用于电子构件的两相冷却系统技术方案

本发明专利技术涉及用于电子构件的两相冷却系统。提供一种用于冷却至少一个电子和/或电气构件的两相热交换器，其具有蒸发器和冷凝器。蒸发器适于将热从电子和/或电气构件传递到工作流体。冷凝器包括具有第一通道的辊压连结式面板，第一通道具有第一连接端口和第二连接端口。蒸发器具有第二通道以及第一连接开口和第二连接开口。第一通道的第一连接端口连接到蒸发器的一个第一连接开口上，并且第一通道的第二连接端口连接到蒸发器的一个第二连接开口上，并且提供工作流体，以便通过从第二通道通过蒸发器的第一连接开口或第二连接开口流向第一通道，借助于对流将热从蒸发器传输到冷凝器。

【技术实现步骤摘要】
用于电子构件的两相冷却系统
本专利技术涉及电子和电气构件冷却。具体而言，本专利技术涉及用于冷却至少一个电子和/或电气构件的包括蒸发器和冷凝器的两相热交换器，涉及具有电子和/或电气构件和两相热交换器的功率模块，并且涉及在运载工具中使用具有用于冷却电气和/或电子构件的这种热交换器的功率模块。
技术介绍
在电气和电子装置的领域中，使用高效的冷却系统来吸收电气和/或电子构件的欧姆损耗和开关损耗所产生的热，并且传输热，以便防止这些电气或电子构件过热和受损或甚至失效。虽然包括所谓的功率电子构件的电气和电子装置(诸如功率转换器、驱动器和其它电气设备)往往在电功率方面变得越来越强大，但是人们可能认识到那种电气设备有微型化的趋势。这些通常矛盾的要求的结果是不断增加的量的不合需要的废热需要被从这样的设备中抽出且排出到结合到强有力的冷却装置上的适当的热载体，诸如空气流或水循环。换句话说，设备的紧凑型越高，功率密度就越大，并且因而这样的电气设备的热通量就越大。水冷却式系统可典型地处理高功率密度。随着热传递介质(即水)接收热，并且经加热的水从热源传输到散热器以便排出热和冷却水，水冷却式系统借助于对流来传输热。水冷却式系统的缺点在于，它们往往昂贵，易于泄露，并且通常需要至少一个泵送装置。因为泵具有会经历磨损的活动部件，所以泵具有有限的寿命，并且需要维护和维修。另一个缺点在于在泵的突然崩溃的情况下或在其维护期间整个设备的停机时间，从而导致不合需要的收入损失。空气冷却式系统是水冷却式系统的已知备选方案。典型地，这样的空气冷却式系统是包括从基板延伸的翅片的阵列的散热器。虽然空气冷却式系统典型地是无泵的，但是通常需要至少一个风机来使从电气和/或电子构件排出的热负荷离开翅片而传输到空气流，空气流用作热载体。在散热器内，热仅通过传导来传递。在空气中，热负荷通过在垂直于表面的方向上在翅片附近的传导和通过对流来传递。如果在翅片表面和空气之间热传递系数低的话，普通空气冷却式系统的缺点在于需要大的翅片表面。如果可用空间稀少，那么翅片通常彼此间隔仅仅具有小的宽度的翅片间通道。此外，要想到，空气流的速度越高，压降就越高，并且传输空气所需要的风机所产生的噪声的水平就越高。用于避免这些缺点的普遍措施在于例如在通道或管道部分中针对空气流/气流专门有较大横截面。由于该措施，已知的空气冷却式系统且因而整个电气设备往往变得非常庞大，因为散热器通常具有长、厚且因此重的冷却翅片插到空气流中，用于确保可接受的翅片效率，即可接受的热传输。如果翅片间通道宽度小，那么这些翅片间通道往往在脏空气环境(诸如重工业或铁路系统)中会堵塞。此外整个电气设备的庞大性会阻碍微型化装备的趋势。已知借助于两相热交换器的混合冷却式系统利用水冷却式系统和空气冷却式冷却系统两者的优点。另外，这样的两相热交换器的热传递系数较高，并且它们甚至可不需要泵或风机。在W02011/035943 A2中提出具有翅片状冷却面板的这种两相冷却器的示例性实施例，该申请公开了被动回路类型的热虹吸冷却系统。在WO 2011/035943 A2中，公开了有由辊压连结式面板制成的冷凝器的冷却系统的两个不同的概念。在第一概念中，蒸发器和冷凝器在空间上分开，并且仅通过管和/或歧管来连接(参见WO 2011/035943 A2中显示的用于示例性参照的实施例)。在第二概念中，蒸发器和冷凝器在空间上集成到这样的系统上，即，该系统基本上看起来像经典的翅片式散热器，即其具有待冷却的功率电子装置可安装到其上的基板，以及在垂直于基板的方向上从基板延伸的翅片。第二概念(参见WO2011/035943 A2的图11-14中显示的用于示例性参照的实施例)是有利的，因为其允许通过具有类似外观和整体尺寸的两相热虹吸系统代替具有带有典型的翅片式散热器的冷却系统的功率模块。与典型的翅片式散热器相比，根据第二概念的冷却系统的热效率更高，因为翅片中的热不仅通过传导传输，而且还通过在辊压连结式面板(其构成翅片)的通道中流动的两相工作流体的对流传输。翅片热效率高，使得与依赖于已知的上面提到的散热器的普通冷却系统相比，第二概念允许受冷却的功率电子装置以较高的功率和较高的损耗运行。同时，能够通过第二概念以可靠的方式阻止要冷却的电气和/或电子装置的过热。备选地，如果功率电子装置的功率和损耗保持恒定，则更高的冷却效率可提高功率电子装置的寿命和可靠性。虽然第二概念在热方面是令人信服的，并且与第一概念相比，需要在结构上没那么复杂的设计和组件，但是第二概念难以以经济的方式制造。根据第二概念，包括通道的区段的各个面板的下部部分插入基板的专用槽口中。整个基板具有若干槽口，以接收面板，从而在横截面中看时，对基部部分呈现蜂巢状的外观。为了确保良好的热性能，重要的是槽口壁和辊压连结式面板的面板表面之间的热阻是小的。换句话说，辊压连结式面板和基部的槽口壁之间紧密接触较大。甚至对于已知的大规模生产技术而言，槽口的制造以及槽口和辊压连结式面板之间的满意的热接触在经济方面是不够理想的。
技术实现思路
因而本专利技术的目的是简化根据上面提到的第二概念的两相热虹吸系统的辊压连结式面板和基板之间的机械连接，使得可实现更经济的制造工艺。此目的通过根据权利要求1所述的两相热交换器实现。用于冷却至少一个电子和/或电气构件的创造性两相热交换器的基本实施例包括在热方面连接到蒸发器本体上的冷凝器本体。冷凝器本体包括辊压连结式面板，其中，用于相变式工作流体的第一通道布置在第一片材和第二片材之间，使得第一连接端口在一端处限定第一通道，而第二连接端口在另一端处限定第一通道。第一片材通过辊压连结来连接到第二片材上，使得形成辊压连结式面板。蒸发器本体包括第二通道，其中，所述第二通道在一端处由第三连接开口限定，而在另一端处由第四连接开口限定。蒸发器本体包括连接表面，至少一个电子和电气构件在热方面可连接到该连接表面上。另外，第一连接端口连接到第三连接开口上，并且其中，第二连接端口连接到第四连接开口上，使得第一通道和第二通道形成闭环回路，用于将工作流体从蒸发器本体引导到冷凝器本体，以消散热负荷，在热交换器的运行状态中，工作流体在蒸发器本体处接收至少一个电子和电气构件可产生的热负荷。此外，第三连接开口布置在蒸发器本体的第一端部区域中，其中，第四连接开口布置在蒸发器本体的第二端部区域中。如果蒸发器本体具有立方体整体形状，则所述第二端部区域设置在蒸发器本体的与第一端部区域相对的端部上，例如在相对的侧，使得可实现紧凑的热交换器。用语‘连接端口’不应当以限制的方式理解为用于仅表示孔口、孔或开口，而是表示三维元件，例如管或软管，该元件在第一通道和第二通道之间形成回路型通道的一部分，回路型通道形成用于工作流体的流体连接(例如流体管道)。与现有技术装置相比，实现了辊压连结式面板和基板(即蒸发器)之间的机械连接的简化，因为蒸发器本体设计成用作工作流体的实际蒸发器，并且因而是与冷凝器本体完全不同的元件。这个通过第二通道实现，第二通道本身形成用于工作流体的回路的大部分。因此，辊压连结式面板不再包含蒸发器部分，使得不再需要将辊压连结式面板嵌入基板/蒸发器本体中。因此，基板/蒸发器本体不再需要包括用于接收棍压连结式面板的任何槽口。通过这样做，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
