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POLY-02: Offenporige Substrate Kostengünstige, aktiv kühlbare Substrate sowohl für Laserdioden als auch für Solarzellen zur einfachen Konfiguration von einer planaren Strahlungsquelle oder einem Solarmodul |
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Ansprüche (Gebrauchsmuster): 1. Konversionseinheit (50/ 50') zur Umwandlung von elektrischer Energie in Strahlungsenergie oder zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie mit wenigstens einer Konversionsanordnung (30/ 30') und wenigstens einer Kühlmittelzu- und -abführeinrichtung (40) mit wenigstens einem der Konversionsanordnung (30/ 30') zugewandten Kühlmittelauslass (45a/ 46a), über den wenigstens ein Kühlmittel der Konversionsanordnung (30/ 30') zugeführt wird, und wenigstens einem der Konversionsanordnung (30/ 30') zugewandten Kühlmitteleinlass (45b/ 46a), über den das Kühlmittel aus der Konversionsanordnung (30/ 30') abgeführt wird, wobei die Konversionsanordnung (30/ 30') mehrere Konversionsmodule (20/ 20') besitzt, die in wenigstens einer Anordnungsrichtung (35/ 35a, 36/ 36a) zumindest abschnittsweise jeweils einander benachbart angeordnet sind, und wenigstens eine Kühlmittelführung aufweist, in dessen Verlauf die Beströmung der Konversionsmodule (20/ 20') mit dem Kühlmittel vorgesehen ist, und die Konversionsmodule (20/ 20') jeweils wenigstens ein elektrisch kontaktierbares, halbleitendes Konversionselement (10/ 10') aufweisen, das Strahlung in wenigstens eine Abstrahlungsrichtung (15, 15a) emittiert beziehungsweise Strahlung aus wenigstens einer Einstrahlungsrichtung (15', 15'a) absorbiert, und wenigstens einen Wärmeleitkörper (21) mit wenigstens einem Wärmeaufnahmeabschnitt (21a), der wenigstens eine Wärmeaufnahmefläche (21*) besitzt, an der das Konversionselement (10) befestigt ist, wenigstens einem Wärmeabgabeabschnitt (21c), der wenigstens eine vom Kühlmittel benetzte Wärmeabgabefläche (26*) zur Wärmeabgabe an das Kühlmittel besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabgabeabschnitt (21c) bezüglich des Wärmeaufnahmeabschnittes (21a) vollständig in wenigstens einer zur Anordnungsrichtung (35/ 35a, 36/ 36a) geneigten Wärmeleitrichtung angeordnet ist, und wenigstens eine, die Wärmeabgabefläche (26*) umfassende Ausnehmung (26/ 26a/ 26b) aufweist sowie wenigstens eine Öffnung (27/ 27a), die auf wenigstens einer, dem Wärmeabgabeabschnitt (21c) des Wärmeleitkörpers (21) eines benachbarten Konversionsmoduls (20) zumindest abschnitts-weise gegenüberliegenden, ersten Außenseite (22/ 22a) angeordnet ist, und mit der Ausnehmung (26/ 26a/ 26b) in Verbindung steht, der Wärmeaufnahmeabschnitt (21a) keine vom Kühlmittel benetzte Fläche aufweist, die Kühlmittelführung Kühlmittelflusspassagen (37) zwischen den Wärmeabgabeabschnitten (21c) von Wärmeleitkörpern (21) benachbarter Konversionsmodule (20) besitzt, für einen ersten Kühlmittelfluss zur Beströmung einer ersten Gruppe einer oder mehrerer Konversionsmodule (20) und einen, zum ersten Kühlmittelfluss strömungstechnisch parallelen, zweiten Kühlmittelfluss zur Beströmung wenigstens einer zweiten Gruppe einer oder mehrerer Konversionsmodule (20) ausgebildet ist, der Wärmeleitkörper (21) wenigstens einen Wärmeleitabschnitt (21b) aufweist, der zwischen dem Wärmeaufnahmeabschnitt (21a) und dem Wärmeabgabeabschnitt (21c) angeordnet ist und wenigstens eine Dichtfläche (24) besitzt, über die zumindest abschnittsweise eine Dichtung erfolgt, die zu einem Einschluss von Kühlmittel in den Kühlmittelflusspassagen (37) beiträgt, und von der Kühlmittelzu- und abführeinrichtung (40) zumindest ein Abschnitt, der den