[发明专利]电子器件的保护系统和方法

说明书

技术领域

本公开涉及诸如数据中心、电池和功率变换器之类的发热电子器件，以及用灭火冷却剂冷却所述器件的系统和方法。

背景技术

在电子器件的几乎每种现代应用中，散热对设计人员而言是一个重要的考虑因素。在便携式和手持装置中，例如，希望在增添功能的同时使装置小型化，这增加了热功率密度，使得对装置内的电子器件和电池的冷却更具挑战性。随着台式计算机、数据中心和通信中心的计算能力的增强，散热量也随之增加。电力电子器件如插电式电动汽车或混合动力汽车中的牵引逆变器、风轮机、列车发动机、发电机以及各种工业方法利用在越来越高的电流和热流下运行的晶体管。

因此，诸如个人计算机之类的器件与风扇一起运行，这些风扇通过空气冷却诸如微处理器、存储器、电源等元件所产生的热量。作为多个电子器件大网络的通信中心和数据中心利用大的分散配置型空调系统，该系统可由对供应至器件的空气进行冷却的多个风扇、鼓风机、压缩机和泵构成。许多热传递方法通常使热量移动至外部空气或地下水中。电力电子器件通常利用施加至散热器的大型鼓风机，所述散热器附接至由半导体器件构成的电力电子器件模块。

对于此类器件而言，使用液体冷却日益普遍。在许多电力电子器件中，所需功率密度使得对位于其内的元件进行空气冷却不切实际。在大的数据和通信中心中，液体冷却正在许多热传递方法中替代空气，以便提高能量效率。尽管有时使用水或水基系统，但通常使用介电热传递介质，因为其在使用过程中或在渗漏的情况下不导电。通常，介电介质在接收和释放热量时会在套环内蒸发和冷凝。这些介质包括(例如)全氟化碳(PFC)，包括全氟聚醚(PFPE)、全氟胺(PFA)和全氟醚(PFE)；氢氟醚(HFE)；氢氟烃(HFC)；硅树脂和烃类。

在一些电子器件中，由器件产生的热量可达到阈值，在该阈值处，发热会自动加速或处于所谓的逸出状态。对于(例如)诸如电池之类的器件或失效时变热的器件而言，这可能是个问题。过热可损坏电子器件，或在起火或爆炸的情况下可扩散导致大范围的损坏和损伤。对于诸如业务关键数据中心或应急功率变换器的高价值器件而言，其通常具有辅助灭火系统，该系统可在检测到火焰时将其扑灭，以保护人员、信息和昂贵设备。此类灭火系统通常靠近液体冷却系统设置，并且通常将卤代化学物质用作灭火剂。三氟溴甲烷是一种常见的试剂，其高度消耗臭氧，因此蒙特利尔议定书规定停止其生产。不消耗臭氧的PFC和HFC可表现出高达50,000年的大气寿命值，从而导致高的全球变暖潜能值(“GWP”)。GWP是在指定的整合时间范围上相对于由一(1)千克CO₂所致的变暖而言，由释放一(1)千克样品化合物所致的合计潜在变暖。

发明内容

期望具有还提供防火的热管理系统。还期望具有包括不会损坏电子元件的灭火剂的热管理系统。另外，期望具有包括冷却剂、灭火剂组合的热管理系统，所述冷却剂、灭火剂组合具有低全球变暖潜能值。

在一个方面，提供了一种保护系统，其包括：发热电子设备；包括至少一种再循环热管理流体的热管理系统，所述热管理系统设计用于传递来自发热电子设备的热量；和位于热管理系统中的阀门，其被设计为响应于刺激而使热管理流体的至少一部分通过阀门从热管理系统转移，并且到达发热电子设备上或附近的火焰，其中所述热管理流体包含灭火剂。

在另一方面，提供了一种对电子设备进行热管理和防火的方法，其包括：提供电子设备；用包括至少一种再循环热管理流体的热管理系统对电子设备进行热管理；感测电子设备中或附近的火焰；响应于对电子设备中或附近火焰的感测而打开热管理系统中的阀门；将热管理流体通过阀门从热管理系统转移到电子设备上或附近的火焰；和扑灭火焰，其中所述热管理流体包含灭火剂。

在本公开中：

“发热电子器件”是指单独的电子设备(例如个人计算机、手持电话、锂离子电池等)、这些设备内的元件(例如IC芯片、功率晶体管等)以及包括许多电子设备的系统(例如数据中心、通信中心等)；

“热管理流体”和“传热流体”以及“传热介质”在本文中可互换使用，并且是指可将热量从一个位置传递到另一个位置的流体；并且

“热接触”是指两种具有不同温度的元件靠近彼此设置使得热量可从较热元件流向较冷元件的状态。