用于冷却至少两个功率电子装置的冷却装置和方法制造方法及图纸

一种用于通过工作流体(61)来冷却至少两个功率电子装置(4)的冷却装置。冷却装置具有脉动热管回路系统(60)的热接收器部分以及提供在热接收器布置(20)的相互相对侧上并且将热接收器部分夹合在它们之间的一对热传导壁。这些壁适合于热连接到功率电子装置的相应功率电子装置。冷却装置还具有散热器布置(40)，其具有脉动热管回路系统(60)的散热器部分以及热耦合到散热器部分的多个鳍片(42)，用于将热量从散热器部分传递给外部冷却流体用于冷却散热器部分中的工作流体。脉动热管回路系统(60)将热接收器部分与散热器部分连接用于通过工作流体的脉动热管作用将热量从热接收器部分传递给散热器部分。

【技术实现步骤摘要】
用于冷却至少两个功率电子装置的冷却装置和方法
本专利技术涉及用于通过工作流体来冷却至少两个功率电子装置的冷却装置。具体来说，本专利技术涉及具有脉动热管回路系统(circuitsystem)的冷却装置，其中工作流体通过脉动热管作用(action)来传输。
技术介绍
由于电气组件的正进行小型化和技术的一般进步，高热通量的热管理成为功率电子装置的关键要求。虽然常规热管证明了对冷却是有效的，但是它们在极高热通量下的功能性被其形状因数和操作极限限制。这些局限性部分通过由Akachi等人(AkachiH.、PolášekF.和ŠtulcP.，PulsatingHeatPipes，Proc.5thInt.HeatPipeSymp.，Melbourne，1996，208-217)所介绍并且在EP2444770A1中所述的不同冷却器类型、脉动热管(PHP)来克服。脉动热管作为基本结构具有带有与常规热管不同的管几何结构的脉动热管回路系统，从而反映工作流体的基本上不同的传输原理，下面要更详细描述。但是，甚至当冷却通过基于脉动热管的冷却装置来执行时，也仍然存在获得仍然更高功率密度和更紧凑配置的需要。
技术实现思路
鉴于上述，提供如权利要求1所述的用于冷却至少两个功率电子装置的冷却装置、如权利要求8所述的功率电子布置、如权利要求11所述的使用以及如权利要求12所述的用于冷却至少两个功率电子装置的方法。本专利技术的其他可能方面通过独立权利要求、下面描述和附图是显而易见的。因此，本专利技术的方面允许安装至少两个功率电子装置,在冷却装置的热接收器布置的每侧上一个，由此允许同时冷却至少两个功率电子装置。由此，能够实现增加的冷却功率密度和/或紧凑配置，同时可降低成本。而且，本专利技术的实施例通过多个功率电子装置的共享冷却允许有效地弄平(levelout)温度不匀性。本专利技术的实施例特别适合于串联连接的功率电子装置。附图说明在下面参照附图更详细描述本专利技术的方面和实施例，附图包括图1A-1D示出可按照本专利技术的方面来使用的脉动热管回路系统的不同示例的示意侧视图；图2A-2C分别以透视图、正视图和水平截面图来示出按照本专利技术的实施例的冷却装置；图3以分解图来示出包含其顶部和底部连接歧管的图2A-2C的冷却装置；图4A-4C示出图示顶部和底部连接歧管的可能备选配置的示意水平截面图；图5A示出具有形成两个热传导壁的公共互连环路的脉动热管回路系统的冷却装置的示意侧视图；图5B示出具有形成每个热传导壁的独立环路的脉动热管回路系统的冷却装置的示意侧视图；图6A和图6B示出具有布置在分别彼此接触和彼此不接触的金属块上的热传导壁对的冷却装置的示意侧视图；图7示出其中通过冷却装置来冷却两个功率电子装置的功率电子布置的示意侧视图；以及图8示出其中按照交替顺序堆叠功率电子装置和冷却装置的功率电子布置的示意侧视图。具体实施方式在下面描述本专利技术的各个方面和实施例。预计无论在具体实施例还是其他特征的上下文中所述的方面的每个能够与任何其他方面相结合。在附图和下面描述中，相同参考数字用于类似元件，以及与相同参考符号相关的任何实施例的描述可适用于任何其他实施例，除非另有提及和/或除非描述将会与那个实施例不一致。脉动热管首先将描述与脉动热管(PHP)相关的一些方面。脉动热管回路系统60的示例在图1A-1D中示出，并且在下面中，即使描述脉动热管的一般方面也参照这些附图的参考数字。