專利名稱：電子器件的保護系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及諸如數(shù)據(jù)中心、電池和功率變換器之類的發(fā)熱電子器件，以及用滅火冷卻劑冷卻所述器件的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在電子器件的幾乎每種現(xiàn)代應(yīng)用中，散熱對設(shè)計人員而言是一個重要的考慮因素。在便攜式和手持裝置中，例如，希望在增添功能的同時使裝置小型化，這增加了熱功率密度，使得對裝置內(nèi)的電子器件和電池的冷卻更具挑戰(zhàn)性。隨著臺式計算機、數(shù)據(jù)中心和通信中心的計算能力的增強，散熱量也隨之增加。電力電子器件如插電式電動汽車或混合動力汽車中的牽引逆變器、風(fēng)輪機、列車發(fā)動機、發(fā)電機以及各種工業(yè)方法利用在越來越高的電流和熱流下運行的晶體管。因此，諸如個人計算機之類的器件與風(fēng)扇一起運行，這些風(fēng)扇通過空氣冷卻諸如微處理器、存儲器、電源等元件所產(chǎn)生的熱量。作為多個電子器件大網(wǎng)絡(luò)的通信中心和數(shù)據(jù)中心利用大的分散配置型空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可由對供應(yīng)至器件的空氣進行冷卻的多個風(fēng)扇、鼓風(fēng)機、壓縮機和泵構(gòu)成。許多熱傳遞方法通常使熱量移動至外部空氣或地下水中。電力電子器件通常利用施加至散熱器的大型鼓風(fēng)機，所述散熱器附接至由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的電力電子器件模塊。對于此類器件而言，使用液體冷卻日益普遍。在許多電力電子器件中，所需功率密度使得對位于其內(nèi)的元件進行空氣冷卻不切實際。在大的數(shù)據(jù)和通信中心中，液體冷卻正在許多熱傳遞方法中替代空氣，以便提高能量效率。盡管有時使用水或水基系統(tǒng)，但通常使用介電熱傳遞介質(zhì)，因為其在使用過程中或在滲漏的情況下不導(dǎo)電。通常，介電介質(zhì)在接收和釋放熱量時會在套環(huán)內(nèi)蒸發(fā)和冷凝。這些介質(zhì)包括(例如)全氟化碳(PFC)，包括全氟聚醚(PFPE)、全氟胺(PFA)和全氟醚(PFE)；氫氟醚(HFE)；氫氟烴(HFC)；硅樹脂和烴類。在一些電子器件中，由器件產(chǎn)生的熱量可達到閾值，在該閾值處，發(fā)熱會自動加速或處于所謂的逸出狀態(tài)。對于(例如)諸如電池之類的器件或失效時變熱的器件而言，這可能是個問題。過熱可損壞電子器件，或在起火或爆炸的情況下可擴散導(dǎo)致大范圍的損壞和損傷。對于諸如業(yè)務(wù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)中心或應(yīng)急功率變換器的高價值器件而言，其通常具有輔助滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在檢測到火焰時將其撲滅，以保護人員、信息和昂貴設(shè)備。此類滅火系統(tǒng)通常靠近液體冷卻系統(tǒng)設(shè)置，并且通常將鹵代化學(xué)物質(zhì)用作滅火劑。三氟溴甲烷是一種常見的試劑，其高度消耗臭氧，因此蒙特利爾議定書規(guī)定停止其生產(chǎn)。不消耗臭氧的PFC和 HFC可表現(xiàn)出高達50，000年的大氣壽命值，從而導(dǎo)致高的全球變暖潛能值(“GWP”)。GWP 是在指定的整合時間范圍上相對于由一(1)千克CO2所致的變暖而言，由釋放一(1)千克樣品化合物所致的合計潛在變暖。

發(fā)明內(nèi)容
期望具有還提供防火的熱管理系統(tǒng)。還期望具有包括不會損壞電子元件的滅火劑的熱管理系統(tǒng)。另外，期望具有包括冷卻劑、滅火劑組合的熱管理系統(tǒng)，所述冷卻劑、滅火劑組合具有低全球變暖潛能值。在一個方面，提供了一種保護系統(tǒng)，其包括發(fā)熱電子設(shè)備；包括至少一種再循環(huán)熱管理流體的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)設(shè)計用于傳遞來自發(fā)熱電子設(shè)備的熱量；和位于熱管理系統(tǒng)中的閥門，其被設(shè)計為響應(yīng)于刺激而使熱管理流體的至少一部分通過閥門從熱管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，并且到達發(fā)熱電子設(shè)備上或附近的火焰，其中所述熱管理流體包含滅火劑。