CN102083297B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器(1)，其包括蒸发器通道(8)和冷凝器通道(9)、用于在该蒸发器通道(8)与该冷凝器通道(9)之间提供流体路径的连接部件(2，4)、用于将热负荷传递到蒸发器通道(8)中的流体的第一热传递元件(6)、以及用于传递来自冷凝器通道(9)中的流体的热负荷的第二热传递元件(7)。为了实现可在任何定位下使用的热交换器，所述蒸发器通道(8)和所述冷凝器通道(9)具有毛细管尺寸。布置在所述热交换器(1)的第一端的连接部件(2)包括第一流体分配元件(3)，其用于将流体从预定的冷凝器通道(9)导入对应的预定蒸发器通道(8)中，而布置在热交换器(1)的第二端的连接部件(4)包括第二流体分配元件(5)，其用于将流体从预定的蒸发器通道(8)导入对应的预定冷凝器通道(9)中。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器，并且具体地，涉及一种适用于冷却电子设备的改良热交换器。
背景技术
迄今为止，从EP-A-231332已知一种热交换器，该热交换器具有在其第一端与第二端之间延伸的蒸发器通道和冷凝器通道。该热交换器的两个相对的端部设有连接部件，该连接部件在蒸发器通道与冷凝器通道之间提供流体路径。在热交换器的第一端附近布置有第一热传递元件，用于将热负荷传递至所述蒸发器通道中的流体。类似地，在热交换器的第二端附近布置有第二热传递元件，用于将热负荷从所述冷凝器通道中的流体传递到周围环境中。
上述热交换器可有效冷却例如已被附连于第一热传递元件的电力电子器件。由于热虹吸式构造，因此这种冷却不需要泵送单元即可实现。
然而，上述解决方案的缺陷在于该热交换器需要安装在特定的位置才能正常运行。这样的限制很成问题，因为在一些实施中，能够将热交换器倒置安装或安装在水平位置会较为有利。
发明内容
本发明的目的是解决上面提到的缺陷，并提供一种便宜且可靠的热交换器，该交换器对于其安装位置较不敏感。本发明的这一目的及其它目的将通过独立权利要求1中所描述的热交换器而得以实现。
在第一端和第二端设置带有流体分配元件的连接部件，该流体分配元件将流体从预定的冷凝器通道引导至预定的蒸发器通道并且反之亦然，以上可能性使得热交换器可像脉动热管(PHP)一样工作。在这样的解决方案中，在冷凝器通道和蒸发器通道具有毛细管尺寸的情况下，因通道内蒸汽的双向膨胀而在狭小的通道环路型热管中发生振荡。因此，热交换器在任意方位都起作用，而不需要大量额外的费用。
本发明的优选实施方式将在从属权利要求中公开。
附图说明
下文将通过示例并参考附图对本发明进行更详尽的描述，附图中
图1示出热交换器的第一实施方式；
图2示出去除连接部件的图1中的热交换器；
图3示出带有第一分配元件的热交换器；
图4示出带有第二分配元件的热交换器；
图5示出带有可替代第一分配元件的热交换器；
图6示出图3中的第一分配元件的细节；
图7示出带有又一可替代第一分配元件的热交换器；
图8示出第一热传递元件；
图9示出第二热传递元件；以及
图10示出热交换器的第二实施方式。
具体实施方式
图1示出热交换器1的第一实施方式，图2示出移除了连接部件的图1中的热交换器1。
该热交换器包括在热交换器1的第一端与第二端之间延伸的冷凝器通道和蒸发器通道。第一连接部件2布置在热交换器1的第一端，以在冷凝器通道与蒸发器通道之间提供流体路径。第一连接部件2包括第一流体分配元件3，用于将流体从预定的冷凝器通道引导至相对应的预定的蒸发器通道中，如结合图3更详细阐释的。
第二连接部件4布置在热交换器1的第二端，以在蒸发器通道与冷凝器通道之间提供流体路径。该第二连接部件4包括第二流体分配元件5，其用于将流体从预定的蒸发器通道引导至相对应的预定的冷凝器通道中，如结合图4更详细阐释的。
该蒸发器通道和冷凝器通道具有毛细管尺寸。本文中，“毛细管尺寸”是指构造成毛细管大小的通道，在这种情况下它们的尺寸足够小，使得气泡仅仅在纵向方向上(换言之是沿流向而不是沿径向)增长，并且因此靠推动液体而产生脉动效应。
热交换器还包括第一热传递元件6，该第一热传递元件6布置在热交换器1的第一端附近，用于将热负荷传递到蒸发器通道内的流体。图1中的热交换器更适宜被用于电子设备，例如用于变频器，以将热从产生大量热负荷的组件中传走。在此情况下，电子电路可附连于第一热传递元件。热传递元件6将热负荷传导至装有流体的蒸发器通道，其在使用过程中冷却第一热传递元件6。
热交换器还包括第二热传递元件7，在所示实施方式中，该第二热传递元件7包括在冷凝器通道的壁之间延伸的散热片，以便将热从冷凝器通道中的流体传递至周围环境。
