CN107429976A - 带有具有用于提高平坦度的表面图案的板的换热器和制造该换热器的方法 - Google Patents

带有具有用于提高平坦度的表面图案的板的换热器和制造该换热器的方法 Download PDF

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Abstract

一种换热器，包括导热的第一板，该第一板具有与传热流体热接触的平坦的第一表面和与待加热或待冷却的诸如电子部件之类的物体热接触的第二表面。第一表面设有包括多个第一凹槽的第一表面图案，而第二表面设有包括多个第二凹槽的第二表面图案。表面图案可构造为并施加为：使得由施加第一表面图案产生的沿着第一表面的伸长量基本上对应于或抵消由施加第二表面图案产生的沿着第二表面的伸长量，从而使得第一板的在第一和第二表面图案形成之前的平坦度的程度将会被保持、维持或提升。

Description

带有具有用于提高平坦度的表面图案的板的换热器和制造该 换热器的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年3月16日提交的美国临时专利申请第62/133,650号和美国临时专利申请第62/133,664号的优先权和权益，其内容以参见的方式纳入本文。
发明领域
本发明总地涉及包括具有第一和第二平坦表面的一个或多个板的换热器，以及涉及制造这种换热器的方法。更具体地，本文所公开的换热器包括至少一个板，该板具有在相反的第一和第二表面上的表面图案，用来维持和/或提升其平坦度。
发明背景
有些换热器包括至少一个传热板，该传热板具有要与传热流体热接触的第一表面和要与待加热或待冷却的物体热接触的相反的第二表面。在这种换热器中，热通过传热板在待加热或待冷却的物体与传热流体之间传递。
出于若干原因，提供具有沿着其第一和第二表面中的一个或两个的高程度平坦度的传热板是很重要的。例如，平坦的第二表面使传热板与待加热或待冷却的物体间的间隙最小化，由此加强与待冷却的物体的热接触，并且使热传递最大化。第一表面的平坦度可能是期望用于允许传热板例如通过钎焊或熔焊接头结合到相邻的板，以形成用于使传热流体沿着传热板的第一表面的循环通道。
在某些应用中，传热板的第二表面可能需要具有表面图案，例如用于加强与待加热或待冷却的物体的接触。然而，发明人已发现在上述传热板中难以提供足够的平坦度。因此，可能不能持续一致地满足上述目标，导致换热器过高的故障率和/或非最佳的性能。
仍然存在对改进的换热器构造和将会确保传热板足够的平坦度的制造方法的需求。
发明内容
一方面，提供包括导热的第一板的换热器，该第一板具有适于与传热流体热接触的平坦的第一表面和适于与待加热或待冷却的物体热接触的平坦的第二表面。第一表面设有包括多个第一凹槽的第一表面图案，各第一凹槽具有基底；而第二表面设有包括多个第二凹槽的第二表面图案，各第二凹槽具有基底。
另一方面，提供制造包括导热的第一板的换热器的方法，该第一板具有适于与传热流体热接触的平坦的第一表面和适于与待加热或待待冷却的物体热接触的平坦的第二表面。该方法包括：(a)在第一表面上形成第一表面图案，其中，第一表面图案包括多个第一凹槽，各第一凹槽具有基底；以及(b)在第二表面上形成第二表面图案，其中，第二表面图案包括多个第二凹槽，各第二凹槽具有基底。
附图简述
现将参照附图仅通过示例的方式描述实施例，在附图中：
图1是根据实施例的换热器的侧剖视图；
图2是根据实施例的换热器的侧剖视图；
图3是根据实施例的换热器的侧剖视图；
图4是图1的换热器的第一板的俯视图，示出第二表面图案；
图5是具有替代的第二表面图案的第一板的俯视图；
图6是第一板的俯视图，示出第一表面图案；
图7是具有替代的第一表面图案的第一板的俯视图；
图8是沿图4中的线8-8’的局部放大剖视图；
图9是图8的V形凹槽的放大图；
图10是替代的凹槽的放大图；
图11是替代的凹槽的放大图；
图12是弯曲的板的俯视立体图，具有仅施加到其第二表面的表面图案；
图13是扭曲的板的正视立体图，具有仅施加到其第二表面的表面图案；
图14是具有第一和第二表面图案的第一板的部分的立体图；
图15示出制造具有第一和第二表面图案的第一板的方法；
图16A至16D示出制造具有内部和外部的表面图案的第一板的多步骤方法；
图17和18各示出第一板的俯视图，示出替代图6所示的第一表面图案的第一表面图案；以及
图19至25各示出第一板的俯视图，示出具有笔直的和/或弯曲的凹槽的替代的第一或第二表面图案。
具体实施方式
现在下文中参照附图描述根据本发明的实施例的换热器10。
换热器10包括在它们的周向边缘处密封在一起的第一板12和第二板14，所述第一和第二板12、14的定位为使其周向边缘向内的区域隔开，以限定在板12、14之间的用于传热流体的流体流动通道16。
至少第一板12是具有第一表面18(在本文中也称作“内表面”)的传热板，该第一表面要与传热流体热接触，并且面向流体流动通道16和第二板14。第一板12也具有相反的第二表面20(在本文中也称作“外表面”)，其要与待加热或待冷却的至少一个物体21接触。
换热器10的第二板14例如借助冲压成形，并且具有平坦的、平面的基底22，其在各侧上由升起的周向凸缘24包围，该周向凸缘具有周向密封表面26，第二板14沿着该周向密封表面26例如借助钎焊或熔焊密封到第一板12的内表面18上的周向密封表面28。
当在本文中使用时，参照第一板12的第一和第二表面18和20使用的词语“接触”的意思是“热接触”，即，热通过第一板12和其表面18、20，在传热流体与物体21之间传递。除非有具体相反的表述，当在本文中使用时，词语“接触”不应解释成要求表面18、20与对应的传热流体和物体21之间直接的物理接触。相反，将理解到的是，热接触的各表面不一定相互直接物理接触，而可由中间部件、层或物质隔开。例如，第一板12的第一表面18可通过中间板、片或垫片与在流体流动通道16中的传热流体热接触。同样，第一板12的第二表面20可通过诸如热交界材料(TIM)之类的中间物质与物体21热接触，在下文中讨论的图2所示的换热器10的变型中，中间物质以附图标记23表示。
在本文中描述的换热器10可应用于冷却诸如绝缘栅双极晶体管(IGBTs)之类的电子部件，在这种情形下，“物体”21会包括需要冷却的一个或多个功率晶体管。在换热器10适于这种应用的情况下，第一板12的第二表面20适于与待冷却的一个或多个物体21紧密热接触。这种换热器的示例在共同转让的US2014/0225363A1和US2014/0224452A1中公开，其全部内容以参见的方式纳入本文。第一板12的相反的第一表面18适于与在流体流动通道16中循环的液态或气态的冷却剂接触，该流体流动通道有时在本文中称作“冷却剂流动通道”。
虽然在本文中描述换热器10具有特别的构造和功能，但将会理解的是，本文中描述的换热器和制造方法可应用于其它类型的使用平坦的板的换热器，包括诸如散热片之类的散热装置，其中，一表面用于与待冷却的物体接触，而相反的表面用于与停滞或流动的诸如空气之类的冷却剂接触，并且其可设有冷却翅片。
如从图1可见的，第一板12的第一和第二表面18、20是大致平坦并且平面的。虽然整个第一板12示为平坦并且平面的，但这可能不是在所有实施例中的情形。在一些实施例中，第一板12可能在与待冷却的物体21接触的区域中是平坦且平面的，但在其他区域可能是非平面的。例如，图2示出是换热器10的变型的换热器10’，其中，第一板12是成形板，其形成有由升起的、与第二板14的周向凸缘相似的周向凸缘24’围绕的、平坦的、平面的基底22’。图3示出换热器10的另一变型换热器10”，其中，第一板12包括是相对厚的、平坦的板的形式的散热片，它的第一表面18固定到较薄的有形的中间板15的表面，该中间板限定载流板的壁，如共同转让的于2015年8月27日提交的美国临时专利申请第62/210,542号中所描述的，其全部内容以参加的方式纳入本文。在该构造中，在散热片12的第二表面20与待冷却的物体21热接触的同时，第一板12的第一表面18与由载流板通过较薄的成形板15承载的液态的冷却剂热接触。在此实施例中，第二板14具有平坦的、平面的、在各侧上由升起的周向凸缘24围绕的基底22，该周向凸缘具有周向密封表面26，而换热器10”还包括中间板15，该中间板具有周向密封表面29和围绕平坦的板壁27的升起的周向凸缘25。第二板14的周向密封表面26例如借助钎焊密封到中间板15的周向密封表面29，流体流动通道16限定在第二板14与中间板15之间。如所示的，第一板12是平坦的，并且比第二板14和中间板15厚，并且第一板12的第一表面18例如借助钎焊固定到中间板15的第一板壁27。在此实施例中，第一板12的第一表面18由中间板15的第一板壁27与流体流动通道16隔开。
在有些实施例中，第一和第二板12、14可由铝或其合金构成，并且可通过在钎焊炉中钎焊而连结在一起。为了便于钎焊，在连结的表面间提供钎焊填充金属。钎焊填充金属可以是在第一板12和/或第二板14的密封表面26、28上的包覆层的形式、插设在密封表面26、28之间的垫片的形式和/或插设在密封表面26、28之间的包覆钎焊片层的形式。由此，表面26、28可不相互直接接触，而可通过未在附图中示出的钎焊填充金属层和/或钎焊片密封在一起。
换热器10还具有入口和出口端口30、32，设有入口和出口配件34、36，以与冷却剂循环系统的其它部件(未示出)连接。在图1所示的换热器10中，在第一板12中设置入口和出口端口30、32以及配件34、36，并且其位于第一板的相对端，以使得冷却剂通过入口端口30和入口配件34进入换热器10，然后流动经过冷却剂流动通道16的长度，并且通过出口端口32和出口配件36离开换热器10。
尽管未在附图中示出，冷却剂流动通道16可设有诸如波纹状翅片或湍流增强器之类的湍流增强插入件，以提供增强的湍流和增多的表面积用于热传递。当在本文中使用时，术语“翅片”和“湍流增强器”意在指的是波纹状的湍流增强插入件，其具有多个轴向延伸的由侧壁连接的脊部或峰部，脊部是圆形的或平坦的。如在本文中限定的，“翅片”具有连续的脊部，而“湍流增强器”具有沿其长度中断的脊部，以使得通过湍流增强器的轴向流动是曲折的。湍流增强器有时称作偏置的或切开的条状翅片，并且这种湍流增强器的示例在美国专利第Re.35,890号(So)和美国专利第6,273,183号(So等人)中描述。So和So等人的专利以其全部内容以参见的方式纳入本文。
待冷却的物体21具有平坦表面，以提供以与第一板12的外表面20的紧密热接触。由待冷却的物体21产生的热或直接地或通过如上所述的一个或多个中间层经由第一板12传递到循环通过冷却剂流动通道16的冷却剂。
尽管换热器10在附图中示出为具有特定的构造，其中，第一和第二板12、14是细长的并且大致呈矩形，并且具有位于第一板12中的端口30、32和配件34、36，将会理解的是，附图仅示出在本发明的范围内的换热器的一种可能的构造。也将会理解的是，板12、14的形状是可变化的，并且端口30、32中的一个或两个以及它们关联的配件34、36可位于第二板14中，如图2和3所示。此外，板12和14的相对厚度在附图中未精确按比例示出。在一些应用中，在提供中间板的情况下，第一板12的厚度显著大于第二板14的厚度和/或中间板15的厚度。
