CN103517620B - 用于电子构件的两相冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电子构件的两相冷却系统。提供一种用于冷却至少一个电子和/或电气构件的两相热交换器，其具有蒸发器和冷凝器。蒸发器适于将热从电子和/或电气构件传递到工作流体。冷凝器包括具有第一通道的辊压连结式面板，第一通道具有第一连接端口和第二连接端口。蒸发器具有第二通道以及第一连接开口和第二连接开口。第一通道的第一连接端口连接到蒸发器的一个第一连接开口上，并且第一通道的第二连接端口连接到蒸发器的一个第二连接开口上，并且提供工作流体，以便通过从第二通道通过蒸发器的第一连接开口或第二连接开口流向第一通道，借助于对流将热从蒸发器传输到冷凝器。

Description

用于电子构件的两相冷却系统
技术领域
本发明涉及电子和电气构件冷却。具体而言，本发明涉及用于冷却至少一个电子和/或电气构件的包括蒸发器和冷凝器的两相热交换器，涉及具有电子和/或电气构件和两相热交换器的功率模块，并且涉及在运载工具中使用具有用于冷却电气和/或电子构件的这种热交换器的功率模块。
背景技术
在电气和电子装置的领域中，使用高效的冷却系统来吸收电气和/或电子构件的欧姆损耗和开关损耗所产生的热，并且传输热，以便防止这些电气或电子构件过热和受损或甚至失效。虽然包括所谓的功率电子构件的电气和电子装置(诸如功率转换器、驱动器和其它电气设备)往往在电功率方面变得越来越强大，但是人们可能认识到那种电气设备有微型化的趋势。这些通常矛盾的要求的结果是不断增加的量的不合需要的废热需要被从这样的设备中抽出且排出到结合到强有力的冷却装置上的适当的热载体，诸如空气流或水循环。换句话说，设备的紧凑型越高，功率密度就越大，并且因而这样的电气设备的热通量就越大。
水冷却式系统可典型地处理高功率密度。随着热传递介质(即水)接收热，并且经加热的水从热源传输到散热器以便排出热和冷却水，水冷却式系统借助于对流来传输热。水冷却式系统的缺点在于，它们往往昂贵，易于泄露，并且通常需要至少一个泵送装置。因为泵具有会经历磨损的活动部件，所以泵具有有限的寿命，并且需要维护和维修。另一个缺点在于在泵的突然崩溃的情况下或在其维护期间整个设备的停机时间，从而导致不合需要的收入损失。
空气冷却式系统是水冷却式系统的已知备选方案。典型地，这样的空气冷却式系统是包括从基板延伸的翅片的阵列的散热器。虽然空气冷却式系统典型地是无泵的，但是通常需要至少一个风机来使从电气和/或电子构件排出的热负荷离开翅片而传输到空气流，空气流用作热载体。在散热器内，热仅通过传导来传递。在空气中，热负荷通过在垂直于表面的方向上在翅片附近的传导和通过对流来传递。如果在翅片表面和空气之间热传递系数低的话，普通空气冷却式系统的缺点在于需要大的翅片表面。如果可用空间稀少，那么翅片通常彼此间隔仅仅具有小的宽度的翅片间通道。此外，要想到，空气流的速度越高，压降就越高，并且传输空气所需要的风机所产生的噪声的水平就越高。用于避免这些缺点的普遍措施在于例如在通道或管道部分中针对空气流/气流专门有较大横截面。由于该措施，已知的空气冷却式系统且因而整个电气设备往往变得非常庞大，因为散热器通常具有长、厚且因此重的冷却翅片插到空气流中，用于确保可接受的翅片效率，即可接受的热传输。如果翅片间通道宽度小，那么这些翅片间通道往往在脏空气环境(诸如重工业或铁路系统)中会堵塞。此外整个电气设备的庞大性会阻碍微型化装备的趋势。
已知借助于两相热交换器的混合冷却式系统利用水冷却式系统和空气冷却式冷却系统两者的优点。另外，这样的两相热交换器的热传递系数较高，并且它们甚至可不需要泵或风机。在WO2011/035943 A2中提出具有翅片状冷却面板的这种两相冷却器的示例性实施例，该申请公开了被动回路类型的热虹吸冷却系统。在WO 2011/035943 A2中，公开了有由辊压连结式面板制成的冷凝器的冷却系统的两个不同的概念。在第一概念中，蒸发器和冷凝器在空间上分开，并且仅通过管和/或歧管来连接(参见WO 2011/035943 A2中显示的用于示例性参照的实施例)。在第二概念中，蒸发器和冷凝器在空间上集成到这样的系统上，即，该系统基本上看起来像经典的翅片式散热器，即其具有待冷却的功率电子装置可安装到其上的基板，以及在垂直于基板的方向上从基板延伸的翅片。第二概念(参见WO 2011/035943 A2的图11-14中显示的用于示例性参照的实施例)是有利的，因为其允许通过具有类似外观和整体尺寸的两相热虹吸系统代替具有带有典型的翅片式散热器的冷却系统的功率模块。与典型的翅片式散热器相比，根据第二概念的冷却系统的热效率更高，因为翅片中的热不仅通过传导传输，而且还通过在辊压连结式面板(其构成翅片)的通道中流动的两相工作流体的对流传输。翅片热效率高，使得与依赖于已知的上面提到的散热器的普通冷却系统相比，第二概念允许受冷却的功率电子装置以较高的功率和较高的损耗运行。同时，能够通过第二概念以可靠的方式阻止要冷却的电气和/或电子装置的过热。备选地，如果功率电子装置的功率和损耗保持恒定，则更高的冷却效率可提高功率电子装置的寿命和可靠性。
