CN106922108A - 冷却组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种冷却组件包括：沿堆叠方向(101)堆叠的多个翅片元件(2)；多个冷却剂通道(4)，它们各自位于相邻的翅片元件(2)之间，并且沿垂直于堆叠方向(101)的冷却剂通道方向(102)延伸；第一热传递表面(10)，其适于接触发热元件(19)；以及与第一热传递表面(10)间隔开的第二热传递表面(20)，多个翅片元件(2)和多个冷却剂通道(4)位于第一热传递表面(10)和第二热传递表面(20)之间。各个翅片元件(2)包括嵌入其中的脉动热管(6)，各个脉动热管(6)的主脉动方向基本平行于第一热传递表面(10)的法线。

Description

冷却组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种冷却组件及其制造方法。
背景技术
本领域中已知的是使用散热器来冷却电力驱动器。散热器是在任何定向上工作的无源热交换器。
与散热器相关联的缺点之一是它们的效率低。
发明内容
本发明的目标是提供一种冷却组件来缓解以上缺点。本发明的另一个目标是提供一种用于制造根据本发明的冷却组件的方法。
本发明的目标由特征为独立权利要求中陈述的那样的冷却组件和方法实现。在从属权利要求中公开本发明的优选实施例。
本发明基于这样的思想：将脉动热管嵌入到冷却组件的各个翅片元件中，使得脉动热管的主脉动方向基本平行于冷却组件的适于接触发热元件的热传递表面的法线。
因而脉动热管在本领域中是已知的。已知的脉动热管由具有若干U形弯的毛细管道尺寸的蜿蜒管道组成。在蜿蜒管道内部不存在额外的毛细管道结构。蜿蜒管道部分地填充有工作流体。在脉动热管的运行期间，液体工作流体和气泡在蜿蜒管道中振荡，从而将热从脉动热管的较热部分传递到脉动热管的较冷部分。脉动热管在任何定向上工作。
本发明的冷却组件的优点在于效率比具有相同大小的传统散热器更高。根据本发明的冷却组件还能够在任何定向上工作。
可使用本领域中众所周知的板杆技术来制造根据本发明的冷却组件。利用板杆技术可降低制造成本。
在实施例中，各个脉动热管包括多个毛细管道元件，诸如夹在侧向壁元件之间的多端口挤制管道元件。这种夹心结构使得能够廉价地制造脉动热管。在另一个实施例中，本发明的冷却组件包括适于在若干脉动热管之间提供工作流体连接的歧管系统，从而使得轻易地用工作流体填充脉动热管。
附图说明
在下面将参照附图，借助于优选实施例来更详细地描述本发明，其中
图1显示根据本发明的实施例的冷却组件；
图2从不同的方向显示图1的冷却组件；
图3显示图1的部分地拆开的冷却组件的细节；
图4示出图3的冷却组件的脉动热管的结构和运行；
图5显示沿着线A-A得到的图4的脉动热管的横截面；
图6示出根据本发明的备选实施例的冷却组件的脉动热管的结构和运行；
图7显示图1的部分地拆开的冷却组件；以及
图8示出从冷却剂通道方向看到的图1的冷却组件的细节。
具体实施方式
图1显示根据本发明的实施例的冷却组件。图2从不同的方向显示图1的冷却组件。冷却组件包括多个翅片元件2、多个第一杆元件31、多个第二杆元件32、多个冷却剂通道4、多个空气翅片元件45、第一热传递表面10、第二热传递表面20、歧管系统70和阀系统75。
翅片元件2沿堆叠方向101堆叠。堆叠翅片元件2彼此由第一杆元件31和第二杆元件32间隔开，使得在各个相邻的翅片元件2之间沿堆叠方向101存在第一杆元件31和第二杆元件32，以提供对应的冷却剂通道4。
