DE2319274A1

DE2319274A1 - Kuehlvorrichtung mit verdampfer

Info

Publication number: DE2319274A1
Application number: DE19732319274
Authority: DE
Inventors: Naoe Kawakami; Yusaku Kobayashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-04-17
Filing date: 1973-04-16
Publication date: 1973-10-25
Also published as: JPS49849A

Description

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Γ6.April 1973

HITACHI. LTD.. Tokio (Japan) Kühlvorrichtung mit Verdampfer

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen ▼on Heizelementen, z. B. von Halbleitern.

Bisher ist allgemein Luft, Wasser und Isolieröl als Kühlmittel zum Kühlen verschiedener Heizelemente, z. B. von Halbleitern, verwendet worden. Diese Kühlmittel haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Luft ist wegen des einfach aufgebauten Kühlmechanismus vorteilhaft, hat jedoch den Nachteil einer begrenzten Kühlkapazität und auch der Geräuscherzeugung durch das Kühlgebläse. Wasser besitzt wegen seines hohen Wärmeübertragurigskoeffizienten eine ausgezeichnete Kühlwirkung, hat jedoch nur eine geringe elektrische Isolierfähigkeit. Isolieröl dagegen hat

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eine vorzügliche elektrische Isolierfähigkeit, sein Wärmekoeffizient beträgt jedoch nur zirka ein Zehntel desjenigen von Wasser, so daß die Kühlwirkung begrenzt ist.

Die Kapazität von Halbleitern ist wesentlich gesteigert worden, um die zunehmenden industriellen Anforderungen zu erfüllen, und es sind gerade solche Elemente entwickelt worden, die eine gemessene Stromkapazität von mehreren 100 A oder erheblich höher haben. Solche großkapazitiven Elemente führen zu einem Anstieg der Wäxmeverluste auf mehrere Kilowatt bei einer kleinen Elektrode von mehreren m . Es ist daher notwendig, derartig große Wärsevarlsste zu Tinteybisiies, wobei der Kühlung eine wichtige Rolle zukommt. Zum effektiven Kühlen solch großer Mengen an Abwärme wird ein Kühlmittel benötigt, das einen höhen Wärmeübertragungskoeffizienten und ausgezeichnete elektrische Isoliereigensehaften besitzt. Luft, Wasser und Isolieröl, die im allgemeinen als Kühlmittel verwendet werden» sind aus ά&η oben aufgezählten Gründen ungeeignet.

Das Hauptinteresse richtete sich demzufolge auf chemische Verdanspfungs-Kühlraittel, die einen hohen Wärme-Übertragmigskoeffizienten und gute Isoliereigenschaften besitzen und von denen einige auf den Harkt gelangt sind. Typisch für solche auf dem Markt befindlichen chemischen Kühlmittel sind verflüssigte Haloflour-Hydrskshlenwaeserstoffe, z. B. ¹¹FlOn*, das am häufigsten als Kühlmittel für Kühl- oder Oefriergerate verwendet wird, und das "Fluoro Chemical Liquid FC 77* der Minesota Mining & MAD Co

hat einen hohen Wärfseubertragungskoeffizieatea, der gleich oder hoher als der von Wasser ist and auch eine

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ausgeze ebnete, mit Isolieröl vergleichbare elektrische Isolierfähigkeit. Das "Kühlen mit Verdampfung" unter Verwendung solcher chemischer "Verdampfungs-Kühlmittel" erlaubt nicht nur die wirksame Kühlung von groß-kapazitiven Elementen, sondern erübrigt auch bewegliche Teile, wie z. B. Pumpen, die sonst für die Zirkulation des Kühlmittels notwendig sind.

Einrichtungen, die mit derartigen Verdampfungs-Kühlmitteln betrieben werden, können so aufgebaut sein, daß ein Heizelement, beispielsweise ein Halbleiter, am Boden eines abgedichteten Tankes angeordnet ist, der ein Kühlmittel einer so großen Menge enthält, daß das Heizelement bedeckt ist, wobei ein Raum im oberen Teil des Tankes zum Verdampfen und Rückkondensieren des verdampften Kühlmittels vorgesehen ist. Wenn bei einer solchen Anordnung das Heizelement erwärmt wird, kocht oder verdampft das in unmittelbarer Nachbarschaft zum Element befindliche Kühlmittel. Dieses verdampfte, dem Heizelement Wärme entziehende Kühlmittel steigt zur Elüssigkeitsoberfläche auf und gelangt als Dampf in den Raum im oberen Teil des abgedichteten Behälters. Der Kühlmitteldampf gibt seine Wärme an die Außenseite des Tanks ab, kühlt sich dabei ab und kondensiert, wobei das kondensierte und verflüssigte Kühlmittel an der Innenwand des Tankes zur Oberfläche der Kühlflüssigkeit zurückläuft. Das Heizelement wird gekühlt, während sich diese Operationen ständig wiederholen.

