DE102022211914A1

DE102022211914A1 - Cooling device and power electronics arrangement with a cooling device

Info

Publication number: DE102022211914A1
Application number: DE102022211914.2A
Authority: DE
Inventors: Ivan Krotow; Axel Burkhardt; Volker Mohr; Georg Weigl
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-11-10
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (100), aufweisend, einen Kühlkanal mit einem Einlass (112) und einem Auslass (114) zum Leiten eines durch den Einlass zugeführten Kühlmittels zum Auslass, und eine Kühlmittelleitstruktur (130) im Kühlkanal zum Leiten des Kühlmittels entlang von innerhalb des Kühlkanals verlaufenden Strömungswegen (126), wobei die Strömungswege zumindest abschnittsweise gekrümmt sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine Leistungselektronikanordnung mit einer solchen Kühlvorrichtung.

The invention relates to a cooling device (100) comprising a cooling channel with an inlet (112) and an outlet (114) for guiding a coolant supplied through the inlet to the outlet, and a coolant guide structure (130) in the cooling channel for guiding the coolant along flow paths (126) running within the cooling channel, wherein the flow paths are curved at least in sections.
The invention further relates to a power electronics arrangement with such a cooling device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Kühlens. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Leistungselektronikanordnung, insb. eines Leistungsinverters oder eines Leistungsgleichspannungswandlers, und eine Leistungselektronikanordnung, insb. einen Leistungsinverter oder einen Leistungsgleichspannungswandler, z. B. für ein Elektrofahrzeug, mit einer solchen Kühlvorrichtung.The present invention relates to the technical field of cooling. The present invention relates in particular to a cooling device for cooling a power electronics arrangement, in particular a power inverter or a power DC-DC converter, and to a power electronics arrangement, in particular a power inverter or a power DC-DC converter, e.g. for an electric vehicle, with such a cooling device.

Leistungselektronikanordnungen, insb. Leistungsinverter oder Leistungsgleichspannungswandler, z. B. für ein Elektrofahrzeug, weisen hohe Verlustleistungen auf und werden mittels Kühlvorrichtungen bzw. Flüssigkeitskühlern gekühlt.Power electronics arrangements, in particular power inverters or power DC-DC converters, e.g. for an electric vehicle, have high power losses and are cooled by means of cooling devices or liquid coolers.

Derzeit werden zur Verbesserung der Kühleigenschaften in Kühlvorrichtungen bzw. Flüssigkeitskühlern z.B. senkrecht zur Flussrichtung stehende Elemente (wie z.B. Zylinder, Kegel und andere sogenannte Pin-Fin-Strukturen) oder gewellte Bleche (sogenannte Turbulatorstrukturen) eingesetzt, um eine bessere Durchmischung des Kühlmittels und dadurch eine bessere Kühlleistung bereitzustellen. Solche Strukturen führen aber auch zu erhöhten Druckverlusten und damit zu erhöhten Energieverluste (z.B. aufgrund höhere Pumpenleistung).Currently, elements perpendicular to the flow direction (such as cylinders, cones and other so-called pin-fin structures) or corrugated sheets (so-called turbulator structures) are used to improve the cooling properties in cooling devices or liquid coolers in order to provide better mixing of the coolant and thus better cooling performance. However, such structures also lead to increased pressure losses and thus to increased energy losses (e.g. due to higher pump performance).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz einer Kühlvorrichtung zu verbessern, indem die Kühlleistung erhöht und Druckverluste reduziert werden.The present invention is based on the object of improving the efficiency of a cooling device by increasing the cooling capacity and reducing pressure losses.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Kühlvorrichtung beschrieben. Die beschriebene Kühlvorrichtung weist einen Kühlkanal, der einen Einlass und einen Auslass aufweist und zum Leiten eines durch den Einlass zugeführten Kühlmittels zum Auslass eingerichtet ist, und eine Kühlmittelleitstruktur im Kühlkanal zum Leiten des Kühlmittels entlang von innerhalb des Kühlkanals verlaufenden Strömungswegen auf, wobei die Strömungswege zumindest abschnittsweise gekrümmt sind.According to a first aspect of the invention, a cooling device is described. The cooling device described has a cooling channel which has an inlet and an outlet and is designed to guide a coolant supplied through the inlet to the outlet, and a coolant guide structure in the cooling channel for guiding the coolant along flow paths running within the cooling channel, wherein the flow paths are curved at least in sections.

