KR101472642B1

KR101472642B1 - 전자 부품 냉각용 냉각 모듈

Info

Publication number: KR101472642B1
Application number: KR1020127008006A
Authority: KR
Inventors: 토마스 그라딩거; 베르크 예신; 프란체스코 아고스티니
Original assignee: 에이비비 리써치 리미티드
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2014-12-15
Also published as: EP2483921A2; WO2011035943A3; RU2524058C2; RU2012117906A; CN102696103A; CN102696103B; KR20120059589A; US20130077245A1; US8913386B2; JP2013506307A; WO2011035943A2

Abstract

본 발명은 전력 전자 부품의 냉각, 특히 응축기를 포함하는 냉각 모듈 및 냉각 모듈을 포함하는 전력 모듈뿐만 아니라 전기 및/또는 전자 부품을 냉각하는 방법에 관한 것이다. 적어도 하나의 패널 (11) 을 가지는 응축기 (1) 를 구비한 냉각 모듈 (100) 은 전기 및/또는 전자 부품을 냉각하기 위해 제공된다. 패널의 두 시트 (114, 115) 는, 도관 (113) 이 두 시트 (114, 115) 사이에 형성되도록, 압연 접합을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착된다. 도관 (113) 은 시트 (114, 115) 에 의해 형성된 평면의 방향으로 연장되어 있다. 냉각수 (5) 는 도관 (113) 내에 존재한다. 패널 (11) 의 증발 구간에서 냉각수 (5) 를 증발시키고 패널 (11) 의 응축 구간에서 냉각수 (5) 를 응축시킴으로써 냉각이 일어날 수도 있다. 전기 및/또는 전자 부품과 같은 열원 (3) 으로부터 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 으로 열 부하가 전달될 수도 있다. 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 은, 공기 (4) 와 같은 열 운반체 (4) 에 의해 주변으로 열 부하를 전달하는 패널 (11) 로 열 부하를 전달하기에 적합하게 된다.

Description

전자 부품 냉각용 냉각 모듈{COOLING MODULE FOR COOLING ELECTRONIC COMPONENTS}

본 발명은 전자 및 전기 부품의 냉각에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 응축기를 포함하는 냉각 모듈, 냉각 모듈을 포함하는 전력 모듈과 전기 및/또는 전자 부품을 냉각하는 방법에 관한 것이다.

전기, 전자, 저, 중 및 고 전압 적용 분야에서 냉각 시스템이 널리 사용된다.

전력 전자 디바이스는 과도한 온도를 방지하여서 디바이스의 고장을 방지하도록 가동중 냉각되어야 한다. 통상적 적용은 디바이스에 의한 고 발열율 뿐만 아니라 고 전력 밀도, 즉 열 유속 (heat flux) 을 특징으로 한다.

수냉식 시스템은 통상적으로 고 전력 밀도를 잘 처리한다. 하지만, 이 시스템은 고가일 수도 있고 한정된 수명을 가지고 수리되어야 하는 펌프 형태의 활성 가동부를 필요로 할 수도 있다. 또한, 수냉식 시스템은 보통 꽤 비싸다.

베이스 플레이트로부터 연장되는 핀 (fins) 의 어레이로 이루어진 종래의 공랭식 시스템은 펌프를 필요로 하지 않고, 강제 대류 팬을 필요로 할 수도 있다. 하지만, 핀 표면과 공기 사이의 열 전달 계수가 낮기 때문에, 충분한 냉각 성능을 위해 넓은 핀 면적이 요구된다. 또한, 과도한 공기 속도, 압력 강하, 및 소음 레벨을 방지해야 한다면, 충분한 기류 단면이 제공되어야 한다. 이러한 설계는 받아들일 수 있는 핀 효율을 위해 길고, 두꺼워서 고 중량인 핀을 가지는 부피가 큰 히트싱크 (heat sink) 를 유발할 수도 있다. 이 문제점은, 주요 적용시 발생할 수도 있는 더러운 공기 환경에서 핀간 채널 (inter-fin channels) 의 막힘을 방지하도록 인접한 핀 사이에 최소의 간격을 요구한다면 더욱 악화될 수도 있다. 2 상 냉각기는 루프-열사이펀 원리를 기초로 한 수동 시스템을 보여주는 EP 2 031 332 Al 호에 기술된다.

본 발명의 목적은 개선되고, 효율적이며 유연한 전자 및 전기 부품 냉각을 제공하는 것임을 알 수 있다.

이 목적은 독립항에 따른 냉각 모듈, 냉각 모듈을 포함한 전력 모듈과 전기 및/또는 전자 부품을 냉각하는 방법에 의해 달성된다. 추가 실시형태들은 종속항에서 분명해진다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 응축기를 포함하는 냉각 모듈이 제공되는데, 응축기는 압연 접합 (roll bonding) 을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착되는 두 시트를 가지는 패널을 포함하고, 도관이 시트에 의해 형성된 평면의 방향으로 연장하며 두 시트 사이에 형성된다.

이러한 냉각 모듈은 종래의 공랭식 또는 수냉식 시스템보다 더 우수한 성능을 가질 수도 있고 더러운 공기 환경에서 막힘을 방지할 수도 있다.

냉각 모듈의 다른 가능한 장점은, 고 냉각 성능을 제공할 수도 있고 고 전력 밀도, 즉 고 열 유속을 처리할 수도 있다.

전술한 냉각 모듈은 활성 펌프를 필요로 하지 않고 더러운 공기 환경에서 막힘의 위험을 줄이도록 넓은 냉각 공기 통로를 제공할 수도 있다. 충분한 유동 단면적과 핀 표면적은 적당한 공기 속도, 압력 강하 및 소음을 고려한 냉각 모듈에 의해 제공될 수도 있고, 냉각 모듈은 가능한 한 경량이면서도 여전히 매우 효율적인 핀에 의해 가능해진다.

이러한 냉각 모듈로, 지하철의 보조 컨버터, 및 전동 컨버터에 사용되는 일체 게이트 양극성 트랜지스터 (IGBT) 모듈과 같은 전력 전자 부품은 효율적으로 냉각될 수도 있다. 냉각된 IGBT 모듈은 1500 A/3300 V ABB HiPak 모듈일 수도 있다.

전술한 냉각 모듈은 지하철 작동의 일시적 부하 하에 전자 디바이스 (특히 IGBT 및 다이오드 접합부 온도) 의 온도 및 온도 변동을 충분히 낮게 유지하도록 지하철 컨버터와 같은 전자 부품을 위한 충분한 냉각 성능을 제공하여서, 전자 부품의 충분한 수명을 보장할 수도 있다. 전술한 냉각 모듈에 의해 냉각된 지하철 컨버터는 지하철 차체 하부에 장착될 수도 있는데, 높이는 약 560 ~ 600 mm 로 제한될 수도 있다. 냉각 모듈은 냉각 모듈을 위해 최소의 공간이 사용되도록 최적의 방식으로 높이를 이용할 수 있다.

예를 들어 지하철 컨버터를 냉각하는 전술한 바와 같은 냉각 모듈은, 인접한 모듈 사이에 큰 틈이 생기지 않도록 2 x 3, 2 x 4, 2 x 5, 또는 2 x 6 매트릭스로서 평면에 배치된 예를 들어 6 ~ 12 IGBT 모듈과 같은 함께 밀접 배치된 지하철 컨버터의 모듈을 가지도록 할 수도 있다. 따라서, 불필요하게 긴 전자 연결부 (버스바) 를 방지할 수도 있다. 그러므로, 고 전력 (고 손실) 을 대처한 다음 냉각 모듈은 또한 고 전력 밀도에 대처할 수도 있다.