各个冷却剂通道4沿堆叠方向101位于对应的相邻的翅片元件2之间，以及沿主脉动方向位于对应的第一杆元件31和第二杆元件32之间。各个冷却剂通道4沿垂直于堆叠方向101的冷却剂通道方向102延伸，并且适于气态冷却介质流。各个空气翅片元件45位于对应的冷却剂通道4中，并且适于通过增大热传递表面来加强相邻的翅片元件2和冷却剂通道4中的气态冷却介质流之间的热传递。
第一热传递表面10适于接触发热元件。第一热传递表面10是平坦表面。在图1和2中存在六个发热元件19，它们接触第一热传递表面10。第一热传递表面10的法线垂直于堆叠方向101和冷却剂通道方向102两者。
第二热传递表面20与第一热传递表面10间隔开。第二热传递表面20是平坦表面。多个翅片元件2和多个冷却剂通道4位于第一热传递表面10和第二热传递表面20之间。第二热传递表面20适于接触发热元件。在备选实施例中，第二热传递表面用作适于从冷却组件中传递出热的冷却表面。
各个翅片元件2包括嵌入其中的脉动热管，各个脉动热管的主脉动方向平行于第一热传递表面10的法线。在图1中，脉动热管的主脉动方向垂直于由堆叠方向101和冷却剂通道方向102限定的平面。
当发热元件安装在第一热传递表面10和第二热传递表面20两者上时，脉动热管将热从第一热传递表面10和第二热传递表面20传递到冷却剂通道4，从冷却剂通道4，存在于冷却剂通道4中的气态冷却介质流将热从冷却组件中传递出。如果发热元件仅安装在第一热传递表面10上，则脉动热管将热从第一热传递表面10传递向第二热传递表面20，并且热通过第二热传递表面20和冷却剂通道4离开冷却组件。在上面提到的两种情况下，小部分热通过侧壁离开冷却组件，侧壁的法线平行于堆叠方向101。在后面论述那些侧壁。
在图1的实施例中，第一热传递表面10是底板15的表面。热适于通过底板15从发热元件19传递到翅片元件2和第一杆元件31。在备选实施例中，不存在单独的底板，并且第一热传递表面由翅片元件和第一杆元件形成。
图3显示图1的部分地拆开的冷却组件的细节。在图3中，已经移除了最外部翅片元件的一部分，以揭示最外部翅片元件的内部结构。图4示出嵌入最外部翅片元件中的脉动热管6的内部结构和运行，如从平行于堆叠方向101的方向看到的那样。图4仅示出在冷却剂通道方向102上的热管6的一部分。图5显示沿着线A-A得到的图4的脉动热管6的横截面。
各个翅片元件2包括第一侧向壁元件21、第二侧向壁元件22和多个流分离器25。脉动热管6的工作流体的蜿蜒流径沿堆叠方向101位于第一侧向壁元件21和第二侧向壁元件22之间。在图4中，用流箭头62示出工作流体的蜿蜒流径，并且主脉动方向平行于竖向方向。
流分离器25以交错布置而布置在第一侧向壁元件21和第二侧向壁元件22之间，使得相邻的流分离器25沿冷却剂通道方向102彼此间隔开，以导引脉动热管6中的工作流体流，并且对工作流体提供蜿蜒流径。
在备选实施例中，冷却组件包括流分离器，通过对第一侧向壁元件和/或第二侧向壁元件压纹而形成流分离器。所述压纹流分离器适于以与用图4至6中显示的物理插件形成的流分离器相同的方式工作。在许多实施例中，使用压纹流分离器而非物理插件是更容易和廉价的。
在另一个备选实施例中，冷却组件包括通过压纹之外的过程将流分离器集成到第一侧向壁元件和/或第二侧向壁元件中的流分离器。例如，对侧向壁元件模制或3D打印集成式流分离器是可行的。
各个脉动热管6包括多个毛细管道元件8，它们各自包括适于沿主脉动方向对工作流体限定流径的多个毛细管道82。各个流分离器25适于将工作流体流从一个毛细管道元件8导引到相邻的毛细管道元件8，使得对工作流体提供蜿蜒流径。在图4中，流分离器25备选地允许工作流体从一个毛细管道元件8传送到脉动热管6的上部部分和下部部分中的相邻的毛细管道元件8。应当注意，在脉动热管6的正常运行期间，脉动热管6内部的工作流体实际上沿主脉动方向来回振荡，而不沿冷却剂通道方向传播。
