本發(fā)明涉及散熱，具體提供一種相變冷板及電力電子器件的散熱系統(tǒng)。

背景技術：

1、傳統(tǒng)電力電子設備的冷卻方式通常包括空氣冷卻、水冷卻、相變冷卻等方式?？諝饫鋮s利用自然對流或強迫對流來散熱，通常采用散熱片、風扇等輔助設備，優(yōu)點是成本低，易于維護，但是散熱效果不穩(wěn)定，受環(huán)境溫度、空氣流量等因素影響較大，同時噪音較大；水冷卻利用水的高比熱容來吸收熱量，通常采用水冷卻器等設備，優(yōu)點是散熱效果好，穩(wěn)定性高，但是需要額外的水泵和管路設備，成本和維護難度較高；相變冷卻利用相變材料相變過程吸熱來實現(xiàn)散熱，優(yōu)點是能夠大幅度提高散熱效率，但是相變材料的制備和維護難度較高。目前電力電子設備冷卻存在散熱效率低、能源浪費、可靠性不高、維護難度大等問題。

2、目前大功率電力電子器件主要采用的是雙重水循環(huán)冷卻的方式，基本原理是利用水的高比熱吸熱特性，通過水冷卻器等設備將器件產(chǎn)生的熱量傳遞到水中，再通過水流將熱量帶走，其內(nèi)冷循環(huán)通過與功率半導體器件緊貼的水冷板實現(xiàn)熱量的轉移，經(jīng)過吸收水冷板熱量后的內(nèi)冷循環(huán)水，在循環(huán)泵的作用下輸送到與外冷循環(huán)的交界處，在溫差作用下實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)水與外循環(huán)水之間的熱量轉移。水冷散熱方式存在的主要問題包括：(1)設備成本高：水冷散熱需要額外的水泵、水管等設備，因此相對于其他冷卻方式，設備成本較高；(2)安裝、維護困難：水冷散熱系統(tǒng)需要更多的空間來安裝，維護時需要排水、清洗等步驟，增加了運維成本；(3)環(huán)境要求高：水冷散熱需要更好的環(huán)境保護，水泵需要定期清洗、消毒，避免水中含有異物、細菌等；(4)水的漏水和腐蝕：如果水冷散熱系統(tǒng)出現(xiàn)漏水，不僅會影響設備的正常工作，添加有除菌藥物的排放污水還會對環(huán)境造成影響，水冷散熱中的水也容易導致設備腐蝕。綜上所述，水冷散熱雖然是一種高效的散熱方式，但是在實際應用中需要考慮到設備成本、安裝、維護、環(huán)境保護等方面的問題。

3、相應地，本領域需要一種新的電力電子器件的散熱系統(tǒng)來解決上述問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服上述缺陷，提出了本發(fā)明，以提供解決或至少部分地解決如何構建一個高效、經(jīng)濟、環(huán)保、容易安裝和容易維護的電力電子器件的散熱設備的技術問題。

2、在第一方面，本發(fā)明提供一種相變冷板，所述相變冷板包括相變工質(zhì)腔、工質(zhì)入口、工質(zhì)出口、參考電極和冷板主體；

3、所述冷板主體采用導電材質(zhì)；

4、所述相變工質(zhì)腔用于設置相變工質(zhì)，液態(tài)的所述相變工質(zhì)從所述工質(zhì)入口進入所述相變工質(zhì)腔，氣態(tài)的所述相變工質(zhì)從所述工質(zhì)出口脫離所述相變工質(zhì)腔；

5、所述參考電極的一端設置在所述相變工質(zhì)腔內(nèi)且不與所述相變工質(zhì)腔接觸，所述參考電極的另一端穿過所述冷板主體，設置在所述冷板主體的外表面；

6、所述參考電極的另一端穿過所述冷板主體的界面處采用絕緣設計。

7、在上述相變冷板的一個技術方案中，所述參考電極的另一端穿過所述冷板主體的界面處采用密封設計。

8、在第二方面，本發(fā)明提供一種電力電子器件的散熱系統(tǒng)，所述散熱系統(tǒng)包括上述方案中所述的相變冷板和冷凝器；

9、所述相變冷板的外表面與所述電力電子器件的換熱接觸面貼合并電連接；

10、所述相變冷板的工質(zhì)出口與所述冷凝器的第一端連接；

11、所述相變冷板的工質(zhì)入口與所述冷凝器的第二端連接；

12、所述相變冷板的參考電極與參考電位連接，所述參考電位為低電位。

13、在上述電力電子器件的散熱系統(tǒng)的一個技術方案中，所述電力電子器件換熱接觸面包括發(fā)射極面與集電極面；

14、所述發(fā)射極面和所述集電極面分別與不同的所述相變冷板的外表面貼合并電連接。

15、在上述電力電子器件的散熱系統(tǒng)的一個技術方案中，所述電力電子器件為多個，多個所述電力電子器件之間電連接；

16、存在電連接的所述電力電子器件的發(fā)射極面和/或集電極面之間共用一個所述相變冷板，且分別與所述相變冷板不同的外表面貼合并電連接。

17、在上述電力電子器件的散熱系統(tǒng)的一個技術方案中，所述散熱系統(tǒng)還包括第一管路和第二管路；

18、多個所述相變冷板的工質(zhì)出口均通過所述第一管路與所述冷凝器的第一端連接，形成氣態(tài)的所述相變工質(zhì)的傳輸通道；

19、多個所述相變冷板的工質(zhì)入口均通過所述第二管路與所述冷凝器的第二端連接，形成液態(tài)的所述相變工質(zhì)的傳輸通道；

20、多個所述相變冷板的工質(zhì)出口與所述第一管路的交界處、所述第一管路與所述冷凝器的第一端的交界處、多個所述相變冷板的工質(zhì)入口與所述第二管路的交界處和所述第二管路與所述冷凝器的第二端的交界處均采用密封設計。