In diesem Fall wird die Kondensation des verdampften Kühlmittels von der Wärmeabstrahlungaflache an der Außenseite des abgedichteten Tanks bestimmt, so daß zur Vergrößerung der Kühlwirkung diese WärmeabStrahlungsfläche

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an der Tankaußenseite vergrößert werden muß. Diese notwendige Vergrößerung der äußeren Sektion des Tankes führt zu einer beträchtlichen Volumenzunahme des gesamten Tanks. Die Wärmeabstrahlungsfläche kann durch Strahlungsrippen an der Außenseite des Tanks vergrößert werden, die jedoch dazu führen, daß ein größerer Abstand für die Installation des die Strahlungsrippen enthaltenden Tankteiles erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Kühlvorrichtung unter Verwendung eines chemischen Verdampfungs-Kühlmittels zu schaffen, die klein ist, mit hoher Kühlwirkung arbeitet und bei der durch im Tank verbleibende Luft verursachte Beeinträchtigungen vermieden werden.

Gemäß der Erfindung besteht die Kühlvorrichtung aus einem Tank, in dem die zu kühlenden Heizelemente angeordnet sind und der mit einem chemischen Verdampfungs-Kühlmittel, das zur Aufnahme der Wärme der Heizelemente verdampft wird, bis zum einem die Heizelemente bedeckenden Niveau gefüllt ist, und in dessen oberem Teil ein Raum sowie Kondensationsrohre vorgesehen sind, in denen das verdampfte Kühlmittel verflüssigt wird und zum flüssigen Kühlmitteltank zurückfließt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer in dex Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 die Vorrichtung gemäß der Erfindung ±m Längsschnitt?

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Fig. 2 die Vorrichtung gemäß der Erfindung im Querschnitt längs der Schnittlinie H-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine weitere Schnittdarstellung längs der Schnittlinie IH-III in Fig. 1 ;

Fig. k den in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendeten Schaltkreis in schematischer Darstellung ;

Fig. 5 eine andere Ausführung gemäß der Erfindung im Längs s chni 11;

Fig. 6 ein Diagramm der Arbeitsbedingungen der Ausführungen nach den Fig. 1 und 5;

Fig. 7 eine weitere Ausführung gemäß der Erfindung im Längsschnitt;

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Ausführung nach Fig. 7 längs der Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 7;

Fig. 9 und 10 weitere Ausführungen ähnlich der in Fig. 8 dargestellten Anordnung;

Fig. 11 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt.;

Fig. 12 bis 14 verschiedene Ausführungen der Kondensationsrohre gemäß der Erfindung;

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Fig. 15 bis 17 den Aufbau der Wellen-Brech-Platten gemäß der Erfindung.

Fig. 1 bis 4 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, wobei gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.

Die Vorrichtung besteht aus einem Tank 1, in dem ein chemisches Verdampfungs-Kühlmittel (hier wird "FLON-Flüssigkeit" verwendet) bis zu einem solchen Niveau enthalten ist, daß ein Spaltraum.3 im oberen Teil des Tanks 1 gebildet wird. Dieser Raum 3 bildet den Dampfbehälter, in dem der Dampf der FLON-Flüssigkeit einmal gespeichert wird. In oder außerhalb des Tanks 1 sind folgende Teile vorgesehen; derart angeordnete Dioden k, daß die FLON-Flüssigkeit 2 beim Verdampfen Wärme von ihnen abführt und sie kühlt; Kühlrippen 5 an der Anodenseite der Dioden k\ gleiche Kühlrippen 6 an der Kathodenseite der Dioden k; Kupferblöcke 7 zwischen den Dioden k für den elektrischen Stromfluß; Kondensatoren 8; Widerstände 9; Verankerungsblöcke 10 zur sicheren Halterung der Dioden h, der Kühlrippen 5t 6 und der Kupferblöcke 7 in ihren entsprechenden Lagen; eine Tragplatte 11, auf welcher die Kondensatoren 8 und Widerstände 9 befestigt sind und die mit dem Verankerungsblock 10 verbunden ist, eine mit einer Wechselstromquelle verbundene Anschlußbuchse 12; eine Anschlußbuchse 13» die einen durch Komutation des Wechselstromes mittels der Dioden k erhaltenen Gleichstrom abführt; senkrecht zur oberen Wand des Tanks 1 angeordnete Kondensierrohre 14; Wärmeabstrahlungsrippen 15 an den Kon« densierrohren 14 zur Erhöhung der Kondensierleistung; und ein Deckel 16 zur hermetischen Abdichtung der Kondensier-

