DE4322933A1 - Liquid-cooling body with hydraulic coolant connection - Google Patents
Liquid-cooling body with hydraulic coolant connectionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitskühlkörper mit hydraulischem Kühlmittelanschluß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a liquid heat sink with hydraulic coolant connection according to the preamble of claim 1.
Ein solcher Flüssigkeitskühlkörper mit hydraulischem Kühl mittelanschluß ist aus der DE 37 40 233 A1 bekannt, wobei dort zwei Schalen aus Kupfer einen kühlflüssigkeitsdurch strömten Kühldosenkern bilden und die Kühlflüssigkeit über Stutzen mit Bohrungen in den bzw. aus dem Kühldosenkern ge langt. Dabei ist es von Nachteil, daß bei Einsatz mehrerer bekannter Flüssigkeitskühlkörper in einem Spannverband eine aufwendige externe Kühlmittelverteilung erforderlich ist, wobei zusätzlich die Problematik auf tritt, daß die externe Kühlmittelverteilung einen axialen Toleranzausgleich auf grund Leistungshalbleiter-Dickentoleranzen ermöglichen muß.Such a liquid heatsink with hydraulic cooling middle connection is known from DE 37 40 233 A1, wherein there two copper cups through a coolant flowed cooler core and form the coolant Spigot with holes in or out of the cooling can core reaches. It is disadvantageous that when using several known liquid heatsink in a tension bandage complex external coolant distribution is required, with the additional problem that the external Coolant distribution on an axial tolerance compensation must allow for power semiconductor thickness tolerances.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssig keitskühlkörper mit hydraulischem Kühlmittelanschluß der eingangs genannten Art anzugeben, der die externe Kühlmit telverteilung stark vereinfacht und einen axialen Toleranz ausgleich sicherstellt.The invention has for its object a liquid cooling heatsink with hydraulic coolant connection Specify the type mentioned, the external cooling with tel distribution greatly simplified and an axial tolerance ensures compensation.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is done in conjunction with the characteristics of Preamble according to the invention by the in the characteristic of Features specified claim 1 solved.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe sondere darin, daß der Flüssigkeitskühlkörper mit inte griertem Kühlmittelverteiler universell bei Reihen-, Paral lel- und Gruppenschaltung von Kühlkörpern eingesetzt werden kann, wobei die Anpassung an die externe Kühlmittelvertei lung in einfacher Weise durch entsprechende Bearbeitung des Kühlmittelverteilers erreicht wird, indem jeder Kanal mit einem oder mit zwei offenen Anschlüssen versehen wird. Die Kühlflüssigkeitsverteilung zwischen den einzelnen Kühlkör pern eines Spannverbandes erfolgt auf kürzestem Wege, indem kurze Rohrabschnitte zwischen beiden sich direkt gegenüber liegenden Anschlüssen von zwei Kühlkörpern angeschlossen werden. Der aufgrund von Leistungshalbleiter-Dickentoleran zen erforderliche axiale Toleranzausgleich erfolgt selbst tätig über die Verbindungen der Rohrabschnitte mit den ent sprechend ausgestalteten Anschlüssen der integrierten Kühlmittelverteiler.The advantages which can be achieved with the invention are in particular special in that the liquid heatsink with inte Free coolant distributor universal for series, parallel lel and group connection of heat sinks are used can, the adaptation to the external coolant distribution in a simple manner by editing the Coolant distributor is achieved by using each channel one or two open connections. The Coolant distribution between the individual heatsinks A tension bandage is carried out in the shortest possible way by short pipe sections between the two directly opposite each other horizontal connections of two heat sinks connected become. The one due to power semiconductor thickness tolerance zen necessary axial tolerance compensation takes place itself active through the connections of the pipe sections with the ent speaking designed connections of the integrated Coolant distributor.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the Un marked claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the drawing illustrated embodiments explained. Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ausschnitt ei nes Spannverbandes mit dem prinzipiellen Aufbau des Flüssigkeitskühlkörpers, Fig. 1 shows a section through a detail of egg nes clamping association with the basic construction of the liquid cooling body,