所的实施例中示出换热器10为包括由板对12、14或12、15包围的单独的流体流动通道16。然而，将会理解的是，换热器10可包括附加的板对12、14或12、15。例如，换热器10可包括设置在待冷却的物体21的顶部上的第二板对12、14或12、15，并且可提供歧管(未示出)以连接两板对12、14的冷却剂流动通道16。这些歧管可设置在基本与示出的实施例中由配件34、36占据的位置相同的位置，或它们可设置在板12、14、15之外。包括多个板对的换热器结构在上述的专利申请US2014/0224452A1和于2015年8月27日提交的美国临时专利申请第62/20,542号中示出，后者公开了在载流板之外的结构中设置歧管的构造。
出于多种原因，第一板12的平坦度很重要。例如，第二表面20的平坦度对于提供与待冷却的物体21的平坦表面紧密的热接触很重要，由此能最大化热传递。此外，第一表面18特别是沿着周向密封表面28是平坦的是重要的，以确保会在第一板12的周向密封表面28与第二板14的周向密封表面26之间形成防泄漏结合。同样，在第一板12包括结合到像于2015年8月27日提交的美国临时专利申请第62/210,542号中公开的那样的中间板的散热片的情况下，第一表面18的平坦度对于确保散热片良好地结合到中间板15很重要。例如，将会提供与待冷却的物体21足够接触的平坦度的程度可能是约150-200mm的板长上±约50微米，并且其有时称作“足够的平坦度”。将会理解的是，维持与待冷却的物体21紧密热接触所需要的平坦度的程度通常大于提供与第一板12足够的密封或到中间板15足够的结合所需的平坦度的程度。
第一板12可能最初提供足够的平坦度，但可能在涉及制造换热器10的一个或多个步骤中被从它的平坦状态扭曲。该扭曲可能由例如在第一板12中不平衡的或残余的应力引起，并且可导致板12的弯曲或扭转。在某些情形中，最初提供的第一板12可能是扭曲的。例如，在第一板12是从由卷展开的材料的连续片切割的情况下，最终的第一板12可能由于材料中残余的纵弯导致扭曲。
发明人已发现第一板12的足够的平坦度可通过在第一板12的第一表面18上形成第一表面图案40(在本文中也称作“内部表面图案”)和在第一板12的第二表面20上形成第二表面图案42(在本文中也称作“外部表面图案”)来维持、恢复和/或提升。
发明人已发现在第一板12上形成第一和第二表面图案40、42将会导致沿着第一表面18的第一板12的纵向的和/或横向的伸长，和第一板12的第二表面20的纵向的和/或横向的伸长的部分或完全的抵消量。伸长的部分抵消量可应用于第一板12例如由于残余的纵弯初始地提供不足的平坦度的情形中，以提升第一板12的平坦度。伸长的完全抵消量可应用于第一板初始地提供足够的平坦度的情形中，以维持第一板12的平坦度。
在一些实施例中，由形成第一表面图案40产生的沿横向和/或纵向尺寸的伸长量将会与由形成第二表面图案42产生的沿横向和/或纵向尺寸的伸长量基本上相同。在这些情形中，在沿着第一表面18的伸长基本上对应于或抵消沿着第二表面20的伸长的情况下，第一板12的在第一和第二表面图案40、42形成之前的平坦度程度将会基本上保存或维持。因此，可预期初始平坦的第一板12在第一和第二表面图案40、42形成后维持足够的平坦度。同样，初始扭曲的板12可通过施加可能不能完全相互抵消的第一和第二表面图案40、42而使其平坦度复原和/或提升。
发明人还已发现，在通过形成第一和第二表面图案40、42维持、恢复和/或提升第一板12的平坦度的情况下，通过将板12、14钎焊在一起的步骤将会更容易维持该平坦度。发明人相信，这可能是由于施加表面图案40、42导致的板12中的应力的平衡，由此减少可能在钎焊周期中导致扭曲的残余应力。
发明人已发现同时形成第一表面图案40和第二表面图案42是有利的，以提供应力对称，并且防止由单侧图案形成引起的第一板12的任何弯曲，并且由此在整个形成过程中维持第一板12的足够平坦的状态。然而，将会理解的是，第一和第二表面图案40、42可代替地依次形成，以使得由施加表面图案40或42中的一个造成的第一板12的任何弯曲将会由继而形成另一表面图案40或42来修正。
图4和5是第一板12的第二表面20的俯视图，示出第二表面图案42，其可在第二表面20的整个区域提供或在它的部分中提供。在图4中，第二表面图案42包括纵向延伸的多个平行的凹槽46，其中第一板12的纵向尺寸在图4中由箭头L表示，而横向尺寸由箭头T表示。在图5中，第二表面图案42包括第一多个平行的凹槽46A，其定向为与第一板12的纵向边缘呈约45度，和第二多个平行的凹槽46B，其定向为与第一板12的纵向边缘呈约45度并且与第一多个凹槽46A以大约90度角十字交叉。换言之，第二表面图案具有“滚花的”表面图案的外观。将会理解的是，第一和第二多个凹槽46A、46B的交叉的角度是可变的，并且范围可从约30度到约90度。同样，如图4或5中所示，可仅在第二表面20的将会与待冷却的物体21接触的那些区域中设置外表面图案42。
相似地，图6和7是第一板12的第一表面18的俯视图，示出第一表面图案40，其可在第一表面18的整个区域设置或在它的部分中设置。在图6中，第一表面图案40包括纵向延伸的、平行的多个凹槽46，并且可与第二表面图案42一致。在图7中，第一表面图案40具有与“滚花的”表面图案相似的外观，并且可与图5所示的第二表面图案42一致。
第一和第二表面图案40、42各自包括在对应的第一和第二表面18、20的无图案部分之下延伸的多个凹槽46。每个凹槽46是细长的，具有位于第一或第二表面18、20之下的基底48和一对相对的上边缘49，后者与围绕凹槽46的第一或第二表面18、20基本上齐平。例如，如图8和图9的放大图所示，凹槽46可以是的V形的，具有倾斜侧面。然而，将会理解的是，凹槽46不一定要是V形的，并且凹槽46的基底48可代替地是平坦的(图10)或圆形的的(图11)，而凹槽46的侧面可以是倾斜的或垂直的。凹槽46的形状在一定程度上取决于它们所施加于的板12的结构和功能，因为凹槽46可在换热器中起到一定功能。在一些实施例中，凹槽46可由用模具或压辊的一次或多次冲压或滚压操作形成。
现参照图12和13，发明人已发现，取决于凹槽46的方向，施加表面图案40或42到第一或第二表面18或20中的仅一个的步骤会引起第一板12的表面18或20的沿着第一板12的纵向(L)和横向(T)尺寸中的一个或两个的伸长，其中尺寸L和T在图4至7的俯视图中示出。发明人进一步发现，表面18、20中的一个相对于另一表面18、20的伸长可导致第一板12的诸如沿着纵向尺寸L或横向尺寸T的弯曲和/或板12对角扭转这类的形变。图12和13以夸大的方式示出弯曲和扭转如何影响板12的平坦度，在图12和13中以虚线示出完全平坦的第一板12的边缘。在存在沿纵向和横向两个尺寸的伸长的情况下发生的扭转，这可能当表面图案40或42包括如图13所示的十字交叉的凹槽46时产生。图12示出凹槽46横向地延伸的实施例。
如以上阐述的，由在第一板12的仅一侧18或20上形成表面图案40或42引起的第一板12的形变可能通过降低第一板12的第二表面20维持与待冷却的物体21紧密热接触的能力而对热传递具有不利的影响，并且可能通过降低第一板12的第一表面18与第二板14或中间板15结合的能力而对密封具有不利的影响。发明人也已发现，一旦第一板12由在仅一侧上形成表面图案40或42而形变，可能难于在第一板12钎焊或以其它方式密封到第二板14或中间板15之前、期间或之后恢复第一板12足够的平坦度。
重要的是，应注意到第一和第二表面图案40、42仅在第一板12的表面18、20中形成。表面图案40、42不同于诸如脊部、凸起、升起的凸缘、升起的开口等之类的特征，它们一般延伸穿过板的厚度，以使得它们从板的两侧可见，并且它们一般具有至少与它们在其中形成的板的厚度一样大的高度。相反，第一和第二表面图案40、42各具有在凹槽46的基底48与上边缘49和/或第一板12的围绕表面18或20之间限定的深度D，其中，深度D小于第一板12的厚度。因此，在第一板12的一表面18或20上形成的表面图案40或42从第一板12的相反侧不可见。
通常，第一和第二表面图案40、42的组合深度D(即图案40的D加上图案42的D)小于第一板12的厚度的约百分之50。在具体的实施例中，各第一和第二表面图案40、42可具有从约0.05mm至约0.50mm的深度D，而第一板12的厚度通常是约0.5至约2.5mm。将会理解的是，在第一板12的厚度在该范围的较薄端的情况下，表面图案40、42的深度D通常较低，而在第一板12的厚度在该范围的较厚端的情形下，则较高。
如上所述，第一和第二表面图案40、42选择成使得由施加第一表面图案40产生的第一板12的沿着第一表面18的伸长与由施加第二表面图案42产生的第一板12的沿其第二表面20的伸长基本相同。换言之，如已在上文所述的，沿着第一表面18的伸长量与沿着第二表面20的伸长量基本相同(即，对应于或抵消)，以使得第一板12的平坦度在形成表面图案40、42后维持和/或提升。发明人已发现，通过在第一和第二表面18、20施加表面图案40、42，以使得由施加表面图案40、42产生的应力大致对称，可维持和/或提升平坦度。
为了产生对应的伸长量和应力对称，施加到第一板12的第一和第二表面18、20的表面图案40、42可以是基本相同的表面区域，其位于板12相同的区域中和/或可具有带有相同的尺寸、深度、节距和/或(一个或多个)方向的凹槽46。当在本文中使用时，术语“节距”意思是相邻的凹槽46的基底48之间的距离。
例如，当表面图案40、42彼此一致和/或是彼此的镜像的情况下，可产生对称的应力和对应的伸长量。这可通过比较图4和6与图5和7看到，其中，表面图案40、42是一致的，并且在第一板12的第一和第二表面的相同区域上提供。然而，在某些情形下，可能不能或不期望在第一板12的第一和第二表面18、20上设置一致的表面图案40、42和/或在第一和第二表面18、20的完全相同的区域上提供一致的表面图案40、42。在这些情形下，可改变在第一和第二表面图案40、42中的一个或多个以上参数，而维持期望的伸长力的抵消并提在第一和第二表面18、20中的应力对称，以维持和/或提升第一板12的平坦度。
例如，如图4和5所示，可能期望仅在第二表面20的将会与待冷却的物体21接触的区域中施加第二表面图案42。可能期望在第一表面18的更大或更小的区域上设置第一表面图案40，而不是简单地施加第一表面图案40到第一表面相同的区域(如图6和7所示)。现参照图17和18更详细地阐述它，图17和18示出图6所示的第一板12的第一表面18的替代构造，第二表面20如图4所示。在图17示出的构造中，第一表面图案40由在比第二表面图案42的区域更大的区域上设置的、更宽地隔开的纵向的凹槽46构成。在图18中，第一表面图案40可在第一表面18的更小的区域中设置。在图17和18中，没有在第一表面18的包括周向密封表面28的区域中设置第一表面图案40，周向密封表面在图17和18中以虚线示出。在这些实施例中，周向密封表面28是光滑的并且没有任何表面图案，以加强密封。为了允许在表面图案40、42中的这些和其它变型的同时维持足够的平坦度，可能需要改变一个或多个其它参数，以维持伸长力的抵消，并且提供沿着第一和第二表面18和20的应力对称。
