CN102696103B - 用于冷却电子构件的冷却模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子构件的冷却，具体而言，涉及包括冷凝器的冷却模块和包括冷却模块的电力模块，以及用于冷却电气和/或电子构件的方法。提供带有具有至少一个面板(11)的冷凝器(1)的冷却模块(100)，以用于冷却电气和/或电子构件。面板的两个片材(114,115)通过包含辊压结合的工艺附连到彼此，使得在两个片材(114,115)之间形成管道(113)。管道(113)在由片材(114,115)形成的平面的方向上延伸。管道(113)中存在冷却剂(5)。通过在面板(11)的蒸发段处蒸发冷却剂(5)，并通过在面板(11)的冷凝段处冷凝冷却剂(5)，可提供冷却。热负荷可从诸如电气和/或电子构件的热源(3)传递到热接收单元(2,2A,2B)。热接收单元(2,2A,2B)适合将热负荷传递到面板(11)，面板(11)将热负荷通过诸如空气(4)的热载体(4)传递到环境。

Description

用于冷却电子构件的冷却模块
技术领域
本发明涉及电子构件和电气构件的冷却。具体而言，本发明涉及一种包括冷凝器的冷却模块、包括冷却模块的电力模块以及冷却电气构件和/或电子构件的方法。
发明背景
在电气、电子、低压、中压和高压应用的领域中，冷却***被广泛使用。
电力电子装置在运行中必须冷却，以避免过高的温度和由此导致的装置失效。典型应用的特征不仅在于装置的高发热率，而且在于高功率密度，即热通量。
水冷***典型地可很好地应对高功率密度。然而，***可能成本高昂，并且可能需要呈泵形式的有源运动部件，该部件具有有限的寿命，并且必须进行维护。而且，水冷***通常十分昂贵。
由从基板延伸的翅片阵列组成的常规的空冷***可能不需要泵，但可能需要强制对流的风机。然而，由于在翅片表面和空气之间的热传递系数较低，充足的冷却性能需要较大的翅片面积。此外，如果要避免过大的空气速度、压降和噪音水平，则必须提供足够横截面的空气流。这样的设计可能导致有庞大的散热器，其具有既长又厚、而且因此重的翅片，以实现可接受的翅片效率。如在大多数应用中可能存在的那样，如果为了避免翅片间通道在脏的空气环境中堵塞而对相邻翅片之间的最小间距有要求，这个问题可能变得甚至更严重。两相冷却器在EP2031332A1中有所描述，该专利显示了一种基于环热虹吸原理的无源***。
发明概述
本发明的目的可看作是提供一种用于电子和电气构件的改进的高效而灵活的冷却。
该目的通过根据独立权利要求的冷却模块、包括该冷却模块的电力模块、以及冷却电气和/或电子构件的方法来实现。另外的实施例根据从属权利要求是显而易见的。
根据本发明的一个实施例，提供了一种包括冷凝器的冷却模块，其中冷凝器具有至少一个面板，该至少一个面板带有通过包含辊压结合的工艺附连到彼此的两个片材，使得在两个片材之间形成在由片材形成的平面的方向上延伸的管道。
这样的冷却模块可具有比常规空冷或水冷***更优良的性能，并且可避免在脏的空气环境中的堵塞。
冷却模块的另一个可能的优点是它可提供高的冷却性能，并且可能够应对高功率密度，即高热通量。
如上所述，冷却模块可不需要有源泵，并且可提供宽的冷却空气通路以降低在脏的空气环境中堵塞的风险。冷却模块可提供足够的流动横截面积和翅片表面积，以允许有适度的空气速度、压降和噪音，冷却模块可能通过重量轻而仍然非常高效率的翅片实现。
对于这样的冷却模块，可高效地冷却电力电子构件，例如，在马达变流器和地铁的辅助变流器中使用的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块。冷却的IGBT模块可为1500A/3300VABBHiPak模块。
以上所述冷却模块可为诸如地铁变流器的电子构件提供足够的冷却性能，以便在地铁运行的瞬态负荷下使电子装置的温度和温度波动(特别是IGBT和二极管结温度)保持足够低，从而保证电子构件的足够寿命。由以上提及的冷却模块冷却的地铁变流器可安装在地铁车体下面，其中高度可限定至约560-600mm。冷却模块可以最佳方式利用该高度，以使得冷却模块所用空间最小。
如上所述，用于例如冷却地铁变流器的冷却模块可使得能够将地铁变流器的模块紧密布置在一起，例如，将6-12个IGBT模块以2×3、2×4、2×5或2×6矩阵布置在平面中，使得可避免相邻模块之间的较大间隙。因此，可避免过长的电子连接(母线排)。因此，除了应对高功率(高损耗)之外，冷却模块也可应对高功率密度。
冷却模块的另一个优点可为其声学噪音水平较低，适用于地铁变流器，例如在地铁正在车站中等待时，而车站对冷却空气速度以及大功率冷却风机的使用施加限制，以保持较低噪音水平。
如上所述，冷却模块可以能够从外部例如用水软管清洗，并且可以在如在地铁应用中典型的脏的空气状况下不堵塞或丧失其性能。
此外，冷却模块可为重量和空间优化的且有成本优势的，并且可为模块化的，例如，冷却模块可被拼装以用于2×1的IGBT模块。通过彼此紧邻地布置n个相同的冷却模块，可以例如获得用于2×n的IGBT模块的冷却器。以上提及的冷却模块可具有不超出25kg的重量，从而提供在制造期间的易于操纵性。
根据本发明的另一个实施例，冷凝器可包括不止一个面板，例如，至少两个面板。
