專(zhuān)利名稱(chēng)：蒸發(fā)器和冷卻回路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的方面涉及用于冷卻回路的蒸發(fā)器，尤其用于通過(guò)蒸發(fā)冷卻流體而冷卻發(fā) 熱裝置的冷卻回路的蒸發(fā)器。另外的方面涉及包括這種蒸發(fā)器的冷卻回路和功率模塊。另 外的方面涉及通過(guò)蒸發(fā)器來(lái)冷卻發(fā)熱裝置的方法。
背景技術(shù)：
由于功率電子裝置達(dá)到越來(lái)越大的功率值并且因此耗散熱，故這種功率電子裝置 的有效冷卻變得越來(lái)越重要。提供用于例如半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件等的這種功率電子裝置的有效 冷卻系統(tǒng)的一種方式是提供兩相冷卻回路。這種冷卻回路使液體與發(fā)熱的裝置進(jìn)行熱接 觸。液體由耗散熱加熱并且達(dá)到沸騰溫度。由于液體本身的溫度不會(huì)升高超過(guò)沸騰溫度， 故液體的溫度并且因此電子裝置的溫度保持在作為最大值的液體的沸點(diǎn)溫度。因此液體儲(chǔ)存在蒸發(fā)器內(nèi)部的儲(chǔ)存器中。蒸發(fā)器與發(fā)熱裝置處于熱接觸。液體的 蒸氣然后通過(guò)管道匯聚到冷凝器。在冷凝器內(nèi)，蒸氣通過(guò)放熱而變成液體。例如，在冷凝器 中，熱被排出至冷卻劑流體，諸如處于周?chē)鷾囟鹊目諝?。蒸氣因而返回到其液相。冷凝器?蒸發(fā)器經(jīng)由第二管線連接，以便將冷凝蒸氣作為液體再次饋送回至蒸發(fā)器的液體儲(chǔ)存器。這種冷卻裝置公開(kāi)在US 5，195，577中。這種冷卻回路的問(wèn)題在于，蒸發(fā)器同時(shí)提 供液體儲(chǔ)存器的功能。因此，這種蒸發(fā)器的截面較大。因而，蒸發(fā)器的效率較低。這是因?yàn)?所引入的熱導(dǎo)致設(shè)置在蒸發(fā)器的較大體積中的液體沸騰。這種所謂的“液池沸騰”具有較 差的傳熱性、較龐大、需要較大流體存量并且在高壓下難以防漏。為了改進(jìn)蒸發(fā)器的傳熱性能，可考慮使用所謂的對(duì)流沸騰。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)流沸騰效 果，減小蒸發(fā)器的截面。由于蒸發(fā)器的截面減小，在蒸發(fā)器的出口處氣相與液相的混合物流 至到冷凝器。通過(guò)在蒸氣包含液滴的情況下將蒸氣混合物引導(dǎo)至冷凝器，冷凝器的性能另 一方面被降低。因此，蒸發(fā)器截面積減小的積極效果由于冷凝器較差的傳熱性能而在較大 程度上被廢除。因此，需要用于冷卻回路的蒸發(fā)器，其具有改進(jìn)的傳熱而不會(huì)影響冷卻回路的冷 凝器的性能。蒸發(fā)器應(yīng)確保在蒸發(fā)通道中存在足夠的液相冷卻流體可用，使得蒸發(fā)器在操 作期間不變干。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上文所述，提供根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的蒸發(fā)器，根據(jù)權(quán)利要求15所述的 冷卻回路，根據(jù)權(quán)利要求17所述的功率模塊和根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法。根據(jù)第一方面，提供用于冷卻回路的蒸發(fā)器，該冷卻回路用于通過(guò)蒸發(fā)冷卻流體 而冷卻至少一個(gè)發(fā)熱裝置。這種蒸發(fā)器包括頂部收集器，其具有用于在其中接收冷卻流體 的體積；底部收集器，其具有用于在其中接收冷卻流體的體積；以及蒸發(fā)器主體。蒸發(fā)器主 體包括至少一個(gè)導(dǎo)熱壁，其可熱連接到至少一個(gè)發(fā)熱裝置；
多個(gè)蒸發(fā)通道，其與至少一個(gè)導(dǎo)熱壁熱接觸并且流體式連接到底部收集器和頂部 收集器，蒸發(fā)通道中的每個(gè)包括相應(yīng)的蒸發(fā)通道引入口用于在蒸發(fā)器的操作狀態(tài)下從底部 收集器引入冷卻流體，和相應(yīng)的蒸發(fā)通道出口用于在操作狀態(tài)將冷卻流體放出到頂部收集 器，蒸發(fā)通道在尺寸方面構(gòu)造成用于在操作狀態(tài)下在蒸發(fā)通道中形成液體冷卻流體的沸 騰，因此在操作狀態(tài)下，其中的冷卻流體至少部分地變成蒸氣，并且用于形成氣泡泵使得冷 卻流體經(jīng)由相應(yīng)的蒸發(fā)通道出口從蒸發(fā)通道被驅(qū)動(dòng)出至頂部收集器；以及多個(gè)返回通道，其流體式連接到底部收集器和頂部收集器，返回通道中的每個(gè)包 括相應(yīng)的返回通道引入口用于在操作狀態(tài)下從頂部收集器引入冷卻流體，和相應(yīng)的返回通 道出口用于在操作狀態(tài)下將冷卻流體放出到底部收集器。上文所述的蒸發(fā)通道幾何形狀的優(yōu)點(diǎn)在于，發(fā)熱裝置與蒸發(fā)器內(nèi)部的冷卻流體之 間的傳熱以及流體循環(huán)通過(guò)允許氣泡泵的蒸發(fā)通道幾何形狀而得到改進(jìn)。而且，液體返回通道的優(yōu)點(diǎn)在于，它們?cè)试S可能存在于頂部收集器中或者可從蒸 發(fā)通道進(jìn)入頂部收集器的液體冷卻流體快速地并且以均勻分布的方式返回到底部收集器， 使得甚至在強(qiáng)熱負(fù)荷下，蒸發(fā)器變干的風(fēng)險(xiǎn)降低。這包括蒸發(fā)器局部變干的風(fēng)險(xiǎn)。而且，由于氣泡泵，改進(jìn)了流體的對(duì)流移動(dòng)。因此，在許多情況下，無(wú)需提供泵或類(lèi) 似物來(lái)供應(yīng)足量的流體和保持冷卻流體循環(huán)在足夠的水平。根據(jù)第二方面，類(lèi)似第一方面地提供一種蒸發(fā)器，但是以絕對(duì)值給出蒸發(fā)通道尺 寸而不是根據(jù)氣泡泵進(jìn)行限定。也就是說(shuō)，根據(jù)第二方面，蒸發(fā)通道具有如在本說(shuō)明書(shū)中任 何地方所限定的橫截面。例如，橫截面可具有以下中的至少一個(gè)在截面中最小橫向通道尺寸在0. 25mm與25mm之間，在某些實(shí)施例中在0. 5mm與 IOmm之間，并且在特定實(shí)施例中在Imm與6mm之間；在與導(dǎo)熱壁正交的橫向方向上，橫向通道大小小于25mm，在某些實(shí)施例中小于 IOmm ；橫截面縱橫比，即在橫向方向上的最大通道寬度除以在橫向方向上的最小通道寬 度，在1與10之間，在某些實(shí)施例中在1與5之間或者在1與2之間。這些尺寸便于向通道內(nèi)的冷卻流體傳熱，因?yàn)樗鼈兇_保大部分冷卻流體緊鄰?fù)ǖ?壁。小縱橫比允許通道側(cè)壁顯著地有助于向流體傳熱，從而增加了蒸發(fā)器的冷卻效率。