图3示出带有第一分配元件3的热交换器。蒸发器通道8和冷凝器通道9被一起编组并编成至少第一组和第二组，每组包括至少一个蒸发器通道8和至少一个冷凝器通道9。在所示的实施方式中，热交换器包括多个在热交换器的第一端与第二端之间延伸的平行导管10。这些导管10被导管10的内壁分为蒸发器通道8和冷凝器通道9。这样在所示实施方式中每个导管10包括由两个蒸发器通道8和四个冷凝器通道9构成的一个组(此种2个蒸发器通道/4个冷凝器通道的分配仅为示例。根据所需的性能，任意组合都可以)。
该蒸发器通道8及冷凝器通道9具有毛细管尺寸。在此例中，它们构造成毛细管大小，因此它们的内壁上无需附加的毛细管结构。被视为毛细管的通道或管道的直径取决于其内部使用的流体(沸点，boiling)。例如，以下公式可被用于计算适合的直径：
D＝(sigma/(g＊(rhol-rhov)))^0.5，
其中sigma为表面张力，g为重力加速度，rhov为蒸气密度，而rhol为液体密度。此公式对于R134a(四氟乙烷，Tetrafluoroethane)、R145fa以及R1234ze(四氟丙烯，Tetrafluoropropene)给出了从1mm至3mm的值，它们是适于在图中所示的热交换器中使用的流体。所示的热交换器的长度可从约20cm至2m，甚至更长。
第一分配元件3布置用以将流体从一个或多个冷凝器通道9导入一个或多个蒸发器通道8中。在所示实施方式中，来自一组中四个冷凝器通道9的每一个冷凝器通道的流体通过分配元件3而导入一组中如图3所示位于左侧的两个蒸发器通道8中。
图4所示出了带有第二分配元件5的热交换器。该第二分配元件5将流体一个或多个蒸发器通道8导入一个或多个冷凝器通道9中。在所示实施方式中，来自一组中两个蒸发器通道8的每一个蒸发器通道的流体通过该分配元件而导入同一组的四个冷凝器通道9中。
结合图1至图4阐释的热交换器的构造与紧凑型热虹吸式热交换器(Compact Thermosyphon Heat Exchanger，COTHEX)的构造类似。但是，该蒸发器通道和冷凝器通道具有毛细管尺寸，并且第一端和第二端的连接部件设有流体分配元件，流体分配元件将流体从预定的冷凝器通道引导至预定的蒸发器通道，反之亦然。这使得该热交换器可像脉动热管(PHP)一样工作。在这一解决方案中，通道内蒸汽的双向膨胀会引起狭小通道环路型热管中产生振荡。在操作过程中，液体段塞(liquidslugs)和拉长的蒸汽气泡会因由限制在狭小通道内的气泡的快速膨胀所引起的流体动力学的不稳定性而在冷区域和热区域之间振荡，并且因此几乎独立于重力而提供流体速度。因此，图中所示的热交换器在任何方位下都起作用(不过，取决于方位会有些许性能变化)。
图5示出了带有可替代第一分配元件3’的热交换器。
当在图1至2和图4的热交换器中使用图3中所示的第一分配元件3时，热交换器将操作为开环脉动热管。然而，如果作为替代在图1至2和图4的热交换器中使用图5所示的可替代第一分配元件3’，则可获得闭环脉动热管。其不同之处在于，在图5的实施方式中，布置有通道11，以将流体从多个组中的最后一组(图5中位于最右侧)的一个或多个冷凝器通道导入多个组中的第一组(图5中位于最左侧)的一个或多个蒸发器通道中。结果，使流体可通过该通道11从最右侧的冷凝器通道行进到最左侧的蒸发器通道。
在图5所示的实施方式中，在热交换器的第二端使用了同样的第二分配元件5，正如先前实施方式中已经说明的。
图6示出了图3中的第一分配元件3的细节。分配元件被制造为可插入位于热交换器1的第一端处的连接部件2中的分体部件。
图7示出了带有另一种可替代第一分配元件3”的热交换器。如果在图1至2和图4的热交换器中使用这种可替代分配元件3”，则可获得闭环脉动热管。与图5的实施方式中的相似，布置有通道11以将流体从最后一个组的一个或多个冷凝器通道导入第一个组的一个或多个蒸发器通道中。
图8示出了附连于例如图1中的热交换器的第一热传递元件6。第一热传递元件6包括用于接纳电子元件的第一表面12和用于接触蒸发器通道8的壁第二表面13。通过这种方式，由附连于第一表面12的电子元件产生的热量可被传递至蒸发器通道中的流体。在图8中，作为示例，假设蒸发器通道部分地通入第一热传递元件的第二表面13中的凹槽中，以增大蒸发器通道与第二表面间的接触面。
图9示出了第二热传递元件7。第二热传递元件7包括在所述冷凝器通道9的壁之间延伸的散热片，以通过这些散热片将热量从所述冷凝器通道9内的流体传递至周围环境。一个可选方案是利用与第二热传递元件7相关联的风扇，以在散热片之间产生气流，气流促进从第二热传递元件7至周围环境的热传递。