Fig. 2 eine Sicht auf einen aufgeschnittenen Kühldosenkern mit Kühlmittelanschluß und Kühlmittelverteiler, Fig. 2 is a view of a cut core cooling boxes with coolant port and coolant manifolds,
Fig. 3 bis 5 unterschiedliche Möglichkeiten der exter nen Kühlflüssigkeitsführung, Fig. 3 to 5 different possibilities for exter NEN cooling liquid guide,
Fig. 6 bis 8 Ausgestaltungsmöglichkeiten eines Kühl mittelverteilers. Fig. 6 to 8 design options of a coolant distributor.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Ausschnitt eines Spannverbandes mit dem prinzipiellen Aufbau des Flüssig keitskühlkörpers dargestellt. Es sind drei Flüssigkeits kühlkörper 1, 26, 27 zu erkennen, zwischen denen sich zwei Leistungshalbleiter 21, 23 befinden. Jeder Flüssigkeits kühlkörper weist einen Kühldosenkern 2 auf, der über einen hydraulischen Kühlmittelanschluß 3 mit einem Kühlmittelver teiler 6 verbunden ist. Kühldosenkern 2, Kühlmittelanschluß 3 und Kühlmittelverteiler 6 bestehen aus einem Metall, vor zugsweise aus Kupfer oder Aluminium. Die beiden Hauptober flächen des Kühldosenkerns 2 bilden thermische Kontaktflä chen 12, 13, gegen die Isolierscheiben 14, 15 gepreßt wer den.In Fig. 1 a section through a section of a tension bandage with the basic structure of the liquid cooling body is shown. There are three liquid heat sinks 1 , 26 , 27 to be seen, between which there are two power semiconductors 21 , 23 . Each liquid heat sink has a cooling can core 2 , which is connected via a hydraulic coolant connection 3 with a coolant distributor 6 . Cooling can core 2 , coolant connection 3 and coolant distributor 6 consist of a metal, preferably of copper or aluminum. The two main surfaces of the cooling box core 2 form thermal contact surfaces 12 , 13 , against which insulating washers 14 , 15 are pressed.
Gegen die Isolierscheiben 14, 15 werden elektrische An schlußbleche 16, 17 gedrückt. Diese Anschlußbleche 16, 17 weisen geeignete Anschlußkontakte für externe Anschlußkabel auf und bestehen vorzugsweise aus Kupfer. In dem gezeigten Spannverband mit mehreren Flüssigkeitskühlkörpern und Lei stungshalbleitern ergibt sich auf diese Art und Weise eine elektrische Kontaktierung über die Anschlußbleche 16, 17 zu den elektrischen Hauptanschlüssen der Leistungshalbleiter und eine Wärmeübertragung von den Leistungshalbleitern über die Anschlußbleche 16, 17, die Isolierscheiben 14, 15 und die thermischen Kontaktflächen 12, 13 der Kühldosenkerne 2 zur in den Kühldosenkernen zirkulierenden Kühlflüssigkeit.Against the insulating washers 14 , 15 electrical circuit plates 16 , 17 are pressed. These connection plates 16 , 17 have suitable connection contacts for external connection cables and are preferably made of copper. In the clamping assembly shown with several liquid heatsinks and power semiconductors, this results in electrical contacting via the connecting plates 16 , 17 to the main electrical connections of the power semiconductors and heat transfer from the power semiconductors via the connecting plates 16 , 17 , the insulating washers 14 , 15 and the thermal contact surfaces 12 , 13 of the cooling can cores 2 to the cooling liquid circulating in the cooling can cores.
Die einzelnen Bauteile des Flüssigkeitskühlkörpers werden mittels eines Isolationsringes 11 zusammengehalten. Im Be reich des Kühlmittelanschlusses 3 ist der Isolationsring 11 zum Erhöhen der Kriechwege mit Rippen 25 versehen.The individual components of the liquid heat sink are held together by means of an insulation ring 11 . In the area of the coolant connection 3 , the insulation ring 11 is provided with ribs 25 to increase the creepage distances.
Die Anschlüsse der Kühlmittelverteiler 6 sind über Rohrab schnitte 20 aus Metall oder Kunststoff miteinander verbun den, wobei zur hydraulischen Abdichtung Dichtringe 32 in Nuten an den Innenwandungen der Anschlüsse der Kühlmittel verteiler 6 vorgesehen sind. Wie leicht zu erkennen ist, ermöglicht die Konfiguration Kühlmittelverteiler 6 - Rohr abschnitte 20 einen aufgrund von Leistungshalbleiter-Dicken toleranzen erforderlichen axialen Toleranzausgleich.The connections of the coolant distributor 6 are connected to each other via Rohrab sections 20 made of metal or plastic, with hydraulic seals sealing rings 32 being provided in grooves on the inner walls of the connections of the coolant distributor 6 . As can easily be seen, the configuration of coolant distributor 6 - pipe sections 20 enables an axial tolerance compensation that is required due to tolerances due to power semiconductor thicknesses.
