DE10158387B4

DE10158387B4 - Anordnung zur Kühlung von elektrischen Komponenten

Info

Publication number: DE10158387B4
Application number: DE10158387.7A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Strähle Roland; Dipl.-Ing. Zurek Dominik; Dipl.-Ing. Mann Martin
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: DE10158387A1; US20030121650A1; US6662859B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher in einer Vorrichtung zur Verdampfungskühlung von Elektronik/Elektrik (1), mit einem druckdichten Behälter (2), in dem die Elektronik/Elektrik (1) von einem Bad elektrisch isolierender und verdampfender Flüssigkeit (4) umgeben ist, wobei der oberhalb der Flüssigkeit (4) angeordnete und im druckdichten Behälter (2) integrierte Wärmeaustauscher (Kondensator 3) den Dampf kondensiert und die kondensierte Flüssigkeit (4) in das Bad zurückführbar ist und wobei der Wärmeaustauscher (3) seinerseits von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist, wozu er einen Kühlflüssigkeitseinlass (5) sowie einen Kühlflüssigkeitsauslass (6) aufweist. Um den Wärmeaustauscher und die gesamte Vorrichtung herstellungsfreundlich zu gestalten und mit guten Wärmetauscheigenschaften auszustatten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Teil des Wärmeaustauschers (3) einen Teil der Wandung (10) des Behälters (2) bildet, wobei der Teil eine Trägerplatte (11) ist, an der ein Strömungskanal (12) für die Kühlflüssigkeit und ein gewelltes Wärmetauschelement (13) angeordnet ist, das mit seinen einen Wellenbergen (14) an dem Strömungskanal (12) wärmeleitend befestigt ist und mit seinen durch Flanken (20) verbundenen, gegenüberliegenden anderen Wellenbergen (15) in Richtung auf die Flüssigkeit (4) ausgerichtet ist, wobei diese anderen Wellenberge (15) Ausschnitte (16) und dazwischen angeordnete Stege (17) aufweisen, die die Flanken (20) verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung von elektrischen Komponenten gemäß dem Patentanspruch 1 ausgehend von einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Wärmetauscher in einer Vorrichtung zur Verdampfungskühlung ist aus der DE 198 26 733 A1 bekannt. Weitere Einzelheiten der Ausbildung des Wärmetauschers wurden dort nicht gezeigt. Die Verdampfungskühlung hat gegenüber der Kühlung durch Konvektion den Vorteil, dass die Elemente der Leistungselektronik kompakter angeordnet werden können, da die Verdampfungskühlung eine punktuelle Ableitung der Wärme in höherem Maße zuläßt als die Kühlung durch Konvektion.
Aus der US 3 417 814 ist eine luftgekühlte Wärmeübertragereinheit bekannt. In dem dort vorhandenen Behälter befinden sich zwei Flüssigkeiten, die unterschiedliche Siedetemperaturen aufweisen. In einem Deckel dieses Behälters ist ein Ventilator angeordnet, der Kühlluft über zahlreiche Öffnungen, die in der seitlichen Wandung des Behälters angeordnet sind, ansaugt. Die Kühlluft wird durch Kanäle einer Wellrippe geleitet und auf der entgegengesetzten Seite der Wandung durch andere zahlreiche Öffnungen abgeleitet. Die Wellrippe sitzt auf der Oberseite einer Platte, die den Behälter durchquert. An deren Unterseite befindet sich eine weitere Wellrippe, an der der aufsteigende Dampf kondensiert und als Flüssigkeit in das Bad zurückgeführt wird. Diese bekannte Anordnung ist nicht besonders kompakt gebaut.
