WO2013014028A1 - Verfahren zur herstellung einer seewasserfesten kühlplatte und vorrichtung hergestellt mit diesem verfahren sowie deren verwendung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer seewasserfesten kühlplatte und vorrichtung hergestellt mit diesem verfahren sowie deren verwendung Download PDF

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WO2013014028A1
WO2013014028A1 PCT/EP2012/063988 EP2012063988W WO2013014028A1 WO 2013014028 A1 WO2013014028 A1 WO 2013014028A1 EP 2012063988 W EP2012063988 W EP 2012063988W WO 2013014028 A1 WO2013014028 A1 WO 2013014028A1
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plate
plates
recesses
cooling
range
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PCT/EP2012/063988
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Inventor
Ingolf Hoffmann
Norbert Huber
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/085—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from copper or copper alloys

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a cooling plate and to a device produced by the method and the use thereof, the method comprising the following steps, providing at least one first and at least a second plate each ⁇ wells with recesses and arranging the at least two Plat ⁇ th one above the other such that overlap recesses of the at least one first plate with recesses of the at least one second plate and continuous cooling channels are formed along a longitudinal direction in a plane of the plates, and connecting the at least one first and the at least one second plate.
  • cooling electrical power components such as converters and energy storage
  • water or water-glycol mixtures are used as cooling medium at high power densities.
  • the cooling medium circulates in a closed cooling circuit and prevents the destruction of the power components due to excessive temperatures due to the cooling, in which, for example, individual components become mechanically and / or chemically unstable.
  • the object of the method according to the invention is therefore to specify a possibility of producing a cooling plate which is not susceptible to corrosion in a simple and cost-effective manner and which can also be operated with strongly corrosive cooling liquids.
  • a device and its use for cooling which can be produced particularly favorable and stable by means of the method according to the invention and results in a particularly corrosion-resistant cooling plate.
  • the method according to the invention for producing a cooling plate comprises the steps of providing at least one first and at least a second plate each having from ⁇ recesses, and arranging the at least two plates one above the other such that a first panel with recesses recesses overlap at least the at least one second plate.
  • continuous cooling channels are formed ent ⁇ long a longitudinal direction in a plane of the plates.
  • Another step is connecting the at least one first and the at least one second plate to one another.
  • the at least one first and the at least one second plate are each made of a multilayer structure of CuNilOFe.
  • An advantage of the method according to the invention is that a corrosion-resistant cooling plate is provided, which is simple and inexpensive to produce and can be operated in open cooling water circuits with seawater.
  • the use of multi-layered structures of the respective plates of CuNilOFe and the creation of cooling channels by superimposing and connecting the plates with their recesses to form continuous cooling channels, allows for easier production than when using tubular cooling coils made of a material, each embedded in ei ⁇ ner plate of a second, non-corrosion-resistant material, as known from the prior art.
  • the steps can be performed time-sequentially in the order: herstel ⁇ len, providing and arranging the plates, with a subsequent step bonding, a time lent to form and mechanically stable connection of the at least one first and the at least one second plate ,
  • a fluid-tight connection in a circumferentially closed edge region of the at least two plates can be produced.
  • the cooling plate which is produced from the plates with recesses, comprises cooling channels in the interior, which are fluid-tight against the outer environment of the cooling plate with the exception of the inlets and outlets.
  • the recesses in the plates, which bil ⁇ the cooling channels, can be generated by punching. This is a simple and inexpensive form of manufacture, which leads ge ⁇ rade in the preparations of large numbers to time and cost savings.
  • the recesses may be formed in the form of regular patterns in the two plates, respectively.
  • the two or more plates may have an identical shape. This further reduces production costs and Heinrichsauf wall ⁇ .
  • the at least two plates can be bonded to the outer edge by surface brazing, or surface brazing, or spot welding across the surface.
  • surface brazing or surface brazing, or spot welding across the surface.
  • the plates can also be mechanically stably connected by means of clamps and / or screw connections, in particular with bores as a guide for the screwed connections.
  • bores as a guide for the screwed connections.
  • an alignment of the plates to the desired arrangement of the recesses can be easily overlapping superimposed.
  • the continuous cooling channels can be formed with a minimum diameter of more than 4 mm.