냉각 모듈의 추가 장점은, 예를 들어, 소음 레벨을 낮게 유지하도록 강력한 냉각 팬의 사용 및 냉각 공기 속도를 제한하는 역에서 지하철이 대기하고 있다면, 냉각 모듈의 음향 소음 레벨은 지하철 컨버터에 적합하도록 낮다는 것일 수도 있다.

전술한 냉각 모듈은 예를 들어 물 호스로 외부에서 세척될 수 있고 지하철 적용에 전형적인 것처럼 더러운 공기 조건에서 막히지 않고 또는 그 성능이 느슨해지지 않을 수 있다.

또한, 냉각 모듈은 중량과 공간이 최적화되고, 가격 경쟁력이 있으며, 모듈식이어서, 예를 들어 냉각 모듈은 2 x 1 IGBT 모듈을 보충할 수도 있다. n 개의 동일한 냉각 모듈을 바로 옆에 배치함으로써, 예를 들어 2 x n IGBT 모듈을 위한 냉각기를 얻을 수 있다. 전술한 냉각 모듈은 제조중 용이한 취급을 위해 25kg 을 초과하지 않는 중량을 가질 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 응축기는 1 개를 초과하는 패널, 예를 들어 적어도 2 개의 패널을 포함할 수도 있다.

압연 접합된 시트는, 적어도 도관이 2 개의 시트 사이에 제공되도록, 서로 부착될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 패널당 1 개 또는 1 개를 초과하는 도관이 제공될 수도 있다.

발명의 또다른 실시형태에 따르면, 도관은 복수의 루프를 포함할 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 도관은 루프 모양의 형태를 가질 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 도관은 개방된, 폐쇄되지 않은 루프일 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 도관은 폐쇄될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈은 열사이펀 냉각 모듈일 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈은 루프 열사이펀 냉각 모듈일 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈은 2 상 냉각 모듈일 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 패널은 핀 또는 응축기 패널을 형성하기에 적합하게 할 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈은 전자 부품, 예를 들어 전력 전자 부품, 예컨대 IGBT 를 위한 냉각 모듈일 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 응축기는 증발기로부터 얼마간 거리를 두고 설치될 수도 있고 예컨대 캐비닛의 최상부에서 증발에 의하여 열이 모이는 곳으로부터 어떤 거리에 응축기가 위치할 수도 있다는 것을 의미한다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 도관은 적어도 하나의 루프를 포함한다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈은 도관에 연결된 열 수용 유닛을 포함할 수도 있다. 열 부하가 열 수용 유닛으로 열적으로 전달 가능하도록 열 수용 유닛은 적어도 하나의 열원을 연결하기 위한 연결 수단을 가진다. 열 수용 유닛은 도관에 유동 연결될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈은 1 개를 초과하는 열 수용 유닛을 포함할 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 패널은 열 수용 유닛을 포함한다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 응축기 패널은 기계적으로 그리고 열적으로 베이스 플레이트에 연결될 수도 있고, 예를 들어 베이스 플레이트는 응축기 패널 또는 응축기 패널의 단부를 수용하는 그루브를 가질 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 열 수용 유닛은 1 개를 초과하는 열원으로부터 열을 수용하고 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 열 수용 유닛은 저, 중 또는 고 전압 전자 부품과 같은 열원으로부터 열을 수용하고 있다. 열원은 전력 전자 디바이스일 수도 있다. 고 전압 전자 부품은 열 수용 유닛에 배치될 수도 있다.

고 전압 전자 부품은, 발명의 다른 실시형태에 따라, 열 수용 유닛에 부착될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 패널 스택이 형성되도록 냉각 모듈은 열 수용 유닛에 배치된 복수의 패널을 더 포함하고, 열 수용 유닛은 각 패널의 적어도 하나의 도관에 연결된다. 열 수용 유닛은 각 패널의 적어도 하나의 도관에 유동 연결될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 복수의 패널은 열 수용 유닛에 또는 냉각될 요소로부터 어떤 거리를 두고 배치될 수도 있어서, 예를 들어 복수의 패널을 포함하는 패널 스택이 캐비닛의 최상부에 설치될 수도 있고, 열 수용 유닛, 예컨대 증발기가 캐비닛 내부에 배치된다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 복수의 패널은 열 수용 유닛에 모듈식으로 배치되어서, 각각의 패널은 상호 교환될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 패널의 적어도 한 부분이 절곡되어서 베이스 플레이트와 비교했을 때 패널 어레이의 패널 스택 너비를 확대시킬 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 패널 어레이의 최상부 또는 최상부 및 바닥부는 커버 패널 또는 커버 응축기 패널로 덮을 수도 있다. 따라서, 패널간 공기 채널의 소측 (small side) 이 열적으로 활성화되어서, 얼마간 열 성능을 증가시킬 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 열 수용 유닛은 열 전도성 베이스 플레이트이다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 베이스 플레이트는 알루미늄 플레이트 또는 이중 알루미늄 플레이트일 수도 있고 압연 접합된 유닛에 고정될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 각각의 응축기는 응축기 스택을 형성하는 다른 응축기 바로 옆에 배치될 수도 있는데, 응축기는 각 응축기의 각 베이스 플레이트를 서로 경납땜함으로써 서로 부착될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 열 수용 유닛은 증발기이다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈은 열을 전달하기 위한 도관에 존재하는 냉각수를 더 포함하고, 열은 냉각수의 제 1 부분을 증발시킴으로써 그리고 냉각수의 제 2 부분을 응축시킴으로써 전달된다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각수의 제 1 비율 (percentage) 은 액체이고 냉각수의 제 2 비율은 기체이다. 따라서, 냉각수는 도관을 채우는 포화 조건에 있을 수도 있다.

냉각수의 액체 대 가스의 비는 냉각수 유형, 온도, 냉각수의 압력, 열 부하 (방열되어야 하는 열), 및 냉각수를 포함하는 도관의 기하학적 구조뿐만 아니라 직경에 따를 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 도관, 예를 들어 내부 채널은 비맥동 패널을 위해 사각형, 다각형, 삼각형, 사다리꼴, 원형, 및 타원형 단면의 기하학적 구조 중 하나를 가질 수도 있다.

압연 접합 패널 사이의 간격은 예를 들어 강제 대류시 수 밀리미터, 자연 대류 적용 또는 비막힘 목적을 위해 최대 10mm 이상 사이의 범위에 있을 수도 있다.

