WO2014180749A1 - Device having an electronic component and a refrigeration machine for cooling the electronic component, and method for cooling an electronic component - Google Patents

Device having an electronic component and a refrigeration machine for cooling the electronic component, and method for cooling an electronic component Download PDF

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Abstract

The invention relates to a device (10) having at least one electronic component (14) and having at least one refrigeration machine (12) for cooling the electronic component (14), wherein the refrigeration machine (12) has a refrigerant circuit (16) through which a working medium of the refrigeration machine (12) can flow and which comprises at least one compressor (20) for compressing the working medium, at least one condenser (22) for condensing the working medium, at least one expansion apparatus (24) for expanding the working medium and at least one evaporator (28) for evaporating the working medium, wherein the electronic component (14) is arranged in the refrigerant circuit (16) of the refrigeration machine (12). The invention further relates to a method for cooling at least one electronic component (14).

Description

Beschreibung description
Vorrichtung mit einer elektronischen Komponente und einer Kältemaschine zum Kühlen der elektronischen Komponente sowie Verfahren zum Kühlen einer elektronischen Komponente Device having an electronic component and a refrigerator for cooling the electronic component and method for cooling an electronic component
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit wenigstens einer elektronischen Komponente und wenigstens einer Kältemaschine zum Kühlen der elektronischen Komponente gemäß dem Oberbe- griff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Kühlen einer elektronischen Komponente gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 11. The invention relates to a device having at least one electronic component and at least one cooling machine for cooling the electronic component according to the preamble of patent claim 1 and a method for cooling an electronic component according to the preamble of patent claim 11.
Elektronische Komponenten oder Bauteile wie beispielsweise Kondensatoren, Halbleiter oder dergleichen weisen in der Regel eine obere Temperatureinsatzgrenze auf, die beim Betrieb der elektronischen Komponente beziehungsweise Bauteile einge¬ halten werden muss, um einen effektiven und effizienten Betrieb der elektronischen Komponenten zu realisieren sowie diese vor thermischer Beschädigung zu schützen. Liegt die Umgebungstemperatur nur leicht unterhalb, beispielsweise 10 Kelvin oder weniger unterhalb der Temperatureinsatzgrenze oder liegt die Umgebungstemperatur über der Temperatureinsatzgrenze, so ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, aktive Kühlprozesse wie beispielsweise eine Luftküh¬ lung, Wasserkühlung oder Kompressionskühlung einzusetzen, um die elektronischen Komponenten zu kühlen. Electronic components or components such as capacitors, semiconductors or the like usually have an upper temperature limit, which must be kept ¬ during operation of the electronic component or components in order to realize an effective and efficient operation of the electronic components and this against thermal damage to protect. If the ambient temperature is only slightly lower than, for example 10 Kelvin or less below the temperature limit, or if the ambient temperature is above the temperature limit, it is known from the general prior art known to employ active cooling processes such as a Luftküh ¬ lung, water cooling or compression refrigeration to the to cool electronic components.
Dabei wird Wärme von der eine Wärmequelle darstellenden elektronischen Komponente an eine Wärmesenke abgeführt. Für den Fall einer zumindest im Wesentlichen direkten Wärmeübertragung beispielsweise im Falle einer Luftkühlung oder einer Wasserkühlung mit Luftrückkühler ergibt sich abhängig von der Umgebungstemperatur eine theoretische minimale Temperatur der elektronischen Komponenten. Liegt diese theoretische minimale Temperatur höher als benötigt, so werden zum Kühlen der elektronischen Komponenten aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte Kälteanlagen oder Wärmepumpen verwendet. Die Kälteanlagen werden üblicherweise auch als Kältemaschinen bezeichnet, wobei Energie, beispielsweise elektrische Energie, aufgewendet bzw. verbraucht wird, um Kälte zu erzeugen, mit welcher die elektronische Komponente dann gekühlt werden kann . In this case, heat is dissipated by the heat source representing electronic component to a heat sink. In the case of an at least substantially direct heat transfer, for example in the case of air cooling or water cooling with air recooler results depending on the ambient temperature, a theoretical minimum temperature of the electronic components. If this theoretical minimum temperature is higher than required, refrigeration systems or heat pumps known for cooling the electronic components of the general state of the art are used. The Cooling systems are also commonly referred to as chillers, wherein energy, such as electrical energy, spent or consumed to produce cold, with which the electronic component can then be cooled.
Demzufolge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik Vorrichtungen hinlänglich bekannt, welche jeweils wenigstens ei¬ ne elektronische Komponente und wenigstens eine Kältemaschine zum Kühlen der elektronischen Komponente umfassen. Die jeweilige Kältemaschine weist ein Arbeitsmedium und ein von dem Arbeitsmedium der Kältemaschine durchströmbaren Kühlkreislauf auf, in welchem wenigstens ein Verdichter zum Verdichten des Arbeitsmediums, wenigstens ein Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums, wenigstens eine Expansionseinrichtung zum Expandieren des Arbeitsmediums und wenigstens ein Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums angeordnet sind. Im Rahmen eines Verfahrens zum Kühlen der wenigstens einen elektronischen Komponente wird somit das Arbeitsmedium mittels des Verdichters verdichtet, mittels des Kondensator kondensiert, mittels der Expansionseinrichtung expandiert und mittels des Verdampfers verdampft. Accordingly, devices are sufficiently known from the general state of the art, each comprising at least ei ¬ ne electronic component and at least one refrigerator for cooling the electronic component. The respective refrigerating machine has a working medium and a cooling circuit through which the working medium of the refrigerating machine can flow, in which at least one compressor for compressing the working medium, at least one condenser for condensing the working medium, at least one expansion device for expanding the working medium and at least one evaporator for evaporating the working medium are arranged. In the context of a method for cooling the at least one electronic component, the working medium is thus compressed by means of the compressor, condensed by means of the condenser, expanded by means of the expansion device and evaporated by means of the evaporator.
Die mittels der Kältemaschine erzeugbare Kälte hängt zwar auch von der Umgebungstemperatur ab, kann jedoch geringer als die Umgebungstemperatur sein. Ist die Umgebungstemperatur zu hoch, so können einige Kompressionskälteprozesse, die für die Kondensation des Arbeitsmediums mit gewissem Abstand vom kri¬ tischen Punkt des Arbeitsmediums ablaufen müssen, nicht mehr funktionieren, da der kritische Punkt ansonsten überschritten werden würde. Als Arbeitsmedium wird üblicherweise R134a ver¬ wendet, dessen kritischer Punkt bei 101 Grad Celsius liegt. Um eine hinreichende Kondensatorleistung zu erreichen, ist ein Abstand von dem kritischen Punkt und dem zugehörigen, kritischen Druck des Arbeitsmediums von etwa 30 Kelvin erforderlich. Dazu ist eine Kondensationstemperatur in einem Bereich von einschließlich 65 Grad Celsius bis einschließlich 70 Grad Celsius erforderlich. Bei hohen Umgebungstemperaturen beispielsweise im Bereich von einschließlich 40 Grad bis einschließlich 60 Grad Celsius bleibt dann nur eine nur geringe Temperaturdifferenz für einen Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium und der Umgebungsluft übrig. Dies erfordert wie¬ derum sehr große Wärmetauscherflächen und/oder sehr leistungsstarke Lüfter zur Realisierung eines hinreichenden Wärmeübergangskoeffizienten, was mit sehr hohen Investitionsund Betriebskosten einhergeht. Although the cold that can be generated by means of the chiller also depends on the ambient temperature, it may be lower than the ambient temperature. If the ambient temperature is too high, then some compression refrigeration processes, which have to take place for the condensation of the working medium with a certain distance from the kri ¬ tables point of the working medium, no longer work, because the critical point would otherwise be exceeded. As the working medium R134a is usually ver ¬ applies, the critical point is 101 degrees Celsius. In order to achieve sufficient condenser performance, a distance from the critical point and the associated, critical pressure of the working medium of about 30 Kelvin is required. This requires a condensation temperature in the range of 65 degrees Celsius up to and including 70 degrees Celsius. At high ambient temperatures For example, in the range of including 40 degrees to and including 60 degrees Celsius then only a small temperature difference for heat exchange between the working fluid and the ambient air remains. This requires as ¬ derum very large heat exchanger surfaces and / or very powerful fans to realize a sufficient heat transfer coefficient, which is associated with very high investment and operating costs.
