本發(fā)明涉及冷卻元件，并且尤其涉及用于電子部件的帶有液體循環(huán)的冷卻元件。

背景技術(shù)：

有源和無(wú)源電子部件用在電子電路中時(shí)都產(chǎn)生熱。特別是交換式轉(zhuǎn)換器設(shè)備由于高電流及高電壓而產(chǎn)生熱。例如，在電壓源逆變器中，通過(guò)使用多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)將直流電壓環(huán)節(jié)的負(fù)電壓或正電壓連接至設(shè)備的輸出端來(lái)形成輸出電壓。以高頻率操作半導(dǎo)體開關(guān)以產(chǎn)生期望的輸出電壓。雖然半導(dǎo)體開關(guān)被控制成從完全阻斷狀態(tài)至完全導(dǎo)通狀態(tài)(和從完全導(dǎo)通狀態(tài)至完全阻斷狀態(tài))，但是，在轉(zhuǎn)換的瞬間在開關(guān)中引發(fā)損失。在半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，也產(chǎn)生了損失。

使用跨接在正負(fù)電壓兩端的一個(gè)或更多個(gè)電容器維持直流電壓環(huán)節(jié)中的直流電壓。當(dāng)操作開關(guān)并且由于半導(dǎo)體開關(guān)狀態(tài)變化而導(dǎo)致輸出電流改變時(shí)，從直流環(huán)節(jié)的電容器中汲取電流。因此，當(dāng)設(shè)備處于運(yùn)轉(zhuǎn)中，電容器不斷地充電及放電，并且這種電容器的脈動(dòng)電流使電容器變熱。

其他類型的在使用電壓源逆變器時(shí)變熱的無(wú)源部件是電感部件。電感部件作為過(guò)濾器使用以減少電流脈動(dòng)并且阻擋高頻率的干擾進(jìn)入供電網(wǎng)絡(luò)。由于磁通量改變時(shí)在磁芯材料中引發(fā)損耗，因此電感部件產(chǎn)生熱。由于電流流經(jīng)電感部件的線圈，也產(chǎn)生了電阻損耗。

產(chǎn)生的損耗使部件自身變熱并且也加熱鄰近的及周圍的部件。已知的是，部件溫度升高直接影響部件的壽命。在最壞的情況下，過(guò)高的溫度還可能直接導(dǎo)致部件故障或毀壞。

通常，通過(guò)設(shè)置各種吸熱和傳熱進(jìn)而以受控的方式散熱的冷卻元件將由部件產(chǎn)生的熱從部件上移除。例如，可將散熱器附裝至發(fā)熱部件從而將來(lái)自部件的熱引導(dǎo)至散熱器，進(jìn)而以受控的方式從散熱器移到設(shè)備的外殼之外。在帶有液體循環(huán)的散熱器中，將來(lái)自部件的熱引導(dǎo)至循環(huán)的液體，并且在期望的位置將熱從液體移除。

涉及電子設(shè)備或部件的液體冷卻的問題是，帶有用于液體的導(dǎo)管的散熱器尺寸較大，并且需要將冷卻液引導(dǎo)至散熱器的導(dǎo)管的管路布置。特別地，如果電子設(shè)備包括多個(gè)需要冷卻的部件，由于使用多個(gè)液冷散熱器，因此用于液體冷卻的配置占用設(shè)備的殼體內(nèi)的相當(dāng)大的空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供冷卻元件以減輕上述缺點(diǎn)。通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求中闡述的特征的冷卻元件來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中公開。

本發(fā)明是基于使用帶有多個(gè)用于冷卻液的通道的冷卻元件的理念。冷卻元件的通道分兩層布置于冷卻元件的冷卻本體，使得冷卻元件的兩個(gè)表面都能夠用于冷卻電子部件。

通過(guò)本發(fā)明的結(jié)合有冷卻元件的電子設(shè)備獲得本發(fā)明的冷卻元件的優(yōu)點(diǎn)。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，上部通道和下部通道在冷卻本體的一個(gè)端部中連接，使得冷卻液可以在上部通道和下部通道內(nèi)流動(dòng)，并且進(jìn)口及出口位于冷卻元件的同一端部處。

