[實用新型]一種功率器件的柜體蒸發冷卻裝置

有效

• 申請號: 201220712121.5
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN203120349U
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 阮琳;劉斐輝;李振國;董海虹
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本實用新型涉及一種功率器件的柜體蒸發冷卻裝置。

背景技術

功率器件在工作過程中有較大的損耗，產生熱量使器件或模塊的溫度升高，若不采取冷卻措施，器件的管芯溫度會超過硅片的結溫溫度，管芯會因過熱而燒毀。因此，大功率器件要根據發熱的情況采取不同的冷卻措施以保證其安全工作。

功率器件常用的冷卻方式有加散熱器、冷卻風扇、熱電冷卻器和水冷卻器等。散熱器是由導熱性能良好的鋁（少數為銅）材料制成，大多數是型材，也有一些用鋁板材經冷沖壓制成。應用領域最廣泛，適用于穿孔式器件，也是適用于貼片式器件。在散熱尚不足達到冷卻目的時，加冷卻風扇達到冷卻目的。熱電冷卻器是一種半導體器件，應用較少，主要用于要求封裝的機箱或模塊，但成本較高，耗電量較大。對于大型固定型電子設備，用循環冷水配以溫冷散熱器實現冷卻，冷卻速度快，效果好，但設備體積大，成本高。

蒸發冷卻技術利用低沸點高絕緣性能的冷卻介質的相變帶走被冷卻對象的熱量。冷卻介質具有良好的物理化學特性和絕緣性能，而且可以實現無泵自循環。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種功率器件的柜體蒸發冷卻裝置，用于冷卻低壓電器和電子設備上的主要發熱元件，包括，IGBT、GTO、CPU、GPU，以及內存等。

本實用新型裝置包括多根冷卻管、集汽總管、出汽管、冷凝器、回液管和集液總管。所述的冷卻管中注入蒸發冷卻介質。

本實用新型功率器件的柜體內安裝有各種功率器件的組合。所述的柜體蒸發冷卻裝置中，所述的冷凝器置于低壓電器和電子設備機柜頂部；所述的集液總管位于所述柜體蒸發冷卻裝置的最下方，多根冷卻管位于集液總管和集汽總管之間，連接集液總管和集汽總管；出汽管位于集汽總管的上方，冷凝器的下方；集汽總管通過出汽管和冷凝器相連；冷凝器通過回液管與集液總管相連；冷卻管置于所述柜體的側門夾層中或側門內側，冷卻管為光管或帶有螺紋等具有擴展表面的管子，且冷卻管內充有蒸發冷卻介質；回液管放置位置可根據機柜內結構布置靈活選擇，絕熱回液管可在機柜內空隙安裝，也可置于所述柜體的側門外，然后在底部與集液總管聯通。在所述功率器件的柜體內部的器件處于工作運行狀態下時,柜體內部空氣處于強迫循環狀態下蒸發冷卻，功率器件的柜體是密閉的，極大程度的減小了機房噪音。

所述的功率器件柜體內的主要發熱元件工作時所散發的熱量，通過與之接觸的封閉于柜體內部的空氣強迫對流，將熱量傳遞給冷卻管內的冷卻介質，所述的冷卻介質吸熱升溫。當溫度達到飽和壓力對應的飽和溫度時便沸騰，吸收熱量，從而冷卻空氣，營造一個柜體內的恒溫環境。所述的冷卻管內氣液飽和兩相流體的密度低于回液管中單相液體的密度，從而兩相飽和流體進入集汽總管，再通過出汽管進入冷凝器，在冷凝器內被二次冷卻水或者空氣冷凝成液體，經由回液管進入集液總管，通過集液總管進入冷卻管參與下一輪的循環，如此周而復始形成了一個自循環的封閉式蒸發冷卻裝置。

本實用新型可以與低壓電器和電子設備的空冷系統配合使用，可以使功率器件柜體內的空氣溫度保持一定的水平，從而保證發熱元件的正常運行。

本實用新型的蒸發冷卻裝置是無泵自循環方式，安全可靠行高，同時可以取消機房的空調系統或冷水機組，節約占地，節能降耗。

本實用新型所使用的蒸發冷卻介質是符合環保要求的氟碳類化合物。該介質具有高絕緣性能，即使泄露也不會引起事故。其沸點溫度可以根據功率器件的工作溫度來選取，一般選取沸點溫度范圍為30℃-50℃。

本實用新型使用的冷凝器采用空冷式和水冷式皆可，依據功率器件工作現場而定。

本實用新型適用于發熱量不大的低壓電器和電子設備，包括變頻器、磁盤陣列，超級計算機等。

附圖說明

圖1本實用新型功率器件的柜體蒸發冷卻裝置結構圖。

圖2本實用新型功率器件的蒸發冷卻裝置熱量傳遞示意圖。

具體實施方式

本實用新型的一種實施案例如圖1所示，本實用新型裝置包括多根冷卻管05、一根集汽總管03、一根出汽管02、一個冷凝器01、一根回液管06和一根集液總管04。所述的冷卻管05中注入蒸發冷卻介質。