Herkömmlicherweise wird die zu kühlende, elektronische Kompo¬ nente in einem vom Kühlkreislauf separaten Flüssigkeitskreis¬ lauf angeordnet, welcher von einer von dem Arbeitsmedium unterschiedlichen Kühlflüssigkeit durchströmbar ist. Die den Flüssigkeitskreislauf durchströmende Kühlflüssigkeit kann Wärme von der elektronischen Komponente aufnehmen, welche dann an anderer Stelle, die örtlich von der zu kühlenden, elektronischen Komponente getrennt ist, über einen Wärmetau¬ scher an die Umgebung abgegeben wird. Ferner ist es bekannt, die in Folge eines Wärmeübergangs von der elektronischen Kom¬ ponente an die Kühlflüssigkeit erwärmte Kühlflüssigkeit mit¬ tels des Arbeitsmediums am Verdampfer der Kältemaschine zu kühlen . Conventionally, to be cooled, electronic compo ¬ component is arranged in a separate cooling circuit from the liquid circuit ¬ run, which is flowed through by a working fluid different from the cooling liquid. The fluid circuit flowing through the cooling fluid can absorb heat from the electronic component, which is then delivered to another location which is separated from the container to be cooled, the electronic component over a Wärmetau ¬ shear to the environment. It is also known that as a result of heat transfer from the electronic component Kom ¬ heated to the cooling liquid to cool the cooling liquid with ¬ means of the working fluid at the evaporator of the refrigerator.
Dadurch wird das Arbeitsmedium in Folge eines Wärmeübergangs von der Kühlflüssigkeit an das Arbeitsmedium erwärmt, wobei diese Wärme über den Kondensator der Kältemaschine beispiels¬ weise an die Umgebung der Kältemaschine abgeben kann, wobei auch hier die zuvor genannten Probleme und Nachteile beste¬ hen. Üblicherweise wird als die Kühlflüssigkeit Wasser ver¬ wendet, welches die Wärme von der elektronischen Komponente aufnehmen kann. As a result, the working fluid is heated as a result of heat transfer from the cooling liquid to the working fluid, which heat on the condenser of the chiller ¬ example, can deliver to the environment of the chiller, here too the aforementioned problems and disadvantages best ¬ hen. Usually, water is used as the cooling liquid ver ¬ turns, which can absorb the heat from the electronic component.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die elektronische Komponente besonders ef¬ fizient und effektiv sowie bauraum- und kostengünstig gekühlt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Object of the present invention is to develop a device and a method of the type mentioned in such a way that the electronic component can be cooled particularly ef ¬ efficient and effective and space and cost. This object is achieved by a device having the features of claim 1 and by a method with the
Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Characteristics of claim 11 solved. advantageous
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Embodiments with appropriate and non-trivial
Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben . Further developments of the invention are specified in the remaining claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit wenigstens einer elektronischen Komponente und mit wenigstens einer Kältemaschine zum Kühlen der elektronischen Komponente. Die Kältemaschine umfasst dabei ein Arbeitsmedium sowie einen von dem Arbeitsmedium durchströmbaren Kühlkreislauf. Der Kühlkreislauf umfasst wenigstens einen Verdichter zum Ver¬ dichten des Arbeitsmediums, wenigstens einen Kondensator zum Kondensieren des Arbeitsmediums, wenigstens eine Expansions¬ einrichtung zum Expandieren des Arbeitsmediums und wenigstens einen Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums. A first aspect of the invention relates to a device with at least one electronic component and with at least one chiller for cooling the electronic component. The refrigeration machine comprises a working medium and a cooling circuit through which the working medium can flow. The cooling circuit comprises at least one compressor for sealing the working medium, at least one condenser for condensing the working medium, at least one expansion device for expanding the working medium and at least one evaporator for evaporating the working medium.
Zur Realisierung einer besonders effektiven, effizienten sowie bauraum- und kostengünstigen Kühlung der elektronischen Komponente ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die elektronische Komponente in dem Kühlkreislauf der Kälte¬ maschine angeordnet ist. Hierdurch ist die elektronische Komponente zumindest teilweise in Kontakt mit dem Arbeits¬ medium bringbar oder befindet sich zumindest teilweise in Kontakt mit dem Arbeitsmedium, da das Arbeitsmedium die elektronische Komponente zumindest beim Betrieb der Kälte¬ maschine zumindest teilweise umströmt beziehungsweise To realize a particularly effective, efficient and space-and cost-effective cooling of the electronic component, it is inventively provided that the electronic component is arranged in the cooling circuit of the refrigeration ¬ machine. As a result, the electronic component is at least partially brought into contact with the working ¬ medium or is at least partially in contact with the working fluid, since the working fluid at least during operation of the refrigeration ¬ machine at least partially flows around the electronic component
umströmen kann und/oder da das Arbeitsmedium die can flow around and / or because the working medium the
elektronische Komponente zumindest teilweise und zumindest beim Betrieb der Kältemaschine berührt. Mit anderen Worten kommt es zumindest beim Betrieb der Kältemaschine zu einem Kontakt des Arbeitsmediums mit zumindest einem Teil der zu kühlenden, elektronischen Komponente, so dass zum Kühlen der elektronischen Komponente ein Wärmeübergang von dieser an das Arbeitsmedium der Kältemaschine stattfinden kann. Dadurch kann das Arbeitsmedium der Kältemaschine Wärme von der elektronischen Komponente aufnehmen und von dieser abführen, wobei das Arbeitsmedium die Wärme über den Kondensator beispielsweise an die Umgebung der Kältemaschine abgeben kann . electronic component at least partially and at least touched during operation of the refrigerator. In other words, at least during operation of the refrigerating machine, the working medium comes into contact with at least part of the electronic component to be cooled, so that a heat transfer from the latter to the working medium of the refrigerating machine can take place for cooling the electronic component. As a result, the working medium of the chiller can absorb heat from the electronic component and remove it from it, wherein the working fluid can deliver the heat through the capacitor, for example, to the environment of the refrigerator.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit die The device according to the invention thus enables the
Realisierung eines Kühlverfahrens, bei welchem die Realization of a cooling method in which the
elektronische Komponente innerhalb nur eines Kreises in Form des Kühlkreislaufs mittels lediglich eines Fluids in Form des Arbeitsmediums gekühlt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Vorrichtungen sind somit nicht zwei voneinander getrennte Kreisläufe mit zwei voneinander getrennten Fluiden vorgesehen, zwischen welchen ein Wärmeübergang stattfinden kann. Im Gegensatz dazu ist das Arbeitsmedium bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl das Arbeitsmedium der Kältemaschine als auch das Wärmeträgermedium, auf welches Wärme von der elektronischen Komponente übergehen kann. Ein electronic component is cooled within only one circle in the form of the cooling circuit by means of only one fluid in the form of the working medium. In contrast to conventional devices thus not two separate circuits are provided with two separate fluids, between which a heat transfer can take place. In contrast, the working medium in the device according to the invention is both the working medium of the chiller and the heat transfer medium to which heat from the electronic component can pass. One
weiterer Wärmeübergang von dem Wärmeträgermedium an das further heat transfer from the heat transfer medium to the
Arbeitsmedium ist nicht vorgesehen. Das Arbeitsmedium kann dann die aufgenommene Wärme der elektronischen Komponente über den Kondensator beispielsweise direkt an die Umgebung der Kältemaschine ohne Zwischenwärmeübertrager abgeben. Working medium is not provided. The working medium can then deliver the absorbed heat of the electronic component via the capacitor, for example directly to the environment of the refrigerator without intermediate heat exchanger.