辊压结合式片材可附连到彼此，使得在两个片材之间设置至少一个管道。
根据本发明的另一个实施例，对各个面板可设置一个或不止一个的管道。
根据本发明的又一个实施例，管道可包括多个环路。
根据本发明的另一个实施例，管道可具有环形形式。
根据本发明的另一个实施例，管道可为开环的，而不是闭环。
根据本发明的另一个实施例，管道可为闭环的。
根据本发明的另一个实施例，冷却模块可为热虹吸冷却模块。
根据本发明的另一个实施例，冷却模块可为环热虹吸冷却模块。
根据本发明的另一个实施例，冷却模块可为两相冷却模块。
根据本发明的另一个实施例，面板可适合形成翅片或冷凝器面板。
根据本发明的另一个实施例，冷却模块可为用于诸如电力电子构件(例如IGBT)的电子构件的冷却模块。
根据本发明的另一个实施例，冷凝器可安装在距蒸发器一定距离处，这意味着冷凝器可在距借助于蒸发收集热量的地方一定距离处，例如，在机柜的顶部处。
根据本发明的另一个实施例，管道包括至少一个环路。
根据本发明的另一个实施例，冷却模块可包括连接到管道的热接收单元。热接收单元具有连接器件，用于连接至少一个热源，使得热负荷可热传递至热接收单元。热接收单元可流体地连接到管道。
根据本发明的另一个实施例，冷却模块可包括不止一个热接收单元。
根据本发明的另一个实施例，面板包括热接收单元。
根据本发明的另一个实施例，冷凝器面板可以机械的方式和在热的方面连接到基板，例如基板可具有接纳冷凝器面板或冷凝器面板的端部的凹槽。
根据本发明的另一个实施例，热接收单元从不止一个热源接收热量。
根据本发明的另一个实施例，热接收单元从诸如低压、中压或高压电子构件的热源接收热量。热源可为电力电子装置。高压电子构件可布置在热接收单元处。
根据本发明的另一个实施例，高压电子构件可附连到热接收单元。
根据本发明的另一个实施例，冷却模块还包括多个面板，该多个面板布置在热接收单元处，使得形成面板叠堆，其中热接收单元连接到各个面板的至少一个管道。热接收单元可流体地连接到各个面板的至少一个管道。
根据本发明的另一个实施例，该多个面板可布置在热接收单元处或距待冷却元件一定距离处，例如使得包括该多个面板的面板叠堆可安装在机柜的顶部，其中诸如蒸发器的热接收单元布置在机构内部。
根据本发明的另一个实施例，该多个面板以模块方式布置在热接收单元处，使得各个面板可以能够互换。
根据本发明的另一个实施例，面板的至少一部分可弯曲以相比于基板而增大面板阵列的面板叠堆的宽度。
根据本发明的另一个实施例，面板阵列的顶部或顶部和底部可被覆盖板或覆盖冷凝器面板覆盖。因此，面板间空气通道的较小侧可制成热活性的，从而能够增进一些热性能。
根据本发明的另一个实施例，热接收单元为导热基板。
根据本发明的另一个实施例，基板可为铝板或双铝板，并且可联结到辊压结合式单元。
根据本发明的另一个实施例，各个冷凝器可紧邻另一个冷凝器布置以形成冷凝器叠堆，其中通过将各个冷凝器的各个基板钎焊到彼此上，可将冷凝器附连到彼此。
根据本发明的另一个实施例，热接收单元为蒸发器。
根据本发明的另一个实施例，冷却模块还包括存在于管道中用于传递热量的冷却剂，其中通过蒸发冷却剂的第一部分并冷凝冷却剂的第二部分来传递热量。
根据本发明的另一个实施例，第一百分比的冷却剂为液体，第二百分比的冷却剂为气态。因此，冷却剂可处于填充管道的饱和状态。
液体冷却剂与气态冷却剂的比率可取决于冷却剂类型、温度、冷却剂压力、热负荷(必须消散的热量)，以及包含冷却剂的管道的直径及几何形状。
根据本发明的另一个实施例，对于非脉动面板，诸如内部通道的管道可具有长方形、多边形、三角形、梯形、圆形和椭圆形横截面几何形状中的一种。
辊压结合式面板之间的间距可在几毫米(例如在强制对流中)直至10mm或更多(用于自然对流应用或防堵塞目的)之间的范围内。
管道因而可具有适合根据本发明的一个实施例由重力冷却提供的冷却剂运动的任何几何形状。这样的管道可具有多个环路，并且可为闭环管道，其中冷却剂由传递的热源的热负荷加热，并且在管道的蒸发器段处蒸发。蒸发的冷却剂由于重力而移动至管道的冷凝器段。在冷凝器段处，气态冷却剂冷凝为液体，将热量传递到诸如空气的热载体。由于重力，液体冷却剂流回到蒸发器段，并且以上提及的过程重新开始。
根据本发明的另一个实施例，管道具有提供脉动冷却的几何形状，这种冷却不按照重力原理工作，因此冷却器可相对于重力加速度的方向任意布置。脉动管道可具有以蛇形方式缠绕并端对端连结的毛细管尺寸。管道可首先抽空，并且然后用工作流体部分地填充，工作流体自身可以液体-蒸气栓(plug)和塞(slug)的形式自然分布在毛细脉动管道内部。管道的一端可接收热量(蒸发器段)，并且可通过液体-蒸气***的脉动作用将热量传递至另一端(冷凝器段)。在两端之间可存在可选的绝热区。因此，带有脉动管道的冷却模块可基本上为非平衡热传递装置，其性能上的成功可主要取决于***内这些非平衡状况的持续维持。液体-蒸气塞输送可以归因于在相应管道中的热驱动压力脉动。在操作期间，在蒸发器段和冷凝器段之间可普遍存在温度梯度，从而导致非平衡压力状况。向蒸发段的热传递可导致蒸发器段中的汽泡不断增长，从而由于较高的压力/温度而朝低温端(冷凝器段)推动液体。同时，在另一端处的冷凝将进一步提高两端之间的压差。因此，在驱动热势之间可形成非平衡状态，并且***转而试图平衡内部压力。