各个毛细管道元件8是多端口挤制管道元件或MPE管道元件。在实施例中，毛细管道元件由铝制成。用铝制造翅片元件的第一杆元件、第二杆元件和第一侧向壁元件和第二侧向壁元件也是可行的。MPE管道元件制造起来是廉价的，因为可将长的中间多端口挤制元件切割成长度合适的MPE管道元件。多端口挤制管道的制造在本领域中是已知的。在备选实施例中，毛细管道元件包括传统的折叠式翅片结构。
图6示出根据本发明的备选实施例的冷却组件的脉动热管的结构和运行。图6的流分离器25'具有与图4的流分离器25不同的形式。在其它方面，图4和6的脉动热管是相同的。
各个流分离器25'包括：第一部件251'，其基本平行于主脉动方向线性地延伸，并且沿冷却剂通道方向102位于相邻的毛细管道元件8'之间；以及第二部件252'，其沿主脉动方向与相邻的毛细管道元件8'间隔开，以将工作流体流从一个毛细管道元件导引到相邻的毛细管道元件，使得对工作流体提供蜿蜒流径。第二部件252'包括歪斜部分，其相对于第一部件251'以分离器角αa延伸。分离器角αa为大约35°。在备选实施例中，分离器角大于15°。
流分离器25'的歪斜部分适于防止毛细管道元件8'在翅片元件的组装期间有不合需要的移位。在其上端处设有歪斜部分的流分离器25'可防止相邻的毛细管道元件8'向上移动超过其恰当位置。相应地，在其下端处设有歪斜部分的流分离器25'可防止相邻的毛细管道元件8'向下移动超过其恰当位置。
基本上，图6中显示的流分离器25'能够防止每个第二毛细管道元件8'有不合需要的移位。在备选实施例中，各个流分离器具有Y形横截面，使得通过相对于主脉动方向对歪斜部分进行镜像来复制图6的歪斜部分。这种Y形流分离器能够防止各个相邻的毛细管道元件朝向歪斜部分的方向有不合需要的移位。
在包括集成到翅片元件的第一侧向壁元件和/或第二侧向壁元件中的流分离器的备选实施例中，各个流分离器包括适于防止相邻的毛细管道元件在翅片元件的组装期间有不合需要的移位的歪斜部分。关于集成式流分离器，可非常自由地选择歪斜部分的形状。
歧管系统70适于在多个脉动热管6之间提供工作流体连接。各个翅片元件2包括流体开口，流体开口与歧管系统70的流体孔口处于流体连接。流体开口允许接近对应的脉动热管6内部的流体空间。
歧管系统70包括第一歧管71和第二歧管72，它们中的每一个都沿堆叠方向101延伸。第一歧管71位于冷却组件的第一端处，并且第二歧管72位于冷却组件的第二端处，冷却组件的第一端是相对于冷却组件的第二端相反的端，冷却组件的第一端和第二端沿冷却剂通道方向102间隔开。
第一歧管71包括在其内部的流体腔体，流体腔体适于对工作流体提供从第一歧管71的一端到另一端的路径。第一歧管71还包括多个流体孔口，以在第一歧管71和若干脉动热管6之间提供工作流体连接。
第二歧管72包括多个连接孔口77，它们中的每一个都适于在两个相邻的翅片元件之间提供流体连接。在图7中可看到连接孔口77，图7显示了图1的部分地拆开的冷却组件。连接孔口77彼此之间不处于流体连接。在备选实施例中，第二歧管是空心元件，而且其连接孔口彼此之间处于流体连接。在另一个备选实施例中，歧管系统仅包括一个歧管，它与多个脉动热管处于流体连接。
阀系统75适于用适当量的工作流体填充各个脉动热管6。阀系统75包括连接到第一歧管71上的流体阀。流体阀位于由第一热传递表面10和第二热传递表面20限定的表面之间。流体阀的轴向方向平行于冷却剂通道方向102，流体阀的轴向方向是工作流体适于流到流体阀中的方向。在备选实施例中，阀系统包括多个流体阀。
