冷卻設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電氣裝置的冷卻設(shè)備，該冷卻設(shè)備包括：發(fā)生器(1)，該發(fā)生器(1)接收來自第一電氣部件(5)的熱負(fù)荷；蒸發(fā)器(2)，該蒸發(fā)器(2)用于接收來自第二電氣部件(6)的熱負(fù)荷；封閉的隔室(9)，該封閉的隔室(9)對主要元件和蒸發(fā)器進(jìn)行封閉；以及吸收器(3)，該吸收器(3)將來自經(jīng)加熱的流體的熱量傳遞至封閉的隔室的外部。為了得到高效且可靠的冷卻設(shè)備，該冷卻設(shè)備包括第一膨脹裝置(11)，該第一膨脹裝置(11)降低流體的壓力并且將流體以液態(tài)和低壓輸送至第二冷卻元件(2)，該第二冷卻元件(2)將來自第二電氣部件(6)的熱量傳遞至所接收的流體，用于蒸發(fā)該流體。
【專利說明】冷卻設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于對電氣裝置進(jìn)行冷卻的冷卻設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]此前已知用于通過使冷卻元件中的液體蒸發(fā)來冷卻電氣裝置的方案，該冷卻元件用于將來自電氣部件的熱量傳遞至冷卻元件的流體通道中的液體。汽化的液體被導(dǎo)引至另一個冷卻元件，在該另一個冷卻元件中熱量傳遞至冷卻劑，從而重新得到液體并且該液體被返回至第一冷卻元件。
[0003]以上描述的方案的問題在于難以冷卻不能產(chǎn)生充分的熱量使液體蒸發(fā)的部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決以上提及的缺陷，從而提供一種用于對電氣裝置進(jìn)行冷卻的高效且可靠的方案。該目的通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的冷卻設(shè)備而實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]下面將通過示例的方式并參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地描述，在附圖中，圖1是冷卻設(shè)備的第一實施方式的框圖。
【具體實施方式】
[0006]圖1是冷卻設(shè)備的第一實施方式的框圖。該冷卻設(shè)備包括具有第一電氣部件5的發(fā)生器I。術(shù)語“發(fā)生器”指的是冷卻電氣部件的熱交換器，并且“發(fā)生器”通過將來自電氣部件的熱負(fù)荷傳遞至發(fā)生器的流體通道中的流體而產(chǎn)生熱量至該流體。該冷卻設(shè)備還包括具有第二電氣部件6的蒸發(fā)器2。術(shù)語“蒸發(fā)器”指的是熱交換器，其通過使用來自電氣部件的熱負(fù)荷來蒸發(fā)蒸發(fā)器的流體通道中的流體而冷卻電氣部件。在示出的實施方式中，已經(jīng)通過示例的方式呈現(xiàn)出第一電氣部件5附接(例如通過散熱膏連接)至發(fā)生器I并且第二電氣部件6附接(例如通過散熱膏連接)至蒸發(fā)器2。因此，發(fā)生器和蒸發(fā)器可以為用于容置電氣部件的基板并且在這些基板中設(shè)置有流體通道(或散熱片)。然而，并不是所有實施方式都需要這樣。可替代的實施方式為發(fā)生器和蒸發(fā)器中的一者或者兩者在外表面上包括鰭狀物，并且熱量通過例如氣流和鰭狀物從各個電氣部件傳遞至相應(yīng)的發(fā)生器或者蒸發(fā)器。在任何情況下，由第一電氣部件5產(chǎn)生的熱量傳遞至發(fā)生器I中的流動通道7中的流體，并且相應(yīng)地，由第二電氣部件6產(chǎn)生的熱量傳遞至蒸發(fā)器2中的流動通道8中的流體。
