DE2042866A1

DE2042866A1 - Containers for electronic components or circuits

Info

Publication number: DE2042866A1
Application number: DE19702042866
Authority: DE
Inventors: Heinrich 7900 Ulm Lustig Helmut Dipl Ing 7917 Vohnngen Karremann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-08-28
Filing date: 1970-08-28
Publication date: 1972-03-02

Description

"Behälter für elektronische Bauelemente oder Schaltungen Die Erfindung betrifft einen abgeschlossenen Behälter ftir darin montierte elektronische Bauelemente oder Schaltungen, der vollständig mit einer wärmeausgleichenden und/oder die elektrische Spannungsfestigkeit erhöhenden Flüssigkeit gefüllt ist und zu dem außerdem ein Ausgleichsraum gehört, letaterer teilweise mit der Fldssigkeit und zum restlichen Teil mit einem Medium æ. B. in Form von Luft * Dampf und/oder Gas, insbesondere mit den Dampf der Flüssigkeit, gefüllt ist, und außerdem mit den vollständig flüssigkeitsgefüllten Raum, in dem die elektronischen Bauelemente oder Schaltungen untergebracht sind, über eine Öffnung in Verbindung steht."Containers for Electronic Components or Circuits The Invention relates to a closed container for electronic components mounted therein or circuits that are completely heat-compensating and / or the electrical Dielectric strength-increasing liquid is filled and to which also a compensation space heard, letaterer partly with the liquid and the remaining part with a Medium æ. B. in the form of air * steam and / or gas, especially with the steam Liquid, is filled, and also with the completely liquid-filled Space in which the electronic components or Circuits housed are in communication via an opening.

Behälter dieser Art sind in verschiedenen Varianten und mit verschiedenen Flüssigkeitsfüllungen bekannt. Bei einem dieser bekannten Behälter wird die Kühlung der Bauelemente bzw, Schaltungen durch Sieden einer in unmittelbarem Kontakt damit befindlichen Wärmeaustauschflüssigkeit und durch Kondensation der Dämpfe dieser Flüssigkeit auf den Behälterwänden über dem Flüssigkeitsspiegel, ggf. auch auf zusätzlichen Wä.rmeaustauschflächen in dem Behälter erzielt, Danit bein Sieden und Verdampfen hierbei der Druck auf die Wärmeaustauschflüssigkeit nicht unzulässig erhöht wird, erthält dieser Behälter eine getrennte Expansionskammer für die Dämpfe. Bei einem anderen bekannten Behälter dieser Art wird der Wärmeaustauschkreislauf vollständig innerhalb des Behälters durchgeführt, der mit der Kühlflüssigkeit nur teilweise gefüllt ist und in dem der Dampf auf den Behälterwänden oberhalb des Flüssigkeitsspiegels kondensiert. Eine weitere bekannte Ausführungsform dieser Behälter nutzt die Konvektionsinihlung unter Verwendung einer Wärmeaustauschflüssigkeit aus, deren Siedepunkt erheblich über der zulässigen Betriebstemperatur der elektronischen Bauelemente bzw. Schaltungen liegt und deren Dichte stark temperaturabhängig ist. Der Flssigkeitsspiegel liegt kierbei über den zu mahlenden Bauteilen. Beim Betrieb erwärmen sich Teile der Flüssigkeit, die nahe den zu kühlenden Bauteilen sind, und werden dadurch spezifisch leichter. Spezifisch schwerere Flüssigkeitsteile, die kleiner sind, sinken nach unten während die spezifisch leichteren und wärmeren Flüssigkeitsteile nach oben steigen. Über die Behälterwände wird die Betriebswärme abgeführt.Containers of this type come in different variants and with different ones Liquid fillings known. In one of these known containers, the cooling the components or circuits by boiling one in direct contact with it located heat exchange liquid and by condensation of the vapors of this Liquid on the container walls above the liquid level, possibly also on additional ones Heat exchange surfaces achieved in the container, Danit in boiling and evaporation the pressure on the heat exchange fluid is not increased in an impermissible manner, This container receives a separate expansion chamber for the vapors. At a In other known containers of this type, the heat exchange circuit becomes complete carried out inside the container with the cooling liquid only partially is filled and in which the vapor on the container walls above the liquid level condensed. Another known embodiment of this container uses the convection enclosure using a heat exchange fluid whose boiling point is significant above the permissible operating temperature of the electronic Components or circuits and the density of which is strongly dependent on temperature. The liquid level is not above the components to be ground. Parts heat up during operation of the liquid, which are close to the components to be cooled, and thus become specific easier. Specifically heavier parts of the liquid that are smaller sink down below while the specifically lighter and warmer parts of the liquid move upwards rise. The operating heat is dissipated through the container walls.