根據(jù)第三方面，提供用于通過(guò)蒸發(fā)冷卻流體而冷卻至少一個(gè)發(fā)熱裝置的冷卻回 路。冷卻回路包括如本文中任何地方所描述的蒸發(fā)器，其并不排除可存在多于一個(gè)蒸發(fā)器； 冷凝器，其具有聯(lián)接部分用于將冷凝器熱聯(lián)接至散熱器；以及導(dǎo)管，其同樣并不排除可存在 多于一個(gè)導(dǎo)管，包括第一導(dǎo)管部分和第二導(dǎo)管部分，第一導(dǎo)管部分將蒸發(fā)器連接到冷凝器 用于在操作狀態(tài)下將蒸氣冷卻流體從頂部收集器傳送到冷凝器；第二導(dǎo)管部分將冷凝器連 接到蒸發(fā)器用于在操作狀態(tài)下將液體冷卻流體從冷凝器傳送到底部收集器。冷卻器回路還 可包括冷卻流體。根據(jù)第四方面，提供利用蒸發(fā)器來(lái)冷卻發(fā)熱裝置的方法。通常，來(lái)自蒸發(fā)通道的氣流也可將某個(gè)量的液相輸送至頂部收集器。因此，在某些 實(shí)施例中，頂部收集器具有在操作狀態(tài)下用于將冷卻流體的主要液體部分與主要蒸氣部分 分開(kāi)的分離體積。分離體積位于蒸發(fā)器通道的蒸氣引出端口。分離體積防止液相部分從頂 部收集器輸送到冷凝器。因此，避免了液體不期望地饋送至冷凝器內(nèi)。
替代地，提供返回通道用于使液體部分返回到底部收集器。存在多個(gè)返回通道，以 便可提供足夠的并且良好分布的液體供應(yīng)，即使例如返回通道中的一個(gè)被堵塞。另外，也通過(guò)提供可連接到冷卻回路的冷凝器的、在底部收集器處的蒸發(fā)器入口 端口來(lái)促進(jìn)足夠的供應(yīng)。這種布置允許冷卻流體從冷凝器直接放出到底部收集器，而無(wú)需 將流體引入到頂部收集器。實(shí)施例也涉及制造所公開(kāi)的蒸發(fā)器和冷卻回路的方法?？膳c本文所描述的實(shí)施例相組合的另外的優(yōu)點(diǎn)、特征、方面和細(xì)節(jié)通過(guò)所附權(quán)利 要求、說(shuō)明書(shū)和附圖而明顯。


細(xì)節(jié)將參考附圖在下文中描述，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的冷卻回路的透視圖，圖2a是圖1的冷卻回路的蒸發(fā)器的透視圖，圖2b是圖2a的蒸發(fā)器的截面透視圖，圖3是圖2a的蒸發(fā)器的透視圖，其被部分地拆卸以便暴露其蒸發(fā)器主體，圖4a是圖3所示的蒸發(fā)器主體的透視圖，圖4b至4d是根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施例的另外蒸發(fā)器的透視圖，圖5a是根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施例的蒸發(fā)器的透視圖，圖5b和圖5c是圖5a的蒸發(fā)器的另外的截面透視圖，圖6a和圖6b分別是圖1所示的冷卻回路的冷凝器的入口和出口的透視圖和截面 圖，以及圖7a是根據(jù)本發(fā)明的另外方面的蒸發(fā)器的透視圖，圖7b是圖7a的蒸發(fā)器的透視截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將詳細(xì)地參考各個(gè)實(shí)施例，各個(gè)實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例由每個(gè)圖示出。每個(gè) 實(shí)例以解釋說(shuō)明的方式提供并且不意味著作為限制。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的部分進(jìn)行示 出和描述的特征可用在任何其它實(shí)施例上或者與任何其它實(shí)施例結(jié)合使用以得到又一實(shí) 施例。預(yù)期本公開(kāi)包括這些修改和變化。在附圖的下文描述內(nèi)，相同的附圖標(biāo)記表示相似構(gòu)件或功能上類(lèi)似的構(gòu)件。通常， 僅僅描述關(guān)于個(gè)別實(shí)施例的差異。除非另外具體說(shuō)明，在一個(gè)實(shí)施例中的部分或方面的描 述也應(yīng)用于在另一實(shí)施例中的相應(yīng)部分或方面。冷卻回路的概述和操作圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的兩相冷卻回路的截面透視圖。冷卻回路1包括蒸發(fā) 器100、導(dǎo)管200和經(jīng)由導(dǎo)管200連接到蒸發(fā)器100的冷凝器300。更確切地，導(dǎo)管200包括 內(nèi)部導(dǎo)管220和繞內(nèi)部導(dǎo)管220同軸布置的外部導(dǎo)管210。外部導(dǎo)管210將蒸發(fā)器100的 蒸氣出口端口 162 (參看圖2a)流體式連接到冷凝器300的冷凝器入口 212。另外，內(nèi)部導(dǎo) 管220將冷凝器300的冷凝器出口 222流體式連接到蒸發(fā)器100的液體入口端口 171 (參 看圖2a)。
在操作期間，冷卻回路以如下方式作為兩相熱虹吸進(jìn)行操作。蒸發(fā)器100從諸如 附連到其上的功率模塊的發(fā)熱裝置吸熱。熱在蒸發(fā)器100內(nèi)產(chǎn)生冷卻流體從液相到氣相的 (部分)相變。通常，流體可為任何已知制冷劑或任何其它流體。然后，所形成的蒸氣(即， 處于氣相的冷卻流體)經(jīng)由蒸氣出口端口 162 (參看圖2a)、外部導(dǎo)管210以及冷凝器入口 212從蒸發(fā)器100放出到冷凝器300。在冷凝器300中，蒸氣冷卻流體再次冷凝成液相，從 而將相關(guān)的冷凝熱發(fā)出至聯(lián)接至冷凝器的散熱器。隨后，液體冷卻流體經(jīng)由冷凝器出口 222 和內(nèi)部導(dǎo)管220輸送回至蒸發(fā)器，該液體冷卻流體經(jīng)由液體入口端口 171(參看圖2a)進(jìn)入 蒸發(fā)器內(nèi)。因此，蒸發(fā)器可描述為兩相蒸發(fā)器。此處，上文所述的冷卻流體的相變可能是不完全，S卩，在冷卻流體的氣相中仍然可 能存在例如液滴。因此，在此氣相更具體地指主要為氣相，其仍然可包括例如以液滴形式的 某些液體，但其流動(dòng)性質(zhì)以氣相為主。同樣，液相更具體地指主要為液相。圖1的冷卻回路為重力熱虹吸，即蒸發(fā)器100處在豎直底部位置并且冷凝器300 處在豎直頂部位置(如圖1中的Z軸所示)。以此方式，重力幫助維持上文所述的冷卻流 體循環(huán)，這是因?yàn)檎魵饫鋮s流體由于其浮力而向上豎直移動(dòng)(在ζ方向上)，并且從冷凝器 300返回到蒸發(fā)器100的液體冷卻流體由于其更高的質(zhì)量密度而向下地豎直向下移動(dòng)。通 常，在本文中ζ軸定義為蒸發(fā)通道(參看下文)的縱向延伸，并且頂部方向是在正常操作期 間的蒸發(fā)方向。蒸發(fā)器也可安裝在傾斜方位或甚至水平方位(相對(duì)于地表面)。但是，在此情況 下，頂部、底部等在本文中由蒸發(fā)通道中蒸發(fā)流體的流動(dòng)方向限定。例如，當(dāng)蒸發(fā)器相對(duì)于 地表面安裝于水平方位時(shí)，如果液體柱提供足夠的壓力，則在蒸發(fā)通道中蒸發(fā)冷卻液體仍 然泵向頂部收集器，從而符合術(shù)語(yǔ)“頂部”收集器。在本文中出于描述目的，術(shù)語(yǔ)“上部”、“下部”、“左”、“后”、“右”、“前”、“豎直”、“水