Hierbei sind die Krümmungen zumindest teilweise quer zur Hauptverlaufsrichtung des Kühlkanals vom Einlass hin zum Auslass gebildet.The curvatures are formed at least partially transverse to the main direction of the cooling channel from the inlet to the outlet.

Der beschriebenen Kühlvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kühlmittelleitstruktur, die eine Mehrzahl von zumindest abschnittsweise gekrümmten Strömungswegen zwischen Einlass und Auslass, ein Auftreten von Sekundärströmungen senkrecht zur Strömungsrichtung herbeiführt, die für eine gute Durchmischung des Kühlmittels ohne zusätzliche Druckverluste sorgen.The cooling device described is based on the finding that a coolant guide structure which has a plurality of at least partially curved flow paths between inlet and outlet causes secondary flows to occur perpendicular to the flow direction, which ensure good mixing of the coolant without additional pressure losses.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung ist jeder der Strömungswege zumindest abschnittsweise gekrümmt.According to one embodiment of the cooling device, each of the flow paths is curved at least in sections.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung weisen die Strömungswege jeweils einen ersten Wegabschnitt auf, wobei die ersten Wegabschnitte der jeweiligen Strömungswege zueinander parallel verlaufen.According to one embodiment of the cooling device, the flow paths each have a first path section, wherein the first path sections of the respective flow paths run parallel to one another.

Hierbei bedeutet der Ausdruck „parallel“, dass das Kühlmittel in den jeweiligen ersten Wegabschnitten voneinander getrennt durch die jeweiligen ersten Wegabschnitte hindurchströmt, ohne dass sich das Kühlmittel aus den unterschiedlichen ersten Wegabschnitten vermischt. Dabei verlaufen die Strömungsrichtungen der jeweiligen ersten Wegabschnitte im Wesentlichen zueinander parallel. Der Ausdruck „parallel“ ist insb. nicht im Sinne von zwei parallel verlaufenden geraden Linien, sondern im Sinne von zueinander parallel verlaufenden Kurven.Here, the term "parallel" means that the coolant flows through the respective first path sections separately from one another, without the coolant from the different first path sections mixing. The flow directions of the respective first path sections are essentially parallel to one another. The term "parallel" is not used in the sense of two parallel straight lines, but rather in the sense of curves that run parallel to one another.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung weisen die Strömungswege jeweils einen zweiten Wegabschnitt auf, wobei die zweiten Wegabschnitte der jeweiligen Strömungswege einen ersten gemeinsamen Teilwegabschnitt aufweisen.According to one embodiment of the cooling device, the flow paths each have a second path section, wherein the second path sections of the respective flow paths have a first common partial path section.

Bspw. umfasst der zweite Wegabschnitt zumindest eines Strömungswegs den zweiten Wegabschnitt zumindest eines weiteren Strömungswegs nahezu vollständig.For example, the second path section of at least one flow path almost completely encompasses the second path section of at least one further flow path.