在另一方面，提供了一種對電子設(shè)備進行熱管理和防火的方法，其包括提供電子設(shè)備；用包括至少一種再循環(huán)熱管理流體的熱管理系統(tǒng)對電子設(shè)備進行熱管理；感測電子設(shè)備中或附近的火焰；響應(yīng)于對電子設(shè)備中或附近火焰的感測而打開熱管理系統(tǒng)中的閥門；將熱管理流體通過閥門從熱管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到電子設(shè)備上或附近的火焰；和撲滅火焰， 其中所述熱管理流體包含滅火劑。在本公開中“發(fā)熱電子器件”是指單獨的電子設(shè)備(例如個人計算機、手持電話、鋰離子電池等)、這些設(shè)備內(nèi)的元件(例如IC芯片、功率晶體管等)以及包括許多電子設(shè)備的系統(tǒng)(例如數(shù)據(jù)中心、通信中心等)；“熱管理流體”和“傳熱流體”以及“傳熱介質(zhì)”在本文中可互換使用，并且是指可將熱量從一個位置傳遞到另一個位置的流體；并且“熱接觸”是指兩種具有不同溫度的元件靠近彼此設(shè)置使得熱量可從較熱元件流向較冷元件的狀態(tài)。所提供的保護系統(tǒng)可使用熱管理流體對發(fā)熱電子器件提供熱傳遞。另外，這些系統(tǒng)可使用這樣的流體，其具有高傳熱能力但具有低環(huán)境影響(就全球變暖潛能而言為臭氧消耗能力)，并且對敏感電子器件具有惰性。這些系統(tǒng)還可響應(yīng)于刺激而轉(zhuǎn)移到至少某些電子器件上，并且可撲滅火焰并終止自加速發(fā)熱。因此，所述流體具有雙重功能-其可用作熱管理流體，但也可避免對目前用于諸如數(shù)據(jù)中心之類的器件的單獨的昂貴防火系統(tǒng)的需求。上述發(fā)明內(nèi)容并非旨在描述本發(fā)明每種實施方式的每個公開的實施例。以下的


和具體實施方式
更具體地舉例說明示例性實施例。

圖1為空氣冷卻數(shù)據(jù)中心布局的示意圖。圖2為諸如圖1所描述的典型空氣冷卻數(shù)據(jù)中心的傳熱路徑的示意圖。圖3為所提供的用于電子器件的保護系統(tǒng)的一個實施例。
具體實施例方式下面的描述參照作為本說明書一部分的附圖，附圖中以圖示方式示出了若干具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的前提下可以考慮其他的實施例并進行實施。因此，以下的具體實施方式
不應(yīng)被理解成具有限制性意義。除非另外指明，否則在所有情況下，說明書和權(quán)利要求書中用來表述特征尺寸、量和物理特性的所有數(shù)字均應(yīng)理解為由術(shù)語“約”來修飾。因此，除非另外指明，上述說明書和所附權(quán)利要求書中給出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，利用本發(fā)明公開內(nèi)容的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)所需獲得的特性，這些近似值可有所不同。通過端值表示的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)的所有數(shù)字(如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及該范圍內(nèi)的任何范圍。本文描述了一種用于電子器件的保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)可防止電子器件過熱，并且可響應(yīng)于刺激而將包含滅火劑的熱管理流體引導(dǎo)至電子器件上，從而撲滅任何源于過熱的火焰或火。該保護系統(tǒng)包括發(fā)熱電子器件。該發(fā)熱電子器件可為包括通常產(chǎn)生熱量的電子元件的任何電子器件或系統(tǒng)。示例性發(fā)熱電子元件包括半導(dǎo)體集成電路(IC)、電化學(xué)電池、功率晶體管、電阻器和電致發(fā)光元件。電子器件可包括但不限于微處理器、用于制造半導(dǎo)體器件的晶片、功率控制半導(dǎo)體、電化學(xué)電池(包括鋰離子電池)、配電開關(guān)裝置、電源變壓器、 電路板、多芯片模塊、封裝或未封裝半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體集成電路、燃料電池、激光器(常規(guī)二極管或激光二極管)、發(fā)光二極管(LED)和用于大功率應(yīng)用(例如混合動力或電動汽車) 的電化學(xué)電池。其他器件包括個人計算機、微處理器、服務(wù)器、移動電話和個人數(shù)字助理。