CN203120349U - 一种功率器件的柜体蒸发冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种功率器件的柜体蒸发冷却装置，多根冷却管（05）位于集液总管（04）和集汽总管（03）之间，连接集液总管（04）和集汽总管（03）；集汽总管（03）位于集液总管（04）的上方；出汽管（02）位于集汽总管（03）的上方，冷凝器（01）的下方；集汽总管（03）通过出汽管（02）和冷凝器（01）相连；冷凝器（01）通过回液管（06）与集液总管（04）相连。

Description

一种功率器件的柜体蒸发冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种功率器件的柜体蒸发冷却装置。

背景技术

功率器件在工作过程中有较大的损耗，产生热量使器件或模块的温度升高，若不采取冷却措施，器件的管芯温度会超过硅片的结温温度，管芯会因过热而烧毁。因此，大功率器件要根据发热的情况采取不同的冷却措施以保证其安全工作。

功率器件常用的冷却方式有加散热器、冷却风扇、热电冷却器和水冷却器等。散热器是由导热性能良好的铝（少数为铜）材料制成，大多数是型材，也有一些用铝板材经冷冲压制成。应用领域最广泛，适用于穿孔式器件，也是适用于贴片式器件。在散热尚不足达到冷却目的时，加冷却风扇达到冷却目的。热电冷却器是一种半导体器件，应用较少，主要用于要求封装的机箱或模块，但成本较高，耗电量较大。对于大型固定型电子设备，用循环冷水配以温冷散热器实现冷却，冷却速度快，效果好，但设备体积大，成本高。

蒸发冷却技术利用低沸点高绝缘性能的冷却介质的相变带走被冷却对象的热量。冷却介质具有良好的物理化学特性和绝缘性能，而且可以实现无泵自循环。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种功率器件的柜体蒸发冷却装置，用于冷却低压电器和电子设备上的主要发热元件，包括，IGBT、GTO、CPU、GPU，以及内存等。

本实用新型装置包括多根冷却管、集汽总管、出汽管、冷凝器、回液管和集液总管。所述的冷却管中注入蒸发冷却介质。

本实用新型功率器件的柜体内安装有各种功率器件的组合。所述的柜体蒸发冷却装置中，所述的冷凝器置于低压电器和电子设备机柜顶部；所述的集液总管位于所述柜体蒸发冷却装置的最下方，多根冷却管位于集液总管和集汽总管之间，连接集液总管和集汽总管；出汽管位于集汽总管的上方，冷凝器的下方；集汽总管通过出汽管和冷凝器相连；冷凝器通过回液管与集液总管相连；冷却管置于所述柜体的侧门夹层中或侧门内侧，冷却管为光管或带有螺纹等具有扩展表面的管子，且冷却管内充有蒸发冷却介质；回液管放置位置可根据机柜内结构布置灵活选择，绝热回液管可在机柜内空隙安装，也可置于所述柜体的侧门外，然后在底部与集液总管联通。在所述功率器件的柜体内部的器件处于工作运行状态下时,柜体内部空气处于强迫循环状态下蒸发冷却，功率器件的柜体是密闭的，极大程度的减小了机房噪音。

所述的功率器件柜体内的主要发热元件工作时所散发的热量，通过与之接触的封闭于柜体内部的空气强迫对流，将热量传递给冷却管内的冷却介质，所述的冷却介质吸热升温。当温度达到饱和压力对应的饱和温度时便沸腾，吸收热量，从而冷却空气，营造一个柜体内的恒温环境。所述的冷却管内气液饱和两相流体的密度低于回液管中单相液体的密度，从而两相饱和流体进入集汽总管，再通过出汽管进入冷凝器，在冷凝器内被二次冷却水或者空气冷凝成液体，经由回液管进入集液总管，通过集液总管进入冷却管参与下一轮的循环，如此周而复始形成了一个自循环的封闭式蒸发冷却装置。

本实用新型可以与低压电器和电子设备的空冷***配合使用，可以使功率器件柜体内的空气温度保持一定的水平，从而保证发热元件的正常运行。

本实用新型的蒸发冷却装置是无泵自循环方式，安全可靠行高，同时可以取消机房的空调***或冷水机组，节约占地，节能降耗。

本实用新型所使用的蒸发冷却介质是符合环保要求的氟碳类化合物。该介质具有高绝缘性能，即使泄露也不会引起事故。其沸点温度可以根据功率器件的工作温度来选取，一般选取沸点温度范围为30℃-50℃。

本实用新型使用的冷凝器采用空冷式和水冷式皆可，依据功率器件工作现场而定。

本实用新型适用于发热量不大的低压电器和电子设备，包括变频器、磁盘阵列，超级计算机等。

附图说明

图1本实用新型功率器件的柜体蒸发冷却装置结构图。

图2本实用新型功率器件的蒸发冷却装置热量传递示意图。

具体实施方式

本实用新型的一种实施案例如图1所示，本实用新型装置包括多根冷却管05、一根集汽总管03、一根出汽管02、一个冷凝器01、一根回液管06和一根集液总管04。所述的冷却管05中注入蒸发冷却介质。