Kühlmittelauslass (45a/ 46a) und/ oder den Kühlmitteleinlass (45b/ 46b) aufweist, in Wärmeleitrichtung abseits der Konversionsanordnung (30/ 30') angeordnet ist. 2. Konversionseinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabgabeabschnitt (21c) eine Vielzahl von Ausnehmungen (26/ 26a/ 26b) mit jeweils wenigstens einer Wärmeabgabefläche (26*) aufweist, die jeweils mit wenigstens einer Öffnung (27/ 27a), die auf wenigstens einer, dem Wärmeabgabeabschnitt (21c) des Wärmeleitkörpers (21) einer benachbarten Halbleiterbaugruppe (20) zumindest abschnittsweise gegenüberliegenden, ersten Außenseite (22/ 22a) angeordnet ist, in Verbindung stehen. 3. Konversionseinheit nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (26/ 26a) jeweils die besagte Öffnung (27/ 27a) aufweisen. 4. Konversionseinheit nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (26/ 26a) sich von der ersten Außenseite (22) in Richtung zu einer der ersten Außen-seite (22) gegenüberliegenden zweiten Außenseite (22a) und/ oder von einer der ersten Außenseite (22) gegenüberliegenden zweiten Außenseite (22a) in Richtung der ersten Außenseite (22) erstrecken. 5. Konversionseinheit nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (26) sich von der ersten Außenseite (22) zu einer der ersten Außenseite (22) gegen-überliegenden zweiten Außenseite (22a) erstrecken, wobei die Ausnehmungen (26) jeweils wenigstens eine erste Öffnung (27) aufweisen, die auf der ersten Außenseite (22) angeordnet ist, sowie wenigstens eine zweite Öffnung (27a), die auf der zweiten Außenseite (22a) angeordnet ist. 6. Konversionseinheit nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabgabeabschnitt (21c) eine erste Gruppe von Ausnehmungen (26) und wenigstens eine zweite Gruppe von Ausnehmungen (26a) besitzt, wobei sich die Ausnehmungen der ersten Gruppe von Ausnehmungen (26) von einem Zwischenraum (48) zwischen der ersten Außenseite (22) und einer der ersten Außenseite (22) gegenüberliegenden zweiten Außenseite (22a) zur ersten Außenseite (22) erstrecken und die Ausnehmungen der zweiten Gruppen von Ausnehmungen (26a) von dem Zwischenraum zur zweiten Außenseite (22a) erstrecken und die Kühlmittelführung für einen ersten Kühlmittelfluss zur Durchströmung der ersten Gruppe von Ausnehmungen (26) und einen zum ersten Kühlmittelfluss strö-mungstechnisch parallelen, zweiten Kühlmittelfluss zur Durchströmung der zweiten Gruppe von Ausnehmungen (26a) ausgebildet ist. 7. Konversionseinheit nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabgabeabschnitt (21c) eine erste Gruppe von Ausnehmungen (26) und wenigstens eine zweite Gruppe von Ausnehmungen (26a) besitzt, wobei sich die Ausnehmungen der ersten Gruppe von Ausnehmungen (26) von der ersten Außenseite (22) in Richtung zu einer der ersten Außenseite (22) gegenüberliegenden zweiten Außenseite (22a) erstrecken und die Ausnehmungen der zweiten Gruppen von Ausnehmungen (26a) von einer der ersten Außenseite (22) gegenüberliegenden zweiten Außenseite (22a) in Richtung der ersten Außenseite (22) erstrecken und die Kühlmittelführung für einen seriellen Kühlmittelfluss zur einander nachfolgenden Durchströmung der ersten Gruppe von Ausnehmungen (26) und der zweiten Gruppe von Ausnehmungen (26a) ausgebildet ist. 8. Konversionseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabgabeabschnitt (21c) zumindest abschnittsweise als Kühlrippenkörper ausgebildet ist, der sich in Wärmeleitrichtung von dem Wärmeaufnahmeabschnitt (21a) wegstehende Kühlrippen (26'/ 26'a) aufweist , zwischen denen für die Aufnahme von Kühlmittel ausgebildete Ausnehmungen (26/ 26a) vorliegen, die über wenigstens eine Öffnung (27/ 