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rohre i4. Dieser Deckel 16 verhindert auch das Wackeln oder Lockerwerden der Kondensierrohre. Die Teile 4 bis 11 sind von der FLON-Flüssigkeit 2 bedeckt.

Zum besseren Verständnis sind die elektrischen Verbindungen zwischen den Dioden 4, den Kondensatoren 8, den Widerständen 9 und den Anschlußbuchsen 12, 13 in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt; diese Anordnung geht jedoch aus Fig. 4 hervor, d., h. die Dioden 4 sind ineinander durch Brückenschaltung und parallel zu dem hintereinander geschalteten Satz Kondensatoren 8 und Widerstände 9 verbunden. Diese Kondensatoren 8 und Widerstände 9 dienen zum Ausbalancieren des durch die Dioden 4 fließenden elektrischen Stromes. Die Anordnung dieser Elemente ist nicht auf die in Fig. 4 gezeigte beschränkt, sondern kann in verschiedener Weise variiert werden. Obwohl in der Ausführung nach den Fig. 1 bis 4 die vier Dioden in einer Reihe angeordnet sind, kann die Zahl der Diodenreihen ebenso wie die Anzahl der einzelnen Dioden in jeder Reihe je nach den Einsatzbedingungen geändert werden. Falls erforderlich, können die Dioden 4 auch durch Halbleiterelemente, z. B. Thyristoren, ersetzt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß, obwohl die Dioden 4 als Heizelemente beschrieben sind, auch die Kondensatoren 8 und die Widerstände 9 als eine Art Heizelemente wirken.

Werden bei der Anordnung nach Fig. 1 die Heizelemente, d. s. die Dioden 4, die Kondensatoren 8 und die Widerstände 9, erwärmt, dann verdampft die FLON-Flflssigkeit 2 in unmittelbarer Nachbarschaft dieser Elemente', und diese verdampfte Flüssigkeit steigt bei gleichzeitiger Wärmeabführung von den Heizelementen zur Oberfläche

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der Flüssigkeit und gelangt von dort in den Dampfraum 3 des Tanks 1. Dieser "FLON-Dampf" tritt weiter in die Kondensationsrohre 14, kühlt sich ab, sobald er in Berührung mit den Innenwandflächen dieser Rohre gelangt, kondensiert wieder in den flüssigen Zustand und fließt als verflüssigtes "FLON" an den Innenflächen der Kondensationsrohre -\k in die "FLON-Flüssigkeit" 2. Die Kühlung der Heizelemente, der Dioden k, der Kondensatoren 8 und der Widerstände 9 wird durch ständige Wiederholung dieses Vorganges bewirkt.

Da die Kondensation des verdampften "FLON" hauptsächlich in den Kondensierrohren 14 erfolgt, braucht der Dampfspeicher 3 im Tank 1 nicht geräumig zu sein. Da ferner eine Vielzahl von Kondensierrohren 14 über der gesamten Oberfläche des Tanks vorgesehen"ist, kann der Wärmeaustausch zwischen dem verdampften "FLON" und der Tankaußenseite gleichmäßig und effektiv an jedem Teil erfolgen. Es ist dadurch möglich, die Kühlwirkung ohne Vorsehen von vielen Strahlungsrippen am Tank oder Vergrößerung des Raumes im Tank, wie es bei herkömmlichen Systemen erforderlich ist, zu erzielen. Dies gestattet eine wesentliche Verringerung der Größe des Kühl-Apparates.

