蒸发器组件、蒸汽室、以及制造蒸汽室的方法技术

本申请涉及蒸发器组件、蒸汽室组件、以及制造蒸汽室的方法。在一个实施例中，用于蒸汽室的蒸发器组件包含蒸发器表面、从所述蒸发器表面延伸的桩阵列、以及在所述蒸发器表面内的蒸汽通气孔阵列。所述蒸汽通气孔阵列中的每个蒸汽通气孔被构造成所述蒸发器表面内的凹坑。所述蒸发器组件进一步包含设置于所述蒸发器表面、所述桩阵列、以及所述蒸汽通气孔阵列上的多孔层。的多孔层。的多孔层。

【技术实现步骤摘要】
蒸发器组件、蒸汽室、以及制造蒸汽室的方法


[0001]本说明书总体上涉及蒸汽室，更具体地，涉及具有低热阻和高散热的蒸汽室。

技术介绍

[0002]比如电机、功率电子装置、以及微处理器的发热装置生成大量的热量，所述热量应当被移除以确保所述发热装置在低于它们的最大运行温度的温度下运行。随着功率需求的增加和发热构件的尺寸的减小，从发热装置移除热通量变得具有挑战性。
[0003]因此，需要用于从发热装置移除热通量的替代的冷却装置。

技术实现思路

[0004]在一个实施例中，一种用于蒸汽室的蒸发器组件包含蒸发器表面、从所述蒸发器表面延伸的桩阵列、以及在所述蒸发器表面内的蒸汽通气孔阵列。所述蒸汽通气孔阵列中的每个蒸汽通气孔被构造成所述蒸发器表面内的凹坑。所述蒸发器组件进一步包含设置于所述蒸发器表面、所述桩阵列、以及所述蒸汽通气孔阵列上的多孔层。
[0005]在另一个实施例中，一种组件包含蒸发器组件和冷凝器板。所述蒸发器组件包含蒸发器表面、从所述蒸发器表面延伸的桩阵列、以及在所述蒸发器表面内的蒸汽通气孔阵列。所述蒸汽通气孔阵列中的每个蒸汽通气孔被构造成所述蒸发器表面内的凹坑。所述蒸发器组件进一步包含设置于所述蒸发器表面、所述桩阵列、以及所述蒸汽通气孔阵列上的多孔层。所述冷凝器板包含冷凝器表面，其中所述冷凝器表面被结合至所述桩阵列的顶部表面，以使得所述蒸发器组件和所述冷凝器板限定蒸汽室。
[0006]在又一个实施例中，一种制造蒸汽室的方法包含：在蒸发器表面中形成桩阵列和通气孔阵列；对所述蒸发器表面、所述桩阵列、以及所述通气孔阵列施加包含金属颗粒的金属粉末；对所述金属粉末进行烧结以形成多孔层；以及将冷凝器板的冷凝器表面结合至所述桩阵列的顶部表面。
[0007]结合附图，根据下面的详细描述，将更全面地理解本文中所描述的实施例所提供的这些特征和附加特征。
附图说明
[0008]附图中所阐述的实施例本质上是示例说明性和示例性的，并不旨在限制权利要求所限定的主题。当结合以下附图阅读时，可以理解示例说明性实施例的以下详细描述，其中用相同的附图标记来表示相同的结构，其中：
[0009]图1A示意性地描绘根据本文中所描述和示例说明的一个或多个实施例的示例蒸发器组件的顶视立体图，所述示例蒸发器组件具有带桩阵列和通气孔阵列的蒸发器表面；
[0010]图1B示意性地描绘图1A的蒸发器组件的示例桩的顶视立体图；
[0011]图2示意性地描绘根据本文中所描述和示例说明的一个或多个实施例的具有冷凝器表面的示例冷凝器板的底视立体图；
[0012]图3示意性地描绘根据本文中所描述和示例说明的一个或多个实施例的蒸汽室的截面图；
[0013]图4示意性地描绘根据本文中所描述和示例说明的一个或多个实施例的具有桩阵列和蒸汽通气孔阵列的示例蒸发器表面，其中相邻的桩之间的距离以及相邻的蒸汽通气孔之间的距离在所述蒸发器表面上变化；
[0014]图5示意性地描绘根据本文中所描述和示例说明的一个或多个实施例的具有桩阵列和蒸汽通气孔阵列的示例蒸发器表面，其中各个桩的大小和各个蒸汽通气孔的大小在所述蒸发器表面上变化；
[0015]图6以图表形式描绘根据本文中所描述和示例说明的一个或多个实施例的四种不同的蒸汽室设计的总热阻随功率变化的曲线；
[0016]图7以图表形式描绘图6的根据本文中所描述和示例说明的一个或多个实施例的四种不同的蒸汽室设计的加热器温度随功率变化的曲线；
[0017]图8以图表形式描绘图6的根据本文中所描述和示例说明的一个或多个实施例的四种不同的蒸汽室设计的贯穿平面热阻随功率变化的曲线；以及
[0018]图9以图表形式描绘根据本文中所描述和示例说明的一个或多个实施例的制造蒸汽室的示例方法的流程图。
具体实施方式
[0019]总体上参考附图，本公开的实施例涉及冷却装置，所述冷却装置被构造成用于从比如电子装置的发热装置移除热通量的蒸汽室。比如微处理器和功率电子开关装置(“功率电子装置”)的电子装置生成大量的热量，所述热量应当被移除以将电子装置保持在它们的最大运行温度以下。运行温度高于最大运行温度的电子装置有发生故障的风险。冷却装置可以用来移除热通量，以将电子装置(或其它发热装置，比如电机)保持在它的最大运行温度以下。
[0020]在电气化车辆中，宽带隙(WBG:wide band gap)装置(比如碳化硅)可能会取代传统的硅基功率半导体，因为它们具有低功耗和高效率的特征。另外，WBG装置消散更高的热通量(例如，大于1kW/cm2)并且在超过473K的高温下运行。WBG装置的高温运行提供更大的热预算以设计更低成本的且紧凑的冷却系统，比如空气冷却。为了实现紧凑的且高性能的空气冷却系统，热量从热源扩散至散热片起着关键作用。
