两相冷却回路制造技术

本发明专利技术涉及两相冷却回路。该冷却回路（１）包括蒸发器（２）和冷凝器（３）。蒸发器（２）和冷凝器（３）由馈送管线（４）和第一返回管线（５）连接。相分离器件（１０）布置于冷凝器（３）的入口侧处。相分离器件（１０）通过第二返回管线（１１）与蒸发器（２）连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特别地用于冷却电力电子装置和电力电气装置中的 至少 一种的两相冷却回路，以及包括这种冷却回路的电力^^莫块。
技术介绍
电力电子装置目前达到了可能会由于散热而造成冷却问题的性 能。近年来，这种装置(如切换元件或类似元件)的功率有所增加，而 所散发的热量也随之增加。两相冷却回路对于冷却这种电子装置是有 效的。由待冷却并与冷却回路接触的电力装置所发出的热加热液体直 到该液体到达其沸腾温度。在蒸发期间液体温度是恒定的，从而限制 了待冷却的装置可达到的最大温度。在蒸发器中设有与发热装置处于热接触的储液器。蒸发器的截面足够 大以构成储液器或池。装置的热致使液体沸腾且因此产生蒸汽并且蒸 汽自蒸发器传送至冷凝器。在冷凝器内该蒸汽被再次冷却以降到沸腾 温度以下。因此，另一相变发生且蒸汽冷凝以再次变成液体。之后， 液体被反馈到蒸发器并再次储存于储液器内。根据上述原理工作的冷却回路(例如)在US 5,195，577中进行了阐述。这种冷却回路的一个问题在于所述蒸发器通常同时也用作如上所述的储液器。这通过构造用作储液器的蒸发器内部容积而实现。同 时使该储液器与发热装置发生热接触。当热量传递到液体时，因此发 生池沸腾。这种池沸腾的问题在于这种蒸发器的热传递性能较差，蒸 发器相当庞大，冷却回路需要较大的流体存量，且冷却回路在高压条 件下难以做到防泄漏。曾试图通过利用多个小直径的管状通道来构造(例如)蒸发器来减 小蒸发器的直径以克服这个缺点。当这些通道的直径低于由所用液体 的类型限定的临界值时，原理自"池沸腾"变成"对流沸腾"或"流 动沸腾"。当发生流动沸腾或对流沸腾时，在蒸发器的出口侧给出气 相或汽相与液相的混合物。这种对流沸腾改进了蒸发器的性能。但另一方面这种对流沸腾具有以下缺点如果为冷凝器馈送气相与液相的 混合物，那么冷凝器的性能会以不利的方式受到影响。因此，为了不 损失冷却回路的总体性能，需要为冷凝器提供纯汽相。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于改进两相冷却回路的总体性能。 根据本专利技术，通过根据独立权利要求的特征的包括蒸发器和与之连接的冷凝器的两相冷却回路以及通过包括至少 一个这样的冷却回路的电力;f莫块来解决这个问题。用语"电力模块"在下文应被理解为包括热连接到根据本专利技术的 至少一个冷却回^f各的至少一个电力电子和/或电力电气装置的组件。此外，用语电力电子和/或电力电气装置以及发热装置在下文中以可互换 的方式使用。独创性的冷却回路的蒸发器和冷凝器由馈送管线和第一返回管 线流体地连接(以流体可在其间流动的方式连接)(fluidly connected)。根 据本专利技术，相分离器件布置于冷凝器的入口侧处。该相分离器件由第 二返回管线连接到蒸发器。根据本专利技术的第 一方面，独创性的两相冷却回路包括在闭环中由 馈送管线且由第一返回管线连接到彼此上的蒸发器和冷凝器。更具体 而言，馈送管线使所述蒸发器的上端与冷凝器的入口侧流体地连接， 而第一返回管线使冷凝器的下端与蒸发器的下端流体地连接。在独创 性冷却回路的运行中，蒸发器至少部分地允许对流沸腾。蒸发器可至 少热连接到发热装置。冷凝器的下端布置成至少处于所述蒸发器(2) 的上端所位于的第一高度水平。相分离器件在所述冷凝器的入口侧布置于馈送管线中并由第二返回管线流体地连接到蒸发器。根据本专利技术，在混合物应用于冷凝器之前，使携带于蒸汽流中的 液相与汽相分离。通过在较大程度上分离汽相与液相，向冷凝器馈送 几乎纯的汽相是可行的，从而保持其性能处于高水平。另一方面，使 用对流沸腾是可行的，从而提高蒸发器的性能。用语几乎纯的汽相应 被理解为包含至少70质量百分比蒸汽的汽相。相分离器件布置于接 近冷凝器的入口侧以便不劣化蒸发器的性能。如果(例如)分离器件直 接位于蒸发器的出口，可能会降低蒸发器的性能。但是，根据本专利技术， 汽相与液相的混合物在首先离开蒸发器后^皮传递到冷凝器的入口区。 