Die elektronische Komponente ist dabei ein von der Kälte¬ maschine unterschiedliches beziehungsweise von dieser The electronic component is one of the cold ¬ machine different or from this
unabhängiges und zusätzlich zur Kältemaschine vorgesehenes, elektronisches Bauteil. Dies bedeutet, dass die elektronische Komponente nicht zum eigentlichen Betrieb und zur Realisie¬ rung einer vollständigen, einwandfreien Funktionsfähigkeit der Kältemaschine erforderlich ist und beiträgt. independent and in addition to the chiller intended, electronic component. This means that the electronic component is not required for the actual operation and to Realisie ¬ tion of a complete, proper functioning of the chiller and contributes.
Die Kältemaschine dient jedoch insbesondere dazu, den voll¬ ständig funktionsfähigen Betrieb der elektronischen Komponente über eine relativ lange Zeitdauer zu realisieren, da die elektronische Komponente mittels der Kältemaschine ge¬ kühlt und vor einer übermäßigen, thermischen Belastung geschützt wird. Die Kältemaschine könnte jedoch auch ohne die elektronische Komponente betrieben werden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die elektronische Komponente in den Verdampfer integriert. Mit anderen Worten ist die elektronische Komponente zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest überwiegend oder voll- ständig in dem Verdampfer aufgenommen. Einerseits kann hierdurch eine besonders effektive und effiziente Kühlung der elektronischen Komponente realisiert werden. Andererseits kann der Bauraumbedarf der Vorrichtung insgesamt gering gehalten werden. However, the chiller is used in particular to realize the fully ¬ constantly functional operation of the electronic component over a relatively long period of time, since the electronic component by means of the chiller ge ¬ cooled and protected against excessive thermal load. However, the chiller could also be operated without the electronic component. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the electronic component is integrated in the evaporator. In other words, the electronic component is at least partially and preferably at least predominantly or completely taken up in the evaporator. On the one hand, this makes it possible to realize a particularly effective and efficient cooling of the electronic component. On the other hand, the space requirement of the device can be kept low overall.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die elektronische Komponente zumindest teilweise von dem mittels des Verdampfers verdampften Arbeitsmedium umströmbar. Mit anderen Worten kann das Arbeitsmedium nach dessen durch den Verdampfer bewirkten Verdampfung zumindest einen Teil der elektronischen Komponente umströmen und dadurch kontaktieren beziehungsweise berühren. Hierdurch ist ein besonders guter und direkter Wärmeübergang von der elektronischen Komponente an das verdampfte Arbeitsmedium darstellbar. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the electronic component is at least partially flowed around by the working medium vaporized by means of the evaporator. In other words, after the evaporation caused by the evaporator, the working medium can flow around at least part of the electronic component and thereby contact or contact it. As a result, a particularly good and direct heat transfer from the electronic component to the vaporized working medium can be displayed.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die elektronische Komponente in einer flüssigen Phase des Arbeitsmediums aufgenommen ist, wobei die flüssige Phase zumindest teilweise von einer mittels des Verdampfers bewirkten gasförmigen Phase des In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the electronic component is accommodated in a liquid phase of the working medium, wherein the liquid phase at least partially by a caused by the evaporator gaseous phase of the
Arbeitsmediums umströmbar ist. Hierbei ist es somit vorge¬ sehen, dass die elektronische Komponente vollständig in die flüssige Phase eingetaucht ist, so dass die gasförmige Phase die elektronische Komponente nicht direkt berühren be- ziehungsweise kontaktieren kann. Hierdurch ist eine besonders effektive Kühlung der elektronischen Komponente derart realisierbar, dass ein Wärmeübergang von der elektronischen Komponente an die die elektronische Komponente berührende, flüssige Phase des Arbeitsmediums stattfinden kann. Es findet ein Phasenübergang der flüssigen Phase in die gasförmige Phase statt, wobei die die elektronische Komponente be¬ rührende, flüssige Phase verdampft. Das verdampfte Arbeits- medium steigt beispielsweise als Gasblase auf. Bei diesem Phasenübergang nimmt das Arbeitsmedium Wärme auf. Working medium can flow around. Here, it is therefore pre ¬ see that the electronic component is completely immersed in the liquid phase, so that the gaseous phase is not loading directly touch the electronic component relationship as contact. In this way, a particularly effective cooling of the electronic component can be realized in such a way that heat transfer from the electronic component to the liquid phase of the working medium contacting the electronic component can take place. There is a phase transition of the liquid phase rather than in the gaseous phase, wherein the electronic component be ¬ touching liquid phase evaporated. The evaporated work For example, medium rises as a gas bubble. In this phase transition, the working medium absorbs heat.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der It has proved to be particularly advantageous if the
Verdampfer als Fallfilmverdampfer ausgebildet ist. Hierdurch kann ein Wärmeübergang von der elektronischen Komponente an das Arbeitsmedium durch eine durch den Fallfilmverdampfer bewirkte Fallfilmverdampfung realisiert werden, so dass besonders gute Wärmeübergänge auch bei geringen Temperatur- differenzen dargestellt werden können. Darüber hinaus kann dadurch die Füllmenge des Arbeitsmediums besonders gering gehalten werden. Evaporator is designed as a falling film evaporator. In this way, a heat transfer from the electronic component to the working medium can be realized by a falling film evaporation effected by the falling-film evaporator, so that particularly good heat transfer can be represented even with small temperature differences. In addition, the filling amount of the working medium can be kept particularly low.
Für eine im Rahmen der Fallfilmverdampfung durchzuführenden Berieselung der elektronischen Komponente mit dem Arbeitsmedium kann der Fallfilmverdampfer eine Verteilungseinrichtung umfassen, mittels welcher die elektronische Kompo¬ nente, insbesondere Flächen dieser zumindest im Wesentlichen gleichmäßig mit dem Arbeitsmedium in ausreichender Form benetzt werden können. Die Fallfilmverdampfung eignet sich besonders gut zur effizienten Kühlung für elektronische For be performed within the falling-film evaporation sprinkling of the electronic component with the working medium of the falling film evaporator may comprise a distribution means, by which the electronic compo ¬ component, in particular surfaces of at least substantially can be uniformly wetted with the working medium adequately. The falling film evaporation is particularly well suited for efficient cooling for electronic
Bauteile, die in sogenannten „Stacks" aufgebaut sind. Bei derartigen elektronischen Bauteilen kann es sich beispielsweise um Stacks von Batterien, sogenannte Batteriestacks oder Batteriezellenstacks, oder um Stacks von Supercaps handeln. Components that are constructed in so-called "stacks." Such electronic components may be, for example, stacks of batteries, so-called battery stacks or battery cell stacks, or stacks of supercaps.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Expansionseinrichtung wenigstens ein Ausströmelement des Fallfilmverdampfers umfasst, wobei das Ausströmelement we- nigstens eine Ausströmöffnung für das Arbeitsmedium aufweist, und wobei mittels der Ausströmöffnung das Arbeitsmedium expandierbar beziehungsweise zu expandieren ist. Mit anderen Worten kann der Fallfilmverdampfer, insbesondere dessen A further embodiment is characterized in that the expansion device comprises at least one outflow element of the falling film evaporator, wherein the outflow element has at least one outflow opening for the working medium, and wherein the working medium can be expanded or expanded by means of the outflow opening. In other words, the falling film evaporator, in particular its
Verteilungseinrichtung, so ausgelegt sein, dass ein für die Expansion des Arbeitsmediums erforderlicher Druckverlust, welcher eigentlich beispielsweise durch ein Expansionsventil erzeugt wird, durch das Ausströmelement und dessen Aus¬ strömöffnung beispielsweise in Form einer Spraydüse bereit- gestellt wird. Dadurch kann das separate Expansionsventil entfallen und eingespart werden, so dass die Vorrichtung besonders kostengünstig ist und einen besonders geringen Bauraumbedarf aufweist. Distribution device, be designed so that a required for the expansion of the working fluid pressure loss, which is actually generated for example by an expansion valve, by the outflow and the ¬ outflow opening, for example in the form of a spray nozzle ready- is provided. As a result, the separate expansion valve can be omitted and saved, so that the device is particularly cost-effective and has a particularly low space requirement.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Arbeitsmedium elektrisch nicht-leitend. Dadurch kann das Arbeitsmedium die elektronische Komponente auch dann direkt berühren beziehungsweise kontaktieren, wenn die elektronische Komponente von elektrischem Strom durch¬ flössen wird. Da das Arbeitsmedium hierbei elektrisch nichtleitend ist, können Kurzschlüsse vermieden werden. Gleichzeitig ist ein besonders effektiver und effizienter Wärme¬ übergang von der elektronischen Komponente an das Arbeits- medium darstellbar. In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the working medium is electrically non-conductive. As a result, the working medium, the electronic component also directly touch or contact, when the electronic component of electric current is flowed through ¬. Since the working medium is electrically non-conductive in this case, short circuits can be avoided. At the same time, a particularly effective and efficient heat ¬ transition from the electronic component to the working medium can be displayed.
Vorteilhafterweise weist das Arbeitsmedium eine Konden¬ sationstemperatur von wenigstens 70 Grad Celsius auf. Mit anderen Worten ermöglicht das Arbeitsmedium die Realisierung von Kondensationstemperaturen von wenigstens 70 Grad Celsius. Das Arbeitsmedium weist somit eine sehr hohe kritische Advantageously, the working medium to a condensate ¬ sation level of at least 70 degrees Celsius. In other words, the working medium allows the realization of condensation temperatures of at least 70 degrees Celsius. The working medium thus has a very high critical
Temperatur von beispielsweise wenigstens 120 Grad Celsius auf, so dass die elektronische Komponente auch bei hohen Umgebungstemperaturen sehr gut gekühlt werden kann. Temperature of, for example, at least 120 degrees Celsius, so that the electronic component can be cooled very well even at high ambient temperatures.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Arbeitsmedium einen spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 1011 Ohmzentimeter, insbesondere 1012 In a particularly advantageous embodiment of the invention, the working medium has a specific electrical resistance of at least 10 11 ohm centimeters, in particular 10 12
Ohmzentimeter, auf. Dadurch kann das Arbeitsmedium die elektronische Komponente auch direkt berühren und dadurch besonders effektiv kühlen, ohne dass es zu einem elektrischen Kurzschluss kommt. Ohm centimeter, up. As a result, the working medium can also touch the electronic component directly and thereby cool particularly effectively, without causing an electrical short circuit.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das It has proved to be particularly advantageous if the
Arbeitsmedium ein Fluorketon oder eine Mischung aus Working fluid a fluorine ketone or a mixture of
wenigstens zwei Fluorketonen ist. Als das Arbeitsmedium kann beispielsweise Novec649™ oder Novec524™ verwendet werden. Diese Arbeitsmedien weisen besonders vorteilhafte Eigenschaften auf. Insbesondere weisen sie hohe kritische Temperaturen von 168 Grad Celsius beziehungsweise 148 Grad Celsius sowie einen sehr hohen spezifischen elektrischen Widerstand auf, so dass sie die elektronische Komponente direkt berühren und dadurch effektiv kühlen können. at least two fluoroketones. As the working medium, for example, Novec649 ™ or Novec524 ™ can be used. These working media have particularly advantageous Properties on. In particular, they have high critical temperatures of 168 degrees Celsius and 148 degrees Celsius and a very high electrical resistivity, so that they can touch the electronic component directly and thereby effectively cool.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen wenigstens einer elektronischen Komponente mittels einer einen Kühlkreislauf aufweisenden Kältemaschine. Bei dem Verfahren wird ein den Kühlkreislauf durchströmendes A second aspect of the invention relates to a method for cooling at least one electronic component by means of a refrigeration cycle having a refrigeration cycle. In the method, a cooling circuit flowing through
Arbeitsmedium der Kältemaschine mittels wenigstens eines in dem Kühlkreislauf angeordneten Verdichters der Kältemaschine verdichtet, mittels wenigstens eines in dem Kühlkreislauf angeordneten Kondensators der Kältemaschine kondensiert, mittels wenigstens einer in dem Kühlkreislauf angeordneten Expansionseinrichtung der Kältemaschine expandiert und mittels wenigstens eines in dem Kühlkreislauf angeordneten Verdampfers der Kältemaschine verdampft. Working medium of the chiller compressed by means of at least one arranged in the cooling circuit compressor of the chiller, condensed by means of at least one arranged in the cooling circuit condenser of the chiller, expanded by at least one arranged in the cooling circuit expansion device of the chiller and evaporated by at least one arranged in the cooling circuit evaporator of the chiller ,
Zur Realisierung einer effektiven, effizienten sowie bauraum- und kostengünstigen Kühlung der elektronischen Komponente ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die in dem Kühlkreislauf angeordnete, elektronische Komponente mittels des die To realize an effective, efficient and space-saving and cost-effective cooling of the electronic component, it is inventively provided that arranged in the cooling circuit, electronic component by means of the
elektronische Komponente zumindest teilweise und zumindest während des Betriebs der Kältemaschine umströmenden electronic component at least partially and at least during operation of the chiller flowing around
beziehungsweise berührenden Arbeitsmediums gekühlt wird. or contacting working medium is cooled.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Vorrichtungen zum Kühlen von elektronischen Komponenten ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich der eine Kühlkreislauf mit dem einen Arbeitsmedium vorgesehen. Zwei voneinander separate In contrast to conventional devices for cooling electronic components, only one cooling circuit with one working medium is provided in the method according to the invention. Two separate
Kreisläufe mit separaten Fluiden sind nicht vorgesehen. Circuits with separate fluids are not provided.
Hierdurch kann ein direkter Wärmeübergang von der This allows a direct heat transfer from the
elektronischen Komponente an das Arbeitsmedium erfolgen. electronic component to the working medium.
Darüber hinaus kann das Arbeitsmedium in Folge dieses In addition, the working medium in consequence of this
Wärmeübergangs aufgenommene Wärme beispielsweise an die Umgebung der Kältemaschine abgeben, ohne dass ein Zwischenwärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen wenigstens zwei voneinander separaten beziehungsweise getrennten Fluiden erforderlich wäre. Heat transfer absorbed heat, for example, to the Deliver environment of the chiller without an intermediate heat exchanger for heat transfer between at least two separate or separate fluids would be required.
Die Kältemaschine arbeitet dabei nach dem Prinzip eines ther- modynamischen Kreisprozesses beziehungsweise macht sich einen thermodynamischen Kreisprozess wie beispielsweise einen linkslaufenden Rankine Cycle zunutze, um die elektronische Komponente mittels des Arbeitsmediums effektiv und effizient zu kühlen. The chiller works according to the principle of a thermodynamic cycle or makes use of a thermodynamic cycle such as a left-handed Rankine cycle to effectively and efficiently cool the electronic component by means of the working medium.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures are not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation
verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. usable without departing from the scope of the invention.
Die Zeichnung zeigt in: The drawing shows in:
FIG 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einer elektronischen Komponente und einer Kältemaschine zum Kühlen der elektronischen Komponente, wobei die Kältemaschine nach dem Prinzip eines thermo¬ dynamischen Kreisprozesses arbeitet und dazu ein Arbeitsmedium nutzt, welches die zu kühlende, elektronische Komponente zumindest teilweise berührt ; 1 shows a schematic view of a device according to a first embodiment, with an electronic component and a chiller for cooling the electronic component, wherein the chiller works on the principle of a thermo ¬ dynamic cycle process and uses a working medium, which is the electronic component to be cooled at least partially touched;
FIG 2 eine schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß 2 shows a schematic view of the device according to FIG
einer zweiten Ausführungsform; und FIG 3 eine schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. a second embodiment; and 3 shows a schematic view of the device according to a third embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
FIG 1 zeigt eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Vorrichtung mit einer Kältemaschine 12 und mit einer elektronischen Komponente 14. Bei der elektronischen Komponente 14 handelt es sich um ein elektronisches Bauteil, beispielsweise in Form eines Kondensators, eines Halbleiters oder dergleichen. Die Kälte¬ maschine 12 dient dabei zum Kühlen der elektronischen Komponente 14, so dass die elektronische Komponente 14 vor übermä¬ ßiger thermischer Belastung und vor thermischen Schäden ge- schützt sowie in einem Temperaturbereich betrieben werden kann, in welchem die elektronische Komponente 14 einen effi¬ zienten Betrieb aufweist. Dadurch ist es möglich, die elekt¬ ronische Komponente 14 auch bei hohen Umgebungstemperaturen effizient und insbesondere in einem Dauerbetrieb betreiben zu können. 1 shows a device as a whole designated 10 with a chiller 12 and with an electronic component 14. The electronic component 14 is an electronic component, for example in the form of a capacitor, a semiconductor or the like. The cold ¬ machine 12 serves to cool the electronic component 14, so that the electronic component 14 protects against excessive ¬ ferent thermal load and thermal damage and can be operated in a temperature range in which the electronic component 14 effi ¬ has cient operation. This makes it possible to operate efficiently and particularly in a continuous operation even at high ambient temperatures 14 the elekt ¬ tronic component.
Die Kältemaschine 12 arbeitet nach dem Prinzip eines thermo- dynamischen Kreisprozesses beziehungsweise macht sich das Prinzip eines thermodynamischen Kreisprozesses zunutze und umfasst hierzu ein Arbeitsmedium zum Beispiel in Form eines Fluorketons oder einer Mischung aus wenigstens zwei unter¬ schiedlichen Fluorketonen sowie einen Kühlkreislauf 16, welcher zum Kühlen der elektronischen Komponente 14 von dem Arbeitsmedium in eine Strömungsrichtung durchströmt wird. Diese Strömungsrichtung ist in FIG 1 durch einen Richtungspfeil 18 veranschaulicht . The refrigerating machine 12 operates according to the principle of a thermodynamic cycle or to make the principle of a thermodynamic cycle advantage and for this purpose comprises a working medium, for example in the form of a fluoroketone or a mixture of at least two among ¬ different union fluoroketones as well as a cooling circuit 16, which for cooling the electronic component 14 is flowed through by the working medium in a flow direction. This flow direction is illustrated in FIG. 1 by a directional arrow 18.
Der Kühlkreislauf 16 umfasst einen Verdichter 20 zum Verdichten des Arbeitsmediums, wobei der Verdichter 20 üblicherweise auch als Kompressor bezeichnet wird. Darüber hinaus umfasst der Kühlkreislauf 16 einen Kondensator 22 zum Kondensieren des Arbeitsmediums, eine Expansionseinrichtung 24 mit wenigs¬ tens einem Expansionsventil 26 zum Expandieren des Arbeitsme¬ diums sowie einen im Ganzen mit 28 bezeichneten Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmediums. Mit anderen Worten sind der Verdichter 20, der Kondensator 22, die Expansionseinrichtung 24 und der Verdampfer 28 im Kühlkreislauf 16 angeordnet, wobei der Kondensator 22 bezogen auf die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums durch den Kühlkreislauf 16 stromab desThe refrigeration cycle 16 includes a compressor 20 for compressing the working fluid, the compressor 20 being commonly referred to as a compressor. In addition, the cooling circuit 16 comprises a condenser 22 for condensing the working medium, an expansion device 24 with wenigs ¬ least an expansion valve 26 for expanding the Arbeitsme ¬ dium and a designated as a whole with 28 evaporator for evaporation of the working medium. In other words, the compressor 20, the condenser 22, the expansion device 24 and the evaporator 28 are arranged in the cooling circuit 16, wherein the capacitor 22 with respect to the flow direction of the working medium through the cooling circuit 16 downstream of
Verdichters 20 und stromauf der Expansionseinrichtung 24 angeordnet ist. Die Expansionseinrichtung 24 ist stromab des Kondensators 22 und stromauf des Verdampfers 28 angeordnet, wobei der Verdampfer 28 stromab der Expansionseinrichtung 24 und stromauf des Verdichters 20 angeordnet ist. Compressor 20 and upstream of the expansion device 24 is arranged. The expansion device 24 is arranged downstream of the condenser 22 and upstream of the evaporator 28, wherein the evaporator 28 is arranged downstream of the expansion device 24 and upstream of the compressor 20.
Zur Realisierung einer besonders effektiven und effizienten sowie bauraum- kostengünstigen Kühlung der elektronischen Komponente 14 ist diese ebenfalls in dem Kühlkreislauf 16 an- geordnet, so dass das Arbeitsmedium die elektronische Kompo¬ nente 14 zumindest beim Betrieb der Kältemaschine 12 kontak¬ tiert. Wie im Folgenden noch erläutert wird, kann die elekt¬ ronische Komponente 14 hierbei zumindest teilweise von dem Arbeitsmedium umströmt und/oder zumindest teilweise von dem Arbeitsmedium umgeben sein. In order to realize a particularly effective and efficient, as well as installation space inexpensive cooling of the electronic component 14, this is also arranged arrival in the cooling circuit 16, so that the working medium 14 at least kontak ¬ advantage electronic compo ¬ component during operation of the refrigerating machine 12th As will be explained, the elekt ¬ tronic component 14 may in this case at least partially flows around the working medium and / or at least partially surrounded by the working medium.