Aus GB 2 197 450 A ist ein Wärmetauscher aus Flachrohren und Wellrippen bekannt. Die Wellrippen befinden sich zwischen und in den Flachrohren. In den Wellrippen hat man Ausschnitte vorgesehen, um das Gewicht des Wärmetauschers zu reduzieren.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfach aufgebaute, günstig herstellbare Anordnung zur Kühlung von elektrischen Komponenten zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weil der Wärmetauscher der Anordnung oberhalb der Flüssigkeit zumindest einen Teil der Wandung des Behälters bildet, wobei der Teil aus einer Trägerplatte und aus einem Strömungskanal für die Kühlflüssigkeit besteht, kann eine gesamte Vorrichtung zur Verdampfungskühlung, die Teil der Anordnung ist, relativ kostengünstig hergestellt werden. Es wird ein an sich bekanntes und ebenfalls kostengünstig herstellbares, gewelltes Wärmetauschelement verwendet, das mit seinen einen Wellenbergen an dem Strömungskanal wärmeleitend befestigt ist und mit seinen durch Flanken verbundenen, gegenüberliegenden anderen Wellenbergen in Richtung auf die Flüssigkeit ausgerichtet ist. Diese Wellenberge weisen zur Oberfläche der Flüssigkeit hin. Da das gewellte Wärmetauschelement vorzugsweise – jedoch nicht notwendigerweise – eine einheitliche Wellenhöhe aufweist, sind die einen Wellenberge, bzw. die von den einen Wellenbergen gebildete Ebene parallel zu den anderen Wellenbergen, bzw. zu der von den anderen Wellenbergen gebildeten Ebene angeordnet. Eine hohe Effizienz des Wärmetausches bei der Kondensation der verdampften Flüssigkeit wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die letztgenannten Wellenberge Ausschnitte und dazwischen angeordnete Stege aufweisen, die die Flanken verbinden. Bei Beibehaltung der fertigungstechnisch günstigen Wellenform wird der freie Rücklauf der kondensierten Flüssigkeit in das Bad erreicht und somit steht die Oberfläche des gewellten und durch die wärmeleitende Verbindung mit dem Strömungskanal ständig gekühlten Wärmetauschelements permanent zur Kondensation des Dampfes zur Verfügung, was nicht der Fall wäre, wenn sich kondensierte Flüssigkeit an oder in dem Wärmetauschelement befinden würde. Besonders vorteilhaft ist es deshalb, dass diese Oberfläche recht großflächig gehalten wird, weshalb die Flanken, die die Wellenberge verbinden, vorzugsweise keine weiteren Ausschnitte oder Freischnitte aufweisen. Es ist ferner vorteilhaft, die Stege, die die Flanken verbinden, nicht breiter zu belassen, als es aus Sicht des Herstellungsprozesses der gewellten Wärmetauschelemente erforderlich ist. Die Form der Ausschnitte kann frei gewählt werden. Es kann sich um dicht an dicht angeordnete runde oder anders geformte Öffnungen (Ausschnitte) in den Wellenbergen handeln, vorzugsweise jedoch um große, rechteckige Öffnungen, die von lediglich schmalen Stegen unterbrochen oder begrenzt sind. Die rechteckigen Öffnungen sind mit ihren Längsachsen in Längsrichtung des gewellten Wärmetauschelements (Y-Richtung), bzw. quer zur Richtung des Verlaufs der Wellen (X-Richtung) angeordnet. Die Öffnungen befinden sich vorzugsweise nur in den Wellenbergen, können sich jedoch auch beidseitig bis in die Flanken hinein erstrecken, wobei die Flanken nicht weiter als ¼ ihrer Gesamthöhe ausgeschnitten sein sollten, um die wärmetauschende Fläche möglichst groß zu halten. Ob überhaupt, und wenn ja, wie weit, die Flanken in die