따라서, 발명의 일 실시형태에 따르면, 도관은 중력 냉각에 의해 제공되는 냉각수 운동을 위해 적합하게 된 임의의 기하학적 구조를 가질 수도 있다. 이러한 도관은 복수의 루프를 가질 수도 있고 폐쇄된 도관일 수도 있고, 냉각수는 열원의 전달된 열 부하에 의해 가열되고 도관의 증발기 구간에서 증발된다. 증발된 냉각수는 중력으로 인해 도관의 응축기 구간으로 이동한다. 응축기 구간에서, 가스 냉각수는 공기와 같은 열 운반체로 열을 전달하는 액체로 응축된다. 중력 때문에, 액체 냉각수는 증발기 구간으로 역류하고, 전술한 프로세스가 재개된다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 도관은 중력 원리에 따라 작동하지 않는 맥동 냉각을 제공하는 기하학적 구조를 가져서, 냉각기는 중력 가속 방향에 대해 임의로 배치될 수도 있다. 맥동 도관은 S자 형태로 구부러지고 단부끼리 결합된 모세관 치수를 가질 수도 있다. 먼저 도관이 비어진 후 작동 유체로 부분적으로 채워질 수도 있는데, 이것은 모세관 맥동 도관 내부에서 액체-증기 플러그 및 슬러그 형태로 자연스럽게 분배할 수도 있다. 도관의 일 단부는 열을 수용할 수도 있고 (증발기 구간) 액체-증기 시스템의 맥동 작용에 의해 열을 타 단부로 전달할 수도 있다 (응축기 구간). 중간에 선택적 단열 구역이 존재할 수도 있다. 따라서, 맥동 도관을 가지는 냉각 모듈은 본질적으로 비평형 열 전달 디바이스일 수도 있는데 이 디바이스의 성능의 성공 여부는 주로 시스템 내부에서 이런 비평형 조건의 연속 유지에 달려있을 수도 있다. 액체-증기 슬러그 수송은 각각의 도관에서 열적으로 구동된 압력 맥동에 기인할 수도 있다. 가동중, 온도 구배는 증발기와 응축기 구간 사이에서 우세할 수도 있는데, 이것은 비평형 압력 조건을 야기한다. 증발 구간으로 열 전달은 증발기 구간 내 기포가 계속 성장하도록 하여서, 더 높은 압력/온도 때문에 저온 단부 (응축기 구간) 를 향하여 액체를 밀 수도 있다. 동시에, 타 단부에서 응축은 두 단부 사이에 압력 차를 더욱 크게 할 것이다. 따라서, 구동 열 퍼텐셜 사이에 비평형 상태가 형성될 수도 있고 대신에 시스템이 내부 압력을 균일하게 하려고 할 수도 있다 .

복수의 도관 루프가 서로 상호 연결된다면, 하나의 루프에서 액체 슬러그 및 증기 기포의 운동은 인접한 루프에서 슬러그와 기포의 운동을 일으킬 수도 있다. 구동력과 복원력간 상호작용은 증기 기포 및 액체 슬러그의 진동을 일으킨다. 또한, 실제 시스템의 고유 섭동 (perturbation) 은 시스템의 압력 변동을 증대시킬 수도 있다.

예를 들어 중력 도관(들)을 가지는 종래의 열 파이프에서와 달리, 작동하는 맥동 냉각을 위한 정상 상태 압력 평형이 달성되지 않을 수도 있다. 진동의 주파수와 진폭은 맥동 도관에서 액체의 열 유동률과 질량비를 따를 수도 있다. 이 진동을 통하여, 증발기 구간에서 열원에 의해 공급되는 열은 응축기 구간으로 운반될 수도 있고 공기와 같은 열 운반체에 의해 제거될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈의 작동 상태에서 중력 또는 맥동 냉각에 의해 냉각수 운동이 제공되도록 적어도 하나의 도관이 형성된다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각수의 증발된 증기의 밀도는 응축된 냉각수보다 작을 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 맥동 냉각을 위한 도관의 직경은 2mm 미만일 수도 있다. 일반적으로, 맥동 냉각을 위한 도관의 직경은 맥동 냉각, 맥동 열 파이프 냉각 또는 맥동 열사이펀 냉각 운동을 가능하게 하는 임의의 치수를 가질 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 맥동 냉각을 위한 도관은 개방될 수도 있고 폐쇄된 루프 도관이 아닐 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 맥동 냉각을 위한 도관은 폐쇄될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 맥동 냉각을 위한 도관은 여러 개의 루프를 포함할 수도 있다.

맥동 냉각에 의해 냉각수 운동을 제공하는 도관을 가지는 이러한 냉각 모듈은 중력에 따르지 않을 수도 있어서 중력과 독립적으로 임의의 형태로 배치될 수도 있다.

2 상 냉각수의 맥동 유동은 예를 들어 슬러그 유동 형태로 도관에서 발생하여서, 매우 효율적인 열 전달을 이끌 수도 있다.

맥동 유동은, 도관이 곡선 도관의 형태를 가질 수도 있고 도관의 180° 절곡부에서 열 수용 유닛과 접촉하게 될 수도 있는, 기하학적 구조에 의해 자극될 수도 있고, 곡선 도관은 폐쇄형 또는 개방형 중 어느 하나일 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 절곡부는 적어도 부분적으로 사각형 절곡부이므로, 베이스 플레이트와 접촉 면적을 최대화하여 베이스 플레이트에 대해 적은 열 저항을 제공하고 베이스 플레이트 그루브에서 양호한 핀의 기계적 안정성을 제공한다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈의 작동 상태에서 열 운반체에 의해 응축기로부터 주변으로 열이 전달 가능하다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 열 운반체는 냉각 공기일 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 열 운반체는 물일 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 전력 모듈이 제공되는데 이 전력 모듈은 열 수용 유닛에 열적으로 연결된 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 부품, 및 열 수용 유닛으로부터 열을 수용하고 냉각 모듈의 작동 상태에서 열 운반체에 의해 주변으로 열을 전달하기 위한 냉각수를 가지는 본 발명의 선행하는 대표적인 실시형태 중 임의의 냉각 모듈을 포함한다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 부품을 냉각하는 전술한 대표적인 실시형태 중 임의의 냉각 모듈의 사용이 제공된다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 전자 부품은 전력 전자 부품, 및 예를 들어 IGBT 일 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 전기 및/또는 전자 부품을 냉각하는 방법이 제공된다. 이 방법은 냉각 모듈의 작동 상태에서 열 수용 유닛에 의해 냉각 모듈의 열 수용 유닛에 열적으로 연결된 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 부품으로부터 열을 수용하는 단계, 및 열 수용 유닛으로부터 냉각 모듈의 응축기로 열을 전달하는 단계를 포함한다. 냉각 모듈은, 도관이 냉각 모듈의 작동 상태에서 시트에 의해 형성된 평면의 방향으로 연장하며 두 시트 사이에 형성되도록 압연 접합을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착되는 두 시트를 가지는 패널을 포함한다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 이 방법은 도관 내 냉각수의 제 1 부분을 증발시키고, 도관 내 냉각수의 제 2 부분을 응축시키고 도관으로부터 열 운반체로 열을 전달함으로써 응축기로부터 주변으로 열을 전달하는 단계를 더 포함한다. 냉각 모듈의 작동 상태에서 중력에 의해 냉각수 운동이 제공되도록 적어도 하나의 도관이 형성된다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 이 방법은 도관 내 냉각수의 제 1 부분을 증발시키고, 도관 내 냉각수의 제 2 부분을 응축시키고 도관으로부터 열 운반체로 열을 전달함으로써, 응축기로부터 주변으로 열을 전달하는 단계를 더 포함하는데, 냉각 모듈의 작동 상태에서 맥동 냉각에 의해 냉각수 운동이 제공되도록 적어도 하나의 도관이 형성된다.

본 발명의 이런 양태 및 다른 양태들은 하기 기술되는 실시형태를 참고로 분명해지고 명백해질 것이다.