本發(fā)明的冷卻元件的優(yōu)點(diǎn)是，由于冷卻元件的兩個(gè)表面均適于接納電子部件以便冷卻這些部件，因此減少了單獨(dú)的冷卻元件的數(shù)量。此外，當(dāng)進(jìn)口及出口布置于冷卻元件的同一端部時(shí)，能夠簡(jiǎn)化管路同時(shí)用兩個(gè)表面保持有效冷卻。

根據(jù)另一實(shí)施方式，冷卻元件包括布置在冷卻本體內(nèi)部的、在至少一個(gè)上部通道與下部通道之間的一個(gè)或更多個(gè)液體連接。這種液體連接使得能夠平衡所冷卻的部件的溫度。

根據(jù)另一實(shí)施方式，上部通道和下部通道之間的連接是通過(guò)插入在上部通道和下部通道之間的插入件產(chǎn)生的。這種插入件允許有效地制造液體連接。

附圖說(shuō)明

在下文中，將參照附圖借助于優(yōu)選的實(shí)施方式更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中：

圖1示出了帶有電子部件的冷卻元件的實(shí)施方式；

圖2示出了本發(fā)明的實(shí)施方式的冷卻元件的橫截面；

圖3示出了帶有插入件的圖1的實(shí)施方式；以及

圖4示出了帶有端件的圖1的實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

圖1示出了本發(fā)明的冷卻元件10的實(shí)施方式的立體圖，其中電子部件4、5附裝至冷卻元件，并且圖2示出了圖1的冷卻元件連同所附裝的部件的截面圖。本發(fā)明的冷卻元件包括冷卻本體1。冷卻本體是具有能夠附裝電子部件的第一表面6及第二表面7的金屬部件。圖1和圖2示出了附裝至冷卻本體的第一表面6的電力電子開關(guān)模塊4以及附裝至冷卻本體的形成該冷卻本體的第二表面7的相反側(cè)的多個(gè)電容器5。

在冷卻元件中，冷卻本體包括用于冷卻液的多個(gè)通道2、3。通道在圖1中示出為眾多的通道，而圖2的截面圖則以具體的方式示出了單獨(dú)通道的構(gòu)型。通道在冷卻本體內(nèi)沿冷卻本體的縱向方向延伸。

根據(jù)本發(fā)明，通道分兩層布置，并且該兩層是在冷卻本體的高度h的方向上。在高度的方向上的兩層意味著一組通道比另一組通道更靠近第一表面。換句話說(shuō)，以下面的方式形成通道的層：即，一層通道靠近冷卻本體的第一表面，并且另一層通道靠近冷卻本體的第二表面。在冷卻本體內(nèi)的通道與冷卻本體的表面基本上平行地延伸。

在本發(fā)明中，冷卻元件適合于在第一表面上及在第二表面上保持或承載電子部件以冷卻所述部件。如上面所提及的，圖1和圖2示出了電力電子開關(guān)模塊4附裝至冷卻本體的第一表面并且多個(gè)電容器附裝至冷卻本體的第二表面的實(shí)施方式。

在本發(fā)明中，當(dāng)冷卻液穿過(guò)通道循環(huán)時(shí)，上部通道——即，最靠近冷卻本體的第一表面的那層通道——對(duì)附裝至第一表面的部件進(jìn)行冷卻，并且相應(yīng)地，下部通道對(duì)附裝至第二表面的部件進(jìn)行冷卻。

優(yōu)選地以下面的方式實(shí)施在通道中的冷卻液的循環(huán)：即，從冷卻本體的第一端部8將冷卻液輸入至其中一層。根據(jù)實(shí)施方式，通道在冷卻本體的第二端部9處連接使得將冷卻液的流動(dòng)引導(dǎo)至另一層。冷卻液之后經(jīng)由該另一層返回至冷卻本體的與其被引入的端部相同的端部，即，返回至第一端部。所指的第一端部及第二端部是冷卻本體的在縱向方向上的端部。由于在冷卻本體內(nèi)的通道是沿著冷卻本體的長(zhǎng)度行進(jìn)的，因此通道還從第一端部延伸至第二端部。