Öffnungen einbezogen werden, ist auch eine Frage des Herstellungsverfahrens der gewellten Wärmetauschelemente. Gewöhnlich werden solche Wärmetauschelemente aus flachem Bandmaterial gefertigt, wobei zunächst die Öffnungen (Ausschnitte) in entsprechenden, in Längs- und Querrichtung gesehen, gleichen Abständen angebracht und anschließend die Wellenform geschaffen wird. Der Strömungskanal kann entweder durch die Trägerplatte und eine zusätzliche Schale gebildet werden, wobei dann die Trägerplatte gleichzeitig Teil des Strömungskanals ist. Die Trägerplatte und die Schale sind dann miteinander verbunden, vorzugsweise verlötet. Es kann aber auch ein Strömungskanal aus zwei Halbschalen gebildet sein, die miteinander in einer mit der Ebene der Trägerplatte parallelen Ebene verbunden sind. Die Flanken des gewellten Wärmetauschelements können selbst Wellungen aufweisen, so dass das gewellte Wärmetauschelement sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung wellenförmig ausgebildet ist, wodurch eine noch größere Oberfläche geschaffen wird. Dabei können die Flanken in Z-Richtung parallel zueinander verlaufen oder auch gegeneinander geneigt sein. Der Strömungskanal nimmt in sich ein Wärmetauschelement auf, das ein Inneneinsatz ist, wie er beispielsweise bei Ölkühlern oder dergleichen verwendet wird. Solche Inneneinsätze können vielfältig ausgebildet sein, um ein Optimum hinsichtlich einer hohen Wärmeaustauschrate bei geringem Druckverlust zu schaffen. Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen beschrieben. Aus dieser Beschreibung gehen weitere u. U. wesentliche Merkmale und Wirkungen hervor, so dass ausdrücklich darauf verwiesen ist, dass auch der nachfolgende Abschnitt zu jenen gehören soll, die wesentliche Merkmale enthalten können.
Die Figuren zeigen Folgendes:
1 Draufsicht auf den Wärmeaustauscher in einer Vorrichtung zur Verdampfungskühlung;
2 Schnitt D-D aus 1 in einem Ausführungsbeispiel;
3 Schnitt D-D in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
4 Einzelheit „Z” aus 2;
5 Einzelheit „Y” aus 3;
6 Ansicht von unten auf den Wärmeaustauscher;
7 Schnitt B-B aus 1;
8 Schnitt C-C aus 1;
9 Seitenansicht auf den Wärmeaustauscher;
10 perspektivische Teilansicht auf ein gewelltes Wärmetauschelement;
11 eine andere Ausführungsform als in 10 gezeigt;
12 bis 14 zeigen Seitenansichten auf verschiedene Wärmetauschelemente;
15 und 16 zeigen den Schnitt A-A durch Wärmetauschelemente;
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher 3 in einer Vorrichtung zur Verdampfungskühlung (Siedebadkühlung) von Elektronik/Elektrik 1, mit einem druckdichten Behälter 2, in dem die Elektronik/Elektrik 1 von einem Bad elektrisch isolierender und verdampfender Flüssigkeit 4 umgeben ist, wobei der oberhalb der Flüssigkeit 4 angeordnete und im druckdichten Behälter 2 integrierte Wärmetauscher (Kondensator 3) den Dampf kondensiert und die kondensierte Flüssigkeit 4 in das Bad zurückführt und wobei der Kondensator 3 seinerseits von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist, wozu er einen Kühlflüssigkeitseinlassstutzen 5 sowie einen Kühlflüssigkeitsauslassstutzen 6 aufweist, abgebildet. Die verwendete Kühlflüssigkeit ist die Kühlflüssigkeit des Kraftfahrzeugmotors, da die gesamte Vorrichtung im Motorraum eingebaut ist und die Leistungselektronik 1 zum Betreiben des Starters/Generators des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Ein