Unidad de distribución de flujo y unidad de refrigeración.

Un distribuidor (1) para distribuir un flujo de fluido sobre dos superficies (3) a enfriar,

comprendiendo el distribuidor(1) una carcasa (13), un colector (8) de entrada, un colector (9) de salida y una pluralidad de celdas (26, 27, 28, 29)de flujo conectadas entre los colectores (8, 9),

comprendiendo cada celda (26, 27, 28, 29) de flujo una entrada (5) de celda en comunicación de fluido con elcolector (8) de entrada, una salida (6) de celda en comunicación de fluido con el colector (9) de salida, y un canal deflujo para guiar un flujo de fluido desde la entrada (5) de celda a lo largo de la superficie o superficies (3) a la salida(6) de celda, estando conectadas la pluralidad de celdas (26, 27, 28, 29) de flujo en paralelo entre los colectores (8,9),comprendiendo la carcasa (13) dos aberturas principales, cada una formada para cerrarse de una manerasustancialmente impermeable a fluidos mediante una superficie (3) a enfriar,

en el que la carcasa está fabricada de una sola pieza y en el que una estructura (4) de pared interna de la carcasa(13) define el colector (8) de entrada, el colector (9) de salida y la pluralidad de celdas (26, 27, 28, 29) de flujo, y enel que las dos aberturas principales están dispuestas en planos sustancialmente paralelos opuestos entre sí con laestructura (4) de pared interna dispuesta entre medias, de manera que cuando dos placas (3) superiores queconstituyen las superficies (3) se fijan a la carcasa (13), la unidad (1) de refrigeración es capaz de proporcionarenfriamiento a ambas placas (3) superiores simultáneamente.

Unidad de distribución de flujo y unidad de refrigeración Campo de la invención La presente invención se refiere a una unidad de distribución de flujo que es adecuada para una diversidad de aplicaciones de refrigeración y, en particular, para refrigeración de fluido de semiconductores de energía. La invención se refiere también a una unidad de refrigeración que emplea tal unidad de distribución de flujo.

Antecedentes de la invención Los dispositivos semiconductores generan calor durante su funcionamiento, y este calor normalmente actúa degradando el funcionamiento del dispositivo semiconductor. Para dispositivos semiconductores de energía es necesario enfriarlos durante el funcionamiento para mantener un rendimiento aceptable del dispositivo, y para semiconductores de alta energía a menudo se aplica un refrigerante líquido.

El documento US 5.841.634 desvela un dispositivo semiconductor enfriado por líquido. En este documento, los semiconductores están situados dentro de una carcasa sobre una placa que se va a enfriar. El dispositivo muestra un puerto de entrada de fluido y un puerto de salida de fluido, y un tabique deflector situado en una cámara dentro de la carcasa. El tabique deflector incluye una pared que separa la cámara en una porción superior y una porción inferior, y paredes que separan cada porción en compartimientos. Un número de orificios en la pared entre la porción superior e inferior proporciona comunicación de fluido entre las porciones. El fluido se conduce desde el puerto de entrada hasta un primer compartimento inferior y después a través de los orificios hasta un primer compartimento superior. En el compartimento superior el fluido se conduce a lo largo de la placa a enfriar y a través de los orificios hasta un segundo compartimento inferior. Desde el segundo compartimento inferior el fluido se conduce a un segundo compartimento superior, donde enfría otra área de la placa a enfriar. Después de haber pasado por tres compartimentos superiores el fluido se conduce al puerto de salida de fluido, y fuera del dispositivo. De esta manera, los compartimentos de refrigeración del dispositivo están conectados de una manera en serie.

A medida que el fluido pasa por el primer compartimento superior, capta el calor de la placa a enfriar y, de esta manera, deja el primer compartimento superior a una temperatura de salida mayor que la temperatura de entrada. Cuando el fluido alcanza entonces el segundo compartimento superior, tiene lugar un calentamiento adicional del fluido y esto conducirá a una diferencia de temperatura en la placa enfriada, desde el extremo del puerto de entrada de fluido hasta el extremo del puerto de salida de fluido. Esto es perjudicial para el tiempo útil de tal dispositivo semiconductor de energía, puesto que los semiconductores de alta energía son muy sensibles a las variaciones de temperatura y son sensibles también al nivel de temperatura general.

También la conexión en serie de múltiples compartimentos de refrigeración tendrá una alta resistencia de flujo como resultado, conduciendo a una alta pérdida de presión o un bajo caudal del fluido a través del dispositivo de refrigeración.