Wie aus FIG 1 besonders gut zu erkennen ist, ist die elektro¬ nische Komponente 14 in den Verdampfer 28 integriert. Mit an¬ deren Worten ist die elektronische Komponente 14 in dem Ver- dampfer 28 aufgenommen. Hierzu umfasst der Verdampfer 28 wenigstens ein Gehäuse 30, von welchem die elektronische Kompo¬ nente 14 allumfangsseitig umgeben ist. Hierdurch kann das in das Gehäuse 30 einströmende beziehungsweise im Gehäuse 30 aufgenommene Arbeitsmedium die elektronische Komponente 14 direkt berühren. Wie im Folgenden noch erläutert wird, kann alternativ vorgesehen sein, dass dadurch eine gasförmige Phase des Arbeitsmediums eine flüssige Phase des Arbeitsmediums umströmen beziehungsweise anströmen kann, wodurch die in die flüssige Phase eingetauchte, elektronische Komponente 14 ef- fektiv und effizient gekühlt wird. As can be seen particularly well from FIG 1, the electrostatic ¬ African component 14 is integrated in the evaporator 28th With at ¬ whose words, the electronic component 14 is received in the vaporizer 28th For this purpose, the evaporator 28 comprises at least one housing 30, of which the electronic Kompo ¬ component 14 is surrounded allumfangsseitig. As a result, the working medium flowing into the housing 30 or accommodated in the housing 30 can directly contact the electronic component 14. As will be explained below, it may alternatively be provided that a gaseous phase of the working medium can flow around or flow through a liquid phase of the working medium, whereby the electronic component 14 immersed in the liquid phase is effectively and efficiently cooled.
Die Kühlung der elektronischen Komponente 14 erfolgt insbe¬ sondere infolge eines Wärmeübergangs von der elektronischen Komponente 14 an das den Verdampfer 28 durchströmende Ar¬ beitsmedium, so dass das Arbeitsmedium Wärme von der elektro nischen Komponente 14 aufnimmt und von der elektronischen Komponente abtransportiert. Das Arbeitsmedium kann die aufge nommene Wärme am Kondensator 22 an die schematisch veranschaulichte Umgebung 31 der Kältemaschine 12 abgeben. The cooling of the electronic component 14 takes place in particular ¬ special due to a heat transfer from the electronic Component 14 to the evaporator 28 flowing Ar ¬ beitsmedium, so that the working fluid absorbs heat from the electronic component 14 and transported away from the electronic component. The working medium can deliver the heat taken on the capacitor 22 to the schematically illustrated environment 31 of the chiller 12.
In FIG 1 ist mit Qout eine Wärmemenge bezeichnet, die das Ar¬ beitsmedium am Kondensator 22 an die Umgebung 31 abgibt. Ein Zwischenwärmeübertrager zum Darstellen eines Wärmeübergangs zwischen zwei voneinander getrennten Fluiden zweier voneinan der getrennter Kreisläufe kann entfallen, so dass die Vorrichtung 10 kostengünstig ist und einen nur geringen Bauraum¬ bedarf aufweist. Durch den Wegfall eines solchen Zwischenwärmeübertragers kann die elektronische Komponente 14 auf Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums gekühlt werden. In herkömmlichen Vorrichtungen ist ein zusätzlich zum Arbeitsme dium und von diesem getrenntes Kühlmittel vorgesehen, dessen Temperatur wesentlich höher als die Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums ist, da eine Fläche des Zwischenwärme¬ übertragers, über welchen ein Wärmeübergang zwischen dem Arbeitsmedium und dem Kühlmittel stattfinden kann, endlich ist In FIG 1 is provided with an amount of heat Q out designated, which discharges the Ar ¬ beitsmedium the capacitor 22 to the atmosphere 31st An intermediate heat exchanger for representing a heat transfer between two separate fluids of two voneinan the separate circuits can be omitted, so that the device 10 is inexpensive and has only a small space ¬ needs. By eliminating such a Zwischenwärmeübertragers the electronic component 14 can be cooled to evaporation temperature of the working medium. In conventional devices, in addition to the Arbeitsme medium and separated from this coolant is provided, the temperature of which is substantially higher than the evaporation temperature of the working medium, since a surface of the intermediate heat ¬ transformer over which a heat transfer between the working fluid and the coolant can take place is finite
Das Arbeitsmedium weist vorzugsweise eine Kondensationstempe ratur von mindestens 70 Grad Celsius auf. Aufgrund dieser ho hen Kondensationstemperatur, welche vorzugsweise weit über der Umgebungstemperatur liegt, kann zum Kühlen des Arbeitsme diums am Kondensator 22 ein Rückkühler mit nur sehr geringen Abmessungen und mit einem Lüfter mit einem nur sehr geringen Leistungsbedarf verwendet werden. The working medium preferably has a condensation temperature of at least 70 degrees Celsius. Due to this ho hen condensation temperature, which is preferably far above ambient temperature, can be used to cool the Arbeitsme medium on the capacitor 22, a recooler with very small dimensions and with a fan with only a very low power consumption.
Wie aus FIG 1 erkennbar ist, beträgt die Umgebungstemperatur 50 Grad Celsius, was sehr hoch ist. Die Temperatur des Ar¬ beitsmediums stromab des Verdichters 20 und stromauf des Kon densators 22 beträgt 85 Grad Celsius, so dass eine Tempera¬ turdifferenz ΔΤ zwischen der Umgebungstemperatur und der Tem¬ peratur des Arbeitsmediums nach dessen Verdichtung und vor dessen Kondensation von 35 Kelvin vorliegt. Wie aus FIG 1 ferner zu erkennen ist, beträgt die Verdampfungstemperatur des Arbeitsmediums, das heißt die Temperatur, die das Ar¬ beitsmedium stromab des Verdampfers 28 und stromauf des Ver¬ dichters 20 aufweist, 35 Grad Celsius. Die zuvor und im Fol- genden genannten Temperaturen und Temperaturdifferenzen dienen lediglich zur Veranschaulichung und Orientierung. Es sind auch ohne weiteres andere Temperaturen und Temperaturdiffe¬ renzen denkbar. Die Vorrichtung 10 weist eine nur sehr geringe Komplexität auf, da keine Vorrichtung für einen indirekten Kontakt der elektronischen Komponente 14 mit einem zusätzlich zu dem Arbeitsmedium vorgesehenen Wärmeträgermedium verwendet werden muss. Darüber hinaus können sehr große Wärmeübertragungsflä- chen verwendet werden, über die die Wärme von der elektronischen Komponente 14 an das Arbeitsmedium übergehen kann. Dadurch kann eine sehr gleichmäßige Wärmeabfuhr realisiert werden. Die elektronische Komponente 14 kann hierbei die Wärme vorzugsweise über einen zumindest überwiegenden Teil einer außenumfangsseitigen Fläche der elektronischen Komponente 14 an das Arbeitsmedium abgeben, wobei Wärmeübertragungsverluste an Zwischenwänden vermieden oder zumindest gering gehalten werden können. Dabei ist es beispielsweise möglich, die elektronische Komponente 14 in das Arbeitsmedium einzutau- chen. As can be seen from FIG 1, the ambient temperature is 50 degrees Celsius, which is very high. The temperature of the Ar ¬ beitsmediums downstream of the compressor 20 and upstream of the Kon capacitor 22 is 85 degrees Celsius, so that a Tempera ¬ turdifferenz ΔΤ between the ambient temperature and the tempera ¬ ture of the working medium after its compression and before its condensation of 35 Kelvin is present. As shown in FIG. 1 Furthermore, it can be seen, the evaporation temperature of the working medium, that is, the temperature, which has the Ar ¬ beitsmedium downstream of the evaporator 28 and upstream of the Ver ¬ sealer 20, 35 degrees Celsius. The temperatures and temperature differences mentioned above and below are for illustrative purposes only and orientation. There are also readily conceivable other temperatures and Temperaturdiffe ¬ limit. The device 10 has only a very low complexity, since no device for indirect contact of the electronic component 14 with a heat transfer medium provided in addition to the working medium has to be used. In addition, very large heat transfer surfaces can be used, via which the heat can pass from the electronic component 14 to the working medium. As a result, a very uniform heat dissipation can be realized. In this case, the electronic component 14 may preferably deliver the heat to the working medium over at least a predominant part of an outer peripheral surface of the electronic component 14, wherein heat transfer losses at intermediate walls may be avoided or at least minimized. In this case, it is possible, for example, to sink the electronic component 14 into the working medium.