Bei diesen bekannten und auch bei den durch die DOS 1 907 708 bekannten Behältern, bei letzteren ein Teil der zu kühlenden Bauelemente zumindest teilweise oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet sind, ist nicht gewährleistet, daß bei einer Neigung des Behälters die zu kühlenden Bauteile inner unterhalb des Flüssigkeitsspiegels verbleiben. Diese Neigung der Behälter tritt unvermeidlich bei ihrem Einsatz auf Fahrzeugen auf, und es lassen sich dann während des Betriebs schädliche Überlastungen der zumindest teilweise aus der Flüssigkeit ragenden Bauteile nicht vermeiden.With these known ones and also with those known from DOS 1 907 708 Containers, with the latter part of the components to be cooled at least partially are arranged above the liquid level, it is not guaranteed that when the container is inclined, the components to be cooled are inside below the liquid level remain. This inclination of the containers inevitably occurs when they are used Vehicles on, and there can then be harmful overloads during operation not avoid the at least partially protruding components from the liquid.

Handelt es sich um Hochspannungsschaltungen, deren Spannungsfestigkeit durch die Flüssigkeit gesichert wird1 so treten bei der Verwendung der bekannten Behälter auf Fahrzeugen bei deren Neigung unverneidbare zerstörerische Rochspannungsüberschläge oder -entladungen auf.If it is high-voltage circuits, their dielectric strength is secured by the liquid1 so step when using the known container on vehicles when their inclination is unavoidable destructive High voltage flashovers or discharges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Behält er derart weiterzubilden, daß auch bei Kippen aus deren Normallage um fast 900 eine ausreichende Kühlung der Bauteile und/oder eine ausreichende oohspannungsfestigkeit gewahrt bleibt.The invention is based on the object he known container in such a way that even when tilting from its normal position by almost 900 one sufficient cooling of the components and / or sufficient voltage resistance is preserved.

Die Erfindung besteht bei einem Behälter der einleitend genannten Art darin, daß der Ausgleichsraum in dem Behälter vorgesehen ist und aus einer trichterartigen Anordnung besteht, deren Wandungen für die Flüssigkeit und das Medium undurchlässig sind und die derartige Abmessungen aufweist und in der Weise angeordnet ist, daß sich das Medium vollständig innerhalb der Anordnung befindet,.daß zumindest deren verjüngtes Teil - bei Normallage des Behälters gesehen - von oben in die Flüssigkeit hineinragt und daß die Flüssigkeit bei jeder möglichen Lage des Behälters nur durch den verjüngten Teil der Anordnung in dieselbe Zugang hat, Vorzugsweise ist der verjüngte Teil der trichterartigen Anordnung des erfindungsgemäßen Behälters rohrförmig in Sinne eines Steigrohres ausgebildet oder abgeschlossen und ist der Rohrdurchmesser in Abhängigkeit von den gewünschten Grad der Kapillarwirkung des Steigrohres gewählt, Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der obere Rand der trichterartigen Anordnung mit den Behälterinnenwandungen - für die Flüssigkeit und das Medium undurchlässig dicht - verbunden. Besonders vorteilhaft ist es die trichterartige Anordnung des erfindungsgemäßen Behälters konisch oder pyramidenförmig nach unten verengt auszubilden.The invention consists in a container of the initially mentioned Kind in that the compensation space is provided in the container and from a funnel-like Arrangement exists, the walls of which are impermeable to the liquid and the medium and which has such dimensions and is arranged in such a way that the medium is completely within the arrangement. That at least their tapered part - seen with the normal position of the container - into the liquid from above protrudes and that the liquid only through in every possible position of the container the tapered part of the arrangement has access to the same, Preferably is the tapered part of the funnel-like arrangement of the container according to the invention tubular in the sense of a riser pipe or closed and is the Tube diameter depending on the desired degree of capillary action of the Riser selected, In a preferred embodiment of the invention is the upper edge of the funnel-like arrangement with the inner walls of the container - for the Liquid and the medium impermeable tight - connected. Particularly beneficial it is the funnel-like arrangement of the container according to the invention conical or form narrowed pyramidal downwards.