Bspw. befindet sich der zweite Wegabschnitt des jeweiligen Strömungswegs in der Strömungsrichtung des Kühlmittels entlang des jeweiligen korrespondierenden Strömungswegs betrachtet jeweils vor dem jeweiligen ersten Wegabschnitt des jeweiligen korrespondierenden Strömungswegs.For example, the second path section of the respective flow path is located in the flow direction of the coolant along the respective corresponding flow path in front of the respective first path section of the respective corresponding flow path.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung weisen die Strömungswege jeweils einen dritten Wegabschnitt auf, wobei die dritten Wegabschnitte der jeweiligen Strömungswege einen zweiten gemeinsamen Teilwegabschnitt aufweisen.According to one embodiment of the cooling device, the flow paths each have a third path section, wherein the third path sections of the respective flow paths have a second common partial path section.

Bspw. umfasst der dritte Wegabschnitt zumindest eines Strömungswegs den dritten Wegabschnitt zumindest eines weiteren Strömungswegs nahezu vollständig.For example, the third path section of at least one flow path almost completely encompasses the third path section of at least one further flow path.

Bspw. befindet sich der dritte Wegabschnitt des jeweiligen Strömungswegs in der Strömungsrichtung des Kühlmittels entlang des jeweiligen korrespondierenden Strömungswegs betrachtet jeweils hinter dem jeweiligen ersten Wegabschnitt des jeweiligen korrespondierenden Strömungswegs.For example, the third path section of the respective flow path is located behind the respective first path section of the respective corresponding flow path when viewed in the flow direction of the coolant along the respective corresponding flow path.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung weist die Kühlmittelleitstruktur eine Mehrzahl von gekrümmten Trennwandabschnitten auf, zwischen denen zumindest einer der Strömungswege bzw. dessen erste Wegabschnitt zumindest teilweise verläuft.According to one embodiment of the cooling device, the coolant guide structure has a plurality of curved partition wall sections, between which at least one of the flow paths or its first path section runs at least partially.

Bspw. verläuft einer der Strömungswege bzw. dessen erste Wegabschnitt zwischen zwei benachbarten Trennwandabschnitten zumindest teilweise.For example, one of the flow paths or its first path section runs at least partially between two adjacent partition wall sections.

Bspw. ist zumindest einer der Trennwandabschnitte eingerichtet, die Strömung des Kühlmittels in zwei der Strömungswege bzw. deren jeweiligen ersten Wegabschnitte aufzuteilen.For example, at least one of the partition wall sections is designed to divide the flow of the coolant into two of the flow paths or their respective first path sections.

Die gekrümmten Trennwandabschnitte definieren in einfacher Weise die zumindest abschnittsweise gekrümmten Strömungswege innerhalb des Kühlkanals. Aufgrund der gekrümmten Trennwandabschnitte bilden sich aufgrund der Zentrifugalkraft Wirbeln in Ebenen senkrecht zur Strömungsrichtung (sogenannte Taylor-Wirbel), so dass eine entsprechende Durchmischung des Kühlmittels erfolgt.The curved partition wall sections define in a simple manner the flow paths within the cooling channel, which are curved at least in sections. Due to the curved partition wall sections, vortices are formed in planes perpendicular to the flow direction (so-called Taylor vortices) due to the centrifugal force, so that the coolant is mixed accordingly.

Dabei können die Trennwandabschnitte unterschiedliche Krümmungsrichtungen und/oder unterschiedliche Krümmungsgrade aufweisen.The partition wall sections can have different curvature directions and/or different degrees of curvature.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung weist zumindest einer oder jeder der gekrümmten Trennwandabschnitte zumindest einen halbkreisbogenförmigen Abschnitt auf.According to a further embodiment of the cooling device, at least one or each of the curved partition wall sections has at least one semicircular arc-shaped section.

Mit anderen Worten kann zumindest einer oder jeder der gekrümmten Trennwandabschnitte einen oder mehreren halbkreisbogenförmigen Abschnitte aufweisen, die eventuell unterschiedliche Krümmungsrichtungen und/oder unterschiedliche Krümmungsgrade haben.In other words, at least one or each of the curved partition wall sections may comprise one or more semicircular arc-shaped sections, which may have different directions of curvature and/or different degrees of curvature.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung weist zumindest einer oder jeder der gekrümmten Trennwandabschnitte einen s-förmigen Abschnitt auf.According to a further embodiment of the cooling device, at least one or each of the curved partition wall sections has an S-shaped section.