數(shù)據(jù)中心(其為計算機系統(tǒng)和相關(guān)元件的集合)，例如通常包括冗余或備用電源、冗余數(shù)據(jù)通信連接件、環(huán)境控制件(包括例如空氣調(diào)節(jié)和滅火件)和安全裝置的通信和存儲系統(tǒng)，也涵蓋在所提供的保護系統(tǒng)的范圍內(nèi)。電子器件包括熱管理系統(tǒng)，該熱管理系統(tǒng)包括至少一種再循環(huán)熱管理流體。熱管理流體包含滅火劑。熱管理系統(tǒng)被設(shè)計為將來自發(fā)熱電子器件的熱量傳遞至冷凝器或熱交換器。熱管理系統(tǒng)可以被動方式或使用諸如泵之類的機械設(shè)備來使熱管理流體再循環(huán)。被動式再循環(huán)系統(tǒng)通過這樣工作，其將來自電子器件的熱量傳遞至熱管理流體，直至該熱管理流體蒸發(fā)，使得加熱的蒸汽進入冷凝器，蒸汽在此處將其熱量傳遞至冷凝器表面并且冷凝回液體，然后使冷凝液體回流到與電子器件相接觸的熱管理流體中。用于電化學(xué)電池的示例性被動式熱管理系統(tǒng)描述于例如U. S. S. N. 11/969，491 (Jiang等人)中。被動式熱管理系統(tǒng)可包括例如單相或雙相浸沒冷卻。在其他實施例中，熱管理系統(tǒng)可包括泵送雙相系統(tǒng)。熱管理系統(tǒng)還可包括用于管理傳熱流體的設(shè)備，包括(例如)泵、閥門、流體容納系統(tǒng)、 壓力控制系統(tǒng)、冷凝器、熱交換器、熱源、散熱器、制冷系統(tǒng)、主動溫度控制系統(tǒng)、溫度和/或壓力傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、二氧化碳傳感器和被動溫度控制系統(tǒng)。所提供的系統(tǒng)可包括不易燃的、惰性的、非水傳熱介質(zhì)。所謂不易燃的是指介質(zhì)不易助燃。所謂惰性的是指在系統(tǒng)的正常運行條件下，介質(zhì)實質(zhì)上不與系統(tǒng)或電子器件的元件反應(yīng)。對于需要惰性流體的傳熱處理而言，可使用碳氟化合物或氫氟烴。也可使用通常具有低毒性、對皮膚基本無刺激性、無化學(xué)反應(yīng)性、不易燃(例如根據(jù)ASTM D-3278-96 e_l“Flash Point of Liquids by Small Scale Closed-Cup Apparatus (通過小亥丨J度閉杯閃點測試器測定液體的閃點)”測定未表現(xiàn)出閃點)，并且具有高介電強度的碳氟化合物流體。諸如全氟化碳、氫氟烴、全氟酮、全氟聚醚、全氟醚和氫氟醚之類的碳氟化合物流體可提供不消耗同溫層中的臭氧的額外優(yōu)點。發(fā)達國家已根據(jù)1987蒙特利爾議定書停止了對諸如氯氟烴(CFC)和氫氯氟烴 (HCFC)之類的臭氧消耗性化學(xué)物質(zhì)的生產(chǎn)。用于致冷、氣溶膠、熱管理流體和其他應(yīng)用的替代化學(xué)物質(zhì)受到不能使用溴和氯的制約，這些替代化學(xué)物質(zhì)包括氫氟烴(HFC)，其具有既定的良好性能并且具有可接受的臭氧消耗性質(zhì)。近來，全球環(huán)境團體已將其注意力轉(zhuǎn)向日益
6緊迫的全球變暖問題。根據(jù)1997京都議定書和2006歐盟含氟溫室氣體法規(guī)，具有高全球變暖潛能值(GWP)的材料必須由具有低全球變暖潛能值的材料替代。下表1 (來自P. Tuma, Proceedings, SEMI-THERM, 2008年3月，第173-179頁)列出了各種熱管理流體的全球變暖潛能值(GWP)。M 1熱管理流體的全球變暖潛能倌(GWP)
權(quán)利要求
1.一種保護系統(tǒng)，所述保護系統(tǒng)包括 發(fā)熱電子器件；包括至少一種再循環(huán)熱管理流體的熱管理系統(tǒng)，所述熱管理系統(tǒng)被設(shè)計用于傳遞來自所述發(fā)熱電子器件的熱量，和閥門，位于所述熱管理系統(tǒng)中，被設(shè)計為響應(yīng)于刺激而使得所述熱管理流體的至少一部分通過所述閥門從所述熱管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，并且到達所述發(fā)熱電子器件上或附近的火焰上，其中所述熱管理流體包含滅火劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護系統(tǒng)，其中所述發(fā)熱電子器件包括具有電子元件的數(shù)據(jù)中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保護系統(tǒng)，其中所述電子元