脉动热管具有脉动热管回路系统60，其具有毛细管大小的管子(tube)，并且包含工作流体,形成液体-蒸汽塞子(plug)61和段塞(slug)62。能够通过排空管子回路系统60并且然后采用工作流体部分填充它，来得到液体-蒸汽塞子61和段塞62。由于具有毛细管大小的直径的管子，流体自然自行分配到液体-蒸汽塞子61和段塞62中。在操作期间，管子回路系统60的一个部分(热接收器部分)20’接收热量，以及工作流体通过液体-蒸汽系统的脉动作用将热量传递给取出热量所在的另一个部分(散热器部分)40’。又称作脉动热管作用的这个脉动作用是创建大压力波动(在其下，液体-蒸汽塞子61和段塞62在管子回路系统中来回传输)的非均衡浑沌过程。这个过程所要求的非均衡条件通过热接收器部分20’与散热器部分40’之间的温度差来创建。除此之外，不需要外部功率源来发起或维持脉动热管作用。因此，按照本专利技术的一个方面，冷却装置是无源的，即，没有包括任何有源组件、例如用于工作流体的泵。脉动热管与常规热虹吸是基本不同的。一个差异在于脉动热管回路系统60的管子具有(优选地始终)毛细管大小，由此保持液体-蒸汽塞子61和段塞62以及脉动热管作用。具体来说，不存在工作流体的较大体积储液器，即将会充当压力储液器并且由此将会干扰脉动热管作用的体积的储液器。脉动热管共享常规热虹吸的一些优点、例如无源性和可靠性；但是另外，它们因其独特几何结构和热流体传输机制而提供一些具体优点。·基本上不存在工作流体的预定义或优选流向；而是在两个方向上的浑沌移动；这可引起更均匀冷却；·脉动热管作用与重力无关，并且因此脉动热管在任何定向上是可操作的；·低制造复杂度以及只有极少的几何限制引起低成本；·高热负荷以及对应改进紧凑性和/或冷却性能。管子几何结构：如上所述，脉动热管回路系统60的管子具有(优选地始终)毛细管大小。本文中，毛细管大小通过与管子轴向方向垂直的截面平面中的管子的直径来定义。按照优选方面，直径是水力直径，但是直径也能够作为截面几何直径(经过管子中心的最小截面直径)来给出。按照优选方面，直径小于5mm，优选地小于3mm、2mm，或者甚至小于1mm。这些直径对于典型操作条件中的典型工作流体具有大约毛细管大小。按照另一方面，直径小于由工作流体所定义的临界直径。更详细来说，脉动热管在其中工作流体的表面张力是支配的体系中操作。临界直径通过如下条件来定义：管子的直径要如此小(毛细管)，以致于表面张力支配重力。如果管子直径小于直径Dcrit或者其小倍数，则情况是这样，Dcrit给出为其中ρL和ρV分别是液体和蒸汽密度，σLV是工作流体的流体表面张力。这些值在工作流体的操作条件(通常在饱和温度)下获取。如果D<Dcrit，则表面张力趋向为支配的，以及稳定液体段塞如图1A-1D所示地那样形成，从而实现脉动热管作用。另一方面，如果管子直径显著增加到高于Dcrit或者其小倍数，则表面张力降低，并且所有工作流体趋向于通过重力成层，以及热管将不会作为脉动热管进行工作。发现某些条件(非绝热、流动沸腾条件)下的泵浦效应对于Dcrit的高达10倍的直径是可能的，但是较小直径引起更有效脉动热管作用。因此，按照具体方面，管子直径小于10*Dcrit，优选地小于5*Dcrit，更优选地小于2*Dcrit，以及特别优选地小于如以上所定义的Dcrit。按照一个方面，可使用下面工作流体的至少一个：水、乙醇、R134a、R245fa、R1233zd、R1234yf、R1234ze或者其混合。按照一个方面，冷却装置/脉动热管回路系统没有包含用于工作流体的任何大体积储液器,其具有将会充当压力储液器并且将会干扰脉动热管作用的体积。因此，按照一个方面，管子回路系统的管子直径不超过遍及整个管子回路系统的工作流体的上面所定义毛细管大小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过工作流体(61)来冷却至少两个功率电子装置(4)的冷却装置(1)，所述冷却装置包括：‑ 脉动热管回路系统(10，30、50；60)，具有用于所述工作流体的毛细管大小的管子，从而使所述工作流体(61)能够通过脉动热管作用来执行热流体传输；‑ 热接收器布置(20)，包括a) 所述脉动热管回路系统(10；60)的热接收器部分，以及b) 