平”和其衍生詞應(yīng)關(guān)于本發(fā)明如附圖中的定向。然而，應(yīng)了解的是，本發(fā)明可呈現(xiàn)各種替代 方位，只要在本發(fā)明的意義上維持熱虹吸及其部件的功能。蒸發(fā)器的第一實(shí)施例總體設(shè)計(jì)參看圖2a和圖2b，現(xiàn)將更詳細(xì)地描述蒸發(fā)器100。此處，參考圖2和其它附圖所 示的正交x-y-z坐標(biāo)系，其中ζ軸表示蒸發(fā)通道130 (參看下文)的縱向延伸方向，χ軸表 示垂直于蒸發(fā)器壁122(參看下文)的方向。蒸發(fā)器100具有蒸發(fā)器外殼101，其包括用于冷卻流體的內(nèi)部體積。內(nèi)部體積僅 可通過(guò)連接器160接近，連接器160形成用于蒸氣冷凝物與液體冷凝物的功能端口。除了 連接器160之外，蒸發(fā)器100的內(nèi)部體積以不透流體的方式關(guān)閉從而在其中包含冷卻流體。 連接器160包括外部連接器管161，其參考由連接器160的圓柱形狀所限定的軸線以同軸方 式側(cè)向地包圍內(nèi)部連接器管170。在側(cè)向地包圍內(nèi)部連接器管170的外部連接器管161之 間的空腔具有環(huán)形截面并且用作蒸氣出口端口 162。與此相反，內(nèi)部連接器管170內(nèi)的空腔 用作液體入口端口 171，冷凝的液體/冷卻劑從液體入口端口 171以閉環(huán)方式運(yùn)行到液體出 口端口 172并且進(jìn)一步到實(shí)際蒸發(fā)部分再次蒸發(fā)。可區(qū)分蒸發(fā)器100的至少三個(gè)區(qū)段蒸發(fā)器包括頂部收集器110、底部收集器150 和布置于頂部收集器Iio與底部收集器150之間的蒸發(fā)器主體120。頂部收集器110具有內(nèi)部頂部收集器體積，底部收集器150具有內(nèi)部底部收集器體積，用于在其中容納冷卻流 體。頂部收集器110的內(nèi)部體積由為蒸發(fā)器外殼101的部分的頂部收集器外殼111并且由 蒸發(fā)器主體120的一部分界定。頂部收集器110的內(nèi)部體積與位于外部連接器管161內(nèi)的 蒸氣出口端口 162直接流體連通，外部連接器管161附連到頂部收集器外殼111。另外，底 部收集器150由底部收集器外殼151并且由蒸發(fā)器主體120的一部分界定。蒸發(fā)主體120包括導(dǎo)熱蒸發(fā)器壁122，其熱連接到附連到壁122上的功率模塊2。 此處，功率模塊2是待由冷卻回路進(jìn)行冷卻的發(fā)熱裝置。作為通常方面，導(dǎo)熱壁122的大小 在y方向和ζ方向上可在200mm與2000mm之間。在一個(gè)實(shí)施例中，大小為大約400mm(在 ζ方向上)乘以800mm(在y方向上)。這個(gè)大小特別適合于功率模塊。在某些實(shí)施例中， 在χ方向上的大小在50mm與400mm之間，或者在IOOmm與200mm之間。在其它實(shí)施例中， 導(dǎo)熱壁和整個(gè)蒸發(fā)器的大小可小很多，例如當(dāng)蒸發(fā)器適用于諸如筆記本的便攜式設(shè)備的構(gòu) 件時(shí)。蒸發(fā)主體120還包括多個(gè)蒸發(fā)通道130和多個(gè)液體返回通道140。通道130、140 延伸通過(guò)蒸發(fā)器主體120并且使頂部收集器110與底部收集器150彼此流體式連接。蒸發(fā) 通道130比液體返回通道140更靠近蒸發(fā)器壁122布置。蒸發(fā)通道130和返回通道140相 互平行布置并且在豎直方向(ζ方向)上延伸。蒸發(fā)器100的內(nèi)部體積包含冷卻流體(在圖2a中未示出)，冷卻流體的部分為液 相，冷卻流體的部分為汽相。液相傾向于處于蒸發(fā)器的底部，汽相由于其較低的質(zhì)量密度而 傾向于處于頂部，通常由液面分開(kāi)，然而液面可能由于例如氣泡形成而尤其在蒸發(fā)通道內(nèi) 略微模糊。蒸發(fā)器100設(shè)計(jì)成使得其用于廣泛液面。通常，液面可處于在蒸發(fā)通道130的入 口 136與蒸氣出口端口 162之間的任何高度(在豎直ζ方向上)。這個(gè)較寬范圍允許在各 種操作條件期間的可靠操作。通常，液面優(yōu)選地選擇成使得在操作條件期間在液體返回通 道140內(nèi)和/或在液體返回管170內(nèi)存在液面柱，液面足夠高以維持或支持冷卻流體的循 環(huán)。如果更功能性的語(yǔ)言被認(rèn)為更適合于讀者的理解，則液體返回管170在下文中也被稱(chēng) 作返回液體管170。在操作期間，蒸發(fā)通道130從底部收集器150引入液體冷卻流體(即，更確切地， 主要液體冷卻流體，參看上文)。然后液體冷卻流體在蒸發(fā)通道130內(nèi)蒸發(fā)。因此，冷卻 液體至少部分地變成蒸氣，即氣體，從而生成液體冷卻流體與氣態(tài)冷卻流體的兩相混合物 (而且，在某些實(shí)施例中，可生成主要?dú)鈶B(tài)冷卻流體，但為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將僅解釋兩相混合物 的情況)。所形成的至少部分蒸氣冷卻流體然后由于其浮力而朝向頂部收集器驅(qū)動(dòng)，并且由 此產(chǎn)生兩相混合物中的冷卻流體到頂部收集器110的質(zhì)量流。在頂部收集器110中，冷卻流體的氣相(即，主要?dú)庀?部分與冷卻流體的液相 (即，主要液相)部分分開(kāi)。返回通道140用于使冷卻流體的液相部分從頂部收集器110返 回到底部收集器150。因此，鑒于上文所述的它們的功能，在底部收集器150的側(cè)面處的蒸發(fā)通道130的 端部(在圖3中示出的端部136)可被稱(chēng)作蒸發(fā)通道引入口，在頂部收集器110的側(cè)面處的 端部138可被稱(chēng)作蒸發(fā)通道出口。同樣，在頂部收集器110的側(cè)面處的返回通道140的端 部146可被稱(chēng)作返回通道引入口用于引入冷卻流體，在底部收集器150的側(cè)面處的返回通道140的端部148 (參看圖3)可被稱(chēng)作返回通道出口。蒸發(fā)主體120，通道130、140 現(xiàn)將更詳細(xì)地描述圖2b所示的蒸發(fā)主體120和通道130、140。蒸發(fā)通道130由每 通道四個(gè)相應(yīng)的通道壁界定，通道壁基本上沿著通道長(zhǎng)度延伸。