CN116406129A - 用于功率电子器件冷却的散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于功率电子器件冷却的散热器。一种制冷单元包括制冷回路、安装板、热联接到安装板的功率电子装置，以及热联接到安装板并且热联接到制冷回路的构件的散热器。散热器配置成将废热从安装板传递到制冷回路的构件。

Description

用于功率电子器件冷却的散热器
技术领域
示例性实施例涉及制冷系统的领域，并且更特别地，本公开涉及冷却制冷系统的功率电子器件。
背景技术
诸如马达驱动器的功率电子装置可在操作期间基于装置的效率生成废热。另外，当功率电子装置变热超过某个温度上限时，所述功率电子装置的效率可降低。当配置到制冷系统中时，这些装置的有效热集成可为系统的总体效率和可靠性的重要方面。因此，需要向这些功率电子装置提供有效的冷却。
发明内容
根据实施例，一种制冷单元包括制冷回路、安装板、热联接到安装板的功率电子装置，以及热联接到安装板并且热联接到制冷回路的构件的散热器。散热器配置成将废热从安装板传递到制冷回路的构件。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，制冷回路进一步包括具有吸入入口的压缩机和布置在安装板与压缩机之间形成的间隙内的吸入管，吸入管流体地连接到吸入入口，其中散热器热联接到吸入管。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，吸入管包括至少一个线性区段，并且散热器热联接到至少一个线性区段。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，至少一个线性区段平行于安装板定向。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，至少一个线性区段是竖直定向的。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，吸入管包括多个线性区段，并且散热器热联接到多个线性区段中的至少一个。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，安装板包括第一表面和第二表面，功率电子模块热联接到第一表面，并且散热器热联接到第二表面。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，散热器具有第一端和第二端，第一端机械联接和热联接到安装板的表面。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，安装板的表面具有形成在其中的至少一个凹部，并且散热器的第一端布置在至少一个凹部内。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，制冷回路的构件机械联接和热联接到散热器的第二端。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，制冷回路的构件机械联接和热联接到散热器的中心部分。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，散热器进一步包括主体，该主体具有形成在其中的至少一个开口。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，制冷单元是运输制冷系统的部分。
根据实施例，一种在制冷单元的操作期间冷却功率电子装置的方法包括使制冷剂循环通过制冷回路，以及将废热从功率电子装置传递到制冷回路的部分以冷却功率电子装置。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，将废热从功率电子装置传递到制冷回路的部分进一步包括将废热从功率电子装置传递到安装板，将废热从安装板传递到散热器，以及将废热从散热器传递到制冷回路的部分。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，制冷回路进一步包括由吸入管流体地连接的蒸发器和压缩机，来自功率电子装置的废热传递到吸入管。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，吸入管进一步包括至少一个线性区段，来自功率电子装置的废热传递到至少一个线性区段。
除了本文中所描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，在另外的实施例中，吸入管内的制冷剂比功率电子装置的操作温度更冷。
附图说明
以下描述不应当被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件编号相同：
图1是根据实施例的示例性运输制冷系统的示意性图示；
图2是根据实施例的制冷单元的示例性基本制冷回路的示意性图示；
图3是根据实施例的制冷单元的部分的透视图；
图4A是根据实施例的包括示例性散热器的制冷单元的部分的侧视图；
图4B是根据实施例的图4A中所示出的散热器的平面视图；
图5A是根据实施例的包括示例性散热器的制冷单元的部分的侧视图；以及
图5B是根据实施例的图5A中所示出的散热器的平面视图。
具体实施方式
参考附图，公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述通过例示而非限制的方式来呈现在本文中。
现在参考图1和图2，图示示例性运输制冷系统20。在图示的非限制性实施例中，运输制冷系统20示出为拖车系统。如所示出的，运输制冷系统20包括由牵引车24牵引或以其它方式运输的拖车或集装箱22，牵引车包括操作员隔室或驾驶室26并且还包括充当运输制冷系统20的传动系系统的原动机(未示出)，诸如发动机或HVDC电池组。制冷单元30配置成通过冷却集装箱22的货物空间将位于集装箱22内的货物保持在选定的温度下。如所示出的，制冷单元30可安装在集装箱22的前壁28处。制冷单元30和货物集装箱22一起可形成制冷集装箱系统。本领域技术人员应当认识到，本文中所描述的实施例可应用于任何运输制冷系统，诸如，例如通过铁路、海运(经由船只)装运的装运集装箱或不使用牵引车24的任何其它合适的集装箱。
参考图2，示出制冷单元30的基本制冷回路。制冷单元30分成两个区段：冷凝器区段30a和蒸发器区段30b。冷凝器区段30a大体上可设置在集装箱22的前壁的前方，并且布置成与集装箱22和制冷单元30外部的环境大气流体连通以与其交换空气和热。蒸发器区段30b不与环境大气流体连通以控制集装箱22内的温度。制冷单元30包括流体地连接到彼此以形成闭环系统的压缩机32、冷凝器盘管34、膨胀装置36和蒸发器盘管38。流体R(例如，诸如制冷剂)配置成从压缩机32连续地流动到冷凝器盘管34、膨胀装置36和蒸发器盘管38。诸如由冷凝器马达(未示出)驱动的冷凝器风扇40配置成移动空气流跨过冷凝器盘管34的外部，并且诸如由蒸发器马达(未示出)驱动的蒸发器风扇42可用于驱动流体(空气)流跨过蒸发器盘管38的外部并且进入货物所位于的集装箱22的部分。
与压缩机32相关联的至少一个功率电子装置50(参见图3)可安装在冷凝器区段30a内，例如，诸如靠近或邻近压缩机32。应当理解，如本文中使用的用语“功率电子装置”可指代可通过调制和/或转换供应的输入功率来提供受控输出功率的任何电子构件(例如，变频驱动器、功率整流器、功率转换器等)。这样的功率电子装置50可用于基于多种预确定系统条件来控制制冷系统的压缩机的速度和/或风扇的速度。如所示出的，至少一个功率电子装置50可安装到安装板54的竖直定向的第一表面52。然而，其中功率电子装置50安装到具有非竖直定向的表面(例如，诸如水平表面)的实施例也在本公开的范围内。
一个或多个功率电子装置50的可靠性和寿命可取决于排除这样的电气构件在高温下操作和/或排除它们暴露于热冲击。在制冷单元30的操作期间，功率电子装置50内侧的电气构件生成废热。在实施例中，为了将功率电子装置50保持在合适的温度下，制冷单元30包括配置成从功率电子装置50移除热的散热器60。散热器60可由任何合适的导热材料(例如，诸如铝或铜)形成。在实施例中，散热器60经由挤出过程形成。此外，散热器60可包括布置在其外表面的全部或至少部分上的绝缘材料(未示出)。
如所示出的，散热器60的第一端62机械联接和热联接到安装板54的第二相反表面56，诸如与功率电子装置50连接到的表面52相反的表面。尽管散热器60图示为基本上正交于安装板54的表面56延伸，但是本文中还设想其中散热器60的全部或部分以另一角度延伸的实施例。
在实施例中，散热器60的第一端62安装成与安装板54的表面56成重叠布置。然而，在其它实施例中，散热器60的第一端62的至少部分可接收在安装板54的表面56中形成的至少一个凹部或凹槽(未示出)内。此外，可在散热器60与安装板54之间的界面处布置材料(例如，诸如热油脂)，以便于热远离安装板54传递到散热器60，并且因此远离功率电子装置50。尽管安装板54描述为板，但是应当理解，在实施例中，安装板可为具有用于冷却流体的内部流动路径的壳体，使得安装板用作热交换器。
在实施例中，散热器60配置成经由安装板54将热从功率电子装置50传递到冷凝器区段30a内的另一个构件。如在图4A-5B中最佳地示出的，间隙58限定在压缩机32与安装板54的表面56之间。将压缩机32的吸入入口66与上游构件(例如，诸如蒸发器盘管38的出口)流体地连接的导管64(在本文中也称为“吸入管”)至少部分地布置在间隙58内。在图示的非限制性实施例中，散热器60机械联接和热联接到吸入管64的部分。在制冷单元30的操作期间，吸入管64的温度(可认为其等同于吸入管64内的制冷剂的温度)远低于一个或多个功率电子装置50的操作温度。因此，布置成与安装板54和吸入管64两者热连通的散热器60将便于功率电子装置50的增强冷却。
在图示的非限制性实施例中，散热器60联接到吸入管64的线性区段67。吸入管64的线性区段67可为竖直定向的(如所示出的)，或备选地，可与安装板54的表面56平行或成角度布置。平行于散热器60联接到的吸入管64的线性区段67的轴线测量的散热器60的高度可基本上等于或可小于吸入管64的对应线性区段67的长度。如所示出的，吸入管64包括布置在间隙58内的单个线性区段67。然而，应当理解，本文中还设想具有包括布置在间隙58内的多个线性区段的曲折路径的吸入管64。在这样的实施例中，散热器60可配置成取决于期望的热耗散联接到吸入管64的多个线性区段67中的至少一个线性区段。因此，可基于特定应用的功率电子装置50的温度需求来选择在间隙58内的吸入管64的配置和/或散热器60在其上布置成与吸入管64接触的总表面积。
如所示出的，散热器60的第二端68连接到吸入管64。在实施例中，散热器60的第二端68包括具有与吸入管64的部分的轮廓互补的凹部或凹槽72的凸缘70。具有类似的凸缘76和用于将吸入管64的部分接收在其中的凹部78的安装支架74可能够与散热器60的凸缘70连接(例如，诸如经由多个紧固件)，以将散热器60附连到吸入管64。尽管散热器60的第二端68在图示的非限制性实施例中示出为联接到吸入管64，但是应当理解，本文中还设想其中吸入管64布置在相对于散热器60的另一位置处(例如，诸如在散热器60的中心部分处)的实施例。