  • the cooling channels can be formed so that they are large enough to be at moderate flow velocities. th of the cooling fluid in the use of the cooling plate to lead. Since ⁇ by a long life and durability of the cooling plate is achieved. The wear, for example due to mechanical wear in the flow of cooling fluid with small particles is thereby kept low or limited.
  • the at least two plates can be sandwiched between a base and a cover plate, wherein inlets and outlets for a fluid in the base and / or cover plate, in particular with connections, are arranged such that a fluidic contact of the inlets and outlets is formed to the formed cooling channels in the at least two plates.
  • the device according to the invention produced by the method described above, has the at least two plates each with dimensions in the range of 0.1-0.6 m width times 0.1-0.6 m length and in each case with a thickness d of at least ⁇ least 2 mm.
  • the width b of formed cooling channels may be in the range of 5 to 30 mm, with a leg length 1 of the recesses, in particular of Y-shaped recesses, in the range of 5 to 30 mm, a length a of overlaps of the recesses in the range of 2 to 20 mm and with connection channels, which have a width k in the range of 5 to 50 mm.
  • the base plate may have a thickness d 'in the range of 1 to 20 mm and / or the cover plate may have a thickness d' in Be ⁇ range of 1 to 10 mm.
  • the apparatus obtains sufficient mechanical stability and for the production and improving the fluid tightness of the device or cooling channels may be on the base and cover plates a ⁇ me chanical pressure on the plates with recesses Removing be practiced, for example by means of brackets or screw connections between the base and the cover plate.
  • a use according to the invention of the previously described device and / or device produced by the method described above comprises that seawater flows through the cooling channels as the cooling medium.
  • the use of seawater as a cooling fluid has the advantages described above, in particular, a simple, inexpensive open cooling circuit can be used without a heat exchanger.
  • Fig. 1 is a plan view of a single plate with Ausneh ⁇ rules
  • Fig. 2 is an oblique view of a cooling plate according to the invention, consisting of a base and cover plate and a first and a second plate with recesses which form continuous cooling channels
  • Fig. 3 is an enlarged view of the oblique view
  • a plate 10 with Y-shaped recesses 13 and connecting channels 11 is shown.
  • Holes for mechanical attachment 12 can be designed in the form of circular bores in the plate 10 or both in the plate 10 and in the adjacent plates 20, 21.
  • About the inlets and outlets fluids in an overlying or underlying plate 10, 20, or 21 are supplied to or removed.
  • the Y-shaped recesses 13 shown in Fig. 1 are each formed of straight, equal parts with a length 1 in the range of eg 5 mm to 30 mm, which is touch at one end and are mutually rotated by 120 °.
  • Recesses 13 may also have other shapes, such as triangular shape, circular shape or T-shape.
  • the recesses are formed completely continuously through a plate 10, for example a rectangular, thin CuNilOFe sheet having a thickness d in the range of, for example, 4 mm. They can be stamped into the sheet metal, milled, cut by a laser or formed by other methods.
  • Recesses 13 are arranged so that they form a regular even pattern and each having a distance to the Next Tier ⁇ th neighbors which is smaller is a single or at least less of a double leg length. 1
  • connection channels 11 are arranged parallel to each other, elongated An ⁇ closing channels 11 as recesses.
  • the length of the connection channels 11 is almost equal to or less than the total length ⁇ of the plate 10 and is for example in the range of about
  • the plate length may be in the range of 0.1 - 0.6 m, and the plate width may be in the range of about
  • the cooling plate includes a plate stack from the base plate 20, two plates with recesses 10 and a cover plate 21.
  • the two plates with recesses 10 sandwiched Zvi ⁇ rule the base plate 20 and top plate 21 are arranged.
  • the base and cover plates can have from 10 to ⁇ same circumferential extent as the plates that is, a length in the range from 0.1 to 0.6 m and a width ranging from 0.1 to 0.6 m ,
  • the thickness d 'of the base and cover plates 20, 21 may differ from the thickness d of the plates 10 in the range of 1 to 10 mm.
  • the sandwiched between the base and cover plates 20, 21 arranged two plates 10 are equal to the plate 10 shown in Fig. 1.
  • the two plates 10 each have the same shape and dimensions. It can be used ⁇ to more than two plates 10 for the inventive cooling plate but.
  • the second plate 10 is rotated about an axis parallel to the longitudinal direction 30 of the plate 10 by 180 °, and placed on the first plate 10 with the outer edges each congruent.