Die s-förmigen Trennwände können vorzugsweise versetzt nebeneinander angebracht werden, damit entsprechende gekrümmte Strömungswege entstehen. The S-shaped partitions can preferably be installed offset next to each other to create corresponding curved flow paths.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung weist diese ferner eine Bodenplatte und eine Deckplatte auf, die gemeinsam den Kühlkanal umschließen. Dabei ist die Kühlmittelleitstruktur zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte angeordnet.According to a further embodiment of the cooling device, it further comprises a base plate and a cover plate, which together enclose the cooling channel. The coolant conducting structure is arranged between the base plate and the cover plate.

Der Kühlkanal kann insbesondere kastenförmig und relativ flach gestaltet sein, wobei eine der Hauptflächen (Bodenplatte oder Deckplatte) zum Kontaktieren eines Gegenstands eingerichtet sein mag, der gekühlt werden soll.The cooling channel can in particular be box-shaped and relatively flat, wherein one of the main surfaces (base plate or cover plate) can be designed to contact an object that is to be cooled.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung weist diese eine Zwischenplatte auf, die zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte angebracht ist. Dabei ist die Kühlmittelleitstruktur auf der Zwischenplatte gebildet.According to a further embodiment of the cooling device, it has an intermediate plate which is mounted between the base plate and the cover plate. The coolant conducting structure is formed on the intermediate plate.

Die Zwischenplatte kann insbesondere auch die äußeren Seitenwand des Kühlkanals bereitstellen.The intermediate plate can in particular also provide the outer side wall of the cooling channel.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung ist die Kühlmittelleitstruktur in die Bodenplatte oder die Deckplatte integriert.According to a further embodiment of the cooling device, the coolant conducting structure is integrated into the base plate or the cover plate.

Diese Gestaltung kann das Zusammenbauen des Kühlkanals vereinfachen.This design can simplify the assembly of the cooling channel.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung sind der Einlass und der Auslass in der Bodenplatte gebildet.According to a further embodiment of the cooling device, the inlet and the outlet are formed in the base plate.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Leistungselektronikanordnung, insb. ein Leistungsinverter oder ein Leistungsgleichspannungswandler, z. B. für ein Elektrofahrzeug, bereitgestellt.According to a second aspect of the invention, a power electronics arrangement, in particular a power inverter or a power DC-DC converter, e.g. for an electric vehicle, is provided.

Die Leistungselektronikanordnung weist zumindest eine zuvor beschriebene Kühlvorrichtung und zumindest ein Leistungselektronikmodul auf, das (direkt) mit der Kühlvorrichtung thermisch verbunden ist. Insb. lieg das Leistungselektronikmodul auf der Kühlvorrichtung bzw. deren Oberfläche auf und mit dieser direkt körperlich wie thermisch verbunden. Insb. bildet das Leistungselektronikmodul eine oder mehrere schaltbaren Halbbrücken, speziell eines Leistungsinverters.The power electronics arrangement has at least one previously described cooling device and at least one power electronics module that is (directly) thermally connected to the cooling device. In particular, the power electronics module lies on the cooling device or its surface and is directly physically and thermally connected to it. In particular, the power electronics module forms one or more switchable half bridges, especially of a power inverter.

Die Leistungselektronikanordnung basiert im Wesentlichen auf der gleichen Idee wie die oben beschriebene Kühlvorrichtung, indem es sich die damit verbundenen Vorteile zu Nutze macht.The power electronics arrangement is essentially based on the same idea as the cooling device described above, taking advantage of the associated advantages.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.It is pointed out that embodiments of the invention have been described with reference to different inventive subjects. In particular, some embodiments embodiments of the invention are described with method claims and other embodiments of the invention with device claims. However, it will immediately become clear to the person skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to one type of subject matter of the invention, any combination of features belonging to different types of subject matter of the invention is also possible.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2 zeigt eine Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Kühlvorrichtung.
3 zeigt eine Kühlmittelleitstruktur gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.

Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of preferred embodiments.

1 shows an exploded view of a cooling device according to an exemplary embodiment.
2 shows a sectional view of the 1 cooling device shown.
3 shows a coolant conducting structure according to another exemplary embodiment.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.It should be noted that the embodiments described below represent only a limited selection of possible embodiments of the invention.

Die 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Kühlvorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die 2 zeigt eine Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Kühlvorrichtung 100. Die Kühlvorrichtung 100 weist eine Bodenplatte 110, eine Zwischenplatte 120 und eine Deckplatte 130 auf, die gemeinsam einen Kühlkanal der Kühlvorrichtung 100 bilden und diesen umschließen.The 1 shows an exploded view of a cooling device 100 according to an exemplary embodiment. The 2 shows a sectional view of the 1 shown cooling device 100. The cooling device 100 has a base plate 110, an intermediate plate 120 and a cover plate 130, which together form a cooling channel of the cooling device 100 and enclose it.

Die Bodenplatte 110 weist Öffnungen für einen Einlass (Kühlmittelzulauf) 112 und einen Auslass (Kühlmittelrücklauf) 114 auf, die zum Verbinden mit einem nicht dargestellten Kühlgerät eingerichtet sind.The base plate 110 has openings for an inlet (coolant inlet) 112 and an outlet (coolant return) 114, which are designed to be connected to a cooling device (not shown).

Die Zwischenplatte 120 weist mehrere gekrümmten Trennwandabschnitte 122, 124 auf, die zusammen eine Kühlmittelleitstruktur zum Leiten eines durch den Einlass 112 zugeführten Kühlmittels entlang einer Mehrzahl von innerhalb des Kühlkanals verlaufenden und zum Auslass 114 führenden Strömungswegen 126 bilden. Die Trennwandabschnitte 122 sind s-förmig, d.h., sie bestehen aus zwei in entgegengesetzten Richtungen gekrümmten halbkreisbogenförmigen Abschnitten. Der Trennwandabschnitt 124 besteht aus einem einzigen halbkreisbogenförmigen Abschnitt. Die Trennwandabschnitte 122, 124 sind nebeneinander und verschachtelt angeordnet, so dass die Enden der Trennwandabschnitte 122, 124 sich ungefähr in der Mitte einem benachbarten halbkreisbogenförmigen Abschnitt befinden. Insgesamt ergeben sich somit, wie in der 2 gezeigt, mehrere zumindest abschnittsweise gekrümmten Strömungswege 126. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kühlmittelleitstruktur 122, 124 auch ohne eine Zwischenplatte 120 realisiert werden kann, z.B. kann sie direkt in die Bodenplatte 110 oder die Deckplatte 130 integriert werden.The intermediate plate 120 has a plurality of curved partition wall sections 122, 124, which together form a coolant guide structure for guiding a coolant supplied through the inlet 112 along a plurality of flow paths 126 running within the cooling channel and leading to the outlet 114. The partition wall sections 122 are S-shaped, i.e. they consist of two semicircular arc-shaped sections curved in opposite directions. The partition wall section 124 consists of a single semicircular arc-shaped section. The partition wall sections 122, 124 are arranged next to one another and nested, so that the ends of the partition wall sections 122, 124 are located approximately in the middle of an adjacent semicircular arc-shaped section. Overall, this results in, as shown in the 2 shown, several at least partially curved flow paths 126. It should be noted that the coolant guide structure 122, 124 can also be realized without an intermediate plate 120, e.g. it can be integrated directly into the base plate 110 or the cover plate 130.

