[发明专利]用于冷却电子构件的冷却模块

说明书

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，冷却系统被广泛使用。

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。

水冷系统典型地可很好地应对高功率密度。然而，系统可能成本高昂，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，水冷系统通常十分昂贵。

由从基板延伸的翅片阵列组成的常规的空冷系统可能不需要泵，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EP2031332 A1中有所描述，该专利显示了一种基于环热虹吸原理的无源系统。

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系统更优良的性能，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/3300V ABB HiPak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。