Zur weiteren Steigerung der Kühlwirkung kann Luft in Richtung des Pfeiles in Fig. 1 geblasen werden.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung sind die Kon<densierrOhre 14 vertikal zur Oberfläche des abgedichteten Tanks 1 angeordnet, so daß der gekühlte, kondensierte und in den Rohren 14 verflüssigte "FLON-Dampf" an den Innenwänden der Rohre in die "FLON-Flüssigkeit" 2 zurückfließt.

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Falls eine erhebliche Vergrößerung der von den Heizelementen, d. s. den Dioden k, den Kondensatoren 8 und den Widerständen 9> erzeugten Wärmemenge eintritt, wird die Verdampfung der Flüssigkeit 2 gesteigert, was zu einer erheblich vergrößerten Menge an "FLON-Dampf" in den Kondensierrohren l4 führt. Das wiederverflüssigte "FLON" in den Kondensierrohren 14 wird dadurch von dem "FLON-Dampf^H nach oben geblasen, der in kräftigem Strom in diesen Rohren von unten aufsteigt, wodurch das Abfließen des verflüssigten "FLON" in die Flüssigkeit 2 verhindert wird. Die Bodenenden oder Einlaßöffnungen der Kondensierrohre 14 können auch durch die aufgeblasene Flüssigkeit blokkiert werden, so daß eine unvollständige oder sogar keine Saugwirkung des Dampfes in die Rohre erfolgt. Dieses Phänomen hemmt eine gleichmäßige Zirkulation und Funktion der "FLON-Flüssigkeit", nämlich das Abgeben von Wärme an den Heizelementen Verdampfen - Kühlen und Kondensieren in den Kondensierrohren lh Verflüssigen - Rückführen in die "FLON-Flüssigkeit", so daß die gewünschte Kühlwirkung unmöglich erreicht werden kann.

Diese Probleme können jedoch durch schräge Anordnung der Kondensierrohre Ik überwunden werden. Das in den Kondensierrohren 14 kondensierte und verflüssigte ⁿFLONⁿ wird in den unteren Teilen der Schrägrohre gesammelt und fällt danach in die "FLON-Flüssigkeit" 2. Demzufolge ist kein kondensiertes und verflüssigtes "FLON" in den oberen Teilen der Kondensierrohre 14, so daß gerade bei vehementer Verdampfung der FLON-Flüssigkeit und bei entsprechender Erhöhung der erzeugten Dampfmenge der FLON-Dampf gleichmäßig in die leeren oberen Teile der Kondensierrohre 14 eingesaugt wird. Bei dieser Anordnung besteht daher die

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Gefahr des Verstopfens der Rohröffnungen durch verflüssigtes FLON nicht und eine ausgezeichnete Kühlwirkung wird erhalten.

Der einzige Unterschied der Ausführung nach Fig. 5 gegenüber der nach Fig. 1 ist der, daß ein Luftreservoir 17 und ein Luftabströmventil 18 anstelle des bei der Ausführung nach Fig. 5 verwendeten Deckels 16 vorgesehen sind. Das Vorsehen des Luftraumes 17 in dieser Ausführung nach Fig. 5 geschieht aus folgendem Grunds

Luft ist im Tank 1 eingeschlossen. Dies beruht einerseits auf der Tatsache, daß eine geringe Luftmenge in der verwendeten "FLON-Flüssigkeit" enthalten ist, und zwar einerlei, wie hoch die Reinheit der verwendeten "FLON-Flüssigkeit" ist, ist es nahezu unmöglich, sie absolut frei von Luft zu halten. Ein weiterer Grund für das Vorhandensein von Luft ist der, daß die Luft unvermeidbar im Tank bleibt, wenn dieser hergestellt wird. Mit den gegenwärtigen Techniken ist es nicht möglich, ein vollständiges Vakuum im Tank herzustellen.

Aus diesen Gründen ist Luft sicher im Tank 1 enthalten. Beim Erwärmen der Heizelemente, also der Dioden 4, der Kondensatoren 8 und der Widerstände 9» steigt die im Tank enthaltene Luft an den Innenflächen der Kondensierrohre 14 zusammen mit dem "FLON-Dampf" nach aufwärts, und Luft alleine wird in den oberen Teilen der Kondensierrohre 14 gesammelt. Dies ist auf das geringere spezifische Gewicht von Luft gegenüber "FLON" zurückzuführen. Die oberen Teile der Kondensierrohre 14, in denen die Kühlung und Kondensation des "FLON-Dampfes" erfolgen soll,

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sind somit von der Luft ausgefüllt (die Menge dieser Luft wird sich im Laufe des Verdampfungsprozesses der "FLON-Flüssigkeit" vergrößern), und der wirksame Bereich für den Wärmeaustausch zwischen dem "FLON-Dampf" in den Kondensierrohren 14 und deren Außenseite wird verringert, so daß auch die Kühlwirkung sinkt.

