Wie die Leistungselektronik in Wärmepumpen stabil bleibt
Die Leistungselektronik ist ein unverzichtbarer Bestandteil von Wärmepumpen – doch auch sie muss gekühlt werden. Kühlkörper aus Aluminium schaffen Abhilfe.
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Die Leistungselektronik ist ein unverzichtbarer Bestandteil von Wärmepumpen – doch auch sie muss gekühlt werden. Kühlkörper aus Aluminium schaffen Abhilfe.
Die Leistungselektronik in Wärmepumpen sorgt dafür, dass die Geräte möglichst leistungsstark arbeiten. Leistungselektronik sorgt im Wechselrichter und in der Drehzahlregelung des Kompressors dafür, dass der Wirkungsgrad der Wärmepumpe hoch bleibt. Damit sie selbst nicht zum Effizienzproblem wird, halten Kühllösungen die Betriebstemperatur im grünen Bereich. Ein schneller Abtransport ihrer Verlustleistung ist daher maßgeblich für die Effizienz einer Wärmepumpe. Ein Beispiel dafür sind Profilkühlkörper von CTX Thermal Solutions.
Für das Thermomanagement der Leistungselektronik in Wärmepumpen fertigt CTX Aluminiumprofilkühlkörper im Strangpressverfahren. Die Bauart gilt als Klassiker für die Kühlung von Leistungselektronik. Die Kühlkörper verfügen über ein Profil aus Rippen, die in Dichte und Höhe variieren können. Dadurch vergrößert sich die Oberfläche des Kühlkörpers. Die durch Schalt- und Leitprozesse entstehende Wärme wird so mittels natürlicher Konvektion in großen Mengen schnell von den Transistoren weggeführt. Je nach Legierung verfügen die Aluminiumkühlkörper über eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 210 W/mK und können 55 bis 75 °C aufnehmen. Mit Klammern oder Lötpins direkt am Bauteil montiert, halten sie IGBTs und MOSFETs sicher unter deren kritischen Betriebstemperaturen.
Durch Strangpressen ist CTX in der Lage, unterschiedliche Kühlkörpergeometrien und -größen passend für den jeweiligen Kühlbedarf und den jeweiligen Bauraum herzustellen. Das Portfolio an Standardprofilen deckt ein Spektrum von 12 bis 350 mm Breite, 7 bis 135 mm Höhe und einem Gewicht von 0,13 bis 75 kg/m ab. Erfordert eine Applikation eine spezifische Anpassung, übernimmt CTX die Entwicklung eines individuellen Kühlkonzepts.
Sowohl im Standard als auch in der spezifischen Umsetzung ermöglicht das Extrusionsverfahren hohe Stückzahlen in wirtschaftlicher Fertigung für CTX. Eine Werkzeugform gibt das Kühlkörperdesign vor. Durch sie wird erhitztes Metall mit hohem Druck gepresst. Die einzelnen Kühlkörper werden von dem entstehenden Strang nach dem Abkühlen heruntergeschnitten. Somit können mit einer Form beliebig viele Kühlkörper produziert werden.
Mit der Weiterentwicklung der Wärmepumpen könnte auch das Thermomanagement noch relevanter werden. CTX forscht an Konzepten, die auf Kältemittel und Kompressoren verzichten. Sie nutzen den elektrokalorischen Effekt spezieller Materialien: Wird an diesen eine elektrische Spannung angelegt, erwärmen sie sich. Die Elektronik wird hier zum Teil des eigentlichen Wärmeprozesses. Dessen Wirkungsgrad wird damit maßgeblich von der Leistungselektronik und ihrer Kühlung bestimmt. (ab)