此处，将蒸汽馈送到相分离器件，之后几乎纯的汽相被冷凝而不会过 度地影响蒸发器的性能。根据第一优选实施例，冷凝器的下端布置成大约至少处于与所述 蒸发器的上端相同的高度。而且相分离器件位于大约与冷凝器的入口 端口相同的高度。换言之，相分离器件定位成至少处于冷凝器的入口 所位于的第二高度水平。通过这种布置，不仅实现了重力驱动的冷却 回路进行工作而无需任何额外的泵来反馈离开冷凝器的液体，而且也 确保了相分离器件与蒸发器之间的距离足够大以使得蒸发器能以最 佳性能工作。通过保持相分离器件与蒸发器之间的这个距离，仅考虑 蒸发器的热传递和蒸发性能而关于形状和通道大小来调适蒸发器是 可行的。就总体效率而言，认为无泵冷却回路是有利的，因为它们并 不依赖外部能量来驱动泵。若需要，所述第二返回管线使连接蒸发器的出口与冷凝器的输入 侧的馈送管线与连接冷凝器的出口与蒸发器的入口侧的第 一返回管 线短路。离开蒸发器的混合物的液相部分以非常容易的方式被反馈到 在所述冷凝器内产生的液相。使馈送管线与第 一返回管线短路允许在 一方面使用不变的冷凝器且在另一方面使用不变的蒸发器。这使得易 于改进这种冷却回路的总体性能而无需蒸发器和冷凝器的新设计。在冷却回路的一实施例中，相分离器件位于馈送管线中，从而将馈送管线分成使所述蒸发器与所述相分离器件连接的第一部分和使 所述蒸发器与所述冷凝器连接的第二部分，其中第一部分比所述第二 部分更长。这符合如上文所述的相分离器件的优点。重要的是认识到 相分离器件与冷凝器之间的距离小于蒸发器与相分离器件之间的距 离。这是为了确保不存在相分离器件对于蒸发器性能的负面影响。同 时，在某点处将相分离器件插入到馈送管线内是可行的，由此应记住， 有时空间要求防止相分离器件包括(例如)到冷凝器内或冷凝器在入口 侧处的歧管内。另一方面，存在这样的冷却回路的实施例通过将相分离器件直 接布置于冷凝器的入口端口处而使相分离器件至少部分地集成于冷 凝器中。取决于该实施例，相分离器件分别完全地或至少部分地集成 于冷凝器集成中或其入口端口中。取决于第二返回管线的实施例，第 二返回管线具有等于冷凝器高度与蒸发器高度之和的长度，或者基本 上在蒸发器的下端与冷凝器的入口之间延伸。取决于要求，分离器件 至少部分地集成到冷凝器的歧管中是有利的，因为其有助于蒸发器与 相分离器之间的最大距离。证实了如果所述相分离器件具有优化的流动阻力，则将有利于独 创性冷却回路的热效率。需要所述相分离器件在运行中造成的汽化的 工作流体有低压降，因为其不会过度地使两相冷却回路丧失热效率。相分离器件的实施例包括至少一个流动偏转器件，其被布置成在 运行时使汽化的工作流体偏转。这种偏转有利地使得其支持对冷凝的作用，使得工作流体的液滴被引导到返回管线内。特别地，该至少一 个流动偏转器件布置成使得汽化的工作流体在以下方向上偏转该方 向横过靠近相分离器件的馈送管线中的流动方向而延伸；更特别地， 沿着冷凝器下端的大体方向而偏转。如果所述相分离器件为毛细管相分离器，则可实现良好的蒸汽分 离值。8在上文中关于独创性两相冷却回路所提及的优点大体上类似地 适用于下文所公开的电力模块。类似地，关于电力模块所提及的优点 也适用于独创性两相冷却回^各。在本专利技术的另一方面，通过独创性电力才莫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两相冷却回路，其包括由馈送管线（４）和由第一返回管线（５）连接的蒸发器（２）和冷凝器（３），所述馈送管线（４）使所述蒸发器（２）的上端与所述冷凝器（３）的入口侧流体地连接，所述第一返回管线（５）使所述冷凝器（３）的下端与所述蒸发器（２）的下端流体地连接，　其中，所述冷却回路在运行时为闭环冷却回路，且其中所述蒸发器（２）至少部分地允许对流沸腾，且其中所述蒸发器（２）可热连接到至少发热装置，且其中所述冷凝器（３）的下端布置成至少处于所述蒸发器（２）的上端所位于的第一高度 水平，且其中相分离器件（１０，１０’）在所述冷凝器（３）的入口侧处布置于所述馈送管线（４）中，其中所述相分离器件（１０，１０’）由第二返回管线（１１）流体地连接至所述蒸发器（２）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B阿戈斯蒂尼，B耶辛，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]