如果多个管道环路彼此互连，则在一个环路中的液体塞和蒸气泡的运动可导致相邻环路中的塞和泡的运动。驱动力和恢复力之间的相互作用导致蒸气泡和液体塞的振荡。此外，真实***中存在的固有扰动可增强***中的压力波动。
与例如带有重力管道(一个或多个)的常规热管不同，不可以实现用于操作的脉动冷却的稳态压力平衡。振荡的频率和振幅可取决于液体在脉动管道中的热流率和质量分数。通过这些振荡，由热源在蒸发器段供应的热量可传至冷凝器段，并且可被诸如空气的热载体移除。
根据本发明的另一个实施例，至少一个管道形成为使得在冷却模块的操作状态下通过重力或脉动冷却提供冷却剂运动。
根据本发明的另一个实施例，冷却剂的蒸发蒸气的密度可小于冷凝的冷却剂。
根据本发明的另一个实施例，用于脉动冷却的管道的直径可在2mm以下。大体上，用于脉动冷却的管道的直径可具有使得能够有脉动冷却、脉动热管冷却或脉动热虹吸冷却运动的任何尺寸。
根据本发明的另一个实施例，用于脉动冷却的管道可为开环的，而不是闭环管道。
根据本发明的另一个实施例，用于脉动冷却的管道可为闭环的。
根据本发明的另一个实施例，用于脉动冷却的管道可包括若干环路。
带有通过脉动冷却提供冷却剂运动的管道的这样的冷却模块可不依赖于重力，并且因此可以独立于重力的任何形式布置。
两相冷却剂的脉动流可例如以塞流形式发生在管道中，从而导致非常高效的热传递。
脉动流可被几何形状激发，其中管道可具有曲折管道的形式，并且可在管道的180°弯曲部处接触热接收单元，其中曲折管道可为或者闭环或者开环的。
根据本发明的另一个实施例，弯曲部可为至少部分地长方形的弯曲部，以最大程度地增大与基板的接触面积，从而提供对基板的较小热阻和提供在基板凹槽中的翅片的良好机械稳定性。
根据本发明的另一个实施例，在冷却模块的操作状态下，热量可通过热载体从冷凝器传递至环境。
根据本发明的另一个实施例，热载体可为冷却空气。
根据本发明的另一个实施例，热载体可为水。
根据本发明的另一个实施例，提供了电力模块，该电力模块包括：热连接到热接收单元的至少一个电气和/或电子构件；以及本发明的前述示例性实施例中的任一个的冷却模块，其具有冷却剂，用于接收来自热接收单元的热量，并且用于在冷却模块的操作状态下通过热载体将热量传递至环境。
根据本发明的另一个实施例，提供了上述示例性实施例中的任一个的冷却模块的使用，该冷却模块用于冷却至少一个电气和/或电子构件。
根据本发明的另一个实施例，电子构件可为电力电子构件，并且例如为IGBT。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种冷却电气和/或电子构件的方法。该方法包括下列步骤：在冷却模块的操作状态下，通过冷却模块的热接收单元从热连接到热接收单元上的至少一个电气和/或电子构件接收热量；以及将热量从热接收单元传递至冷却模块的冷凝器。冷却模块包括具有两个片材的面板，该两个片材通过包含辊压结合的工艺附连到彼此，使得在冷却模块的操作状态下在两个片材之间形成在由片材形成的平面的方向上延伸的管道。
根据本发明的另一个实施例，该方法还包括通过下者将热量从冷凝器传递到环境的步骤：蒸发管道中的冷却剂的第一部分；冷凝管道中的冷却剂的第二部分；以及将热量从管道传递到热载体。该至少一个管道形成为使得在冷却模块的操作状态下由重力提供冷却运动。
根据本发明的另一个实施例，该方法还包括通过下者将热量从冷凝器传递到环境的步骤：蒸发管道中的冷却剂的第一部分；冷凝管道中的冷却剂的第二部分；以及将热量从管道传递到热载体，其中该至少一个管道形成为使得在冷却模块的操作状态下由脉动冷却提供冷却运动。
参照下文所述实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见和清晰明了。
附图简述
在下文中，将参照附图中示出的示例性实施例更详细地说明本发明的主题。
图1示意性地示出根据本发明的实施例的带有冷凝器和蒸发器的冷却模块的透视图；
图2示意性地示出图1的冷凝器的面板的透视图；
图3示意性地示出图1的蒸发器的透视图；
图4示意性地示出图1的蒸发器的横截面的透视图；
图5示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有冷凝器和蒸发器的冷却模块的透视图；
图6示意性地示出图5的蒸发器的透视图；
图7示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有冷凝器和蒸发器的冷却模块的透视图；
图8示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有冷凝器和蒸发器的冷却模块的横截面的透视图；
图9示意性地示出图8的冷却模块的另一个横截面的透视图；
图10示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有具有对称布置的面板的冷凝器和蒸发器的冷却模块的透视图；
图11示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有基板的冷凝器的透视图；
图12示意性地示出根据本发明的一个实施例的图11的基板的透视图；
图13示意性地示出根据本发明的另一个实施例的图11的基板的透视图；
图14示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有冷凝器和基板的冷却模块的透视图；
图15示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有冷凝器和基板的冷却模块的透视图；
图16示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有多个冷凝器的冷却模块的透视图，其中冷凝器与基板形成面板叠堆；
图17示意性地示出带有图16的基板的一个面板的透视图；
图18示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷凝器的面板在附接到冷却模块的基板之前的侧视图；
图19示意性地示出根据本发明的另一个实施例的附接到冷却模块的基板的面板；
图20示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷却模块的面板的透视图，其指出了蒸发段和冷凝段；
图21示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷却模块的一个面板的透视图；
图22示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有基板和多个面板的冷却模块的横截面图；
图23示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有基板和多个面板的冷却模块的横截面图；
图24示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有基板和多个面板的冷却模块的横截面图；
图25示意性地示出根据本发明的另一个实施例的带有基板和多个面板的冷却模块的横截面图；
图26示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷却模块的面板的两个片材的横截面的放大视图；
图27示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷却模块的面板的两个片材的横截面的放大视图；
图28示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷却模块的面板的横截面图；
图29示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷却模块的面板的横截面图；
图30示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷却模块的面板的横截面图；
图31示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷却模块的面板的横截面图；
图32示意性地示出根据本发明的另一个实施例的用于脉动冷却的带有闭环管道和冷却模块的指示的蒸发段的面板；
图33示意性地示出根据本发明的另一个实施例的用于脉动冷却的带有开环管道和冷却模块的指示的蒸发段的面板；
图34示意性地示出根据本发明的另一个示例性实施例的冷却模块的面板的蒸发段的横截面的放大视图；
图35示意性地示出根据本发明的另一个实施例的图34的基板的横截面A-A的部分；
图36示意性地示出根据本发明的另一个实施例的冷却电气和/或电子构件的方法的流程图。
附图中使用的参考标号及其意义以概要形式作为参考标号列表而列出。原则上，附图中对相同的部件提供相同的参考符号。
示例性实施例的详细描述
图1示意性地描绘了包括带有面板11的冷凝器1的冷却模块100，面板11具有通过包含辊压结合的工艺附连到彼此的两个片材，使得在两个片材之间形成在由片材形成的平面的方向上延伸的管道113。管道113包括多个环路1130。冷凝器1包括具有管道113的多个面板11，各个管道113通往冷凝物管道12，冷凝物管道12从单独的面板11或翅片11通往冷凝物集管121。一个冷凝物导管122从冷凝物集管122通往呈蒸发器2A形式的热接收单元2、2A。蒸发器2A由蒸气管道21流体地连接到管道113，各个蒸气管道21通往一个翅片11或面板11的管道113。
呈蒸发器2A形式的热接收单元2、2A具有连接器件，该连接器件用于将至少一个热源3连接到蒸发器2A，使得热源3的热负荷可热传递到热接收单元2、2A。热源3可为热连接到热接收单元2、2A的地铁变流器(诸如半导体开关的)或任何其它电气和/或电子构件(例如电力电子构件或IGBT)。
图1所述实施例以及以下附图的所有其它实施例适合解决在地铁变流器冷却应用中的常规空冷带翅片散热器遇到的有限的翅片效率的问题，在这类散热器中传导是翅片内唯一的热传输机制。在常规***中，高冷却性能、高功率密度、有限的空气速度(由于在地铁站的噪音限制)以及足够宽的翅片间通道的边界条件可导致有长翅片。为了使翅片效率保持足够高，这些翅片必须制造得非常厚，这导致重而大的散热器。该问题通过图1的实施例和另外的附图的实施例解决，因为翅片内部的热传递通过对流增强。
具有两相冷却剂的环热虹吸可根据附图的实施例使用，使得冷却运动仅通过重力驱动，而不需要有源泵。环热虹吸可由环形管道113、1130组成，管道包含在两相范围内工作的冷却剂。一段管道113可用来蒸发冷却剂，而另一段管道则可用来冷凝冷却剂。冷却剂运动可通过重力驱动，因为冷却剂蒸气的密度远小于液体的密度。在根据附图的实施例的冷却***中，热虹吸管道的蒸发段接收来自电子装置3的热量，同时热虹吸管道的冷凝器段将热量传递到冷却空气或其它一些合适的冷却介质。
成本高效的冷却方案可包括辊压结合式面板和/或太阳能热吸收器。辊压结合式面板可非常适合作为用于冷却电气或电子构件3的翅片，因为其便宜、薄、重量轻，并且在面板11中的通道113或管道113的确切型式方面存在很大灵活性。辊压结合式面板11可视为非常高效的翅片11。
在辊压结合中，两个金属片材可通过辊压以高压力挤压到一起。因此，片材的某些区域可通过用诸如石墨粉的分离剂对其进行处理使得片材在这些区域不能连结而被忽略。在结合之后，片材膨胀以在用分离剂处理的区域中形成翅片通道或管道。
这样的辊压结合式面板11可用作环热虹吸或冷却模块100的冷凝器1。为了完成环热虹吸100，可添加上面附连有电力电子装置3的单独的蒸发器2A。如下文所述，单独的蒸发器2A也可省略，其中翅片11中的一段通道113或管道113可构成蒸发器2A。所有翅片11可直接附连到基板2B，在基板2B上可附连电子装置3(参见例如图11)。
使用辊压结合式面板11作为翅片11的一个具体优点可为：面板11的表面不平坦，但包含从面板11内部的通道或管道113突出的***。这些***具有干扰空气流的效果，这增强了湍流强度，并且从而增强了面板表面和空气之间的热传递。
图2示意性地示出权利要求1的单独的面板11或翅片11，其带有具有若干环路1130的管道113，使得管道113具有环形形式。
图3示意性地示出图1的热接收单元2、2A的透视图，其呈带有冷凝物导管122的蒸发器2A的形式。
图4示意性地示出图1的呈蒸发器2A形式的热接收单元2、2A的横截面的透视图，该蒸发器2A带有冷凝物导管122，用于接收来自冷凝器和多个蒸气管道21的冷凝物，这些蒸气管道21通往冷凝器的管道，用于接收来自蒸发器2A的蒸发的冷却剂。
图5示意性地示出图1的冷却模块100的透视图，区别在于，不存在冷凝物集管，并且不但有一个冷凝物导管122，而且有多个冷凝物导管122，各个冷凝物导管从冷凝器1的各个面11的管道113经由冷凝物管道12直接通往蒸发器2A。
图6示意性地示出带有根据图5的冷凝物导管122的呈蒸发器2A形式的热接收单元2的透视图。
图7示意性地示出图1的冷却模块100的透视图，区别在于，冷却模块100还包括蒸气集管211或蒸气收集器211，用于接收来自呈蒸发器2A形式的热接收单元2的蒸气冷却剂，并且将蒸发的冷却剂经由多个蒸气管道21传递至冷却模块100的冷凝器1的面板11的管道113。
冷却空气4可从如箭头4a、4b、4c和4d所指的不同方向流过翅片11或面板11的管道113或通道113。
电子装置3可附连到如图7所示的蒸发器2A的两侧处，或者仅附连到一侧上。
通过翅片11的空气流可归因于使用风机或鼓风机的强制对流，或归因于自然对流。当在列车上或者更一般地在任何车辆上使用时，翅片11可定向为利用驱动风。翅片间通道113或管道113的轴线可定向在驱动方向上。
图8示意性地示出带有冷凝器1的冷却模块100的横截面的透视图，冷凝器1具有多个面板11，面板11具有通过包含辊压结合的工艺附连到彼此的两个片材，使得在两个片材之间形成在由片材形成的平面的方向上延伸的管道113，各个管道通往连接到冷凝物集管121的冷凝物管道12。冷凝物导管122将冷凝物集管121与呈蒸发器2A形式的热接收单元2、2A连接。蒸气导管212将蒸发器2A的蒸气冷却剂通往蒸气集管211或蒸气收集器211。
图9示意性地示出图8的冷却模块100的横截面图。
图10示意性地示出图1的冷却模块100，区别在于，冷凝器1包括以对称方式布置的多个面板11。冷却剂的蒸气从蒸发器2A传递到蒸气集管211或蒸气收集器211，并且从那里经由多个导管传递到各个管道113，并传递到冷凝器1的各个对称布置的面板11。
图11示意性地示出包括冷凝器1的冷却模块100的透视图，冷凝器1带有多个面板11，面板11具有通过包含辊压结合的工艺附连到彼此的两个片材，使得在两个片材之间形成在由片材形成的平面的方向上延伸的管道113。冷却模块100还包括呈基板2B形式的热接收单元2、2B，热接收单元2、2B具有连接器件，用于连接至少一个热源3，使得热负荷可热传递到热接收单元2、2B，热接收单元2、2B连接到各个面板11的管道113，使得热负荷可从热接收单元2、2B传递到管道113。
基板2B可为导热基板2B，其将热负荷传导到冷凝器1的各个面板11的管道113。