虽然第二概念在热方面是令人信服的，并且与第一概念相比，需要在结构上没那么复杂的设计和组件，但是第二概念难以以经济的方式制造。根据第二概念，包括通道的区段的各个面板的下部部分插入基板的专用槽口中。整个基板具有若干槽口，以接收面板，从而在横截面中看时，对基部部分呈现蜂巢状的外观。为了确保良好的热性能，重要的是槽口壁和辊压连结式面板的面板表面之间的热阻是小的。换句话说，辊压连结式面板和基部的槽口壁之间紧密接触较大。甚至对于已知的大规模生产技术而言，槽口的制造以及槽口和辊压连结式面板之间的满意的热接触在经济方面是不够理想的。
发明内容
因而本发明的目的是简化根据上面提到的第二概念的两相热虹吸系统的辊压连结式面板和基板之间的机械连接，使得可实现更经济的制造工艺。
此目的通过根据权利要求1所述的两相热交换器实现。
用于冷却至少一个电子和/或电气构件的创造性两相热交换器的基本实施例包括在热方面连接到蒸发器本体上的冷凝器本体。冷凝器本体包括辊压连结式面板，其中，用于相变式工作流体的第一通道布置在第一片材和第二片材之间，使得第一连接端口在一端处限定第一通道，而第二连接端口在另一端处限定第一通道。第一片材通过辊压连结来连接到第二片材上，使得形成辊压连结式面板。蒸发器本体包括第二通道，其中，所述第二通道在一端处由第三连接开口限定，而在另一端处由第四连接开口限定。蒸发器本体包括连接表面，至少一个电子和电气构件在热方面可连接到该连接表面上。
另外，第一连接端口连接到第三连接开口上，并且其中，第二连接端口连接到第四连接开口上，使得第一通道和第二通道形成闭环回路，用于将工作流体从蒸发器本体引导到冷凝器本体，以消散热负荷，在热交换器的运行状态中，工作流体在蒸发器本体处接收至少一个电子和电气构件可产生的热负荷。此外，第三连接开口布置在蒸发器本体的第一端部区域中，其中，第四连接开口布置在蒸发器本体的第二端部区域中。如果蒸发器本体具有立方体整体形状，则所述第二端部区域设置在蒸发器本体的与第一端部区域相对的端部上，例如在相对的侧，使得可实现紧凑的热交换器。用语‘连接端口’不应当以限制的方式理解为用于仅表示孔口、孔或开口，而是表示三维元件，例如管或软管，该元件在第一通道和第二通道之间形成回路型通道的一部分，回路型通道形成用于工作流体的流体连接(例如流体管道)。
与现有技术装置相比，实现了辊压连结式面板和基板(即蒸发器)之间的机械连接的简化，因为蒸发器本体设计成用作工作流体的实际蒸发器，并且因而是与冷凝器本体完全不同的元件。这个通过第二通道实现，第二通道本身形成用于工作流体的回路的大部分。因此，辊压连结式面板不再包含蒸发器部分，使得不再需要将辊压连结式面板嵌入基板/蒸发器本体中。因此，基板/蒸发器本体不再需要包括用于接收辊压连结式面板的任何槽口。通过这样做，用于将蒸发器本体连接到辊压连结式面板、蒸发器本体几何结构以及蒸发器面板上的设计自由度得到最大程度的增加。因而变得可能的是将未通过辊压连结技术制造的蒸发器连接到辊压连结式面板上，从而形成冷凝器。此外，避免了存在于根据第二现有技术概念的热虹吸系统中的从基板/蒸发器传输到辊压连结式面板的热量的热接口。热接口是不合需要的，因为它们会降低热交换器的热传输效率，并且因而影响整体热效率。
用于将蒸发器本体连接到辊压连结式面板上的设计自由度进一步增大，因为第三连接开口和第四连接开口分配在蒸发器本体的不同的相对的端部区域中。由于第三连接开口和第四连接开口的空间分离，大大地改进了对连接端口和它们的专有连接开口的可接近性，并且因而有助于经济性制造工艺。在示例性实施例中，第一端部区域和第二端部区域之间的距离可为蒸发器本体的第二通道的至少0.5倍长。
此外，可在几乎其整个长度上在热方面最佳地使用给定长度的蒸发器本体，如果形成热源的至少一个电气和电子构件被允许在那个给定长度的大部分上延伸的话。