在实施例中，在垂直于散热器60的长度的平面中测量的散热器60在第一端62处的宽度显著大于散热器60在其第二端68处的宽度。如图4A和图4B中所示出的，散热器60可形成为具有大体上实心的主体。然而，在其它实施例中，散热器60可具有形成于其中的一个或多个开口80以减少散热器60的总材料和重量，同时保持从安装板到吸入管64的必要热传递。形成在散热器60中的开口80可沿着散热器60的长度和宽度中的一个或多个延伸。由于开口80，散热器60的主体可具有翅片配置。例如，在图5A和图5B的图示的非限制性实施例中，散热器60的第一端62不是连续表面，而是由多个翅片的端部限定，多个翅片中的至少一个与安装板54接触。
包括如本文中所描述的散热器60将增强制冷单元的功率电子装置的冷却，从而改进构件性能、可靠性和寿命。另外，将来自功率电子装置的废热传递到吸入管64中的制冷剂还可扩展制冷单元30的环境操作范围。
用语“大约”旨在包括与基于在提交本申请时可获得的设备来对特定量进行的测量相关联的误差度。
本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本公开。如本文中使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解到，用语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”在用于本说明书中时表示存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件构件和/或其组合。
虽然已参考一个或多个示例性实施例而描述了本公开，但本领域技术人员将理解到，在不脱离本公开的范围的情况下，可作出多种改变，并且可用等同体来替代其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可作出许多修改，以使特定的情形或材料适于本公开的教导。因此，意图的是，本公开不限于作为针对实施本公开而设想的最佳模式来公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种制冷单元，包括：
制冷回路；
安装板；
功率电子装置，其热联接到所述安装板；
散热器，其热联接到所述安装板并且热联接到所述制冷回路的构件，其中所述散热器配置成将废热从所述安装板传递到所述制冷回路的所述构件。
2.根据权利要求1所述的制冷单元，其中，所述制冷回路进一步包括具有吸入入口的压缩机和布置在所述安装板与所述压缩机之间形成的间隙内的吸入管，所述吸入管流体地连接到所述吸入入口，其中所述散热器热联接到所述吸入管。
3.根据权利要求2所述的制冷单元，其中，所述吸入管包括至少一个线性区段，并且所述散热器热联接到所述至少一个线性区段。
4.根据权利要求3所述的制冷单元，其中，所述至少一个线性区段平行于所述安装板定向。
5.根据权利要求3所述的制冷单元，其中，所述至少一个线性区段是竖直定向的。
6.根据权利要求2所述的制冷单元，其中，所述吸入管包括多个线性区段，并且所述散热器热联接到所述多个线性区段中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的制冷单元，其中，所述安装板包括第一表面和第二表面，所述功率电子模块热联接到所述第一表面，并且所述散热器热联接到所述第二表面。
8.根据权利要求1所述的制冷单元，其中，所述散热器具有第一端和第二端，所述第一端机械联接和热联接到所述安装板的表面。
9.根据权利要求8所述的制冷单元，其中，所述安装板的所述表面具有形成在其中的至少一个凹部，并且所述散热器的所述第一端布置在所述至少一个凹部内。
10.根据权利要求8所述的制冷单元，其中，所述制冷回路的所述构件机械联接和热联接到所述散热器的所述第二端。
11.根据权利要求8所述的制冷单元，其中，所述制冷回路的所述构件机械联接和热联接到所述散热器的中心部分。
12.根据权利要求1所述的制冷单元，其中，所述散热器进一步包括主体，所述主体具有形成在其中的至少一个开口。
13.根据权利要求1所述的制冷单元，其中，所述制冷单元是运输制冷系统的部分。
14.一种在制冷单元的操作期间冷却功率电子装置的方法，所述方法包括：
使制冷剂循环通过制冷回路；以及
将废热从所述功率电子装置传递到所述制冷回路的部分以冷却所述功率电子装置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将废热从所述功率电子装置传递到所述制冷回路的所述部分进一步包括：
将所述废热从所述功率电子装置传递到安装板；
将所述废热从所述安装板传递到散热器；以及
将所述废热从所述散热器传递到所述制冷回路的所述部分。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述制冷回路进一步包括由吸入管流体地连接的蒸发器和压缩机，来自所述功率电子装置的所述废热传递到所述吸入管。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述吸入管进一步包括至少一个线性区段，来自所述功率电子装置的所述废热传递到所述至少一个线性区段。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述吸入管内的制冷剂比所述功率电子装置的操作温度更冷。
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