Teil des Kondensators 3 bildet einen Teil der Wandung 10 des Behälters 2. Dieser Teil ist eine Trägerplatte 11, an der ein Strömungskanal 12 für die Kühlflüssigkeit und ein gewelltes Wärmetauschelement 13 angeordnet ist, das mit seinen einen Wellenbergen 14 an dem Strömungskanal 12 wärmeleitend befestigt ist und mit seinen durch Flanken 20 verbundenen, gegenüberliegenden anderen Wellenbergen 15 in Richtung auf die Flüssigkeit 4 ausgerichtet ist, wobei diese anderen Wellenberge 15 Ausschnitte 16 und dazwischen angeordnete Stege 17 aufweisen, die die Flanken 20 verbinden. Die genannten Einzelheiten bezüglich des gewellten Wärmetauschelements 13 sind in den 10 bis 16 besser zu erkennen, worauf weiter unten näher eingegangen wird. In 3 ist die Trägerplatte 11 ein beispielsweise durch Tiefziehen hergestelltes Teil, das auch noch einen Teil der im Bild vertikalen Wandung 10 des Behälters 2 umfaßt. Gegenüber der später erläuterten und in 2 gezeigten Ausführungsform hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass der Kondensator 3 – sein Strömungskanal 12 und sein gewelltes Wärmetauschelement 13 – einen relativ größeren Flächenanteil am Querschnitt des Behälters 2 belegen, was eine höhere Effizienz des Wärmeaustausches bewirkt, die auf größere wärmeaustauschende Flächen zurückzuführen ist, bzw. bei gleicher Wärmeaustauschrate kleinere Baugrößen der Vorrichtung gestattet. In 3 bildet die Trägerplatte 11 den gesamten Deckel des Behälters 2, bzw. die Trägerplatte 11 erstreckt sich über den gesamten Behälter 2, während in 2 die Wandung 10 des Behälters 2 nach innen abgebogen wurde und die Trägerplatte 11 mit dem abgebogenen Rand der Wandung 10 verbunden ist, wobei die Trägerplatte 11 nur einen Teil des Deckels darstellt. Ein weiterer Unterschied zur später erläuterten 2 besteht darin, dass der Strömungskanal 12 unmittelbar durch die Trägerplatte 11 und eine Halbschale 18 gebildet ist, was aus 5 (Einzelheit „Y”) in vergrößerter Darstellung besser zu erkennen ist. Die beschriebenen zwei Unterschiede sind jedoch voneinander unabhängig. So kann es selbstverständlich eine Ausführungsform geben, wie sie in 3 gezeigt ist, wobei der Strömungskanal 12 aus zwei Halbschalen 18, 19 besteht und genauso gut gibt es eine Ausführungsform, wie sie in 2 gezeigt ist, wobei der Strömungskanal 12 aus der unteren Halbschale 18 und der Trägerplatte 11 gebildet wird. Im hier interessierenden Umfang wird der Kondensator 3 mit der übrigen Vorrichtung wie folgt hergestellt. Die beschriebenen Teile bestehen aus lotbeschichtetem Aluminiumblech. Nachdem die Trägerplatte 11 zugeschnitten und mittels Tiefziehen umgeformt worden ist, weist sie die versteifenden Ausprägungen 25 und die zwei Öffnungen 27 und 28 auf, die zur Montage des Kühlflüssigkeitseinlassstutzens 5 und des Kühlflüssigkeitsauslassstutzens 6 vorgesehen sind. Diese Öffnungen 27, 28 besitzen jeweils einen Kragen 26, der dazu geeignet ist, einen Einsatzring 29 aufzunehmen, der ebenfalls aus Aluminiumblech hergestellt worden ist. Anschließend wird die Trägerplatte 11, wie in 2 und 4 zu sehen ist, mit den zwei den Strömungskanal 12 bildenden Halbschalen 18 und 19 oder nur mit der einen Halbschale 18 zusammmengefügt, um den Strömungskanal 12 zu bilden, wie es in den 3 und 5 gezeigt worden ist. In der in den 2 und 4 dargestellten Version, in der der Strömungskanal 12 durch zwei Halbschalen 18 und 