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Patent Searching and Data


Title:
COOLING STRUCTURE AND MAIN PART ELEMENT FOR SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/091704
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a main part element (12) for forming a cooling structure (10) for cooling a cooling surface (14) to be cooled. The main part element (12) comprises a cooling medium feed line (20) with an inlet opening (22) for introducing a cooling medium; an edge channel (30) which surrounds the cooling medium feed line (20) in a circumferential direction and which comprises an outlet opening (32) extending along the circumferential direction for discharging the cooling medium; and at least one distributing channel (26) which fluidically connects the cooling medium feed line (20) to the edge channel (30) and runs in the radial direction.

More Like This:
Inventors:
BOSCHERT, Stefan (Brunhildenstr. 2, Neubiberg, 85579, DE)
HEINRICH, Christoph (Gartenstraße 5b, Donauwörth, 86609, DE)
PAPADOPOULOS, Theodoros (Gabelsbergerstraße 55, München, 80333, DE)
Application Number:
EP2018/078040
Publication Date:
May 16, 2019
Filing Date:
October 15, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
F28D7/00; F28D7/12; F28D21/00; F28F1/04; F28F7/02; F28F13/08
Domestic Patent References:
WO2014048726A12014-04-03
WO2011038988A22011-04-07
Foreign References:
US20120063091A12012-03-15
US20060144565A12006-07-06
US4977444A1990-12-11
US20080030194A12008-02-07
Other References:
DRUCKSCHRIFT N. ZUCKERMAN; N. LIOR: "Jet Impingement Heat Transfer: Physics, Correlations, and Numerical Modeling", ADVANCES IN HEAT TRANSFER, vol. 39, pages 565 - 631
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Claims:
Patentansprüche

1. Grundkörperelement (12) zum Bilden einer Kühlstruktur (10) zum Kühlen einer zu kühlenden Kühlfläche (14), wobei das Grundkörperelement (12) umfasst:

eine Kühlmedium-Zuleitung (20) mit einer Einlassöffnung (22) zum Einlassen eines Kühlmediums;

einen die Kühlmedium-Zuleitung (20) in einer Umfangs- richtung umgebenden Randkanal (30) mit einer sich entlang der Umfangsrichtung erstreckenden Auslassöffnung (32) zum Auslassen des Kühlmediums; und

wenigstens einen die Kühlmedium-Zuleitung (20) mit dem Randkanal (30) fluidverbindenden und in Radialrichtung verlaufenden Verteilungskanal (26).

2. Grundkörperelement (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmedium-Zuleitung (20) derart ausgebil¬ det ist, dass im zusammengesetzten Zustand der Kühlstruktur (10) die Strömungsrichtung des Kühlmediums in der Kühlmedium- Zuleitung (20) eine Hauptrichtungskomponente im Wesentlichen senkrecht zu der Kühlfläche (14) aufweist.

3. Grundkörperelement (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (32) an der Außenum- fangsseite (34) des Randbereichs (28) angeordnet ist, sodass im zusammengesetzten Zustand der Kühlstruktur (10) die Strömungsrichtung des Kühlmediums an der Auslassöffnung (32) eine Hauptrichtungskomponente im Wesentlichen in Radialrichtung aufweist, oder

dass die Auslassöffnung (32) an einer der Kühlfläche abzuwendenden Deckseite (36) des Randbereichs (28) angeordnet ist, sodass im zusammengesetzten Zustand der Kühlstruktur (10) die Strömungsrichtung des Kühlmediums an der Auslassöff¬ nung (32) eine Hauptrichtungskomponente im Wesentlichen in Axialrichtung von der Kühlfläche (14) weg aufweist.

4. Grundkörperelement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilungskanal (26) ei- nen sich von der Kühlmedium-Zuleitung (20) weg in Radialrichtung nach außen zu dem Randkanal (30), insbesondere stetig, vergrößernden, insbesondere kreisförmigen, Querschnitt aufweist.

5. Grundkörperelement (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Verteilungskanals (26) sich von 0,4-mal bis 0,6-mal, vorzugsweise 0,5-mal, des

Durchmessers der Einlassöffnung (22) auf 1-mal bis 1,2-mal, vorzugsweise 1,1-mal, des Durchmessers der Einlassöffnung (22) vergrößert.

6. Grundkörperelement (12) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilungskanal (26) kegelstumpfar- tig ausgebildet ist.

7. Grundkörperelement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, dass der Randkanal (30) von der Kühlmedium-Zuleitung (20) einen Abstand aufweist der zwischen dem 2-fachen und 3-fachen, vorzugsweise das 2,5-fache, des Durchmessers der Einlassöffnung (22) beträgt.

8. Grundkörperelement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Randkanals (30) in Radialrichtung betrachtet zwischen 0,2-mal und 0,3-mal, vorzugsweise 0,25-mal, des Durchmessers der Einlassöffnung (22) beträgt.

9. Grundkörperelement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Randkanal (30) eine Höhe zwi¬ schen 0,3-mal und 0,5-mal, vorzugsweise 0,4-mal, der Gesamt¬ höhe des Grundkörperelements (12) aufweist.

10. Grundkörperelement (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundkörperelement (12) von oben betrachtet eine regelmäßig polygonale Grundform, insbesondere eine dreieckige, quadratische, rechteckige, fünfeckige oder sechseckige regelmäßige Grundform aufweist.

11. Kühlstruktur (10) zum Kühlen einer zu kühlenden Kühlfläche (14), umfassend eine Mehrzahl von Grundkörperelementen (12), wobei wenigstens ein, vorzugsweise jedes, Grundkör- perelement (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, wobei Randbereiche (28) benachbarter Grundkör¬ perelemente (12) an deren Außenumfangsseite (34) fluiddicht aneinandergrenzen, so dass die Randkanäle (30) wenigstens ei¬ nen parallel zu der Kühlfläche (14) verlaufenden Kühlkanal (38) bilden.

12. Kühlstruktur (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Kühlmedium-Ableitung (40), die in Fluidverbindung mit dem Kühlkanal (38) steht, um Kühlmedium abzuführen.

13. Kühlstruktur (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche (28) der Grundkörperele¬ mente (12) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die

Grundkörperelemente (12) eine nicht-eben ausgebildete Kühl- fläche (14) lückenlos bedecken.

Description:
Beschreibung

Kühlstruktur und Grundkörperelement hierfür

Die Erfindung betrifft ein Grundkörperelement zum Bilden ei ¬ ner Kühlstruktur zum Kühlen einer zu kühlenden Kühlfläche so wie eine Kombination der Grundkörperelemente, um eine größer Fläche zu kühlen. Die Struktur kann ebenso zum Erwärmen benutzt werden. Nachfolgend wird aber stellvertretend nur von einem Kühlen einer Kühlfläche gesprochen.

Viele Bauteile müssen aktiv gekühlt werden, um sie innerhalb eines festgelegten Temperaturbereichs betreiben zu können. Dazu gehören z.B. elektronische Bauteile, die sich im Betrieb durch elektrische Verluste erwärmen. Ebenso müssen Bauteile, die in direktem Kontakt mit einer heißen Umgebung wie z.B. Brennkammerwände, Turbinenschaufeln und dergleichen aktiv gekühlt werden, sodass sie nicht überhitzen. Die Kühlung kann dabei dadurch erfolgen, dass ein Kühlmedium mit möglichst hoher Wärmekapazität, wie z.B. Wasser, die Wärme abtranspor ¬ tiert und über einen Wärmetauscher (geschlossener Kühlkreislauf) oder in einem offenen System direkt an die Umgebung abgibt. Von entscheidender Bedeutung dabei ist, dass der thermische Widerstand zwischen der heißen Stelle und dem Kühlme ¬ dium möglichst gering ist

WO 2014/0048726 AI offenbart eine Vorrichtung zum Kühlen, insbesondere für Spulen eines Transformators, umfassend: eine im Wesentlichen ebene Matte mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, auf deren beiden Oberflächen Leitungen zum Führen eines Fluids vorgesehen sind, die untereinander durch in der Matte vorgesehene Öffnungen verbunden sind, durch die das Fluid hindurch von den auf der ersten Oberfläche der Matte angeordneten Leitungen in auf der zweiten Oberfläche der Matte angeordnete Leitungen einbringbar ist. Durch den Einsatz einer solchen Vorrichtung kann eine zum Kühlen wird eine hohe Kühleffizienz bei Drosselspulen erreicht und dadurch ei- ne kompakte Bauweise mit einem geringen Gewicht ermöglicht bei gleichzeitiger Herabsetzung der Herstellungskosten.

WO 2011/0038988 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte und auf eine Vorrichtung hergestellt mit dem Verfahren. Die Platten sind mit Ausnehmungen versehen und werden derart angeordnet, dass sich die Ausnehmungen der Platten überlappen und durchgehende Kühlkanäle entlang einer Längsrichtung in einer Ebene der Platten ausgebildet werden. Zwischen den wenigstens zwei Platten wird ein Material zum mechanisch stabilen Zusammenfügen der Platten eingefügt, welches beim zeitlich stabilen Zusammenfügen im Wesentlichen nicht in die Ausnehmungen der Platten eindringt.

US 2008/0030194 AI offenbart ein Gradientenspulensystem für einen Magnetresonanztomographen. Das System hat eine Gradientenspulenschicht und eine Kühlschicht. Die Kühlschicht ist als plattenförmiger Wärmetauscher ausgebildet und zwischen den Gradientenspulenschichten angeordnet.

Neben klassischen Rippenkühlkörpern die von Luft umströmt und an diese die Wärme abgeben, besteht auch die Möglichkeit durch Kühlkanäle in einem Festkörper (Kupfer, Aluminium, Keramik, etc.) das Kühlmedium zu leiten, das die Wärme dann aufnimmt. Aus fertigungstechnischen Gründen werden dafür meist einfache durchgängige Bohrungen verwendet, aber auch mäanderförmige Strukturen sind gängig. Das Kühlmedium wird dabei ggf. mehrfach durch den Kühlblock geleitet, um mehr Wärme abzuführen. Da sich das Medium aber auch erhitzt sinkt die Wärmemenge, die vom Medium aufgenommen werden kann. Dieser Effekt kann teilweise dadurch kompensiert werden, dass warme und kalte Abschnitte des Strömungskanals nah beieinan ¬ derliegen .

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung Kühl ¬ strukturen zu verbessern, insbesondere hinsichtlich ihrer Kühleffizienz, Homogenität und/oder Skalierbarkeit. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung schafft ein Grundkörperelement zum Bilden einer Kühlstruktur zum Kühlen einer zu kühlenden Kühlfläche, wobei das Grundkörperelement umfasst: eine Kühlmedium-Zuleitung mit einer Einlassöffnung zum Einlassen eines Kühlmediums;

einen die Kühlmedium-Zuleitung in einer Umfangsrichtung umgebenden Randkanal mit einer sich entlang der Umfangs- richtung erstreckenden Auslassöffnung zum Auslassen des Kühlmediums; und

wenigstens einen die Kühlmedium-Zuleitung mit dem Randkanal fluidverbindenden und in Radialrichtung verlaufenden Verteilungskanal .

Das Grundkörperelement macht sich das Prinzip des sogenannten Jet Impingement Heat Transfer zunutze. Dabei wird ein Flu- idstrom von einer Öffnung im Wesentlichen senkrecht auf die zu kühlende Fläche geleitet. Dadurch entsteht eine für den Wärmetransport besonders günstige Strömung. Dieses Prinzip ist genauer beschrieben in der Druckschrift N. Zuckerman und N. Lior, „Jet Impingement Heat Transfer: Physics, Correlati- ons, and Numerical Modeling", Advances in Heat Transfer Vol. 39, 565-631, deren Offenbarung hier durch Verweis einbezogen wird. Mehrere Grundkörperelemente können zusammengesetzt wer ¬ den, um eine Kühlstruktur zu bilden. Damit ist Skalierbarkeit gegeben. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung sorgt dafür, dass ein effizienter Wärmetransport möglich ist. Durch Aneinanderreihung der Grundkörperelemente kann auch eine homogene Küh ¬ lung der Kühlfläche erreicht werden, da die Grundkörperele ¬ mente im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Wärmetransporteigenschaften identisch sind. Somit kann auch bei großen Kühlflächen eine homogene Kühlung erreicht werden. Zudem wird eine Anpassbarkeit der Kühlstruktur ermöglicht, da auch unter ¬ schiedliche Formen bei den Grundkörperelementen möglich sind. Somit kann durch die geeignete Wahl der Zusammensetzung eine für den Anwendungsfall maßgeschneiderte Kühlstruktur aus den Grundkörperelementen geschaffen werden.