例如，在一些实施例中，第一表面图案40可具有凹槽46，凹槽46具有是第二表面图案42的凹槽46的深度的1/2的深度。在这种构造中，可通过提供具有第二表面图案42的四倍密度的第一表面图案40，即第一表面图案40具有第二表面图案42的节距的1/4的节距来维持伸长力的抵消和应力对称。
在一些实施例中，可通过形成彼此直接相反的第一表面图案40的至少一些凹槽46和第二表面图案42的至少一些凹槽来提供应力对称。在其它实施例中，第一和第二表面图案40、42的几乎所有的凹槽46可彼此直接相反，以使得第一和第二表面图案40、42一致和/或是彼此的镜像。
在一些实施例中，第一和第二图案表面40、42的至少部分凹槽46可具有相同的深度和宽度，和/或第一和第二表面图案40、42是基本相同的节距的，无论表面图案40、42的凹槽46是否彼此直接相反都是如此。
在一些实施例中，第一和第二表面图案40、42的中可包括基本笔直的凹槽46。例如，第一和第二表面图案40、42的所有凹槽46可以是笔直的并且彼此平行，并且可平行于在第一板12的相反侧18或20上的凹槽46。在其它实施例中，表面图案40和/或42的至少一些凹槽46是弯曲的。现参照图19至25在下文中描述包括笔直的和/或弯曲的凹槽46的替代的表面图案40、42的示例。
作为图4和6中示出的包括纵向延伸的笔直的凹槽46的表面图案40、42的替代，图19示出包括在第一板的纵向边缘之间横向地延伸的、笔直的、平行的、多个凹槽46的表面图案40、42。
图20示出包括：笔直的、平行的第一多个凹槽46A的表面图案40、42，凹槽46A定向为与第一板12的纵向边缘成约90度；和笔直的、平行的第二多个凹槽46B，凹槽46B基本上平行于第一板12的纵向边缘，并且以约90度角十字交叉第一多个凹槽46A。该表面图案40、42具有与图5和7所示的相似的“滚花的”表面图案的外观。
图21示出完全由弯曲的凹槽46组成的表面图案40、42的示例。凹槽46是部分或完全重叠的椭圆形或卵形，它们沿第一板12的横向尺寸是细长的。图22示出完全由成对的重叠的、纵向延伸的正弦形的凹槽46A和46B组成的表面图案40、42的示例，其中，每对正弦形的凹槽46A、46B彼此异相，并且，在示出的示例中，具有约180度的相位差。
图23示出与图22所示的相似的、完全由成对的重叠的正弦形的凹槽46A和46B组成的表面图案40、42的示例。如图22所示，各对正弦形凹槽46A、46B以约180度彼此异相。图23与图22差异在于在图23中的正弦凹槽46A、46B是横向地而非纵向地延伸。
图24示出表面图案40、42的示例，其与图20的滚花表面图案相似，只是图24的表面图案40、42包括弯曲的凹槽46A、46B，它们具有波动的正弦形的形状而不是像图20所示那样是笔直的。
图25示出表面图案40、42的示例，其包括以栅格图案设置的、小的、间隔开的、圆形的、多个凹槽46。
将会理解的是，本文中所示出和描述的表面图案40、42仅仅是示例，并且示出在本发明的范围内的表面图案40、42中的许多变型。尽管每个示例性的表面图案40、42示为仅笔直或仅弯曲的凹槽46，将会理解的是，表面图案40、42可包括本文中所示出的和/或所描述的一个或多个凹槽46的组合，包括笔直的凹槽46与弯曲的凹槽46的组合。
图15示出第一和第二表面图案40、42可如何在制造换热器10的方法中形成。如示出的，将空白的第一板12A放置在一对冲压模具60、62之间，并且第一和第二表面图案40、42(它们的位置在图15中以虚线示出)通过在模具60、62之间压紧第一板12形成。模具60、62具有从平坦表面66突出的脊部64，其中，当空白的板12A在模具60、62之间压紧时，脊部64形成凹槽46。
由冲压模具62施加到第一表面18的力与由冲压模具60施加到第二表面20的第二力直接相反，其中，由冲压模具60、62施加的力的方向在图15中由箭头指示。由冲压模具60、62施加到第一和第二表面18、20的力可基本上彼此相反并且相等，以提供应力对称并且提高第一板12的平坦度。
图15示出第一板12和制造方法，其中，第一和第二表面图案40、42包括由冲压模具60、62施加的、平行的、不重叠的、笔直的、多个凹槽46，冲压模具各具有不重叠的、笔直的、平行的、多个脊部64。然而，将会理解的是，根据图15所示的方法施加的第一和第二表面图案40、42中的一个或两个可具有在本文中所描述的具有笔直的或弯曲的凹槽46的或笔直的和弯曲的凹槽46的组合的任何表面图案40、42，包括在图4、6、12、17-19和25中所示的那些。在表面图案40、42形成有弯曲的凹槽46的情况下，冲压模具60、62将会包括对应地弯曲的脊部64。
如现将参照图16A至16D阐述的，第一表面图案40可代替地包括第一组凹槽46A(也在本文中称作多个“第一凹槽”)和第二组凹槽46B(也在本文中称作多个“第二凹槽”)，其中，第一和第二组凹槽46A、46B彼此重叠，并且可选地在第一表面18的相同部分上设置。相似地，第二表面图案42可包括彼此重叠的第一和第二组凹槽46A、46B，并且可选择地在第二表面20的相同部分上提供。
第一和第二表面图案40、42的第一和第二组凹槽46A、46B能以一定角度相互交叉。第一和第二多个凹槽46A的相交的角度是可变化的，并且范围可从约30度至约90度。