본원 발명은 첨부 도면에 도시된 대표적인 실시형태를 참고로 다음 본문에서 더 자세히 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따라 증발기와 응축기를 가지는 냉각 모듈의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 2 는 도 1 의 응축기의 패널의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 3 은 도 1 의 증발기의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 4 는 도 1 의 증발기 단면의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 증발기와 응축기를 가지는 냉각 모듈의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 6 은 도 5 의 증발기의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 7 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 증발기와 응축기를 가지는 냉각 모듈의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 8 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 증발기와 응축기를 가지는 냉각 모듈의 단면의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 9 는 도 8 의 냉각 모듈의 다른 단면의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 10 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 증발기 및 대칭으로 배치된 패널을 가지는 응축기를 가지는 냉각 모듈의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 11 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 베이스 플레이트를 가지는 응축기의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 12 는 본 발명의 일 실시형태에 따라 도 11 의 베이스 플레이트의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 13 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 도 11 의 베이스 플레이트의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 14 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 베이스 플레이트와 응축기를 가지는 냉각 모듈의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 15 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 베이스 플레이트와 응축기를 가지는 냉각 모듈의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 16 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 베이스 플레이트를 가지는 패널 스택을 형성하는 복수의 응축기를 가지는 냉각 모듈의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 17 은 도 16 의 베이스 플레이트를 가지는 하나의 패널의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 18 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 냉각 모듈의 베이스 플레이트에 부착되기 전 응축기의 패널의 측면도를 개략적으로 보여준다.
도 19 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 냉각 모듈의 베이스 플레이트에 부착된 패널을 개략적으로 보여준다.
도 20 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 응축 구간과 증발 구간을 나타내는 냉각 모듈의 패널의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 21 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 냉각 모듈의 일 패널의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 22 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 복수의 패널 및 베이스 플레이트를 가지는 냉각 모듈의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 23 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 복수의 패널 및 베이스 플레이트를 가지는 냉각 모듈의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 24 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 복수의 패널 및 베이스 플레이트 를 가지는 냉각 모듈의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 25 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 복수의 패널 및 베이스 플레이트를 가지는 냉각 모듈의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 26 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 냉각 모듈 패널의 두 시트의 단면 확대도를 개략적으로 보여준다.
도 27 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 냉각 모듈 패널의 두 시트의 단면 확대도를 개략적으로 보여준다.
도 28 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 냉각 모듈의 패널의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 29 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 냉각 모듈의 패널의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 30 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 냉각 모듈의 패널의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 31 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 냉각 모듈의 패널의 단면도를 개략적으로 보여준다.
도 32 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 맥동 냉각을 위한 냉각 모듈의 표시된 증발 구간 및 폐쇄된 도관을 가지는 패널을 개략적으로 보여준다.
도 33 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 맥동 냉각을 위한 냉각 모듈의 표시된 증발 구간 및 개방 도관을 가지는 패널을 개략적으로 보여준다.
도 34 는 본 발명의 다른 대표적인 실시형태에 따라 냉각 모듈 패널의 증발 구간의 단면 확대도를 개략적으로 보여준다.
도 35 는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 도 34 의 베이스 플레이트의 단면 A-A 를 따라서 일부를 개략적으로 보여준다.
도 36 은 본 발명의 다른 실시형태에 따라 전기 및/또는 전자 부품을 냉각하는 방법의 플로차트를 개략적으로 보여준다.

도면에 사용된 참조부호 및 그 의미는 부호의 설명으로 요약하여 열거된다. 원칙적으로, 동일한 부분은 도면에서 동일한 참조기호를 가진다.

도 1 은 냉각 모듈 (100) 을 개략적으로 나타내는데 냉각 모듈은 도관 (113) 이 시트에 의해 형성된 평면 방향으로 연장해 있는 두 시트 사이에 형성되도록 압연 접합을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착되는 두 시트를 가지는 패널 (11) 을 가지는 응축기 (1) 를 포함한다. 도관 (113) 은 복수의 루프 (1130) 를 포함한다. 응축기 (1) 는 도관 (113) 을 가지는 복수의 패널 (11) 을 포함하는데, 각 도관 (113) 은 응축액 도관 (12) 으로 이어지고 응축액 도관은 개별 패널 (11) 또는 핀 (11) 으로부터 응축액 헤더 (121) 로 이어진다. 하나의 응축액 파이프 (122) 가 증발기(2A) 형태로 응축액 헤더 (122) 로부터 열 수용 유닛 (2, 2A) 으로 이어진다. 증발기(2A) 는 증기 도관 (21) 에 의해 도관 (113) 에 유동 연결되고, 각각의 증기 도관은 하나의 핀 (11) 또는 패널 (11) 의 도관 (113) 으로 이어진다.

증발기 (2A) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2A) 은, 열원 (3) 의 열 부하가 열 수용 유닛 (2, 2A) 으로 열적으로 전달 가능하도록 적어도 하나의 열원 (3) 을 증발기 (2A) 에 연결하기 위한 연결 수단을 가진다. 열원 (3) 은 지하철 컨버터, 예를 들어 반도체 스위치, 또는 전력 전자 부품이나 열 수용 유닛 (2, 2A) 에 열적으로 연결되는 IGBT 와 같은 그 밖의 다른 전기 및/또는 전자 부품일 수도 있다.

도 1 에 기술한 실시형태뿐만 아니라 다음 도면의 모든 추가 실시형태들은, 전도가 핀 내부에서 열 수송의 유일한 메커니즘인 지하철 컨버터 냉각에 적용할 때 종래의 공랭식 핀이 있는 히트싱크가 직면하는 제한된 핀 효율성의 문제점을 해결하기에 적합하다. 종래의 시스템에서, 고 냉각 성능, 고 전력 밀도, 제한된 공기 속도 (지하철 역에서 소음 제한 때문), 및 충분히 넓은 핀간 채널의 경계 조건은 핀의 길이를 증가시킬 수도 있다. 핀 효율성을 충분히 높게 유지하기 위해서, 이 핀들은 꽤 두껍게 만들어져 하는데, 이는 히트싱크의 중량과 크기를 증가시킨다. 이 문제점은, 핀 내부의 열 전달이 대류에 의해 향상되므로 도 1 의 실시형태 및 추가 도면의 실시형태에 의해 해결된다.

활성 펌프를 필요로 하지 않으면서 냉각 운동이 중력 단독으로 구동되도록 2 상 냉각수를 가지는 루프 열사이펀이 도면의 실시형태에 따라 사용될 수도 있다. 루프 열사이펀은 2 상 범위에서 작동되는 냉각수를 포함하는 루프 형상의 도관 (113, 1130) 으로 이루어질 수도 있다. 도관 (113) 의 일 구간은 냉각수를 증발시키도록 작용할 수도 있고 도관의 다른 구간은 냉각수를 응축시키도록 작용할 수도 있다. 냉각수 증기의 밀도는 액체의 밀도보다 훨씬 작기 때문에 냉각수 운동은 중력에 의해 구동될 수도 있다. 도면의 실시형태에 따른 냉각 시스템에서, 열사이펀 도관의 증발 구간은 전자 디바이스 (3) 로부터 열을 수용하고 열사이펀 도관의 응축기 구간은 냉각 공기 또는 다른 적절한 냉각제로 열을 전달한다.

비용면에서 효율적인 냉각 해결법은 압연 접합된 패널 및/또는 태양열 흡수체를 포함할 수도 있다. 압연 접합된 패널은 이것이 저렴하고, 얇고, 경량이며 패널 (11) 내 채널 (113) 또는 도관 (113) 의 정확한 패턴에 관해 유연성이 크기 때문에 전기 또는 전자 부품 (3) 을 냉각하는 핀으로서 안성맞춤일 수도 있다. 압연 접합된 패널 (11) 은 매우 효율적인 핀 (11) 으로 간주될 수 있다.