根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，使用在圖4中示出的未附裝至冷卻本體的端件41在第二端部9處將兩層通道相連。端件41形成用于冷卻液的流動(dòng)路徑從而將冷卻液從一層引導(dǎo)至另一層。端件可以是圍繞兩層通道的端部并且由此在冷卻本體的端部處形成用于冷卻液的通路的蓋狀結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)的形式。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，上層的至少一個(gè)通道在冷卻本體內(nèi)的至少一個(gè)位置處與下層的通道流體連通。圖2示出了在冷卻元件內(nèi)上層通道22如何這樣連接至下層通道21，從而使得冷卻液能夠在這些通道之間流動(dòng)。因此，圖2是冷卻本體在通道之間的連接孔的位置上的截面圖。由于通道在冷卻元件內(nèi)連接，即在沿著通道的長(zhǎng)度的點(diǎn)上連接，因此部分冷卻液并沒有在通道的整個(gè)長(zhǎng)度上流動(dòng)。通過(guò)上部通道與下部通道之間的這種孔，所冷卻的電子部件的溫度能夠保持更加均衡。優(yōu)選地，在上部通道及下部通道之間形成多個(gè)這種孔口或孔。例如，上層的兩個(gè)不同的通道可以通過(guò)兩個(gè)孔與下層的相應(yīng)的兩個(gè)不同的通道連接，即，兩對(duì)上部通道和下部通道通過(guò)兩個(gè)連接孔連接從而允許液體在兩個(gè)通道之間穿行。

根據(jù)實(shí)施方式，使用至少一個(gè)上部通道在通道的整個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)向下部通道敞口的冷卻本體來(lái)實(shí)現(xiàn)在冷卻本體內(nèi)的通道之間的連接。冷卻本體還具有在縱向方向上延伸穿過(guò)冷卻本體的開口。該開口在向彼此敞開的上部通道與下部通道之間形成。本實(shí)施方式的冷卻元件還包括能夠從冷卻本體的第一端部或第二端部插入至開口中的至少一個(gè)插入件31、32。插入件將敞開的上部通道及下部通道的縱向側(cè)面封閉，并且插入件具有一個(gè)或更多個(gè)孔或孔口，該一個(gè)或更多個(gè)孔或孔口在冷卻本體內(nèi)在通道之間形成液體通路。因此，插入件封閉上部通道及下部通道的對(duì)于通道的大部分長(zhǎng)度而言都敞口的側(cè)面。同時(shí)，插入件的孔提供上部通道與下部通道之間的液體通路。顯然的是，孔在插入件中的位置在插入件的寬度的方向上必須配合敞開的通道。

當(dāng)上部及下部的通道21、22在通道的整個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)向彼此敞開時(shí)，可以認(rèn)為圖2示出了任意位置處的橫截面。圖2沒有示出在通道之間延伸的插入件或開口。上部通道、下部通道及插入件還能夠以下面的方式構(gòu)造：即，插入件完全地封閉其中多個(gè)上部及下部通道，并且在所需的通道之間提供一個(gè)或多個(gè)液體孔。即，當(dāng)將插入件安放就位時(shí)，插入件形成上部通道的下表面及下部通道的上表面。借助于這種結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)使用在不同位置上有孔的不同的插入件來(lái)大幅度地改造冷卻元件。

圖3示出了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其中兩個(gè)插入件31、32被從其安裝位置移走。通過(guò)將插入件推至冷卻本體的縱向開口，從冷卻體的端部將插入件安裝到冷卻本體上。插入件被示出帶有形成上層和下層通道之間的液體通過(guò)孔的開口33、34、35、36。

