DE3328732C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Konstantdrucksiedekühlsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Mit zunehmender Leistung von Halbleiterbauelementen wie z. B. Thyristoren, Transistoren usw., die in Systemen mit hoher Lei­ stung eingesetzt werden, werden Siedekühlsysteme zur Kühlung dieser Bauelemente eingesetzt, bei denen das Sieden und Kon­ densieren eines Kühlmittels wie z. B. Freon, für eine starke Kühlwirkung ausgenutzt wird.

In vielen Siedekühlsystemen nach dem Stand der Technik, wie sie bislang Anwendung finden, wird das Kühlmittel im flüssigen Zu­ stand in einem Vakuumbehälter verschlossen. In diesen geschlos­ senen Siedekühlsystemen mit geschlossenem Kühlmittelbehälter schwankt der Innendruck des Behälters zwischen einem Zustand, in dem im wesentlichen Vakuumbedingungen vorliegen, und einem Zustand, in dem der Druck bis auf etwa das Doppelte des Atmo­ sphärendrucks ansteigt, in Abhängigkeit von der während des Kühlbetriebs auftretenden thermischen Belastung. Das macht es unbedingt notwendig, den Behälter so aufzubauen, daß er solch großen Schwankungen seines Innendrucks standhalten kann. Da­ durch werden hohe Kosten verursacht.

Um die oben genannten Nachteile von geschlossenen Siedekühlsy­ stemen mit Vakuumbehälter zu vermeiden, wurden Vorschläge zur Anwendung eines Konstantdruck-Siedekühlsystems mit einem Behäl­ ter für ein flüssiges Kühlmittel gemacht, der mit einem Flüs­ sigkeits-Sammelbehälter von veränderlichem Volumen versehen ist; z. B. werden Faltbalge benutzt, so daß der Innendruck des Systems während des Betriebs unabhängig von den Änderungen der thermischen Belastung zwischen Raumtemperatur und einem Maxi­ malwert im wesentlichen auf Höhe des Atmosphärendrucks gehalten wird. Ein solches Siedekühlsystem wurde bereits in der Praxis angewandt.

Wird beim oben genannten Konstantdrucksiedekühlsystem die Tem­ peratur des Verdampfers auf Höhe der Raumtemperatur gehalten, so sind alle Kühlmitteldurchlässe einschließlich des Inneren des Kondensors mit einem Kühlkmittel gefüllt, das sich im flüs­ sigen Zustand befindet, so daß der variable Flüssigkeits- Sammelbehälter sein minimales Volumen aufweist. Wird beim Anstieg der Temperatur der wärmeerzeugenden Körper, z. B. Halb­ leiterbauelemente, der Verdampfer thermisch belastet, so kommt das Kühlmittel im Verdampfer zum Sieden, wodurch ihm die Ver­ dampfungswärme entzogen wird; beim Kondensieren gibt der Dampf im Kondensor einen großen Teil der Kondensationswärme an die Atmosphäre ab, wodurch die Kühlung bewirkt wird. Dabei wird das Anwachsen des Volumens des variablen Flüssigkeits-Sammelbehäl­ ters ausgeglichen, so daß der Kühlvorgang unter Atmosphären­ druck ohne Anstieg des Innendrucks durchgeführt werden kann.

Das Siedekühlsystem mit oben genanntem Aufbau bietet den Vor­ teil, daß kein Druckbehälter verwendet werden muß und somit die Kosten reduziert werden können. Der Innendruck kann in dem das Kühlmittel einschließenden Behälter, der den Verdampfer und den Kondensor umfaßt, unabhängig davon, ob eine thermische Bela­ stung vorliegt oder nicht, im wesentlichen auf Höhe des Atmo­ sphärendrucks gehalten werden.

In einem Konstantdruck-Siedekühlsystem nach dem Stand der Technik ist es gebräuchlich, den Kondensor vertikal über dem Ver­ dampfer anzuordnen um den im Verdampfer erzeugten Kühlmittel­ dampf wirkungsvoll in den Kondensor strömen zu lassen.