對(duì)于這些通道壁，不僅最靠 近蒸發(fā)器壁122的通道壁，而且與之相鄰的兩個(gè)通道壁顯著地有助于從蒸發(fā)器壁122到通 道內(nèi)部的冷卻流體的傳熱。通常方面是至少蒸發(fā)通道的這三個(gè)通道壁和蒸發(fā)器壁122形成 為單件主體(此處，蒸發(fā)器主體120)的壁。這方面允許從蒸發(fā)器壁122到至少這三個(gè)通道 壁的特別良好的傳熱。蒸發(fā)通道130比返回通道140更鄰近(最靠近)蒸發(fā)器壁122布置。更確切地， 蒸發(fā)通道130布置于返回通道140與蒸發(fā)器壁122之間。這種布置幫助蒸發(fā)通道130有效 地吸收來(lái)自蒸發(fā)器壁122的熱，從而屏蔽液體返回通道140免于來(lái)自蒸發(fā)器壁122的熱，因 而避免返回通道140中冷卻流體的沸騰。多個(gè)蒸發(fā)通道130在ζ方向上彼此平行地延伸。另外，多個(gè)蒸發(fā)通道130沿著y 方向以線性行進(jìn)行布置。同樣，返回通道140也在ζ方向上彼此平行地延伸并且沿著y方 向成線性行進(jìn)行布置。另外，相鄰的蒸發(fā)通道130僅僅分開(kāi)較小間距。特別地，在y方向上在兩個(gè)相鄰的 蒸發(fā)通道130之間的間距小于在y方向上一個(gè)蒸發(fā)通道130的截面延伸。這種布置允許蒸 發(fā)通道130有效地吸收來(lái)自發(fā)熱裝置的熱。圖2a和圖2b的蒸發(fā)器具有兩個(gè)導(dǎo)熱壁122，發(fā)熱裝置附連到導(dǎo)熱壁122上并在導(dǎo) 熱壁122處冷卻。也就是說(shuō)，不僅圖2a所示的壁122，而且與之相對(duì)的壁也是這種蒸發(fā)器 壁。因此，蒸發(fā)器關(guān)于圖2b的截面y-z平面成鏡像對(duì)稱(chēng)。在圖2b的截面圖中不可見(jiàn)的蒸 發(fā)通道130和液體返回通道140的另外的行可從圖3看到。在圖4a所示的實(shí)施例中，蒸發(fā)器主體120由單件制成。因此，蒸發(fā)通道和液體返 回通道作為單件單元物理地設(shè)置在蒸發(fā)器主體120中。這具有優(yōu)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)從蒸發(fā)器壁122 到通道，尤其是到蒸發(fā)通道130的特別良好的傳熱。蒸發(fā)器主體120例如可由諸如鋁或銅 的金屬例如通過(guò)擠壓而制成。以此方式，導(dǎo)熱壁122也是單件蒸發(fā)器主體120的部分。蒸發(fā)通道130設(shè)計(jì)成使得在操作期間，液體冷卻流體通過(guò)沸騰，在某些實(shí)施例中 通過(guò)對(duì)流沸騰，而在蒸發(fā)通道130內(nèi)蒸發(fā)。另外，作為通常方面，通道也可在橫向上較小，使得由于沸騰所生成的蒸氣氣泡形 成氣泡泵效應(yīng)，其中蒸發(fā)氣泡由于其浮力而造成質(zhì)量流使得液體與蒸氣的兩相混合物從蒸 發(fā)通道被驅(qū)動(dòng)出來(lái)。通常，如果通道的大小(在至少一個(gè)橫向方向上，X或y)具有與冷卻流體的蒸發(fā) 氣泡的氣泡大小相同的數(shù)量級(jí)，則蒸發(fā)通道尺寸允許氣泡泵。蒸發(fā)通道130不僅在χ方向上較薄，而且在y方向上也較薄。作為通常方面，它們 在任何橫向方向(χ禾P /或y方向)上的大小小于25mm，小于IOmm或者甚至小于8mm。作 為另外的通常方面，在任何橫向方向上的通道大小超過(guò)0. 25mm或超過(guò)0. 5mm或超過(guò)1mm，從 而允許其中的冷卻流體的良好移動(dòng)。作為另外的通常方面，通道截面(在正交于縱長(zhǎng)的通 道延伸的平面中)小于100mm2，或者小于50mm2，或甚至小于20mm2。作為另外的通常方面， 通道截面大于0. Imm2或大于1mm2。
另外，通常，橫截面縱橫比，即在橫向方向上的最大通道寬度除以在橫向方向上的 最小通道寬度，在1與5之間，或者甚至在1與2之間。這意味著在X和y方向上的通道尺 寸彼此之間的差別不太大。因此，不僅面對(duì)蒸發(fā)器壁122的通道壁，而且與之相鄰的側(cè)通道 壁可顯著地有助于從蒸發(fā)器主體120至冷卻流體的傳熱，從而提高裝置的冷卻效率。這種幾何形狀允許到冷卻流體的有效傳熱首先，由于較小通道的約束增加了流 體流的速度并且因此通過(guò)對(duì)流增加了總體冷卻流體循環(huán)。因此，減小了蒸發(fā)器變干的風(fēng)險(xiǎn)。 其次，小通道增加了與流進(jìn)行熱交換的面積，特別是由于側(cè)通道面，擴(kuò)大的表面導(dǎo)致用于增 進(jìn)傳熱的翅片效應(yīng)。這相對(duì)于例如在單個(gè)寬通道中必需的熱通量降低了局部熱通量(對(duì)于 相同的功率水平)。另外，由冷卻流體面對(duì)的減小的熱通量負(fù)荷允許恒定地工作在臨界熱通 量條件以下。因此，這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致增加的傳熱面積和約束，這又可能導(dǎo)致蒸發(fā)器的更高功率
密度。頂部收集器110:頂部收集器110布置成用于收集離開(kāi)蒸發(fā)通道130的至少部分蒸氣冷卻流體，通 常為兩相混合物。頂部收集器具有分離器體積，其使得冷卻流體的液相能夠與氣相分離 (即，主要液態(tài)部分與主要蒸氣部分，即氣態(tài)部分，至少部分地分離)。主要?dú)庀嘟?jīng)由蒸氣出 口端口 162放出，蒸氣出口端口 162布置于頂部收集器110的最頂部以將冷卻流體的主要 蒸氣部分從頂部收集器放出。液相或主要液體部分從頂部收集器取出并且經(jīng)由上文所述的液體返回通道140 返回到底部收集器150。為此，它的引入口 146比蒸氣出口端口 162更進(jìn)一步地布置于頂 部收集器110的底部。此處，液體返回通道140的返回通道引入口 146布置于頂部收集器 110的最底側(cè)，尤其比蒸發(fā)通道130的蒸發(fā)通道出口 138更進(jìn)一步朝向底部。底部收集器底部收集器位于蒸發(fā)通道130的入口端口 136 (參看圖3)。在操作期間，它包含恒 定地饋送給蒸發(fā)器通道130的液體冷卻流體池。如在圖2a和圖3中可看出，從兩個(gè)不同的源向底部收集器150饋送液體冷卻流 體首先，從液體返回通道140的返回通道出口 148向底部收集器150饋送液體冷卻流體。 其次，經(jīng)由液體返回管170的液體出口端口 172從頂部收集器處的排放口向底部收集器150 直接饋送液體冷卻流體，在下文中更詳細(xì)地描述。為此，液體返回管170直接通往底部收集 器 150。通常方面為底部收集器由兩個(gè)液體冷卻流體源饋送。特別地，兩個(gè)源為可直接連 接到蒸發(fā)器外部的源(此處，到冷凝器300)的液體返回管170和與頂部收集器110直接連 通的返回通道140。