Die Deckplatte 130 ist dazu vorgesehen, in thermischer Verbindung mit einem Gegenstand (z.B. einer Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen) zu stehen, der gekühlt werden muss.The cover plate 130 is intended to be in thermal connection with an object (e.g. a circuit board with electronic components) that needs to be cooled.

Die Strömungswege 126 können jeweils in einen ersten Wegabschnitt W11, W12, W13, einen zweiten Wegabschnitt W21, W22, W23 und einen dritten Wegabschnitt W31, W32, W33 aufgeteilt werden, deren Grenzen bzw. Verläufe durch die Trennwandabschnitte 124, 122 bestimmt sind.The flow paths 126 can each be divided into a first path section W11, W12, W13, a second path section W21, W22, W23 and a third path section W31, W32, W33, the boundaries or courses of which are determined by the partition wall sections 124, 122.

Dabei befinden sich die ersten Wegabschnitte W11, W12 erster beiden Strömungswege 126 jeweils zwischen zwei zueinander benachbarten Trennwandabschnitten 124, 122 bzw. 122, 122 und weisen somit entsprechend gekrümmten Verlauf auf. Dabei verlaufen die ersten Wegabschnitte W11, W12, W13 im Wesentlichen zueinander parallel bzw. voneinander getrennt, sodass das Kühlmittel, das durch die jeweiligen ersten Wegabschnitte W11, W12, W13 sich nicht vermischen.The first path sections W11, W12 of the first two flow paths 126 are each located between two adjacent partition wall sections 124, 122 or 122, 122 and thus have a correspondingly curved course. The first path sections W11, W12, W13 run essentially parallel to one another or separately from one another, so that the coolant that flows through the respective first path sections W11, W12, W13 does not mix.

Die zweiten Wegabschnitte W21, W22, W23 der jeweiligen Strömungswege 126 erstrecken sich von dem Einlass 112 aus in Richtung zu den jeweiligen korrespondierenden ersten Wegabschnitten W11, W12, W13 und befinden sich somit in der Strömungsrichtung des Kühlmittels entlang der jeweiligen korrespondierenden Strömungswege 126 betrachtet jeweils vor den jeweiligen korrespondierenden ersten Wegabschnitten W11, W12, W13 derselben Strömungswege 126. Dabei umfasst der sich von dem Einlass 112 am weitersten erstreckende zweite Wegabschnitt W23 alle andere zweite Wegabschnitte W21, W22 im Wesentlichen vollständig. Entsprechend umfasst der sich von dem Einlass 112 zweitweitersten erstreckende zweite Wegabschnitt W22 den sich von dem Einlass 112 drittweitersten erstreckende zweite Wegabschnitte W21 im Wesentlichen vollständig, usw.The second path sections W21, W22, W23 of the respective flow paths 126 extend from the inlet 112 in the direction of the respective corresponding first path sections W11, W12, W13 and are thus located in front of the respective corresponding first path sections W11, W12, W13 of the same flow paths 126 when viewed in the flow direction of the coolant along the respective corresponding flow paths 126. The second path section W23 extending the furthest from the inlet 112 essentially completely encompasses all other second path sections W21, W22. Accordingly, the second path section W22 extending the second furthest from the inlet 112 essentially completely encompasses the second path section W21 extending the third furthest from the inlet 112, etc.

Insb. weisen alle zweiten Wegabschnitte W21, W22, W23 einen ersten gemeinsamen Teilwegabschnitt TW1 auf, der den Bereich um den Einlass 112 umfasst.In particular, all second path sections W21, W22, W23 have a first common partial path section TW1, which includes the area around the inlet 112.