尽管非必要，但在各第一和第二组内的凹槽46A、46B可以是基本上笔直的和/或可彼此平行。同样，第一表面图案40的第一组凹槽46A可平行于第二表面图案42的第一组凹槽46A，并且第一表面图案40的第二组凹槽46B可同样平行于第二表面图案42的第二组凹槽46B。
在表面图案40、42包括第一和第二组相交的凹槽46A、46B的情况下，将会理解的是，形成各第一和第二表面图案40、42的步骤将会包括以下子步骤：(i)形成第一组凹槽46A；接着(ii)形成第二组凹槽46B。
图16A示出在空白的平坦的板12A的第一表面18上形成第一组凹槽46A的第一子步骤和在第二表面20上形成第一组凹槽46A的第一子步骤。如图16A所示，这些子步骤可如上所述地通过在一对冲压模具60、62之间压紧空白的平坦的板12A来同时实施，这对冲压模具具有从平坦表面66突出的升起的多个脊部64。通过该冲压操作形成第一组凹槽46A，并且在图16B中示出所获得的中间板12B。尽管非必要，但第一组凹槽46A可相对于板12B的边缘对角地延伸。
如图16C所示，下一个在第一表面18上形成第二组凹槽46B的子步骤可与在第二表面20上形成第二组凹槽46B的子步骤同时实施。这样，该方法允许在第一和第二表面图案40、42各通过多个步骤形成的情形中提供应力对称。图16D中示出最终完成的第一板12，其具有各包括交叉的凹槽46A和46B的图案的第一和第二表面图案40、42，其中，交叉角是约90度。
尽管以上描述提到形成第一和第二组凹槽46A、46A的子步骤同时地在第一和第二表面18、20上实施，但将会理解的是，形成第一和第二组凹槽46A、46A的子步骤中的一个或两个也可在第一和第二表面18、20上依次地实施。因此，由在表面18或20中的一个上形成第一或第二组凹槽46A或46B引起的第一板12的任何弯曲将会由继而在相反的表面18或20上形成第一或第二组凹槽46A或46B修正。
图16A-D示出制造方法，其中，施加到第一板12的第一和第二表面图案40、42各包括重叠或相交的、笔直的、多个凹槽46，它们在两次冲压操作中借助冲压模具60、60施加，其中，每个冲压模具60、62具有不重叠的、笔直的、平行的、多个脊部64。然而，将会理解的是，根据图16A-D所示的方法施加的第一和第二表面图案40、42中的一个或两个可具有在本文中所描述的具有重叠的或相交的、笔直的或弯曲的凹槽46的或笔直的和弯曲的凹槽46的组合的任何表面图案40、42，包括在图5、7、13和20-24示出的那些。在表面图案40、42形成有弯曲的凹槽46的情况下，冲压模具将会包括对应地弯曲的脊部64。
在一些实施例中，开槽的表面图案40、42可包括从第一板12的表面18和20之上升起的脊部，这些脊部包括在形成表面图案40、42期间移位的第一板12的材料。在这点上，图9中的虚线51表示升起的脊部。将会理解的是，升起的脊部的形成将会有效地增加表面图案40、42的深度，因为在这种图案中的凹槽46的上边缘49将会延伸到升起的脊部的顶部，而不是与第一或第二表面18或20的水平齐平。
在期望增加表面摩擦或美观品质的场合，可设置升起的脊部。然而，在与本发明相关的应用中，发明者已发现使脊部的形成最小化对第一板12的第一和第二表面18和20上是有益处的。例如，使在第一板12的第二表面20上升起的脊部的形成最小化可有助于提升待冷却的物体21与第一板12的第二表面20之间的热传递。在这点上，如图9所示的升起的脊部51的存在会导致待冷却的物体21的平坦的底部表面与第一板12的第二表面20隔开，减小物体21与第二表面20之间的热接触，并由此具有对物体21与在流体流动通道16中的冷却剂之间的热传递不利的影响。
相似地，将会理解的是，在第一板12的第一表面18上升起的脊部51的存在会对第一板12与相邻的第二板14或中间板15之间的密封有不利的影响。因此，使第一板12的第一表面18上的升起的脊部51的形成最小化可改善与第二板14或中间板15的密封，特别是在第一表面图案40延伸到第一板12的周向密封表面28内的情形下，在该情形下，钎焊填充金属必须填充凹槽46，以确保板12与14之间足够的密封。使升起的脊部51的形成在密封表面28中最小化将会使密封表面26、28之间的间隙最小化，而增加用于填充凹槽46的钎焊填充金属的可用性，熔融的钎焊填充金属将需要通过毛细作用桥接该间隙，由此可获得更加稳固的钎焊，减少消耗的钎焊填充金属量，并且增加用于填充板12、14之间的接头的无空穴钎焊填充金属的量。
如以上描述的使用具有从平坦表面66突出的脊部64的精细图案的冲压模具60、62将会使脊部51在内部和外部表面图案40、42中的形成最小化。在这一点，模具60、62的脊部64具有对应于在第一板12的表面18或20之下的凹槽46的期望深度D的高度。因此，当板12在模具之间被压紧时，模具60、62的平坦表面66将会触底地抵靠第一板12的内和外表面18、20，并且防止脊部51在突出板12的表面18、20上形成。
在图8-11、14、16B和16D中示出基本上“无脊部的”表面图案40、42。
在一些实施例中，在第一板12的第一表面18上的周向密封表面28可以是光滑并且平坦的，并且没有第一表面图案40。因此，在这些实施例中，第一表面图案40可在距第一表面18的周向边缘一定距离处中止，以保持密封表面28的光滑度。这已经在上文中参照图17和18描述。
尽管已经结合特定的实施例描述了本发明，但本发明不限于此。相反，本发明包括所有可能落入以下权利要求的范围内的实施例。

Claims (38)