[0021]蒸汽室为一种冷却装置，所述冷却装置通过冷却流体从液体至气体的相变来移除热通量。通常，蒸汽室为封闭的系统，由此液态冷却流体存在于蒸发器表面上，所述蒸发器表面接收来自发热装置的热通量。这种液态冷却流体的温度升高直至在所述液态冷却流体蒸发成气体并且朝向冷凝器表面运动时达到所述液态冷却流体的沸点。所述冷凝器表面比所述蒸发器表面冷，以使得所述冷凝器表面降低气体的温度，从而使得气体冷凝成液体，所述液体朝向所述蒸发器表面运动返回。在一些情况下，可以提供芯吸结构，以通过毛细管作用使液态冷却流体朝向蒸发器表面运动。传统上，使用蒸汽室散热器来有效地扩散热量；然而，它们的性能受限于在1cm
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1cm的面积上小于大约500W/cm2的热通量。
[0022]蒸汽室的一个重要问题是变干现象。当发热装置的功率使温度升高至液态冷却流体不能足够快地返回至蒸发器表面来冷却发热装置的程度时，会发生变干现象。实际上，蒸
发器表面由于没有液态冷却流体存在而“变干(dry out)”。这使得发热装置的温度升高超过它的最大运行温度。
[0023]本公开的实施例提供一种更有效的蒸汽室，所述蒸汽室显著地提高蒸汽室的变干温度，并且由此显著地提高发热装置的最大运行功率。在实施例中，多孔桩阵列连接蒸发器表面和冷凝器表面，以提供用于使冷凝的液态冷却流体从冷凝器表面返回至蒸发器表面的芯吸路径。进一步，在蒸发器表面内设置蒸汽通气孔阵列，所述蒸汽通气孔提供额外的核化位置并且由此提供冷却流体的更有效的蒸发。桩阵列和蒸汽通气孔阵列的组合使得发热装置能够在高温下运行，同时使变干的风险最小化，比如但不限于以大于600W的运行功率运行。另外，本文中所描述的蒸汽室提供低热阻。特别地，在被评估的所有蒸汽室设计中，本文中所描述的实施例的被测试的蒸汽室消散589W/cm2的最大热通量并且提供0.28K/W的最低总热阻。
[0024]在下面详细描述蒸发器组件、功率电子组件、以及制造蒸汽室的方法的各种实施例。
[0025]现在参考图1A，示意性地示例说明可以与冷凝器板结合使用以形成蒸汽室的示例蒸发器组件110。蒸发器组件110被构造成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于蒸汽室的蒸发器组件，所述蒸发器组件包括：蒸发器表面；从所述蒸发器表面延伸的桩阵列；在所述蒸发器表面内的蒸汽通气孔阵列，其中所述蒸汽通气孔阵列中的每个蒸汽通气孔被构造成所述蒸发器表面内的凹坑；以及设置于所述蒸发器表面、所述桩阵列、以及所述蒸汽通气孔阵列上的多孔层。2.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，所述桩阵列在所述蒸汽通气孔阵列内交错布置。3.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，所述桩阵列中的相邻的桩之间的间距在所述蒸发器表面上变化；以及所述蒸汽通气孔阵列中的相邻的蒸汽通气孔之间的间距在所述蒸发器表面上变化。4.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，所述蒸汽通气孔阵列中的各个蒸汽通气孔的大小和形状二者中的至少一者在所述蒸发器表面上变化。5.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，所述多孔层的厚度在0.20mm与1mm之间，包含端点。6.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，各个蒸汽通气孔的深度在所述蒸发器表面上变化。7.根据权利要求1所述的蒸发器组件，其特征在于，所述桩阵列和所述蒸汽通气孔阵列限定结构阵列，其中所述结构阵列的每一行包含交替的各个桩和各个通气孔。8.一种组合件，包括：蒸发器组件，包括：蒸发器表面；从所述蒸发器表面延伸的桩阵列；在所述蒸发器表面内的蒸汽通气孔阵列，其中所述蒸汽通气孔阵列中的每个蒸汽通气孔被构造成所述蒸发器表面内的凹坑；以及设置于所述蒸发器表面、所述桩阵列、以及所述蒸汽通气孔阵列上的多孔层；以及包括冷凝器表面的冷凝器板，其中所述冷凝器表面结合至所述桩阵列的顶部表面，以使得所述蒸发器组件和所述冷凝器板限定蒸汽室。9.根据权利要求8所述的组合件，其特征在于：所述蒸发器表面设置于蒸发器板上，所述蒸发器板进一步包括热量接收表面；以及所述组合件进一步包括联接至所述热...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：丰田自动车工程及制造北美公司，
类型：发明
国别省市：