件包括電力電子器件、電化學(xué)電池或服務(wù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護系統(tǒng)，其中所述電子器件是封閉的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的保護系統(tǒng)，其中所述熱管理系統(tǒng)冷卻封閉的電子器件內(nèi)部的空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護系統(tǒng)，其中所述熱管理系統(tǒng)冷卻與所述電子器件接觸的空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護系統(tǒng)，其中熱管理系統(tǒng)與所述電子器件的至少一部分直接接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護系統(tǒng)，其中所述熱管理流體的全球變暖潛能值低于約10。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護系統(tǒng)，其中所述熱管理流體包含碳氟化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的保護系統(tǒng)，其中所述碳氟化合物包括全氟酮。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的保護系統(tǒng)，其中所述全氟酮包括
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護系統(tǒng)，所述保護系統(tǒng)還包括傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的保護系統(tǒng)，其中所述刺激啟動所述傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的保護系統(tǒng)，其中所述傳感器與所述閥門電子通信。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護系統(tǒng)，其中所述刺激為檢測到火焰。
16.一種電子設(shè)備的熱管理和防火的方法，所述方法包括 提供電子器件；用包括至少一種再循環(huán)熱管理流體的熱管理系統(tǒng)對所述電子器件進行熱管理； 感測所述電子器件中或附近的火焰；響應(yīng)對所述電子器件中或附近的火焰的感測而打開所述熱管理系統(tǒng)中的閥門； 通過所述閥門將熱管理流體從所述熱管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到所述電子器件上或附近的火焰上；和撲滅所述火焰，其中所述熱管理流體包含滅火劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱管理和保護電子器件的方法，其中所述電子設(shè)備包括數(shù)據(jù)中心。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的熱管理和保護數(shù)據(jù)中心的方法，其中所述熱管理系統(tǒng)包括全球變暖潛能值低于約10的熱管理流體。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的熱管理和保護數(shù)據(jù)中心的方法，其中所述熱管理流體包含碳氟化合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱管理和保護數(shù)據(jù)中心的方法，其中所述碳氟化合物包括全氟酮。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的熱管理和保護數(shù)據(jù)中心的方法，其中所述全氟酮包括
全文摘要
本發(fā)明提供了發(fā)熱電子器件的保護系統(tǒng)和方法，其包括為滅火劑或可撲滅火焰的熱管理流體。所提供的系統(tǒng)和方法包括再循環(huán)熱管理流體。所述流體循環(huán)通過包括至少一個閥門的導(dǎo)管。所述閥門可響應(yīng)于諸如火焰或火之類的刺激而打開，使所述流體轉(zhuǎn)移到所述發(fā)熱電子器件上或轉(zhuǎn)移到火焰上。
文檔編號H05K7/20GK102461354SQ201080026342
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者菲利普·E·圖瑪 申請人:3M創(chuàng)新有限公司