Wird das Kühlsystem mit oben genanntem Aufbau zur Kühlung von Halbleiterelementen verwendet, sind der Verdampfer und die Halbleiterbauelemente mit sehr gutem gegenseitigen Kontakt so zusammengebaut, daß der Verdampfer, die mittels des Verdampfers zu kühlenden Halbleiterbauelemente und verschiedene, für die Halblei­ terbauelemente notwendige elektrische Zusatzteile unter dem Kondensor liegen.

Wenn daher das oben genannte Konstantdrucksiedekühlsystem für Halbleiterbauelemente angewendet wird, wird es not­ wendig, einen Kühlluftstrom wirkungsvoll von unten zum über dem Verdampfer liegenden Kondensor zu führen; dadurch ist aber eine hinreichende Kühlung der Halbleiterbauelemente mit natürlichen Luftströmen unmöglich. Wird zur Erzielung einer hinreichenden Strömung von Kühlluft eine Zwangs-Luft­ zirkulation gewählt, so sind solche Maßnahmen mit einem Kostenanstieg verbunden, weil es ein komplexer Aufbau eines Luftdurchlasses zur Führung des Kühlluftstromes not­ wendig macht, die Leistungsfähigkeit des Gebläses zu er­ höhen, um mit einem Anstieg des Widerstandes fertig zu werden, der sich der Strömung der Kühlluft bietet.

Anordnung nach dem Stand der Technik, bei der Verdampfer und Kondensor in einem Konstantdruck-Siedekühlsystem vertikal übereinander liegen, erhöht weiterhin die vertikale Abmessung der das Kühlsystem beinhaltenden Halbleitereinrichtung, so daß sich keine kompakte Gesamtabmessung der Halblei­ tereinrichtung erzielen läßt.

Aus der DE-OS 27 04 781 ist ein Kühlsystem bekannt, bei dem die Verdampfer und der Kondensor horizontal nebeneinander angeord­ net sind. Der obere Teil der Verdampfer ist jeweils mit einem aufsteigenden, U-förmig gebogenen Verbindungsrohr mit dem obe­ ren Teil des Kondensors verbunden. Bei dieser Anordnung zirku­ liert das Kühlmittel zwischen Verdampfer und Kondensor mit ei­ ner Konvektionsströmung. Erreicht das Kühlmittel den Siede­ punkt, so ergibt sich ein Zustand, bei dem flüssiges Kühlmittel und Gasblasen des Kühlmittels miteinander vermischt werden, so daß man einen zweiphasigen Gas-Flüssigkeitszustand im Oberteil des Verdampfers und damit auch in der Verbindungsleitung zum Kondensor erhält. In dem nach oben aufsteigenden Teil des U-förmig gebogenen Verbindungsrohres tritt oberhalb des Ver­ dampfers eine Trennung der beiden Phasen auf, weil die Gasbla­ sen nach oben aufsteigen. Daher kann das zweiphasige Kühlmittel nicht gleichmäßig zirkulieren, so daß die Wirksamkeit der Küh­ lung herabgesetzt wird. Diese Gestaltung ist ferner dann nach­ teilig, wenn in dem Kühlmittel Luft gelöst ist, die sich bei Temperaturerhöhung abspaltet und ebenfalls Luftblasen bildet. Diese Luftblasen sind leichter als das Kühlmittel und der Kühl­ mitteldampf, so daß diese Luft sich in dem Verbindungsrohr an­ sammelt und die Zirkulation stört.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Konstant­ drucksiedekühlsystem so auszubilden, daß bei einer horizontalen Anordnung der Verdampfer neben dem Kondensor eine störungsfreie Zirkulation des Kühlmittels auch dann erzielt, wenn im Kühlmit­ tel Luft gelöst ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Konstantdrucksiedekühlsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gelöst, das erfindungs­ gemäß die im Kennzeichenteil angegebenen Merkmale aufweist.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dar­ gestellten Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt das Konstantdruck-Siede­ kühlsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Ausfüh­ rungsform, der das Kühlsystem während des Siedekühl­ betriebs zeigt.