[0007]第一電氣部件I為工作溫度比第二電氣部件2高的部件。第一電氣部件I可以例如包括高功率電子裝置，比如IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)、Si/ SiC功率模塊(硅樹脂、碳化硅)、LED (發(fā)光二極管)或者其它碳化硅電子部件，其通常具有高工作溫度，比如在3kW下為大約125°C。第二電氣部件2可以例如包括具有低工作溫度的部件，比如像電容器、PCB(印刷電路板)或者電涌放電器之類的無源電氣部件。這些部件在300W下可以具有大約65°C的工作溫度。
[0008]發(fā)生器I和蒸發(fā)器2封閉在封閉的隔室9中。隔室9可以是例如將電氣裝置與周圍環(huán)境封離的電氣柜。在一些應(yīng)用中(比如礦井、海洋或者沙漠)中可能要求高IP(國際保護(hù))級別以便保證有效地防止灰塵或者濕氣停留在封閉的隔室的內(nèi)部。為了保證該封閉的隔室9內(nèi)的有效冷卻，冷卻設(shè)備包括吸收器3，該吸收器3接收來自封閉的隔室9內(nèi)的被加熱的流體。熱量通過吸收器3從流體傳遞至封閉的隔室9的外部。例如，該傳遞可以包括例如通過吸收器3的氣流。因此，吸收器3是將來自所接收的流體的熱量傳遞至周圍環(huán)境的熱交換器。
[0009]具有不同屬性的兩種流體在示出的冷卻設(shè)備內(nèi)循環(huán)。這兩種流體應(yīng)當(dāng)是彼此易混溶的。適合的流體組合為:
[0010]-水和Lifc(溴化鋰)，
[0011]-R134a(l，l，l，2_四氟乙烷)和DMAC( 二甲基乙酰胺)，
[0012]-Rl24 (1-氣代-1,2,2,2-四氣乙燒)和DMAC ( 二甲基乙酸胺)，以及
[0013]-R134a(l，l，l，2_ 四氟乙烷)DMETEG(四乙二醇二甲醚)。
[0014]發(fā)生器I的流體通道7設(shè)置成接收處于高壓下的液態(tài)的第一流體Fl和第二流體F2。從第一電氣部件5接收的熱量被傳遞至流體通道7中的流體。由于該熱量，第二流體F2——第二流體F2比第一流體Fl的蒸發(fā)溫度低——在第一流體Fl保持為液態(tài)時蒸發(fā)。氣態(tài)的汽化第二流體F2經(jīng)由在發(fā)生器I的左上角示出的出口離開流動通道7，并且經(jīng)由管道進(jìn)入第三冷凝器4。保持為液態(tài)的第一流體Fl從發(fā)生器I輸送至吸收器3。用于將第一流體Fl和第二流體F2彼此分離的分離器10可以集成在發(fā)生器I中，或者可替代地，實施為發(fā)生器I與吸收器3之間的外部裝置。該外部分離器可以由具有適合的尺寸和設(shè)置在不同高度的接頭的容器構(gòu)成，使得分離利用重力而實現(xiàn)。
[0015]冷凝器4接收來自發(fā)生器I的氣態(tài)的汽化第二流體F2。在冷凝器4中，第二流體F2被冷卻使得第二流體F2冷凝，在這之后，第二流體F2以液態(tài)輸送至第一膨脹裝置11。可以通過冷凝器4執(zhí)行冷卻，使得冷凝器4將來自第二流體F2的熱量傳遞至從第四冷卻元件吸收熱量的介質(zhì)溫度冷卻劑F3。適合的冷卻劑可以例如是空氣、水、二氧化碳C02、氦氣He或氫氣H2。因此，熱量被傳遞至封閉的隔室9外部的環(huán)境。為此，冷凝器可以具有設(shè)置有鰭狀物的表面，并且熱量經(jīng)由這些鰭狀物傳遞至周圍空氣，例如，傳遞至氣流中。
[0016]第一膨脹裝置11接收處于第一壓力下的液態(tài)的第二流體。壓力降低至比第一壓力低的預(yù)定低壓。適合的低壓可以是根據(jù)作為液體被輸送至第二冷卻元件2的第二流體F2的屬性而選擇的預(yù)定飽和壓力。一個可替代的實施方式為將膨脹裝置實施為呈螺旋形的簡單的毛細(xì)管尺寸的管、閥或者膜，使得經(jīng)過小的容積得到大的壓力下降。
[0017]蒸發(fā)器2的流體通道8接收液態(tài)的第二流體F2。第二流體F2使用來自第二電氣部件2的熱量在流體通道8中被加熱。由于流體F2的低壓，僅需要相對小的第二流體F2的溫升就能夠蒸發(fā)第二流體F2。因此，第二電氣部件6可以獲得足夠的冷卻。汽化的第二流體F2以氣態(tài)并且以低壓輸送至吸收器3。