In Fig. 2 ist eine Sicht auf einen aufgeschnittenen Kühl dosenkern mit Kühlmittelanschluß und Kühlmittelverteiler dargestellt. Es sind ein erster Anschluß 7 des Kühlmittel verteilers 6 für einen ersten Kanal 4 des Kühlmittelan schlusses 3 sowie ein erster Anschluß 9 des Kühlmittelver teilers 6 für einen zweiten Kanal 5 des Kühlmittelanschlus ses 3 zu erkennen. Die Hauptoberflächen im Kühldosenkern 2 sind zur Vergrößerung der zur Wärmeübertragung geeigneten Oberflächen mit Zapfen 22 versehen. Es ergibt sich eine Kühlflüssigkeitsströmung vom ersten Anschluß 7 über den er sten Kanal 4, den Kühldosenkern 2, den zweiten Kanal 5 und den ersten Anschluß 9, wobei die Kühlflüssigkeit die Zapfen 22 im Kühldosenkern 2 umspült.In Fig. 2 is a view of a cut cooling core with coolant connection and coolant distributor. There are a first connection 7 of the coolant distributor 6 for a first channel 4 of the coolant connection 3 and a first connection 9 of the coolant distributor 6 for a second channel 5 of the coolant connection 3 . The main surfaces in the cooling box core 2 are provided with pins 22 to enlarge the surfaces suitable for heat transfer. The result is a coolant flow from the first connection 7 via the first channel 4 , the cooling can core 2 , the second channel 5 and the first connection 9 , the cooling liquid washing around the pins 22 in the cooling can core 2 .
In Fig. 2 ist gestrichelt angedeutet, daß die Kanäle 4, 5 mit Anschlüssen 7, 9 auch gegenüberliegend am Umfang des Kühldosenkerns 2 angeordnet sein können. Weitere verschie dene, auf den konkreten Anwendungsfall zugeschnittene An ordnungen der Kanäle 4, 5 sind möglich.In Fig. 2 is indicated by dashed lines that the channels 4 , 5 with connections 7 , 9 can also be arranged opposite one another on the circumference of the cooling can core 2 . Other different, tailored to the specific application to arrangements of channels 4 , 5 are possible.
In den Fig. 3, 4 und 5 sind unterschiedliche Möglichkei ten der externen Kühlflüssigkeitsführung dargestellt. Die Kühlflüssigkeitsströmung ist jeweils durch Pfeile gekenn zeichnet. Bei der Kühlflüssigkeitsführung gemäß Fig. 3 handelt es sich um eine Parallelschaltung der Flüssigkeits kühlkörper 1, 26, 27, 28. Dabei ist zu erkennen, daß jeder der Kühlkörper einen ersten Anschluß 7 und einen zweiten Anschluß 8 eines ersten Kanals 4 sowie einen ersten An schluß 9 und einen zweiten Anschluß 10 eines zweiten Kanals 5 aufweist. Die zeichnerische Darstellung ist lediglich schematisch und zeigt insbesondere nicht, daß erster Kanal 4 und zweiter Kanal 5 zweckmäßig zu einem Kühlmittelan schluß zusammengefaßt sind. Erster Kanal 4 und zweiter Ka nal 5 können jedoch auch an unterschiedlichen Seiten des Flüssigkeitskühlkörpers angebracht sein, wie bereits unter Fig. 2 erwähnt.In Figs. 3, 4 and 5 are different possible answer the external cooling liquid guide th shown. The coolant flow is marked by arrows. The cooling liquid guide of FIG. 3 is a parallel circuit of the liquid heat sink 1, 26, 27, 28. It can be seen that each of the heat sinks has a first connection 7 and a second connection 8 of a first channel 4 and a first circuit 9 and a second connection 10 of a second channel 5 . The drawing is only schematic and in particular does not show that first channel 4 and second channel 5 are advantageously combined to form a coolant circuit. First channel 4 and second channel 5 can, however, also be attached to different sides of the liquid heat sink, as already mentioned under FIG. 2.
Bei den Kühlkörpern 1, 26 und 27 sind jeweils alle An schlüsse der Ein- und Austrittskanäle geöffnet, während die zweiten Anschlüsse 8 bzw. 10 des Eintrittskanals bzw. Aus trittskanals beim Kühlkörper 28 geschlossen sind. Alle of fenen Anschlüsse der Eintrittskanäle der Flüssigkeitskühl körper 1, 26, 27, 28 und alle offenen Anschlüsse der Aus trittskanäle liegen parallel an einem gemeinsamen Zulaufka nal 29 und Rücklaufkanal 30, wobei die Verbindungen zwi schen den Kühlmittelverteilern über Rohrabschnitte 20 er folgt. Die gezeigte Parallelschaltung hat den Vorteil, daß alle Flüssigkeitskühlkörper mit einem Kühlmittel gleicher (niedriger) Temperatur beaufschlagt werden.In the heat sinks 1 , 26 and 27 all connections to the inlet and outlet channels are open, while the second connections 8 and 10 of the inlet channel and outlet channel from the heat sink 28 are closed. All of the open connections of the inlet channels of the liquid heat sink 1 , 26 , 27 , 28 and all open connections of the outlet channels lie in parallel on a common inlet channel 29 and return channel 30 , the connections between the coolant distributors via pipe sections 20 being followed. The parallel connection shown has the advantage that all liquid heat sinks are charged with a coolant of the same (low) temperature.