取决于形成基板的蒸发器本体的实施例，可建立热连接，因为至少一个电子和电气构件直接压到连接表面上，或间接地压到连接表面上，例如其中在至少一个电子和电气构件和连接表面之间提供了良好的导热体(诸如铜等和/或热脂)的中间层。在可允许的情况下，可通过将至少一个电子和电气构件直接紧固到蒸发器本体上来将这些构件压向蒸发器本体。
冷凝器本体的辊压连结式面板的数量取决于将传到热载体(例如环境空气)的热输出。因此可实现热交换器的这样的实施例，即，其中若干冷凝器本体各自通过若干组第三连接开口和第四连接开口而流体地连接到蒸发器本体上。
热交换器充有工作流体，工作流体被允许在第一通道和第二通道中循环，以便通过从第二通道通过蒸发器的第一连接开口或第二连接开口流向第一通道，借助于对流将热从蒸发器本体传输到冷凝器面板。可使用任何工作流体(也称为冷冻剂或冷却剂)。取决于条件和需求，工作流体的一些适当的示例为R134a、R245fa、R365mfc、R600a、二氧化碳、甲醇和氨。
辊压连结式面板可利用塞连接而连接到蒸发器上。优选地，辊压连结式面板与蒸发器的实际连接通过钎焊或焊接执行，使得在组装之后，辊压连结式面板不可从蒸发器移除。这种连接可改进两相热交换器的结构完整性。进一步已知钎焊或焊接热虹吸热交换器形成冷却系统的持续防漏的连接。如果翅片间通道宽度或间隔(即两个相邻的辊压连结式面板之间的距离)足够大，则可容易地避免阻塞。
在制造热虹吸热交换器的经济性方法中，冷凝器本体和蒸发器本体通过CAB钎焊(例如NOCOLOK®)或真空钎焊一举连接到彼此上。
上面和下文描述的两相热交换器依靠热虹吸系统的原理工作。因而，不需要泵来驱动工作流体的循环。当在蒸发器中蒸发时，工作流体蒸发且从蒸发器上升到辊压连结式面板，在那里，蒸发工作流体再次冷凝。冷凝的工作流体流向蒸发器，因而构成闭环冷却回路。
根据热虹吸原理，通过冷却回路的工作流体流由于重力以及蒸发和冷凝的工作流体的不同的密度而得到保持。
电子和/或电气构件可为在其运行期间产生热且需要冷却的每个构件，例如功率电子构件。用语功率电子构件在下文用于二极管、可控硅和其它半导体元件，它们的阻断电压超过400伏，使得可用于功率模块(例如磨机、运载工具等的驱动器或转换器)中。
蒸发器适于连接到多个辊压连结式面板上。因而，当在蒸发器中蒸发时，工作流体通过第一连接端口或第二连接端口而在多个辊压连结式面板中的一个中上升，并且当流过辊压连结式面板的第一通道时，工作流体冷凝。在冷凝回到其液体状态之后，工作流体通过第二连接端口或第一连接端口从辊压连结式面板流回到蒸发器的第二通道，在那里，循环重新开始。
根据本发明的实施例，第一通道的第一连接端口和第二连接端口位于辊压连结式面板的单个边上。
如果一个或多个第三连接开口和一个或多个第四连接开口布置在蒸发器本体的公共表面上，则可实现对连接开口和连接端口的特别良好的接近。由于这种设置，可简化辊压连结式面板与蒸发器的连接。
在蒸发器本体的基本设计中，辊压连结式面板可附连的公共表面布置在蒸发器本体上的连接表面的相对的端部/侧部上，至少一个电子和/或电气构件在热方面可连接到连接表面上。
取决于辊压连结式面板的实施例，连接端口可包括钎焊到辊压连结式片材上的管状端部区段，例如管区段。如果连接端口附连到辊压连结式片材上，则连接端口的弯曲刚度随着连接端口的长度的增加而降低。这个效果的目标是为了在第二连接端口的面向专用的第四连接开口的端部部分匹配其专用的第四连接开口的情况下，补偿第一连接端口的面向第三连接开口的端部部分和所述专用第三连接开口之间的尺寸失配。尺寸失配的原因可在于蒸发器本体和辊压连结式面板两者的尺寸和形状方面的制造公差、蒸发器本体和辊压连结式面板的不同的热膨胀，或者它们的组合。
在基本实施例中，为了补偿这样的失配，当在热交换器的运行状态中，在工作流体的流向上看时，第一连接端口比第二连接端口更长。第一连接端口是柔性的，使得它允许补偿第二连接端口和第三连接开口之间的尺寸失配。
在合适和需要的情况下，例如如果必须最大程度地增大蒸发器本体的整个湿润表面，则第二通道可在第三连接开口和第四连接开口之间分成至少两个子通道。
应根据热虹吸热交换器的特定需要和要求来对第一通道或通道进行形状和尺寸设置。第一通道子可在第一连接端口处分成一组子通道，而在第二连接端口处再次结合在一起，以便将蒸发的工作流体分配到冷凝器面板的大表面上以便冷凝。备选地或另外，第一通道可设置在辊压连结式面板中，以具有蜿蜒状外观。在任何情况下，可为有利的是调节第一通道及其子区段的倾度，使得工作流体的运动(流动)可仅被重力促进，使得不需要泵。如果工作流体具有预先限定的流向，则可采取类似的措施。