液體返回管170 返回液體管170當(dāng)附連到圖1所示的內(nèi)部導(dǎo)管220時(shí)提供冷凝器300(參看圖1) 與底部收集器150之間的直接連接，用于從冷凝器向底部收集器150傳送冷凝的液體冷卻 流體。液體返回管170同軸地布置于外部連接器管161內(nèi)并且具有液體入口端口 171用 于經(jīng)由導(dǎo)管220(參看圖1)接收來(lái)自頂部收集器的液體冷卻流體，入口布置于蒸發(fā)器100 的頂側(cè)上。液體返回管170橫過(guò)頂部收集器110和蒸發(fā)器主體120并且具有液體出口端口172,液體出口端口 172直接位于底部收集器150處，用于將液體冷卻流體從液體返回管170 內(nèi)直接放出到底部收集器150。液體返回管170經(jīng)由在蒸發(fā)器主體120內(nèi)在ζ方向上延伸的圓柱形孔176 (參看 圖4a)橫過(guò)蒸發(fā)器主體120。雖然蒸發(fā)器主體120設(shè)計(jì)成從發(fā)熱裝置有效地接收熱，但是不 希望經(jīng)由液體返回管170返回的液體冷卻流體被過(guò)多地加熱。這種加熱將減緩液體返回到 蒸發(fā)器從而抵消冷卻流體的對(duì)流循環(huán)。因此，在蒸發(fā)器主體120與液體返回管170之間存 在熱絕緣。此處，隔熱由蒸發(fā)器主體120與液體返回管170之間的間隙提供。液體返回管170 與蒸發(fā)器主體120之間的唯一機(jī)械接觸是兩個(gè)隔離環(huán)174，其設(shè)置在蒸發(fā)器主體120的頂側(cè) 和底側(cè)。隔離環(huán)174，例如提供為金屬環(huán)，提供穩(wěn)定的間隙間距，并且同時(shí)防止冷卻流體進(jìn)入 該間隙。隔離環(huán)174可例如釬焊在一個(gè)單槽中。另外，液體返回管170布置成使得當(dāng)在χ方向上觀察時(shí)蒸發(fā)器通道130在液體返 回管170與蒸發(fā)器壁122之間，從而進(jìn)一步屏蔽液體返回管170免于來(lái)自發(fā)熱裝置2的熱。可選地，液體返回管可提供為外部導(dǎo)管，其在底部收集器150處直接附連到蒸發(fā) 器100，而不是橫過(guò)蒸發(fā)器主體120。連接器160，導(dǎo)管200 如圖2a和圖2b所示，蒸氣出口端口 162設(shè)置在外管161中，該外管161布置于頂 部收集器110的頂側(cè)(即，與蒸發(fā)通道出口 138相對(duì)的側(cè))。另外，液體返回管170布置成 同軸地布置于外管161內(nèi)的內(nèi)管。這些管一起提供圖1所示的導(dǎo)管200可附連到其上的連 接器160。相應(yīng)地形成導(dǎo)管200 導(dǎo)管200具有用于將蒸氣冷卻流體從蒸發(fā)器100輸送到冷 凝器300的外部導(dǎo)管210和用于將液體冷卻流體從冷凝器300輸送回至蒸發(fā)器100的內(nèi)部 導(dǎo)管220，外部導(dǎo)管與內(nèi)部導(dǎo)管同軸。外部導(dǎo)管210適于附連到外部連接器管161上，內(nèi)部 導(dǎo)管220適于附連到內(nèi)部連接器管170上。導(dǎo)管200可為剛性的或柔性的，例如，金屬導(dǎo)管或金屬管。導(dǎo)管200允許冷凝器 300遠(yuǎn)離發(fā)熱裝置2。導(dǎo)管的長(zhǎng)度可例如為大約1至3米。通過(guò)導(dǎo)管200將熱從待冷卻裝 置的安裝地點(diǎn)輸送出來(lái)可降低原地(in-loco)周?chē)鷾囟日{(diào)節(jié)(HVAC)的需要。導(dǎo)管200可單獨(dú)地提供或者提供為連接管的部分，該連接管還包括用于連接到蒸 發(fā)器100和/或冷凝器300的纜線。纜線可例如為液壓纜線或電纜線，例如電力或控制纜 線。相應(yīng)地，在此情況下，蒸發(fā)器包括電連接器用于將蒸發(fā)器電連接到電力和電信號(hào) 源(未示出)中的至少一個(gè)。電連接器附連到連接器160上，以便與蒸發(fā)器出口管成固定 空間關(guān)系(相對(duì)于外部連接器管161或液體返回管170)。該空間關(guān)系選擇成使得其適合導(dǎo) 管200處的相應(yīng)連接器。在特定實(shí)施例中，連接設(shè)置在外部連接器管161的外部，并且用于 通過(guò)在平行于管軸線的方向上(在ζ方向上)相對(duì)于導(dǎo)管滑動(dòng)連接器來(lái)進(jìn)行連接。導(dǎo)管200可為導(dǎo)電的或電絕緣的。在前一種情況下，導(dǎo)管可接地。作為通常方面，蒸發(fā)器壁122可設(shè)置在盒中，該盒也適于包含發(fā)熱裝置2。在此情 況下，到盒的外部的連接可通過(guò)導(dǎo)管200或者連接器160穿過(guò)盒的開(kāi)口。蒸發(fā)器的制造
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蒸發(fā)器100可如下制造包括通道130、140和開(kāi)口 176的蒸發(fā)器主體120被擠壓 (參看圖4a)，尤其擠壓成單個(gè)塊體。然后，液體返回管170插入到開(kāi)口 176內(nèi)并且附連于其 上。然后，頂部收集器110 (頂部收集器外殼111)和底部收集器150 (底部收集器外殼151) 例如通過(guò)焊接或釬焊附連到蒸發(fā)器主體120上。它們附連到蒸發(fā)器主體120上使得存在不 透流體的連接。然而，蒸發(fā)器主體還可包括若干部件，例如，核芯部件和側(cè)向的附連壁部件，其包 括由蒸發(fā)器壁例如以類(lèi)似夾心的方式覆蓋以便滿足特性和需求的蒸發(fā)和/或液體返回通 道。不言而喻，在此情況下，不應(yīng)當(dāng)過(guò)分地影響不透流體性、不透氣體性和功能。蒸發(fā)器主體120、頂部收集器150和/或底部收集器150可由包括鋁、銅、不銹鋼或 任何其它合適的導(dǎo)熱材料(例如金屬材料)的材料制成。附連另外，圖2a示出附連翼106，用于將蒸發(fā)器附連在操作位置(其中，頂側(cè)在ζ方向 上豎直向上，使得蒸發(fā)的冷卻流體向上行進(jìn))。另外，存在用于將發(fā)熱裝置2附連到蒸發(fā)器 壁122的附連裝置105。此處，附連裝置105為在蒸發(fā)器壁122中的螺紋孔，但是任何其它 附連裝置，諸如連接器上的卡扣，也同樣是合適的。蒸發(fā)器的另外的修改圖4b示出用于蒸發(fā)器的第二實(shí)施例的蒸發(fā)器主體120。關(guān)于第一實(shí)施例的差異 為，在圖4b中輔助返回通道144設(shè)置在與頂部收集器相鄰的蒸發(fā)器主體120表面的向下凹 部142中。由此，輔助返回通道144的入口更向下布置，即比其它液體返回通道140的返回 通道進(jìn)入口 146更靠近底部收集器。這種布置允許從頂部收集器到底部收集器的有效液體 返回。圖4c示出根據(jù)第三實(shí)施例的蒸發(fā)器主體120。