CN105593603A - 基于脉动热管的热交换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于脉动热管的热交换装置和具有至少一个热交换装置的冷却装置。本发明的技术目标是改善热交换装置的热性能。该目的通过下述基于脉动热管的热交换装置(1)实现，脉动热管包括多个管(9)，以提供热交换装置(1)的第一流体分配元件(10)和第二流体分配元件(11)之间的流体路径，其中，多个管(9)中的每个管(9)包括成组的通道(12)，其中所述第一流体分配元件(10)和第二流体分配元件(11)中的每者至少包括第一类型的板(13)，其中每个第一类型的板(13)包括开口(14)，其作用是使多个管(9)对准，并且其中第一类型的板(13)具有相同的厚度，并且其中所述第一流体分配元件(10)包括第二类型的板(15)，并且其中所述第二类型的板(15)包括开口(17)以用于提供多个管(9)之间的流体路径，并且其中所述第二类型的板(15)被定位在第一流体分配元件(10)的第一类型的板(13)的与第二流体分配元件(11)相反的一侧。

Description

基于脉动热管的热交换装置
技术领域
本发明涉及一种基于脉动热管的热交换装置和具有至少一个热交换装置的用于冷却电子部件的冷却装置。
背景技术
在EP2444770A1中公开了基于脉动热管的热交换装置。该热交换装置包括在热交换装置的第一端与第二端之间延伸的蒸发器通道和冷凝器通道。第一热传递元件布置在热交换装置的第一端附近以用于将热负荷传送至所述蒸发器通道中的流体。类似地，第二热传递元件布置在热交换装置的第二端附近以用于将热负荷从冷凝器通道中的流体传送至其他冷却介质例如空气。该热交换装置包括在连接部分的第一端的第一流体分配元件和在连接部分的第二端的第二流体分配元件。第一分配元件和第二分配元件将来自第一组通道中的一个或多个预定通道的流体引导至第二组通道中的一个或多个预定通道内。每个第一流体分配元件和第二流体分配元件包括至少一个板以提供第一组通道和相邻的第二组通道之间的连接。根据EP2444770A1中的热交换装置具有以下缺点：生产成本昂贵，原因在于使用过多的部件。此外，它仅具有有限的热性能。
因此，本发明的目的在于提供一种易于制造并降低其生产成本的热交换装置。进一步的目的是提供一种具有改进的热性能的热交换装置。进一步的技术目的在于提供一种改进的热交换装置，该改进的热交换装置的冷却性能可以容易地适应于根据应用领域以及根据需要待冷却的电子元件的不同冷却要求。本发明的再一个目的是提供一种热交换装置，该热交换装置工作方向自由，意味着热交换装置在不受它的方位影响的情况下工作，所以该热交换装置适应不同的冷却要求。
发明内容
该技术目的通过独立权利要求的主题实现。进一步的示例性实施例根据从属权利要求和以下描述而显而易见。
根据本发明的一个方面，提议一种热交换装置。热交换装置基于脉动热管，所述脉动热管包括多个管以提供所述热交换装置的第一流体分配元件和第二流体分配元件之间的流体路径。所述多个管中的每个管包括成组的通道。所述第一流体分配元件和所述第二流体分配元件中的每者至少包括第一类型的板，其中每个第一类型的板包括开口以用于针对所述多个管提供对准功能，并且其中所述第一类型的板具有相同的厚度。所述第一流体分配元件包括第二类型的板，并且其中所述第二类型的板包括开口以用于提供所述多个管之间的流体路径。所述第二类型的板定位在第一流体分配元件的所述第一类型的板的与所述第二流体分配元件相反的一侧。
本发明的热交换装置的优点在于，它更易于制造，而且它的生产成本降低，原因在于需要较少数量的不同部件。
热交换装置适用于冷却在宽范围的技术领域中的电子设备例如适用于在低压和中压应用中使用的开关装置和/或驱动器。上面提到的术语“中压”理解为约1000伏至高达约36000伏的额定电压(直流或在交流的情况下的rms电压)。低于1000伏的电压在下文中简称为“低压”。
本发明的热交换装置可用于冷却单个电子装置，例如安装在热交换装置上的功率半导体装置。然而，也可以堆叠多个热交换装置以用于冷却多个半导体装置。
改进的热交换装置的另一优点在于热交换装置以任意朝向工作。
本发明的另一个优点在于该热交换装置可以优选由空气冷却。然而，可以使用其他的冷却介质例如水或油。
