is composed of at least two cells, each consisting of at least one cell row. Each cell row of the cells 32, 32 ', 32 "is connected to the cooling circuit via outlet openings 31, 31', or inlet opening 21, 21 '. In order to reduce the pressure loss within the heat exchanger, it has proven to be advantageous for adjacent cells to use the same inlet openings and / or the same outlet openings of the individual cell rows. The individual inlet openings and the individual outlet openings are each arranged in columns.
Das Kühlmittel strömt über die einzelnen Einlassöffnungen 21, 21' der ersten Platte aus dem ersten Sammelraum in die jewei- lige Zellreihe der Verteileinheit 40 ein. Ferner strömt das Kühlmittel, ausgehend von den Einlassöffnungen 21, 21' horizontal, die mänderartige Struktur der jeweiligen Zellreihe durchlaufend, über die Austrittsöffnungen 31, 31' der zweiten Platte in den zweiten Sammelraum ab. Dabei ist die Strömungsrichtung des Kühlmediums, unabhängig von der Zellreihe gleichgerichtet, da die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen jeweils untereinander spaltenförmig angeordnet sind.The coolant flows via the individual inlet openings 21, 21 'of the first plate from the first collecting space into the respective cell row of the distributing unit 40. Furthermore, the coolant flows, starting from the inlet openings 21, 21 'horizontally, passing through the perimetric structure of the respective cell row, via the outlet openings 31, 31' of the second Plate off into the second plenum. In this case, the flow direction of the cooling medium, regardless of the cell row rectified, since the inlet openings and the outlet openings are each arranged in columns.
Figur 5 zeigt eine Vorderansicht eines zusammengebauten Wärmetauschers 1 mit einer Deckelfläche 51. Dabei ist auf wenigstens einem Teilbereich der Deckelfläche 51 eine Deckelplatte 50 für eine dort befestigbare elektronische Baugruppe vorgesehen. Unterhalb der Deckelplatte 50 ist die in der Figur 5 nicht sichtbare Verteileinheit angeordnet. Ferner ist die Deckelplatte 50 ein Bestandteil des Wärmetauschergehäuses, durch das eine gute Abdichtung des Wärmetauschers sichergestellt ist.FIG. 5 shows a front view of an assembled heat exchanger 1 with a cover surface 51. In this case, a cover plate 50 for an electronic assembly fastened there is provided on at least one partial region of the cover surface 51. Below the cover plate 50, the distribution unit, not visible in FIG. 5, is arranged. Further, the cover plate 50 is a part of the heat exchanger housing, through which a good seal of the heat exchanger is ensured.
Alternativ kann der Wärmetauscher auch als offener Wärmetauscher ausgebildet sein. Bei einem offenen Wärmetauscher erfolgt die Abdichtung des Gehäuses über eine der elektrischen Baugruppe zugeordnete Trägerplatte, die an der offenen Seite des Wärmetauschergehäuses befestigbar ist.Alternatively, the heat exchanger can also be designed as an open heat exchanger. In an open heat exchanger, the sealing of the housing via a the electrical assembly associated carrier plate, which is fastened to the open side of the heat exchanger housing.
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine Ansicht eines Wärmetauschers mit einer ersten Platte 60 oder einer zweiten Platte 70, jeweils ohne die Rückwand in einer zweiten Ausführungsform. Die erste Platte 60 weist weiterhin Einlassöffnungen 61 und die zweite Platte 70 Auslassöffnungen 71 auf. Ferner weist die zweite Platte 70 entlang der Einlassöffnungen 71 von der ersten Platte 60 bis zur zweiten Platte 70 reichende Absätze 73 auf. Des Weiteren weist jede Zellreihe der in den Figuren 6 und 7 nicht sichtbaren Verteileinheit jeweils mindestens eine Einlassöffnung 61 und eine Auslassöffnung 71 auf, wobei benachbarte Zellen die gleiche Einlassöffnung 61 und/ oder die gleiche Auslassöffnung 71 verwenden. Dabei sind abhängig von der Zellreihe die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen in einer Spalte alternierend angeordnet. Augrund der alternierenden Anordnung der Einlassöffnung und der Auslassöffnung, abhängig von der Zellreihe, ändert sich die Strömungsrichtung für jede Zellreihe. Ferner ist allgemein eine Anordnung zwischen der Verteileinheit, der ersten Platte und der zweiten Platte vorstellbar, bei der diese Elemente nicht übereinander, sondern nebenein- ander angeordnet sind. Figures 6 and 7 show a view of a heat exchanger having a first plate 60 or a second plate 70, each without the rear wall in a second embodiment. The first plate 60 further has inlet openings 61 and the second plate 70 has outlet openings 71. Further, the second plate 70 along the inlet openings 71 from the first plate 60 to the second plate 70 reaching paragraphs 73 on. Furthermore, each cell row of the distribution unit not visible in FIGS. 6 and 7 has at least one inlet opening 61 and one outlet opening 71, wherein adjacent cells use the same inlet opening 61 and / or the same outlet opening 71. Depending on the cell row, the inlet openings and the outlet openings are arranged alternately in a column. Due to the alternating arrangement of the inlet opening and the outlet opening, depending on the cell row, the direction of flow changes for each cell row. Furthermore, an arrangement between the distribution unit, the first plate and the second plate is generally conceivable in which these elements are not arranged one above the other, but next to each other.