Dieses Problem kann durch Vergrößerung des für den Wärmeaustausch wirksamen Bereiches, d. h. durch Verlängerung der Kondensierrohre 14, überwunden werden. Da aber die Kondensierrohre 1*l· klein sind, müßten sie zum Erhalt der gewünschten Ergebnisse erheblich verlängert werden. Eine Verlängerung der Kondensierrohre führt jedoch zu einer Vergrößerung der Abmessungen und des Apparatgewichts. Daher ist dieser Weg unzweckmäßig.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 wird die in den Kondensierrohren 14 zusammen mit dem "FLON-Dampf^w aufsteigende Luft in den oberhalb der Rohre 14 angeordneten Luftraum 17 gesammelt und nur der "FLON-Dampf in den Rohren i4 gekühlt und kondensiert. Diese Anordnung erlaubt die Ausnutzung der vollen Länge des Kondensierrohres als wirksame Kühlzone. Gegenüber einer Verlängerung der Kondensierrohre 14 selbst kann auch der erforderliche Raum für die Luftsammlung ohne übermäßige Vergrößerung erhalten werden. Die Größe des Apparates ist nicht viel vergrößert gegenüber dem Fall der Verlängerung der Kondensierrohre, und es tritt demzufolge auch kein Problem hinsichtlich des Apparatgewichtes auf. Die Wirkung des Luftsamme1räume s 17 wird weiter durch periodisches Abziehen der Luft aus dem Behälter durch Öffnen des Luftabzugsventils 18 gesteigert.

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Der Unterschied in den Betriebsweisen bei vorhandenem und nicht vorhandenem Luftsammeiraum 17 ist in Fig. 6 grafisch dargestellt. Die Versuche wurden mit beiden Anordnungen durch Blasen von Luft in Richtung des Pfeils bei konstanter Lufttemperatur auf der Zuströmseite durchgeführt. In dem Kurvenbild der Fig. 6 ist auf der Abszisse der Kalorienwert der von den Heizelementen erzeugten ¥ärme und auf der Ordinate der Unterschied zwischen der Temperatur der "FLON-Flüssigkeit" und der Lufttemperatur auf der Zuströmseite aufgetragen. Die Kurve a zeigt die bei der Ausführung nach Fig. 1 erhaltenen und die Kurven b und c die mit der Ausführung nach Fig. 5 erhaltenen Ergebnisse, wenn eine bestimmte Luftmenge in dem Luftsammelbehälter 17 (Linie b) enthalten ist und wenn die gesamte" Luft aus dem Behälter 17 durch das Ventil 18 abgezogen worden ist (Linie c). Der Grafik läßt sich entnehmen, daß bei der Ausführung nach Fig. 1 eine größere Temperaturdifferenz als bei der nach Fig. 5 vorhanden war. Je geringer die auf der Koordinate aufgetragene Temperaturdifferenz ist, desto stärker ist die Kühlung und Kondensierung in den Rohren Ik, d. h. desto besser ist die Kühlwirkung. Das bedeutet, daß eine bessere Kühlwirkung durch Vorsehen eines Luftsammelbehälters wie bei der Ausführung nach der -Fig. 5 erhalten wird.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführung gemäß der Erfindung dargestellt, in welcher die Diode k und die anderen assoziierten Teile In zwei Reihen angeordnet sind <Fig. B).