  • the length a of the overlap of adjacent recesses 13 is for example in the range of 2 to 20 mm.
  • the channels may have a width b in the range of 5 to 30 mm, said connection channels 11 have a width in the range of 5 to 50 mm on ⁇ .
  • the plates can be mechanically pressed together. This is done by screw, not shown, brackets or other means for applying pressure.
  • a permanent seal is usually but only if additionally adjacent plates 10 and the plates 10 and each of the base plate 20 and the cover plate 21 are soldered together tightly welded or welded. This leads to a long-term stable fluid-tight connection.
  • the plates as well as the base and cover plates can be made up of Cu-NilOFe layers, which are made up of laminated individual layers. It is also possible to build up the plates from deposited layers instead of laminated foils. For example, thin layers can be deposited over galvanic Divorce, Sputtering, Vapor Deposition, Chemical Vapor Deposition (CVD) or Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) are stacked on a thin substrate. For example, a deposition can take place before the recesses 13 and connection channels 11 are formed, or regions of the recesses 13 and connection channels 11 can be covered by a mask during deposition. Recesses 13 and connection channels 11 can then take place, for example, by etching the substrate without etching the deposited layers.
  • a preferred variant because inexpensive and easily establishes ⁇ adjustable, is the use of prefabricated CuNilOFe- plates in which are formed by punching the recesses.
  • the plates may be in the form of sheets or in the form of laminated films.
  • Plates with the same pattern can be stamped out several stacked plates simultaneously or edited who ⁇ , and by rotation of adjacent plates, for example, by 180 °, the cooling channels are then formed.
  • Fig. 3 is an enlarged section of the plate stack shown in Fig. 2 is shown in an oblique view. Over ⁇ lappungen of recesses 13 and the dimensions are particularly well visible from the figure shown in Fig. 3.
  • holes can be provided near the areas of the corners of the plates in the figures for the sake of simplicity. These can serve as guides for screw connections with the aid of screws and nuts. Via the screw connection, the plates can be pressed together mechanically via the base and cover plate, which improves the fluidic sealing of the cooling channels.
  • the embodiments described above may be used alone or in combination as well as in connection with the prior art.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte und auf eine Vorrichtung hergestellt mit dem Verfahren sowie deren Verwendung, wobei das Verfahren die folgenden Schritten umfasst, Bereitstellen wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Platte (10, 10') jeweils mit Ausnehmungen (13) und Anordnen der wenigstens zwei Platten (10, 10') übereinander derart, dass sich Ausnehmungen (13) der wenigstens einen ersten Platte (10) mit Ausnehmungen (13) der wenigstens einen zweiten Platte (10') überlappen und durchgehende Kühlkanäle entlang einer Längsrichtung (30) in einer Ebene der Platten (10, 10') ausgebildet werden, und Verbinden der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte (10, 10'). Die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Platte (10, 10') werden jeweils aus einem mehrschichtigen Aufbau aus CuNi10Fe hergestellt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer seewasserfesten Kühlplatte und Vorrichtung hergestellt mit diesem Verfahren sowie deren Verwendung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte und auf eine Vorrichtung hergestellt mit dem Verfahren sowie deren Verwendung, wobei das Verfahren die folgenden Schritten umfasst, Bereitstellen wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Platte je¬ weils mit Ausnehmungen und Anordnen der wenigstens zwei Plat¬ ten übereinander derart, dass sich Ausnehmungen der wenigstens einen ersten Platte mit Ausnehmungen der wenigstens einen zweiten Platte überlappen und durchgehende Kühlkanäle entlang einer Längsrichtung in einer Ebene der Platten ausgebildet werden, und Verbinden der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte. Bei der Kühlung von elektrischen Leistungskomponenten, wie z.B. von Umrichtern und Energiespeichern, werden bei hohen Leistungsdichten Wasser oder Wasser-Glykol-Mischungen als Kühlmedium verwendet. Das Kühlmedium zirkuliert in einem geschlossenen Kühlkreislauf und verhindert durch die Kühlung eine Zerstörung der Leistungskomponenten durch zu hohe Temperaturen, bei welchen z.B. einzelne Komponenten mechanisch und/oder chemisch instabil werden.