Das Arbeitsmedium ist vorzugsweise elektrisch nicht-leitend beziehungsweise weist einen sehr hohen spezifischen elektrischen Widerstand von beispielsweise 1012 Ohmzentimeter [Qcm] auf, so dass das die elektronische Komponente 14 umgebende Arbeitsmedium eine elektrisch isolierende Schutzatmosphäre bereitstellt. Hierdurch lassen sich trotz des direkten Kontakts der elektronischen Komponente 14 mit dem Arbeitsmedium elektrische Kurzschlüsse vermeiden. The working medium is preferably electrically non-conductive or has a very high specific electrical resistance of, for example, 10 12 ohm centimeters [Qcm], so that the working medium surrounding the electronic component 14 provides an electrically insulating protective atmosphere. In this way, despite the direct contact of the electronic component 14 with the working medium electrical short circuits can be avoided.
Außerdem kann die elektronische Komponente 14 über ihre geo¬ metrischen Höhe und Längen auf zumindest im Wesentlichen konstanter Temperatur gehalten werden, da das Arbeitsmedium bei zumindest im Wesentlichen konstanter Temperatur um die gesamte oder um zumindest einen überwiegenden Teil der elektronischen Komponente 14 herum verdampft. Ein Temperaturanstieg über eine Fließlänge des Arbeitsmediums kann dadurch vermie¬ den werden. In addition, the electronic component 14 can be kept over its geo ¬ metric height and lengths to at least substantially constant temperature, since the working medium at at least substantially constant temperature evaporates around the entire or at least a major part of the electronic component 14 around. A temperature increase over a flow length of the working medium can thereby avoid ¬ the.
FIG 2 zeigt die Vorrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Aus FIG 2 ist eine Möglichkeit erkennbar, den Kontakt und den Wärmeübergang der elektronischen Komponente 14 zum Arbeitsmedium zu realisieren. Der Verdampfer 28 ist hierbei als sogenannter überfluteter Verdampfer ausgebildet, in dessen Gehäuse 30 das Arbeitsmedium zumindest beim Betrieb der Kältemaschine 12 in einer gasförmigen Phase 32 und in einer flüssigen Phase 34 vorliegt. Die elektronische Komponente 14 ist dabei vollständig in die flüssige Phase 34 einge¬ taucht, so dass die elektronische Komponente 14 Wärme über alle ihre äußeren Flächen abgeben kann. Insbesondere kann ein Wärmeübergang über einen zumindest überwiegenden Teil einer außenumfangsseitigen Fläche 36 der elektronischen Komponente 14 an die flüssige Phase 34 übergehen. Ferner ist ein sehr guter Wärmeübergang durch Blasensieden von der flüssigen Phase 34 an die gasförmige Phase 32 möglich. 2 shows the device 10 according to a second embodiment. From Figure 2, a way can be seen to realize the contact and the heat transfer of the electronic component 14 to the working medium. The evaporator 28 is in this case designed as a so-called flooded evaporator, in the housing 30, the working medium is present at least during operation of the refrigerator 12 in a gaseous phase 32 and in a liquid phase 34. The electronic component 14 is fully inserted ¬ immersed in the liquid phase 34, so that the electronic component can emit heat 14 over all its external surfaces. In particular, a heat transfer over an at least predominant part of an outer peripheral surface 36 of the electronic component 14 to the liquid phase 34 pass. Furthermore, a very good heat transfer by nucleate boiling from the liquid phase 34 to the gaseous phase 32 is possible.
FIG 3 zeigt die Vorrichtung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Verdampfer 28 ist hierbei als Fallfilmverdampfer ausgebildet, mittels welchem eine Fallfilmverdampfung des Arbeitsmediums durchgeführt wird. Hierdurch ergeben sich sehr gute Wärmeübergänge auch bei geringen Temperaturdifferenzen. Darüber hinaus kann die Füllmenge des Arbeitsmediums beson¬ ders gering gehalten werden. 3 shows the device 10 according to a third embodiment. The evaporator 28 is in this case designed as a falling film evaporator, by means of which a falling film evaporation of the working medium is carried out. This results in very good heat transfer even at low temperature differences. In addition, the capacity of the working medium can be kept special ¬ low.
Um im Rahmen der Fallfilmverdampfung eine Berieselung der elektronischen Komponente 14 mit dem Arbeitsmedium zu realisieren, umfasst der Fallfilmverdampfer eine Verteilungseinrichtung 38 mit einer Mehrzahl von Ausströmelementen 40 in Form von Spraydüsen, welche jeweils eine Mehrzahl von In order to realize a sprinkling of the electronic component 14 with the working medium as part of the falling film evaporation, the falling film evaporator comprises a distribution device 38 having a plurality of outflow elements 40 in the form of spray nozzles, each of which has a plurality of
Ausströmöffnungen für das Arbeitsmedium aufweisen. Die Spray- düsen müssen dabei nicht notwendigerweise im technischen Sinne einer Düse ausgebildet sein. Have outflow openings for the working fluid. The spray Nozzle need not necessarily be formed in the technical sense of a nozzle.
Mittels der Verteilereinrichtung 38 mit den Ausströmelementen 40 wird vorzugsweise ein zur Expansion des Arbeitsmediums er¬ forderlicher Druckverlust bewirkt, welcher eigentlich und beispielsweise bei der ersten und der zweiten Ausführungsform durch das Expansionsventil 26 erzeugt wird. Hierdurch kann das in FIG 3 noch dargestellte Expansionsventil 26 entfallen und eingespart werden. Dies bedeutet, dass die Expansionsein¬ richtung 24 zusätzlich zu dem Expansionsventil 26 oder alternativ zu diesem die Verteilungseinrichtung 38 des Verdampfers 28 umfasst, da das Arbeitsmedium mittels der Ausströmelemente 40 expandiert wird. By means of the distributor device 38 to the discharge elements 40 is preferably causes the expansion of the working medium it ¬ ford variable pressure loss, which actually and is generated, for example, in the first and the second embodiment through the expansion valve 26th As a result, the expansion valve 26 still shown in FIG 3 can be omitted and saved. This means that the expansion device 24, in addition to or as an alternative to the expansion valve 26, comprises the distribution device 38 of the evaporator 28, since the working medium is expanded by means of the outflow elements 40.