Es ist bevorzugt, dass die Kühlmedium-Zuleitung derart ausge bildet ist, dass im zusammengesetzten Zustand der Kühlstruktur die Strömungsrichtung des Kühlmediums in der Kühlmedium- Zuleitung eine Hauptrichtungskomponente im Wesentlichen senk recht zu der Kühlfläche aufweist. Durch nahezu senkrechte Einströmung kann die Dicke der thermischen Grenzschicht des Kühlmediums an der Kühlfläche verringert werden. Im Zusammen hang mit dem vergleichsweise kurzen Kontakt zwischen Kühlme ¬ dium und Kühlfläche ergibt sich somit ein hoher Temperaturgradient, was gewöhnlich einen schnelleren Wärmetransport verursacht. Somit kann die Kühleffizienz weiter verbessert werden .

Es ist bevorzugt, dass die Auslassöffnung an der Außenum- fangsseite des Randbereichs angeordnet ist, sodass im zusam ¬ mengesetzten Zustand der Kühlstruktur die Strömungsrichtung des Kühlmediums an der Auslassöffnung eine Hauptrichtungskom ponente im Wesentlichen in Radialrichtung aufweist. Es ist bevorzugt, dass die Auslassöffnung an der der Kühlfläche ab ¬ zuwendenden Deckseite des Randbereichs angeordnet ist, sodas im zusammengesetzten Zustand der Kühlstruktur die Strömungsrichtung des Kühlmediums an der Auslassöffnung eine Hauptrichtungskomponente im Wesentlichen in Axialrichtung von der Kühlfläche weg aufweist. Benachbarte Ströme des Kühlmediums treffen an den Randbereichen aufeinander und können einen so genannten Fontänenbereich ausbilden, in welchem die Strömung weg von der Kühlfläche vergleichsweise stark ist. Wird die Auslassöffnung entsprechen angeordnet, kann die Durchflussge schwindigkeit und damit der Volumenstrom des Kühlmediums ge ¬ steigert werden. Somit ergibt sich eine höhere Kühlleistung und -effizienz.

Es ist bevorzugt, dass der Verteilungskanal einen sich von der Kühlmedium-Zuleitung weg in Radialrichtung nach außen zu dem Randkanal, insbesondere stetig, vergrößernden, insbeson ¬ dere kreisförmigen, Querschnitt aufweist. Es ist bevorzugt, dass der Durchmesser des Verteilungskanals sich von 0,4-mal bis 0,6-mal, vorzugsweise 0,5-mal, des Durchmessers der Ein- lassöffnung auf 1-mal bis 1,2-mal, vorzugsweise 1,1-mal, des Durchmessers der Einlassöffnung vergrößert. Es ist bevorzugt, dass der Verteilungskanal kegelstumpfartig ausgebildet ist. Es ist bevorzugt, dass der Randkanal von der Kühlmedium- Zuleitung einen Abstand aufweist der zwischen dem 2-fachen und 3-fachen, vorzugsweise das 2,5-fache, des Durchmessers der Einlassöffnung beträgt. Es ist bevorzugt, dass die Dicke des Randkanals in Radialrichtung betrachtet zwischen 0,2-mal und 0,3-mal, vorzugsweise 0,25-mal, des Durchmessers der Ein ¬ lassöffnung beträgt. Es ist bevorzugt, dass Randkanal eine Höhe zwischen 0,3-mal und 0,5-mal, vorzugsweise 0,4-mal, der Gesamthöhe des Grundkörperelements aufweist. Durch die vor ¬ stehenden Maßnahmen kann der Volumenstrom des Kühlmediums weiter verbessert werden. Folglich ist die Kühlleistung erhöht .