冷却组件包括第三热传递表面30和第四热传递表面40，它们中的每一个都是平坦表面，其法线平行于堆叠方向101。第三热传递表面30和第四热传递表面40沿堆叠方向101彼此间隔开。多个翅片元件2沿堆叠方向101位于第三热传递表面30和第四热传递表面40之间。第三热传递表面30和第四热传递表面40中的各个适于接触发热元件，这意味着将发热元件安装在冷却组件的四个侧部上是可行的。在备选实施例中，第三热传递表面30和第四热传递表面40用作适于将热从冷却组件中传递出的冷却表面。
冷却组件的外形类似于传统散热器的外形，以便使得冷却组件能够配合在针对传统散热器设计的电力驱动器中。这使得通过将根据本发明的冷却组件改造到现有电力驱动器，来改进现有电力驱动器的冷却是可行的。在实施例中，待冷却的电力驱动器包括变极器、频率转换器或DC-DC转换器。
图8示出从冷却剂通道方向的看到的图1的冷却组件的细节。图8显示表面底板15和翅片元件2之间的热传递较小。底板15和给定翅片元件2之间的大部分热传递是经由翅片元件2附近的第一杆元件31沿堆叠方向101进行的。因此第一杆元件31在主脉动方向上的尺寸会影响底板15和翅片元件2之间的热传递。类似地，第二杆元件32在主脉动方向上的尺寸会影响翅片元件2和第二热传递表面20之间的热传递。因此，可用第一杆元件和第二杆元件的合适设计来优化翅片元件和第一热传递表面和第二热传递表面之间的热传递。在实施例中，第一杆元件和第二杆元件是相同的。
可使用板杆技术来制造根据本发明的冷却组件。可将根据本发明的冷却组件的翅片元件设计成使得它们具有与传统散热器的翅片基本相同的形式。
对于本领域技术人员来说，可用各种方式实现有创造性的概念将是显而易见的。本发明及其实施例不限于上面描述的示例，而是可在权利要求的范围之内改变。

Claims (10)

1.一种冷却组件，包括：
沿堆叠方向(101)堆叠的多个翅片元件(2)；
多个冷却剂通道(4)，它们各自位于相邻的翅片元件(2)之间，并且沿垂直于所述堆叠方向(101)的冷却剂通道方向(102)延伸，所述多个冷却剂通道(4)适于气态冷却介质流；
第一热传递表面(10)，其适于接触发热元件(19)，所述第一热传递表面(10)的法线基本垂直于所述堆叠方向(101)和所述冷却剂通道方向(102)两者；
与所述第一热传递表面(10)间隔开的第二热传递表面(20)，所述多个翅片元件(2)和所述多个冷却剂通道(4)位于所述第一热传递表面(10)和所述第二热传递表面(20)之间，其特征在于，所述翅片元件(2)中的各个包括嵌入其中的脉动热管(6)，所述脉动热管(6)中的各个的主脉动方向基本平行于所述第一热传递表面(10)的法线，以及
其中，所述翅片元件(2)中的各个包括第一侧向壁元件(21)、第二侧向壁元件(22)和多个流分离器(25)，其中，用于所述脉动热管(6)的工作流体的蜿蜒流径沿所述堆叠方向(101)位于所述第一侧向壁元件(21)和所述第二侧向壁元件(22)之间，所述多个流分离器(25)在所述第一侧向壁元件(21)和所述第二侧向壁元件(22)之间设置成交错布置，使得相邻的流分离器(25)沿所述冷却剂通道方向(102)彼此间隔开，以导引所述脉动热管(6)中的工作流体流，并且对所述工作流体提供所述蜿蜒流径，以及
其中，所述脉动热管(6)中的各个包括多个毛细管道元件(8)，它们各自包括多个毛细管道(82)，所述多个毛细管道(82)适于沿所述主脉动方向限定工作流体的流径，其中，所述流分离器(25)中的各个适于将工作流体流从一个毛细管道元件导引到相邻的毛细管道元件，使得对所述工作流体提供所述蜿蜒流径，以及
其中，所述毛细管道元件(8；8')中的各个是MPE管道元件，以及
其中，所述多个流分离器集成到所述第一侧向壁元件和/或所述第二侧向壁元件中，