압연 접합에서, 금속으로 이루어진 두 시트는 압연에 의해 고압으로 함께 프레스 될 수도 있다. 그 때문에, 시트의 어떤 영역은 흑연 분말과 같은 분리제로 처리함으로써 생략될 수도 있어서, 시트는 이 영역에서 결합할 수 없다. 접합 이후에, 분리제로 처리된 영역에 핀 채널 또는 도관을 형성하도록 시트는 팽창된다.

이러한 압연 접합된 패널 (11) 은 루프 열사이펀 또는 냉각 모듈 (100) 의 응축기 (1) 로서 사용될 수도 있다. 루프 열사이펀 (100) 을 완성하기 위해서, 전력 전자 디바이스 (3) 가 부착되는 분리된 증발기 (2A) 가 부가될 수도 있다. 아래에 기술된 대로 분리된 증발기 (2A) 는 또한 생략될 수도 있는데, 핀 (11) 내 채널 (113) 또는 도관 (113) 의 구간이 증발기 (2A) 를 구성할 수도 있다. 모든 핀 (11) 은 베이스 플레이트 (2B) 에 직접 부착될 수도 있는데, 이 베이스 플레이트에 전자 디바이스 (3) 가 부착될 수도 있다 (예를 들어 도 11 참조).

핀 (11) 으로서 압연 접합된 패널 (11) 을 사용하는 한 가지 특별한 장점은 패널 (11) 의 표면이 평탄하지 않지만, 패널 (11) 안쪽의 채널 또는 도관 (113) 으로부터 융기부를 포함한다는 점일 수도 있다. 이런 융기부들은 기류를 분배하여서, 난류 강도를 높여 패널 표면과 공기 사이의 열 전달을 향상시키는 효과를 가진다.

도 2 는, 도관 (113) 이 루프 모양의 형태를 가지도록 여러 개의 루프 (1130) 를 가지는 도관 (113) 을 포함하는 청구항 1 의 개별 패널 (11) 또는 핀 (11) 을 개략적으로 보여준다.

도 3 은, 응축액 파이프 (122) 를 가지는 증발기 (2A) 형태인 도 1 의 열 수용 유닛 (2, 2A) 의 사시도를 개략적으로 보여준다.

도 4 는, 응축기로부터 응축액을 수용하기 위한 응축액 파이프 (122) 뿐만 아니라 증발기 (2A) 로부터 증발된 냉각수를 수용하기 위한 응축기의 도관으로 이어지는 복수의 증기 도관 (21) 을 가지는 도 1 의 증발기 (2A) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2A) 의 단면 사시도를 개략적으로 보여준다.

도 5 는 도 1 의 냉각 모듈 (100) 의 사시도를 개략적으로 보여주는데, 응축액 헤더가 없어서 하나의 응축액 파이프 (122) 뿐만 아니라 복수의 응축액 파이프 (122) 각각이 응축기 (1) 의 각 패널 (11) 의 도관 (113) 으로부터 응축액 도관 (12) 을 통하여 증발기 (2A) 로 직접 이어진다는 차이점을 가진다.

도 6 은 도 5 에 따른 응축액 파이프 (122) 를 가지는 증발기 (2A) 형태인 열 수용 유닛 (2) 의 사시도를 개략적으로 보여준다.

도 7 은 도 1 의 냉각 모듈 (100) 의 사시도를 개략적으로 보여주는데, 냉각 모듈 (100) 이 증발기 (2A) 형태인 열 수용 유닛 (2) 으로부터 증기 냉각수를 수용하고 복수의 증기 도관 (21) 을 통하여 냉각 모듈 (100) 의 응축기 (1) 의 패널 (11) 의 도관 (113) 으로 증발된 냉각수를 전달하는 증기 헤더 (211) 또는 증기 포집기 (211) 를 더 포함한다는 차이점을 가진다.

냉각 공기 (4) 는 화살표 (4a, 4b, 4c, 4d) 로 나타낸 것처럼 핀 (11) 또는 패널 (11) 의 도관 (113) 또는 채널 (113) 을 통하여 다른 방향으로 유동할 수도 있다.

전자 디바이스 (3) 는 도 7 에 나타낸 것처럼 증발기 (2A) 의 양측 또는 단지 일측에만 부착될 수도 있다.

핀 (11) 을 통한 기류는 팬이나 송풍기를 이용한 강제 대류 또는 자연 대류에 의한 것일 수도 있다. 기차나 보다 일반적으로 임의의 차량에서 사용될 때, 핀 (11) 은 구동 바람을 이용하도록 배향될 수도 있고: 핀간 채널 (113) 또는 도관 (113) 의 축선은 구동 방향으로 배향될 수도 있다.

도 8 은, 도관 (113) 이 시트에 의해 형성된 평면의 방향으로 연장되는 두 시트 사이에 형성되도록 압연 접합을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착되는 두 시트를 가지는 복수의 패널 (11) 을 가지는 응축기 (1) 를 포함하고, 각 도관은 응축액 헤더 (121) 에 연결되는 응축액 도관 (12) 으로 이어지는 냉각 모듈 (100) 의 단면 사시도를 개략적으로 보여준다. 응축액 파이프 (122) 는 응축액 헤더 (121) 를 증발기 (2A) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2A) 과 연결한다. 증기 파이프 (212) 는 증발기 (2A) 의 증기 냉각수를 증기 헤더 (211) 또는 증기 포집기 (211) 로 인도한다.

도 9 는 도 8 의 냉각 모듈 (100) 의 단면도를 개략적으로 보여준다.

도 10 은 도 1 의 냉각 모듈 (100) 을 개략적으로 보여주는데 응축기 (1) 가 대칭되게 배치된 복수의 패널 (11) 을 포함한다는 차이점을 가진다. 냉각수의 증기는 증발기 (2A) 로부터 증기 헤더 (211) 또는 증기 포집기 (211) 로 그리고 거기에서 복수의 파이프를 통하여 각각의 도관 (113) 과 응축기 (1) 의 각각의 대칭으로 배치된 패널 (11) 로 전달된다.

도 11 은, 도관 (113) 이 시트에 의해 형성된 평면 방향으로 연장해 있는 두 시트 사이에 형성되도록 압연 접합을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착되는 두 시트를 가지는 복수의 패널 (11) 을 가지는 응축기 (1) 를 포함한 냉각 모듈 (100) 의 사시도를 개략적으로 보여준다. 냉각 모듈 (100) 은 베이스 플레이트 (2B) 형태의 열 수용 유닛 (2, 2B) 을 더 포함하는데 이것은 열 부하가 열 수용 유닛 (2, 2B) 으로부터 도관 (113) 으로 전달 가능하도록 각 패널 (11) 의 도관 (113) 에 연결되는 열 수용 유닛 (2, 2B) 으로 열 부하가 열적으로 전달 가능하도록 적어도 하나의 열원 (3) 을 연결하기 위한 연결 수단을 가진다.

베이스 플레이트 (2B) 는 열 부하를 응축기 (1) 의 각 패널 (11) 의 도관 (113) 으로 전도하는 열 전도성 베이스 플레이트 (2B) 일 수도 있다.