一对热传导壁(20a，20b)，提供在所述热接收器布置(20)的相互相对侧上，并且将所述热接收器部分夹合在它们之间，所述热传导壁(20a，20b)的每个适合于接纳并且热连接到所述功率电子装置(4)的相应功率电子装置，其中所述热传导壁(20a，20b)热耦合到所述热接收器部分，使得在操作状态中，热量经过相应热传导壁(20a，20b)从所述功率电子装置(4)传递给所述热接收器部分，由此加热所述工作流体；以及‑ 散热器布置(40)，包括a) 所述脉动热管回路系统(10；60)的散热器部分，以及b) 多个鳍片(42)，热耦合到所述散热器部分，用于将热量从所述散热器部分传递给外部冷却流体用于冷却所述散热器部分中的所述工作流体，其中所述脉动热管回路系统(10，30，50；60)将所述热接收器部分与所述散热器部分连接用于通过所述工作流体的所述脉动热管作用将热量从所述热接收器部分传递给所述散热器部分。...

【技术特征摘要】
2015.09.24 EP 15186625.81.一种用于通过工作流体(61)来冷却至少两个功率电子装置(4)的冷却装置(1)，所述冷却装置包括：-脉动热管回路系统(10，30、50；60)，具有用于所述工作流体的毛细管大小的管子，从而使所述工作流体(61)能够通过脉动热管作用来执行热流体传输；-热接收器布置(20)，包括a)所述脉动热管回路系统(10；60)的热接收器部分，以及b)一对热传导壁(20a，20b)，提供在所述热接收器布置(20)的相互相对侧上，并且将所述热接收器部分夹合在它们之间，所述热传导壁(20a，20b)的每个适合于接纳并且热连接到所述功率电子装置(4)的相应功率电子装置，其中所述热传导壁(20a，20b)热耦合到所述热接收器部分，使得在操作状态中，热量经过相应热传导壁(20a，20b)从所述功率电子装置(4)传递给所述热接收器部分，由此加热所述工作流体；以及-散热器布置(40)，包括a)所述脉动热管回路系统(10；60)的散热器部分，以及b)多个鳍片(42)，热耦合到所述散热器部分，用于将热量从所述散热器部分传递给外部冷却流体用于冷却所述散热器部分中的所述工作流体，其中所述脉动热管回路系统(10，30，50；60)将所述热接收器部分与所述散热器部分连接用于通过所述工作流体的所述脉动热管作用将热量从所述热接收器部分传递给所述散热器部分。2.如前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其中，所述脉动热管回路系统(10，30，50；60)包括-多个多管元件(10)，各具有多个平行直毛细管(11)；-在所述多管元件(10)的第一热接收器部分侧端(12)处的第一连接歧管(30)，所述第一连接歧管(30)具有按照选择性方式来连接所述毛细管(11)的相应第一端部的第一连接通路(36)；以及-在所述多管元件(10)的第二散热器部分侧端(14)处的第二连接歧管(50)，所述第二连接歧管(50)具有按照选择性方式来连接所述毛细管(11)的相应第二端部的第二连接通路(56)。3.如前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其中，所述脉动热管回路系统(10，30，50；60)包括公共互连环路，其具有接近所述热传导壁对的第一热传导壁(20a)的第一环路区段以及接近所述热传导壁对的第二热传导壁(20b)的第二环路区段，用于降低所述热传导壁对(20a，20b)之间的热不平衡。4.如前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其中，所述脉动热管回路系统(10，30，50；60)包括接近所述热传导壁对的第一热传导壁(20a)的第一环路(6a)以及接近所述热传导壁对的第二热传导壁(20b)的第二环路(6b)，所述第一和第二环路彼此无关。5.如前述权利要求中的任一项所述的冷却装置，其中，所述脉动热管回路系统(10，30，50；60)包括多个多管元件(10)，各具有多个平行直毛...

【专利技术属性】
技术研发人员：F阿戈斯蒂尼，D托雷辛，M哈伯特，B阿戈斯蒂尼，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH