阅读说明：本技术 用于生热组件的冷却设备和方法 (Cooling apparatus and method for heat generating assembly ) 是由 大卫·赫伯特·利文斯顿 于 2018-10-16 设计创作，主要内容包括：一种冷却设备,其具有内部通道,该内部通道限定了分开的第一流动回路和第二流动回路,每个流动回路构造成以第一质量流率和第二质量流率引导冷却剂,以冷却该冷却设备的分开的第一表面和第二表面。内部通道进一步限定了冷却通道,第一流动回路和第二流动回路汇聚到其中,以冷却该冷却设备的分开的第三表面和第四表面。冷却设备可以用于同时冷却具有相似或不同冷却要求的多个电子元器件。(A cooling apparatus having an internal passage defining separate first and second flow circuits, each flow circuit configured to direct coolant at first and second mass flow rates to cool separate first and second surfaces of the cooling apparatus. The internal passage further defines a cooling passage into which the first and second flow circuits converge to cool separate third and fourth surfaces of the cooling apparatus. The cooling apparatus may be used to simultaneously cool a plurality of electronic components having similar or different cooling requirements.)

用于生热组件的冷却设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年10月16日提交的美国临时申请62/572,983的权益，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及用于冷却电子元器件的方法和设备。本发明尤其涉及一种适于同时冷却多个电子元器件的冷却设备。

背景技术

随着电子器件的发展，冷却电子设备的挑战普遍地增加了。随着制造工艺的完善和集成电路(IC)变得越来越快和越来越复杂，IC器件也变得越来越复杂和耗电，从而导致更高的元器件温度。因此，面积功率密度增加，导致较小的模具耗散较高的热负载，该热负载无法由被动散热器和冷却器适当地解决。图1示意性地描绘了作为IC元器件的非限制性示例的晶闸管，其产生大量的热量，并且热量必须被消散以确保可接受的元器件寿命。图1中描绘的特定结构是一种盘，也称为“冰球”设计，通常用于可控硅整流器(SCR)控制器中，特别是在较高电流的应用中。

鉴于上述情况，一直存在对适于冷却电子元器件的改进的系统和方法的需求。

发明内容

本发明提供了能够同时冷却多个电子元器件的方法和设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种冷却设备，该冷却设备包括内部通道，该内部通道限定了分开的第一流动回路和第二流动回路，每个流动回路被构造成以第一质量流率和第二质量流率引导冷却剂以冷却该冷却设备的分开的第一表面和第二表面。内部通道进一步限定了冷却通道，第一流动回路和第二流动回路汇聚到这些冷却通道中，以对冷却设备的分开的第三表面和第四表面进行冷却。

根据本发明的另一方面，提供了一种冷却方法，该冷却方法包括使冷却剂流过冷却设备的分开的第一流动回路和第二流动回路，以第一质量流率和第二质量流率引导冷却剂，以冷却该冷却设备的分开的第一表面和第二表面，并且将第一流动回路和第二流动回路汇聚在冷却通道中，以对冷却设备的分开的第三表面和第四表面进行冷却。

上述设备和方法的技术效果优选地包括使用紧凑的冷却设备从多个电子设备中去除热量的能力。

从下面的详细描述中将进一步理解本发明的其他方面和优点。

附图说明

图1示意性地示出了晶闸管的俯视图和侧视图。

图2A、图2B、图2C和图2D分别示意性地示出了根据本发明的一个非限制性实施方式的冷却设备的分解主视图，主视透视图，后视图和后视透视图。

图3示意性地示出了图2A-D的冷却设备的各种组装视图。

图4示意性地示出了图2A-D和图3的冷却设备的第一冷却板的各种视图。

图5示意性地示出了图2A-D和图3的冷却设备的安装块的各种视图。

图6示意性地示出了图2A-D和图3的冷却设备的第二冷却板的各种视图。

图7示意性地示出了图2A-D和图3的冷却设备的盖板的各种视图。

图8示意性地示出了图2A-D和图3的冷却设备的第三冷却板的各种视图。

具体实施方式

附图表示冷却设备10，该冷却设备10构造成用于冷却多个生热组件，包括但不限于电子元器件。设备10特别非常适合于冷却一对冰球型晶闸管(例如，图1)以及所使用的或与其相关的电阻器。冷却设备10利用冷却通道网络将冰球型晶闸管和电阻器的冷却结合，该冷却通道网络同时将合适的冷却剂引导到设备10的可以被两个不同的晶闸管接触的一对表面，然后将冷却剂流引导至可以被一个或多个电阻器接触的设备10的其他表面。

在附图中示出的冷却设备10的特定的非限制性实施方式是包括第一冷却板12(图4)、安装块14(图5)、第二冷却板16(图6)、盖板18(图7)和第三冷却板20(图8)的组件的装配件(第二冷却板16和盖板18在图2A-D中未示出其全长)。设备10及其组件可以由各种材料形成，所述材料的非限制性示例包括铜或铝。当如图3所示组装时，安装块14和第二冷却板16配合限定了两个端口22和24，冷却剂可通过它们进入和离开设备10。由于设备10具有优选的(尽管不是必需的)冷却剂流动方向，此处，将端口22和24分别标记为入口22和出口24。为方便起见，在安装块14和第二冷却板16中制造的端口22和24的部分也标记为22和24。这些附图进一步表示设备10具有两个通孔26，这对于冷却剂流动不是必需的，而是用来减小设备10的重量和热质量。在第一冷却板12、安装块14、第二冷却板16、盖板18和第三冷却板20中设有盲孔28，以利于它们与插入孔28中的销(未示出)对齐。