Die Anordnung dieser Ausführung unterscheidet sich von der nach Fig. 1 durch ein Leitorgan 19a zum Trennen der Kanäle für den "FLON-Dampf^M von denen der in den Kon-

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densierrohren 14 gekühlten und kondensierten "FLON-Flüssigkeit". Dieses Leitorgan 19a führt den "FLON-Dampf" durch einen Strömungskanal 20a in den Raum 21a über den Kondensierrohren ^k^ Der obere Raum 21a dient zum Sammeln des "FLON-Dampfes" ebenso wie der zusammen mit dem Dampf aufgestiegenen Luft. Da das spezifische Gewicht der Luft kleiner ist als das des "FLON" bleibt die Luft im Raum 21 , und der "FLON-Dampf" alleine sinkt von oben durch die Kondensierrohre 14 und wird während dieses Absinkens gekühlt und zur Flüssigkeit kondensiert, wobei das so verflüssigte "FLON" durch den Kanal 22a in den Flüssigkeitsbehälter 2 fließt. Wenn "FLON-Dampf" auf diese Weise verflüssigt und in den "FLON-Flüssigkeits-Behälter" 2 zurückfließt, wird frischer "FLON-Dampf in die Kondensierrohre 14 eingesaugt und wiederum gekühlt, kondensiert und ±n der gleichen Weise verflüssigt. Diese Operationen wiederholen sich ständig, um die Heizelemente, also die Diode 4, die Kondensatoren 8 und die Widerstände 9» zu kühlen. Die Trennung der Dampfströmung von der des verflüssigten FLONs durch das Leitorgan 19a verhindert das Aufblasen von "FLON-Dampf" in die Kondensierrohre Ik von unten. Die Kühlwirkung wird auch verbessert, da die im Tank 1 enthaltene Luft in den oberen Sammelraum 21a abgezogen wird. Natürlich kann die in diesem Raum angesammelte Luft durch Öffnen des Ventils 18 nach außen geführt werden.

Fig. 9 zeigt eine abgeänderte Form der Aueführung nach Fig. 8. In dieser Figur sind die Teile, die mit entsprechenden Teilen der Ausführung nach Fig. 7 identisch sind, weggelassen worden.

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Wie ein Vergleich der Fig. 8 und 9 zeigt, liegt der Unterschied zwischen diesen beiden Beispielen darin, daß bei der Ausführung nach Fig. 8 der "FLON-Dampf" mittels des Leitorgans 19a durch die Kammer 20a an einer Seite des Tanks 1 geleitet wird, wohingegen in der Ausführung nach F^g. 9 der "FLON-Dampf" mittels des Leitkörpers 19b durch Passagen 20b an beiden Seiten des Tanks 1 in den Raum 21 oberhalb der Kondensierrohre Ik geführt wird, von dem aus der FLON-Dampf durch diese Kondensierrohre 14 absinkt, dabei gekühlt, kondensiert und verflüssigt wird und weiter am Leitkörper 19b zur Mitte der Flüssigkeitsfläche nach abwärts zu fließen.

Eine weitere Änderung der Ausführung nach Fig. 8 ist in Fig. 10 dargestellt, in der wiederum die der Fig. 7 entsprechenden Teile weggelassen sind. Bei der Anordnung nach Fig. 10 wird der "FLON-Dampf" zuerst in der Mitte des Raumes 3 mit Hilfe des Leitkörpers 19c geleitet. Der FLON-Dampf wird dann in zwei Teile zu zwei Gruppen von Kondensierrohren 14 aufgeteilt, beim Absinken durch diese Rohre gekühlt, kondensiert und verflüssigt. Das verflüssigte FLON strömt danach durch die Passagen 22c an beiden Seiten des Tanks 1 ab und fällt in die Flüssigkeit 2. _f

Der Unterschied der in Fig. 11 dargestellten Ausführung gegenüber der nach Fig. 2 liegt in der Verwendung einer Wellen-Brech-Platte 23, die zur Verhinderung von Wellenbildungen der Flüssigkeit 2 in bestimmte Sektionen unterteilt und im Dampfraum 3 des Tanks 1 angeordnet ist. Diese Ausführung ist besonders für Anwendungsarten geeignet, wo beispielsweise ein mit einem Kühlsystem gemäß der

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Erfindung ausgerüsteter Umformer auf einem bewegten Objekt, beispielsweise einem Elektrofahrzeug, montiert ist. Bei einer solchen Anwendung können sich hohe Wellen an der Oberfläche der Flüssigkeit 2 im Tank 1 bilden, wenn das Fahrzeug schlingert oder geschüttelt wird, durch die die Heizelemente über die Flüssigkeitsfläche hervortreten können, was zu einer ungenügenden Kühlung führt. Um dies zu verhindern, ist eine in eine bestimmte Anzahl und Art von Sektionen unterteilte Wellen-Brech-Platte 23 (Fig. 15) an einem Platz angeordnet, wo ein Bloßlegen der Heizelemente, beim Rollen der Flüssigkeit verhindert wird. Durch Verwendung dieser Platte wird die Wellenbildung oder Rollen der Flüssigkeitsfläche aufgrund von Schlagen des bewegten Objektes zu sehr kleinen Wellenbewegungen innerhalb jeder Sektion in der Platte verringert, so daß die Heizelemente nicht mehr über die Flüs-. sigkeitsflache hinausragen können. Da diese Wellen-Brech-Platte 23 das Aufsteigen des "FLON-Dampfes" durch die Kondensierrohre 14, ebenso wie das Kühlen und Kondensieren des Dampfes in den Rohren nicht behindert, kann der Betrieb normal ablaufen.