以及其中，所述流分离器(25；25')中的各个包括：第一部件(251；251')，其基本平行于所述主脉动方向线性地延伸，并且沿所述冷却剂通道方向(102)位于相邻的毛细管道元件(8；8')之间；以及第二部件(252；252')，其沿所述主脉动方向与所述相邻的毛细管道元件(8；8')间隔开，以将工作流体流从一个毛细管道元件导引到相邻的毛细管道元件，使得对所述工作流体提供所述蜿蜒流径。
2.根据权利要求1所述的冷却组件，其特征在于，所述第二部件(252')包括至少一个歪斜部分，所述至少一个歪斜部分相对于所述第一部件(251')以分离器角(αa)延伸，所述分离器角大于15°，其中，所述至少一个歪斜部分适于在所述翅片元件的组装期间，防止所述流分离器(25')附近的毛细管道元件(8')有不合需要的移位。
3.根据权利要求1或2所述的冷却组件，其特征在于，所述脉动热管(6)中的各个利用工作流体连接而连接到若干其它脉动热管(6)上。
4.根据权利要求3所述的冷却组件，其特征在于，所述冷却组件包括歧管系统(70)，以在不同的脉动热管(6)之间提供所述工作流体连接，所述歧管系统(70)包括沿所述堆叠方向(101)延伸的第一歧管(71)，所述第一歧管(71)位于所述冷却组件的第一端处，所述冷却组件的第一端是相对于所述冷却组件的第二端而相反的端，所述冷却组件的第一端和第二端沿所述冷却剂通道方向(102)间隔开。
5.根据权利要求4所述的冷却组件，其特征在于，所述冷却组件包括阀系统(75)，以对所述脉动热管(6)中的各个填充适当量的工作流体，所述阀系统(75)包括连接到所述第一歧管(71)上的流体阀。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却组件，其特征在于，所述冷却组件包括多个空气翅片元件(45)，它们中的各个位于对应的冷却剂通道(4)中，并且适于加强相邻的翅片元件(2)和所述冷却剂通道(4)中的气态冷却介质流之间的热传递。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却组件，其特征在于，所述冷却组件包括第三热传递表面(30)和沿所述堆叠方向(101)与所述第三热传递表面(30)间隔开的第四热传递表面(40)，所述多个翅片元件(2)位于所述第三热传递表面(30)和所述第四热传递表面(40)之间，其中，所述第二热传递表面(20)、所述第三热传递表面(30)和所述第四热传递表面(40)中的各个适于接触发热元件。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却组件，其特征在于，所述第一热传递表面(10)和所述第二热传递表面(20)是平坦表面且彼此平行，并且所述冷却组件的外形类似于传统散热器的外形，以便使得所述冷却组件能够配合在针对所述传统散热器设计的电力驱动器中。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的冷却组件，其特征在于，所述冷却组件包括多个第一杆元件(31)和多个第二杆元件(32)，使得在各个相邻的翅片元件(2)之间沿所述堆叠方向(101)存在第一杆元件(31)和第二杆元件(32)，以提供对应的冷却剂通道(4)，其中，所述冷却剂通道(4)中的各个沿所述主脉动方向位于对应的第一杆元件(31)和第二杆元件(32)之间。
10.一种用于制造根据权利要求9所述的冷却组件的方法，其特征在于，在所述制造过程中使用板杆技术。
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