根据本发明的一个实施方式，所述第二流体分配元件包括多个第一类型的板，其中所述第一类型的板彼此叠置，并且其中所述第一类型的板的所述开口还提供各管的所述成组的通道之间的恒定面积的流动通道。能够堆叠多个第一类型的板的优点在于，由热交换装置冷却的量可以是独立地并且容易地适应应用领域的冷却要求。此外，多个第一类型的板优选以相同的几何形状成型。
根据本发明的还一个实施方式，在所述第二流体分配元件中，所述多个第一类型的板直接彼此叠置。
根据本发明的又一个实施方式，所述第二流体分配元件包括所述第二类型的板，其中，所述第二类型的板包括开口。这具有这样的优点：沿相邻管的通道之间的流体路径提供恒定面积的流动通道。
根据本发明的再一个实施方式，所述第二类型的板的所述开口以所述第二类型的板的所述开口的中心点由周期性形成的折线而几何互连的方式布置在所述第二类型的板中，其中所述周期性形成的折线包括多个拐角点，并且其中每个开口的所述中心点位于所述周期性形成的折线的多个拐角点中的一个拐角点上。
根据本发明的另一个实施方式，所述第二流体分配元件的所述第二类型的板定位在第二流体分配元件的所述第一类型的板的与所述第一流体分配元件相反的一侧。
根据本发明的又一个实施方式，所述第一类型的板可以具有相同的厚度。根据本发明的还一个实施方式，所述第一类型的板和所述第二类型的板可以具有相同的厚度。
根据本发明的又一个实施方式，第一流体分配元件和/或所述第二流体分配元件包括至少一个盖板以用于封闭所述流体路径。一个盖板或彼此叠置上的多个盖板防止冷却液体的泄露。此外，盖板可具有用于入口的开口，所述入口用于引入或排出冷却介质。
根据本发明的再一个实施方式，所述多个管平行布置。但是，管的排列并不限于平行取向。其它方位也是可能的，并且不限制本发明的在此所描述的积极影响。
根据本发明的还一个实施方式，所述热交换装置包括用于将热负荷传递至所述多个管中的流体的第一热传递元件和用于将热负荷从所述多个管中的流体传递至外部冷却介质的第二热传递元件，其中所述第一热传递元件布置在所述第一流体分配元件的端部区域中或布置在所述第二流体分配元件的端部区域中，并且其中所述第二热传递元件布置在所述第一热传递元件的相反侧。外部冷却介质可以是例如被引导到所述热交换装置以及从所述热交换装置引导的气流。
根据本发明的另一个实施方式，所述第一热传递元件包括多个槽以用于接收所述多个管中的所述管的一部分，并且所述管的所述一部分完全嵌入在所述槽中。多个槽布置在第一热传递元件的内部。应当指出，在本发明的优选实施方案中，所有管都嵌入。槽的一个优点可以通过热交换装置的下面有用的应用进行说明：当多个热交换装置设置成与元件堆叠，嵌入在第一热传递元件内的槽中的管在夹紧装置被施用到该堆叠时不会损坏。
根据本发明的又一个实施方式，所述第一流体分配元件或所述第二流体分配元件至少包括两个板，所述两个板带有开口以用于连接位于所述第一分配元件或所述第二流体分配元件的相反侧的所述多个管中的所述管。这具有的优点是:还可以以闭环模式操作所述热交换装置。
根据本发明的另一个实施方式，所述第二类型的板具有相同的厚度。
根据本发明的又一个实施方式，所述第二类型的板的厚度与所述第一类型的板的厚度相同。
根据本发明的还一个实施方式，所述第一类型的板的厚度和/或所述第二类型的板的厚度至少大约与管的厚度相同，其中，所述管的厚度定义为所述管的宽度，其中所述管的所述宽度正交于所述管的通道的堆叠方向以及所述管的流体路径方向。
根据本发明的另一个实施方式，在所述第一分配元件中，至少一个所述第一类型的板和所述第二类型的板直接彼此叠置。
根据本发明的再一个实施方式，在所述第二流体分配元件中，至少一个所述第一类型的板和所述第二类型的板直接彼此叠置。
根据本发明的另一个实施方式，可以构造第一冷却装置，其中该冷却装置包括至少一个热交换装置；至少一个开关装置；并且其中所述开关装置与所述至少一个热交换装置物理接触以用于将热负荷从所述开关装置传送至至少一个热交换装置。这样的冷却装置可以通过在热交换装置上安装功率半导体装置诸如IGCT、IGBT部件或任何其它功率半导体开关装置而建造。
根据本发明的再一个实施方式，可以构造第二冷却装置，所述第二冷却装置包括多个单元，所述多个单元彼此机械联接，其中每个单元包括：至少一个热交换装置；至少一个开关装置；并且其中所述开关装置与所述至少一个热交换装置物理接触以用于将热负荷从所述开关装置传送至至少一个热交换装置，并且其中在彼此相邻设置的两个单元之间设置有电绝缘元件。这种冷却装置可用于基于功率半导体开关装置的直流断路器应用场合。
附图说明