핀 (11) 또는 패널 (11) 은 베이스 플레이트 (2B) 에 기계적으로 그리고 열적으로 연결될 수도 있다. 도 11 에 따르면, 이 연결은 핀 (11) 을 수용하는 그루브 (20) 를 가지는 베이스 플레이트 (2B) 를 사용하여 이루어진다. 최적의 열 접촉을 제공하기 위해서, 그루브 (20) 는 아주 깊어서 도관 (113) 또는 채널 (113) 의 증발 구간을 완전히 둘러쌀 수도 있다. 대응하는 핀 (11) 은 열쇠구멍 형상을 가질 수도 있다. 그루브를 가지는 베이스 플레이트 (2B) 를 제조하는 한 가지 방식은 알루미늄 압출에 의한 것이다. 하지만, 열쇠구멍 형상의 그루브 (20) 는 압출이 어려울 수도 있는데 왜냐하면 그루브 (20) 의 출구가 좁아서 압출 공구가 파괴될 수도 있기 때문이다. 압출성을 향상시키도록, 채널 (113) 또는 도관 (113) 의 증발 구간이 넓게 만들어질 수도 있다. 대응하는 그루브 (20) 는 더이상 병목부 (bottleneck) 를 가지지 않을 수도 있다. 최소의 열 저항을 발생시키면서 핀 (11) 또는 패널 (11) 과 베이스 플레이트 (2B) 를 밀착시키도록, 한 가지 방법에 의하면 팽창 전에 베이스 플레이트 (2B) 의 베이스 플레이트 그루브 (20) 안으로 핀 (11) 을 삽입한 후 핀 채널 (113) 또는 도관 (113) 을 팽창시켜서, 그루브 (20) 내 채널 (113) 은 정확한 형상의 베이스 플레이트 (2B) 의 그루브 (20) 를 얻는다.

핀 (11) 을 베이스 플레이트 (2B) 에 접합하는 다른 선택은 경납땜에 의한 것이다. 이것은 특히 베이스 플레이트 그루브 (20) 가 증발 채널 (113) 이 아니라 압연 접합된 패널 (11) 의 평평한 시트 단부만 수용한다면 관심을 끄는데, 왜냐하면 이 경우에 팽창에 의한 밀착은 선택사항이 아니기 때문이다.

베이스 플레이트 (2B) 는 도 11 에 나타낸 것처럼 복수의 핀 (11) 의 일측에 위치하거나 또는 복수의 핀 (11) 의 바닥부에 위치할 수도 있다 (미도시).

도 12 는 응축기의 패널을 수용하기 위한 열쇠구멍 형상을 가지는 복수의 그루브 (20) 를 포함하는 도 11 의 베이스 플레이트 (2B) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2B) 의 사시도를 개략적으로 보여준다.

도 13 은 도 12 의 베이스 플레이트 (2B) 의 사시도를 개략적으로 보여주는데, 그루브 (20) 가 병목부를 가지는 열쇠구멍 형상을 가지지 않고 병목부가 없는 병의 형상을 가진다는 차이점을 가진다.

도 14 는 도 11 의 냉각 모듈 (100) 의 사시도를 개략적으로 보여주는데 베이스 플레이트 (2B) 는 패널 (11) 의 각 도관 (113) 의 증발 구간을 부분적으로 둘러싸고 있다.

도 15 는 패널 스택 (111) 을 형성하는 복수의 패널 (11) 을 수용하는 베이스 플레이트 (2B) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2B) 을 가지는 냉각 모듈 (100) 의 사시도를 개략적으로 보여주는데, 각각의 패널 (11) 은 가동 전에 냉각수를 채우기 위한 입구 (1133) 를 포함한다.

도 16 은, 베이스 플레이트 (2B) 를 가지는 각각의 패널 (11) 이 패널 스택 (111) 또는 응축기 스택 (111) 으로 적층되는 상태에서 도 15 의 냉각 모듈 (100) 을 개략적으로 보여준다.

도 17 은 하나의 패널 (11) 을 수용하는 베이스 플레이트 (2B) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2B) 을 포함하는 도 16 의 일 응축기 (1) 를 개략적으로 보여준다.

도 18 은 도 17 의 응축기 (1) 의 사시도를 개략적으로 보여주는데, 도관 (113) 을 가지는 패널 (11) 은 베이스 플레이트 (2B) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2B) 에 연결되기 전 상태에 있다.

도 19 는 도 18 의 응축기 (1) 의 사시도를 개략적으로 보여주는데, 도관 (113) 을 가지는 패널 (11) 은 베이스 플레이트 (2B) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2B) 에 부착된다.

도 20 은 도관 (113) 을 가지는 냉각 모듈의 패널 (11) 의 사시도를 개략적으로 보여주는데, 증발 구간 (1131) 및 응축 구간 (1132) 이 나타나 있다.

냉각수는 열을 전달하기 위해 도관 (113) 내에 존재하는데, 이 열은 증발 구간 (1131) 에서 냉각수의 제 1 부분 (1134) 을 증발시킴으로써 그리고 응축 구간 (1132) 에서 냉각수의 제 2 부분 (1135) 을 응축시킴으로써 전달된다.

도 21 은 가동전 복수의 루프 (1130) 를 가지는 도관 (113) 으로 냉각수를 채우기 위한 입구 (1133) 를 가지는 냉각 모듈의 패널 (11) 의 사시도를 개략적으로 보여준다.

도 22 는 응축기의 압연 접합된 패널 (11) 을 수용하는 베이스 플레이트 (2B) 의 형태인 열 수용 유닛 (2, 2B) 을 가지는 냉각 모듈 (100) 의 단면을 개략적으로 보여주는데, 절곡부 (112) 를 가지는 한 쌍의 4 개의 패널 (11) 이 베이스 플레이트 (2B) 에서 하나의 직선 패널 (11) 바로 옆에 대칭으로 배치된다. 절곡부 (112) 를 가지는 패널 (11) 은 베이스 플레이트 (2B) 와 비교했을 때 복수의 패널 (11) 의 너비를 확대하는데 사용될 수도 있다. 도 22 의 실시형태에 따라 고 전력 밀도를 위해 필요한 것처럼 베이스 플레이트 (2B) 의 크기를 작게 유지하면서 큰 핀 표면과 유동 단면적이 제공될 수도 있다. 도 22 및 도 23 의 절곡부 (112) 는 둥글게 되어 있을 수도 있다.

절곡부 (112) 를 가지는 패널 (11) 은 2 개의 둥글게 된 가장자리를 가진다. 패널 (11) 은 복수의 둥글게 된 가장자리를 가질 수도 있다.

도 23 은 도 22 의 냉각 모듈 (100) 의 단면도를 개략적으로 보여주는데, 절곡부 (112) 를 가지는 한 쌍의 6 개의 패널 (11) 은 베이스 플레이트 (2B) 에 대칭으로 배치된다.

도 24 는 냉각 모듈 (100) 을 형성하는 응축기의 패널 (11) 을 수용하는 베이스 플레이트 (2B) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2B) 의 단면도를 개략적으로 보여주는데, 하나의 커버 패널 (116) 또는 커버 유닛 (116) 이 복수의 패널 (11) 을 덮고 있고, 커버 패널 (116) 은 2 개의 절곡부 (112) 를 가져서, 베이스 플레이트 (2B) 와 떨어져 있는 패널 (11) 의 도관의 소측이 열적으로 활성화되어서, 열 성능을 증가시킬 수도 있다. 커버 유닛 (116) 은 또한 패널이 아닐 수도 있다. 보다 효율적인 기류를 가능하게 하기 위해 패널 (11) 을 가로질러 배치된 내부 서브채널 (117) 은 선택적일 수도 있다. 서브채널 (117) 은 가능하다면 패널 (11) 의 평면에 수직인 방향으로 플라스틱 또는 금속 플레이트에 의해 형성될 수도 있다. 서브채널 (117) 은 기류를 가이드할 수도 있고 정의된 유량에 대해 더 높은 속도를 가능하게 할 수도 있고 반대 방향으로 공기 스트림을 가질 수 있는 가능성을 제공할 수도 있다.