此處，與先前的實(shí)施例相反，蒸發(fā) 器主體120不具有其中兩個(gè)蒸發(fā)器壁122位于其相對(duì)側(cè)的繞中心平面的鏡像對(duì)稱(chēng)。相反， 蒸發(fā)器主體僅僅具有適于與(多個(gè))散熱裝置接觸的一個(gè)蒸發(fā)器壁122。通常，圖4c的蒸 發(fā)器主體對(duì)應(yīng)于圖4a的蒸發(fā)器主體的一半(例如，示于圖2b的截面圖中的一半)。在圖 4c中，同樣液體返回通道140布置成比蒸發(fā)通道130遠(yuǎn)離蒸發(fā)器壁122，并且液體返回通道 140的引入口 146在ζ方向上比蒸發(fā)器通道130的蒸發(fā)通道出口 138更向下布置(S卩，更靠 近底部收集器)。作為關(guān)于圖4a的實(shí)施例的另外的差異，液體返回通道140具有與蒸發(fā)器 通道130相同的數(shù)量和間距。圖4d示出根據(jù)又一實(shí)施例的蒸發(fā)器主體120。此處，同樣兩個(gè)相對(duì)的蒸發(fā)器壁122 適于附連到相應(yīng)的發(fā)熱裝置上。因此，存在兩行蒸發(fā)器通道130，例如如圖4a所示。與圖 4a所示的實(shí)施例相反，僅僅存在一個(gè)液體返回通道140。液體返回通道140布置于蒸發(fā)器 通道130之間，S卩比蒸發(fā)器通道130進(jìn)一步遠(yuǎn)離相應(yīng)的蒸發(fā)器壁122。由此，熱屏蔽來(lái)自發(fā) 熱裝置和蒸發(fā)器壁122的熱。蒸發(fā)器主體120的頂表面，即與頂部收集器相鄰的表面，至少部分地傾斜。返回通 道引入口布置于該表面的最下側(cè)。這種布置導(dǎo)致從頂部收集器到底部收集器的有效液體返 回。蒸發(fā)器主體120的另一實(shí)施例在y方向上的延伸為圖4d所示的蒸發(fā)器主體的兩 倍，并且由如圖4d所示的兩半構(gòu)成。這兩半在包括液體返回通道140的圖4d的蒸發(fā)器本體120的側(cè)面處連接。因此，在此實(shí)施例中，液體返回通道140在y方向上布置于蒸發(fā)器主 體的中部。因而頂表面具有兩個(gè)斜坡，每個(gè)斜坡都朝向返回通道140入口。通常方面為液 體返回通道140的入口在蒸發(fā)器主體120的頂表面的最底部位置。蘑菇狀蒸發(fā)器圖5a至圖5c同樣示出與蒸發(fā)器100的圖2a和圖2b所示實(shí)施例類(lèi)似的實(shí)施例。 除了參考圖2a和圖2b進(jìn)行描述的元件之外，圖5a至圖5c的蒸發(fā)器100具有設(shè)置在頂部 收集器110內(nèi)的擴(kuò)大儲(chǔ)存體積114。這種儲(chǔ)存體積114由頂部收集器110實(shí)現(xiàn)，頂部收集器 110具有向外突伸的側(cè)壁，比蒸發(fā)器壁122在χ方向上更遠(yuǎn)地向外突伸。另外，如在圖5c中 可以看出，在頂部收集器110內(nèi)的儲(chǔ)存體積114比蒸發(fā)通道的出口 136進(jìn)一步向下延伸。雖然圖5a至圖5c所示的蒸發(fā)器可與上文所述的任何蒸發(fā)器主體組合，尤其與圖 4a至圖4d所示的任何蒸發(fā)器主體組合，但是圖4b的蒸發(fā)器主體是特別有利的，因?yàn)樗峁?額外的輔助液體返回通道144，從而即使冷卻流體水平低于主要液體返回通道140(參看圖 4b)的引入口 146，也允許液體冷卻流體返回。在此實(shí)施例中，輔助返回通道144的引入口 可大致布置于頂部收集器儲(chǔ)存體積114的底部。圖5a和圖5b的優(yōu)點(diǎn)在于，由于在頂部收集器儲(chǔ)存體積114內(nèi)的較大的橫向面積， 即使液體冷卻流體的絕對(duì)量例如由于公差或增加的蒸發(fā)(發(fā)熱裝置增加的熱)而變化，在ζ 方向上的液面也不會(huì)如此劇烈地變化。由此，甚至對(duì)于冷卻流體的液體部分的絕對(duì)體積的 較大變化，可穩(wěn)定地保持液面。因此，向底部收集器提供更恒定的液柱，接近蒸發(fā)器的最佳 工作條件。另外，降低了在蒸發(fā)器進(jìn)口處的可能缺乏液體冷卻流體(變干)的風(fēng)險(xiǎn)。頂部收集器在圖5a和圖5b中示出為具有橢圓形截面(在X-Z平面中)。在此實(shí) 施例的修改中，頂部收集器可具有任何其它形狀。例如，可僅在面向?qū)嵴舭l(fā)器壁122遠(yuǎn)離 的頂部收集器的側(cè)面處存在突起。作為通常方面，為了提供儲(chǔ)存體積，頂部收集器110可具有大于蒸發(fā)器主體120和 底部收集器150中的至少一個(gè)的截面積的橫截面積(在χ-y平面中)。星形蒸發(fā)器圖7a示出根據(jù)又一實(shí)施例的蒸發(fā)器。圖7a的蒸發(fā)器另外以截面圖示于圖7b中。 蒸發(fā)器具有繞中心部分布置成十字形布置的四個(gè)蒸發(fā)器翼IOOa至100d。中心部分是圓柱 形主體，包括液體返回管170和繞液體返回管170同軸地布置的外部連接器管161。蒸發(fā)器翼IOOa至IOOd繞中心部分以十字方式布置并且從中心部分徑向突出。每 個(gè)蒸發(fā)器翼大致構(gòu)造成類(lèi)似于上文所述的蒸發(fā)器，具有用于接觸其上的發(fā)熱裝置的兩個(gè)相 對(duì)的蒸發(fā)器壁122。蒸發(fā)器翼具有共同的頂部收集器110和共同的底部收集器150，以及在 它們之間的蒸發(fā)通道130和液體返回通道140，如關(guān)于先前的實(shí)施例所述。在圖7a和圖7b 所示的實(shí)施例中，四個(gè)翼具有由單件制成的共同的蒸發(fā)器主體120，然而也能例如具有用于 每個(gè)蒸發(fā)器翼的單獨(dú)的單件。在每個(gè)翼中，蒸發(fā)器主體120對(duì)應(yīng)于圖4d所示的實(shí)施例，其 中每個(gè)翼一個(gè)返回通道140?？蛇x地，圖4a至圖4d所示的蒸發(fā)器主體設(shè)計(jì)的任何其它設(shè)計(jì) 或者任何另外的蒸發(fā)器設(shè)計(jì)可用于每個(gè)翼IOOa至100d。根據(jù)需要，蒸發(fā)器主體可包括以合 適方式彼此熱連接的多個(gè)部件。作為圖7a所示的十字形布置的替代，蒸發(fā)主體也可以以其它關(guān)系彼此布置。例 如，可存在繞中心徑向地布置的任意數(shù)量的流體式連接的蒸發(fā)主體，其中蒸發(fā)器出口管161布置于中心。例如，也可存在其間以120°的角度進(jìn)行布置的三個(gè)蒸發(fā)主體。這種布置允許 特別方便地接近冷卻電氣裝置，這有助于容易維護(hù)。冷凝器圖6a和圖6b示出屬于圖1所示的冷凝器300的冷凝器側(cè)的部分。尤其，示出允 許蒸氣進(jìn)入到冷凝器(300，參看圖1)的冷凝器入口 212和允許冷卻液體離開(kāi)冷凝器的冷凝 器出口 222。冷凝器入口 212流體式連接到外部導(dǎo)管210并且經(jīng)由外部導(dǎo)管連接到蒸發(fā)器 的外部連接器管161。同樣，連接器出口 222經(jīng)由內(nèi)部導(dǎo)管220連接到蒸發(fā)器的液體返回管 170 (參看圖2a至圖5c)。