Auf Schiffen, in Off-Shore-Anlagen oder in Küstennähe ist ei- ne Kühlung in einem offenen Kreislauf mit Seewasser möglich. Dadurch könnte der Wärmetauscher, verwendet in geschlossenen Kühlkreisläufen zu Kühlflüssigkeitsrückkühlung, eingespart werden. Die hohe Korrossionsanfälligkeit von Materialien in Kühlkreisläufen nach dem Stand der Technik, wie z.B. bekannt aus der WO2011038988A2, verhindert jedoch eine Kühlung in einem offenen Kreislauf unter Verwendung von Seewasser. Seewasser weist einen hohen Salz- und Sauerstoffanteil auf, welcher bei Materialien wie Aluminium zu starker Korrosion und damit Zerstörung in kurzer Zeit führt.
Die Verarbeitung von korrosionsresistenteren Werstoffen, z.B. in Form von Kühlschlangen aus Kupfer oder Edelstahl in einer Aluminiumplatte, ist sehr aufwendig und teuer. Bei der Verar¬ beitung von Kühlschlangen in Platten eingebettet kann es zu Delaminierungen kommen, durch welche Wärmeübergänge und somit die Funktion einer Kühlplatte verschlechtert werden.
Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es deshalb, eine Möglichkeit anzugeben, einfach und kostengünstig eine wenig korrosionsanfällige Kühlplatte herzustellen, welche auch mit stark korrodierenden Kühlflüssigkeiten betrieben werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe ein Verfahren anzugeben, welches eine Kühlplatte ergibt, die in offenen Kühlkreisläufen einge¬ setzt werden kann, betrieben mit Seewasser. Weiterhin ist es Aufgabe eine Vorrichtung und deren Verwendung zur Kühlung anzugeben, welche mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders günstig und stabil hergestellt werden kann und eine besonders korrosionsfeste Kühlplatte ergibt.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Her¬ stellung einer Kühlplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bezüglich der Vorrichtung hergestellt mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10, und bezüglich deren Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Kühlplatte, der Vorrichtung hergestellt mit dem Verfahren sowie deren Verwendung, gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale des Hauptanspruchs mit Merkmalen der Un¬ teransprüche und/oder Merkmale von Unteransprüchen unterein- ander kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte umfasst die Schritte, Bereitstellen wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Platte jeweils mit Aus¬ nehmungen, und Anordnen der wenigstens zwei Platten übereinander derart, dass sich Ausnehmungen der wenigstens einen ersten Platte mit Ausnehmungen der wenigstens einen zweiten Platte überlappen. Dabei werden durchgehende Kühlkanäle ent¬ lang einer Längsrichtung in einer Ebene der Platten ausgebildet. Ein weiterer Schritt ist das Verbinden der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte miteinander. Die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Platte werden jeweils aus einem mehrschichtigen Aufbau aus CuNilOFe hergestellt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass eine korrosionsfeste Kühlplatte geschaffen wird, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist und in offenen Kühlwasserkreisläufen mit Seewasser betrieben werden kann. Die Verwendung von mehrschichtigen Aufbauten der jeweiligen Platten aus CuNilOFe und die Erstellung von Kühlkanälen durch übereinander Anordnen und Verbinden der Platten mit ihren Ausnehmungen zur Bildung von durchgehenden Kühlkanälen, ermöglicht eine einfachere Herstellung als bei Verwendung von rohrförmigen Kühlschlangen aus einem Material, jeweils eingebettet in ei¬ ner Platte eines zweiten, nicht korrosionsfesten Materials, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Schritte zeitlich aufeinanderfolgend in der Reihenfolge erfolgen: Herstel¬ len, Bereitstellen und Anordnen der Platten, mit einem darauffolgenden Schritt Verbinden, unter Ausbildung einer zeit- lieh und mechanisch stabilen Verbindung der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte. Dabei kann eine fluiddichte Verbindung in einem umlaufend geschlossenen Randbereich der wenigstens zwei Platten hergestellt werden. Die Kühlplatte, welche so aus den Platten mit Ausnehmungen hergestellt wird, umfasst Kühlkanäle im Inneren, welche flu- iddicht gegen die äußere Umgebung der Kühlplatte mit Ausnahme der Zu- und Abführungen sind. Die Ausnehmungen in den Platten, welche die Kühlkanäle bil¬ den, können durch Ausstanzen erzeugt werden. Dies ist eine einfache und kostengünstige Form der Herstellung, welche ge¬ rade bei der Herstellungen von großen Stückzahlen zu Zeit- und Kostenersparnissen führt.