为了表示出第一热传递元件6和第二热传递元件可在容纳冷凝器通道9和蒸发器通道的导管的不同端部处接触导管，在图9中，以虚线示出第一热传递元件6。此外，散热片可布置到容纳冷凝器通道和蒸发器通道的管道10中，使得散热片仅在管道10的冷凝器通道所在的区域中接触管道10的外壁(在管道10的在图8中被示为通入第一热传递元件的凹槽中的部分中没有散热片)。
图10示出了第二实施方式的热交换器1’。图10中的热交换器与图1和图2中所示的热交换器非常相似。因此将主要针对这些实施方式间的不同来说明图10的实施方式。
图1和图2中，第一热传递元件6作为能够附连电子电路的板被呈现。通过这种方式，热量从板被传导到装有流体的蒸发器通道。
然而在图10中，第一热传递元件6’包括在蒸发器通道8的壁之间延伸的散热片。因此来自热传递元件6’的周围环境的热经由散热片传递到蒸发器通道中的流体。如果需要，可以产生的气流以使其经由第一热传递元件6’的散热片行进，以便实现充分的热传递。
应当理解的是，以上描述及附图仅旨在展示本发明。对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本发明的范围的情况下改变和修改本发明。特别地，应当注意，分配元件的设计仅作为示例提供，还能够有其它的设计。

Claims (6)

1.一种热交换器(1，1’)，包括：
蒸发器通道(8)和冷凝器通道(9)，所述蒸发器通道(8)和所述冷凝器通道(9)在所述热交换器(1，1’)的第一端与第二端之间延伸；
连接部件(2，4)，所述连接部件(2，4)布置在所述热交换器(1，1’)的所述第一端和第二端处，用于在所述蒸发器通道(8)和所述冷凝器通道(9)之间提供流体路径；
第一热传递元件(6，6’)，所述第一热传递元件(6，6’)布置在所述第一端附近，用于将热负荷传递到所述蒸发器通道(8)中的流体；以及
第二热传递元件(7)，所述第二热传递元件(7)布置在所述第二端附近，用于传递来自所述冷凝器通道(9)中的流体的热负荷，并且其中
所述蒸发器通道(8)和所述冷凝器通道(9)具有毛细管尺寸，其特征在于：
所述蒸发器通道(8)和所述冷凝器通道(9)被一起编组并编成至少第一组和第二组，每一组包括至少一个蒸发器通道(8)和至少一个冷凝器通道(9)，
布置在所述热交换器(1，1’)的所述第一端处的所述连接部件(2)包括第一流体分配元件(3，3’，3”)，所述第一流体分配元件(3，3’，3”)布置成将流体从所述第一组的一个或多个预定的冷凝器通道(9)导入所述第二组的对应的一个或多个预定的蒸发器通道(8)中，并且
布置在所述热交换器(1，1’)的所述第二端处的所述连接部件(4)包括第二流体分配元件(5)，所述第二流体分配元件(5)布置成将流体从所述第一组的一个或多个预定的蒸发器通道(8)导入同一组的对应的一个或多个预定的冷凝器通道(9)中。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括在所述热交换器的所述第一端与所述第二端之间延伸的多个平行导管(10)，所述多个平行导管(10)被其内壁分隔为所述蒸发器通道(8)和所述冷凝器通道(9)。
3.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第一流体分配元件(3’，3”)包括通道(11)，所述通道(11)布置成将流体从所述第二组的一个或多个冷凝器通道(9)导入所述第一组的一个或多个蒸发器通道(8)中。
4.如权利要求1至3中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第一热传递元件(6)包括第一表面(12)和第二表面(13)，所述第一表面(12)用于接纳电子元件，所述第二表面(13)用于接触所述蒸发器通道(8)的壁，以便将由所述电子元件产生的热传递到所述蒸发器通道(8)中的所述流体。
5.如权利要求1至3中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第一热传递元件(6’)包括散热片，所述散热片在所述蒸发器通道(8)的壁之间延伸，以便将热从所述第一热传递元件的周围环境传递到所述蒸发器通道(8)中的所述流体。
6.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第二热传递元件(7)包括在所述冷凝器通道(9)的壁之间延伸的散热片，以便经由所述散热片将热从所述冷凝器通道(9)中的所述流体传递到周围环境。
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