Die Vorrichtung 10 umfasst bei der dritten Ausführungsform eine Mehrzahl von elektronischen Komponenten 14, welche stackartig beziehungsweise stapelartig angeordnet sind. Bei den elektronischen Komponenten 14 kann es sich beispielsweise um Batteriestacks beziehungsweise Batteriezellenstacks einer Batterie oder eines Supercaps zum Speichern von elektrischer Energie handeln. Durch die Fallfilmverdampfung kann aufgrund sehr großer vertikaler Flächen der Stacks ein besonders effizienter Wärmeübergang von den Stacks (Komponenten 14) an das Arbeitsmedium realisiert werden. The device 10 in the third embodiment comprises a plurality of electronic components 14, which are arranged in a stack-like or stacked manner. The electronic components 14 may be, for example, battery stacks or battery cell stacks of a battery or a supercaps for storing electrical energy. Due to the falling-film evaporation, a particularly efficient heat transfer from the stacks (components 14) to the working medium can be realized due to very large vertical surfaces of the stacks.
Über die Ausströmöffnungen kann das Arbeitsmedium aus der Verteilungseinrichtung 38 ausströmen und dadurch expandiert werden und in der Folge die elektronische Komponenten 14 be¬ rühren beziehungsweise zumindest teilweise umströmen. Darauf- hin strömt das Arbeitsmedium zu dem Verdichter 20, mittels welchem das Arbeitsmedium wieder verdichtet wird. Via the outflow openings the working medium from the distribution device 38 can flow out and be expanded thereby, and the electronic components 14 be ¬ stir in the sequence or at least partially flow around. Thereafter, the working medium flows to the compressor 20, by means of which the working medium is compressed again.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (10) mit wenigstens einer elektronischen Komponente (14) und mit wenigstens einer Kältemaschine (12) zum Kühlen der elektronischen Komponente (14), wobei die Kältemaschine (12) einen von einem Arbeitsmedium der Kältemaschine (12) durchströmbaren Kühlkreislauf (16) aufweist, welcher we¬ nigstens ein Verdichter (20) zum Verdichten des Arbeitsmedi¬ ums, wenigstens einen Kondensator (22) zum Kondensieren des Arbeitsmediums, wenigstens eine Expansionseinrichtung (24) zum Expandieren des Arbeitsmediums und wenigstens einen Ver¬ dampfer (28) zum Verdampfen des Arbeitsmediums umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass 1. Device (10) with at least one electronic component (14) and with at least one chiller (12) for cooling the electronic component (14), wherein the chiller (12) by a working medium of the chiller (12) can be flowed through the cooling circuit (16 ), has what we ¬ nigstens a compressor (20) for compressing the working Medi ¬ killed, at least one capacitor (22) for condensing the working medium, at least one expansion device (24) for expanding the working medium and at least one Ver ¬ liner (28) for Evaporation of the working medium comprises, characterized in that
die elektronische Komponente (14) in dem Kühlkreislauf (16) der Kältemaschine (12) angeordnet ist. the electronic component (14) is arranged in the cooling circuit (16) of the refrigerating machine (12).
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, 2. Device (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die elektronische Komponente (14) in den Verdampfer (28) in- tegriert ist. the electronic component (14) is integrated into the evaporator (28).
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, 3. Device (10) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die elektronische Komponente (14) zumindest teilweise von dem mittels des Verdampfers (28) verdampften Arbeitsmedium umströmbar ist. the electronic component (14) can be flowed around at least partially by the working medium evaporated by means of the evaporator (28).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, 4. Apparatus according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die elektronische Komponente (14) in einer flüssigen Phase (34) des Arbeitsmediums aufgenommen ist, wobei die flüssige Phase (34) zumindest teilweise von einer mittels des Verdamp¬ fers (28) bewirkten gasförmigen Phase (32) des Arbeitsmediums umströmbar ist. the electronic component (14) in a liquid phase (34) of the working medium is accommodated, wherein the liquid phase (34) at least partially by a means of vaporization ¬ fers (28) caused gaseous phase (32) of the working medium can flow around.
5. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 5. Device (10) according to one of claims 2 to 4, characterized in that
der Verdampfer (28) als Fallfilmverdampfer ausgebildet ist. the evaporator (28) is designed as a falling film evaporator.
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, 6. Device (10) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Expansionseinrichtung (24) wenigstens ein Ausströmelement (40) des Fallfilmverdampfers umfasst, wobei das the expansion device (24) comprises at least one outflow element (40) of the falling film evaporator, wherein the
Ausströmelement (40) wenigstens eine Ausströmöffnung für das Arbeitsmedium aufweist, mittels welcher das Arbeitsmedium zu expandieren ist.  Outflow element (40) has at least one outflow opening for the working medium, by means of which the working medium is to be expanded.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
das Arbeitsmedium elektrisch nicht-leitend ist. the working medium is electrically non-conductive.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 8. Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
das Arbeitsmedium eine Kondensationstemperatur von wenigstens siebzig Grad Celsius aufweist. the working medium has a condensation temperature of at least seventy degrees Celsius.
9. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 9. Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
das Arbeitsmedium einen spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 1011 Ohmzentimeter aufweist. the working medium has a specific electrical resistance of at least 10 11 ohm centimeters.
10. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 10. Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
das Arbeitsmedium ein Fluorketon oder eine Mischung aus wenigstens zwei Fluorketonen ist. the working medium is a fluoroketone or a mixture of at least two fluoroketones.
11. Verfahren zum Kühlen wenigstens einer elektronischen Kom- ponente (14) mittels einer einen Kühlkreislauf (16) aufwei¬ senden Kältemaschine (12), bei welchem ein den Kühlkreislauf (16) durchströmendes Arbeitsmedium mittels wenigstens eines in dem Kühlkreislauf (16) angeordneten Verdichters (20) der Kältemaschine (12) verdichtet, mittels wenigstens eines in dem Kühlkreislauf (16) angeordneten Kondensators (22) der11. A method for cooling at least one electronic component (14) by means of a cooling circuit (16) aufwei ¬ send chiller (12), in which a cooling circuit (16) flowing through the working medium by means of at least one in the cooling circuit (16) arranged compressor (20) of the chiller (12) compressed, by means of at least one in the cooling circuit (16) arranged capacitor (22) of the
Kältemaschine (12) kondensiert, mittels wenigstens einer in dem Kühlkreislauf (16) angeordneten Expansionseinrichtung (24) der Kältemaschine (12) expandiert und mittels wenigstens eines in dem Kühlkreislauf (16) angeordneten Verdampfers (28) der Kältemaschine (12) verdampft wird, Chiller (12) condenses, expanded by means of at least one in the cooling circuit (16) arranged expansion means (24) of the chiller (12) and by means of at least an evaporator (28) of the refrigerating machine (12) arranged in the cooling circuit (16) is evaporated,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die in dem Kühlkreislauf (16) angeordnete, elektronische Kom- ponente (14) mittels des die elektronische Komponente (14) zumindest teilweise berührenden Arbeitsmediums gekühlt wird. the electronic component (14) arranged in the cooling circuit (16) is cooled by means of the working medium at least partially contacting the electronic component (14).
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