未詳細(xì)地示出冷凝器300的其余部分，參看圖1?？墒褂萌魏魏线m的冷凝器，諸如 板式熱交換器或者空氣/液體熱交換器。另外，作為將提供閉合的冷卻流體循環(huán)的冷凝器的替代，也可提供開(kāi)放的冷卻流 體交換器，其中離開(kāi)蒸發(fā)器的蒸氣冷卻流體放出到環(huán)境，并且其中液體返回管170簡(jiǎn)單地 連接到液體冷卻流體儲(chǔ)存器，其從環(huán)境提供新鮮冷卻流體的充分供應(yīng)。雖然前文的描述針對(duì)于一些實(shí)施例，但是在不脫離權(quán)利要求所確定的基本范圍的 情況下可以設(shè)想出其它和另外的實(shí)施例。例如，該構(gòu)造可為用于多個(gè)功率模塊的單個(gè)蒸發(fā)器或者每個(gè)模塊單個(gè)蒸發(fā)器。而 且，可提供串聯(lián)，其中共用相同冷凝器的若干蒸發(fā)器經(jīng)由個(gè)別導(dǎo)管或者通過(guò)具有多個(gè)端口 的相同導(dǎo)管連接。每個(gè)蒸發(fā)器可通過(guò)由合適材料(如氧化鋁或絕緣陶瓷材料)制成的機(jī)械 連接與其余部分電絕緣。而且，作為通常方面，導(dǎo)管可包含至少一個(gè)電絕緣區(qū)段。電絕緣區(qū) 段可布置成以便提供導(dǎo)管的蒸發(fā)器側(cè)與冷凝器側(cè)之間的電絕緣，和/或以便提供用于可附 連到導(dǎo)管上的相應(yīng)蒸發(fā)器的不同蒸發(fā)器側(cè)之間的電絕緣。這種區(qū)段可為整個(gè)導(dǎo)管，即整個(gè) 導(dǎo)管由電絕緣材料制成?？蛇x地，導(dǎo)管可例如包括電絕緣材料的縱長(zhǎng)分段，從而使導(dǎo)管側(cè)彼 此絕緣。這將允許將具有不同電位的不同功率模塊連接到相同的熱移除裝置并且保持元件 彼此之間隔離。在此情況下，冷卻流體應(yīng)為介電的以便提供電絕緣溶液。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻回路(1)的蒸發(fā)器(100)，所述冷卻回路用于通過(guò)蒸發(fā)冷卻流體而冷 卻至少一個(gè)發(fā)熱裝置(2)，所述蒸發(fā)器包括頂部收集器(110)，其具有用于在其中接收所述冷卻流體的體積； 底部收集器(150)，其具有用于在其中接收所述冷卻流體的體積；以及 蒸發(fā)器主體(120)，其包括至少一個(gè)導(dǎo)熱壁(122)，其可熱連接到所述至少一個(gè)發(fā)熱裝置(2)； 多個(gè)蒸發(fā)通道(130)，其與所述至少一個(gè)導(dǎo)熱壁熱接觸并且可流體式連接到所述底部 收集器(150)和所述頂部收集器(110)，所述蒸發(fā)通道(130)中的每個(gè)包括相應(yīng)的蒸發(fā)通道 引入口(136)用于在所述蒸發(fā)器的操作狀態(tài)下從所述底部收集器(150)引入冷卻流體，和 相應(yīng)的蒸發(fā)通道出口(138)用于在所述操作狀態(tài)下將所述冷卻流體放出到所述頂部收集 器(110)，所述蒸發(fā)通道(130)在尺寸方面構(gòu)造成用于在所述操作狀態(tài)下在所述蒸發(fā)通道中形 成液體冷卻流體的沸騰，使得在所述操作狀態(tài)下，其中的所述冷卻流體至少部分地變成蒸 氣，并且用于形成氣泡泵使得所述冷卻流體然后經(jīng)由相應(yīng)的蒸發(fā)通道出口(136)從所述蒸 發(fā)通道(130)被驅(qū)動(dòng)出至所述頂部收集器(110)；以及多個(gè)返回通道(140)，其流體式連接到所述底部收集器(150)和所述頂部收集器 (110)，所述返回通道(140)中的每個(gè)包括相應(yīng)的返回通道引入口(146)用于在所述操作狀 態(tài)下從所述頂部收集器(110)引入所述冷卻流體，和相應(yīng)的返回通道出口(148)用于在所 述操作狀態(tài)下將所述冷卻流體放出到所述底部收集器(150)。
2.一種用于冷卻回路(1)的蒸發(fā)器(100)，所述冷卻回路用于通過(guò)蒸發(fā)冷卻流體來(lái)冷 卻至少一個(gè)發(fā)熱裝置(2)，所述蒸發(fā)器包括頂部收集器(110)，其具有用于在其中接收所述冷卻流體的體積； 底部收集器(150)，其具有用于在其中接收所述冷卻流體的體積； 在所述底部收集器處的液體出口端口(172)，其可連接到所述冷卻回路(1)的冷凝器 (300)，用于在所述蒸發(fā)器的操作狀態(tài)下將冷卻流體從所述冷凝器(300)放入到所述底部 收集器；以及蒸發(fā)器主體(120)，其包括至少一個(gè)導(dǎo)熱壁(122)，其可熱連接到所述至少一個(gè)發(fā)熱裝置(2)； 至少一個(gè)蒸發(fā)通道(130)，其與所述至少一個(gè)導(dǎo)熱壁熱接觸并且流體式連接到所述底 部收集器(150)和所述頂部收集器(110)，所述蒸發(fā)通道(130)中的每個(gè)包括相應(yīng)的蒸發(fā)通 道引入口用于在所述操作狀態(tài)下從所述底部收集器(150)引入所述冷卻流體，和相應(yīng)的蒸 發(fā)通道出口用于在所述操作狀態(tài)下將所述冷卻流體放出到所述頂部收集器(110)；以及至少一個(gè)返回通道(140)，其流體式連接到所述底部收集器(150)和所述頂部收集器 (110)，所述返回通道(140)中的每個(gè)包括相應(yīng)的返回通道引入口用于在所述操作狀態(tài)下 從所述頂部收集器(110)引入所述冷卻流體，和相應(yīng)的返回通道出口用于在所述操作狀態(tài) 下將所述冷卻流體放出到所述底部收集器(150)。
3.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蒸發(fā)器還包括在所述底部收集 器處的液體出口端口(172)，其可連接到所述冷卻回路(1)的冷凝器(300)，用于在所述蒸 發(fā)器的操作狀態(tài)下將冷卻流體從所述冷凝器(300)放入所述底部收集器。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蒸發(fā)器主體被提 供為單件單元。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蒸發(fā)通道具有以 下至少一種橫截面在所述截面內(nèi)的最小橫向通道尺寸在0. 25mm與25mm之間，在某些實(shí)施例中在0. 5mm 與IOmm之間，以及橫截面縱橫比在1與10之間，在某些實(shí)施例中在1與5之間或甚至在1與2之間。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蒸發(fā)通道由每個(gè) 通道四個(gè)相應(yīng)的導(dǎo)熱通道壁界定，所述通道壁基本上沿著相應(yīng)通道的長(zhǎng)度延伸。