Die Wellen-Brech-Platte 23 ist im Dampfsammeiraum des Tankes 1 vorgesehen, sie kann jedoch auch so angeordnet sein, daß ihr Boden die Flüssigkeitsfläche gerade berührt oder daß sie teilweise in die Flüssigkeit eintaucht. Andere Positionen sind möglich, solange die Heizelemente wirksam am Herausragen aus der Flüssigkeit gehindert werden.

Im folgenden wird die Konstruktion der Bodenenden der Kondensierrohre 1*l· bei den Ausführungen gemäß der

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Fig. 1, 5 und 11 anhand der Fig. 12 bis Ik beschrieben. In den Ausführungen nach den Fig. 1, 5 und 11 sind die Bodenenden der Kondensierrohre 14 mit der oberen Fläche des Tanks 1 verbunden, und der Bodenrand jedes Rohres ist gleich dem Abstand von der Flüssigkeitsfläche zu der oberen Tankwand. Bei dieser Anordnung sammelt sich das aus dem gekühlten und kondensierten Dampf verflüssigte FLON gleichmäßig in der Nähe des unteren Endes jedes Rohres und tropft dann aufgrund der Schwerkraft in das Becken der Flüssigkeit 2. Wenn daher die von den Heizelementen erzeugte Wärmemenge vergrößert wird und sich auch die Verdampfung der Flüssigkeit steigert, wird das an den Bodenenden der Kondensierrohre 14 angesammelte verflüssigte FLON durch den aufsteigenden FLON-Dampf nach aufwärts geblasen, was zu einer Verringerung der ab tropfenden Flüssigkeit und zu einer geringeren Kühlwirkung führt.

Um dies zu verhindern, können die Bodenenden jedes Kondensierrohres 14 abgeschrägt sein (Fig. 12), so daß das in jedem der Kondensierrohre verflüssigte FLON von einem punktförmigen Ende A abtropfen kann. Der gleiche Effekt kann auch durch Aufspreizen des Bodenendes jedes Rohres 14 erzielt werden (Fig. 13). Obwohl dabei die Kante des Bodenendes A bei jedem Kondensierrohr 14 unter dem gleichen Abstand von der Flüssigkeitsfläche entfernt ist, ist der Durchmesser am Bodenende A größer als der der anderen Rohrteile, so daß die Abtropfzone der Flüssigkeit von der Strömungsbahn des in das Rohr eintretenden Dampfes getrennt ist, so daß ein Aufblasen durch den "FLON-Dampf" nicht eintritt.

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Eine andere Art zur Überwindung dieser Schwierigkeit ist in Fig. i4 dargestellt, bei welcher der untere Teil jedes Kondensierrohres 14 schärfer abgeschrägt ist, so daß sich das punktförmige Ende A unterhalb der Oberfläche der "FLON^M-Flüssigkeit 2 befindet. Dies erlaubt einen sehr gleichmäßigen Abfluß dieses verflüssigten "FLONS" in jedem Kondensierrohr 14 zur Flüssigkeit 2.

Fig. 16 zeigt eine Modifikation der in Fig. 15 dargestellten Wellen-Breeh-Platte 23. Diese Platte ist durch Einarbeiten einer Vielzahl runder Löcher in eine dünne Platte 21 hergestellt.