Die dritten Wegabschnitte W31, W32, W33 der jeweiligen Strömungswege 126 erstrecken sich von den jeweiligen korrespondierenden ersten Wegabschnitten W11, W12, W13 aus in Richtung zu dem Auslass 114 und befinden sich somit in der Strömungsrichtung des Kühlmittels entlang der jeweiligen korrespondierenden Strömungswege 126 betrachtet jeweils hinter den jeweiligen korrespondierenden ersten Wegabschnitten W11, W12, W13 derselben Strömungswege 126. Dabei umfasst der sich von dem Auslass 114 am weitersten erstreckende dritte Wegabschnitt W33 alle andere dritte Wegabschnitte W31, W32 im Wesentlichen vollständig. Entsprechend umfasst der sich von dem Auslass 114 zweitweitersten erstreckende dritte Wegabschnitt W32 den sich von dem Auslass 114 drittweitersten erstreckende dritte Wegabschnitte W31 im Wesentlichen vollständig, usw.The third path sections W31, W32, W33 of the respective flow paths 126 extend from the respective corresponding first path sections W11, W12, W13 in the direction of the Outlet 114 and are thus located behind the respective corresponding first path sections W11, W12, W13 of the same flow paths 126, viewed in the flow direction of the coolant along the respective corresponding flow paths 126. The third path section W33 extending the furthest from the outlet 114 essentially completely encompasses all other third path sections W31, W32. Accordingly, the third path section W32 extending the second furthest from the outlet 114 essentially completely encompasses the third path section W31 extending the third furthest from the outlet 114, etc.

Insb. weisen alle dritten Wegabschnitte W31, W32, W33 einen zweiten gemeinsamen Teilwegabschnitt TW2 auf, der den Bereich um den Auslass 114umfasst.In particular, all third path sections W31, W32, W33 have a second common partial path section TW2, which includes the area around the outlet 114.

Die 3 zeigt eine Kühlmittelleitstruktur 130 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform. Die in der 3 gezeigten Kühlmittelleitstruktur 130 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 gezeigten darin, dass die Trennwandabschnitte 132 insgesamt vier halbkreisbogenförmigen Abschnitte aufweisen, zwei große 134 und zwei kleine 136. Die zwei großen Abschnitte 134 bilden zusammen einen s-förmigen mittigen Abschnitt und die zwei kleinen Abschnitte sind an den jeweiligen Enden des s-förmigen Abschnitts angeordnet. Somit entstehen noch längere und komplexere ineinander verschachtelte Strömungswege.The 3 shows a coolant guide structure 130 according to another exemplary embodiment. The 3 The coolant guide structure 130 shown differs from that shown in the 1 and 2 shown in that the partition wall sections 132 have a total of four semi-circular arc sections, two large 134 and two small 136. The two large sections 134 together form an S-shaped central section and the two small sections are arranged at the respective ends of the S-shaped section. This creates even longer and more complex interlocking flow paths.

Im Betrieb wird das Kühlmittel beim Durchströmen des Kühlkanals erwärmt und führt somit die Wärme von der Kanalwand 130 ab. Der Kühlmittelstrom wird im Kühlkanal so geleitet, dass sich das erwärmende Kühlmittel am kühleren Kühlmittel vorbeigeleitet wird und somit zusätzlich ein temperaturaustausch erreicht wird. Dadurch wird die Kühlleistung verbessert.During operation, the coolant is heated as it flows through the cooling channel and thus carries the heat away from the channel wall 130. The coolant flow is guided in the cooling channel in such a way that the warming coolant is guided past the cooler coolant and thus an additional temperature exchange is achieved. This improves the cooling performance.