Die Ausnehmungen können in Form von regelmäßigen Mustern jeweils in den zwei Platten ausgebildet werden. Die zwei oder mehr Platten können eine identische Form aufweisen. Dies senkt weiter die Produktionskosten und den Herstellungsauf¬ wand. Bei Anordnung der zweiten Platte um 180 Grad gedreht um die eine Längsrichtung in der Ebene der Platten auf der wenigstens einen ersten Platte wird ein einfaches Ausrichten der Platten zur Ausbildung der Kühlkanäle ermöglicht. Der Aufwand zur Ausrichtung und Justierung der Platten zur Ausbildung durchgängiger Kühlkanäle in der Kühlplatte wird da¬ durch reduziert.
Die wenigstens zwei Platten können durch flächiges Löten, oder flächiges Hartlöten, oder Punktschweißen über die Fläche mit Dichtschweißen am Außenrand verbunden werden. Diese Verbindungen sind kostengünstig, sehr mechanisch stabil, zeit¬ lich haltbar, nicht bzw. gering korrosionsanfällig und können fluiddicht hergestellt werden.
Die Platten können auch durch Klammern, und/oder Verschrau- bungen, insbesondere mit Bohrungen als Führung für die Ver- schraubungen, mechanisch stabil verbunden werden. Über die Verschraubung durch Führungen, z.B. in den Ecken der Platten als Bohrungen ausgebildet, kann eine Ausrichtung der Platten zur gewünschten Anordnung der Ausnehmungen übereinander überlappend einfach ermöglicht werden.
Als Platten können Platten mit einer Dicke von mindestens 4 mm verwendet werden. Die durchgehenden Kühlkanäle können mit einem Mindestdurchmesser von mehr als 4 mm ausgebildet werden. Dadurch können die Kühlkanäle so ausgebildet werden, dass sie groß genug sind um zu moderaten Fließgeschwindigkei- ten des Kühlfluids im Gebrauch der Kühlplatte zu führen. Da¬ durch wird eine lange Haltbarkeit bzw. Lebensdauer der Kühlplatte erreicht. Die Abnutzung z.B. durch mechanischen Verschleiß bei Fließen von Kühlfluid mit kleinen Partikeln wird dadurch gering bzw. in Grenzen gehalten.
Die wenigstens zwei Platten können Sandwichartig zwischen einer Grund- und einer Deckplatte angeordnet werden, wobei Zu- und Abführungen für ein Fluid in der Grund- und/oder Deckplatte, insbesondere mit Anschlüssen, derart angeordnet werden, dass ein fluidischer Kontakt der Zu- und Abführungen zu den ausgebildeten Kühlkanälen in den wenigstens zwei Platten ausgebildet wird. Dadurch entsteht auf einfache Weise eine mechanisch stabile, kostengünstige, haltbare Kühlplatte aus den Platten mit Ausnehmungen angeordnet zwischen der Grund- und Deckplatte.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, hergestellt mit dem zuvor beschriebenen Verfahren, weist die wenigstens zwei Platten jeweils mit Abmessungen im Bereich von 0.1 - 0,6 m Breite mal 0,1 - 0,6 m Länge auf und jeweils mit einer Dicke d von min¬ destens 2 mm. Die Breite b von ausgebildeten Kühlkanälen kann im Bereich von 5 bis 30 mm sein, mit einer Schenkellänge 1 der Ausnehmungen, insbesondere von Y-förmigen Ausnehmungen, im Bereich von 5 bis 30 mm, einer Länge a von Überlappungen der Ausnehmungen im Bereich von 2 bis 20 mm und mit Anschlusskanälen, welche eine Breite k im Bereich von 5 bis 50 mm aufweisen. Die beschriebene erfindungsgemäße Vorrich¬ tung weist damit die zuvor unter dem erfindungsgemäßen Ver- fahren beschriebenen Vorteile auf.
Die Grundplatte kann eine Dicke d' im Bereich von 1 bis 20 mm aufweisen und/oder die Deckplatte kann eine Dicke d' im Be¬ reich von 1 bis 10 mm aufweisen. Dadurch erhält die Vorrich- tung ausreichend mechanische Stabilität und zur Herstellung bzw. Verbesserung der fluidischen Dichtheit der Vorrichtung bzw. Kühlkanäle kann über die Grund- und Deckplatte ein me¬ chanischer Anpressdruck auf die Platten mit Ausnehmungen aus- geübt werden, z.B. mit Hilfe von Klammern oder Schraubverbindungen zwischen der Grund- und der Deckplatte.