在蒸发器本体的可行的基本实施例中，蒸发器本体可包括带有第二通道的基部部分和用于沿竖向封闭第二通道的盖板。
如果从蒸发器本体进入工作流体中的热量超过预先限定的阈值，则可在第二通道中设置蒸气促进结构，以改进蒸发速率。蒸气促进结构可为蒸发器的任何形状的内表面，其支持从基部部分(热源(即电子和/或电气构件)连接到其上)到工作流体的高的热传递。因而，基部部分本身可具有带有增大的表面的蒸气促进结构。蒸气促进结构的目的在于通过产生子通道以及降低局部热通量来增大湿润表面，以便避免临界热通量。临界热通量描述这样的现象的热极限，即，在蒸发期间发生相变(诸如在用来加热工作流体的金属表面上形成气泡)，这会急剧降低热传递的效率，从而导致加热表面的局部过热。
根据蒸发器本体的实施例，当在第二通道中的流向上看时，蒸气促进结构可具有蜂巢状横截面，使得形成多个平行延伸的子通道。基板的蜂巢状横截面由高峰和低谷或凸脊或凹部组成，其中，当用盖板覆盖基部部分时，各个凹部可适于形成第二通道或子通道。取决于实施例，仅在基部部分中、仅在盖板中，或者部分地在盖板和基板两者中，设置形成第二通道或多个第二通道的凹部。
基部部分的具有蜂巢状横截面的凹部还可互连，使得工作流体收集在歧管中，在热虹吸的运行状态中，蒸发的工作流体从歧管流向辊压连结式面板。
根据蒸发器本体的另一个实施例，蒸发器本体包括第一歧管和/或第二歧管，其中，第一歧管适于对多个第二通道、特别是与彼此平行地延伸的第二通道进行供应，处于其液体状态的冷凝工作流体从第一通道的第二连接端口流出，以及其中，第二歧管适于将工作流体从第二通道供应到第一通道的第一连接端口。能够实现良好的蒸发结果，因为蒸发器本体的表面与工作流体的接触增加，如果第二通道或其子通道的大部分长度由多端口挤制(MPE)管形成的话。备选地或另外，第二通道可在第一连接端口和第二连接端口之间分成至少两个子通道，以增大蒸发器本体的整个湿润表面。因此，第二歧管接收来自蒸发器的第二通道的蒸发的工作流体，并且将蒸发的工作流体供应到辊压连结式面板供冷凝。
根据本发明的另一方面，一种功率模块包括如上面描述的那样的至少一个两相热交换器，在那里，至少一个电子和/或电气构件在热方面连接到两相热交换器的蒸发器本体的连接表面上。在两相热交换器的语境中提到的优点同样适用于具有这种热交换器的功率模块的那些。早先提到的优点预先指定上面描述的功率模块用于在运载工具中使用。运载工具可为例如公共汽车、火车、轮船或飞机。特别地，电气构件可为功率供应单元，诸如火车中使用的牵引功率转换器或辅助转换器。
参照下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见和阐述清楚。
附图说明
图1显示根据本发明的示例性实施例的包括两相热交换器的功率模块的简化正视图。
图2显示从左上角得到的根据本发明的另一个示例性实施例的功率模块的透视图。
图3显示从右上角得到的图3的功率模块的透视图，其具有沿着图1和图2的A-A通过热交换器的截面。
图4显示图2中显示的热交换器的蒸发器的透视图。
图5显示图4中显示的蒸发器的基部部分的透视图。
图6显示沿着截面B-B通过图5中显示的基部部分的横截面图。
图7显示通过备选基部部分的横截面图。
图8显示热交换器的另一个实施例的侧视图。
图9显示根据另一个示例性实施例的具有两相热交换器的功率模块的另一个实施例的透视图。
图10显示根据图9的功率模块的透视图，其包括沿着图9中的截面C-C通过冷凝器本体和蒸发器本体的截面图。
图11显示根据图9的功率模块的透视图，其包括沿着图9中的截面D-D的蒸发器本体的截面图。
图12以与图9中类似的透视图显示根据图9的功率模块的分解图的放大图，其包括沿着图9中的截面E-E通过蒸发器本体和冷凝器本体的截面图。
图13显示图9中显示的功率模块的实施例的蒸发器本体的透视图。
图14显示示例性辊压连结式冷凝器面板的简化侧视图。
图15显示根据本申请的两相热交换器在功率模块的运行状态中相对于地球的重力(G) 的方向的可能定向。
在本发明的示例性实施例的以下描述中，相同或至少功能相同的部件或元件在图中设有相同参考标号。图中显示的示例性实施例是示意性的，并且未按比例绘制。
具体实施方式
图1显示根据本发明的示例性实施例的包括两相热交换器1的功率模块的简化示意图。包括蒸发器本体200和冷凝器本体100的热交换器1用来冷却电子和电气构件300中的至少一个。冷凝器本体包括多个辊压连结式面板110。这些辊压连结式面板110由铝片材金属制成，并且在热和机械方面永久地连接到蒸发器本体200上，使得当在横截面上看时，热交换器1具有蜂巢状整体外观，如传统的翅片式散热器。通过CAB(受控气氛钎焊)或火焰钎焊来连接或连结冷凝器100的辊压连结式面板110和蒸发器200。备选地，可用任何其它可行和合适的手段(诸如粘合剂，例如环氧树脂)来执行辊压连结式面板和蒸发器的连结。
例如，以紧固在连接表面201上的方式，一个或多个电气或电子构件300能够附连/附连到蒸发器200上，而且它们的接触表面在热方面能够连接/连接到蒸发器200上，以便建立在热方面适于将构件300的热传递到例如包含在蒸发器本体200中的工作流体(例如R134a)的热传递。
图2显示从左上角得到的根据本发明的另一个示例性实施例的功率模块的透视图。
冷凝器本体100的辊压连结式面板110通过连接端口142、144而连接到蒸发器本体200上，所述连接端口包括允许工作流体从蒸发器本体200移动到冷凝器本体100(反之亦然)的入口管和/或出口管160、170。蒸发器本体200包括用于在两相热交换器制造好之后，对蒸发器本体200填充工作流体的填充塞270。辊压连结式面板110各自具有用于接收来自蒸发器本体的蒸发工作流体的第一通道120，使得在功率模块的运行状态中，在工作流体流过辊压连结式面板110的第一通道120时，工作流体冷凝。在图1中显示的辊压连结式面板100的示例性布置中，第一通道120从第一连接端口142开始，并且包括第一部分122，与彼此平行地延伸的多个第三部分124从第一部分122开始分叉。所有这些第三部分124都流体地连接到单个第二部分126上，第二部分126又流体地连接到第二连接端口144上。
第一连接端口142和第二连接端口144两者都位于公共的第一边191处，紧邻辊压连结式面板110的侧向边，其中，冷凝器面板110设置在通往蒸发器本体的连接表面201的相对的端部上。
图3显示从右上角得到的图3的功率模块的透视图，其具有沿着图1和图2的A-A通过热交换器的截面。与图2相比，热交换器围绕例如由第一部分122第一通道120限定的竖向轴线(Y)旋转。请注意，作为例外，未以阴影的方式显示沿着A-A的横截面，因为阴影显示会妨碍横截面的可理解性和清晰度。
蒸发器本体200包括基部部分230和盖板，基部部分230包括第二通道220，而盖板240用于沿竖向限定第二通道220的沿与辊压连结式面板110相同的方向(方向X)与彼此平行地延伸的一组纵向部分。基部部分230和盖板240两者都由适于钎焊在一起以及适于钎焊到辊压连结式冷凝器本体100上的铝或铝合金制成。在热交换器的运行状态中，工作流体在第二通道220的这些纵向部分内发生蒸发。蒸发器本体200包括另外两个凹部232、236，一个布置在蒸发器本体200的各个端面处，所述凹部横向于第二通道220的纵向部分的纵向方向(沿方向Z)延伸。第二通道220的所述纵向部分在它们的端部处通到这些凹部中，使得这些凹部分别形成第一歧管232和第二歧管236。为了进一步参照基部部分230的布置，回到图5和6和关于它们的描述。
辊压连结式面板110通过分别形成第一连接端口142和第二连接端口144的入口160和出口170而连接到蒸发器200上，使得允许蒸发的工作流体在其蒸气状态中从第一歧管232上升到辊压连结式面板110的第一通道120，而且允许冷凝的工作流体在其液体状态中再次流回第二歧管236，以在热交换器的运行状态中再次进行新的工作循环。
第一通道120和第二通道220形成用于引导热交换器1内的工作流体的回路。工作流体在这个实施例的热交换器的运行状态中的移动是由重力驱动的。
图4显示图2中显示的热交换器的蒸发器的透视图。蒸发器200包括基部部分230和盖板240，其中，盖板240分别包括一组第三连接开口242和一组第四连接开口244。该组第三连接开口242以线性的方式布置在蒸发器本体200的第一端部区域202中。该组第四连接开口244以相同的方式设置在第二端部区域203处，第二端部区域203位于蒸发器本体200的与第一端部区域202相对的端部处。第二端部区域203与第一端部区域202分开距离204。在热交换器的组装期间，提供第三连接开口242来接收第一连接端口142，而提供第四连接开口244来接收第二连接端口144。因而，连接开口242、244因此适于通过连接端口142、144和/或连接管160、170而连接到冷凝器本体200的辊压连结式面板上。