19 gebildet ist, die am Rand 40 miteinander verbunden sind, muß die oben liegende Halbschale 19 selbstverständlich ebenfalls die Öffnungen 27 und 28 aufweisen, um den Eintritt und den Austritt der Kühlflüssigkeit zu gestatten. Schließlich wird das wellenartige Wärmetauschelement 13 mit seinen einen Wellenbergen 14, die in einer Ebene angeordnet sind, ebenfalls an die Halbschale 18 angelegt. Danach kann diese so vorgefertigte Einheit im Lötofen verbunden werden. Wenn das geschehen ist, können der Einlassstutzen 5 und der Auslassstutzen 6 mit jeweils einem Dichtring 31 versehen und in den vorher eingelöteten Einsatzring 29 eingefügt werden, um mittels Umbiegen von Laschen 32 am Einsatzring 29 dicht und fest in den Öffnungen 27, 28 der Trägerplatte 11 zu sitzen. Die Laschen 32 werden auf einen Rand 50, 60 an den beiden Stutzen 5, 6 heruntergebogen und drücken dieselben fest in die Öffnung 27, 28 hinein. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es sich bei dem Behälter 2 um einen Druckbehälter handelt. Anschließend kann, beispielsweise mittels Schweißen, die Trägerplatte 11 mit der Wandung 10 des Behälters 2 verbunden werden. In 3 wurde die Schweißnaht 33 eingezeichnet. Auf der Grundplatte 30 des Behälters 2 befindet sich die Leistungselektronik 1. In 3 ist die Grundplatte 30 und die Wandung 10 einstückig ausgebildet. Solche Ausbildungen sind im vorliegenden Zusammenhang von untergeordneter Bedeutung, jedoch soll gesagt werden, dass bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel die Grundplatte 30 des Behälters 2 und die Wandung 10 zweistückig ausgebildet sind, wobei Wandung 10 und Grundplatte 30 dicht und fest verbunden sind. Der Behälter 2 wird mit der nicht elektrisch leitenden Flüssigkeit 4 aufgefüllt, so dass die Leistungselektronik 1 vollkommen mit der Flüssigkeit 4 abgedeckt ist, bzw. ein Bad für die Leistungselektronik 1 bildet. Sowohl im in 2 als auch im in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich im Strömungskanal 12 ein nicht gezeigter Inneneinsatz, beispielsweise ein solcher Inneneinsatz wie er bei Ölkühlern verwendet wird, um ein Optimum hinsichtlich hoher Wärmetauschrate bei geringem Druckverlust in der Kühlflüssigkeit zu erreichen. Außerdem besitzt der Strömungskanal 12 eine partielle Trennung in einen Einströmkanal 22 und einen Ausströmkanal 23, die in sinnvoller Weise mittels einer oder mehrerer Sicken 35, die in den Halbschalen 18, 19 eingeformt sind, geschaffen wird, aber auch anderweitig realisiert sein könnte. Wird nur eine Halbschale 18, wie in 3 und 5 gezeigt, zur Bildung des Strömungskanals 12 verwendet, ist es zweckmäßig, die Sicke 35 nur in dieser Halbschale 18 auszubilden. Somit strömt die Kühlflüssigkeit über den Kühlmitteleinlassstutzen 5 in den Einströmkanal 22 des Strömungskanals 12 und nach einer etwa u-förmigen Wende in den Ausströmkanal 23 und über den Kühlmittelauslassstutzen 6 zurück in den nicht gezeigten Kreislauf. In der 1 wurde der etwa u-förmige Weg mittels einer gestrichelten Kurve kenntlich gemacht. Auch aus 6, einer Ansicht von unten, in Verbindung mit 9, einer Seitenansicht, ist die in Einströmkanal 22 und Ausströmkanal 23 trennende Sicke 35 zu erkennen. Mit einem Blick auf die 6 ist weiter ersichtlich, dass die etwa u-förmige Wende der Strömungsrichtung im Bild oben, wo die Sicke 35 endet, stattfindet. Die 7 ist eine Schnittdarstellung, in der der Schnitt genau