Eine erfindungsgemäße Verwendung der zuvor beschriebenen Vor- richtung und/oder der Vorrichtung hergestellt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren umfasst, dass als Kühlmedium Seewasser durch die Kühlkanäle strömt. Die Verwendung von Seewasser als Kühlfluid weist die zuvor beschriebenen Vorteile auf, insbesondere kann ein einfacher, kostengünstiger offener Kühlkreislauf ohne Wärmetauscher verwendet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der folgenden Figuren näher erläu- tert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine einzelne Platte mit Ausneh¬ mungen, und
Fig. 2 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Kühlplatte, bestehend aus einer Grund- und Deckplatte sowie einer ersten und einer zweiten Platte mit Ausnehmungen, welche durchgehende Kühlkanäle bilden, und Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Schrägansicht aus
Fig. 2 mit Bemaßungen.
In Fig. 1 ist eine Platte 10 mit Y-förmigen Ausnehmungen 13 und Anschlusskanälen 11 dargestellt. Bohrungen zur mechani- sehen Befestigung 12 können in Form kreisrunder Bohrungen in der Platte 10 oder sowohl in der Platte 10 als auch in den benachbarten Platten 20, 21 ausgeführt sein. Über die Zu- und Abführungen können Fluide in eine darüber oder darunterliegende Platte 10, 20, oder 21 zu bzw. abgeführt werden.
Die in Fig. 1 dargestellten Y-förmigen Ausnehmungen 13 sind jeweils aus geraden, gleich langen Teilen mit einer Länge 1 im Bereich von z.B. 5 mm bis 30 mm ausgebildet, welche sich an einem Ende berühren und gegeneinander um 120° gedreht angeordnet sind. Ausnehmungen 13 können aber auch andere Formen, wie z.B. Dreiecksform, kreisrunde Form oder T-Form aufweisen. Die Ausnehmungen sind vollständig durchgehend durch eine Platte 10, z.B. ein rechteckiges, dünnes CuNilOFe-Blech mit einer Dicke d im Bereich von z.B. 4 mm ausgebildet. Sie können in das Blech gestanzt, gefräst, durch einen Laser ausgeschnitten oder durch andere Verfahren ausgebildet werden. Die Ausnehmungen 13 werden so angeordnet, dass sie ein regel- mäßiges Muster ausbilden und jeweils einen Abstand zum nächs¬ ten Nachbarn aufweisen, welcher kleiner einer einfachen oder zumindest kleiner einer doppelten Schenkellänge 1 ist.
An den Enden entlang der Breite der rechteckigen Platte 10 sind jeweils parallel zueinander angeordnete, längliche An¬ schlusskanäle 11 als Ausnehmungen ausgebildet. Die Länge der Anschlusskanäle 11 ist nahezu gleich oder kleiner der Gesamt¬ länge der Platte 10 und liegt z.B. im Bereich von etwa
0,1 - 0,6 m. Die Plattenlänge kann im Bereich von 0,1 - 0,6 m liegen, und die Plattenbreite kann im Bereich von etwa
0,1 - 0,6 m liegen .