图5显示图4中显示的蒸发器的基部部分的透视图。如已经在图3的语境中以及参照图6所提到的那样，图5显示第二通道220的多个纵向部分在它们的端部处分别通到第一歧管232和第二歧管236中。第二通道的纵向部分的数量来自在用于改进从基部部分到工作流体的热传递的第二通道的最大数量以及有害的压降和工作流体的自然循环的阻塞的增加(其中，仅尽可能少的通道部分是合乎需要的)之间的折衷。
图7显示与图6相似地提供的、通过备选基部部分的横截面图。与图4至6中所引用的基部部分不同，根据这个实施例的基部部分230仅包括第二通道220的单个纵向部分，该单个纵向部分在其端部处通到第一歧管232和第二歧管236中。蒸气促进结构260、262设置在第二通道220的所述纵向部分中，以通过增加供工作流体在蒸发器本体200的运行状态中蒸发的成核位点的产生来改进从蒸发器本体200到工作流体的热传递效率。用语“蒸气促进结构”不应被误解为传统多孔结构，而是应理解为用于这样的结构的普通用语，即，该结构用于形成多个子通道，以增加在其中发生蒸发的蒸发器内的总表面，即，增加被蒸发器中的工作流体所湿润的总表面。
图7显示用于实现良好的蒸发结果的蒸气促进结构的两个可行实施例。在图7的左边局部视图中显示的第一实施例具有蒸气促进结构260，其具有Z字形横截面。在这个实施例中，蒸气促进结构260由波纹状金属片材形成，例如通过在盖板240连接到基部部分230上的情况一举钎焊在一起来将波纹状金属片材连接到基部部分230和盖板240上。所述蒸气促进结构260形成沿方向X与彼此平行地延伸的多个子通道。
蒸气促进结构由位于第二通道220内的折叠翅片260形成，以便提高从基部部分到工作流体的热传递，以及改进对工作流体的热传递效率，使得工作流体的蒸发得到进一步促进。
在图7的右边的局部视图描绘了蒸气促进结构262具有蜂巢状横截面。所述蒸气促进结构262可为挤制金属轮廓，例如通过在盖板240连接到基部部分230上的情况下一举钎焊在一起来将该挤制金属轮廓连接到基部部分230和盖板240上。所述蒸气促进结构262形成沿方向X与彼此平行地延伸的多个子通道。
图8显示热交换器的另一个实施例的侧视图。工作流体在这个实施例的热交换器的运行状态中的移动也是由重力驱动的。辊压连结式面板110通过第一连接端口142和第二连接端口144而再次连接到蒸发器本体200上。与上面描述的其中第一连接端口142和第二连接端口144位于辊压连结式面板110的直的第一边190上的实施例相反，这个实施例的第一连接端口142现在位于第一边190的面向蒸发器本体200的第一边区域192上。第一边区域192相对于第二连接端口144沿竖向偏移。所述第二连接端口144仍然位于在前述实施例的之前是公共的直的第一边190所定位的区域中的第二边区域193上。换句话说，第一边区域192和第二边区域193相对于蒸发器或朝辊压连结式面板定向的盖板的表面而相对于彼此成阶梯。换句话说，冷凝器本体100的第一边区域192在距面向冷凝器的蒸发器表面的第一距离d1处延伸。与此相似，冷凝器本体100的第二边区域193在距面向冷凝器的蒸发器表面的第二距离d2处延伸，其中，第一距离d1比第二距离d2更长。第一距离d1和第二距离d2两者都在竖向距离(方向Y)上延伸。当将预先制造好的冷凝器本体100连接到预先制造好的蒸发器本体200上时，第一连接端口142变形以及因而允许侧向偏转的能力证明对这样的热交换器特别有用，即，在第一连接端口142和第二连接端口144之间有例如大约400 mm的预期距离时，该热交换器的辊压连结式面板已经经受高达几毫米的相当大的尺寸公差。出现那些公差是由于辊压连结式面板的固有制造公差，由于制造工艺涉及辊压操作。与此相比，对辊压连结式面板110专有的第三连接开口242和第四连接开口244以相当小的公差铸造或加工到蒸发器本体200中。由于其硬度非常高，蒸发器本体200无法补偿大的制造公差。相当有柔性的第一连接端口142允许连接第一连接端口142的面向专用于接收第一连接端口142的第三连接开口242的自由端，即使在邻近第一通道120的第一部分122的第一连接端口142的预期起点和邻近第一通道120的失配的第一部分122’的第一连接端口142的实际起点之间在X方向上有尺寸失配，或存在形式/形状失配。
此实施例的另一个优点在于，第一连接端口142的柔性允许辊压连结式面板110的长度由于第一连接端口142和第二连接端口的起点之间的热膨胀不同而有显著的变化，从而沿纵向限定第一通道120。图8显示热交换器，热交换器的第一连接端口142’在靠近辊压连结式面板110的端部处偏转。