在下文中参照在附图中示出的示例性实施方式对本发明的主题进行更详细的说明。
在附图中：
图1示意性示出了根据本发明的第一实施方式的热交换装置；
图2示意性示出了根据本发明的第二实施方式的热交换装置；
图3示意性示出了根据本发明的第三实施方式的热交换装置；
图4示意性示出了根据本发明的一个实施方式的流体分配元件的结构；
图5示意性示出了根据本发明的一个实施方式的热传递元件的一部分的详细视图；
图6示意性示出了用于根据本发明的热交换装置的第一冷却装置；
图7示意性示出了用于根据本发明的热交换装置的第二冷却装置。
具体实施方式
在图中使用的参考标号及其含义在参考标号列表中以概括形式列出。原则上，相同的部件在图中设置有相同的参考标号。任何描述的实施方案都代表了本发明的主题的示例，并且不具有任何限制性的作用。
图1示出基于脉动热管的热交换装置1的第一实施方式，所述脉动热管包括多个管9以提供热交换装置1的第一流体分配元件10和第二流体分配元件11之间的流体路径。多个管9中的每个管9包括成组的通道12。第一流体分配元件10和第二流体分配元件11中的每者包括第一类型的板13，其中每个第一类型的板13包括开口14。还应该注意的是，每个管可以是多端口挤出成型管(MPE)。此外，应该指出的是，第一类型的板13具有相同的厚度。
第一流体分配元件10包括第二类型的板15，并且其中所述第二类型的板15包括开口17以用于提供所述多个管9之间的流体路径。第二类型的板15定位在第一流体分配元件10的第一类型的板13的与第二流体分配元件11相反的一侧。术语“在…一侧”是指在顶部或在底部。
根据图1，第二流体分配元件11的第二类型的板15定位在第二流体分配元件11的所述第一类型的板13的与第一流体分配元件10相反的一侧。
第一流体分配元件10和第二流体分配元件11中的每者都包括板18。该板18具有密封流体路径或热交换装置1的功能。
根据图1，在第一流体分配元件10中，板18直接堆叠在第二类型的板15的顶端。根据图1，在第二流体分配元件11中，板18直接设置在第二类型的板15下方。
此外，根据图1的热交换装置1包括用于将热负荷传递至所述多个管9中的流体的第一热传递元件7和用于将热负荷从所述多个管9中的流体传递至外部冷却介质的第二热传递元件8。所述第一热传递元件7布置在所述第一流体分配元件10的端部区域中。所述第二热传递元件8布置在所述第一热传递元件7的相反侧。外部冷却介质可以是例如被引导到所述热交换装置1以及从所述热交换装置1引导的气流(未示出)。
该多个管9的布置通常是平行的，但应提及的是，本发明的操作并不限于特定排列的管9。
根据图1的实施方式，所述第二类型的板15的所述开口17在所述第二类型的板15中布置成使得：所述第二类型的板15的所述开口17的中心点在几何上是由周期性形成的折线互连，其中所述周期性形成的折线包括多个拐角点，并且其中每个开口17的所述中心点位于所述周期性形成的折线的多个拐角点中的一个拐角点上。然而，第二类型的板15的开口17在第二类型的板15中的其它布置也是可能的。
所述第二类型的板15可以具有相同的厚度。而且，所述第二类型的板15的厚度与可以与所述第一类型的板13的厚度相同。
所述第一类型的板13的厚度和/或所述第二类型的板15的厚度可以至少大约与管9的厚度相同，所述管9的厚度定义为所述管9的宽度，其中所述管9的所述宽度正交于所述管9的通道12的堆叠方向以及所述管9的流体路径方向。
根据图1，在所述第一流体分配元件10中，所述第一类型的板13和所述第二类型的板15直接彼此叠置。
根据图1，在所述第二流体分配元件11中，所述第一类型的板13和所述第二类型的板15直接彼此叠置。
图2示出热交换装置1的第二实施方式。热交换装置1与图1示出的热交换装置1类似。图2中的热交换装置的所述第一流体分配元件10包括带有开口14的第一类型的板和带有开口17的第二类型的板15。图2中的热交换装置1的第二流体分配元件11包括多个四块彼此叠置的第一类型的板13，其中，每个第一类型的板13具有相同的开口14。通过使用多个第一类型的板13，可以保持各个管9的通道12之间的流动面积恒定。图1和图2中示出的热交换装置1以开环配置进行操作。
根据图2，在第二流体分配元件11中，多个板13直接彼此叠置。
根据图2，第一分配元件10包括板18，其中，所述板18直接堆叠在第二类型的板15的顶部。此外，根据图2，第二流体分配元件11包括板18，其中，所述板18直接设置在第一类型的板13的下方。