Claims

Patentansprüche claims
1. Wärmetauscher, mit einem wannenartigen Gehäuse, bestehend aus einer Bodenfläche, Seitenwänden und einer die gegenüber der Bodenfläche vorhandene Öffnung abdeckende Kontaktfläche für eine dort befestigbare elektronische Baugruppe, und mit einer im Inneren des Gehäuses vorgesehenen der Kontaktfläche zugewandten und wenigstens zwei Zellen aufweisenden Verteileinheit für eine zwi- sehen wenigstens einer Einlassöffnung und wenigstens einer Auslassöffnung durch die Verteileinheit fließendes Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinheit wenigstens zwei nebeneinanderliegende Zellen aufweist, denen jeweils die gleiche Auslassöff- nung und/ oder die gleiche Einlassöffnung zugeordnet sind.1. A heat exchanger, comprising a trough-like housing, comprising a bottom surface, side walls and an opening provided with respect to the bottom opening covering contact surface for a fastened there electronic module, and provided with a provided in the interior of the housing, the contact surface facing and at least two cells having distribution unit for a between at least one inlet opening and at least one outlet opening through the distribution unit flowing coolant, characterized in that the distribution unit has at least two adjacent cells, each of which the same outlet and / or the same inlet opening are assigned.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zelle aus mindestens einer Zellreihe besteht, die jeweils eine Auslassöffnung und eine Einlassöffnung aufweist .2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that a cell consists of at least one cell row, each having an outlet opening and an inlet opening.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen die Öffnung verschlie- ßenden Deckel aufweist an dem die, wenigstens einem3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the housing has a lid which closes the opening on which the, at least one
Teilbereich des Deckels abdeckende Baugruppe befestigt ist.Part of the cover covering assembly is attached.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Öffnung des Gehäuses durch eine die elektrische Bautgruppe aufnehmende Trägerplatte formschlüssig verschließbar ist.4. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the opening of the housing is positively closed by a the electric group of construction receiving support plate.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Verteileinheit mit der Trägerplatte der elektronischen Baugruppe wärmeleitend verbunden ist. 5. Heat exchanger according to claim 1 to 3, characterized in that the distribution unit is thermally conductively connected to the carrier plate of the electronic module.
6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher an der Einlassöffnung ein erstes Sammelbecken für das Kühlmedium aufweist.6. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger has at the inlet opening a first reservoir for the cooling medium.
7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher an der Auslassöffnung ein zweites Sammelbecken aufweist.7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger at the outlet opening has a second reservoir.
8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Position einer Einlassleitung und/ oder einer Auslassleitung entlang des jeweiligen ersten und/ oder zweiten Sammelbeckens variabel verschiebbar ist.8. Heat exchanger according to one of claims 6 or 7, characterized in that the position of an inlet line and / or an outlet line along the respective first and / or second collecting basin is variably displaceable.
9. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der, der elektronischen Baugruppe gegenüberliegenden Bodenfläche des Wärmetauschergehäuses und der Verteileinheit zwei Plat- ten angeordnet sind, wobei die von der Verteileinheit ferner liegende erste Platte mit der Bodenfläche ein erstes Sammelraum ausbildet und mit dem ersten Sammelbecken hydraulisch verbunden ist.9. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that between the electronic assembly opposite bottom surface of the heat exchanger housing and the distribution unit two plates are arranged th, wherein the further from the distribution unit lying first plate with the bottom surface forms a first plenum and is hydraulically connected to the first reservoir.
10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sammelraum über mindestens eine Einlassöffnung auf der ersten Platte mit mindestens einer Zelle der Verteileinheit hydraulisch verbunden ist.10. Heat exchanger according to claim 9, characterized in that the first collecting space is hydraulically connected via at least one inlet opening on the first plate with at least one cell of the distribution unit.
11. Wärmetauscher nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sammelraum über mindestens eine Auslassöffnung auf einer zweiten Platte mit mindestens einer Zelle der Verteileinheit hydraulisch verbunden ist.11. Heat exchanger according to claim 9 or 10, characterized in that the second collecting space is hydraulically connected via at least one outlet opening on a second plate with at least one cell of the distribution unit.
12. Wärmetauscher nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sammelraum mit dem zweiten Sammelbecken hydraulisch verbunden ist. 12. Heat exchanger according to claim 9 to 11, characterized in that the second collecting space is hydraulically connected to the second reservoir.
13. Wärmetauscher nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte entlang der Eintrittsöffnung in Richtung der Verteileinheit einen bis zur zweiten Platte gehenden Ansatz aufweist.13. Heat exchanger according to claim 9 to 12, characterized in that the first plate along the inlet opening in the direction of the distribution unit has a going to the second plate approach.
14. Wärmetauscher nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen in mindestens zwei Spalten angeordnet sind und unabhängig von der Zellreihe jede Spalte ausschließlich aus mindestens einer Einlassöffnung oder mindestens einer Auslassöffnung besteht.14. Heat exchanger according to claim 9 to 13, characterized in that the inlet openings and the outlet openings are arranged in at least two columns and regardless of the cell row each column consists exclusively of at least one inlet opening or at least one outlet opening.
15. Wärmetauscher nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen jeweils in mindestens einer Spalte abhängig von der Zellreihe alternierend angeordnet sind.15. Heat exchanger according to claim 9 to 13, characterized in that the inlet openings and the outlet openings are arranged alternately in at least one column depending on the cell row.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 9 bis 15, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Wärmetauscher zwischen dem ersten16. Heat exchanger according to claim 9 to 15, characterized in that the heat exchanger between the first
Sammelbecken und dem ersten Sammelvolumen über eine Strömungsplatine mit noppenartiger Oberflächenstruktur hydraulisch verbunden ist.Sump and the first collection volume is hydraulically connected via a flow plate with nub-like surface structure.
17. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit einem Aluminiumblech entspricht. 17. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting unit corresponds to an aluminum sheet.
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