durch die Sicke 35 verläuft. Die 8 zeigt den Schnitt C-C, der parallel zur Sicke 35 verläuft und durch den gesamten Einströmkanal 22 geht. Schließlich könnte der Strömungskanal 12 selbst auch durch ein Flachrohr gebildet sein, dessen zwei gegenüberliegenden, stirnseitigen Öffnungen nach dem Einsetzen des Inneneinsatzes zusammengequetscht werden, um später verlötet zu werden. Diese Möglichkeit wurde nicht in den Figuren dargestellt. Die folgenden 10 bis 16 bilden verschiedene Gestaltungen des gewellten Wärmetauschelements 13 ab, das ganz wesentlich zur Lösung der gestellten Aufgabe beiträgt. Zunächst wird durch das Vorsehen eines einfach herstellbaren gewellten Wärmetauschelements 13, das ansonsten bei Ölkühlern, Ladeluftkühlern oder ähnlichen Wärmetauschern eingesetzt wurde, Einfluß auf die Senkung der Kosten genommen. Ferner war es in überraschender Weise durch weitere ganz einfache Anpassung dieses Elements 13, an die Erfordernisse des Einsatzes in der Verdampfungskühlung möglich geworden, dessen Wärmetauscheffizienz soweit anzuheben, dass dieselbe durchaus mit bisher in der Verdampfungskühlung verwendeten Wärmetauschelementen vergleichbar ist, die wesentlich aufwendiger herzustellen sind. Die erwähnte Anpassung, mit der die Wärmetauscheffizienz des gewellten Wärmetauschelements 13 angehoben wurde, besteht darin, dass in den Wellenbergen 15 möglichst große Ausschnitte 16 vorgesehen sind und möglichst schmale Stege 17, die die Flanken 20 verbinden. Diese die Ausschnitte 16 und Stege 17 aufweisenden Wellenberge 15 sind auf die Flüssigkeit hin gerichtet. Mit den anderen Wellenbergen 14 ist das Wärmetauschelement 13 an dem Strömungskanal 12 wärmeleitend verbunden, (wie vorne bereits beschrieben wurde) und es wird somit durch die Kühlflüssigkeit intensiv gekühlt. Um die Wärmeleitung durch großflächige Gestaltung zu verbessern, weisen diese Wellenberge 14 vorzugsweise keine Ausschnitte auf. Weil die kondensierte Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft ungehindert in das Bad zurücklaufen kann, stehen die Flanken 20 des Wärmetauschelements 13 permanent zur Kondensation des Dampfes zur Verfügung. Die Flanken 20 sollen wegen des Einflusses der Schwerkraft nicht mehr als etwa 20° (Winkel α) geneigt zur Lotrechten auf der Oberfläche der Flüssigkeit 4 im Behälter 2 angeordnet sein. Im Wärmetauschelement 13 zurückgehaltene Flüssigkeit hätte einen negativen, die Effizienz des Wärmetausches beeinträchtigenden, Einfluß und wird durch die beschriebene Gestaltung vermieden. Dabei kommt es nicht so sehr darauf an, welche Formgebung die Ausschnitte 16 an den Wellenbergen 15 aufweisen. Die Formgebung der Ausschnitte 16 kann sich nach den Erfordernissen des Herstellungsverfahrens für das wellenförmige Wärmetauschelement 13 richten. In der 10 ist deshalb eine Vielzahl von dicht an dicht angeordneten Ausschnitten 16 vorgesehen worden, die sich seitlich auch relativ weit bis in die Flanken 20 hinein erstrecken, wie die 16 deutlich macht. Die Flanken 20 sollen jedoch möglichst nicht weiter als etwa ¼ der Höhe H ausgeschnitten sein. Die Höhe H soll den Abstand zwischen den durch die Wellenberge 14 und 15 gebildeten Ebenen ausdrücken. Um die durch die Flanken 20 gebildeten Flächen möglichst groß zu belassen, sind die in die Flanken 20 reichenden Abschnitte der Ausschnitte 16 keilförmig gestaltet, wie die 10 außerdem zeigt. Bevorzugt sollen lediglich