El documento WO 02/055942 desvela un cambiador de calor de flujo normal que comprende un núcleo que tiene una superficie de transferencia de calor. Una cámara impelente de entrada está localizada en un extremo de la longitud del núcleo, y una cámara impelente de salida está localizada en el extremo opuesto de la longitud. Una pluralidad de colectores de salida se extiende a lo largo de la longitud del núcleo, y una pluralidad de colectores de entrada se extiende a lo largo de la longitud del núcleo y están localizados alternativamente con los colectores de entrada a través de la anchura del núcleo. Una pluralidad de canales de interconexión se comunica, cada uno de forma fluida, con un colector de entrada correspondiente y los dos colectores de salida localizados inmediatamente adyacentes al colector de entrada. Para proporcionar los colectores y los canales de interconexión, es necesario fabricar el cambiador de calor en diversas placas que posteriormente se ensamblan para formar una estructura unitaria. Para obtener un ajuste hermético entre las placas individuales, es necesario fabricar cada placa de una manera muy precisa. Esto es una desventaja porque es muy difícil y caro obtener suficiente precisión. En consecuencia, el precio unitario para el cambiador de calor resulta relativamente alto.

El documento DE 202 08 106 U1 desvela un dispositivo de refrigeración, en particular para refrigeración de líquidos de dispositivos semiconductores. El dispositivo de refrigeración comprende una carcasa y un tabique deflector separado situado dentro de la carcasa y con una pluralidad de celdas de flujo definidas en su interior. Las celdas de flujo forman cada una una conexión fluida entre un colector de entrada y un colector de salida. El documento DE 202 08 106 U1 no desvela que la carcasa, los colectores y las celdas de flujo estén formados en una sola pieza.

El documento US 5.934.364 desvela una placa fría que incluye dos pasajes de refrigerante aislados por flujo para su uso junto con sistemas de refrigeración diferentes. Los pasajes de la placa fría no permiten la comunicación de flujo entre las distintas trayectorias de refrigerante. Esto permite que dos sistemas de refrigeración distintos funcionen de una manera redundante. De acuerdo con una realización, un conjunto de celdas de flujo, que forman parte de un primer sistema de refrigeración, proporciona refrigeración para una primera placa, mientras que otro conjunto de celdas de flujo, que forman parte de un segundo sistema de refrigeración, proporciona refrigeración para una segunda placa.

Sumario de la invención Un objeto de la presente invención es proporcionar una unidad de distribución de flujo que sea más rentable de fabricar que las unidades de distribución de la técnica anterior.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una unidad de distribución de flujo que tenga un diseño que haga adecuada la producción en masa.

Un objeto adicional más de la presente invención es proporcionar una unidad de refrigeración que sea rentable de fabricar y que tenga un diseño que sea adecuado para producción en masa.

De acuerdo con la presente invención los anteriores y otros objetos se satisfacen proporcionando un distribuidor de acuerdo con la reivindicación 1.

El distribuidor está adaptado para distribuir un flujo de fluido sobre dos superficies a enfriar. De esta manera, puede estar conformado de tal manera que pueda situarse adyacente a dos superficies a enfriar.

La carcasa se fabrica en una sola pieza. Esto debe entenderse de tal manera que al menos la carcasa, el colector de entrada, el colector de salida y la pluralidad de celdas de flujo forman una pieza sin requerir el ensamblaje de dos o más piezas de material. En otras palabras, una estructura de pared interna de la carcasa define al menos el colector de entrada, el colector de salida y la pluralidad de celdas de flujo.

Esta es una gran ventaja puesto que la fabricación de la carcasa en una sola pieza hace muy fácil y rentable fabricar la unidad de distribución porque ya no es necesario fabricar y ensamblar varias piezas para proporcionar la carcasa, los colectores y las celdas de flujo. Aparte de ahorrar etapas de producción, es decir, fabricación de cada pieza por separado y ensamblar las diversas piezas, esto hace posible producir en masa la unidad de distribución, por ejemplo, mediante moldeo por inyección a partir de por ejemplo un material termoplástico o un metal. Como alternativa, la carcasa puede fabricarse como una parte de un aparato que es necesario enfriar. De esta manera, por ejemplo, puede mecanizarse en un estator o carcasa (típicamente fabricado de un metal, tal como aluminio) de un motor eléctrico que está adaptado para ser controlado por un convertidor de frecuencia, que a su vez comprende un módulo eléctrico que es necesario enfriar. De esta manera, la unidad de refrigeración se proporciona directamente como parte del aparato, incluso ahorrando así etapas de producción.

