CN202663701U - 用于冷却电子元件的设备以及发电机所用的电子控制设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种适用于电子元件的冷却设备以及内置这种设备的控制装置。本公开的一个实施例解决的一个问题是如何改进冷却设备的散热效果。按照本实用新型的一个方面，公开了一种用于冷却电子元件的冷却设备，包括用导热性材料制成的棱柱体，该棱柱体由一对平坦的主要外表面组成，其内部有一个用于冷却液流通的回路，这两个主要外表面上均可设定安装至少一个电子元件；回路带有一套导管，该导管包含与入口相连的供液管，与出口相连的排液管，以及一段或多段位于供液管和排液管之间的蛇形管。本公开的一个实施例的一个用途是为电子元件提供一种散热性好且价格相对低廉的冷却设备。

Description

用于冷却电子元件的设备以及发电机所用的电子控制设备

技术领域

本实用新型通常用于技术行业的冷却系统中，尤其是用作应用于发生器控制设备中的电子元件的冷却设备。 

该实用新型还可用于电能或类似的机械能源发生器的电子控制设备。 

背景技术

众所周知，民用和工业用范围内的电子设备通常包含有一个或多个功率器件，这些功率器件在其运行期间需要采取一定的冷却措施以使其工作温度正常。 

最典型的是，待冷却元件与一个或多个采用高导热性材料制成的冷却设备相连，这类冷却设备可以使得待冷却元件和周围环境产生大量的热交换。 

这类冷却设备为片状设计，与外部有着大面积接触，可以实现高效散热。 

这类解决方案有其缺陷之处，通常电子元件会产生大量热量，排去这些热量需要冷却设备具有远远大于电子设备外形尺寸的规格。 

实际上，装有这类电子元件的设备的外形尺寸与冷却设备的外形尺寸有着很大联系，后者在一些风能发电机、光能发电机或类似的发电机中的尺寸尤其巨大，特别是一些功率超过400KW的设备中。 

为了克服，至少是部分解决这些缺陷，现已制作出能够使冷却液通过冷却设备进行强制循环的电子设备。 

处于冷却设备迭层之间的强制液体循环可以经由液体提高散热量，从而能够显著地提升冷却设备的散热率。 

这种形式可以使得产生大量热量的电子元件在得到冷却的同时 将冷却设备的外形尺寸保持在一定的范围之内。 

但是这种解决措施的不利之处在于，电子设备需要预先布置好强制冷却液体循环的循环线路，而这又将反映到外形尺寸中去，同时还要预先估算好不可忽视的能源损耗。 

另外，常常需要将电子设备安装在密闭的容器内，例如柜子或四方盒内，在这些容器内部有利于冷却液的循环。 

该等配置办法，尽管能够减小冷却设备的尺寸，然而却显著增大了电子设备的整体外形尺寸。 

为改善电子元件的冷却问题，并缩小其外形尺寸，可以使用附带冷却液循环导管的片状冷却设备。 

根据IT1137472的相关内容可知，这种冷却板具备两个平行的平面，其中一个上面设有用于放置待冷却电路部件的固定位。 

该冷却板还具有封闭式冷却回路，该回路覆盖至整块面板。回路中注有氟利昂一类的冷却剂。 

该著名解决方案的一个不便之处在于，冷却板仅有一面可同待冷却电子设备相接触。 

另外，这种方案不能将冷却液和外部冷却途径相连接，因为外部冷却途径可能会改变其工作温度和散热效果。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述参照方案中的缺陷之处，并为电子元件提供一种散热性好且价格相对低廉的冷却设备。 

一个特殊的目的在于创制一种可以放置大量待冷却电子元件的冷却设备。 

另一个特殊目的是创制一种可以散去大量积蓄热量的电子元件冷却设备。 

本实用新型的另一个目的是创制一种外形尺寸可以满足特定限制的电子元件冷却设备，特别是用于高电能控制设备中电子设备的冷却，例如风力发电、光能发电、水力发电等超过400KW的可再生能 源所采用的电子设备。 

