Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
Inhibiertes Glykol und wässrige Lösungen
Aufgrund der Korrosionseigenschaften von Wasser und der meist geforderten Frostsicherheit werden
offene oder geschlossene Kreisläufe mit reinem Wasser kaum angewandt. Ethylen-Glykol-
Wasser (EWG) und Propylen-Glykol-Wasser (PWG) sind die beiden am häufigsten genutzten
Lösungen für Flüssigkeitskühlungsanwendungen. Ethylenglykol hat positive thermische Eigenschaften,
wie zum Beispiel einen hohen Siedepunkt, niedrigen Gefrierpunkt, Stabilität über einen
großen Temperaturbereich hinweg, eine relativ hohe spezifische Wärme und thermische Leitfähigkeit.
Es hat außerdem eine niedrige Viskosität und damit reduzierte Anforderungen an die Rohre.
PGW wird für Anwendungen verwendet, wo Toxizität ein Problem sein könnte. Das in Autos verwendete
Glykol sollte möglichst nicht in einem Kühlsystem oder Wärmetauscher benutzt werden,
da es ein auf Silikaten basiertes Rostschutzmittel enthält. Diese Schutzmittel können fest werden
und sich auf der Oberfläche von Wärmetauschern ablagern und damit deren Effizienz senken. Die
Glykollösungen sollten mit einem Korrosionsschutzmittel versehen sein.
Durch Beimischung von Glykol sinkt das Wärmespeichervermögen der Kühlflüssigkeit ab (z.B.
3,4 J/(kg·K) bei 50% Glykolzusatz und 40°C Kühlflüssigkeitstemperatur). Da auch Viskosität und
spezifisches Gewicht der Kühlflüssigkeit zunehmen, wächst mit steigendem Glykolanteil der thermische
Widerstand R th(s-a)
zwischen Kühlkörper und Kühlflüssigkeit beträchtlich. So muss z.B. gegenüber
reinem Wasser bei 10% Glykolzusatz mit einem Anstieg um etwa 15%, bei 50% Glykol
um 50...60 % und bei 90 % Glykolzusatz mit einer Verdoppelung des R th
gerechnet werden. Diese
Aussagen sind allerdings auch abhängig von den Strömungsverhältnissen im Kühlkörper und der
Temperatur der Kühlflüssigkeit.
Improvement R th(s-a) with 10% Glycol instead of 50%
35%
30%
25%
R th(s-a) [K/W]
20%
15%
10%
5%
0%
0 5 10 15 20 25
l/min
Bild 5.3.17 Untersuchung des Einflusses des Wasser-Glykol-Mischungsverhältnisses auf den R th(s-a)
bei
verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten
5.3.5.3 Montagerichtung und Entlüftung
Bei der Einrichtung des Kühlkreislaufes muss darauf geachtet werden, dass keine Ansammlungen
von Luftblasen die Kühlung lokal unterbinden. Die beste Montagerichtung sind deshalb senkrechte
Kanäle, die schlechteste Montagerichtung sind übereinander liegende waagerechte Kanäle, da
der obere Kanal die Luftblasen sammelt (Bild 5.3.18).
Die bevorzugte Flussrichtung ist aufwärts mit dem Zufluss unten und dem Abfluss oben im Schaltschrank.
Schleifen im Wasserfluss, d.h. eine „auf und ab“ Konstruktion im Schrank, sind ungünstig.
In diesem Fall sind im Kühlkreislauf Entlüftungsventile oberhalb der Leistungshalbleiter notwendig.
Nach Befüllen der Kühlanlage sollte zunächst für längere Zeit (> 0,5 h) ein Testlauf mit
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