翅片11或面板11可以机械的方式和在热的方面连接到基板2B。根据图11，这种连接通过使用带有接纳翅片11的凹槽20的基板2B来建立。为了提供最佳的热接触，凹槽20可以适当地深，使得它们完全围绕管道113或通道113的蒸发段。对应的翅片11可具有键孔形状。制造带有凹槽的基板2B的一种方式是通过铝挤制。然而，键孔形凹槽20可能难以挤制，因为凹槽20可能在其出口处狭窄，使得挤制工具可能断裂。为了提高可挤制能力，可将通道113或管道113的蒸发段变宽。对应的凹槽20可能不再有瓶颈。为了确保翅片11或面板11和基板2B之间的紧密接触，从而产生最小的热阻，一种方式是在膨胀之前将翅片11***基板2B的基板凹槽20，然后使翅片通道113或管道113膨胀，由此凹槽20中的通道113获得基板2B的凹槽20的确切形状。
将翅片11结合到基板2B的另一种选择是通过钎焊。如果基板凹槽20仅接纳辊压结合式面板11的平片材端，而不是蒸发通道113，则这种选择尤其有意义，因为在这种情况下，通过膨胀建立紧密接触不在选择范围内。
基板2B可如图11所示位于多个翅片11的一侧上，或者位于多个翅片11的底部(未示出)处。
图12示意性地示出图11的呈基板2B形式的热接收单元2、2B的透视图，热接收单元2、2B包括具有键孔形状的多个凹槽20，用于接纳冷凝器的面板。
图13示意性地示出图12的基板2B的透视图，区别在于，凹槽20不具有带有瓶颈的键孔的形状，而具有不带有瓶颈的瓶的形状。
图14示意性地示出图11的冷却模块100的透视图，其中基板2B部分地围绕面板11的各个管道113的蒸发段。
图15示意性地示出带有呈基板2B形式的热接收单元2、2B的冷却模块100的透视图，热接收单元2、2B接纳形成面板叠堆111的多个面板11，各个面板11包括用于在操作之前填充冷却剂的入口1133。
图16示意性地示出图15的冷却模块100，其处于这样的状态，其中带有基板2B的各个面板11堆叠成面板叠堆111或冷凝器叠堆111。
图17示意性地示出图16的一个冷凝器1，其包括接纳一个面板11的呈基板2B形式的热接收单元2、2B。
图18示意性地示出图17的冷凝器1的透视图，其中带有管道113的面板11处于在连接到呈基板2B形式的热接收单元2、2B之前的状态。
图19示意性地示出图18的冷凝器1的透视图，其中带有管道113的面板11附连到呈基板2B形式的热接收单元2、2B。
图20示意性地示出带有管道113的冷却模块的面板11的透视图，其中标出了蒸发段1131和冷凝段1132。
管道113中存在用于传递热的冷却剂，其中通过在蒸发段1131中蒸发冷却剂的第一部分1134，并且通过在冷凝段1132处冷凝冷却剂的第二部分1135来传递热量。
图21示意性地示出冷却模块的面板11的透视图，其具有入口1133，用于在操作之前将冷却剂填充到具有多个环路1130的管道113。
图22示意性地示出带有呈基板2B形式的热接收单元2、2B的冷却模块100的横截面图，基板2B用于接纳冷凝器的辊压结合式面板11，其中带有弯曲部112的成对的四个面板11紧邻一个直面板11对称地布置在基板2B处。相比于基板2B，带有弯曲部112的面板11可用来增大多个面板11的宽度。可提供大的翅片表面和流动横截面积，同时使基板2B的尺寸保持较小，如根据图22的实施例的高功率密度所需要的那样。图22和23的弯曲部112可为圆形的。
带有弯曲部112的面板11具有两个圆形的边缘。面板11可具有多个圆形的边缘。
图23示意性地示出图22的冷却模块100的横截面图，其中带有弯曲部112的成对的六个面板11对称地布置在基板2B处。
图24示意性地示出呈基板2B形式的热接收单元2、2B的横截面图，基板2B接纳形成冷却模块100的冷凝器的面板11，其中一个覆盖面板116或覆盖单元116覆盖多个面板11，其中覆盖面板116具有两个弯曲部112，使得远离基板2B的面板11的管道的较小侧可以制成热活性的，从而增进热性能。覆盖单元116也可不是面板。横向于面板11布置的内部子通道117可为可选的，其用于使得能够有更有效的空气流动。子通道117可由塑料板或金属板可能地在垂直于面板11的平面的方向上形成。子通道117可引导空气流，且可使得能够有对于限定的流率更高的速度，并且可提供具有在相反方向上的空气流的可能性。
图25示意性地示出图24的冷却模块100的俯视图。
图26示意性地示出根据本发明的冷却模块的冷凝器的面板的两个片材114、115，这两个片材通过包含辊压结合的工艺附连到彼此，使得在两个片材114、115之间形成在由片材114、115形成的平面的方向上延伸的管道113。管道113中存在用于传递热量的冷却剂5。第一片材114和第二片材115弯曲而形成管道113。
图27示意性地示出根据图26的两个片材114和115的横截面图，其中只有第一片材114弯曲，形成其中存在冷却剂5的管道113。
图28示意性地示出带有管道113的面板11的横截面图，管道113包括若干环路1130。在环路1130处的边缘为圆形的边缘。不同数量的平行管道113或通道113可为可能的，如图28至30所示。在图28中，描绘了一个管道113或通道113。
图29示意性地示出带有管道113的面板11的横截面图，管道113具有环路1130，其中边缘为圆形的边缘。在图29中，描绘了多个平行的管道113或通道113。
图30示意性地示出面板11的横截面图，其中管道113包括具有边缘的环路1130，边缘为圆形的边缘。图30描绘了两个平行的管道113或通道113。
