[發(fā)明專利]用于電子構(gòu)件的兩相冷卻系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310245985.X | 申請日： | 2013-06-20 |
| 公開（公告）號： | CN103517620B | 公開（公告）日： | 2018-04-27 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | F.阿戈斯蒂尼;M.發(fā)布里;T.格拉丁格 | 申請（專利權(quán)）人： | ABB技術(shù)有限公司 |
| 主分類號： | H05K7/20 | 分類號： | H05K7/20 |
| 代理公司： | 中國專利代理(香港)有限公司72001 | 代理人： | 李強,嚴志軍 |
| 地址： | 瑞士*** | 國省代碼： | 暫無信息 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 用于 電子 構(gòu)件 兩相 冷卻系統(tǒng) | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電子和電氣構(gòu)件冷卻。具體而言，本發(fā)明涉及用于冷卻至少一個電子和/或電氣構(gòu)件的包括蒸發(fā)器和冷凝器的兩相熱交換器，涉及具有電子和/或電氣構(gòu)件和兩相熱交換器的功率模塊，并且涉及在運載工具中使用具有用于冷卻電氣和/或電子構(gòu)件的這種熱交換器的功率模塊。
背景技術(shù)
在電氣和電子裝置的領(lǐng)域中，使用高效的冷卻系統(tǒng)來吸收電氣和/或電子構(gòu)件的歐姆損耗和開關(guān)損耗所產(chǎn)生的熱，并且傳輸熱，以便防止這些電氣或電子構(gòu)件過熱和受損或甚至失效。雖然包括所謂的功率電子構(gòu)件的電氣和電子裝置(諸如功率轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器和其它電氣設(shè)備)往往在電功率方面變得越來越強大，但是人們可能認識到那種電氣設(shè)備有微型化的趨勢。這些通常矛盾的要求的結(jié)果是不斷增加的量的不合需要的廢熱需要被從這樣的設(shè)備中抽出且排出到結(jié)合到強有力的冷卻裝置上的適當?shù)臒彷d體，諸如空氣流或水循環(huán)。換句話說，設(shè)備的緊湊型越高，功率密度就越大，并且因而這樣的電氣設(shè)備的熱通量就越大。
水冷卻式系統(tǒng)可典型地處理高功率密度。隨著熱傳遞介質(zhì)(即水)接收熱，并且經(jīng)加熱的水從熱源傳輸?shù)缴崞饕员闩懦鰺岷屠鋮s水，水冷卻式系統(tǒng)借助于對流來傳輸熱。水冷卻式系統(tǒng)的缺點在于，它們往往昂貴，易于泄露，并且通常需要至少一個泵送裝置。因為泵具有會經(jīng)歷磨損的活動部件，所以泵具有有限的壽命，并且需要維護和維修。另一個缺點在于在泵的突然崩潰的情況下或在其維護期間整個設(shè)備的停機時間，從而導致不合需要的收入損失。
空氣冷卻式系統(tǒng)是水冷卻式系統(tǒng)的已知備選方案。典型地，這樣的空氣冷卻式系統(tǒng)是包括從基板延伸的翅片的陣列的散熱器。雖然空氣冷卻式系統(tǒng)典型地是無泵的，但是通常需要至少一個風機來使從電氣和/或電子構(gòu)件排出的熱負荷離開翅片而傳輸?shù)娇諝饬?，空氣流用作熱載體。在散熱器內(nèi)，熱僅通過傳導來傳遞。在空氣中，熱負荷通過在垂直于表面的方向上在翅片附近的傳導和通過對流來傳遞。如果在翅片表面和空氣之間熱傳遞系數(shù)低的話，普通空氣冷卻式系統(tǒng)的缺點在于需要大的翅片表面。如果可用空間稀少，那么翅片通常彼此間隔僅僅具有小的寬度的翅片間通道。此外，要想到，空氣流的速度越高，壓降就越高，并且傳輸空氣所需要的風機所產(chǎn)生的噪聲的水平就越高。用于避免這些缺點的普遍措施在于例如在通道或管道部分中針對空氣流/氣流專門有較大橫截面。由于該措施，已知的空氣冷卻式系統(tǒng)且因而整個電氣設(shè)備往往變得非常龐大，因為散熱器通常具有長、厚且因此重的冷卻翅片插到空氣流中，用于確?？山邮艿某崞?，即可接受的熱傳輸。如果翅片間通道寬度小，那么這些翅片間通道往往在臟空氣環(huán)境(諸如重工業(yè)或鐵路系統(tǒng))中會堵塞。此外整個電氣設(shè)備的龐大性會阻礙微型化裝備的趨勢。
已知借助于兩相熱交換器的混合冷卻式系統(tǒng)利用水冷卻式系統(tǒng)和空氣冷卻式冷卻系統(tǒng)兩者的優(yōu)點。另外，這樣的兩相熱交換器的熱傳遞系數(shù)較高，并且它們甚至可不需要泵或風機。在WO2011/035943 A2中提出具有翅片狀冷卻面板的這種兩相冷卻器的示例性實施例，該申請公開了被動回路類型的熱虹吸冷卻系統(tǒng)。在WO 2011/035943 A2中，公開了有由輥壓連結(jié)式面板制成的冷凝器的冷卻系統(tǒng)的兩個不同的概念。在第一概念中，蒸發(fā)器和冷凝器在空間上分開，并且僅通過管和/或歧管來連接(參見WO 2011/035943 A2中顯示的用于示例性參照的實施例)。在第二概念中，蒸發(fā)器和冷凝器在空間上集成到這樣的系統(tǒng)上，即，該系統(tǒng)基本上看起來像經(jīng)典的翅片式散熱器，即其具有待冷卻的功率電子裝置可安裝到其上的基板，以及在垂直于基板的方向上從基板延伸的翅片。第二概念(參見WO 2011/035943 A2的圖11-14中顯示的用于示例性參照的實施例)是有利的，因為其允許通過具有類似外觀和整體尺寸的兩相熱虹吸系統(tǒng)代替具有帶有典型的翅片式散熱器的冷卻系統(tǒng)的功率模塊。與典型的翅片式散熱器相比，根據(jù)第二概念的冷卻系統(tǒng)的熱效率更高，因為翅片中的熱不僅通過傳導傳輸，而且還通過在輥壓連結(jié)式面板(其構(gòu)成翅片)的通道中流動的兩相工作流體的對流傳輸。翅片熱效率高，使得與依賴于已知的上面提到的散熱器的普通冷卻系統(tǒng)相比，第二概念允許受冷卻的功率電子裝置以較高的功率和較高的損耗運行。同時，能夠通過第二概念以可靠的方式阻止要冷卻的電氣和/或電子裝置的過熱。備選地，如果功率電子裝置的功率和損耗保持恒定，則更高的冷卻效率可提高功率電子裝置的壽命和可靠性。
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