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht einer anderen Ausführungsform; und

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die zur Kühlung von Halbleiterbauelementen in eine Halbleiterein­ richtung eingefügt wurde, und Fig. 2 zeigt eine Draufsicht entlang der Linie II-II in Fig. 1. In diesen Figuren be­ zeichnet die Bezugsziffer 1 Halbleiterbauelemente, wie z. B. Thyristoren, die zur Anwendung in Systemen mit hoher Lei­ stung geeignet sind, und Bezugsziffer 2 Verdampfer. 4 a und 4 b sind Verbindungsröhren und 5 isolierende Verbin­ dungsstücke. Bezugsziffer 6 zeigt einen Kondensor, 7 a und 7 b Verteiler. 8 a und 8 b sind Verbindungsröhren, 9 Konden­ sierröhren und 10 Wärmeableitrippen. Bezugsziffer 11 be­ zeichnet Flüssigkeits-Rückführröhren und 12 eine Verbindungs­ röhre. 13 ist ein Flüssigkeits-Sammelbehälter und 13 a ein sich ausdehnendes und zusammenziehendes Teilstück davon. Mit 14 ist eine Drosselklappe, mit 15 eine Gasablaßröhre und mit 16 a ein Kühlmittel im flüssigen Zustand gezeigt.

Eine vorgegebene Anzahl von Verdampfern 2 ist so angeordnet, daß zwischen ihnen eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen gehalten wird. Die in Kontakt mit den Halbleiterbauele­ menten 1 stehenden Teile der Verdampfer 2 sind Blöcke aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, in denen eine Vielzahl von vertikal angeordneten Siede­ durchlässen 3 vorgesehen ist. Die oberen Verbindungsdurch­ lässe 4 a und die unteren Verbindungsdurchlässe 4 b sind mit oberen bzw. unteren Teilen der Siededurchlässe 3 verbun­ den, so daß die Halbleiterbauelemente 1 über die Verdampfer 2 elektrisch miteinander verbunden sind und die Verdampfer 2 als Anschlüsse für die jeweiligen Halb­ leiterbauelemente 1 dienen können.

Im Kondensor 6 ist eine Vielzahl von Kondensierröhren (Wär­ meableitröhren) 9 im wesentlichen horizontal zwischen den beiden im wesentlichen vertikal liegenden Verteilern 7 a und 7 b angeordnet und mit Wärmeableitrippen 10 versehen. Die Verbindungsröhren 8 a verbinden den Verteiler 7 a über die isolierenden Verbindungsstücke 5 mit den oberen Ver­ bindungsröhren 4 a der Verdampfer, und die Verbindungsröhren 8 b verbinden den Verteiler 7 a über die isolierenden Verbin­ dungsstücke 5 mit den unteren Verbindungsröhren 4 b der Verdampfer, wobei sie eine Verbindung zwischen der Viel­ zahl der Verdampfer 2 und dem Kondensor 6 herstellen. Wie oben beschrieben, dient jeder Verdampfer 2 als ein Teil­ stück, an das die Anschlußspannung des mit ihm verbundenen Halbleiterelements 1 angelegt wird, so daß das isolierende Verbindungsstück 5 zwischen den Verbindungsröhren 4 a, 4 b und 8 a, 8 b vorgesehen ist, um sie voneinander zu isolieren.

Die Flüssigkeits-Rückführröhren 11 verbinden die unteren Teile der Verteiler 7 a und 7 b, um für das vom Kondensor 6 zu den Ver­ dampfern 2 über den Verteiler 7 a zurückfließende flüssige Kühlmittel Durchlässe zu schaffen.

Der Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 ist ein zylindrischer Behälter, der seitlich mit einem sich ausdehnenden und zu­ sammenziehenden Teil 13 a in der Form eines Faltenbalges ver­ sehen ist, so daß das Innenvolumen des Flüssigkeits-Sammelbehäl­ ters 13 in einem vorgegebenen Bereich verändert wer­ den kann, wobei der Innendruck auf Höhe des Atmosphären­ drucks gehalten wird. Der über den Verdampfern 2 angeordne­ te Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 ist über die Verbindungs­ röhre 12 mit einem unteren Teilbereich des Verteilers 7 a und über die Gasablaßröhre 15 mit einem oberen Teilbereich des Verteilers 7 b verbunden. Die Drosselklappe 14 ist an der Verbindungsstelle zwischen der Gasablaßröhre 15 und dem oberen Teilbereich des Verteilers 7 b angebracht, so daß nur der im oberen Teilbereich des Verteilers 7 b (die­ ser Teilbereich ist so ausgelegt, daß er über allen Kühl­ mitteldurchlässen einschließlich der Verdampfer 2 und des Kondensors 6 liegt) gesammelte Dampf vom Verteiler 7 b in die Gasablaßröhre 15 abgezogen wird.