die Wellenberge 15 Ausschnitte 16 aufweisen, wie es in den 15 und 16 durch das Bezugszeichen Bv an einem der Wellenberge 15 deutlich gemacht wurde. Um den Abschnitt a wird dadurch die wärmeaustauschende Fläche der Flanken 20 vergrößert. Auch in 10 wurde darauf geachtet, dass die Stege 17, die die Flanken 20 verbinden, schmal bleiben. Ferner ist aus dem in den 10 und 16 dargestellten Ausführungsbeispiel zu erkennen, dass die Flanken 20 gegeneinander leicht geneigt sind, wobei diese Neigung wesentlich unter 20° gegenüber der Senkrechten ist. In den 11 bis 15 ist dagegen keine Neigung vorgesehen. Dass die Ausschnitte 16 einen relativ großen Anteil an der Gesamtfläche der Wellenberge 15 einnehmen sollen und die Stege 17 einen relativ kleinen Anteil, geht anschaulich auch aus den 11 bis 14 hervor. Die 15 ist ein vergrößerter Schnitt durch diese Wärmetauschelemente 13. In 11 befinden sich lediglich drei von Stegen 17 gebildete Reihen im gesamten Wärmetauschelement 13, wobei je eine Reihe oben und unten und eine in der Mitte des Wärmetauschelements 13 angeordnet worden ist. Die Stege 17 sind notwendig, um die günstige Herstellbarkeit des Wärmetauschelements 13 zu erhalten, denn die Wärmetauschelemente 13 werden aus relativ dünnem Blechband derart hergestellt, indem zunächst die Ausschnitte 16 eingestanzt werden und danach die Wellenform geschaffen wird, wobei diese Reihenfolge lediglich eine bevorzugte sein soll. Würden die Stege 17 fehlen, ist also ersichtlich, dass das Wärmetauschelement 13 nicht aus einem gewellten Stück hergestellt werden könnte. Die Ausschnitte 16 sind ganz einfache Rechtecke, die sich hier, gemäß 15, wesentlich geringfügiger bis in die Flanken 20 hinein erstrecken, als es in 16 gezeigt und beschrieben wurde. In 12 wurde lediglich am linken und rechten Rand des Wärmetauschelements 13 je ein Steg 17 vorgesehen. Die 13 entspricht insoweit der 11, weil auch dort zusätzlich noch ein mittlerer Steg 17 angeordnet wurde. Natürlich könnte das Wärmetauschelement 13, das an dem Strömungskanal 12 wärmeleitend befestigt ist, auch aus mehreren gewellten Wärmetauschelementen 13 bestehen, beispielsweise solchen wie in 12 oder 13 gezeigt. Diese Wärmetauschelemente 13 würden dann so angeordnet werden, dass ihre Stege 17 Reihen bilden. Deshalb könnte die 14 entweder als ein einziges Teil angesehen werden, dass insgesamt sechs Stege 17 aufweist, (was vorzugsweise auch der Fall ist) oder als ein aus Wärmetauschelementen 13 gemäß 12 oder 13 zusammengesetztes Wärmetauschelement 13. In 15 sind die Wellenberge 14, 15 flach ausgebildet und in 16 besitzen sie eine leichte, konvexe Wölbung. In den Figuren wurden lediglich symmetrisch zum Scheitelpunkt der Wellenberge 15 angeordnete Ausschnitte 16 gezeigt, womit jedoch keine Beschränkung auf eine solche Anordnung verbunden sein soll. In weiteren nicht gezeigten Ausführungen sind deshalb unsymmetrisch zum Scheitelpunkt der Wellenberge 15 angeordnete Ausschnitte 16 vorhanden, wobei jedoch der überwiegende Flächenanteil der Wellenbergen 15 ausgeschnitten sein sollte. In den Ausführungsbeispielen wurden nur Wärmetauschelemente 13 mit in X-Richtung (11) verlaufenden Wellen vorgestellt, ohne dass deren Ausbildung darauf beschränkt sein soll. Zusätzlich noch in Y-Richtung verlaufende Wellungen in den Flanken 20 führen zu weiterer Vergrößerung der Oberfläche und sind deshalb je nach Einsatzfall sinnvoll.