[0018]吸收器3接收來自發(fā)生器I的液態(tài)的第一流體Fl和來自蒸發(fā)器2的處于汽化的氣態(tài)的第二流體F2。在吸收器3中，第一流體Fl和第二流體F2彼此接觸并且流體被吸收器3冷卻，吸收器3將來自流體的熱量傳遞至從第三冷卻元件吸收熱量的介質(zhì)溫度冷卻劑F3。適合的冷卻劑可以例如是空氣、水、二氧化碳C02、氦氣He或者氫氣H2。因此,熱量被傳遞至封閉的隔室9外部的環(huán)境。為此，該吸收器可以具有設(shè)置有鰭狀物的表面，并且熱量經(jīng)由這些鰭狀物傳遞至周圍空氣，例如傳遞至氣流中。優(yōu)選地，第三冷卻元件和第四冷卻元件釋放大約等量(50% -50% )的熱量至封閉的隔室的外部。
[0019]由于第一流體Fl和第二流體F2已經(jīng)選擇為使得它們是易混溶的，所以氣態(tài)的第二流體F2在吸收器3中被處于液態(tài)的第一流體Fl吸收。第一流體Fl和第二流體F2的混合物從吸收器3供給至發(fā)生器I。
[0020]在圖1的示例中已經(jīng)示出不是在所有實施方式中都需要的附加的部件?？梢园ň哂袃蓚€流體通道13和14的熱交換器12。第一流體通道13將來自吸收器3的第一流體Fl和第二流體F2輸送至發(fā)生器I，并且第二流體通道14將來自發(fā)生器I的第一流體Fl輸送至吸收器3。該熱交換器12使得能夠通過在第一流體Fl到達(dá)吸收器3之前降低第一流體Fl的溫度而提高吸收器3的性能(增大吸收系數(shù))。
[0021]另外，可以使用泵15以便在第一流體Fl和第二流體F2引入至發(fā)生器I之前增加第一流體Fl和第二流體F2的壓力。
[0022]圖1的示例還包括第二膨脹裝置16，第二膨脹裝置16接收來自發(fā)生器的處于第二壓力下的高壓液態(tài)的第一流體F1、降低第一流體Fl的壓力并且將第一流體以液態(tài)和低于第二壓力的低壓輸送至吸收器3。
[0023]為了保證圖1的冷卻設(shè)備最佳地工作，可以關(guān)注各個部件的物理位置。為了得到最佳的結(jié)果，冷凝器4優(yōu)選地位于高于其他部件的位置。發(fā)生器I優(yōu)選地位于較低位置，然而，吸收器3優(yōu)選地位于低于發(fā)生器I的位置。
[0024]為了保證所有情況下流體的高效循環(huán)，應(yīng)當(dāng)滿足下面的關(guān)系:
[0025]Tl > T3 > T2，其中，Tl是第一電氣部件I的工作溫度，T3是對冷凝器4進(jìn)行冷卻的冷卻劑F3的溫度，并且T2是第二電氣部件6的溫度；
[0026]P4+P3 = P1+P2，其中P3和P4分別是從吸收器3和冷凝器4經(jīng)由冷卻劑F3傳遞至設(shè)備的外部的熱負(fù)荷(功率)，P1是由第一電氣部件I產(chǎn)生的熱負(fù)荷并且P2是由第二電氣部件2產(chǎn)生的熱負(fù)荷；
[0027]對吸收器3進(jìn)行冷卻的冷卻劑的溫度與對冷凝器4進(jìn)行冷卻的冷卻劑的溫度大約相同；以及
[0028]泵15的機(jī)械功(W)使得滿足W << P4+P3 = P1+P2。
[0029]通過以上描述的解決方案，雖然不需要高能耗(與常規(guī)泵相比)的壓縮機(jī)，但可以得到能夠利用蒸發(fā)的高效冷卻設(shè)備。相反地，能夠利用來自各個部件的廢熱能來驅(qū)動冷卻循環(huán)。
[0030]要理解的是，以上描述和附圖僅用于說明本發(fā)明。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明可以進(jìn)行變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電氣裝置的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括: 封閉的隔室(9)， 設(shè)置在所述封閉的隔室的內(nèi)部的第一電氣部件(5)和第二電氣部件(6)，所述第二電氣部件(6)的工作溫度比所述第一電氣部件(5)的工作溫度低， 設(shè)置在所述封閉的隔室的外部的吸收器(3)，所述吸收器(3)用于接收來自所述封閉的隔室內(nèi)的經(jīng)加熱的流體，并且用于將來自所述經(jīng)加熱的流體的熱量傳遞至所述封閉的隔室的外部， 設(shè)置在所述封閉的隔室(9)的外部的冷凝器(4)，所述冷凝器(4)用于接收來自所述封閉的隔室內(nèi)的經(jīng)加熱的流體并且用于將來自所述經(jīng)加熱的流體的熱量傳遞至所述封閉的隔室(9)的外部， 設(shè)置在所述封閉的隔室(9)中的發(fā)生器(I)，所述發(fā)生器包括用于接收液態(tài)的第一流體(Fl)和第二流體(F2)的流體通道(7)，所述第一流體(Fl)和所述第二流體(F2)是易混溶的，以利用從所述第一電氣部件(I)接收的熱量來加熱所接收的液體，并向所述冷凝器(4)提供氣態(tài)的汽化的所述第二流體(F2)，并且向所述吸收器(3)提供液態(tài)的所述第一流體(Fl)， 第一膨脹裝置(11)，所述第一膨脹裝置(11)接收處于第一壓力下的來自所述冷凝器(4)的液態(tài)的所述第二流體(F2)，降低所述第二流體(F2)的壓力，并且將所述第二流體(F2)以液態(tài)和低于所述第一壓力的低壓進(jìn)行輸送， 設(shè)置在所述封閉的隔室(9)中的蒸發(fā)器(2)，所述蒸發(fā)器包括設(shè)置成接收來自所述第一膨脹裝置(I)的液態(tài)的所述第二流體(F2)的流體通道(8)，以利用從所述第二電氣部件(6)接收的熱量來蒸發(fā)所述第二流體(F2)，并且將經(jīng)過蒸發(fā)的氣態(tài)的所述第二流體(F2)輸送至所述吸收器(3)， 第二膨脹裝置(16)，所述第二膨脹裝置(16)將來自所述發(fā)生器(I)的液態(tài)的所述第一流體(Fl)輸送至所述吸收器(3)，所述第二膨脹裝置(16)接收處于第二壓力下的所述第一流體(Fl)，降低所述第一流體(Fl)的壓力，并且將所述第一流體(Fl)以低于所述第二壓力的低壓輸送至所述吸收器(3)， 所述吸收器(3)設(shè)置成接收來自所述發(fā)生器(I)的液態(tài)的所述第一流體(Fl)和來自所述蒸發(fā)器(2)的處于汽化的氣態(tài)的所述第二流體(F2)，以通過液態(tài)的所述第一流體(Fl)吸收汽化的所述第二流體(F2)，以便在將來自流體的熱量傳遞至所述封閉的隔室(9)的外部的同時得到易混溶的所述第一流體和所述第二流體的液體，并且向所述發(fā)生器(I)提供液態(tài)的所述第一流體(Fl)和所述第二流體(F2)，以及 泵(15)，所述泵(15)用于增加由所述吸收器(3)提供至所述發(fā)生器(I)的所述第一流體(Fl)和所述第二流體(F2)的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述第一電氣部件(5)包括具有比所述第二電氣部件(6)高的熱損耗的電氣部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述第一電氣部件(5)包括高功率電子裝置，并且所述第二電氣部件(6)包括無源電氣部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻設(shè)備，其特征在于，所述冷卻設(shè)備包括熱交換器(12)，所述熱交換器(12)具有第一流體通道(13)和第二流體通道(14)，所述第一流體通道(13)用于將來自所述吸收器(3)的所述第一流體(Fl)和所述第二流體(F2)輸送至所述發(fā)生器(I)，所述第二流體通道(14)用于將來自所述發(fā)生器(I)的所述第一流體(Fl)輸送至所述吸收 器⑶。
【文檔編號】H05K7/20GK103997875SQ201410052121
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月15日
【發(fā)明者】布魯諾·阿戈斯蒂尼, 弗朗切斯科·阿戈斯蒂尼, ?；ぐＢ羼R, 亞里·松德林, 馬蒂厄·哈貝特 申請人:Abb研究有限公司