Die jeweils abwechselnd übereinander angeord­ neten Halbleiterbauelemente 1 und Verdampfer 2 sind - obwohl nicht dargestellt - durch Befestigungselemente an den ent­ gegengesetzten Enden zu einer einstückigen Anordnung ver­ klammert, wodurch ein Halbleiterstapel gebildet wird.

Das Kühlmittel 16 a hat einen Siedepunkt im Bereich zwischen 50°C und 90°C und kann aus Verbindungen des Freon-Systems oder des Perfluorkohlenstoff-Systems ausgewählt werden, das z. B. umfaßt: Perfluor-2-methylpentan (2-CF₃ · C₄F _n ), Per­ fluormethylcyclohexan (C₆F _{n ·} CF₃), Perfluortriethylamin [(CF₃CF₂)₂N], zyklische perfluorierte Ether (C₇F₁₄O), Trichlorpentafluorpropan (CCl₃CF₂CF₃) und Trichlortrifluor­ ethan (CCl₂FCClF₂). Das Kühlmittel 16 a wird so im System eingeschlossen, daß es alle Teile der Verdampfer 2, des Kondensors 6, des Flüssigkeits-Sammelbehälters 13 und der diese Teile miteinander verbindenden Verbindungsdurchlässe auffüllt. Befindet sich das Kühlmittel 16 a in oben genann­ tem Zustand, so weist das variable Innenvolumen des Flüssig­ keits-Sammelbehälters 13 den Minimalwert aller möglichen Volumenwerte auf.

Im folgenden wird der Betrieb beschrieben. Nimmt man an, daß die Halbleiterbauelemente 1 auf Raumtemperatur gehal­ ten werden, so werden die Teile des Kühlmittels 16 a in den Verdampfern 2, im Kondensor 6 und in anderen Teilen des Systems auf der gleichen Temperatur gehalten, so daß das Kühlmittel in Ruhe ist.

Wird den Halbleiterbauelementen 1 elektrischer Strom zu­ geführt und die Verdampfung in Gang gesetzt, wird die Temperatur des Anteils des Kühlmittels 16 a in den Ver­ dampfern 2 höher als die der Kühlmittelanteile in ande­ ren Teilen des Systems, womit ein Volumenanstieg und ein Abfall des spezifischen Gewichts verbunden ist, so daß das Kühlmittel 16 a in den Verdampfern 2 nach oben durch die Siededurchlässe 3 und durch die Verbindungsdurchlässe 4 a und 8 a in den Verteiler 7 a des Kondensors 6 strömt. Vom Verteiler 7 a strömt das Kühlmittel 16 a durch die Konden­ sierröhren 9 zum Verteiler 7 b, wobei es über die Rippen 10 Wärme in die Luft abgibt und seine Temperatur sinkt. Das Kühlmittel 16 a, dessen Temperatur bis annähernd auf Raum­ temperatur abfällt, bewegt sich vom unteren Teilbereich des Verteilers 7 b durch die Flüssigkeits-Rückführröhre 11 zum unteren Teilbereich des Verteilers 7 a, von wo aus es durch die Verbindungsröhren 8 b und 4 b zu den unteren Teil­ bereichen der Verdampfer 2 fließt. In diesem Betriebszu­ stand wird vom Kühlmittel 16 a in einem flüssigen Zustand oder in einem unterkühlten Siedezustand, das zwischen den Verdampfern 2 und dem Kondensor 6 über deren Verbindung zirkuliert, Wärme von den Halbleiterbauelementen abge­ führt, so daß die Temperatur des flüssigen Kühlmittels 16 a je nach der von den Halbleiterbauelementen 1 an die Ver­ dampfer 2 abgegebene Wärmemenge verändert wird.