Claims

Anordnung zur Kühlung von elektrischen Komponenten (1), aufweisend, eine Vorrichtung zur Verdampfungskühlung, mit einem Wärmetauscher (3), der in einem druckdichten Behälter (2) angeordnet ist, in dem die zu kühlenden elektrischen Komponenten (1) von einem Bad elektrisch isolierender und bei Wärmezufuhr verdampfender Flüssigkeit (4) umgeben sind, wobei der Wärmetauscher (3) oberhalb der Flüssigkeit (4) angeordnet ist und einen Einlassstutzen (5) sowie einen Auslassstutzen (6) zum Durchleiten von Kühlflüssigkeit aufweist, um Dampf zu kondensieren und um kondensierte Flüssigkeit (4) in das Bad zurückzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Wärmetauschers (3) einen Teil der Wandung (10) des Behälters (2) bildet, wobei der Teil eine Trägerplatte (11) ist, an der der Einlassstutzen (5) und der Auslassstutzen (6) sowie ein Strömungskanal (12) für die Kühlflüssigkeit und ein gewelltes Wärmetauschelement (13) angeordnet sind, das mit seinen einen Wellenbergen (14) an dem Strömungskanal (12) wärmeleitend befestigt ist und mit seinen durch Flanken (20) verbundenen, gegenüberliegenden anderen Wellenbergen (15) in Richtung auf die Flüssigkeit (4) ausgerichtet ist, wobei diese anderen Wellenberge (15) Ausschnitte (16) und dazwischen angeordnete Stege (17) aufweisen, die die Flanken (20) verbinden und wobei die Trägerplatte (11) einen Deckel des druckdichten Behälters (2) oder einen Teil des Deckels bildet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (12) in sich einen Inneneinsatz besitzt.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (12) durch die Trägerplatte (11) und eine zweite Schale (18) gebildet ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (12) durch zwei Schalen (18, 19) oder durch ein Flachrohr gebildet ist, wobei die eine Schale oder die eine Flachseite des Flachrohres mit der Trägerplatte (11) und die andere Schale oder die andere Flachseite des Flachrohres mit dem gewellten Wärmetauschelement (13) wärmeleitend verbunden sind.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (12) in einen Einströmkanal (22), der mit dem Kühlflüssigkeitseinlass (6) verbunden ist und in einen Ausströmkanal (23), der mit dem Kühlflüssigkeitsauslass (7) verbunden ist, aufgeteilt ist, so dass die Kühlflüssigkeit einen etwa u-förmigen Weg durch den Strömungskanal (12) beschreibt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Deckels mit einer nach innen gebogenen Wandung (10) des Behälters (2) verbunden ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (11) versteifende Ausprägungen (25) aufweist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschnitte (16) vorzugsweise möglichst groß sind, bzw. einen möglichst großen Flächenanteil an den zu der Flüssigkeit (4) weisenden Wellenbergen (15) besitzen, wobei die Ausschnitte (16) vorzugsweise nur in den Wellenbergen (15) angeordnet sind, jedoch möglichst nicht weiter als ¼ der Höhe (H) der Flanken (20) in dieselben hineinreichen, wobei die Wellenberge (14, 15) flach oder gewölbt ausgebildet sind, und dass die Stege (17) möglichst schmal sind.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die die gegenüberliegenden Wellenberge (14; 15) verbindenden Flanken (20) des gewellten Wärmetauschelements (13) und die mit dem Strömungskanal (12) wärmeleitend verbundenen Wellenberge (14) im wesentlichen ohne Ausschnitte ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (20) des gewellten Wärmtauschelements (13) gewellt oder ungewellt ausgebildet sind, wobei die Flanken (20) in Z-Richtung parallel zueinander verlaufen.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (20) – im Querschnitt durch das Wärmetauschelement (13) gesehen – etwa senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläche (4) stehen oder nicht weiter als etwa 20° (Winkel α) zur Senkrechten geneigt sind.
Anordnung nach mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (11) zwei Öffnungen (27, 28) aufweist, um die herum jeweils ein Kragen (26) angeformt ist, der zum Verlöten je eines Einsatzringes (29) geeignet ist und dass der Einsatzring (29) vorstehende Laschen (32) aufweist, die mittels Umbiegen auf den Rand (50, 60) des Einlass- bzw. Auslassstutzens (5, 6), dieselben fest und dicht in den Öffnungen (27, 28) halten können.