用于功率模塊的冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于功率模塊(或一些其他功率電子器件裝置)的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)具有用于循環(huán)冷卻流體的封閉的流動(dòng)路徑。所述流動(dòng)路徑具有降低至低于大氣壓強(qiáng)的壓強(qiáng)。所述冷卻流體沿著所述流動(dòng)路徑循環(huán)，以提供對(duì)功率模塊的冷卻。所述流動(dòng)路徑通過設(shè)置在所述流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間與外部環(huán)境界定開，所述空間對(duì)于所述冷卻流動(dòng)路徑是封閉的，所述空間對(duì)于外部環(huán)境是封閉的。所述流動(dòng)路徑具有低于大氣壓強(qiáng)的壓強(qiáng)，在流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間被抽真空，且典型地具有低于流動(dòng)路徑中的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)。
【專利說明】用于功率模塊的冷卻系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于功率轉(zhuǎn)換模塊或一些其他功率電子器件裝置的冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及諸如頻率轉(zhuǎn)換器等功率轉(zhuǎn)換模塊。本發(fā)明另外涉及一種用于操作用于功率轉(zhuǎn)換模塊或一些其他功率電子器件裝置的冷卻系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)熱部件(尤其是諸如半導(dǎo)體功率模塊等電子部件)的冷卻，通常通過使發(fā)熱部件與基板接觸來(lái)完成。這樣的基板可能通過橫跨翅片式散熱片的空氣流或通過在其基板中傳導(dǎo)冷卻劑的內(nèi)腔被冷卻。
[0003]保持導(dǎo)熱路徑盡可能短且沒有高熱阻的界面(諸如設(shè)置例如熱油脂等熱界面)是有利的。為了避免使用這樣的熱界面，已知借助于例如流體分配元件直接將液體冷卻劑引入到發(fā)熱部件的表面上，所述流體分配元件使得冷卻劑沿著將被冷卻的表面循環(huán)。
[0004]這樣的實(shí)施例的問題是必須將密封設(shè)置在分配器系統(tǒng)和將被冷卻的表面之間，用于防止流體泄漏。這樣的泄漏是不期望的，因?yàn)橹T如水(通常使用的冷卻劑)等傳導(dǎo)性流體的釋放可能導(dǎo)致在電子環(huán)境中的大的破壞。更好的密封可以通過膠粘、焊接而被提供，或以其他方式永久地將分配器固定至將被冷卻的元件。然而，這不是優(yōu)選的方案，因?yàn)槠渥柚垢鼡Q失效的電子部件或容易地清洗流體分配器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是能夠提供具有更好和/或更簡(jiǎn)單的冷卻性能的用于冷卻功率模塊和其他功率電子器件裝置的冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明的目的可以可替代地或另外地是提供具有更好和/或更簡(jiǎn)單的冷卻系統(tǒng)的功率模塊和其他功率電子器件裝置。
`[0006]根據(jù)本發(fā)明的上述第一目的，本發(fā)明提供了一種用于功率電子器件裝置(諸如功率模塊)的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括:用于循環(huán)冷卻流體(所述冷卻流體典型地基于水)的封閉的流動(dòng)路徑；用于沿著所述流動(dòng)路徑循環(huán)所述流體的裝置(例如泵)，以提供對(duì)功率電子器件裝置的冷卻；和冷凝器，其中所述冷卻流體在經(jīng)過功率電子器件裝置之后流至冷凝器，所述冷卻流體在經(jīng)過冷凝器之后流至功率電子器件裝置；所述流動(dòng)路徑具有被降低至低于在外部環(huán)境中占主導(dǎo)地位的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)(所述在外部環(huán)境中占主導(dǎo)地位的壓強(qiáng)典型地是大氣壓強(qiáng))；且所述流動(dòng)路徑通過設(shè)置在所述流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間與外部環(huán)境界定開，所述空間相對(duì)于所述流動(dòng)路徑是封閉的，所述空間相對(duì)于外部環(huán)境是封閉的，且所述空間被(至少部分地)抽真空。
[0007]本發(fā)明還提供了一種使用冷卻系統(tǒng)冷卻功率電子器件裝置(諸如功率模塊)的方法，所述方法包括:使冷卻流體圍繞封閉的流動(dòng)路徑從功率電子器件裝置通至冷卻系統(tǒng)的冷凝器和從冷凝器通至功率電子器件裝置，其中所述流動(dòng)路徑具有被降低至低于在外部環(huán)境中占主導(dǎo)地位的壓強(qiáng)(典型地是大氣壓強(qiáng))的壓強(qiáng)；和將設(shè)置在流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間部分地抽真空。在本發(fā)明的許多形式中，將所述空間部分地抽真空的步驟可能導(dǎo)致所述空間具有低于流動(dòng)路徑和外部環(huán)境兩者的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)。所述部分地將所述空間抽真空的步驟可以包括使用泵(諸如噴射器泵)。
[0008]因此，用于功率模塊或一些其他功率電子器件裝置的冷卻系統(tǒng)和用于利用這樣的冷卻系統(tǒng)冷卻功率模塊或一些其他功率電子器件裝置的方法被描述，所述冷卻系統(tǒng)具有用于循環(huán)冷卻流體的封閉流動(dòng)路徑，所述流動(dòng)路徑具有被降低至低于大氣壓強(qiáng)的壓強(qiáng)。冷卻流體被沿著流動(dòng)路徑循環(huán)，以提供對(duì)功率電子器件裝置的冷卻。流動(dòng)路徑通過設(shè)置在所述流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間與外部環(huán)境界定開，所述空間對(duì)于所述冷卻流動(dòng)路徑是封閉的，所述空間對(duì)于外部環(huán)境是封閉的。所述流動(dòng)路徑具有低于大氣壓強(qiáng)的壓強(qiáng)，流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間被抽真空，且典型地具有低于流動(dòng)路徑中的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)。
[0009]在使用中，當(dāng)靠近功率電子器件裝置時(shí)，冷卻流體至少部分地在流動(dòng)路徑中蒸發(fā)，由此從功率電子器件裝置移除熱量。冷卻流體之后在返回到功率電子器件裝置附近的區(qū)域以被再次蒸發(fā)之前被冷凝器冷凝。能量通過冷凝器被從所述系統(tǒng)移除。
[0010]冷卻流體典型地基于水。在泵吸式的兩相系統(tǒng)中將水用作制冷劑解決了與通常的兩相冷卻相關(guān)的許多問題，諸如低壓，且冷卻流體的壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)消除了通常與兩相冷卻相關(guān)聯(lián)的任何變形的問題。另外，維護(hù)性變得更簡(jiǎn)單，沒有對(duì)環(huán)境不友好的制冷劑溢出。功率模塊的更換對(duì)于維修技術(shù)人員變得可行。另外，水是非常環(huán)境友好的，水不是易燃的，不是毒性的，沒有臭氧損耗問題(ODP)或全球變暖問題(GWP)。
[0011]所述空間可以針對(duì)于冷卻流體通過至少兩個(gè)墊圈對(duì)于外部環(huán)境和流動(dòng)路徑兩者封閉，所述墊圈中的兩個(gè)都優(yōu)選地由彈性體墊圈制成，所述墊圈中的至少一個(gè)，可能是兩個(gè)，可透過空氣。
[0012]利用雙墊圈,在所述空間的每一側(cè)上一個(gè)墊圈，即一個(gè)墊圈朝向外部環(huán)境，一個(gè)墊圈朝向用于冷卻流體的封閉的流動(dòng)路徑，和通過對(duì)在所述兩個(gè)墊圈之間的空間抽真空來(lái)在所述空間中保持真空(或至少部分的真空)具有能夠使用例如橡膠等標(biāo)準(zhǔn)墊圈材料和其他彈性體而不管所述墊圈中的一者或兩者可以透過空氣的事實(shí)的優(yōu)點(diǎn)。
[0013]所述空間可以具有低于流動(dòng)路徑和外部環(huán)境的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)。通過舉例的方式，所述空間可以具有10-50毫巴量級(jí)的壓強(qiáng)，所述流動(dòng)路徑可以具有200毫巴量級(jí)的壓強(qiáng)。外部環(huán)境典型地在大氣壓強(qiáng)(1000毫巴的量級(jí))下。當(dāng)然，在本發(fā)明的可替代的實(shí)施方式中，其他的壓強(qiáng)是可行的。
[0014]通過對(duì)所述空間抽真空在所述空間中保持部分的真空具有的優(yōu)點(diǎn)是:冷卻流體的從流動(dòng)路徑的任何泄漏是至被抽真空的空間的泄漏而不是至外部環(huán)境的泄漏。另外，從外部環(huán)境的任何泄漏將進(jìn)入到被抽真空的空間中。由此，任何泄漏將不會(huì)對(duì)在流動(dòng)路徑中保持真空具有損壞作用或僅有受限制的損壞作用。
[0015]泵可以設(shè)置用于降低在所述空間中的壓強(qiáng)。在本發(fā)明的一些形式中，泵是噴射器泵。噴射器泵可以利用輔助流體的移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生用于降低在所述空間中的壓強(qiáng)的部分真空。輔助流體還可以用于冷卻在上述的封閉的流動(dòng)路徑中的冷卻流體。輔助冷卻流體可以是水。輔助冷卻流體可以通過用于另一應(yīng)用中的冷卻系統(tǒng)被預(yù)先加熱。通過舉例的方式，輔助冷卻流體可以是用在加熱系統(tǒng)中的流體(諸如水)，使得預(yù)先加熱流體不僅幫助從被冷卻的功率電子器件裝置移除熱量，而且還有用地用于加熱系統(tǒng)中。
[0016]在使用中，冷卻流體可以具有特定的壓強(qiáng)，流動(dòng)路徑可以設(shè)置有用于控制冷卻流體的壓強(qiáng)的裝置，用于保持冷卻流體的特定壓強(qiáng)。
[0017]在本發(fā)明的一些形式中，功率電子器件裝置包括基板，其中流動(dòng)路徑配置成冷卻所述基板。然而，這不是唯一可行的布置。例如，流動(dòng)路徑可以包括一段，該段在功率電子器件裝置內(nèi)部延伸，由此冷卻流體從功率電子器件裝置的內(nèi)部冷卻功率模塊。可替代地或另外，流動(dòng)路徑可以具有沿著功率電子器件裝置自身延伸的段，由此冷卻流體從功率電子器件裝置的外邊界冷卻功率電子器件裝置。
[0018]流動(dòng)路徑可以具有包括熱管的段，冷卻流體通過熱管中的冷卻流體的蒸發(fā)至少部分地冷卻功率電子器件裝置。
[0019]流動(dòng)路徑可以具有沿著電介質(zhì)冷卻通道延伸的段，所述冷卻流體通過在電介質(zhì)冷卻通道中的冷卻流體的蒸發(fā)至少部分地冷卻功率電子器件裝置。
[0020]功率電子器件裝置可以嵌于冷卻系統(tǒng)中，使得流動(dòng)路徑的一部分沿著功率電子器件裝置延伸，所述冷卻流體由此從功率電子器件裝置的外邊界冷卻功率電子器件裝置。
[0021]冷卻流體的流量可以被控制成使得冷卻流體的液體部分在冷卻液體沿著靠近功率電子器件裝置(如果設(shè)置有，例如設(shè)置在基板中)的流動(dòng)路徑經(jīng)過時(shí)僅被部分地蒸發(fā)，導(dǎo)致了冷卻流體的液相和氣相的混合物。
[0022]流動(dòng)路徑可以具有沿著膨脹水箱延伸的段，流體連接建立在流動(dòng)路徑和膨脹腔之間，其條件是冷卻液體由于蒸發(fā)而膨脹，冷卻流體能夠至少部分地用蒸發(fā)后的冷卻流體的氣體填充膨脹腔。
[0023]流動(dòng)路徑可以包括平均橫截面面積在Imm2和IOOmm2之間的微通道。流動(dòng)路徑可以包括平均橫截面面積在Imm2和25_2之間的微通道。當(dāng)然，在本發(fā)明的可替代實(shí)施例中其它尺寸是可行的。
[0024]在本發(fā)明的一些形式中，冷卻流體可以包括抗凍劑，抗凍劑從與水混合的添加劑或未與水混合的添加劑選擇，用于降低冷卻流體的凍結(jié)溫度?？箖鰟┛梢允躯}。降低冷卻流體的凍結(jié)溫度導(dǎo)致了功率模塊能夠在低于水的凍結(jié)溫度的溫度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0025]冷卻系統(tǒng)可以包括能夠容納冷卻流體的氣體成分的貯存器，如果冷卻液體的氣體成分沒有出現(xiàn)在冷卻系統(tǒng)中，所述貯存器沒有冷卻流體。當(dāng)冷卻系統(tǒng)處于操作中時(shí)，貯存器可以例如設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的高的水平處，優(yōu)選地設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的頂部。貯存器可以設(shè)置有突出部(bulge)，該突出部設(shè)置在冷卻流體和沒有冷卻流體的貯存器腔之間。用于容納冷卻流體的可能的氣體的貯存器的優(yōu)點(diǎn)是，冷卻流體或冷卻流體的至少一部分能夠由于冷卻流體的全部或一部分的可能的蒸發(fā)而在冷卻系統(tǒng)中的壓強(qiáng)沒有增大以導(dǎo)致對(duì)冷卻系統(tǒng)自身的損壞的情況下蒸發(fā)。另外，用于容納冷卻流體的氣體的貯存器增大了冷卻系統(tǒng)用作熱虹吸管的可能性。尤其是因?yàn)槔鋮s系統(tǒng)包含水，所以壓強(qiáng)損失必然由于蒸發(fā)的程度對(duì)任何壓強(qiáng)損失非常敏感而受限制。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的上述第二目的，本發(fā)明提供了具有如上所闡述的冷卻系統(tǒng)的功率模塊(諸如頻率轉(zhuǎn)換器)。冷卻系統(tǒng)典型地形成了功率模塊的組成部分。
[0027]因此，本發(fā)明提供了功率模塊(諸如頻率轉(zhuǎn)換器)，該功率模塊包括冷卻系統(tǒng)(典型地形成了功率模塊的組成部分)，其中所述冷卻系統(tǒng)包括:用于循環(huán)冷卻流體的封閉的流動(dòng)路徑(所述冷卻流體典型地基于水)；用于沿著所述流動(dòng)路徑循環(huán)所述流體的裝置(例如泵)，以提供對(duì)功率模塊的冷卻；和冷凝器，其中:所述冷卻流體在經(jīng)過功率模塊之后流至冷凝器，所述冷卻流體在經(jīng)過冷凝器之后流至功率模塊；所述流動(dòng)路徑具有被降低至低于在外部環(huán)境中占主導(dǎo)地位的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)；和所述流動(dòng)路徑通過設(shè)置在所述流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間與外部環(huán)境界定開，所述空間對(duì)于所述冷卻流動(dòng)路徑是封閉的，所述空間對(duì)于外部環(huán)境是封閉的，且所述空間被抽真空。
[0028]功率模塊可以具有多個(gè)散熱部件，至少一些散熱部件包括位于散熱部件內(nèi)部的蒸發(fā)器。
[0029]功率模塊的冷卻系統(tǒng)可以具有用于沿著流動(dòng)路徑泵吸冷卻液體的泵。
[0030]功率模塊的冷卻系統(tǒng)可以被定向成用作熱虹吸管。
[0031]在本發(fā)明的一些形式中，冷卻系統(tǒng)配置成使得功率電子器件裝置(例如諸如頻率轉(zhuǎn)換器等功率模塊)被設(shè)置成使得功率模塊的操作者僅需要將冷卻水連接至冷卻系統(tǒng)的入口和出口。操作者可以選擇任何種類的水，例如非鹽水或鹽水，而不考慮冷卻系統(tǒng)是否能夠利用用于冷卻功率模塊的水。該冷卻水用于冷卻冷卻流體，該冷卻流體被圍繞冷卻系統(tǒng)的封閉的流動(dòng)路徑循環(huán)。所述冷卻水(有時(shí)稱為輔助冷卻流體)還可以用在本發(fā)明的一些實(shí)施例的噴射器泵中，用于降低在流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間中的壓強(qiáng)。
[0032]本發(fā)明的上述第一目的和/或第二目的可以通過用于根據(jù)本發(fā)明的操作冷卻系統(tǒng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括控制冷卻流體的流量的步驟，使得冷卻流體的液體部分在冷卻液體沿著基板中的流動(dòng)路徑經(jīng)過時(shí)僅被部分地蒸發(fā)，這導(dǎo)致在冷卻流體離開基板的流動(dòng)路徑時(shí)冷卻流體的液體和冷卻流體的氣體的混合物。
[0033]利用自循環(huán)或泵吸的或蒸汽壓縮或這些的組合來(lái)通過相轉(zhuǎn)變以冷卻功率模塊，但是控制冷卻流體的流量，使得冷卻流體僅被部分地蒸發(fā)，其優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)化的熱傳遞和/或橫跨被冷卻的功率模塊的表面的大致均一的溫度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]之后將參考附圖描述本發(fā)明，其中圖1-6是顯示出冷卻系統(tǒng)的一部分的特定實(shí)施例的高度示意性的視圖，具體地:
[0035]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的冷卻系統(tǒng)的框圖；
[0036]圖2顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的冷卻系統(tǒng)的剖視圖；
[0037]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的冷卻系統(tǒng)的放大圖；
[0038]圖4是圖3的冷卻結(jié)構(gòu)的平面視圖；
[0039]圖5顯示可以用在本發(fā)明的一些實(shí)施例中的噴射器泵；和
[0040]圖6是包含根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的噴射器泵的冷卻系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的冷卻系統(tǒng)的框圖，整體上由參考標(biāo)記I顯示。冷卻系統(tǒng)I包括將被冷卻的物體2、分配器4、冷凝器6和泵8。將被冷卻的物體2是功率電子器件裝置，諸如功率模塊。
[0042]冷卻流體被從泵8引導(dǎo)至分配器4的入口。所述冷卻流體至少部分地在分配器4中蒸發(fā)，由此從物體2移除了熱量。蒸發(fā)后的冷卻流體在出口處離開分配器4，并且被引導(dǎo)至冷凝器6。冷凝器6使冷卻流體返回至其液體狀態(tài)，并且液態(tài)的冷卻流體被通過泵8泵吸返回至分配器4的入口。
[0043]這樣，借助于冷卻流體的蒸發(fā)(或部分蒸發(fā))從物體2移除熱量。能量被通過冷凝器6從冷卻流體移除。這樣的兩相冷卻結(jié)構(gòu)比典型的單相的液體冷卻系統(tǒng)能夠從物體2移除更多的熱量。
[0044]圖2顯示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的冷卻系統(tǒng)的一部分的剖視圖，整體上由參考標(biāo)記10表示。冷卻系統(tǒng)10包括將被冷卻的物體2和上文所述的冷卻系統(tǒng)I的分配器4。如下文進(jìn)一步描述的，更加詳細(xì)地顯示出分配器4。
[0045]如在冷卻系統(tǒng)10中所示，分配器4包括入口 12、出口 14和通道16。在使用中，冷卻流體(成液體形式)到達(dá)入口 12且被引導(dǎo)至通道16。在通道中，液體至少部分地蒸發(fā)，由此從將被冷卻的物體2移除熱量。流體經(jīng)由出口 14從通道流出。從出口 14，至少部分地蒸發(fā)的流體被引導(dǎo)至冷凝器6 (未在圖2中顯示)，在其中流體被冷凝。冷凝后的流體之后通過泵8(未在圖2中顯示)引導(dǎo)返回至入口 14。
[0046]冷卻流體通常是水。使用水具有許多優(yōu)點(diǎn)，諸如易于維修和當(dāng)與其他可能的制冷劑相比時(shí)水是相對(duì)環(huán)境友好的事實(shí)。使用水的問題在于通道16必須保持在比環(huán)境壓強(qiáng)低的壓強(qiáng)下。從冷卻系統(tǒng)10的外面泄漏到通道中的空氣導(dǎo)致通道中的壓強(qiáng)增大和冷卻系統(tǒng)10的效能降低。從通道16泄漏的冷卻流體也是潛在的問題。
[0047]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的冷卻系統(tǒng)的放大視圖，整體上由參考標(biāo)記20表示。冷卻系統(tǒng)10包括將被冷卻的物體2和上述的分配器4。所述系統(tǒng)20還包括在將被冷卻的物體2和分配器4之間的密封結(jié)構(gòu)，如下文進(jìn)一步描述的。
[0048]如圖3所示，冷卻系統(tǒng)20設(shè)置有位于外部環(huán)境和通道16之間的空間26?？臻g26由第一墊圈22與外部環(huán)境界定開，并由第二墊圈24與通道16界定開?？臻g26被抽真空使得空間內(nèi)的壓強(qiáng)低于外部環(huán)境的壓強(qiáng)。通過舉例的方式，空間26可以具有10-50毫巴量級(jí)的壓強(qiáng)，通道16可以具有200毫巴量級(jí)的壓強(qiáng)。外部環(huán)境典型地處于大氣壓強(qiáng)(1000毫巴的量級(jí))下。當(dāng)然，其它壓強(qiáng)是可能的且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0049]因此，在外部環(huán)境和流動(dòng)路徑之間的任何泄漏使得來(lái)自外部的任何氣體在空間中積聚而不進(jìn)入到流動(dòng)路徑中。即使墊圈由諸如橡膠或其它彈性體材料等能透過氣體的材料制成，也能獲得來(lái)自外部的任何氣體在所述空間中積聚而不進(jìn)入到流動(dòng)路徑中的結(jié)果。由此，可以利用標(biāo)準(zhǔn)墊圈。
[0050]類似地，冷卻流體從流動(dòng)路徑的任何泄漏導(dǎo)致了冷卻流體被在所述空間中積聚且不從外部環(huán)境流出。
[0051]因此，圖3顯示出設(shè)置雙密封墊圈，其中兩個(gè)平行的墊圈用在冷卻流體的流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間。這提供了在兩個(gè)墊圈之間的空間，該空間可以被抽真空或至少壓強(qiáng)被降低。這樣的實(shí)施例要求通過一種類型的真空系統(tǒng)提供降低的壓強(qiáng)，所述真空系統(tǒng)能夠降低在兩個(gè)墊圈之間的壓強(qiáng)。
[0052]圖4是冷卻結(jié)構(gòu)20的平面視圖。如圖4所示，冷卻結(jié)構(gòu)包括如上所述的入口 12、出口 14、通道16、第一墊圈22和第二墊圈24。冷卻結(jié)構(gòu)還包括真空出口 28，其被設(shè)置以能夠?qū)|圈之間的空間26抽真空。分配器殼體可以通過使用塑料化合物的注射模制來(lái)形成。
[0053]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在冷卻結(jié)構(gòu)20的兩個(gè)墊圈之間的空間26被使用噴射器泵來(lái)降低壓強(qiáng)(盡管其他真空泵可以用在本發(fā)明的不同的實(shí)施例中)。圖5顯示示例性的噴射器泵，整體上由參考標(biāo)記30表示。噴射器泵包括入口 32、出口 34和真空輸入裝置36。如圖4所示，噴射器泵是具有收縮的中心腰部的管。真空輸入裝置36設(shè)置在管的收縮部處。
[0054]在使用中，真空輸入裝置36連接至將被抽真空的體積。液體之后從入口 32通至噴射器泵的出口 34。在管中的收縮由于公知的文氏管效應(yīng)而導(dǎo)致在真空輸入裝置36的附近的壓降。該壓降使得物質(zhì)被通過真空輸入裝置吸入到噴射器泵中，如由箭頭38所示意性顯示的。
[0055]如果真空輸入裝置連接至封閉的體積，那么所述封閉的體積在液體從入口 32經(jīng)過噴射器泵至出口 34時(shí)被部分地抽真空。因此，將噴射器泵30的真空輸入裝置36連接至冷卻結(jié)構(gòu)20的真空出口 28使得噴射器泵能夠用于對(duì)空間26抽真空。
[0056]圖6是包括噴射器泵的冷卻系統(tǒng)的框圖，該冷卻系統(tǒng)整體上由參考標(biāo)記40表不。
[0057]冷卻系統(tǒng)40包括將被冷卻的物體2和分配器4。如上所述，分配器4包括入口 12、出口 14和通道16。入口 12連接至泵8 (在圖6中被高度示意性地顯示出)。出口 14連接至冷凝器6 (在圖6中也被高度示意性地顯示出)。
[0058]如參考圖3在上文所述的，分配器4包括第一墊圈22、第二墊圈24和在墊圈之間的空間26。所述空間與分配器的真空出口 28流體連通。
[0059]冷卻系統(tǒng)40另外包括噴射器泵30。如上文所述，噴射器泵具有入口 32、出口 34和真空入口 36。注射泵的真空入口 36連接至分配器的真空出口 28，以便能夠使噴射器泵用于減小空間26中的壓強(qiáng)?？梢栽O(shè)置止回閥(未在圖6中示出)，用于保證流體可以從空間26流至噴射器泵30的入口，但是不能從噴射器泵流至所述空間。
[0060]如上所述，通過蒸發(fā)在通道16中的冷卻流體來(lái)從物體2移除熱量。冷卻流體在入口 12處被接收且為液體，并且在出口 14處從分配器流出，典型地為液體/蒸汽混合物。液體/蒸汽混合物在冷凝器6被冷凝回到液體。
[0061]在冷卻系統(tǒng)40中，輔助冷卻液體(典型地為水)被提供至冷凝器6。輔助冷卻液體源42被朝向冷凝器引導(dǎo)，并且加熱后的液體44被引導(dǎo)遠(yuǎn)離冷凝器。
[0062]如圖6所示，輔助冷卻液體在噴射器泵的入口 32處被接收，且被從噴射器泵的出口 34引導(dǎo)至冷凝器6。這樣，輔助冷卻液體可以被噴射器泵使用，以產(chǎn)生對(duì)分配器中的空間26抽真空所需要的壓降。
[0063]輔助冷卻流體的雙重用途提供了用于從冷凝器6移除能量和用于操作噴射器泵30兩者的完美且有效的方式。
[0064]輔助冷卻流體可以被從各種不同的源獲得。例如，輔助冷卻流體可以是用在加熱系統(tǒng)(諸如中央加熱系統(tǒng))中的水。這尤其是有利的，因?yàn)檩o助冷卻流體可以被冷卻結(jié)構(gòu)20預(yù)先加熱，由此改善了其中使用輔助冷卻流體的加熱系統(tǒng)的效率。在可替代的實(shí)施例中，輔助冷卻流體可以從不同的源(諸如河流)獲得。輔助冷卻流體不需要設(shè)置在封閉的環(huán)路中。
[0065]圖1至3顯示將被冷卻的物體2比分配器4更寬。這不是本發(fā)明的要求。分配器可以比將被冷卻的物體更大、更小或具有類似的尺寸。
[0066]上述的本發(fā)明的實(shí)施例僅通過舉例的方式被提供。技術(shù)人員將意識(shí)到在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行許多修改、變化和替換。本發(fā)明的權(quán)利要求意圖覆蓋落入到本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所有這樣的修改、變化和替換。
【權(quán)利要求】
1.一種用于功率電子器件裝置的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括:用于循環(huán)冷卻流體的封閉的流動(dòng)路徑；用于沿著所述流動(dòng)路徑循環(huán)所述流體以提供對(duì)功率電子器件裝置的冷卻的裝置；和冷凝器，其中: 所述冷卻流體在經(jīng)過功率電子器件裝置之后流至冷凝器，且所述冷卻流體在經(jīng)過冷凝器之后流至功率電子器件裝置； 所述流動(dòng)路徑具有被降低至低于在外部環(huán)境中占主導(dǎo)地位的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)；和 所述流動(dòng)路徑通過設(shè)置在所述流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間與外部環(huán)境界定開，所述空間對(duì)于所述流動(dòng)路徑是封閉的，所述空間對(duì)于外部環(huán)境是封閉的，且所述空間被至少部分地抽真空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述冷卻系統(tǒng)基于水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述空間通過墊圈對(duì)于外部環(huán)境和流動(dòng)路徑封閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述空間具有低于流動(dòng)路徑和外部環(huán)境兩者的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冷卻系統(tǒng)，還包括用于降低所述空間中的壓強(qiáng)的栗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述泵是噴射器泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷卻系統(tǒng)，還包括提供用于操作噴射器泵的輔助冷卻流體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述輔助冷卻流體用于冷卻設(shè)置在封閉的流動(dòng)路徑中的冷卻流體。
9.一種功率模塊，具有根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的冷卻系統(tǒng)。
10.一種使用冷卻系統(tǒng)冷卻功率電子器件裝置的方法，所述方法包括: 使冷卻流體圍繞封閉的流動(dòng)路徑從功率電子器件裝置流至冷卻系統(tǒng)的冷凝器和從冷凝器流至功率電子器件裝置，其中所述流動(dòng)路徑具有被降低至低于在外部環(huán)境中占主導(dǎo)地位的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)；和 對(duì)設(shè)置在流動(dòng)路徑和外部環(huán)境之間的空間部分地抽真空。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中對(duì)所述空間部分地抽真空的步驟導(dǎo)致所述空間具有低于流動(dòng)路徑和外部環(huán)境兩者的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，還包括使用噴射器泵對(duì)所述空間部分地抽真空的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中輔助冷卻流體被設(shè)置用于操作噴射器泵。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中輔助冷卻流體被用于冷卻設(shè)置在封閉的流動(dòng)路徑中的冷卻流體。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述冷卻流體是基于水的。
【文檔編號(hào)】H05K7/20GK103460828SQ201280016278
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月4日
【發(fā)明者】克勞澤·奧勒森, 約根·霍爾斯特, 佐治·福塞爾, 彼得·勃蘭特, 彼得·詹森, 斯蒂恩·霍恩斯萊特, 卡斯滕·羅斯曼 申請(qǐng)人:丹佛斯動(dòng)力公司