另外一个目的是创制一种在电子元件工作时不需要与外部冷却液体进行循环的电子元件冷却设备。 

还有一个特殊目的是创制一种可以与其它冷却途径和冷却液抽取泵相连接的电子元件冷却设备。 

这些目的，以及其他将在下文中详细说明的内容，都将由一种电子元件冷却设备实现，该设备包括一个用导热材料制成的棱柱体，在这个主体中有一对平整的主要外表面，在其内部至少包含一个冷却液回路，在上述两个主要外表面之间装有至少一个可调节位置的待冷却电子元件，上述回路中含有一段与入口相连的供液导管，一段与出口相连的排液导管，以及一段或多段位于上述供液导管和排液导管之间的蛇形管。 

在冷却设备中，蛇形管纵向排布，上述供液导管从上述入口处以最大纵向距离与蛇形管相连并导入冷却液。 

提供一种用于冷却电子元件的设备，该设备包括：用导热性材料制成的棱柱体，在该棱柱体中有一对主要外表面，两者均为平面，在这两者之中至少有一个用于冷却液流通的回路，这两个主要外表面均用于调节固定至少一个待冷却电子元件，上述回路有一个导管，导管带有一段与入口相连的供液管，一段与出口相连的排液管，以及一段或多段位于供液管和排液管之间的蛇形管，这些蛇形管纵向排布，供液管从与入口形成的最大距离处顺次向蛇形管输入冷却液。 

这样特殊的设置有助于电子元件冷却设备具有良好的散热性，并减小了总体外形尺寸，同时能够通过一定的维护工作保证设备的长久耐用性。 

根据该实用新型的一个方面，应提供用于发电机或类似设备的电子控制设备，包含根据该实用新型创制的冷却设备。提供一种发电机所用的电子控制设备，所述电子控制设备包括：一个或多个相互以电路相连的用于控制发电机或类似设备的电子元件；用于冷却上述一个或多个电子元件的设备，在该冷却设备中包括如上述一个或多个方面所 述的棱柱体，该棱柱体包含有至少一个供冷却液流通的回路，且其主要外表面上设有用于安置一个或多个电子元件的位置，其特征在于，这一个或多个电子元件可用于控制至少400KW的电能。 

该实用新型有利的实现形式将符合相关权利要求。 

附图说明

该实用新型的详细特点和优点将主要在有关优选实施方式的详细说明中进行说明，但这些特点和优点并不局限于电子元件冷却设备，下列图纸将有助于对实用新型的内容进行理解，其中包括但不限于： 

图1为根据本实用新型设计的冷却设备的前方透视图 

图2为图1中的冷却设备的后方透视图 

图3为图1中的设备的侧视图 

图4为图1中的设备的第一部分的前视图 

图5为图1中的设备的第二部分的前视图 

图6为图4中的部分根据剖面VI-VI所得的剖视图 

图7为图4中的部分根据剖面VII-VII所得的剖视图 

图8为装有根据实用新型创意生产的冷却设备的控制电子设备的前视图 

图9为图8中控制电子设备的侧视图 

具体实施方式

根据上述图，依照本实用新型所制的冷却设备通常如图1所示，可用在使用一个或多个易发热的电子元件C的电子设备D之中。 

电子元件C有些为半导体类等主动元件，如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)模块，IGBT(绝缘栅双极晶体管)或类似元件，另外一些为被动元件，如电阻和电容。 

冷却设备1也可用于冷却完整电路中的逻辑模块或储存模块和/或用于冷却和半导体相连接的元件。 

另外，冷却设备1能够用于冷却一个或多个与印刷电路之类的底 座相连接的电子元件C。 

根据本实用新型创制的冷却设备1中包括一个至少部分是用热传导性材料制成的棱柱体2。 

棱柱体2具有一对平坦的主要外表面3，4，其内部至少存在一个用于冷却液F流动的回路5。 

根据本实用新型所具备的特点，主要外表面3，4用于安放至少一个待冷却电子元件C。 

在图中的配置中，棱柱体2根据预定的厚度s直角型安放，且保持固定不变。 

有利的是，冷却设备1可以用于工作功率超过400KW的高功率电子设备中，而主要外表面3，4之间可根据需要安放电子元件，这一点有利于使该设备的外形尺寸远远小于现有的典型设备。 