27a) mit Kühlmittel beströmbar sind und/ oder aus denen über wenigstens eine Öffnung (27/ 27a) das Kühlmittel abfließen kann. 9. Konversionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (21) wenigstens bereichsweise elektrisch leitfähig ist, der elektrisch leitfähige Be-reich des Wärmeleitkörpers (21) elektrisch mit dem Konversionselement (10) verbunden ist und der Wärmeabgabeabschnitt (21c) wenigstens an von Kühlmittel benetzten Flächen mit wenigstens einer elektrisch nicht leitfähigen, oder einer aus wenigstens einem Refraktärmetall bestehenden Schicht verse-hen ist. 10. Konversionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Konversionselement (10) wenigstens eine, auf einer ersten Seite angeordnete, erste elektrische Kontaktfläche (11) aufweist sowie wenigstens eine, zur ersten elektrischen Kontaktfläche gegenpolige, zweite Kontaktfläche (12). 11. Konversionseinheit nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Kontaktfläche des Konversionselementes (10/ 10') eines ersten Konversionsmoduls (20/ 20') in elektrischer Verbindung steht mit der zweiten elektrischen Kontaktfläche des Konversionselementes eines, dem ersten Konversionsmodul in wenigstens einer Anordnungsrichtung unmittelbar benachbarten, zweiten Konversionsmoduls. 12. Konversionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Gruppen von Konversionsmodulen (20/ 20') gleich der Anzahl von Konversionsmodulen (20/ 20') ist, womit jede Gruppe genau ein Konversionsmodul (20/ 20') aufweist und alle Konversionsmodule (20/ 20') strömungstechnisch parallel durchflossen werden. 13. Konversionseinheit nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelflusspassagen (37) in zur Kühlmittelzu- und Abführeinrichtung zugewandten Richtung geöff-net sind und die Ausnehmungen (26/ 26a) der Konversionsmodule in zur Kühlmittelzu- und Abführeinrichtung zugewandten Richtung geöffnet sind, wobei zulaufseitig das Kühlmittel in die Ausnehmungen (26/ 26a) der Konversionsmodulen (20/ 20') eingebracht wird, aus denen es sich beim Verlassen jeweils in zwei Kühlmittelportionen aufteilt, die durch die Kühlmittelflusspassagen (37) von auf einander gegenüberliegenden Seiten von Konversionsmodulen (20/ 20') eintreten und sich dort mit den Kühlmittelportionen aus den jeweils nächst benachbarten Konversionsmodulen (20/ 20') vereinigen um ablaufseitig die Konversionsanordnung (30) über die Kühlmittelflusspassage (37) zu verlassen. 14. Konversionseinheit nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelflusspassagen (37) in zur Kühlmittelzu- und Abführeinrichtung zugewandten Richtung geöff-net sind und in eine erste Schar von zulaufseitigen und eine zweite Schar von ablaufseitigen Kühlmittelflusspassagen unterteilt sind, wobei sich zulaufseitige und ablaufseitige Kühlmittelflusspassagen in Anordnungsrichtung (35/ 35a, 36/ 36a) einander abwechseln und zulaufseitig das Kühlmittel in den zulaufseitigen Kühlmittelflusspassagen (37) in zwei Kühlmittelportionen aufgeteilt wird, die durch die Ausnehmungen (26/ 26a/ 26b) von auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kühlmittelflusspassage (37) angeordneten Konversionsmodulen (20/ 20') fließen und sich ablaufseitig in den nächst benachbarten ablaufseitigen Kühlmittelflusspassagen (37) mit den Kühlmittelportionen aus den übernächst benachbarten zulaufseitigen Kühlmittelflusspassagen (37) vereinigen, um ablaufseitig die Konversionsanordnung (30) über die ablaufseitigen Kühlmittelflusspassagen (37) zu verlassen. 15. Konversionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsmodule (20/ 20') in einer ersten Schar von Konversionsmodulen (20/ 20') und wenigstens in einer zweiten Schar von Konversionsmodulen (20/ 20') vorliegen, wobei jeweils wenigstens ein Konversionsmodul (20/ 20') der zweiten Schar von Konversionsmodulen (20/ 20) wenigstens einem Konver-sionsmodul (20/ 20') der ersten Schar von Konversionsmodulen (20/ 20) strömungstechnisch nachgeschaltet ist. 16. Konversionseinheit nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Konversionsmodulen (20/ 20') in einer Gruppe von Konversionsmodulen (20/ 20') gleich der Anzahl von Scharen von Konversionsmodulen (20/ 20') ist, so dass sich die Anzahl der Konversionsmodule (20/ 20') insgesamt aus der Multiplikation der Anzahl von Gruppen mit der Anzahl von Scharen von Konversionsmodulen (20/ 20') ergibt. 17. Konversionseinheit nach Anspruch 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (26/ 26a) der Konversionsmodule in zur Kühlmittelzu- und Abführeinrichtung zugewandten Richtung geöffnet sind und die Konversionsmodule (20/ 20') in einer ersten Schar von zulaufseitigen Konversionsmodulen (20/ 20') und in einer zweiten Schar von ablaufseitigen Konversionsmodulen (20/ 20') vorliegen, wobei sich zulaufseitige und ablaufseitige Konversionsmodule in Anordnungsrichtung (35/ 35a, 36/ 36a) einander abwechseln und zulaufseitig das Kühlmittel in die Ausnehmungen (26/ 26a) der zulaufseitigen Konversionsmodulen (20/ 20') eingebracht wird, aus denen es sich beim Verlassen in zwei Kühlmittelportionen aufteilt, die durch die Kühlmittelflusspassagen (37) von auf einander gegenüberliegenden Seiten der zulaufseitigen Konversionsmodulen (20/ 20') fließen und sich ablaufseitig in den nächst benachbarten ablaufseitigen Konversionsmodulen (20/ 20') mit den Kühlmittelportionen aus den übernächst benach-barten zulaufseitigen Konversionsmodulen (37) vereinigen und vereinigt durch die Ausnehmungen (26/ 26a) der ablaufseitigen Konversionsmodulen (20/ 20') fließen, um ablaufseitig die Konversionsanordnung (30) zu verlassen. 18. Konversionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmefläche (21a) oberseitig am Wärmeleitkörper (21) angeordnet ist und die Dichtfläche (24) zumindest abschnittsweise ober- und unterseitig am Wärmeleitkörper (21) angeordnet ist und parallel oder um weniger als 45° zur Wärmeaufnahmefläche (21a) geneigt orientiert ist. 19. Konversionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaufnahmebereich (21a) eine zur Ober- und Unterseite des Wärmeleitkörpers (21) geneigte frontseitige Endfläche (23a) aufweist und die Dichtfläche 24 den Wärmeleitkörper (21) im Wärmeleitabschnitt (21b) umlaufend umgibt und parallel oder um weniger als 45° zur frontseitigen Endfläche (23a) geneigt ist. 20. Konversionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einander in Anordnungsrichtung (35/ 35a, 36/ 36a) benachbarten Konversionsmodulen (20/ 20') ein Zwischenstück (34) angeordnet ist, das die Kühlmittelflusspassage (37) in Form einer Ausnehmung aufweist. 21. Konversionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einander in Anordnungsrichtung (35/ 35a, 36/ 36a) benachbarten Konversionsmodulen (20/ 20') ein Dichtmittel (33) vorliegt, das den Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Dichtflächen (24) benachbarter Konversionsmodule (20/ 20') überbrückt oder zu einer dichten Überbrückung desselben beiträgt und zwischen zwei Dichtmittelbereichen ein als Kühlmittelflusspassage (37) ausgebildeter Frei-raum vorliegt. 22. Konversionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionseinheit ist als Strahlungsquelle (50) ausgebildet ist, wobei die Konversionsanordnung eine Strahlungsemissionsanordnung (30) ist, die Konversionsmodule Strahlung emittierende Halbleiterbau-gruppen (20) sind und die halbleitenden Konversionselemente Strahlung emittierende Halbleiterbauelemente (10) sind. 23. Konversionseinheit nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, dass das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ein Laserdiodenelement (10) ist und die Halbleiterbau-gruppe ein Diodenlaserelement (20) ist. 24. Konversionseinheit nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass das Laserdiodenelement ein kantenemittierendes Laserdiodenelement (10) ist, das auf einer ersten Seite wenigstens eine erste elektrische Kontaktfläche (11) und auf einer, der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite wenigstens eine zweite elektrische Kontaktfläche (12) aufweist sowie eine zur ersten und/ oder zur zweiten Kontaktfläche geneigte Strahlungsaustrittsfläche, aus der im Betrieb Strahlung eine Abstrahlungsrichtung (15/ 15a) emittiert wird, und seitens seiner ersten Seite stoffschlüssig an den Wärmeaufnahmeabschnitt (21a) angebunden ist. 25. Konversionseinheit nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeabgabeabschnitt (21c) zumindest abschnittsweise in Projektion des kantenemittierenden Laserdiodenelementes (10) senkrecht zur Wärmeaufnahmefläche (21*) angeordnet ist, die Wärmeleitrichtung senkrecht zur Wärmeaufnahmefläche (21*) orientiert ist und die Diodenlaserbauelemente (20) in einer Tiefenrichtung (36b) parallel zur Abstrahlungsrichtung (15/ 15a) zumindest abschnittsweise hintereinander angeordnet sind, wobei jeweils das Laserdiodenelement (10) eines einem ersten Diodenlaserbauelement (20) entgegen der Abstrahlungsrichtung unmittelbar benachbarten zweiten Diodenlaserbauelementes (20) gegenüber dem Laserdiodenelement (10) des ersten Diodenlaserbauelementes (20) entgegen der Wärmeleitrichtung versetzt ist. 26. Konversionseinheit nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenlaserbauelemente 20 in einer Stapelrichtung (35/ 35a) senkrecht zur Wärmeaufnahmefläche (21*) und/ oder senkrecht zur Wärmeleitrichtung abschnittsweise übereinander angeordnet sind, und der Wärmeabgabeabschnitt (21c) vollständig außerhalb einer in Stapelrichtung (35/ 35a) weisenden Projektion des kantenemittierenden Laserdiodenelementes (10) angeordnet ist. 27. Konversionseinheit nach Anspruch 24 oder 26 dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenlaserbauelemente 20 in einer Reihenrichtung (36/ 36a) parallel zur Wärmeaufnahmefläche (21*) und/ oder senkrecht zur Wärmeleitrichtung abschnittsweise nebeneinander angeordnet sind, und der Wärmeabgabeabschnitt (21c) vollständig außerhalb einer senkrecht zur Wärmeaufnahmefläche (21*) verlaufenden Projektion des kantenemittierenden Laserdiodenelementes (10) angeordnet ist. 28. Konversionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionseinheit ist als Strahlungsempfänger (50') ausgebildet ist, wobei die Konversionsanordnung eine Strahlungsempfangsanordnung (30') ist, die Konversionsmodule Strahlung absorbierende Halbleiterbaugruppen (20') und die halbleitenden Konversionselemente Strahlung absorbierende Halbleiterbauelemente (10') sind. 29. Konversionseinheit nach Anspruch 28 dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsempfänger als photovoltaischer Generator (50') ausgebildet ist, wobei die Strahlung absorbierenden Halbleiterbaugruppen Solarmodule (20') und die Strahlung absorbierende Halbleiterbauelemente Solarzellen (10') sind. 30. Optische Anordnung (60') mit einer Konversionseinheit (50') nach Anspruch 29 gekennzeichnet durch eine Sammeloptik, die das Strahlenbündel der Sonne mit erhöhter Bestrahlungsstärke auf die Gesamtheit der Solarzellen (10') der Strahlungsempfangsanordnung (30') lenkt. |