?一种用于冷却电子和电气构件(300)中的至少一个的两相热交换器(1)，所述热交换器(1)包括：a)冷凝器本体(100)，其包括多个辊压连结式面板(110)，其中，第一通道(120)布置在第一片材和第二片材之间，使得第一连接端口(142)在一端处限定所述第一通道(120)，而第二连接端口(144)在另一端处限定所述第一通道(120)，其中，所述第一片材通过辊压连结来连接到所述第二片材上，使得各自形成辊压连结式面板(110)，以及b)蒸发器本体(200)，其包括第二通道(220)，其中，所述第二通道(220)在一端处由用于各个辊压连结式面板(110)的第三连接开口(242)限定，而在另一端处由用于各个辊压连结式面板(110)的第四连接开口(244)限定，其中，所述蒸发器本体(200)包括热连接表面(201)，电子和电气构件中的至少一个在热方面能够连接到所述热连接表面(201)上，其中，所述第一连接端口(142)连接到所述第三连接开口(242)上，并且其中，所述第二连接端口(144)连接到所述第四连接开口(244)上，使得所述第一通道(120)和所述第二通道(220)形成用于将工作流体从所述蒸发器本体(200)引导到所述冷凝器本体(100)的回路，以传递热负荷，在所述热交换器(1)的运行状态中，所述工作流体在所述蒸发器本体(200)处接受电子和电气构件(300)中的所述至少一个能够产生的热负荷，并且其中，所述第三连接开口(242)布置在所述蒸发器本体(200)的第一端部区域(202)中，并且其中，所述第四连接开口(244)布置在所述蒸发器本体(200)的第二端部区域(203)中，其中，所述第二端部区域(203)设置在所述蒸发器本体(200)的与所述第一端部区域(202)相对的端部上。...

【技术特征摘要】
1.一种用于冷却电子和电气构件(300)中的至少一个的两相热交换器(I)，所述热交换器⑴包括: a)冷凝器本体(100)，其包括多个辊压连结式面板(110)，其中，第一通道(120)布置在第一片材和第二片材之间，使得第一连接端口(142)在一端处限定所述第一通道(120)，而第二连接端口(144)在另一端处限定所述第一通道(120)， 其中，所述第一片材通过辊压连结来连接到所述第二片材上，使得各自形成辊压连结式面板(110)，以及 b)蒸发器本体(200)，其包括第二通道(220)，其中，所述第二通道(220)在一端处由用于各个辊压连结式面板(110)的第三连接开口(242)限定，而在另一端处由用于各个辊压连结式面板(110)的第四连接开口(244)限定， 其中，所述蒸发器本体(200)包括热连接表面(201)，电子和电气构件中的至少一个在热方面能够连接到所述热连接表面(201)上， 其中，所述第一连接端口(142)连接到所述第三连接开口(242)上，并且其中，所述第二连接端口(144)连接到所述第四连接开口(244)上，使得所述第一通道(120)和所述第二通道(220)形成用于将工作流体从所述蒸发器本体(200)引导到所述冷凝器本体(100)的回路，以传递热负荷，在所述热交换器(I)的运行状态中，所述工作流体在所述蒸发器本体(200)处接受电子和电气构件(300)中的所述至少一个能够产生的热负荷，并且其中，所述第三连接开口(242)布置在所述蒸发器本体(200)的第一端部区域(202)中，并且其中，所述第四连接开口(244)布置在所述蒸发器本体(200)的第二端部区域(203)中， 其中，所述第二端部区域(203)设置在所述蒸发器本体(200)的与所述第一端部区域(202)相对的端部上。2.根据权利要求1所述的两相热交换器，其特征在于，所述第三连接开口(242)和所述第四连接开口(244)布置在所述蒸发器本体(200)的公共边上。3.根据权利要求2所述的两相热交换器，其特征在于，所述公共边布置在所述蒸发器本体(200)上的所述连接表面(201)的相对侧。4.根据权利要求3所述的两相热交换器，其特征在于，所述第一连接端口(142)和所述第二连接端口(144)布置在所述冷凝器本体(100)的第一边(191)处，所述第一边(191)面向所述蒸发器本体(200)的公共表面。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：F阿戈斯蒂尼，M发布里，T格拉丁格，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：