[發(fā)明專利]電子器件的保護(hù)系統(tǒng)和方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080026342.0
• 申請(qǐng)日: 2010-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN102461354A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 菲利普·E·圖瑪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類號(hào): H05K7/20
• 分類號(hào): H05K7/20;A62C3/16
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 梁曉廣;關(guān)兆輝

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及諸如數(shù)據(jù)中心、電池和功率變換器之類的發(fā)熱電子器件，以及用滅火冷卻劑冷卻所述器件的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

在電子器件的幾乎每種現(xiàn)代應(yīng)用中，散熱對(duì)設(shè)計(jì)人員而言是一個(gè)重要的考慮因素。在便攜式和手持裝置中，例如，希望在增添功能的同時(shí)使裝置小型化，這增加了熱功率密度，使得對(duì)裝置內(nèi)的電子器件和電池的冷卻更具挑戰(zhàn)性。隨著臺(tái)式計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)中心和通信中心的計(jì)算能力的增強(qiáng)，散熱量也隨之增加。電力電子器件如插電式電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車中的牽引逆變器、風(fēng)輪機(jī)、列車發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及各種工業(yè)方法利用在越來(lái)越高的電流和熱流下運(yùn)行的晶體管。

因此，諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)之類的器件與風(fēng)扇一起運(yùn)行，這些風(fēng)扇通過(guò)空氣冷卻諸如微處理器、存儲(chǔ)器、電源等元件所產(chǎn)生的熱量。作為多個(gè)電子器件大網(wǎng)絡(luò)的通信中心和數(shù)據(jù)中心利用大的分散配置型空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可由對(duì)供應(yīng)至器件的空氣進(jìn)行冷卻的多個(gè)風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和泵構(gòu)成。許多熱傳遞方法通常使熱量移動(dòng)至外部空氣或地下水中。電力電子器件通常利用施加至散熱器的大型鼓風(fēng)機(jī)，所述散熱器附接至由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的電力電子器件模塊。

對(duì)于此類器件而言，使用液體冷卻日益普遍。在許多電力電子器件中，所需功率密度使得對(duì)位于其內(nèi)的元件進(jìn)行空氣冷卻不切實(shí)際。在大的數(shù)據(jù)和通信中心中，液體冷卻正在許多熱傳遞方法中替代空氣，以便提高能量效率。盡管有時(shí)使用水或水基系統(tǒng)，但通常使用介電熱傳遞介質(zhì)，因?yàn)槠湓谑褂眠^(guò)程中或在滲漏的情況下不導(dǎo)電。通常，介電介質(zhì)在接收和釋放熱量時(shí)會(huì)在套環(huán)內(nèi)蒸發(fā)和冷凝。這些介質(zhì)包括(例如)全氟化碳(PFC)，包括全氟聚醚(PFPE)、全氟胺(PFA)和全氟醚(PFE)；氫氟醚(HFE)；氫氟烴(HFC)；硅樹脂和烴類。

在一些電子器件中，由器件產(chǎn)生的熱量可達(dá)到閾值，在該閾值處，發(fā)熱會(huì)自動(dòng)加速或處于所謂的逸出狀態(tài)。對(duì)于(例如)諸如電池之類的器件或失效時(shí)變熱的器件而言，這可能是個(gè)問(wèn)題。過(guò)熱可損壞電子器件，或在起火或爆炸的情況下可擴(kuò)散導(dǎo)致大范圍的損壞和損傷。對(duì)于諸如業(yè)務(wù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)中心或應(yīng)急功率變換器的高價(jià)值器件而言，其通常具有輔助滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在檢測(cè)到火焰時(shí)將其撲滅，以保護(hù)人員、信息和昂貴設(shè)備。此類滅火系統(tǒng)通常靠近液體冷卻系統(tǒng)設(shè)置，并且通常將鹵代化學(xué)物質(zhì)用作滅火劑。三氟溴甲烷是一種常見的試劑，其高度消耗臭氧，因此蒙特利爾議定書規(guī)定停止其生產(chǎn)。不消耗臭氧的PFC和HFC可表現(xiàn)出高達(dá)50,000年的大氣壽命值，從而導(dǎo)致高的全球變暖潛能值(“GWP”)。GWP是在指定的整合時(shí)間范圍上相對(duì)于由一(1)千克CO₂所致的變暖而言，由釋放一(1)千克樣品化合物所致的合計(jì)潛在變暖。

發(fā)明內(nèi)容

期望具有還提供防火的熱管理系統(tǒng)。還期望具有包括不會(huì)損壞電子元件的滅火劑的熱管理系統(tǒng)。另外，期望具有包括冷卻劑、滅火劑組合的熱管理系統(tǒng)，所述冷卻劑、滅火劑組合具有低全球變暖潛能值。

在一個(gè)方面，提供了一種保護(hù)系統(tǒng)，其包括：發(fā)熱電子設(shè)備；包括至少一種再循環(huán)熱管理流體的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于傳遞來(lái)自發(fā)熱電子設(shè)備的熱量；和位于熱管理系統(tǒng)中的閥門，其被設(shè)計(jì)為響應(yīng)于刺激而使熱管理流體的至少一部分通過(guò)閥門從熱管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，并且到達(dá)發(fā)熱電子設(shè)備上或附近的火焰，其中所述熱管理流體包含滅火劑。

在另一方面，提供了一種對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行熱管理和防火的方法，其包括：提供電子設(shè)備；用包括至少一種再循環(huán)熱管理流體的熱管理系統(tǒng)對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行熱管理；感測(cè)電子設(shè)備中或附近的火焰；響應(yīng)于對(duì)電子設(shè)備中或附近火焰的感測(cè)而打開熱管理系統(tǒng)中的閥門；將熱管理流體通過(guò)閥門從熱管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到電子設(shè)備上或附近的火焰；和撲滅火焰，其中所述熱管理流體包含滅火劑。

在本公開中：

“發(fā)熱電子器件”是指單獨(dú)的電子設(shè)備(例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、手持電話、鋰離子電池等)、這些設(shè)備內(nèi)的元件(例如IC芯片、功率晶體管等)以及包括許多電子設(shè)備的系統(tǒng)(例如數(shù)據(jù)中心、通信中心等)；

“熱管理流體”和“傳熱流體”以及“傳熱介質(zhì)”在本文中可互換使用，并且是指可將熱量從一個(gè)位置傳遞到另一個(gè)位置的流體；并且

“熱接觸”是指兩種具有不同溫度的元件靠近彼此設(shè)置使得熱量可從較熱元件流向較冷元件的狀態(tài)。