图31示意性地示出带有管道113的面板11的横截面图，管道113包括略微倾斜的通道113或管道113，以通过重力辅助流动。可以选择可通过重力辅助流动的任何几何形式的管道113。
图32示意性地示出带有管道113的面板11的横截面图，管道113允许有脉动热虹吸操作。在蒸发段1131中，管道113中存在的冷却剂分别被加热和蒸发，导致冷却剂在远离蒸发段1131的方向上移动。
在这样的脉动热虹吸11中，在管道113中例如以塞流形式出现两相冷却剂的不稳定的脉动流，这导致非常高效的热传递。这种脉动流由图32的几何形状激发。曲折的管道113在管道113的180°弯曲部1130处与热源接触。曲折的管道113可或者如图32所示为闭环的，或者如图33示意性地示出的为开环的。180°弯曲部1130不必是如图32和33所描绘的严格半圆形。
图34示意性地示出面板11的一部分在图32或图33的蒸发段1131处的放大视图，其具有呈基板2B形式的热接收单元2、2B。管道113的近长方形的弯曲部1130可以最大程度地增大与基板2B的接触面积，这既是为了使对基板2B的热阻较小，又是为了在基板2B的基板凹槽20(图35所示)中的翅片11有良好机械稳定性。通过在将通道113***基板凹槽20中之后使通道113膨胀，可建立在面板11或翅片11和基板2B之间的紧密接触。基板2B可仍然具有棱柱形状，并且可由挤制铝制成。
图35示出了根据图34所示横截面A-A的俯视横截面图，其描绘了作为基板2B的热接收单元2、2B的凹槽20。
如上所述，图33示意性地示出带有开环的管道113的面板11的侧视图，管道113用于在冷却模块的操作状态下的脉动冷却，以使得能够有脉动运动。
图36示意性地示出冷却电气和/或电子构件的方法150的流程图，该方法具有下列步骤：在冷却模块151的操作状态下，通过热接收单元接收来自热连接到冷却模块的热接收单元上的至少一个电气和/或电子构件的热量；将热量从热接收单元传递到冷却模块的冷凝器，冷凝器包括具有两个片材的面板，这两个片材通过包含辊压结合的工艺附连到彼此，使得在冷却模块152的操作状态下在两个片材之间形成在由片材形成的平面的方向上延伸的管道；以及通过蒸发在管道中的冷却剂的第一部分，冷凝在管道中的冷却剂的第二部分，并且将热量从管道传递到热载体，来将热量从冷凝器传递到环境。至少一个管道可形成为使得在根据本发明的一个实施例的冷却模块的操作状态下通过重力提供冷却剂运动。
至少一个管道可形成为使得在根据本发明的另一个实施例的冷却模块的操作状态下可通过脉动冷却提供冷却剂运动。
虽然已在附图和以上描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述应被视为说明性或示例性而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域的技术人员和实践要求保护的本发明的技术人员可以理解和实施对所公开的实施例的其它变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单个冷却模块或单个电力模块可以实现权利要求中叙述的若干项目的功能。仅在互不相同的从属权利要求中引述某些措施，并不表示不可以使用这些措施的组合来得到优点。权利要求中的任何参考标号不应理解为限制范围。
参考标号列表
1冷凝器、多个冷凝器
2热接收单元
2a蒸发器
2b基板
3热源、电子装置、电子构件(一个或多个)、电气构件(一个或多个)、IGBT(一个或多个)、高压电子构件、电力电子装置
4,4a,4b,4c,4d冷却空气、冷却介质
5冷却剂、两相冷却剂
11面板(一个或多个)、翅片(一个或多个)、冷凝器面板
12冷凝物管道(一个或多个)
20基板凹槽、凹槽(一个或多个)
21蒸气管道(一个或多个)
100冷却模块
111面板阵列、面板叠堆、冷凝器叠堆
112弯曲部、面板弯曲部、多个面板弯曲部
113管道、通道、曲折管道(一个或多个)
114第一片材、第一金属片材、片材
115第二片材、第二金属片材、片材
116覆盖面板、覆盖单元
117内部子通道(一个或多个)、子通道(一个或多个)
121冷凝物集管、液体收集器、冷凝物填充入口
122冷凝物导管
211蒸气集管、蒸气收集器
212蒸气导管
1130环路(一个或多个)、弯曲部(一个或多个)、180°弯曲部(一个或多个)、长方形弯曲部(一个或多个)
1131面板中的管道的蒸发段
1132面板中的管道的冷凝段
1133入口、用于填充冷却剂的管道开口
1134(冷却剂的)第一部分
1135(冷却剂的)第二部分。

Claims (16)

1.一种用于冷却至少一个电气和/或电子构件的冷却模块(100)，所述冷却模块(100)包括冷凝器(1)，所述冷凝器(1)具有：
至少两个形成翅片的面板(11)，所述翅片能够暴露于通过所述翅片的气流，
所述至少两个面板(11)中的每个面板均具有两个片材(114,115)，所述两个片材(114,115)通过包含辊压结合的工艺附连到彼此，使得在所述两个片材(114,115)之间形成在由所述片材(114,115)形成的平面的方向上延伸的管道(113)；并且
其中，所述至少两个形成翅片的面板(11)布置成使得在所述翅片之间形成冷却空气通路，用于接受通过所述翅片的气流。