Bei der Kühlflüssigkeitsführung gemäß Fig. 4 handelt es sich um eine Reihenschaltung der Flüssigkeitskühlkörper 1, 26, 27, 28. Dabei ist zu erkennen, daß jeder Flüssigkeits kühlkörper nur einen Anschluß für den ersten Kanal 4 und nur einen Anschluß für den zweiten Kanal 5 benötigt, wäh rend die jeweils zweiten Anschlüsse der Kühlmittelverteiler verschlossen sind. Der Zulaufkanal 29 ist mit dem ersten Anschluß 7 des ersten Kanals 4 des Flüssigkeitskühlkörpers 1 verbunden. Das Kühlmittel strömt durch den Kühldosenkern und über den zweiten Anschluß 10 des zweiten Kanals 5 des Flüssigkeitskühlkörpers 1 sowie über einen Rohrabschnitt 20 zum ersten Anschluß des zweiten Kanals des Flüssigkeits kühlkörpers 26, von dort durch dessen Kühldosenkern und über den zweiten Anschluß des ersten Kanals des Flüssig keitskühlkörpers 26 sowie über einen weiteren Rohrabschnitt zum ersten Anschluß des ersten Kanals des Flüssigkeitskühl körpers 27 usw. Der zweite Anschluß des ersten Kanals des Flüssigkeitskühlkörpers 28 ist mit dem Rücklaufkanal 30 verbunden. Bei dieser Reihenschaltung ist zu beachten, daß die Eintrittstemperatur des Kühlmittels beim letzten Flüs sigkeitskühlkörper noch genügend niedrig ist, damit die er forderliche Wärmeabführung aus diesem letzten Kühlkörper gewährleistet ist.The cooling liquid guide of FIG. 4 is a series circuit of the liquid cooling body 1, 26, 27, 28. It can be seen that each liquid heatsink requires only one connection for the first channel 4 and only one connection for the second channel 5 , while the respective second connections of the coolant distributors are closed. The inlet channel 29 is connected to the first connection 7 of the first channel 4 of the liquid heat sink 1 . The coolant flows through the cooling can core and via the second connection 10 of the second channel 5 of the liquid heat sink 1 and via a pipe section 20 to the first connection of the second channel of the liquid cooling body 26 , from there through the cooling can core and via the second connection of the first channel of the liquid speed cooling body 26 and via a further pipe section for the first connection of the first channel of the liquid cooling body 27 , etc. The second connection of the first channel of the liquid cooling body 28 is connected to the return channel 30 . In this series connection, it should be noted that the inlet temperature of the coolant at the last liquid cooling body is still sufficiently low so that the required heat dissipation from this last cooling body is ensured.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zeigt darüberhinaus, daß die Kühldosenkerne auch in "Rückwärtsrichtung" vom zweiten Kanal 5 zum ersten Kanal 4 durchströmt werden kön nen.The embodiment of FIG. 4 also shows that the cooling can cores can be flowed through in the "reverse direction" from the second channel 5 to the first channel 4 .