Anhand der Abbildungen werden im folgenden Ausführungs beispiele der Erfindung näher beschrieben, Der Behälter gemäß dem abgebildeten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus einem zylindrischen Topf i und einem danit dicht verbundenen Deckel 2, Im Behälter befindet sich als inerte Flüssigkeit eine Füllung 3 aus beispielsweise fluoriertem Kohlenwasserstoff- oder Methylenchlorid. Der überwiegend mit dem Medium, beispielsweise Luft bmw. Dampf gefüllte Ausdehnungsraum ist mit 4 bezeichnet. Die zu kühlenden Bauelemente oder Schaltungen befinden sich innerhalb der Flüssigkeit. Beispielsweise ist in den Behälter ein Hochspannungsnetzteil mit einem Transformator 5, einem Gleichrichter 6, einer Siebdrossel 7, Widerständen 8 und Kondensatoren 9 angeordnet. Wie in gezeigten Beispielsfall ist es zweckmäßig, hierbei die den Hauptanteil der Betriebswärme erzeugenden Bauelemente möglichst weit in Richtung zum Behälterboden anzuordnen und alle elektronischen Bauelemente bzw. Schaltungen derart im Behälter zu verteilen, daß die bein Betrieb erwärmten Flüssigkeitsteile möglichst ungehindert nach oben in der Flüssigkeit aufsteigen können. So sind bein abgebildeten Ausführungsbeispiel die Hauptwärrneerzeuger, nämlich der Transformator 3 und die Drossel 6, auf der bodennächsten, nämlich der Tragplatte 10 zweier gezeigter Tragplatten 10 und 11, montiert1 während sich die übrigen Bauelenente der Hochspannungsschaltung auf der bei Normallage des Behälters weiter oben befindlichen Platte lt befinden. Die beiden Platten 10 und 11 weisen eine Vielzahl Durchbohrungen auf, um zu ermöglichen, daß die Ylüssigkeit weitgehend ungehindert durch die Platten 10 und 11 in dom Behälter zirkuljeren kann, wenn erwärmte Flüssigkeitsteile nach oben autsteigen und durch kUhlere Flfissigkeitsteile ersetzt werden, die von oben nach unten sinken.Based on the figures, the following execution examples Invention described in more detail, the container according to the illustrated embodiment the invention consists of a cylindrical pot i and a danit tightly connected Lid 2, a filling 3 of, for example, is located in the container as an inert liquid fluorinated hydrocarbon or methylene chloride. Who predominantly with the medium for example air bmw. The expansion space filled with steam is denoted by 4. the components or circuits to be cooled are located within the liquid. For example, a high-voltage power supply is in the container a transformer 5, a rectifier 6, a filter choke 7, resistors 8 and capacitors 9 arranged. As in the example shown, it is advisable to in this case, the components that generate the majority of the operating heat if possible to be arranged far in the direction of the container bottom and all electronic components or to distribute circuits in the container in such a way that they heated up during operation Parts of the liquid rise upwards in the liquid as unhindered as possible can. So are in the illustrated embodiment, the main heat generator, namely the transformer 3 and the choke 6, on the one closest to the ground, namely the support plate 10 of two shown support plates 10 and 11, mounted1 while the other components the high-voltage circuit on the one further above in the normal position of the container Plate as per. The two plates 10 and 11 have a large number of through-holes to allow the fluid largely unhindered through the plates 10 and 11 can circulate in the container after heated liquid parts rise above and be replaced by cooler parts of liquid that come from above sink down.