2.根据权利要求1所述的冷却模块，其特征在于，
所述管道(113)包括至少一个环路(1130)。
3.根据权利要求1所述的冷却模块(100)，其特征在于，还包括：
热接收单元(2,2A,2B)，所述热接收单元(2,2A,2B)流体地连接到所述管道(113)；
其中，所述热接收单元(2,2A,2B)具有连接器件，所述连接器件用于连接至少一个热源(3)，使得热负荷能够热传递到所述热接收单元(2,2A,2B)。
4.根据权利要求2所述的冷却模块(100)，其特征在于，还包括：
热接收单元(2,2A,2B)，所述热接收单元(2,2A,2B)流体地连接到所述管道(113)；
其中，所述热接收单元(2,2A,2B)具有连接器件，所述连接器件用于连接至少一个热源(3)，使得热负荷能够热传递到所述热接收单元(2,2A,2B)。
5.根据权利要求3所述的冷却模块(100)，其特征在于，包括：
多个面板(11)，所述多个面板(11)布置在所述热接收单元(2,2A,2B)处，使得形成面板叠堆(111)；
其中，所述热接收单元(2,2A,2B)连接到各个面板(11)的至少一个管道(113)。
6.根据权利要求3所述的冷却模块(100)，其特征在于，
所述热接收单元(2,2A,2B)为导热基板(2B)。
7.根据权利要求5所述的冷却模块(100)，其特征在于，
所述热接收单元(2,2A,2B)为导热基板(2B)。
8.根据权利要求3至7中的任一项所述的冷却模块(100)，其特征在于，
所述热接收单元(2,2A,2B)为蒸发器(2A)。
9.根据权利要求1-7中的任一项所述的冷却模块(100)，其特征在于，还包括：
冷却剂(5)，所述冷却剂(5)存在于所述管道(113)中，用于传递热量；
其中，能够通过蒸发所述冷却剂(5)的第一部分(1134)和通过冷凝所述冷却剂(5)的第二部分(1135)来传递热量。
10.根据权利要求9所述的冷却模块(100)，其特征在于，
第一百分比的所述冷却剂(5)为液体，并且第二百分比的所述冷却剂(5)为气态，使得所述冷却剂(5)处于填充所述管道(113)的饱和状况。
11.根据权利要求9所述的冷却模块(100)，其特征在于，
至少一个管道(113)形成为使得在所述冷却模块(100)的操作状态下通过重力或脉动冷却提供冷却剂运动。
12.根据权利要求1-7和10-11中的任一项所述的冷却模块(100)，其特征在于，
在所述冷却模块(100)的操作状态下，热量能够通过热载体(4,4A,4B,4C,4D)从所述冷凝器(1)传递到环境。
13.一种电力模块，包括：
至少一个电气和/或电子构件(3)，所述至少一个电气和/或电子构件(3)热连接到热接收单元(2,2A,2B)，以及
根据权利要求1至12中的任一项所述的冷却模块(100)，其带有冷却剂(5)，所述冷却剂(5)用于在所述冷却模块(100)的操作状态下从所述热接收单元(2,2A,2B)接收热量，并且用于通过热载体(4,4A,4B,4C,4D)将热量传递到环境。
14.一种冷却电气和/或电子模块(3)的方法(150)，所述方法(150)包括下列步骤：
在冷却模块(100,151)的操作状态下，通过冷却模块(100)的热接收单元(2,2A,2B)接收来自热连接到所述热接收单元(2,2A,2B)的至少一个电气和/或电子构件(3)的热量；
在所述冷却模块(100,152)的操作状态下，将热量从所述热接收单元(2,2A,2B)传递到所述冷却模块(100)的冷凝器(1)，所述冷凝器(1)具有至少两个形成翅片的面板(11)，其中所述翅片能够暴露于通过所述翅片的气流，
所述至少两个面板(11)中的每个面板均具有两个片材(114,115)，所述两个片材(114,115)通过包含辊压结合的工艺附连到彼此，使得在所述两个片材(114,115)之间形成在由所述片材(114,115)形成的平面的方向上延伸的管道(113)，并且
其中，所述至少两个形成翅片的面板(11)布置成使得在所述翅片之间形成冷却空气通路，用于接受通过所述翅片的气流。
15.根据权利要求14所述的方法(150)，其特征在于，还包括下列步骤：
通过蒸发在所述管道(113)中的冷却剂(5)的第一部分(1134)，通过冷凝在所述管道(113)中的所述冷却剂(5)的第二部分(1135)，并且通过将热量从所述管道(113)传递到热载体(4,4A,4B,4C,4D,153)来将热量从所述冷凝器(1)传递到环境；
其中，至少一个管道(113)形成为使得在所述冷却模块(100)的操作状态下通过重力提供冷却剂运动。
16.根据权利要求14所述的方法(150)，其特征在于，还包括下列步骤：
通过蒸发在所述管道(113)中的冷却剂(5)的第一部分(1134)，通过冷凝在所述管道(113)中的所述冷却剂(5)的第二部分(1135)，并且通过将热量从所述管道(113)传递到热载体(4,4A,4B,4C,4D,153)来将热量从所述冷凝器(1)传递到环境；
其中，至少一个管道(113)形成为使得在所述冷却模块(100)的操作状态下通过脉动冷却提供冷却剂运动。
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