从一个具有示例性的方面举例来说，冷却设备可以用在风力发电机、光能发电机、水力发电机或其它类似的可再生能源的高功率发电机中所使用的倒相器或变压器等元件上。 

棱柱体2可采用如铜，铝或二者的合金等具备高导热性的材料制造。 

在合适的情况下，冷却液F既可以是液体也可以是气体，只要是可以用在冷却或冷冻回路里的，还可以是水或水基冷却液。 

两块主要外表面3，4设置后可安放一个或多个待冷却电子元件C，C与s面上的至少一个U部分发生发热点接触，这样放置可以保证电子元件与外部散热设备1相连通。 

另外，3，4这两个主要外表面中的任何一个都可以通过设置来安放任何规格和固定方式均不同的电子元件C。 

优点在于，棱柱体2带有一对半壳6，7，如图4和图5中所示，这两者互相对称且依靠对应面8，9将主要外表面3，4互相接合。 

任何一个半壳6，7均为厚度不变的平板型设计，且其厚度s1，s2为棱柱体2的厚度s的一半。 

尤其是在图示设置中，半壳6，7显示出两者具有相同的厚度s1、 s2和相同的安装尺寸。 

然而需注意的是，根据未在图中画出的其它配置方案，半壳6，7会有一种或多种使二者具有明显区分度的尺寸，另外例如厚度s1，s2，也不会保持不变。 

在一定情况下，主要外表面3，4平行。 

另外，半壳6，7的内面10，11沿着接触面π互相吻合。 

如图4和图5所示，半壳6，7的内面10，11为平面，且与主要外表面3，4保持平行。 

在这种设置条件下，当半壳6，7互相接合时，接合面π与主要外表面3，4平行。 

另外，回路5包括导管12，导管12包括与入口14相连的供液管13和与出口16相连的排液管15。 

这里的优点是，根据图1和图4所示，入口14和出口16可以处于同一个半壳6，7内。 

特别是，冷却液F的入口14和出口16可放置在半壳6，7中某一个半壳的边缘17，18附近。 

导管12的截面面积Z是固定不变的，其尺寸大小决定了通过设备1的冷却液F的流量。 

另外，入口14和出口16应该和冷却液F的冷却处理R和循环泵P这个回路相连接。 

循环泵P和冷却处理R构成的回路可用于调节通过入口14流入设备1的冷却液F的流量和温度。 

根据本实用新型的一个特别具有优势的特点，如图4和图5中所示，导管12中包括一段或多段蛇形管，整套蛇形管用19来标示，其位于供液管13和排液管15之间。 

蛇形管19的数量可以根据导管12和棱柱体2上的主要外表面3，4上的预置部位20，21的热接触面积来确定。 

比方说，导管12可以随着主要外表面3，4的增大而完全延展出去。 

在适当的情况下，供液管13和排液管15互相平行，且均沿纵向L排布。 

另外，多段蛇形管19垂直设置于供液管13和排液管15之间，且蛇形管之间互相平行。 

供液管13与排液管15被安置在22，22’的竖向底边附近；23，23’为半壳6，7的另外一面，每一段蛇形管19都铺设在这些半壳的中心部位24，25。 

优点是，蛇形管19从上至下排布，供液管13从上至下依次向蛇形管19部分供液，并且其最上方所处位置和入口14形成最大纵向距离dmax。 

供液管13如此布置可以使得冷却液F几乎同时以最低温度从入口14流向各个蛇形管19。 

冷却液F以最低温度同时流入蛇形管19有助于主要表面3，4上整个蛇形管19所在的20，21部分上发生的热交换保持一致，从而保证该部分上面的温度均一致。 

根据图中所绘的配置，半壳6，7包含有六段蛇形管19，这些蛇形管纵向排列于供液管13和排液管15之间，呈等距排列。 

根据该实用新型创意，蛇形管19的数量可以多于或少于图中的数量，且可以不成行排列，其相互之间的距离也可以有所不同。 

供液管13的第一段纵向部分26有一个顶点位置27，即入口14，它的第二段纵向部分28有一个顶点位置29与蛇形管19相连，我们将这个位置与冷却液F流入口14之间的距离称为最小距离d_min。 