参考标号190表示在第一连接端口142的起点附连到其上的辊压连结式面板110的那个端部的位置上的失配，不管所述失配是否源自制造公差、不同的热膨胀或它们的组合。
图9显示根据另一个示例性实施例的、具有两相热交换器的功率模块的另一个实施例的透视图。与图3中显示的功率模块的实施例相反，这个实施例的第一歧管232和第二歧管236现在由管或管子形成，管或管子在它们的端面处密封，并且沿着蒸发器本体的基部部分230的端面而布置。在分别形成第一歧管232和第二歧管236的管中设置第三连接开口和第四连接开口。与上面提到的蒸发器的实施例相反，这个蒸发器本体不需要盖板来沿竖向限定第二通道的纵向部分，因为所述部分由多个多端口挤制(MPE)管210提供，并且被它们沿侧向限定，将在下面参照图10来解释多端口挤制管210。
图10显示根据图9的功率模块的透视图，其包括沿着图9中的截面C-C通过冷凝器本体和蒸发器本体的截面图。在图13中显示根据这个实施例的蒸发器本体的透视图。与图11一起可看到，借助于对这些第二通道部分中的各个专有的MPE 管210来形成蒸发器本体200内的第二通道的纵向部分。MPE管是由多个通道(例如六个通道)组成的元件。MPE管210是例如由铝或铝合金制成的廉价的挤制金属轮廓。各个多端口挤制管210的各个子通道通到第二歧管236或第一歧管232中的一个中。在图12可看到这个布置的详细结构，图12以与图9中类似的透视图显示根据图9的功率模块的分解图的放大图，并且包括沿着图9中的截面E-E通过蒸发器本体和冷凝器本体的截面图。未以阴影的方式显示沿着E-E的截面区域，因为阴影会妨碍横截面的可理解性和清晰度。
工作流体在MPE管210的子通道内发生蒸发，MPE管210提供被工作流体湿润的大的内表面。为确保从基部部分230到工作流体有良好的热传递，基部部分230特有与MPE管210的数量匹配的数量的纵向槽口。借助于例如钎焊将MPE管210结合到基部部分230上。取决于实施例，可一举将MPE管210钎焊到基部部分230上，以及将第一歧管232和第二歧管236钎焊到基部部分230上，以如图13中显示的那样形成蒸发器本体200。MPE管210的数量不必与辊压连结式面板110的数量相同，从而关于设计属性对这个热交换器给予良好的自由。
图14显示示例性辊压连结式冷凝器面板的简化侧视图。图14的辊压连结式面板110与图2中显示的实施例的辊压连结式面板110的区别在于，第三部分124相对于沿方向Y延伸的所述第一部分122而倾斜角度α，该角度由参考标号125表示。提供该倾斜来对在热虹吸系统的运行状态中的工作流体给予预先限定的流向，如果需要的话。
图15显示在功率模块的运行状态中，根据本申请的两相热交换器1相对于地球重力(由大写字母“G”表示的箭头)的方向(Y)的可行定向。蒸发器200可沿横向和竖向布置，以及相对于重力G的方向Y而倾斜，其中，在倾斜变型中，辊压连结式面板定向成向上，即，远离重力。
虽然已经在图和前述描述中详细地说明和描述了本发明，但这种说明和描述要理解为说明性或示例性，而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。
本领域技术人员在实践声明的发明时，通过研究图、公开和所附权利要求，可理解和实现公开的实施例的其它变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤的存在，而且不定冠词“一个”不排除复数。单纯的事实是在互不相同的从属权利要求中叙述的某些措施不表示不可利用这些措施的组合。权利要求中的任何引用记号都不应理解为限制范围。

Claims (17)

1.一种用于冷却电子和电气构件(300)中的至少一个的两相热交换器(1)，所述热交换器(1)包括：
a)冷凝器本体(100)，其包括多个辊压连结式面板(110)，其中，第一通道(120)布置在第一片材和第二片材之间，使得第一连接端口(142)在一端处限定所述第一通道(120)，而第二连接端口(144)在另一端处限定所述第一通道(120)，
其中，所述第一片材通过辊压连结来连接到所述第二片材上，使得各自形成辊压连结式面板(110)，以及
b)蒸发器本体(200)，其包括第二通道(220)，其中，所述第二通道(220)在一端处由用于各个辊压连结式面板(110)的第三连接开口(242)限定，而在另一端处由用于各个辊压连结式面板(110)的第四连接开口(244)限定，