1.一种换热器，所述换热器包括导热的第一板，所述第一板具有适于与传热流体热接触的平坦的第一表面和适于与待加热或待冷却的物体热接触的平坦的第二表面；
其中，所述第一表面设有包括多个第一凹槽的第一表面图案，每个所述第一凹槽具有基底；并且
其中，所述第二表面设有包括多个第二凹槽的第二表面图案，每个所述第二凹槽具有基底。
2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第一表面图案具有由所述第一凹槽的深度限定的深度，其中，所述第二表面图案具有由所述第二凹槽的深度限定的深度，并且，其中，所述第一和第二表面图案的组合深度小于导热板的厚度的约百分之50。
3.如权利要求2所述的换热器，其特征在于，每个所述第一和第二表面图案的厚度是从约0.05至约0.50mm。
4.如权利要求2或3所述的换热器，其特征在于，每个所述第一凹槽的所述深度限定在所述第一凹槽的所述基底与所述第一板的所述第一表面之间；和/或
每个所述第二凹槽的所述深度限定在所述第二凹槽的所述基底与所述第一板的所述第二表面之间。
5.如权利要求4所述的换热器，其特征在于，每个所述第一凹槽具有一对相对的上边缘，其与所述第一表面基本上齐平，和/或每个所述第二凹槽具有一对相对的上边缘，其与所述第二表面基本上齐平。
6.如权利要求1至5中任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一和第二表面图案具有基本上相同的一个或多个参数，其中，所述参数是从一个或多个以下参数选择的：图案的表面积、图案在板上的位置、凹槽的形状、凹槽的深度、凹槽的节距和凹槽的一个或多个方向。
7.如权利要求1至6中任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一表面图案的所述多个第一凹槽包括第一组所述第一凹槽和第二组所述第一凹槽，其中，在每个所述第一和第二组中的所述第一凹槽是基本上笔直并且彼此平行的，并且其中，所述第一和第二组的所述第一凹槽相对彼此成角度，并且以范围从30度至90度的角度彼此十字交叉；和/或
其中，包括所述第二表面图案的所述多个第二凹槽包括第一组所述第二凹槽和第二组所述第二凹槽，其中，在每个所述第一和第二组中的所述第二凹槽是基本上笔直且彼此平行的，并且其中，所述第一和第二组的所述第二凹槽相对彼此成角度，并且以范围从约30度至约90度的角度彼此十字交叉。
8.如权利要求1至7中任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括具有周向密封表面的第二板，并且所述第一板的所述第一表面具有周向密封表面；并且
其中，所述第一板的所述周向密封表面密封到所述第二板的所述周向密封表面，流体流动通道限定在所述第二板与所述第一板的所述第一表面之间。
9.如权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述第一板具有外周向边缘；
其中，所述第一板的所述周向密封表面沿着所述外周向边缘延伸；并且
其中，所述第一板的所述周向密封表面是光滑的、平坦的并且没有所述第一表面图案。
10.如权利要求1至7中任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括具有周向密封表面的第二板和具有围绕平坦的板壁的周向密封边缘的中间板；
其中，所述第二板的所述周向密封表面密封到所述中间板的所述周向密封表面，流体流动通道限定在所述第二板与所述中间板之间；并且
其中，所述第一板是平坦的，并且比所述第一板和所述中间板厚，其中，所述第一板的所述第一表面固定到所述中间板的所述平坦的板壁，并且其中，所述第一板的所述第一表面通过所述中间板的所述平坦的板壁与所述流体流动通道隔开。
11.如权利要求1至10中任一项所述的换热器，其特征在于，构成所述第一表面图案的至少一些所述第一凹槽与构成所述第二表面图案的至少一些所述第二凹槽彼此直接相反。
12.如权利要求11所述的换热器，其特征在于，彼此直接相反的至少一些所述第一凹槽和所述第二凹槽具有相同的深度和宽度。
13.如权利要求1至12中任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一和第二表面图案是基本上相同的节距。
14.如权利要求1至13中任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一凹槽是基本上笔直的并且彼此平行，并且所述第二凹槽是基本上笔直的并且彼此平行。
15.如权利要求1至14中任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一表面图案包括第一组所述第一凹槽和第二组所述第一凹槽，其中，所述第一和第二组所述第一凹槽彼此重叠；和/或
其中，所述第二表面图案包括第一组所述第二凹槽和第二组所述第二凹槽，其中，所述第一和第二组所述第二凹槽彼此重叠。
16.如权利要求15所述的换热器，其特征在于，所述第一和第二组所述第一凹槽以一定角度相互交叉；和/或
所述第一和第二组所述第二凹槽以一定角度相互交叉。
17.如权利要求1至6中任一项所述的换热器，其特征在于，所述第一表面图案的至少一些所述凹槽和/或所述第二表面图案的至少一些所述凹槽是弯曲的。
18.制造包括导热的第一板的换热器的方法，所述第一板具有适于与传热流体热接触的平坦的第一表面和适于与待加热或待冷却的物体热接触的平坦的第二表面，所述方法包括：
(a)在所述第一表面上形成第一表面图案，其中，所述第一表面图案包括多个第一凹槽，每个所述第一凹槽具有基底；以及
