DE2042866A1 - Behalter fur elektronische Bauelemente oder Schaltungen - Google Patents

Behalter fur elektronische Bauelemente oder Schaltungen

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DE2042866A1
DE2042866A1 DE19702042866 DE2042866A DE2042866A1 DE 2042866 A1 DE2042866 A1 DE 2042866A1 DE 19702042866 DE19702042866 DE 19702042866 DE 2042866 A DE2042866 A DE 2042866A DE 2042866 A1 DE2042866 A1 DE 2042866A1
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liquid
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funnel
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DE19702042866
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English (en)
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Heinrich 7900 Ulm Lustig Helmut Dipl Ing 7917 Vohnngen Karremann
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20236Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures by immersion

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (11)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    Abgeschlossener Behälter für 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, letzterer teilweise mit der F1ds~ sigkeit und zum restlichen Teil mit einem Medium z. B. in Form von Luft, Dampf unddoder 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, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum in den Behälter vorgesehen ist und aus einer trichterartigen Anordnung besteht, deren Wandungen für die Flüssigkeit und das Nediun undurchlässig sind und die derartige Abmessungen aufweist und in der Weis. angeordnet ist* daß sich das Medium vollständig innerhalb der Anordnung befindet, daß zumindest deren verjüngtes Teil - bei Normallage eee 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.
  2. 2. Behälter nach taspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das verjüngte Teil der trichterartigen Anordnung rohrförmig in Sinne eines Steigrohres ausgebildet oder abgeschlos sen ist.
  3. 3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rohrdurchmesser bei vorgegebener Zusammensetzung der Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem gewünschten Grad der Kapillarwirkung des Steigrohres gewählt ist.
  4. .4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine derartige Dimensionierung, daß sich innert halb des gesamten Arbeitstemperaturbereiches das Medium nur innerhalb der trichterartigen'Anordnung befindet.
  5. 5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bia 4, dadurch gekennzeichnet* daß der obere Rand der trichterartigen Anordnung mit den flehälterinnenwandungen - für die Flüssig keit und das Medium undurchlässig dicht - verbunden ist.
  6. 6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die trichterartige Anordnung topfförmig rsit einen in der Mitte des Topfbodens in ein dort angeordnetes Loch von unten her mündenden Steigrohr ausgbildet ist.
  7. 7. Behälter nach einem der Ansprüche t bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die trichterartige Anordnung konisch oder pyramidenförmig nach unten verjüngt ausgebildet ist.
  8. 8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter die elektronischen Bauelemente oder Schaltungen, die den Hauptanteil der Betriebswärme erzeugen, in der Nähe des Behälterbodens nontiert sind.
  9. 9. Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle elektronischen Bauelemente bzw. Schaltungen derart -verteilt in dem Behälter montiert sind, daß die bein Betrieb erwärmten Flüssigkeitsteile möglichst ungehindert nach oben in der Flüssigkeit aufsteigen können.
  10. 10. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung von fluorierten ohlenwasserstoff oder Methylenchlorid als die Flüssigkeit.
  11. 11. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter zusätzliche Wärmeaustauscher angeordnet sind, die beim Betrieb von einer von außen eingeleiteten und nach außen Wasser, Edhl.
    flüssigkeit beispielsweise abgeführten durchflossen werden.
    L e e r s e i t e
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