Eine weitere Verbesserung der Kühlleistung wird durch das Auftreten von Sekundärströmungen erzielt. Damit verbunden ist eine verbesserte Durchmischung der wandnahen, warmen Temperaturgrenzschicht mit dem kühlen Kernbereich des Kühlstromes. Zu nennen sind hier insbesondere die Sekundärströmung aufgrund von Ablösegebieten an den Spitzen der gekrümmten Strömungsführung (Umlenkungen) und die Wirbelbildung in Ebenen senkrecht zur Strombahn. Letzteres Phänomen ergibt sich bei gekrümmten Strömungsführungen infolge der Zentrifugalkraft (Taylor-Wirbel).A further improvement in cooling performance is achieved through the occurrence of secondary flows. This is associated with improved mixing of the warm temperature boundary layer near the wall with the cool core area of the cooling flow. Particularly worth mentioning here are the secondary flows due to separation areas at the tips of the curved flow guide (deflections) and the formation of vortices in planes perpendicular to the flow path. The latter phenomenon occurs in curved flow guides as a result of centrifugal force (Taylor vortex).

Verglichen mit dem eingangs erwähnten Stand der Technik kann bei gleichem Bauraum erfindungsgemäß bei weniger Druckverlust eine wesentlich höhere Kühlleistung erzeugt werden.Compared with the state of the art mentioned at the beginning, the invention enables a significantly higher cooling capacity to be generated with less pressure loss in the same installation space.

Die Prinzipien der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sind für alle Arten von Flüssigkeitskühlungen verwendbar.The principles of the cooling device according to the invention can be used for all types of liquid cooling.

Claims

Cooling device (100), comprising, a cooling channel with an inlet (112) and an outlet (114) for guiding a coolant supplied through the inlet to the outlet, and a coolant guide structure (130) in the cooling channel for guiding the coolant along flow paths (126) running within the cooling channel, wherein the flow paths are curved at least in sections.

Cooling device according to Claim 1 , wherein each of the flow paths is curved at least in sections.

Cooling device according to Claim 1 or 2 , wherein the flow paths each have a first path section (W11, W12, W13), wherein the first path sections of the respective flow paths run parallel to one another.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the flow paths each have a second path section (W21, W22, W23), wherein the second path sections of the respective flow paths have a first common partial path section (TW1).

Cooling device according to Claim 4 , wherein the second path section (W23) of at least one flow path almost completely encompasses the second path section (W21, W22) of at least one further flow path.

Cooling device according to Claim 3 and one of the Claims 4 until 5 , wherein the second path section of the respective flow path is located in front of the respective first path section of the respective corresponding flow path when viewed in the flow direction of the coolant along the respective corresponding flow path.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the flow paths each have a third path section (W31, W32, W33), wherein the third path sections of the respective flow paths have a second common partial path section (TW2).

Cooling device according to Claim 7 , wherein the third path section (W33) of at least one flow path almost completely encompasses the third path section (W31, W32) of at least one further flow path.

Cooling device according to Claim 3 and one of the Claims 7 until 8th , wherein the third path section of the respective flow path is located behind the respective first path section of the respective corresponding flow path when viewed in the flow direction of the coolant along the respective corresponding flow path.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the coolant guide structure has a plurality of curved partition wall sections (122, 124, 132) between which at least one of the flow paths runs at least partially.

Cooling device according to Claim 10 , wherein one of the flow paths runs at least partially between two adjacent partition wall sections.

Cooling device according to Claim 10 or 11 , wherein at least one of the partition wall sections is arranged to divide the flow of the coolant into two of the flow paths.

Cooling device according to one of the Claims 10 until 12 wherein at least one or each of the curved partition wall sections has at least one semicircular arc-shaped section (134, 136).

Cooling device according to one of the Claims 10 until 13 wherein at least one or each of the curved partition wall sections has an S-shaped section (122).

Cooling device according to one of the preceding claims, further comprising a base plate (110) and a cover plate (130), wherein the base plate (110) and the cover plate (130) enclose the cooling channel, wherein the coolant conducting structure is arranged between the base plate and the cover plate.

Cooling device according to Claim 15 , further comprising an intermediate plate (120) mounted between the bottom plate and the cover plate, wherein the coolant conducting structure is formed on the intermediate plate (120).

Power electronics arrangement, comprising a cooling device according to one of the preceding claims, and at least one power electronics module which is thermally connected to the cooling device.