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Kühlplatte dargestellt. Die Kühlplatte umfasst einen Plattenstapel aus Grundplatte 20, zwei Platten mit Ausnehmungen 10 und einer Deckplatte 21. Die zwei Platten mit Ausnehmungen 10 sind sandwichartig zwi¬ schen der Grundplatte 20 und der Deckplatte 21 angeordnet. In der Grund- und in der Deckplatte 20, 21 sind Zu- und Abfüh¬ rungen 12 für die Zu- und Ableitung eines Kühlfluids ausge- bildet, und diese stehen in fluidischem Kontakt mit den An¬ schlusskanälen 11 oder zumindest mit durch Ausnehmungen 13 ausgebildeten Kühlkanälen in den Platten 10. Die Grund- und Deckplatte können gleiche Umfangsmaße wie die Platten 10 auf¬ weisen, d.h. eine Länge im Bereich von 0,1 - 0,6 m und eine Breite im Bereich von 0,1 - 0,6 m. Die Dicke d' der Grund- und Deckplatte 20, 21 kann, abweichend von der Dicke d der Platten 10, im Bereich von 1 bis 10 mm liegen. Im Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 2 dargestellt ist, sind die sandwichartig zwischen der Grund- und Deckplatte 20, 21 angeordneten zwei Platten 10 gleich der in Fig. 1 dargestellten Platte 10. Die zwei Platten 10 weisen jeweils die gleiche Form und Maße auf. Es können für die erfindungsgemäße Kühlplatte aber auch mehr als zwei Platten 10 verwendet wer¬ den. Im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Platte 10 um eine Achse parallel der Längsrichtung 30 der Platte 10 um 180° gedreht, und auf die erste Platte 10 mit den äußeren Kanten jeweils deckungsgleich platziert. Es ergibt sich dadurch ein Plattenstapel, bei welchem Ausnehmungen 13 benachbarter Platten 10 sich jeweils an ihren Enden, im Fall von Y-förmigen Ausnehmungen 13 an jedem der drei Enden des Y, überlappen. Die Länge a der Überlappung benachbar- ter Ausnehmungen 13 liegt z.B. im Bereich von 2 bis 20 mm. Es bilden sich entlang einer Richtung in der Ebene der Platten 10 senkrecht zur Längsrichtung 30 durchgehende Kühlkanäle aus, welche die Anschlusskanäle 11 an gegenüberliegenden Sei¬ ten fluidisch miteinander verbinden. Die Kanäle können eine Breite b im Bereich von 5 bis 30 mm aufweisen, wobei Anschlusskanäle 11 eine Breite im Bereich von 5 bis 50 mm auf¬ weisen .
Um einen zuvor beschriebenen Plattenstapel fluidisch dicht zu bekommen, können die Platten mechanisch aneinander gepresst werden. Dies erfolgt durch nicht dargestellte Verschraubung, Klammern oder andere Einrichtungen zum Ausüben von Druck. Eine dauerhafte Dichtung erfolgt in der Regel aber nur, wenn zusätzlich benachbarte Platten 10 sowie die Platten 10 und jeweils die Grundplatte 20 und die Deckplatte 21 miteinander flächig dicht verlötet oder verschweißt werden. Dies führt zu einer langzeitstabilen fluiddichten Verbindung.
Die Platten sowie die Grund- und Deckplatte können aus Cu- NilOFe-Schichten aufgebaut sein, welche aus laminierten Einzelschichten aufgebaut sind. Auch ein Aufbau der Platten aus abgeschiedenen Schichten statt laminierten Folien ist möglich. So können z.B. dünne Schichten über galvanische Ab- Scheidung, Sputtern, Aufdampfen, Chemical Vapour Deposition (CVD) oder Metal Organic Chemical Vapour Deposition (MOCVD) übereinander auf einem dünnen Substrat aufgebracht werden. Eine Abscheidung kann z.B. vor einer Ausbildung der Ausneh- mungen 13 und Anschlusskanäle 11 erfolgen oder Bereiche der Ausnehmungen 13 und Anschlusskanäle 11 können durch eine Mas¬ ke bei einer Abscheidung abgedeckt sein. Ausnehmungen 13 und Anschlusskanäle 11 können anschließend z.B. durch ätzen des Substrates ohne ätzen der abgeschiedenen Schichten erfolgen.
Eine bevorzugte Variante, weil kostengünstig und einfach her¬ stellbar, ist die Verwendung von vorgefertigten CuNilOFe- Platten, in welchen durch Stanzen die Ausnehmungen ausgebildet werden. Die Platten können in Form von Blechen oder in Form von laminierten Folien vorliegen. Bei Verwendung von
Platten mit gleichem Muster können mehrere übereinander angeordnete Platten gleichzeitig ausgestanzt bzw. bearbeitet wer¬ den, und durch Drehung von benachbarten Platten z.B. um 180° werden anschließend die Kühlkanäle ausgebildet.
In Fig. 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt des in Fig. 2 dargestellten Plattenstapels in Schrägansicht dargestellt. Über¬ lappungen von Ausnehmungen 13 und die Bemaßungen sind aus der in Fig. 3 gezeigten Abbildung besonders gut ersichtlich.