Bei der Kühlflüssigkeitsführung gemäß Fig. 5 handelt es sich um eine Gruppenschaltung, wobei die Flüssigkeitskühl körper 1, 26 eine erste Gruppe mit zwei reihengeschalteten Flüssigkeitskühlkörpern und die Flüssigkeitskühlkörper 27, 28 eine zweite Gruppe mit zwei reihengeschalteten Kühlkör pern bilden. Beide Gruppen wiederum können parallelgeschal tet an einem gemeinsamen Zulaufkanal 29 und einem gemeinsa men Rücklaufkanal 30 liegen. Wie aus Fig. 5 zu erkennen ist, benötigt jeder Flüssigkeitskühlkörper nur einen An schluß für den ersten Kanal 4 und nur einen Anschluß für den zweiten Kanal 5, während die jeweils zweiten Anschlüsse verschlossen sind. Der Zulaufkanal 29 ist mit dem ersten Anschluß 7 des ersten Kanals 4 des Flüssigkeitskühlkörpers l sowie mit dem zweiten Anschluß des ersten Kanals des Flüssigkeitskühlkörpers 28 verbunden, während der zweite Anschluß des ersten Kanals des Flüssigkeitskühlkörpers 26 sowie der erste Anschluß des ersten Kanals des Flüssig keitskühlkörpers 27 an den Rücklaufkanal 30 angeschlossen sind.The cooling liquid guide of FIG. 5 is a group circuit, wherein the liquid cooling body 1, 26 a first group of two series-connected liquid cooling bodies and the liquid cooling body 27, 28 form a second group pern with two series-connected Kühlkör. Both groups, in turn, can be connected in parallel to a common inlet channel 29 and a common return channel 30 . As can be seen from Fig. 5, each liquid heatsink requires only one connection to the first channel 4 and only one connection for the second channel 5 , while the respective second connections are closed. The inlet channel 29 is connected to the first connection 7 of the first channel 4 of the liquid heat sink 1 and to the second connection of the first channel of the liquid heat sink 28 , while the second connection of the first channel of the liquid heat sink 26 and the first connection of the first channel of the liquid heat sink 27 are connected to the return duct 30 .
In den Fig. 6, 7 und 8 sind Ausgestaltungsmöglichkeiten eines Kühlmittelverteilers dargestellt. Die Kühlflüssig keitsströmung ist jeweils durch Pfeile gekennzeichnet. Da bei sind in allen drei Figuren lediglich der erste Kanal 4 des hydraulischen Kühlmittelanschlusses 3 sowie die mög lichen ersten und zweiten Anschlüsse 7, 8 des Kühlmittel verteilers 6 dargestellt. Der zweite Kanal 5 mit den mögli chen ersten und zweiten Anschlüssen 9, 10 des Kühlmittel verteilers 6 ist in gleicher Weise ausbildbar. In FIGS. 6, 7 and 8 are shown possible embodiments of a cooling medium distributor. The coolant flow is indicated by arrows. Since in all three figures, only the first channel 4 of the hydraulic coolant connection 3 and the possible first and second connections 7 , 8 of the coolant distributor 6 are shown. The second channel 5 with the possi ble first and second connections 9 , 10 of the coolant distributor 6 can be formed in the same way.
In Fig. 6 ist ein Kühlmittelverteiler 6 dargestellt, des sen erster Kanal 4 lediglich mit einem ersten Anschluß 7 versehen ist, während der zweite Anschluß mittels eines Verschlusses 33 abgedeckt ist. Die Kühlflüssigkeit strömt über den Rohrabschnitt 20 und den Anschluß 7 in den ersten Kanal 4.In Fig. 6, a coolant distributor 6 is shown, the sen first channel 4 is only provided with a first connection 7 , while the second connection is covered by a closure 33 . The coolant flows through the pipe section 20 and the connection 7 into the first channel 4 .
In Fig. 7 ist ein Kühlmittelverteiler 6 dargestellt, des sen erster Kanal 4 mit einem ersten Anschluß 7 und mit ei nem zweiten Anschluß 8 versehen ist. Die Kühlflüssigkeit strömt über den Rohrabschnitt 20 und den Anschluß 7 sowohl in den ersten Kanal 4 als auch in den zweiten Anschluß 8. Ein Leitblech 31 im Kühlmittelverteiler unterstützt und op timiert die Aufteilung des ankommenden Kühlflüssigkeits stromes in zwei abgehende Kühlflüssigkeitsströme.In Fig. 7, a coolant distributor 6 is shown, the sen first channel 4 is provided with a first connection 7 and egg nem second connection 8 . The cooling liquid flows via the pipe section 20 and the connection 7 into both the first channel 4 and the second connection 8 . A baffle 31 in the coolant distributor supports and optimizes the division of the incoming coolant flow into two outgoing coolant flows.
In Fig. 8 ist ein Kühlmittelverteiler 6 dargestellt, des sen erster Anschluß mit einem Verschluß 33 abgedeckt ist, während der zweite Anschluß 8 mit dem ersten Kanal 4 ver bunden ist. Die Kühlflüssigkeit strömt über den Rohrab schnitt 20 und den Anschluß 8 in den ersten Kanal 4.In Fig. 8, a coolant distributor 6 is shown, the sen first connection is covered with a closure 33 , while the second connection 8 with the first channel 4 is connected ver. The coolant flows through the Rohrab section 20 and the port 8 in the first channel 4th
Claims (3)
Priority Applications (1)
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| DE19934322933 DE4322933A1 (en) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | Liquid-cooling body with hydraulic coolant connection |
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Publications (1)
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