Neuartige Siedekühlung Frequenzumrichter in Schaltschränken "bei Laune halten"

Schematische Darstellung der Siedekühlung im Naturumlauf. In der Kühlplatte wird
die Verlustwärme, z.B. von IGBT-Bauteilen, in Dampf umgewandelt, der in den Kondensator strömt
und dort verflüssigt wird. Das Kondensat fließt dann in die Kühlplatte zurück.
Schematische Darstellung der Siedekühlung im Naturumlauf. In der Kühlplatte wird die Verlustwärme, z.B. von IGBT-Bauteilen, in Dampf umgewandelt, der in den Kondensator strömt und dort verflüssigt wird. Das Kondensat fließt dann in die Kühlplatte zurück.

Während des Elektromechanik-Kongresses, der am 25. September d.J. von der Redaktionen der Elektronik sowie Computer & Automation organisiert worden worden war, präsentierte Dr. Andreas Schulz von MiCryon Technik eine neuartige Siedekühl-Technik. Diese könnte in Industrie-Applikationen, z.B. in Schaltschränken integrierten Frequenzumrichtern, die anfallende Verlustwärme effizient ableiten.

Die Unternehmen Fa. Strukturtechnik UG und Fa. cool tec Electronic haben in Kooperation eine Siedekühlung mit integrierten Mikrostrukturen entwickelt, die zur effektiven Kühlung bzw. zur Entwärmung von Bauteilen der Leistungs- und Hochleistungselektronik eingesetzt werden kann. In dem System zirkuliert ein elektrisch hoch isolierendes Spezialfluid, genannt SES36, das
durch hohe Siederaten an Mikrostrukturoberflächen die Verlustwärme des Bauteils aufnimmt und diese aus Gerät und Schaltschrank herausführt. Somit ist es möglich, den Schaltschrank hermetisch abzuschließen, die Elektronik vor Verunreinigungen zu schützen und gleichzeitig eine stabile Innentemperatur zu gewährleisten. Auf diese Weise können Schaltschranksysteme mit hohem IP-Schutzgrad auf dem Markt angeboten werden.

Die Siedekühlung gewährleistet den Wärmetransport

Die Siedekühlung ist ein Entwärmungssystem, das nach dem heat pipe - Prinzip arbeitet. Durch
intensives Sieden, bzw. Verdampfen, des elektrisch, hoch isolierenden Spezialfluids SES36, ein Produkt des Solvay-Konzerns, wird die Bauteilwärme in Dampf umgewandelt und so aus Gerät und Schaltschrank herausgeführt. In einem, optional für Luft- oder Wasserkühlung auslegbaren, Kondensator wird der Dampf verflüssigt, anschließend strömt das Kondensat über einen Rücklauf in das Siedemodul zurück, das weiterhin als Kühlplatte bezeichnet wird. In der Kühlplatte sorgen mikrostrukturierte Innenwände für extrem hohe Siederaten, sodass Verlustwärmemengen im kW-Bereich bei stabiler Betriebstemperatur am Bauteil abgeführt werden können. Es können für die Siedekühlung zwei unterschiedliche Betriebsarten genannt werden:
1. Naturumlauf ohne Fluidpumpe, der Kondensator befindet sich oberhalb der Kühlplatte,
Bemerkung: der Naturumlauf wird im Folgenden näher vorgestellt.
2. Zwangsumlauf mit Pumpe; der Kondensator befindet sich unterhalb der Kühlplatte.