도 25 는 도 24 의 냉각 모듈 (100) 의 상면도를 개략적으로 보여준다.

도 26 은 본 발명에 따른 냉각 모듈의 응축기의 패널의 두 시트 (114, 115) 를 개략적으로 보여주는데, 도관 (113) 이 시트 (114, 115) 에 의해 형성된 평면의 방향으로 연장해 있는 두 시트 (114, 115) 사이에 형성되도록 두 시트는 압연 접합을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착된다. 냉각수 (5) 는 열을 전달하기 위해 도관 (113) 내에 존재한다. 제 1 시트 (114) 및 제 2 시트 (115) 는 절곡되어 도관 (113) 을 형성한다.

도 27 은 도 26 의 두 시트 (114, 115) 의 단면도를 개략적으로 보여주는데, 제 1 시트 (114) 만 절곡되어서, 냉각수 (5) 가 존재하는 도관 (113) 을 형성한다.

도 28 은 여러 루프 (1130) 를 포함하는 도관 (113) 을 가지는 패널 (11) 의 단면도를 개략적으로 보여준다. 루프 (1130) 에서 가장자리는 둥글게 된 가장자리이다. 상이한 수의 평행한 도관 (113) 또는 채널 (113) 이 도 28 내지 도 30 에 나타낸 것처럼 가능할 수도 있다. 도 28 에, 하나의 도관 (113) 또는 채널 (113) 이 나타나 있다.

도 29 는 루프 (1130) 를 가지는 도관 (113) 을 가지는 패널 (11) 의 단면도를 개략적으로 보여주는데, 가장자리는 둥글게 된 가장자리이다. 도 29 에, 복수의 평행한 도관 (113) 또는 채널 (113) 이 나타나 있다.

도 30 은 패널 (11) 의 단면도를 개략적으로 보여주는데, 도관 (113) 은 둥글게 된 가장자리인 가장자리를 가지는 루프 (1130) 를 포함한다. 도 30 은 2 개의 평행한 도관 (113) 또는 채널 (113) 을 나타낸다.

도 31 은 중력에 의한 유동을 보조하기 위해서 약간 기울어진 채널 (113) 또는 도관 (113) 을 포함하는 도관 (113) 을 가지는 패널 (11) 의 단면도를 개략적으로 보여준다. 중력에 의한 유동을 보조할 수도 있는 임의의 기하학적 형태의 도관 (113) 이 선택될 수도 있다.

도 32 는 맥동 열사이펀 작동을 고려한 도관 (113) 을 가지는 패널 (11) 의 단면도를 개략적으로 보여준다. 증발 구간 (1131) 에서 도관 (113) 내 존재하는 냉각수는 가열되고, 각각 증발되어서, 냉각수가 증발 구간 (1131) 으로부터 멀어지는 방향으로 이동하도록 한다.

이러한 맥동 열사이펀 (11) 에서, 2 상 냉각수의 불안정한 맥동 유동이 예를 들어 슬러그 유동 형태로 도관 (113) 에서 발생하여서, 매우 효율적인 열 전달을 가져온다. 이 맥동 유동은 도 32 의 기하학적 구조에 의해 자극된다. 곡선 도관 (113) 은 도관 (113) 의 180° 절곡부 (1130) 에서 열원과 접촉한다. 곡선 도관 (113) 은 도 32 에 나타낸 것처럼 폐쇄되어 있거나 도 33 에 개략적으로 보여지는 것처럼 개방될 수 있다. 180° 절곡부 (1130) 는 도 32 및 도 33 에 그려진 대로 정확한 반원형일 필요는 없다.

도 34 는 베이스 플레이트 (2B) 형태인 열 수용 유닛 (2, 2B) 을 가지는 도 32 또는 도 33 의 증발 구간 (1131) 에서 패널 (11) 일부의 확대도를 개략적으로 보여준다. 도관 (113) 의 거의 사각형인 절곡부 (1130) 는 베이스 플레이트 (2B) 에 대한 작은 열 저항 및 베이스 플레이트 (2B) 의 베이스 플레이트 그루브 (20) (도 35 참조) 에서 핀 (11) 의 양호한 기계적 안정성 양자를 위해 베이스 플레이트 (2B) 와 접촉 면적을 최대화할 수도 있다. 패널 (11) 또는 핀 (11) 과 베이스 플레이트 (2B) 는, 베이스 플레이트 그루브 (20) 에 패널 또는 핀을 삽입할 때 채널 (113) 을 팽창시킴으로써, 밀착될 수 있다. 베이스 플레이트 (2B) 는 여전히 각기둥 형상을 가질 수도 있고, 압출 알루미늄으로 만들어질 수도 있다.

도 35 는 베이스 플레이트 (2B) 인 열 수용 유닛 (2, 2B) 의 그루브 (20) 를 나타내는 도 34 의 단면 A-A 를 따른 단면 상면도를 보여준다.

전술한 대로, 도 33 은 냉각 모듈의 작동 상태에서 맥동 운동을 가능하게 하는 맥동 냉각을 위한 개방 도관 (113) 을 가지는 패널 (11) 의 측면도를 개략적으로 보여준다.

도 36 은 전기 및/또는 전자 부품을 냉각하는 방법 (150) 의 플로차트를 개략적으로 보여주는데, 이 방법은 냉각 모듈 (151) 의 작동 상태에서 열 수용 유닛 에 의해 냉각 모듈의 열 수용 유닛에 열적으로 연결된 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 부품으로부터 열을 수용하는 단계; 열 수용 유닛으로부터, 냉각 모듈 (152) 의 작동 상태에서 도관이 시트에 의해 형성된 평면의 방향으로 연장해 있는 두 시트 사이에 형성되도록 압연 접합을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착되는 두 시트를 가지는 패널을 포함하는 냉각 모듈의 응축기로 열을 전달하는 단계; 및 도관 내 냉각수의 제 1 부분을 증발시키고, 도관 내 냉각수의 제 2 부분을 응축시키고 도관으로부터 열 운반체로 열을 전달함으로써, 응축기로부터 주변으로 열을 전달하는 단계를 가진다. 본 발명의 일 실시형태에 따라 냉각 모듈의 작동 상태에서 중력에 의해 냉각수 운동이 제공되도록 적어도 하나의 도관이 형성될 수도 있다.

발명의 다른 실시형태에 따르면, 냉각 모듈의 작동 상태에서 맥동 냉각에 의해 냉각수 운동이 제공되도록 적어도 하나의 도관이 형성될 수도 있다.

본 발명은 도면과 위의 전술한 설명에서 상세히 도시되고 기술되었지만, 이러한 도시 및 설명은 예시적 또는 대표적인 것으로 비제한적인 것으로 고려되어야 하고; 본 발명은 개시된 실시형태에 제한되지 않는다.

개시된 실시형태의 다른 변화들은 당분야에 숙련된 자들에 의해 이해되고 달성될 수 있고 도면, 개시 및 첨부된 청구항을 검토하여 청구된 발명을 실시한다.