图3示出热交换装置1的第三实施方式。该热交换装置1与根据图2的第二实施方式不同点仅在于第二流体分配元件11还包括板16、18和19。该板18具有密封流体路径或装置1的功能。具有开口20的板19能够以闭环配置来操作热交换装置1。开口20连接位于第二流体分配元件11的相反侧的多个管9中的各管9。在该热交换装置1需要以开环配置进行操作的情况下，板19应被省略。
图4示出热交换装置1的流体分配元件10、11，流体分配元件10、11包括多个彼此叠置的板。流体分配元件10、11包括第一类型的板13和板16、18和19。板18具有密封热交换装置1(未显示)的功能。此外，板18具有用于入口41的开口40。入口41提供用于流体的填充点。具有带开口20的板19，热交换装置1可以以闭环配置操作。
图5示出第一热传递元件7的一部分的详细视图。第一热传递元件7包括多个槽35以用于接收包括多个通道12的多个管9中的管9的一部分。所述管9的所述一部分嵌入到槽35内以用于对管9提供保护。多个槽35布置在第一热传递元件7内。槽35的优点通过如图6示出：在多个热交换装置与元件堆叠布置的情况下，例如当夹紧装置施用至该堆叠组件(未显示)时，嵌入在第一热传递元件7内的槽35中的管9不被损坏。
图6示出热交换装置1的第一应用示例。两个电子部件22安装到热交换装置1的第一热传递元件7。电子部件22可以是半导体元件，如IGBT或IGCT部件或根据应用领域的任何其它功率半导体开关装置。
图7示出热交换装置1的第二应用示例。根据图7的冷却装置包括以堆叠组件布置的多个热交换装置1。冷却装置25包括四个单元28，其中，每个单元28包括一个热交换装置1、开关装置22。开关装置22与热交换装置1物理接触以用于将热负荷从开关装置22传递到热交换装置1。这样的配置可通过冷却基于IGBT或IGCT部件的直流断路器而得以使用。堆叠组件由夹紧件30夹紧。
附图标记列表
1热交换装置
7第一热传递元件
8第二热传递元件
9管
10第一流体分配元件
11第二流体分配元件
12通道
13第一类型的板
14开口
15第二类型的板
16用作盖的板
17开口
18板
19开口
20用于闭环模式的板
21冷却装置
22开关装置
25冷却装置
26绝缘元件
28单元
30夹紧件
35槽
40开口
41入口

Claims (18)

1.一种基于脉动热管的热交换装置(1)，所述脉动热管包括多个管(9)以提供所述热交换装置(1)的第一流体分配元件(10)和第二流体分配元件(11)之间的流体路径，其中，所述多个管(9)中的每个管(9)包括成组的通道(12)，
其特征在于，所述第一流体分配元件(10)和所述第二流体分配元件(11)各自均至少包括第一类型的板(13)，其中每个第一类型的板(13)包括功能是用于使所述多个管(9)对准的多个开口(14)，并且其中所述第一类型的板(13)具有相同的厚度，并且其中所述第一流体分配元件(10)还包括第二类型的板(15)，并且其中所述第二类型的板(15)包括用于提供所述多个管(9)之间的流体路径的多个开口(17)，并且其中所述第二类型的板(15)定位在第一流体分配元件(10)的所述第一类型的板(13)的、与所述第二流体分配元件(11)相反的一侧。
2.根据权利要求1所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述第二流体分配元件(11)包括多个第一类型的板(13)，其中所述第一类型的板(13)彼此叠置，并且其中所述第一类型的板(13)的所述开口(14)还提供各管(9)的所述成组的通道(12)之间的恒定面积的流动通道。
3.根据权利要求2所述的热交换装置(1)，其特征在于，在所述第二流体分配元件(11)中，所述多个第一类型的板(13)直接彼此叠置。
4.根据权利要求1所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述第二流体分配元件(11)包括所述第二类型的板(15)，其中，所述第二类型的板(15)包括用于沿相邻管(9)的通道(12)之间的流体路径提供恒定面积的流动通道的开口(17)。
5.根据权利要求4所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述第二类型的板(15)的所述开口(17)在所述第二类型的板(15)中布置成使得：所述第二类型的板(15)的所述开口(17)的中心点在几何学上通过周期性形成的折线互连，其中所述周期性形成的折线包括多个拐角点，并且其中每个开口(17)的所述中心点位于所述周期性形成的折线的多个拐角点中的一个拐角点上。