另外，供液管13的第一段纵向部分26还有第二个顶点位置30和第二部分28相连，且该位置也与蛇形管19相连，我们将此处与入口14间的纵向距离标为最大距离d_max。 

第二部分28用于向所有的蛇形管供应冷却液，且各个蛇形管几乎能同时得到供液，这样可以保证配置有回路5的主要表面3，4的20，21部分上的热交换效率保持一致。 

另外，每段蛇形管19均包含有多根管道，我们统称为31，且这 些波浪形管道之间保持互相平行。 

平面π’上排布的波浪形管与π面上的互相平行，且同时平行于横轴T。 

在图中所绘的创意构思中，每段蛇形管19的波浪形的纵向宽度均一致。 

然而，从未绘图的制作方式来看，每段蛇形管19的波浪形的纵向宽度可以有所不同，这是为了在32，32’和33，33’这些在主要外表面3，4上规划好的部分中实现不同的热交换。 

其优点是，蛇形管19的波浪形走向可以从垂直面π”，π”’......，延伸到吻合面π。 

这种没有在图中说明的设计思路，实现了冷却液F的另外一种沿着棱柱体2的厚度s流动的流动方法，这样有助于提高设备1的散热效率。 

该实用新型另外一个优点是，半壳6，7的每个内表面10，11上均有回路5的半镜像34，35。 

在这种形式下，当半壳6，7的内表面10，11互相接合时，可以形成一个回路5。 

根据未在图中绘出的实用新型内容可知，回路5在单个半壳6，7上的镜像可能比半个偏多或偏少。 

在一定情况下，每个回路5的半镜像34，35的形成都在各自的半壳6，7中，且它们通过合适的连接方式36与另外一个半镜像35，34接合形成一个密封空间。 

根据图2，3和4中所绘，连接方式36可包含位于看不见冷却液F的入口14和出口16的半壳6，7的主要外表面3，4上的规格统一的螺丝接合方式37。 

另外，半壳6，7还可采用机械式接合方式，例如沿着内表面10，11的横边17，17’；18，18’和沿着竖边22，22’和23，23’进行焊接。 

在一定的情况下，回路5的每个半镜像34，35均通过某个机械加工方式在各自的半壳6，7上制造出来，如凿划、冲压或其他类似的 机械加工方式。 

另外，回路5还能通过一个或多个混合型的机械加工途径制作出来，例如先通过冲压对其进行粗加工，然后再采用材料消除等机械加工方式对其进行精加工。 

这种实用新型的一个优点是，设备1包含了编号为38的电子元件C在半壳6，7在主要外表面3，4上的固定方式，如螺丝或其他类似途径。 

在一定的情况下，如图中所绘，固定方式38包括一个或多个统编编号为39的固定孔，这些孔洞已加工好螺纹，可用于电子元件C的安装，且其安装可进行一定调节。 

根据该实用新型未在图中绘出的其他特点，固定途径38还可采用螺丝以外的方式，如扣接、嵌入或其他类似方式。 

固定途径38还可能包括多个成套的固定孔39系列，该系列以40为统编编号，在系列40的每一套中，至少有一条横线排列的孔位40，该横线以41为编号，且该横线所处位置与其所对应的蛇形管19的位置相对应。 

在这种形式下，固定在主要外表面3，4上的待冷却电子元件C可以从设备1中获取最大的散热效率。 

固定孔39应与待固定的电子元件C上的对应孔A呈一直线，以便可以使用螺丝或其它方式互相接合。 

根据图8和图9中绘制的实用新型内容的一方面，设定了一个用于控制发电机或其它类似装置的电子设备42，该电子设备42未在图中画出，含有一个或多个相互以电路相连的用于控制该发电机或其它类似装置的电子元件C。 

