Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
Strömung aus, die für einen guten Übergang der Wärme vom zu kühlenden Bauteil zur Kühlflüssigkeit
sorgt. So kann man bei relativ geringem Druckabfall und Kühlmittelbedarf eine sehr gute
Kühlwirkung erzielen. Nachteilig ist das hohe Risiko, dass sich durch Verschmutzung oder Ablagerungen
Kanäle zusetzen können und der starke Temperaturgradient innerhalb eines Moduls
aufgrund der geringen Wassermenge.
Bild 5.3.20 Schematischer Schnitt durch einen Mikrokanalkühler
Kühlung mit Phasenumwandlung
Die Kühlung mit Phasenumwandlung nutzt die Tatsache, dass zum Verdampfen einer Flüssigkeit
eine – je nach Flüssigkeit mehr oder weniger große – Wärmemenge (Verdampfungswärme) benötigt
wird, um den flüssigen Wärmeträger in den gasförmigen Zustand zu bringen. Kondensiert das
Gas, so wird diese Wärmemenge wieder abgegeben. Gelingt es, diesen Zyklus von Verdampfen
und Kondensieren in einem geschlossenen Behälter in Gang zu halten, so können große Wärmemengen
vom Verdampfungsort zur Kondensationsstelle transportiert werden. Die Schwerkraft
und/oder Kapillarkräfte reichen aus, um den Wärmeträger in Bewegung zu halten, Pumpen sind
nicht erforderlich. Verschiedene Kühlvorrichtungen verwenden die Phasenumwandlung zum Wärmetransport.
Siedebadkühlung
Das Kühlmedium verdampft an den heißen Stellen, zum Beispiel einem Leistungsmodul, Gasblasen
steigen auf und kondensieren am kühleren Gehäuse oder in einem eigenem Kondensator
(Bild 5.3.21).
VORSICHT: Bei zu großer Wärmestromdichte kann sich an der Wärmequelle eine geschlossene
Dampfschicht bilden. Dadurch wird der thermische Kontakt zwischen Quelle und Flüssigkeit unterbrochen,
die Kühlung setzt schlagartig aus (Leidenfrostsches Phänomen) .
Bild 5.3.21 Schema der Siedebadkühlung
Sprühkühlung, Strahlkühlung
Bei diesen Kühlarten wird das flüssige Kühlmedium als Tröpfchen oder als Strahl auf die zu kühlende
Fläche gesprüht (Bild 5.3.22). Teilweise wird auch hier Verdunstungswärme genutzt. Die
Kühlung kann ein- oder beidseitig erfolgen. Die Kühlflüssigkeit verdampft an der Auftrittsstelle und
318