Adicionalmente, los requisitos para una precisión en la fabricación se reducen considerablemente puesto que ya no hay una pluralidad de piezas que necesiten encajarse juntas. De esta manera, se ha proporcionado una unidad de distribución que sea rentable de fabricar y que sea adecuada para producción en masa.

El colector de entrada típicamente es una parte de la unidad de distribución que recibe fluido de refrigeración desde una entrada y lo distribuye a la pluralidad de celdas de flujo.

Correspondientemente, el colector de salida típicamente... [Seguir leyendo]

1. Un distribuidor (1) para distribuir un flujo de fluido sobre dos superficies (3) a enfriar, comprendiendo el distribuidor

(1) una carcasa (13) , un colector (8) de entrada, un colector (9) de salida y una pluralidad de celdas (26, 27, 28, 29) de flujo conectadas entre los colectores (8, 9) , comprendiendo cada celda (26, 27, 28, 29) de flujo una entrada (5) de celda en comunicación de fluido con el colector (8) de entrada, una salida (6) de celda en comunicación de fluido con el colector (9) de salida, y un canal de flujo para guiar un flujo de fluido desde la entrada (5) de celda a lo largo de la superficie o superficies (3) a la salida

(6) de celda, estando conectadas la pluralidad de celdas (26, 27, 28, 29) de flujo en paralelo entre los colectores (8, 9) , comprendiendo la carcasa (13) dos aberturas principales, cada una formada para cerrarse de una manera sustancialmente impermeable a fluidos mediante una superficie (3) a enfriar, en el que la carcasa está fabricada de una sola pieza y en el que una estructura (4) de pared interna de la carcasa

(13) define el colector (8) de entrada, el colector (9) de salida y la pluralidad de celdas (26, 27, 28, 29) de flujo, y en el que las dos aberturas principales están dispuestas en planos sustancialmente paralelos opuestos entre sí con la estructura (4) de pared interna dispuesta entre medias, de manera que cuando dos placas (3) superiores que constituyen las superficies (3) se fijan a la carcasa (13) , la unidad (1) de refrigeración es capaz de proporcionar enfriamiento a ambas placas (3) superiores simultáneamente.

2. Un distribuidor (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada canal de flujo está formado para provocar una pluralidad de cambios en la dirección de flujo del fluido que fluye a lo largo de la superficie o superficies (3) .

3. Un distribuidor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la carcasa (13) comprende una abertura (15) de entrada para conducir fluido a una parte interna de la carcasa (13) y una abertura

(14) de salida para conducir fluido fuera de la parte interna de la carcasa (13) , estando la abertura (15) de entrada en comunicación de fluido con el colector (8) de entrada, y estando la abertura (14) de salida en comunicación de fluido con el colector (9) de salida.

4. Un distribuidor (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la abertura (15) de entrada y la abertura (14) de salida están formadas sobre una superficie externa de la carcasa (13) .

5. Un distribuidor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura (4) de la pared interna delimita al menos una celda (27, 29) de flujo interna para distribuir el fluido sobre una parte central de la superficie o superficies (3) a enfriar y al menos una celda (26, 28) de flujo externa para distribuir el fluido sobre una parte periférica de la superficie o superficies (3) a enfriar.

6. Un distribuidor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura (4) de la pared interna delimita una trayectoria de flujo serpenteante a lo largo de la superficie o superficies (3) en cada celda (26, 27, 28, 29) de flujo.

7. Una unidad enfriable por fluido para retirar calor de una fuente de calor, comprendiendo la unidad una placa calentada mediante la fuente de calor y un distribuidor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores para distribuir un flujo de fluido de refrigeración sobre una superficie (3) de la placa.

8. Una unidad enfriable por fluido de acuerdo con la reivindicación 7, en la que la unidad comprende dos placas, cada una calentada mediante una fuente de calor, y en la que el distribuidor (1) está adaptado para distribuir un flujo de fluido de refrigeración sobre una superficie (3) de cada una de las placas.

9. El uso de una unidad de acuerdo con la reivindicación 7 u 8 para retirar el calor de un circuito electrónico.

10. Una unidad electrónica enfriable por fluido, comprendiendo la unidad un circuito electrónico encapsulado en un módulo de circuito que tiene una superficie (3) externa y un distribuidor (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6 para distribuir un flujo de fluido de refrigeración sobre la superficie (3) .