Zur Montage der Platten und Grund- sowie Deckplatte zu einer Kühlplatte können in den Figuren der Einfachheit halber nicht dargestellte Bohrungen nahe den Bereichen der Ecken der Platten vorgesehen sein. Diese können als Führungen für Schraub- Verbindungen mit Hilfe von Schrauben und Muttern dienen. Über die Schraubverbindung können die Platten über die Grund- und Deckplatte mechanisch zusammengepresst werden, wodurch sich die fluidische Abdichtung der Kühlkanäle verbessert. Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können einzeln oder in Kombination sowie in Verbindung mit dem Stand der Technik verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte mit
den Schritten:
- Bereitstellen wenigstens einer ersten Platte (10) mit Aus¬ nehmungen (13), und
- Bereitstellen wenigstens einer zweiten Platte (10') mit
Ausnehmungen (13), und
- Anordnen der wenigstens einen ersten und der wenigstens ei- nen zweiten Platte (10, 10') übereinander derart, dass sich
Ausnehmungen (13) der wenigstens einen ersten Platte (10) mit Ausnehmungen (13) der wenigstens einen zweiten Platte (10') überlappen und durchgehende Kühlkanäle entlang einer Längsrichtung (30) in einer Ebene der Platten (10, 10') ausgebildet werden, und
- Verbinden der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte (10, 10')/
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Platte (10, 10') jeweils aus einem mehrschichtigen Aufbau aus CuNilOFe hergestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte zeitlich aufeinanderfolgend in der Reihenfolge Herstellen, Bereitstellen und Anordnen der Platten (10, 10') erfolgen, mit einem darauffolgenden Schritt, Verbinden unter Ausbildung einer zeitlich und mechanisch stabilen Verbindung der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Platte (10, 10')/ insbesondere unter Ausbildung einer fluid- dichten Verbindung in einem umlaufend geschlossenen Randbe- reich der wenigstens zwei Platten (10, 10') .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (13) durch Ausstanzen erzeugt werden und/oder dass die Ausnehmungen (13) in Form von regelmäßigen Mustern jeweils in den zwei Platten (10, 10') ausgebildet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens eine zweite Platte (10') eine Platte mit einer identischen Form der wenigstens einen ersten Platte (10) verwendet wird und die wenigstens eine zweite Platte (10, 10') um 180 Grad gedreht um die eine
Längsrichtung (30) in der Ebene der Platten (10, 10') auf der wenigstens einen ersten Platte (10) angeordnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Platten (10, 10') durch flächiges Löten, oder flächiges Hartlöten, oder Punktschweißen über die Fläche mit Dichtschweißen am Außenrand verbunden werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (10, 10') durch Klammern, und/oder Verschraubungen, insbesondere mit Bohrungen als Führung für die Verschraubungen, mechanisch stabil verbunden werden .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Platten (10, 10') mit einer Dicke von mindestens 4 mm verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Kühlkanäle mit einem Mindestdurchmesser von mehr als 2 mm ausgebildet werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Platten (10, 10')
Sandwichartig zwischen einer Grund- (20) und einer Deckplatte (21) angeordnet werden, wobei Zu- und Abführungen (12) für ein Fluid in der Grund- (20) und/oder Deckplatte (21), ins¬ besondere mit Anschlüssen (12), derart angeordnet werden, dass ein fluidischer Kontakt der Zu- und Abführungen (12) zu den ausgebildeten Kühlkanälen in den wenigstens zwei Platten (10, 10') ausgebildet wird.
10. Vorrichtung hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Platten (10, 10') jeweils Abmessungen im Bereich von 0,1 - 0,6 m Breite mal 0,1 - 0,6 m Länge aufwei- sen und eine Dicke d von mindestens 2 mm aufweisen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite b von ausgebildeten Kühlkanälen im Bereich von 5 bis 30 mm ist, eine Schenkellänge 1 der Ausnehmungen (13), insbesondere von Y-förmigen Ausnehmungen (13), im Be¬ reich von 5 bis 30 mm ist, eine Länge a von Überlappungen der Ausnehmungen (13) im Bereich von 2 bis 20 mm ist und Anschlusskanäle (11) eine Breite k im Bereich von 5 bis 50 mm aufweisen .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundplatte (20) eine Dicke d' im Bereich von 1 bis 10 mm aufweist und/oder dass eine Deckplat¬ te (21) eine Dicke d' im Bereich von 1 bis 10 mm aufweist.
13. Verwendung einer Vorrichtung hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium Seewasser durch die Kühlkanäle strömt.
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