청구항에서, 단어 "포함하는" 은 다른 요소 또는 단계들을 배제하지 않고, "단수" 표현은 복수를 배제하지 않는다. 단일 냉각 모듈 또는 단일 전력 모듈은 청구항에서 열거된 여러 항들의 기능을 수행할 수 있다. 단지 어떤 방법들이 서로 상이한 종속항에서 열거되었다는 사실은 유리하게도 이 방법들의 조합이 사용될 수도 있음을 나타내는 것이다. 청구항에서 임의의 참조부호는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

1 : 응축기, 응축기들
2 : 열 수용 유닛
2a : 증발기
2b : 베이스 플레이트
3 : 열원, 전자 디바이스, 전자 부품(들), 전기 부품(들), IGBT(들), 고 전압 전자 부품, 전력 전자 디바이스
4, 4a, 4b, 4c, 4d : 냉각 공기, 냉각제
5 : 냉각수, 2 상 냉각수
11 : 패널(들), 핀(들), 응축기 패널
12 : 응축액 도관(들)
20 : 베이스 플레이트 그루브, 그루브(들)
21 : 증기 도관(들)
100 : 냉각 모듈
111 : 패널 어레이, 패널 스택, 응축기 스택
112 : 절곡부들, 패널들의 절곡부들, 패널의 절곡부
113 : 도관, 채널, 곡선 도관(들)
114 : 제 1 시트, 제 1 금속 시트, 시트
115 : 제 2 시트, 제 2 금속 시트, 시트
116 : 커버 패널, 커버 유닛
117 : 내부 서브-채널(들), 서브-채널(들)
121 : 응축액 헤더, 액체 포집기, 응축액 채움 입구
122 : 응축액 파이프
211 : 증기 헤더, 증기 포집기
212 : 증기 파이프
1130 : 루프(들), 절곡부(들), 180° 절곡부(들), 사각 절곡부(들)
1131 : 패널 내 도관의 증발 구간
1132 : 패널 내 도관의 응축 구간
1133 : 입구, 냉각수 채움용 도관 구멍
1134 : (냉각수의) 제 1 부분
1135 : (냉각수의) 제 2 부분

Claims

전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100) 로서,
상기 냉각 모듈 (100) 은 응축기 (1) 를 포함하고,
상기 응축기 (1) 는, 핀들을 형성하는 적어도 두 개의 패널들 (11) 을 포함하고 상기 핀들을 통하여 기류에 노출되며,
적어도 두 개의 패널들 (11) 각각은 압연 접합을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착되는 두 시트 (114, 115) 를 가져 도관 (113) 이 시트 (114, 115) 에 의해 형성된 평면의 방향으로 연장하며 두 시트 (114, 115) 사이에 형성되고, 그리고
상기 적어도 두 개의 패널들 (11) 은 핀들을 형성하고 상기 핀들은 상기 핀들을 통하여 상기 기류를 수용하기 위하여 냉각 공기 통로가 핀들 사이에 형성되도록 정렬되는, 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
제 1 항에 있어서,
상기 도관 (113) 은 적어도 하나의 루프 (1130) 를 포함하는 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
도관 (113) 에 유동 연결된 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 을 더 포함하고,
상기 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 은, 열 부하가 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 에 열적으로 전달 가능하도록, 적어도 하나의 열원 (3) 을 연결하기 위한 연결 수단을 가지는 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
제 3 항에 있어서,
패널 스택 (111) 이 형성되도록 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 에 배치된 복수의 패널 (11) 을 포함하고,
상기 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 은 각 패널 (11) 의 적어도 하나의 도관 (113) 에 연결되는 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
제 3 항에 있어서,
상기 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 은 열 전도성 베이스 플레이트 (2B) 인 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
제 3 항에 있어서,
상기 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 은 증발기 (2A) 인 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
열을 전달하기 위해 도관 (113) 에 존재하는 냉각수 (5) 를 더 포함하고,
상기 열은 냉각수 (5) 의 제 1 부분 (1134) 을 증발시키고 냉각수 (5) 의 제 2 부분 (1135) 을 응축시킴으로써 전달 가능한 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
제 7 항에 있어서,
상기 냉각수 (5) 가 도관 (113) 을 채우는 포화 조건에 있도록 냉각수 (5) 의 제 1 비율은 액체이고 냉각수 (5) 의 제 2 비율은 가스인 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
제 7 항에 있어서,
냉각수 운동이 냉각 모듈 (100) 의 작동 상태에서 중력 또는 맥동 냉각에 의해 제공되도록 적어도 하나의 도관 (113) 이 형성되는 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
제 7 항에 있어서,
열은 냉각 모듈 (100) 의 작동 상태에서 열 운반체 (4, 4A, 4B, 4C, 4D) 에 의해 응축기 (1) 에서 주변으로 전달 가능한 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 냉각 모듈 (100).
열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 에 열적으로 연결된 전자 및 전기 부품 중 하나 이상 및
상기 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 으로부터 열을 수용하고 냉각 모듈 (100) 의 작동 상태에서 열 운반체 (4, 4A, 4B, 4C, 4D) 에 의해 열을 주변으로 전달하기 위해 냉각수 (5) 를 가지는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 냉각 모듈 (100) 을 포함하는 전력 모듈.
전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 방법 (150) 으로서,
상기 방법 (150) 은,
냉각 모듈 (100, 151) 의 작동 상태에서 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 에 의해 냉각 모듈 (100) 의 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 에 열적으로 연결된 전자 및 전기 부품 중 하나 이상으로부터 열을 수용하는 단계;
냉각 모듈 (100, 152) 의 작동 상태에서 열 수용 유닛 (2, 2A, 2B) 으로부터 냉각 모듈 (100) 의 응축기 (1) 로 열을 전달하는 단계를 포함하고,
상기 응축기 (1) 는, 핀들을 형성하는 적어도 두 개의 패널들 (11) 을 포함하고 상기 핀들을 통하여 기류에 노출되며,
적어도 두 개의 패널들 (11) 각각은 압연 접합을 포함한 프로세스에 의해 서로 부착되는 두 시트 (114, 115) 를 가져 도관 (113) 이 시트 (114, 115) 에 의해 형성된 평면의 방향으로 연장하며 두 시트 (114, 115) 사이에 형성되고, 그리고
상기 적어도 두 개의 패널들 (11) 은 핀들을 형성하고 상기 핀들은 상기 핀들을 통하여 상기 기류를 수용하기 위하여 냉각 공기 통로가 핀들 사이에 형성되도록 정렬되는, 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 방법 (150).
제 12 항에 있어서,
도관 (113) 내 냉각수 (5) 의 제 1 부분 (1134) 을 증발시키고, 도관 (113) 내 냉각수 (5) 의 제 2 부분 (1135) 을 응축시키고 도관 (113) 으로부터 열 운반체 (4, 4A, 4B, 4C, 4D, 153) 로 열을 전달함으로써, 응축기 (1) 로부터 주변으로 열을 전달하는 단계를 더 포함하고,
냉각 모듈 (100) 의 작동 상태에서 중력에 의해 냉각수 운동이 제공되도록 적어도 하나의 도관 (113) 이 형성되는, 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 방법 (150).
제 12 항에 있어서,
도관 (113) 내 냉각수 (5) 의 제 1 부분 (1134) 을 증발시키고, 도관 (113) 내 냉각수 (5) 의 제 2 부분 (1135) 을 응축시키고 도관 (113) 으로부터 열 운반체 (4, 4A, 4B, 4C, 4D, 153) 로 열을 전달함으로써, 응축기 (1) 로부터 주변으로 열을 전달하는 단계를 더 포함하고,
냉각 모듈 (100) 의 작동 상태에서 맥동 냉각에 의해 냉각수 운동이 제공되도록 적어도 하나의 도관 (113) 이 형성되는, 전자 및 전기 부품 중 하나 이상을 냉각하는 방법 (150).