Es ist bevorzugt, dass das Grundkörperelement von oben be ¬ trachtet eine regelmäßig polygonale Grundform, insbesondere dreieckige, quadratische, rechteckige, fünfeckige oder sechs ¬ eckige regelmäßige Grundform aufweist. Mit den Aufgezählten Grundformen kann beispielsweise eine Kühlfläche mit Grundkör ¬ perelementen lückenlos bedeckt werden. Man spricht hier auch von Parkettierung. Benutzt man eine Kombination unterschiedlicher Grundformen, so können unterschiedliche und auch nicht-ebene Kühlflächen gekühlt werden. Beispielsweise kann eine Kombination aus fünfeckigen und sechseckigen Grundkörperelementen wie ein Fußball angeordnet werden, um so eine Art Kühlkammer zu schaffen.

Die Erfindung schafft ferner eine Kühlstruktur zum Kühlen ei- ner zu kühlenden Kühlfläche, umfassend eine Mehrzahl von

Grundkörperelementen, wobei wenigstens ein, vorzugsweise je ¬ des, Grundkörperelement nach einem der vorhergehenden Ansprü ¬ che ausgebildet ist, wobei Randbereiche benachbarter Grund- körperelemente an deren Außenumfangsseite fluiddicht aneinan- dergrenzen, so dass die Randkanäle wenigstens einen parallel zu der Kühlfläche verlaufenden Kühlkanal bilden.

Vorzugsweise umfasst die Kühlstruktur eine Kühlmedium- Ableitung, die in Fluidverbindung mit dem Kühlkanal steht, um Kühlmedium abzuführen. Die Kühlmedium-Ableitung ist beispielsweise auf die Auslassöffnung aufgesetzt.

Es ist bevorzugt, dass die Randbereiche der Grundkörperele ¬ mente derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Grundkör ¬ perelemente eine nicht-eben ausgebildete Kühlfläche lückenlos bedecken .

Die Kühlstruktur weist im Wesentlichen dieselben Vorteile auf, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Grundkörperele ¬ menten beschrieben wurden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beige ¬ fügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt :

FIG 1 eine Draufsicht auf die Strömungskanäle eines Ausfüh ¬ rungsbeispiels eines Grundkörperelements;

FIG 2 eine Perspektivansicht der Strömungskanäle aus FIG 1 ;

FIG 3 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels ei ¬ ner Kühlstruktur;

FIG 4 eine Perspektivansicht eines weiteren Ausführungsbei ¬ spiels einer Kühlstruktur; und

FIG 5 eine Perspektivansicht einer CFD-Simulation der Kühlstruktur aus FIG 4.

Es wird zunächst auf FIG 1 bis FIG 3 Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel einer Kühlstruktur 10 zeigen. Die Kühl- struktur 10 umfasst eine Mehrzahl von Grundkörperelementen 12. Die Kühlstruktur 10 ist so angeordnet, dass eine zu küh ¬ lende Kühlfläche 14 davon gekühlt werden kann. Die Kühlfläche 14 kann beispielsweise zu einem elektronischen Bauteil gehö- ren. Die Kühlstruktur 10 kann als Kühlmedium ein geeignetes Fluid, insbesondere Wasser oder Öl, verwenden.

Jedes Grundkörperelement 12 umfasst eine Mehrzahl von Strö ¬ mungskanälen 16 für das Kühlmedium, die das Grundkörperele- ment 12 durchziehen. Das Grundkörperelement 12 weist eine he- xagonale Grundform auf. Allerdings sind auch andere Grundfor ¬ men denkbar. Das Grundkörperelement 12 weist einen Zulei ¬ tungsbereich 18 für das Kühlmedium auf. Der Zuleitungsbereich 18 kann an ein Kühlmedium-Reservoir angeschlossen werden, um das Grundkörperelement 12 mit Kühlmedium zu versorgen.

Der Zuleitungsbereich 18 enthält eine Kühlmedium-Zuleitung 20 mit einer Einlassöffnung 22 für das Kühlmedium. Die Kühlmedium-Zuleitung 20 ist im Wesentlichen kreiszylinderförmig aus- gebildet und erstreckt sich in Axialrichtung des Grundkörperelements 12. Auch andere Querschnittsformen sind je nach Anwendung möglich.