6.根据权利要求4或5所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述第二流体分配元件(11)的所述第二类型的板(15)定位在第二流体分配元件(11)的所述第一类型的板(13)的、与所述第一流体分配元件(10)相反的一侧。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热交换装置(1)，其特征在于，第一流体分配元件(10)和/或所述第二流体分配元件(11)包括用于封闭所述流体路径的至少一个盖板(18)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述多个管(9)平行布置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述热交换装置(1)包括用于将热负荷传递至所述多个管(9)中的流体的第一热传递元件(7)和用于将热负荷从所述多个管(9)中的流体传递至外部冷却介质的第二热传递元件(8)，其中所述第一热传递元件(7)布置在所述第一流体分配元件(10)的端部区域中或布置在所述第二流体分配元件(11)的端部区域中，并且其中所述第二热传递元件(7)布置在所述第一热传递元件(8)的相反侧。
10.根据权利要求9所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述第一热传递元件(7)包括多个槽(35)以用于接收所述多个管(9)中的所述管(9)的一部分，使得所述管(9)的所述一部分完全嵌入在所述槽(35)中。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述第一流体分配元件(10)或所述第二流体分配元件(11)至少包括两个板(16；19)，所述两个板带有开口(20)以用于连接位于所述第一分配元件(10)或所述第二流体分配元件(11)的相反侧的所述多个管(9)中的各管(9)从而以闭环模式操作所述热交换装置(1)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述第二类型的板(15)具有相同的厚度。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述第二类型的板(15)的厚度与所述第一类型的板(13)的厚度相同。
14.根据前述权利要求中任一项所述的热交换装置(1)，其特征在于，所述第一类型的板(13)的厚度和/或所述第二类型的板(15)的厚度至少大约与管(9)的厚度相同，其中，所述管(9)的厚度是指所述管(9)的宽度，其中所述管(9)的所述宽度正交于所述管(9)的通道(12)的堆叠方向以及所述管(9)的流体路径方向。
15.根据前述权利要求中任一项所述的热交换装置(1)，其特征在于，在所述第一分配元件(10)中，至少一个所述第一类型的板(13)和所述第二类型的板(15)直接彼此叠置。
16.根据权利要求3-15中任一项所述的热交换装置(1)，其特征在于，在所述第二流体分配元件(11)中，至少一个所述第一类型的板(13)和所述第二类型的板(15)直接彼此叠置。
17.包括至少一个根据权利要求1-8中任一项所述的热交换装置(1)的冷却装置(21)，所述冷却装置(21)包括：
至少一个热交换装置(1)；
至少一个开关装置(22)；并且
其中所述开关装置(22)与所述至少一个热交换装置(1)物理接触，以用于将热负荷从所述开关装置(22)传递至所述至少一个热交换装置(1)。
18.包括至少一个根据权利要求1-8中任一项所述的热交换装置(1)的冷却装置(25)，所述冷却装置(25)包括多个单元(28)，所述多个单元(28)彼此机械联接，其中每个单元(28)包括：
至少一个热交换装置(1)；
至少一个开关装置(22)；并且
其中所述开关装置(22)与所述至少一个热交换装置(1)物理接触，以用于将热负荷从所述开关装置(22)传递至所述至少一个热交换装置(1)，并且其中在彼此相邻设置的两个单元(28)之间设置有电绝缘元件(26)。
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