[发明专利]用于冷却回路的蒸发器

说明书

技术领域

本发明涉及冷却回路，特别是两相冷却回路，用于冷却功率 电子装置和功率电气装置中的至少一个，本发明还涉及包括这样 的冷却回路的功率模块。

背景技术

随着功率电子装置的功率值越来越大并因此发出更多热量， 这样的功率电子装置的有效冷变得越来越重要。为这样的功率电 子装置(例如半导体开关元件或类似物)提供有效冷却系统的一 种方法是提供两相冷却回路。这样的冷却回路使液体热接触发热 装置。液体被发出的热量加热并且达到沸点。因为液体本身的温 度不会升高到沸点之上，所以液体的温度以及因此导致电子装置 的温度被保持在作为最大值的液体沸点温度下。

这样液体被储存在位于蒸发器内部的贮液器中。蒸发器与发 热装置热接触。液体蒸汽随后通过管道汇集到冷凝器。在冷凝器 内，蒸汽通过在恒温下将热量放给冷却剂流体(例如环境温度下 的空气)转变为液体。因而蒸汽回到其液相。冷凝器和蒸发器通 过第二管线连接，以使作为液体的被冷凝蒸汽再次返回到蒸发器 的液体贮液器内。

在U S 5,195,577中公开了这样的冷却装置。这种冷却回路的 问题在于蒸发器同时提供液体贮液器的功能。因此，这种蒸发器 的横截面相对较大。因此蒸发器的效率较低。这是因为引入的热 量导致在蒸发器的大容积内的液体的沸腾。这种所谓的″池-沸腾 ″具有比较差的热传递性能，其容量大，需要很大的流体总量， 并且难以在高压下实现防漏密封。

目前已知的是采用所谓的″对流-沸腾″来提高蒸发器的热传 递性能。为了达到对流-沸腾效果，蒸发器的横截面要减小。由 于蒸发器横截面的减小，在蒸发器的出口处，气相和液相的混合 物流向冷凝器。通过将包含有液滴的蒸汽混合物引入到冷凝器 内，在另一方面则降低了冷凝器的性能。因此蒸发器横截面面积 减小的积极效果在很大的程度上被冷凝器差的热传递性能破坏 了。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于冷却回路的蒸发器，其 具有改进的热传递，却不会影响冷却回路中的冷凝器的性能。

上述的问题通过与独立权利要求中的特征相一致的包括至 少一个蒸发器的冷却回路以及通过包括至少一个这种冷却回路 的功率模块得到解决。

在下文中，术语功率模块是指包括至少一个功率电子装置和 /或功率电气装置的组件，其热连接根据本发明的至少一个冷却 回路。另外在下文中，按照可互换的方式来使用术语功率电子装 置和/或功率电气装置与发热装置。

对于冷却回路，上述问题是通过下列特征解决的：一种用于 冷却至少一个发热装置的冷却回路，所述冷却回路包括蒸发器。 所述蒸发器进而包括壳体，该壳体具有至少一个壁热连接所述的 至少一个发热装置。蒸发器进一步包括至少一个通道，该至少一 个通道的横截面小得足以使在使用冷却回路期间在所述的至少 一个通道的至少一部分中能够实现对流沸腾。至少一个分离容积 位于蒸汽出口处。所述的至少一个分离容积与所述的至少一个通 道以及至少一个液体贮液器流体连接。

依照本发明，冷却回路的所述至少一个蒸发器包括壳体，该 壳体具有至少一个壁接触发热装置。这样的发热装置例如可以是 功率电子电路和类似物的装置。应该注意到涉及热量来源的限制 不影响本发明的原理。在蒸发器的所述壳体内形成一个或多个为 蒸汽-液体流留有小间隙的平行通道。发生沸腾的该有限空间能 够实现对流沸腾。蒸发器进一步包括分离容积和液体贮液器。依 据该实施方式，一个壳体可负担多个发热装置。

如讨论现有技术时所解释的，对流沸腾表示流经小间隙的液 体温度达到沸点。因此气流也输送一定量的液相。依照本发明， 蒸发器还包括至少一个分离容积。该至少一个分离容积，为了增 加可读性在下文中也简称为分离模块，位于所述通道的蒸汽出口 处。因此，当使用冷却回路时，蒸汽/液体混合物从至少一个通 道被引入到分离容积中。因此在蒸汽流离开蒸发器之前，发生了 相分离并且液相部分不会被输送到冷凝器。液相部分滴回到也布 置在蒸发器内的液体贮液器中。