Reicht die Kühlung bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß der Abbildung nicht aus, so empfiehlt sich die zusätzliche Verwendung von Wärieaustauschern 12 und 13, die - was aus der Abbildung nicht unmittelbar hervorgeht -zweckmäßigerweise miteinander verbunden sind und in einen von denen von außen Kühlflüssigkeit eingeleitet und aus dem anderen von innen die Kühlflüssigkeit nach außen abgeführt wird, wie durch die beiden Pfeile 14 und 15 angedeutet ist. Als Kühlflüssigkeit, die diese zusätzlichen Wärmeaustauscher durchfließt, eigenet sich beispielsweise Wasser.Is the cooling sufficient in the exemplary embodiment described so far according to the figure, the additional use of is recommended Heat exchangers 12 and 13, which - which is not immediately apparent from the figure - are expediently connected to one another and in one of which cooling liquid from the outside introduced and discharged from the other from the inside, the cooling liquid to the outside as indicated by the two arrows 14 and 15. As a coolant, which flows through these additional heat exchangers is suitable, for example Water.

Die Merkmale des abgebildeten Ausführungsbeispiels sind, soweit sie bisher beschrieben sind* an sich bekannte Erfindungsvesentlich ist die trichterartige Anordnung innerhalb des Behälters* die im gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung an ihrem oberen Rand mit den Deckel 2 für die Flüssigkeit und das Mediun undarchlässig dicht verbunden ist und w gesehen in ihrer Längsausdehnung - aus drei Teilen besteht* nämlich einem zylindrischen oder topfförmigen Teil, einen daran nach unten anschließenden sich konisch verjüngenden Teil und einem daran anschließenden rohrförrnigen Teil. Diese trichterartige Anordnung ist in der Abbildung mit 16 bezeichnet. Grundsätzlich ist diese Anordnung auch durch eine Zwischenwand in den Behälter ersetzbar, die parallel zum Deckel 2 verläuft und deren Ränder mit den Innenwandungen des Behälters dicht verbunden sind, während sich in ihren Zentrum eine Öffnung befindet, an die ein Steigrohr angeschlossen ist1 das in Richtung zum Behälterboden weist, Auch ist die Anordnung 16 durch eine Anordnung ersetzbar, die lediglich aus einen topfförmigen zylindrischen Teil und einem an dessen Boden unmittelbar anschließenden und zura Behälterboden weisenden Steigrohr besteht, wobei sich an der Einmünddungstelle des Steigrohres in den topfförmigen Teil in dessen Boden eine entsprechende Öffnung befindet. Die gezeigte Ausführungsart der Anordnung 16 ist jedoch in der Praxis besonders vorteilhaft und gewährleistet, daß auch bei Neigung des Behälters aus seiner Normallage um fast bis zu 900 auf keinen Fall Teile des Mediums in die Flüssigkeit gelangen, sofern die Füllung 3 den gesamten Raum außerhalb der Anordnung 16 ausfüllt.The features of the illustrated embodiment are, as far as they are have been described so far * The funnel-like one is essential to the invention, which is known per se Arrangement within the container * the one shown in the embodiment of the invention at its upper edge with the lid 2 for the liquid and the medium undarchligible is tightly connected and w as seen in its longitudinal extent - consists of three parts * namely a cylindrical or cup-shaped part, one adjoining it at the bottom conically tapering part and an adjoining tubular part. This funnel-like arrangement is in denoted by 16 in the figure. In principle, this arrangement can also be replaced by a partition in the container, which runs parallel to the cover 2 and its edges with the inner walls of the container are tightly connected, while in their center there is an opening to which a riser pipe is connected, which points towards the bottom of the container, is also the arrangement 16 can be replaced by an arrangement that consists only of a cup-shaped cylindrical part and a directly adjoining its bottom and zura The riser pipe pointing towards the container bottom is located at the junction of the Riser pipe in the cup-shaped part in the bottom of a corresponding opening is located. However, the embodiment of the arrangement 16 shown is in practice particularly advantageous and ensures that even when the container is tilted off its normal position by almost up to 900 by no means parts of the medium in the liquid if the filling 3 fills the entire space outside the arrangement 16.