21、在上述電力電子器件的散熱系統(tǒng)的一個技術方案中，所述換熱接觸面與所述相變冷板的外表面通過導熱硅脂進行貼合并電連接。

22、在上述電力電子器件的散熱系統(tǒng)的一個技術方案中，所述冷凝器的外表面上設置有散熱片，通過所述散熱片實現(xiàn)所述冷凝器中的相變工質(zhì)的散熱。

23、在上述電力電子器件的散熱系統(tǒng)的一個技術方案中，所述冷凝器內(nèi)設置有換熱管，所述換熱管中設置有冷卻液，通過與所述冷卻液換熱，實現(xiàn)所述冷凝器中的相變工質(zhì)的散熱。

24、上述電力電子器件的散熱系統(tǒng)的一個技術方案中，所述散熱系統(tǒng)還包括溫度傳感器；

25、所述溫度傳感器設置在所述相變冷板的外表面。

26、本發(fā)明上述一個或多個技術方案，至少具有如下一種或多種

27、有益效果：

28、在實施本發(fā)明的技術方案中，本發(fā)明的相變冷板包括相變工質(zhì)腔、工質(zhì)入口、工質(zhì)出口、參考電極和冷板主體；冷板主體采用導電材質(zhì)，相變工質(zhì)腔用于設置相變工質(zhì)，液態(tài)的相變工質(zhì)從工質(zhì)入口進入相變工質(zhì)腔，氣態(tài)的相變工質(zhì)從工質(zhì)出口脫離相變工質(zhì)腔；參考電極的一端設置在相變工質(zhì)腔內(nèi)且不與相變工質(zhì)腔接觸，參考電極的另一端穿過冷板主體，設置在冷板主體的外表面，參考電極的另一端穿過冷板主體的界面處采用絕緣設計。本發(fā)明的電力電子器件的散熱系統(tǒng)包括相變冷板和冷凝器；相變冷板的外表面與電力電子器件的換熱接觸面貼合并電連接；相變冷板的工質(zhì)出口與冷凝器的第一端連接；相變冷板的工質(zhì)入口與冷凝器的第二端連接；相變冷板的參考電極與參考電位連接，參考電位為低電位。通過上述配置方式，由于參考電極的一端設置在相變工質(zhì)腔內(nèi)且不與相變工質(zhì)腔接觸、參考電極的另一端穿過冷板主體的界面處又采用絕緣設計，所以參考電極和冷板主體之間沒有電連接。由于冷板主體采用導電材質(zhì)，相變冷板的外表面與電力電子器件的換熱接觸面貼合并電連接，所以當電力電子器件通電運行時，冷板主體的電位與電力電子器件的換熱接觸面的電位相同，冷板主體的電位為高電位、參考電極為低電位，在冷板主體與參考電極之間會形成電場。在電力電子器件運行的過程中會產(chǎn)生熱量，電力電子器件產(chǎn)生熱量通過電力電子器件的換熱接觸面的傳遞給相變冷板的外表面，相變冷板的外表面將熱量傳遞給相變工質(zhì)腔內(nèi)的液態(tài)相變工質(zhì)，電力電子器件運行初期，液態(tài)相變工質(zhì)通過自然對流進行散熱，隨著電力電子器件持續(xù)運行，液態(tài)的相變工質(zhì)達到飽和溫度，在相變工質(zhì)腔與相變工質(zhì)的處界面處出現(xiàn)核態(tài)沸騰的現(xiàn)象，液態(tài)相變工質(zhì)持續(xù)受熱產(chǎn)生氣泡，氣泡飄向工質(zhì)出口并逐漸變大，在冷板主體與參考電極之間存在電場、流場和溫度場，在電場、流場和溫度場的共同作用下會強化液態(tài)的相變工質(zhì)和冷板外表面之間的換熱，即ehd(electro-hydrodynamics)強化傳熱。即在電場、流場和溫度場的共同作用下第一方面會加速氣泡運動，第二方面會讓核狀沸騰的汽泡發(fā)生變形，第三方面會對膜狀沸騰的氣泡造成破壞，從而變?yōu)楹藸罘序v的汽泡。即通過讓汽泡產(chǎn)生變形、破碎和粘合，引起了汽泡周圍邊界層的液態(tài)的相變工質(zhì)的擾動，促進液態(tài)的相變工質(zhì)的混合與熱交換，增加液態(tài)的相變工質(zhì)的換熱面積，進而提高電力電子器件的散熱系統(tǒng)的散熱效率。氣態(tài)的相變工質(zhì)通過工質(zhì)出口進入冷凝器，在冷凝器的作用下將氣態(tài)的相變工質(zhì)冷卻為液態(tài)的相變工質(zhì)，液態(tài)的相變工質(zhì)從冷凝器流向工質(zhì)入口，這樣就形成了一個高效、自循環(huán)的電力電子器件的散熱系統(tǒng)。本發(fā)明的電力電子器件的散熱系統(tǒng)與水冷散熱相比不需要外接設備、不需要外接電源、不會造成水污染且設備尺寸更小，因此發(fā)明的電力電子器件的散熱系統(tǒng)更為經(jīng)濟、環(huán)保、容易安裝和容易維護，本發(fā)明的電力電子器件的散熱系統(tǒng)與空氣冷卻相比其散熱效率更高。