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蒸發(fā)器還包括至 少一個(gè)輔助返回通道(144)，其流體式連接到所述頂部收集器(110)和所述底部收集器 (150)，所述至少一個(gè)輔助返回通道(144)中的每個(gè)包括相應(yīng)的輔助返回通道引入口用于 在所述操作狀態(tài)下從所述頂部收集器(110)引入所述冷卻流體，和相應(yīng)的輔助返回通道出 口用于在所述操作狀態(tài)下將所述冷卻流體放出到所述底部收集器(150)，所述至少一個(gè)輔 助返回通道(144)引入口比所述返回通道(140)引入口中的至少一個(gè)或所有更靠近所述底 部收集器(150)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蒸發(fā)器還包括可 連接到所述冷卻回路(1)的冷凝器(300)的蒸氣出口端口(162)用于在所述操作狀態(tài)下從 所述頂部收集器向所述冷凝器放出冷卻流體；以及其中在實(shí)施例中所述頂部收集器具有分離體積，用于在所述操作狀態(tài)下在其中分離所述冷卻流體的主 要液體部分與主要蒸氣部分，所述蒸發(fā)器的蒸發(fā)器出口端口(162)布置成用于將所述冷卻 流體的主要蒸氣部分從所述頂部收集器放出，所述返回通道引入口布置成用于從所述頂部 收集器引入所述冷卻流體的主要液體部分。
9.如權(quán)利要求8所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蒸氣出口端口(162)是所述蒸 發(fā)器的外部連接器管(161)的端部，所述液體出口端口(172)形成所述蒸發(fā)器的內(nèi)部連接 器管(170)的端部，所述外部連接器管(161)繞所述內(nèi)部連接器管(170)大致同軸地布置。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述內(nèi)部連接器管 (170)延伸通過(guò)所述頂部收集器(110)并且通過(guò)所述蒸發(fā)器主體(120)到達(dá)所述底部收集 器(150)。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述頂部收集器具有 大于所述蒸發(fā)器主體和所述底部收集器中的至少一個(gè)的截面積的橫截面積。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述至少一個(gè)導(dǎo)熱壁 (122)是在所述蒸發(fā)器主體的相互相對(duì)側(cè)上的兩個(gè)導(dǎo)熱壁，所述兩個(gè)導(dǎo)熱壁適于與相應(yīng)的 發(fā)熱裝置(2)熱接觸。
13.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)，其特征在于，所述蒸發(fā)器主體是多 個(gè)蒸發(fā)主體中的一個(gè)，所述多個(gè)蒸發(fā)主體相互流體式連接并且繞中心徑向布置，在某些實(shí) 施例中，所述外部連接器管(161)布置于所述中心處，在特定實(shí)施例中，所述多個(gè)蒸發(fā)主體 是以十字形或星形布置進(jìn)行布置的四個(gè)蒸發(fā)主體。
14.一種用于通過(guò)蒸發(fā)冷卻流體來(lái)冷卻至少一個(gè)發(fā)熱裝置(2)的冷卻回路(1)，所述冷卻回路包括如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸發(fā)器(100)；冷凝器(300)，其具有聯(lián)接部分用于將所述冷凝器熱聯(lián)接到散熱器；以及導(dǎo)管，其包括第一導(dǎo)管部分和第二導(dǎo)管部分，所述第一導(dǎo)管部分將所述蒸發(fā)器(100) 連接到所述冷凝器(300)用于在所述操作狀態(tài)下將蒸氣冷卻流體從所述頂部收集器傳送 至所述冷凝器；所述第二導(dǎo)管部分將所述冷凝器(300)連接到所述蒸發(fā)器(100)用于在所 述操作狀態(tài)下將液體冷卻流體從所述冷凝器傳送至所述底部收集器(150)，在某些實(shí)施例 中，所述導(dǎo)管包含至少一個(gè)電絕緣區(qū)段。
15.一種功率模塊，其包括至少一個(gè)發(fā)熱裝置(2)，所述至少一個(gè)發(fā)熱裝置熱連接到如 權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的至少一個(gè)蒸發(fā)器主體(100)或如權(quán)利要求14所述的冷卻 回路。
16.如權(quán)利要求15所述的功率模塊，其特征在于，所述至少一個(gè)發(fā)熱裝置包括功率電 子裝置和功率電裝氣置中的至少一個(gè)。
17.一種利用蒸發(fā)器(100)來(lái)冷卻發(fā)熱裝置(2)的方法，所述蒸發(fā)器(100)包括頂部收集器(110)；底部收集器(150)；以及蒸發(fā)器主體(120)， 其具有至少一個(gè)導(dǎo)熱壁(122)、多個(gè)蒸發(fā)通道(130)和多個(gè)返回通道(140)；以及在所述蒸 發(fā)通道(130)中的冷卻流體，所述方法包括步驟經(jīng)由所述導(dǎo)熱壁(122)將熱從所述發(fā)熱裝置(2)傳遞至所述多個(gè)蒸發(fā)通道(130)；在所述蒸發(fā)通道中使液體冷卻流體沸騰，使得其中的所述冷卻流體至少部分地變成蒸氣；在所述蒸發(fā)通道中的液體冷卻流體形成氣泡泵，使得其中的所述冷卻流體從所述蒸發(fā) 通道(130)被驅(qū)動(dòng)出至所述頂部收集器(110)，并且由從所述底部收集器(150)進(jìn)入所述蒸 發(fā)通道(130)的液體冷卻流體替代；以及經(jīng)由所述多個(gè)返回通道(140)使所述冷卻流體的液體部分從所述頂部收集器(110)返 回到所述底部收集器，特別地其中所述液體部分形成主要液體部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及蒸發(fā)器和冷卻回路。提供用于冷卻回路(1)的蒸發(fā)器(100)，該冷卻回路用于通過(guò)蒸發(fā)冷卻流體來(lái)冷卻至少一個(gè)發(fā)熱裝置(2)。蒸發(fā)器包括頂部收集器(110)、底部收集器(150)以及蒸發(fā)器主體(120)。蒸發(fā)器主體(120)包括可熱連接到至少一個(gè)發(fā)熱裝置(2)的至少一個(gè)導(dǎo)熱壁(122)、多個(gè)蒸發(fā)通道(130)、以及多個(gè)返回通道(140)。
文檔編號(hào)H01L23/367GK101996964SQ20101025501
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者B·耶辛, B·阿戈斯蒂尼, F·阿戈斯蒂尼 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司