第一冷却板12、第二冷却板16、盖板18和第三冷却板20分别限定了表面32、36、38和40，这些表面适于与生热组件进行紧密的热接触。为此，这些表面32、36、38和40可具有如图3所示的表面光洁度。可以使用任何合适的装置来确保与生热组件实现紧密的热接触。在附图中所示的设备10的特定实施方式中，第一冷却板12和第三冷却板20的表面32和40可被构造成用于单独地接触分开的晶闸管的阳极或阴极，而第二冷却板16和盖板18的表面36和38可以被配置为用于单独地接触分开的电阻器组。

如上所述，冷却剂通过其入口22进入设备10，其中冷却剂流在第一流动回路和第二流动回路之间分配，第一流动回路穿过安装块14中的入口通道42A，然后进入第一冷却板12，第二流动回路穿过第二冷却板16中的入口通道42B，然后穿过盖板18中的中间通道44B，然后进入第三冷却板20。优选地，在通道42A和42B中产生相等的冷却剂流，这是由于构成第一流动回路和第二流动回路的通道提供基本相等的流动阻力，例如，基于横截面积，长度和通道内的流动限制。在第一冷却板12内，冷却剂在入口腔46A处进入，通过蛇形冷却微通道48A行进，并通过出口腔50A离开板12。类似地，在第二冷却板20内，冷却剂在入口腔46B处进入，通过蛇形冷却微通道48B行进，并通过出口腔50B离开板20。

离开第一冷却板12的冷却剂分别通过安装块14和第二冷却板16内的一系列中间通道52A和54A，然后进入由第二冷却板16和盖板18限定并位于第二冷却板16和盖板18之间的“之字形”冷却通道56。在附图所示的非限制性示例中，冷却通道56被限定在第二冷却板16中并且被盖板18封闭。类似地，离开第三冷却板20的冷却剂通过盖板18内的中间通道52B，然后进入冷却通道56。这样，在冷却通道56的入口处汇合之前，第一流动回路和第二流动回路分别穿过第一冷却板12和第三冷却板20。图6表示冷却通道56从第二冷却板16的近端开始并且沿着第二冷却板16和盖板18的互补长度延伸到第二冷却板16的远端，然后在冷却板16的近端附近终止。冷却剂分别通过第二冷却板16和安装块14中的一对中间通道58和60离开冷却通道56，然后再通过出口24离开冷却设备10。

鉴于以上所述，冷却设备10提供了内部通道，该内部通道限定了两个独立的流动回路，这些流动回路能够以基本相等的质量流率将冷却剂引导至设备10的相对表面32和40，该相对表面32和40在冷却剂流动通过第一冷却板12和第三冷却板20的微通道48A和B时被冷却。以这种方式，设备10可用于冷却设备10的一侧上的一个晶闸管的阳极侧，而设备10的相对侧则可用于冷却另一个晶闸管的阴极侧。然后，冷却剂通过内部通道流到冷却通道56，其中可以安装其他的生热装置(例如，电阻器)以进行冷却。

如果不希望通过两个分开的流动回路的质量流率相等，则冷却设备10可配置为提供内部通道，该内部通道能够以不同的质量流率将冷却剂引导至设备10的相对表面32和40。由于构成第一流动回路和第二流动回路的通道提供了例如基于横截面积、长度和通道内的流动限制的不同的流动阻力，这是可以实现的。这样，设备10可用于同时冷却每个具有不同冷却要求的多个电子设备。

尽管已将设备10描述为使冷却剂流进入单个入口22，然后将其分成两个分开的流动回路，这些流动回路在通过单个出口24流出之前汇聚，但是可以预见的并且在本发明的范围内的是，冷却剂流可能会分开并汇聚一次以上。例如，设备10可包括另外的组件(未示出)，其中冷却剂流在冷却通道56中汇合之后被额外分开一次或多次。另外，冷却剂流可在微通道48A和/或48B中分开，然后汇聚。以这种方式，设备10可以被配置为同时冷却具有不同冷却要求的各种电子设备。

尽管已经根据具体的或特定的实施方式描述了本发明，但是显然，本领域的技术人员可以采用替代方案。例如，冷却设备10及其组件可以在外观和构造上与本文所述和附图所示的实施方式不同，冷却设备10的某些组件的功能可以由结构不同但能够具有相似(尽管不必等同)功能的组件执行，可以在冷却设备10和/或其组件的制造中使用各种材料，并且可以将冷却设备10安装在各种类型的冷却或电气系统中。另外，本发明包括另外的或替代的实施方式，其中可以消除特定实施方式的一个或多个特征或方面。因此，应当理解，本发明不必限于本文所述或附图所示的任何实施方式。还应该理解，以上采用的措词和术语是为了描述所公开的实施方式，而不一定是作为对本发明范围的限制。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限制。