Bei Erwärmung der Flüssigkeit in dem Behälter t dehnt sich bei entsprechender Wahl der Flüssigkeitszusammensetzung die Flüssigkeit aus und komprimiert hierdurch das Medium in der Anordnung 16. Besonders zweckmäßig ist es den Behälter 1 mit einer sich bei Erwärmung ausdehnenden Flüssigkeit soweit zu füllen, daß bei tiefstmöglicher Arbeitstemperatur der Behälter außerhalb der Anordnung und gegebenenfalls der größte Teil des Steigrohres volle ständig mit der Flüssigkeit gefüllt ist, und hierbei den Rohrdurchmesser derart zu wählen daß der Behälter U! fast 900 aus seiner Normallage gekippt werden kann ohne daß das Medium aus der Anordnung 16 durch das Steigrohr in der Flüssigkeit entweichen kann. Hierdurch wird gewährleistet, daß die zu kühlenden Bauelemente inner in innigen Kontakt mit der Flüssigkeit stehen.When the liquid in the container t is heated, it expands with the corresponding Selection of the liquid composition, the liquid from and thereby compresses the medium in the arrangement 16. It is particularly useful To fill container 1 with a liquid that expands when heated, that at the lowest possible working temperature of the container outside the arrangement and possibly the largest part of the riser pipe is always full with the liquid is filled, and here to choose the pipe diameter so that the container U! almost 900 can be tilted from its normal position without the medium being out of position 16 can escape through the riser in the liquid. This ensures that the components to be cooled are in intimate contact with the liquid.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Closed container for electronic components mounted therein or circuits that are completely heat-compensating and / or the electrical Dielectric strength-increasing liquid is filled and to which also a compensation space heard, the latter partly with the face and the remainder with a Medium z. B. in the form of air, steam and / or gas, in particular with the steam of the Liquid, is filled, and also with the completely liquid-filled Room in which the electronic components or circuits are housed * is in communication via an opening, characterized in that the compensation space is provided in the container and consists of a funnel-like arrangement, the walls of which are impermeable to the liquid and the fluid and the like Has dimensions and in the Weis. is arranged * that the medium is completely located within the arrangement that at least its tapered part - in the normal position eee container - protrudes from above into the liquid and that the liquid at every possible position of the container only through the tapered part of the arrangement in has the same access.

2. Container according to claim 1, characterized in that the tapered Part of the funnel-like arrangement is tubular in the sense of a riser pipe or is completed.

3. Container according to claim 2, characterized in that the inner Pipe diameter depending on the given composition of the liquid is selected from the desired degree of capillary action of the riser.

.4. Container according to one of Claims 1 to 3, characterized by such a dimensioning that is within half of the entire working temperature range the medium is only located within the funnel-like arrangement.

5. Container according to one of claims 1 to 4, characterized in * that the upper edge of the funnel-like arrangement with the flehältinnenwandungen - for the liquid and the medium impermeable tight - is connected.

6. Container according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the funnel-like arrangement is pot-shaped with one in the middle of the bottom of the pot is formed in a hole arranged there from below opening riser pipe.

7. Container according to one of claims t to 5, characterized in that that the funnel-like arrangement tapers conically or pyramid-shaped downwards is trained.

8. Container according to one of claims 1 to 7, characterized in that that in the container the electronic components or circuits that make up the majority which generate operating heat, are not installed near the bottom of the tank.

9. Container according to claim 8, characterized in that all electronic Components or circuits are mounted in such a distributed manner in the container that the liquid parts heated up during operation as freely as possible upwards the liquid can rise.

10. Container according to one of claims 1 to 9, characterized by the use of fluorinated hydrogen or methylene chloride as the liquid.

11. Container according to one of claims 1 to 10, characterized in that that additional heat exchangers are arranged in the container during operation from an externally introduced and externally water, Edhl.

liquid, for example discharged, are flowed through.

L e r s e i t e