Es sei nun angenommen, daß während einer Wärmeableitung von den Halbleiterbauelementen durch im flüssigen Zustand zirkulierenden Kühlmittel 16 a die an den Verdampfern 2 anliegende Wär­ mebelastung weiter ansteigt und die Temperatur des Kühl­ mittels 16 a den Siedepunkt erreicht. Dadurch wird das Kühlmittel 16 a in den Verdampfern 2 zum Sieden gebracht. Fig. 3 zeigt das System in diesem Betriebszustand, wobei die Bezugsziffer 16 b Blasen des Kühlmittels 16 a bezeich­ net, die durch das siedende Kühlmittel in den Siededurch­ lässen 3 erzeugt werden, während die Bezugsziffern 16 c und 16 d Kühlmittel im gasförmigen Zustand bzw. Kühlmit­ tel bezeichnen, das durch Kondensation gerade vom gas­ förmigen Zustand in den flüssigen Zustand umgewandelt wurde.

Ein großer Teil der vom siedenden Kühlmittel 16 a in den Siededurchlässen 3 erzeugenden Blasen 16 b strömt durch die oberen Verbindungsröhren 4 a und 8 a in den Verteiler 7 a, von wo aus sie durch die Kondensierröhren 9 des Konden­ sors zum Verteiler 7 b strömen. Während dieses Prozesses werden die Blasen 16 b durch die durch die Rippen 10 ge­ führte Kühlluft wieder auf einen flüssigen Zustand abge­ kühlt, und das flüssige Kühlmittel 16 d fließt vom unteren Teilbereich des Verteilers 7 b durch die Flüssigkeits- Rückführröhre 11 in die unteren Teilbereiche der Ver­ dampfer 2 zurück.

Wenn das Sieden des Kühlmittels 16 a in den Verdampfern 2 und das Kondensieren des gasförmigen Kühlmittels 16 c im Kondensor 6 gleichzeitig stattfindet, erfolgt die Wärme­ übertragung durch die Verdampfer 2 und den Kondensor 6 mit einem viel höheren Wirkungsgrad als durch das zirku­ lierende flüssige Kühlmittel 16 a, so daß das Siedekühl­ system durch die hinreichende Abgabe von Wärme unter einer hohen thermischen Belastung voll funktionsfähig ist. Das ermöglicht es, die Temperatur bis in einen vorgegebe­ nen Bereich zu erhöhen und sie unter Verwendung eines un­ ter Berücksichtigung der Verlustleistung der Halbleiterbau­ elemente 1 relativ kleinen Kühlsystems in einem solchen Bereich zu halten.

In der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform ver­ läuft die Zirkulation des Kühlmittels 16 a gleichmäßig durch Konvektion, solange sich das Kühlmittel 16 a im flüssigen Zustand befindet, und das System geht bei einem Anwachsen der thermischen Belastung zur Siede­ kühlung über. Deswegen werden mit der im wesentlichen horizontalen Anordnung der Verdampfer 2 und des Kondensors 6 keine Schwierigkeiten bei der Durchführung des Siede­ kühl-Betriebs verursacht, sondern es läßt sich eine hervorragende und stabile Siedekühlfunktion erzielen.

Wenn das System, wie oben ausgeführt, zur Siedekühlung über­ geht, werden, wie in Fig. 3 gezeigt, Blasen 16 b und Gas 16 c im Kühlmittel 16 a erzeugt. Daher kann das System nicht mit konstantem Druck arbeiten, solange die Volumina der Systemtei­ le, die das Kühlmittel 16 a enthalten, nicht erhöht werden. Werden die Blasen 16 b und das Gas 16 c erzeugt, so fließt ein Anteil des flüssigen Kühlmittels 16 a, der dem Volumen der Blasen 16 b und des Gases 16 c entspricht, durch die Verbindungs­ röhre 12 vom unteren Teilbereich des Verteilers 7 a zum Flüssigkeits-Sammelbehälter 13, um dessen Volumen zu ver­ größern. Die Volumenänderung des Flüssigkeits-Sammelbe­ hälters 13 findet unter Atmosphärendruck statt, so daß der Innendruck des Systems im wesentlichen auch dann auf Atmosphärendruck gehalten werden kann, wenn das Siedeküh­ len ausgeführt wird, wodurch das System als Konstantdruck­ system arbeiten kann.

In vielen Fällen ist im Kühlmittel 16 a Luft gelöst, und die mit dem Siedekühlen erzielten Ergebnisse können ver­ schlechtert werden, wenn die Luft während des Kühlvorgangs vom Kühlmittel 16 a abgespalten wird.