插入件中的孔以使部件的冷卻均勻的方式沿縱向方向定位。在第一端部處將冷卻液例如水輸入至下層通道。下層主要對(duì)附裝至冷卻本體的第二表面的電容器進(jìn)行冷卻。隨著冷卻液沿著冷卻本體的長(zhǎng)度行進(jìn)，冷卻液被來(lái)自電容器的熱加熱。該被加熱的水從上層通道中流回至第一端部，并且在流動(dòng)期間變得更熱。由于在第一表面上的最接近冷卻本體的第一端部的部件附近或下方水更溫暖，因此從這些部件上的熱移除并不像從第二端部附件的部件上的熱移除那樣有效。為使附裝至第一表面的部件的溫度均等，布置在冷卻本體內(nèi)的孔33、34、35、36允許一部分較冷的水通到上層通道?？變?yōu)選地以如下方式布置：即，使較冷的水在產(chǎn)生熱的部件的位置處或在產(chǎn)生熱的部件的位置附近流動(dòng)至上部通道。在圖3的示例中，孔以如下方式定位：即，使來(lái)自下層的水能夠幾乎是在電力半導(dǎo)體開關(guān)模塊的下方轉(zhuǎn)移到上層。

如圖3中所示，插入件是優(yōu)選地由與冷卻本體相同的材料制造的薄帶狀物。

在附圖的示例中，附裝至冷卻元件的部件是電容器及半導(dǎo)體開關(guān)或開關(guān)模塊。開關(guān)或開關(guān)模塊4以比電容器5更高的溫度操作。由于冷卻液首先通過(guò)離電容器最近的通道，因此來(lái)自開關(guān)部件的熱不會(huì)加熱電容器。

當(dāng)使用插入件以在冷卻本體內(nèi)的通道之間形成液體通路時(shí)，由于該本體是由貫穿本體的整個(gè)長(zhǎng)度都一致的型材形成，因此冷卻元件的冷卻本體是容易制造的。進(jìn)一步地，可以通過(guò)修改插入件實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻元件的一些修改。例如，當(dāng)使用不同的電力開關(guān)部件或模塊時(shí)，可以通過(guò)改變孔的位置顧及模塊的尺寸。

根據(jù)實(shí)施方式，冷卻本體的至少一個(gè)表面包括涂層，該涂層的材料具有良好的導(dǎo)熱性和低的導(dǎo)電性。帶有這樣性能的材料包括例如眾所周知由杜邦公司提供的商業(yè)名為特氟龍(teflon)的聚四氟乙烯(ptfe)。施加至冷卻本體的至少一個(gè)表面的這種涂層有助于從部件至冷卻元件的傳熱。進(jìn)一步地，由于該涂層具有低的導(dǎo)電性并且優(yōu)選地電絕緣，因此增強(qiáng)了被冷卻部件與冷卻本體的絕緣。

在上文中，關(guān)于以電容器和電力電子開關(guān)模塊作為被冷卻部件的實(shí)例對(duì)冷卻元件的操作進(jìn)行了描述。然而，冷卻元件的結(jié)構(gòu)及形狀使其能夠用于冷卻任何電子部件。進(jìn)一步地，上面公開的及在附圖中示出的本發(fā)明及實(shí)施方式涉及冷卻元件的冷卻表面幾乎平直的結(jié)構(gòu)。然而，冷卻元件的形狀不受當(dāng)前實(shí)施方式的限制。

本發(fā)明還涉及電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求的冷卻元件。該設(shè)備優(yōu)選是包括電力半導(dǎo)體開關(guān)部件及電容器的轉(zhuǎn)換器，冷卻元件適于在冷卻元件的其中一個(gè)第一表面上保持電力半導(dǎo)體開關(guān)部件以及在冷卻元件的第二表面上保持電容器。由于實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器包括雙面液冷冷卻元件，因此該設(shè)備可制得尺寸更小型化。

對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，本發(fā)明的構(gòu)思能夠以各種不同方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明及其實(shí)施方式不限于上述的示例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。