An dem der Einlassöffnung 22 gegenüberliegenden Ende der Kühlmedium-Zuleitung 20 sind in einem Verteilbereich 24 eine Mehrzahl von Verteilungskanälen 26 vorgesehen, hier sechs. Die Verteilungskanäle 26 erstrecken sich in Radialrichtung von der Kühlmedium-Zuleitung 20 weg. Die Verteilungskanäle 26 weisen insbesondere einen sich in Radialrichtung stetig ver- größernden Querschnitt auf. Vorzugsweise sind die Vertei ¬ lungskanäle 26 kegelstumpfartig ausgebildet.

Die Verteilungskanäle 26 münden an einem Randbereich 28 in einen Randkanal 30. Ferner ist an dem Randbereich 28 eine Auslassöffnung 32 vorgesehen, die sich entlang der Außenum- fangsseite 34 des Randbereichs 28 oder entlang der in Axial ¬ richtung von der Kühlfläche 14 entfernt liegenden Deckseite 36 erstreckt. Vorliegend weist der Randkanal 30 eine hexago- nale Grundform auf. Mit anderen Worten bildet der Randkanal 30 einen hexagonalen Außenumfang.

Nachfolgend wird auf FIG 3 bis FIG 6 Bezug genommen.

Zum Bilden der Kühlstruktur 10 kann eine Mehrzahl vorgefertigter Grundkörperelemente 12 zusammengesetzt und in Kontakt gebracht werden, um die Kühlfläche 14 lückenlos zu mit Grund ¬ körperelementen 12 zu bedecken. Alternativ ist auch denkbar, die Kühlstruktur 10 mittels additiver Fertigungsverfahren

(Additive-Manufacturing, 3D-Druck) auf die Kühlfläche 14 aufzubringen .

Nach dem Zusammensetzen bilden die Randkanäle 30 eine Mehr- zahl von im Wesentlichen parallel zu der Kühlfläche 14 verlaufenden Kühlkanälen 38.

Zusätzlich wird an der Kühlstruktur 10 wenigstens eine Kühlmedium-Ableitung 40 angebracht, die über die Auslassöffnungen 32 mit den Kühlkanälen 38 bzw. den Randkanälen 30 fluidver- bunden ist.

Die verbleibenden Auslassöffnungen 32 können auf der Deckseite 36 mit einer entsprechend ausgestalteten Deckplatte (hier nicht näher dargestellt) verschlossen werden. Je nach Ausgestaltung der Randbereiche 28 kann auch eine außenumfangssei- tige Seitenwand an der Kühlstruktur 10 angebracht werden, wo ¬ bei die Seitenwand die am Außenumfang der Kühlstruktur 10 gelegenen Grundkörperelemente 12 gegen einen unerwünschten Aus- tritt von Kühlmedium verschließt.

Wie aus FIG 5 ersichtlich findet eine homogene Kühlung der Kühlfläche 14 statt. Dies wird dadurch erreicht, dass das Kühlmedium durch die Einlassöffnung 22 und die Kühlmedium- Zuleitung 20 senkrecht auf die Kühlfläche 14 geleitet wird. Der Strom des Kühlmediums verteilt sich daraufhin über die Verteilungskanäle 26 radial nach außen, bis er auf ein be ¬ nachbartes in entgegengesetzter Richtung strömendes Kühlmedi- um trifft. An diesen Stellen entsteht, wie von Zuckerman et al . beschrieben ein Fontänenbereich, in dem Kühlmedium von der Kühlfläche 14 weg strömt. An diesen Stellen sind auch die Auslassöffnung 32 und die Kühlkanäle 38 vorgesehen. Das Kühlmedium tritt somit durch die Auslassöffnung 32 in die Kühlmittel-Ableitung 40 ein und wird anschließend abgeführt.

Durch diese Strömungsgeometrie kann die Dicke der thermischen Grenzschicht verringert sowie ein möglichst hoher Temperatur ¬ gradient erreicht werden. Insgesamt kann daher der Wär ¬ metransport verbessert und die Kühleffizienz gesteigert wer ¬ den. Zudem kann durch die Formgebung der Grundkörperelemente 12 die Homogenität der Kühlwirkung verbessert und eine ska ¬ lierbare Kühlstruktur 10 geschaffen werden.