Die angesprochene Schwierigkeit kann in der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform folgendermaßen vermieden werden: Die vom flüssigen Kühlmittel 16 a abgespaltene Luft ist leichter als das Kühlmittel, und zwar unabhängig da­ von, ob es sich im flüssigen oder gasförmigen Zustand be­ findet, so daß sie im oberen Teilbereich des Verteilers 7 b gesammelt wird, der der oberste Teil des Systems ist, von wo aus sie durch die Drosselklappe 14 und die Gasablaßröh­ re 15 zum oberen Teilbereich des Flüssigkeits-Sammelbe­ hälters 13 strömt. Daher stört die eventuell im Kühlmit­ tel 16 a gelöste Luft den vom System durchgeführten Kühl­ betrieb nicht. Während des oben genannten Vorgangs kann sich möglicherweise gasförmiges Kühlmittel mit der durch die Drosselklappe 14 und die Gasablaßröhre 15 strömenden Luft vermischen. Dieses gasförmige Kühlmittel wird in der Röhre 15 wieder bis auf den flüssigen Zustand abgekühlt, so daß aus der Ansammlung von gasförmigem Kühlmittel im Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 keine Schwierigkeit ent­ steht.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt einer anderen Ausführungs­ form und Fig. 5 eine Draufsicht entlang der Linie V-V in Fig. 4. In dieser Ausführungsform ist das erfindungs­ gemäße Siedekühlsystem in eine Halbleitereinrichtung ein­ gefügt, die als geschlossene Einheit verwendet wird, in der die für die Halbleiterbauelemente notwendigen elek­ trischen Zusatzteile in sich abgeschlossen angeordnet sind. In den Figuren bezeichnen die Bezugsziffern 17 a und 17 b Anschlüsse der mit den Verdampfern 2 verbundenen Halbleiterbauelemente 1 bzw. Anschlüsse zur Verbindung der Halbleiterbauelemente mit externen Schaltkreisen. Die Bezugsziffern 18 bezeichnen Sicherungen, 19 Kondensato­ ren, 20 Widerstände, 21 Transformatoren, die Bezugsziffer 22 einen Rahmen und 23 eine Trennwand. Andere in den Fig. 4 und 5 gezeigte Teile sind den in den Fig. 1 bis 3 ge­ zeigten ähnlich. Die Bezugsziffer 13 b bezeichnet eine Ab­ deckung für den Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 und die Bezugsziffern 24 a und 24 b Pfeile zur Angabe der Strömungs­ richtung der Kühlluft.

Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Ausführungsform unter­ scheidet sich von der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten da­ durch, daß die Abdeckung 13 b für den über dem Kondensor 6 liegenden Flüssigkeits-Sammelbehälter 13 vorgesehen ist, und daß die Anordnung der Verbindungsröhre 12 und der Gasablaßröhre 15 anders als die entsprechende in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Anordnung ist.

Die zwischen die Anschlüsse 17 a und 17 b geschalteten Si­ cherungen 18 dienen zum Schutz der Halbleiterbauelemente 1.

Die Kondensatoren 19 und die Widerstände 20 sind zwischen eine Anode und eine Kathode jedes Halbleiterbauelements 1 geschaltet, um die Halbleiterbauelemente vor einem Über­ spannungsstoß zu schützen. Sie sind über den Verbin­ dungsröhren 4a und 8 a angeordnet.

Die Transformatoren 21 für Wechselströme sind stapelför­ mig unter den Halbleiterbauelementen 1 und den Verdampfern 2 angeordnet.

Der Rahmen 22 wird dazu genützt, die Halbleitereinrich­ tung mit ihren Zusatzteilen und das Siedekühlsystem als eine Einheit auszubilden; die Trennwand 23 wird im Rah­ men 22 angeordnet und gibt zusammen mit den Wänden des Rahmens 22 einen Durchlaß für die Luftströme zur Kühlung des Kondensors 6 vor.

Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Ausführungsform ermöglicht die Ausbildung der Halbleiterbauelemente 1 mit ihren Zusatzteilen und des Siedekühlsystems als geschlossene Einheit. Die Trenn­ wand 23 bietet einen Schutz für die elektrischen Kompo­ nenten einschließlich der Halbleiterbauelemente 1 gegen die mit den Pfeilen 24 a und 24 b dargestellten Kühlluft­ ströme. Das ist für eine einwandfreie Luftströmung zur Kühlung des Kondensors 6 und dazu förderlich, das Ein­ dringen von Staub in den Bereich der elektrischen Kom­ ponenten zu verhindern. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß der Austausch der Halbleiterbauelemente 1 er­ leichtert wird, da keine Strukturen und Teile auf gegen­ überliegenden Seiten der Verdampfer 2 vorhanden sind.

In den oben gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen findet eine Vielzahl von Verdampfern 2 Verwendung und wird an der Außenseite in Kontakt mit den Halbleiterbau­ elementen 1 gehalten, um sie zu kühlen. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben genannte Anordnung der Verdampfer und der Halbleiterbauelemente beschränkt, und das Siedekühlen kann auch durch ein System erfolgen, in dem die Halbleiterbauelemente direkt in ein Kühlmittel eingetaucht werden. Dabei findet ein Behälter mit vorgegebener Größe und Form zur Aufnahme eines Kühl­ mittels und ein Halbleiterstapel Verwendung, der aus Halb­ leiterbauelementen und Kühlrippen zusammengesetzt ist und als ein Verdampfer dient.

Bei der Kühlung des Kondensors mit Luft kann nach Wunsch Selbstzirkulation oder Zwangszirkulation Anwendung finden. Anstelle von Luft kann auch Wasser als Kühlmedium verwendet werden.

Obgleich die Erfindung als Teil einer Halbleitereinrich­ tung gezeigt und beschrieben wurde, ist sie selbstverständ­ lich nicht auf diese Anwendung beschränkt und kann zur Küh­ lung beliebiger Wärme erzeugender Elemente Anwendung fin­ den.

Erfindungsgemäß können die Verdampfer und der Kondensor im we­ sentlichen horizontal nebeneinander angeordnet sein, ohne daß die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik auftreten. Die Erfindung er­ möglicht kompakte Gesamtabmessungen für ein Siedekühlsy­ stem, da seine Höhe vermindert werden kann, und eine Steigerung der Leistung des Siedekühlsystems, da die Strömungswiderstände des Kondensors für die Kühlluft minimiert werden können. Zusätzlich können die Kosten für das Konstantdruck-Siedekühlsystem wesentlich reduziert werden.

Claims (4)

1. Konstantdrucksiedekühlsystem mit einem oder mehreren Ver­ dampfern (2) zum Kühlen von wärmeerzeugenden Körpern (1), mit einem Kondensor (6) zum Kühlen und Kondensieren des von den Verdampfern (2) erzeugten Kühlmitteldampfes und mit einem Sam­ melbehälter (13) für flüssiges Kühlmittel, dessen Volumen än­ derbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdampfer (2) in im wesentlichen horizontaler Richtung neben dem Kondensor (6) angeordnet ist, daß der obere Teil je­ des Verdampfers (2) mit jeweils oberen Teilen des Kondensors (6) über erste Verbindungsröhren (4 a, 8 a) und der untere Teil jedes Verdampfers (2) mit jeweils unteren Teilen des Kondensors (6) über zweite Verbindungsröhren (4 b, 8 b) verbunden ist, und der Sammelbehälter (13) für flüssiges Kühlmittel mit dem oberen Teil des Kondensors (6) über eine Gasablaßröhre (15) verbunden ist, die mit einer Drosselklappe (14) und Wärmeableitrippen (10) versehen ist.

2. Konstantdrucksiedekühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter für flüssiges Kühlmittel (13) über den Verdampfern (2) oder dem Kondensor (6) angeordnet ist.

3. Konstantdrucksiedekühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer (2) mit den wärmeerzeugenden Teilen einer Halbleitereinrichtung in Kontakt stehen und daß elektrische Zu­ satzteile der Halbleitereinrichtung über dem Wärmeabsorptions­ teil angeordnet sind, so daß das gesamte System als geschlos­ sene Einheit ausgebildet ist.

4. Konstantdrucksiedekühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verdampfern (2) und dem Kondensor (6) eine Trennwand (23) angeordnet ist.