另外，该电子控制设备42还包含一个上述电子元件C的冷却设备1。 

该电子控制设备还包括一个盒式支撑架43，架内固定有一个或多个电路相连的电子元件C。 

如图8所绘，冷却设备1与支架43内部相连，其内部形成了两 个内盒44，45，在这两个盒中可能还固定有不需要进行散热的电子元件D，且这些元件也电路相连。 

在一定情况下，冷却设备1能与盒式支架内部44相连，以使冷却液F的入口14和出口16处于一个同外部液体抽取泵P连接方便的位置。 

电子控制设备42的这种配置，可以在使该设备外形尺寸保持在一定大小的同时，散发掉由一个或多个电子元件C所产生的大量热量。 

本实用新型中所说的冷却设备和电子控制设备均可以在附加权利要求中提出的设想中做出各种修改和变化。所有的细节均可由其他具备相类似技术性的元素取代，材料也可根据需要另行选用，只要这些变化不超出本实用新型的范围即可。 

即使冷却设备和电子控制设备在本文中的详细描述参照了附图，其说明中和权利要求中所使用的参考数目也仅用于方便理解本实用新型的创意，并不构成任何保护性限制。 

Claims (11)

1.一种用于冷却电子元件(C)的设备(1)，其特征在于，该设备包括：用导热性材料制成的棱柱体(2)，在该棱柱体(2)中有一对主要外表面(3，4)，两者均为平面，在这两者之中至少有一个用于冷却液(F)流通的回路(5)，这两个主要外表面(3，4)均用于调节固定至少一个待冷却电子元件(C)，上述回路(5)有一个导管(12)，导管(12)带有一段与入口(14)相连的供液管(13)，一段与出口(16)相连的排液管(15)，以及一段或多段位于供液管(13)和排液管(15)之间的蛇形管(19)，这些蛇形管(19)纵向排布，供液管(13)从与入口(14)形成的最大距离(dmax)处顺次向蛇形管(19)输入冷却液。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备包括：包含一对镜面对称的半壳(6，7)的棱柱体(2)，这对半壳的主要外表面(3，4)与其外接触面(8，9)互相吻合，半壳(6，7)还有一对相吻合的内接合面(10，11)，其中包括一对互相对应的半镜像(34，35)，这对半镜像中接合后为冷却回路(5)。

3.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，主要外表面(3，4)互相平行，内接合面(10，11)沿着接合面(π)互相吻合，回路(5)的每个半镜像(34，35)通过合适的连接方式(36)与另外一个半镜像(35，34)接合形成一个密闭空间。

4.按照权利要求2或3所述的设备，其特征在于，入口(14)和出口(16)均只在半壳(6，7)的其中一个之上。

5.按照权利要求2或3所述的设备，其特征在于，每一段蛇形管(19)中均包含多段波浪形平行管道(31)，其波浪形在与平面(π)平行的平面(π’)上延伸，且与横向轴(T)保持一致。

6.按照权利要求5所述的设备，其特征在于，蛇形管(19)中的波浪形走向同时也在与接合面(π)垂直的面(π”，π”’)上延伸，其延伸方向为从后者至前者。 

7.按照权利要求2或3所述的设备，其特征在于，棱柱体(2)为采用可在铜、铝及铜铝合金中选用的材料的棱柱体，回路(5)上的半镜像(34，35)均由半壳(6，7)通过诸如材料凿除、冲压或其他类似的机械加工方式而得。

8.按照权利要求2或3所述的设备，其特征在于，在半壳(6，7)的主要外表面(3，4)上具有以螺丝或其它类似方式对电子元件(c)进行的固定途径(38)。

9.一种发电机所用的电子控制设备(42)，其特征在于，所述电子控制设备(42)包括：

-一个或多个相互以电路相连的用于控制发电机或类似设备的电子元件(C)；

-用于冷却上述一个或多个电子元件(C)的设备(1)，在该冷却设备(1)中包括如上述一个或多个权利要求所述的棱柱体(2)，该棱柱体(2)包含有至少一个供冷却液(F)流通的回路(5)，且其主要外表面(3，4)上设有用于安置一个或多个电子元件(C)的位置，其特征在于，这一个或多个电子元件(C)可用于控制至少400KW的电能。

10.如权利要求9所述的电子控制设备，其特征在于，该设备应为可再生能源的发电机设备上相连的变频器。

11.如权利要求10所述的电子控制设备，其特征在于，所述可再生能源为风能、光能或水力能。 

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