其中，所述蒸发器本体(200)包括热连接表面(201)，电子和电气构件中的至少一个在热方面能够连接到所述热连接表面(201)上，
其中，所述第一连接端口(142)连接到所述第三连接开口(242)上，并且其中，所述第二连接端口(144)连接到所述第四连接开口(244)上，使得所述第一通道(120)和所述第二通道(220)形成用于将工作流体从所述蒸发器本体(200)引导到所述冷凝器本体(100)的回路，以传递热负荷，在所述热交换器(1)的运行状态中，所述工作流体在所述蒸发器本体(200)处接受电子和电气构件(300)中的所述至少一个能够产生的热负荷，并且其中，所述第三连接开口(242)布置在所述蒸发器本体(200)的第一端部区域(202)中，并且其中，所述第四连接开口(244)布置在所述蒸发器本体(200)的第二端部区域(203)中，
其中，所述第二端部区域(203)设置在所述蒸发器本体(200)的与所述第一端部区域(202)相对的端部上。
2.根据权利要求1所述的两相热交换器，其特征在于，所述第三连接开口(242)和所述第四连接开口(244)布置在所述蒸发器本体(200)的公共边上。
3.根据权利要求2所述的两相热交换器，其特征在于，所述公共边布置在所述蒸发器本体(200)上的所述连接表面(201)的相对侧。
4.根据权利要求3所述的两相热交换器，其特征在于，所述第一连接端口(142)和所述第二连接端口(144)布置在所述冷凝器本体(100)的第一边(191)处，所述第一边(191)面向所述蒸发器本体(200)的公共表面。
5.根据权利要求4所述的两相热交换器，其特征在于，所述冷凝器本体(100)的所述第一边(191)在所述蒸发器本体(200)的所述公共表面附近延伸。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的两相热交换器，其特征在于，所述第一连接端口(142)比所述第二连接端口(144)更长，并且
其中，所述第一连接端口(142)是柔性的，使得其允许补偿所述第二连接端口(144)和所述第三连接开口(242)之间的失配。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的两相热交换器，其特征在于，若干冷凝器本体(100)各自通过若干组第三连接开口(242)和第四连接开口(244)流体地连接到所述蒸发器本体(200)上。
8.根据权利要求7所述的两相热交换器，其特征在于，所述第三连接开口(242)中的至少两个和所述第四连接开口(244)中的至少两个由公共的第二通道(220)流体地互连。
9.根据权利要求8所述的两相热交换器，其特征在于，所述第二通道(220)在所述第三连接开口(242)和所述第四连接开口(244)之间分成至少两个子通道。
10.根据权利要求1至5中的任一项所述的两相热交换器，其特征在于，用于改进蒸发速率的至少一个蒸气促进结构(260，262)布置在所述第二通道(220)中。
11.根据权利要求10所述的两相热交换器，其特征在于，所述蒸气促进结构(260，262)具有这样的结构，即，当在所述热交换器的运行状态中，在所述工作流体的流向上的横截面中看时，该结构形成所述第二通道(220)的多个子通道。
12.根据权利要求1至5中的任一项所述的两相热交换器，其特征在于，所述第二通道(220)或其子通道的长度的一部分由多端口管形成。
13.根据权利要求12所述的两相热交换器，其特征在于，所述第二通道(220)或其子通道的长度的大部分由多端口管形成。
14.根据权利要求1至5中的任一项所述的两相热交换器，其特征在于，所述第一通道(120)在所述第一连接端口(142)和所述第二连接端口(144)之间分成至少两个子通道。
15.根据权利要求1至5中的任一项所述的两相热交换器，其特征在于，所述冷凝器本体(100)和所述蒸发器本体(200)通过CAB钎焊或真空钎焊一举连接到彼此上。
16.一种功率模块(10)，包括：
根据权利要求1至15中的任一项所述的两相热交换器(1)，以及
在热方面连接到所述蒸发器本体(200)的所述连接表面(201)上的电子和电气构件(300)中的至少一个。
17.在运载工具中使用根据权利要求16所述的功率模块(10)。
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