所述的冷凝器01置于低压电器和电子设备机柜07顶部；所述的集液总管04位于所述柜体蒸发冷却装置的下方，多根冷却管06位于集液总管04和集汽总管03之间，连接集液总管04和集汽总管03；出汽管02位于集汽总管03的上方，冷凝器01的下方；集汽总管03通过出汽管02和冷凝器01相连；冷凝器01通过回液管06与集液总管04相连；冷却管05置于或镶嵌于所述柜体的侧门08内侧，且内充有蒸发冷却介质；回液管06置于所述机柜侧门08外，在侧门08底部与集液总管联通，如果回液管由不导热材料制成，也可以置于所述机柜侧门08内。

冷却管05呈一排多列或多排多列布置。一排对应一个集液管和一个集汽管。冷却管05布置为一排多列时，集液管为集液总管04，集汽管为集汽总管03；冷却管05布置为多排多列时，集液管并联后形成集液总管04，集汽管并联后形成集汽总管03。

所述的柜体蒸发冷却装置还包括一个或多个送风机、一个或多个吸风机，送风机布置在柜体内底部或顶部，吸风机布置在柜体内顶部或底部。送风机、吸风机和机柜柜门08均设有导风槽从而形成一个通风通道。吸收热量的空气经过吸风机、吸风机与机柜侧门08之间的导风槽进入机柜侧门08的夹层，与冷却管05内的冷却介质进行热交换后成为冷风，经机柜侧门08与送风机之间的导风槽、送风机参与下一轮的循环。

发热元件工作产生热量通过与之接触的空气传递给冷却管内的冷却介质，冷却介质吸热升温，当温度达到饱和压力对应的饱和温度时沸腾，吸收热量，从而冷却空气，营造一个机柜内恒温环境。冷却管05内气液饱和两相流体的密度低于回液管06中单相液体的密度，从而两相饱和流体进入集汽总管03，再通过出汽管02进入冷凝器01，在冷凝器01内被二次冷却水或是空气冷凝成液体经由回液管06进入集液总管04，通过集液总管04进入冷却管05参与下一轮的循环，如此周而复始的形成了一个自循环的封闭式蒸发冷却装置。

本实用新型所使用的蒸发冷却介质是符合环保要求的氟碳类化合物。该介质具有高绝缘性能，即使泄露也不会引起事故。其沸点温度可以根据功率器件的工作温度来选取，一般选取沸点在30-50度。

如图2所示，发热元件工作时产生热量，封闭于机柜内的空气吸收热量后与冷却管内的冷却介质进行热量交换，冷却介质通过冷凝器将热量传给二次冷却水或是空气。

Claims (8)

1.一种功率器件的柜体蒸发冷却装置，其特征在于，所述的蒸发冷却装置包括冷凝器（01）、回液管（06）、集液总管（04）、多根冷却管（05）、集汽总管（03）和出汽管（02）；多根冷却管（05）位于集液总管（04）和集汽总管（03）之间，连接集液总管（04）和集汽总管（03）；集汽总管（03）位于集液总管（04）的上方；出汽管（02）位于集汽总管（03）的上方，冷凝器（01）的下方；集汽总管（03）通过出汽管（02）和冷凝器（01）相连；冷凝器（01）通过回液管（06）与集液总管（04）相连。

2.根据权利要求1所述的功率器件的柜体蒸发冷却装置，其特征是所述的冷却管（05）是光管或带有螺纹等具有扩展表面的管。

3.根据权利要求1所述的功率器件的柜体蒸发冷却装置，其特征是所述的冷却管（05）中注入蒸发冷却介质。

4.根据权利要求3所述的功率器件的柜体蒸发冷却装置，其特征是所述的蒸发冷却介质为氟碳类化合物。

5.根据权利要求1所述的功率器件的柜体蒸发冷却装置，其特征是所述的柜体蒸发冷却装置内安装的器件处于运行状态下时,所述的柜体是密闭的。

6.根据权利要求1所述的功率器件的柜体蒸发冷却装置，其特征是所述的冷却管（05）呈一排多列或多排多列布置，一排对应一个集液管和一个集汽管；冷却管（05）布置为一排多列时，集液管为集液总管（04），集汽管为集汽总管（03）；冷却管（05）布置为多排多列时，集液管并联后形成集液总管（04），集汽管并联后形成集汽总管（03）。

7.根据权利要求1所述的功率器件的柜体蒸发冷却装置，其特征是所述的柜体蒸发冷却装置还包括一个或多个送风机、一个或多个吸风机；送风机布置在柜体内底部或顶部，吸风机布置在柜体内顶部或底部，送风机、吸风机和机柜柜门（08）均设有导风槽，形成一个通风通道。

8.根据权利要求1所述的功率器件的柜体蒸发冷却装置，其特征是所述的柜体蒸发冷却装置还包括柜门（08），所述的冷却管（05）置于所述柜门（08）夹层中或柜门内侧。

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