Es wurde eine neue Art der Kühlkanäle vorgestellt, bei der das Kühlmedium gleichmäßig über die zu kühlende Fläche zu- und abgeführt wird und somit ein homogeneres Kühlverhalten bei besserer Effizienz verspricht. Die vorgeschlagene Struk ¬ tur umfasst einen Grundkörper mit insbesondere hexagonaler Grundfläche. Die hexagonale Grundfläche erlaubt es, aus die ¬ ser Struktur nahezu beliebig große Flächen zu bedecken (Parkettierung) . Die Zuführung des Kühlmediums erfolgt in der Fläche über Einlässe. Dies kann z.B. durch eine große Kammer realisiert werden, die mit dem kalten Kühlmedium fortlaufend versorgt wird. Der Rückfluss des in der Struktur erwärmten Kühlmediums erfolgt über Rücklaufkanäle entweder zur Seite oder durch eine entsprechende Verrohrung nach oben. In letzterem Fall könnte das erwärmte Kühlmedium durch die Zulauf ¬ kammer geführt werden.

Die Dimensionierung der Struktur (Z.B Größe der Kanäle, Durchmesser, Abmessung der Grundstruktur) sowie die verwendeten Materialien kann für den jeweiligen Anwendungsfall individuell erfolgen. Dabei spielen insbesondere die folgenden Einflussgrößen eine wichtige Rolle: abzuführende Verlustwär ¬ me, Materialverträglichkeit, Kühlmedium, Abmessungen und/oder Bauraum . Merkmale der hier vorgestellten Idee:

Das Kühlmedium wird (nahezu) senkrecht zur kühlenden Fläche zugeführt.

Die Form der Grundkörper ermöglicht Parkettierung der zu kühlenden Fläche. Das erwärmte Kühlmedium wird an den seitlichen Rändern des Grundkörpers abgeführt.

Mit den hierin beschriebenen Maßnahmen können insbesondere die nachfolgenden Vorteile verwirklicht werden. Es sollte be- achtet werden, dass nicht alle Vorteile (gleichzeitig) in al ¬ len Ausführungsarten der Erfindung verwirklicht sein müssen.

Das kalte Kühlmedium trifft senkrecht auf die zu kühlende Fläche und kann dadurch die Dicke der thermischen Grenz- schicht verringern.

Das Kühlmedium wird nach kurzem Kontakt wieder von der kühlenden Fläche weggeführt und hat somit einen hohen Tempera ¬ turgradienten zur kühlenden Fläche.

Es entsteht eine homogene Kühlwirkung über die gesamte zu kühlende Fläche, da überall vergleichbare Verhältnisse vor ¬ liegen . Die Kühlstruktur ist nahezu beliebig auch auf große Flächen skalierbar, da eine Parkettierung aus Grundkörpern erfolgen kann .

Die Kühlstruktur kann an die jeweiligen Anforderungen (Abmes- sungen, Basismaterialien, ...) einfacher angepasst werden.

Die Kühlstruktur ist insbesondere mit Additive-Manufacturing, beispielsweise 3D-Druck, herstellbar. Auch Abwandlungen der Erfindung sind möglich, dazu gehören insbesondere die nachfolgenden Maßnahmen:

Statt einer hexagonalen Grundstruktur sind auch dreieckige oder quadratische Grundelemente denkbar.

Gegebenenfalls durch Kombination von zwei oder mehreren unterschiedlichen Grundkörperformen können weitere Ausgestal tungen verwirklicht werden. Damit sind im Wesentlichen alle Kombinationen mögliche, die eine Parkettierung der zu kühlen den Fläche ermöglichen.

Für gekrümmte Flächen ist beispielsweise auch eine Kombinati ¬ on aus Sechs- und Fünfecken, ähnlich einem klassischen Fußball, denkbar.

Bezugs zeichenliste

10 Kühlstruktur

12 Grundkörperelement

14 Kühlfläche

16 Strömungskanal

18 Zuleitungsbereich

20 Kühlmedium-Zuleitung

22 Einlassöffnung

24 VerteiIbereich

26 Verteilungskanal

28 Randbereich

30 Randkanal

32 Auslassöffnung

34 Außenumfangsseite

36 Deckseite

38 Kühlkanal

40 Kühlmedium-Ableitung