[发明专利]具有增压泵的液体相变传热式泵送冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变传热式冷却系统，更具体地说，涉及一种利用液体的相变传热来冷却电气设备的具有增压泵的液体相变传热式泵送冷却系统。

背景技术

热特性对于电气设备，特别是具有高功耗或更高的IP（外壳防护等级）要求的低压和高压电气设备，是非常重要的。电气设备工作时其内部温度与该电气设备的可靠性/性能/安全紧密相关。另一方面，例如IEC/GB/IEEE标准对于电气设备和其内部部件具有特定要求的温度值。因此合适的冷却方法对于产品设计具有重要作用。

目前，通常用于冷却低压和中压电气设备的冷却方法是空气冷却，其包括自然空气对流或强迫空气对流冷却，该冷却方式通过气流流动来冷却电气设备及其内部部件。空气冷却具有结构简单，费用低廉，维护方便的优点，但是该冷却方式需要具有良好通风设计的冷却结构，因此要求在电气设备上开的孔不仅大而且多，占用了较大的设备空间，并且其对于发热量大且集中的发热设备而言会使得由于电气设备出现局部温升过高从而导致电气设备损坏的问题，此外空气冷却效率不高，并且还可引起灰尘和噪声问题，并且也不适合于环境温度超过40摄氏度的高温环境中。

另一种用于冷却电气设备的方法是使用热管，热管是一种倚靠自身内部的工作液体的相变来实现将热源产生的热传递到冷源的传热元件，近年来已经得到广泛的应用，其优点是：具有很高的导热性、优良的等温性等。传统的吸液芯热管是通过芯绳的液相的毛细管作用来完成流体输送，这种吸液芯热管的制造工艺和理论分析复杂并且其传热效率通常受到热负荷的影响，使得该吸液芯热管的传热能力范围和热量的输送距离受到限制。吸液芯热管适用于热流密度集中且小型化的电子和电气设备的散热。

为了利用热管的相变传热的高导热性，同时避免上述自循环式的吸液芯热管的缺点，同时加强系统散热效果(相对于传统空气冷却系统)，近年来开展了利用液体相变来传热的泵送液体冷却系统，该系统主要由蒸发器，冷凝器和供液泵组成。其中蒸发器设置在集中发热的电气设备中以便使其中的液体在受热的情况下产生相变，冷凝器设置在外部用于冷却从蒸发器出来的加热流体，供液泵在循环回路中设置在冷凝器之后用于克服管道阻力将冷凝后的液体供给到蒸发器来实现液体的循环。该冷却系统的优点是利用了相变传热的高导热性，同时由于是利用功率较小的供液泵来促进液体循环的，因此传热能力范围比传统的吸液芯热管大得多并且克服了吸液芯热管的局限性同时也不受到热量的传输距离的限制。该泵送液体冷却系统适合于热源集中的电气和电子器件（例如：微处理器、IGBT、功率半导体器件等）的散热，其通常是将需要冷却的电子器件放置在围绕热管的导热平台上来通过热传导将电子器件产生的热传递给热管内的液体来带走热量的，但是对于分散式热源而言，比如热源比较分散的低压或中压电气柜，由于热源比较分散，因此这种冷却系统的冷却效果不佳。

因此，需要对现有技术的泵送液体冷却系统进行改进以使其既能在集中式热源又能在分散式热源的情况下同时还在较高的环境温度条件下仍具有较高的冷却效率。

发明内容

本发明是鉴于上述现有技术的问题而作出的，本发明的目的在于提供一种有效的液体相变传热式泵送冷却系统。本发明主要是通过增压泵来降低蒸发器出口压力和增加冷凝器入口压力以及通过蒸发器中热管的合理布局来实现具有分散式热源的低压或中压电气设备的有效冷却。由于本发明的系统可以通过调节供液泵和增压泵功率，来调整蒸发器和冷凝器的工作温度，并且通过使热管结构合理布局以适合于分散式热源，因此不仅能有利地提高该冷却系统的冷却性能并且还扩大了该冷却系统的应用范围，因此必将有效地提升现有低压或中压电气设备的外壳防护等级和正常工作时的最高环境温度，让使用具有本技术的产品更有竞争力。

本发明通过用于低压或中压电气设备中的一种既能降低蒸发器出口压力又能增加冷凝器入口压力的增压泵同时通过蒸发器中合适布局的热管传热结构来提供一种既适合于分散式热源又适合于集中式热源的高效的液体相变传热式泵送冷却系统。