Im allgemeinen kann bei der Verwendung von ⁿFLON" als chemisches Kühlmittel, falls Wasser im FLON enthalten ist (obwohl FLON an sich ein chemisch stabiles Material ist) eine Hydrolyse eintreten, die Säuren erzeugt, welche die verschiedenen Materialien des abgedichteten Tanks oder der Heizelemente angreifen. Andererseits sind organische Isoliersubstanzen teils gelöst oder gequollen in FLON enthalten. Diesen Tendenzen wird erheblich Vorschub geleistet, wenn die FLON-Teraperatur steigt. Diese Phänomene beeinflussen die Isoliereigenschaft von "FLON" nachteilig und verringern auch die mechanische Festigkeit und Isolierwirkung der anderen Materialien. Dies sind verhängnisvolle Mängel für einen solchen Apparatetyp. Um derartige Mängel zu eliminieren, müssen folgende Bedingungen eingehalten werden:

1. Wßitestgehende Verringerung des Gehaltes an Wasser und sauren Substanzen im ^MFL0N^M;

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2. Einsetzen einer Substanz in den Apparat, die Wasser.und andere durch Hydrolyse entstehende schädliche Substanzen absorbiert;

3. gründliches Waschen und Trocknen der Einzelteile vor ihrem Einbau in den Apparat»

Punkt 1 kann durch den "FLON^M-Hersteller und Punkt 3 durch den Apparatehersteller erfüllt werden, wohingegen Punkt 2 durch geeignete Maßnahmen von seiten des Verbrauchers eingehalten werden muß.

Eine solche Maßnahme ist das Abdecken eines Teils der Sektionen in der in Fig. 15 dargestellten Wellen-Brech-Platte 23 mit einem porösen Material, wie z. B. einem in Fig. 17 dargestellten Drahtnetz, mit einem geeigneten darin eingelagerten Adsorbens 24, um Wasser und andere durch die Hydrolyse entstandene schädliche Stoffe zu binden. Bevorzugte Beispiele für solche Adsorbentien sind aktiviertes Aluminium, Silikagel, saurer Ton, aktivierte Holzkohle, Aluminiumsilikagel, halbsynthetischer Zeolit, synthetischer Zeolit und aktivierter Ton.

Obwohl bei den obigen Ausführungen versucht worden ist, die Kühl wirkung durch Zuführen von Luft an die Kon-, densierrohre zu erhöhen, kann der Kühleffekt weiter gesteigert werden, wenn feinste Wassertröpfchen mit der Luft vermischt werden. Die Kühlung der Kondensierrohre 14 kann auch durch Anwendung der Prinzipien von elektrischen Gefriermaschinen oder auf andere geeignete Weise durchgeführt werden.

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Claims

Ansprüche

Vorrichtung zum Kühlen mit Verdampfen, gekennzeichnet durch einen Heizelemente aufnehmenden Tank, ein chemisches Verdampfungs-Kühlmittel (2), das den Tank unter Ausbildung eines Sammelraumes (3) im oberen Tankteil ausfüllt und die Heizelemente (4, 8, 9) vollständig bedeckt, wobei das Kühlmittel durch Aufnahme von Wärme aus den Heizelementen verdampft wird, durch eine Vielzähl von Kondensierrohren (i4), in denen das verdampfte chemische Kühlmittel wieder verflüssigt und in die Flüssigkeit (2) zurückgeführt wird und dureh einen Deckel (16) zum hermetischen Abdichten der Kondensierrohre (i4).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensierrohre (i4) gegenüber der oberen Wand des Tanks (1) geneigt angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenende jedes Kondensierrohres (i4) abgeschrägt ist, so daß das verflüssigte Kühlmittel von einem scharfen Ende (a) abtropft.
k. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere scharfe Ende (a) des abgeschrägten Rohres (i4) in die Flüssigkeit (2) eintaucht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Luft senkrecht gegen die Kondensierrohre (i4) geblasen wird.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in eine bestimmte Anzahl und Art von Sektionen unterteilte Wellen-Brech-Platte (23) zur Verhinderung des Bloßliegens der Heizelemente (4, 8, 9)
beim Schwanken oder Rütteln des Apparates im Tank (1) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material zum Absorbieren von Wasser oder von durch Hydrolyse des Kühlmittels entstandenen Substanzen in bestimmten Sektionen (24) der Platte (23) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Luftsammelraum ("17) oberhalb der Kondensiersammelrohre vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftabzugselement (18) im Sammelraum (17) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Leitkörper (19) zum Überführen des Kühlmittel-Dampfes in den Sammelraum und zum Abtrennen des Dampfstromes vom verflüssigten Kühlmittel in den Kondensierrohren (i4) im Tankraum (3) vorgesehen ist.

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