(b)在所述第二表面上形成第二表面图案，其中，所述第二表面图案包括多个第二凹槽，每个所述第二凹槽具有基底。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述形成所述第一表面图案和所述第二表面图案的步骤同时实施。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述形成所述第一表面图案和所述第二表面图案的步骤依次实施。
21.如权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征在于，构成所述第一表面图案的至少一些所述第一凹槽和构成所述第二表面图案的至少一些所述第二凹槽彼此直接相反。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，构成所述第一表面图案的基本上所有所述第一凹槽和构成所述第二表面图案的基本上所有所述第二凹槽彼此直接相反。
23.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，彼此直接相反的至少一些所述第一凹槽和所述第二凹槽具有相同的深度和宽度。
24.如权利要求21至23中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一和第二表面图案是基本上相同的节距的。
25.如权利要求18至24中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一表面图案包括第一组所述第一凹槽和第二组所述第一凹槽，其中，所述第一和第二组所述第一凹槽彼此重叠；和/或
其中，所述第二表面图案包括第一组所述第二凹槽和第二组所述第二凹槽，其中，所述第一和第二组所述第二凹槽彼此重叠。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一和第二组所述第一凹槽以一定的角度相互交叉；和/或
所述第一和第二组所述第二凹槽以一定的角度相互交叉。
27.如权利要求18至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽和所述第二凹槽是基本上笔直的。
28.如权利要求27所述方法，其特征在于，所述第一凹槽基本上彼此平行，并且所述第二凹槽基本上彼此平行。
29.如权利要求18至26中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一表面图案的至少一些所述凹槽和/或所述第二表面图案的至少一些所述凹槽是弯曲的。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，形成所述第一表面图案的步骤包括以下子步骤：
(i)形成所述第一组所述第一凹槽，接着
(ii)形成所述第二组所述第一凹槽；和/或
其中，形成所述第二表面图案的步骤包括以下子步骤：
(i)形成所述第一组所述第二凹槽，接着
(ii)形成所述第二组所述第二凹槽。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，形成所述第一组所述第一凹槽的所述子步骤与形成所述第一组所述第二凹槽的所述子步骤同时实施；和/或
形成所述第二组所述第一凹槽的所述子步骤与形成所述第二组所述第二凹槽的所述子步骤同时实施。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，形成所述第一组所述第一凹槽的所述子步骤与形成所述第一组所述第二凹槽的所述子步骤依次实施；和/或
形成所述第二组所述第一凹槽的所述子步骤与形成所述第二组所述第二凹槽的所述子步骤依次实施。
33.如权利要求18至32中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一和第二表面图案借助冲压或滚压相应的所述第一和第二表面来形成。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述第一和第二表面图案通过在一对冲压模具之间压紧所述第一板来形成，其中，由所述冲压模具中的第一个施加到所述第一表面的力与由所述冲压模具中的第二个施加到所述第二表面的第二力直接相反。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，由相应的第一和第二冲压模具施加到所述第一和第二表面的力基本上彼此相等且相反。
36.如权利要求34或35所述的方法，其特征在于，每个所述冲压模具包括具有多个脊部的板，所述脊部被成形以形成所述第一凹槽或所述第二凹槽，其中，每个所述板具有所述脊部从其突出的平坦表面，以使得所述第一或第二凹槽的所述基底在所述第一板的所述第一和第二表面之下形成，并使得所述第一或第二凹槽具有与所述第一板的相应的所述第一或第二表面的包围区域基本上齐平的上边缘。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，每个所述冲压模具的所述脊部具有与所述第一板的相应的所述第一或第二表面之下的所述第一或第二凹槽的深度基本上相等的高度，所述第一或第二凹槽在所述第一板中形成。
38.如权利要求18至37中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一板的所述第一表面具有密封表面，并且所述换热器还包括具有密封表面的第二板，并且其中，所述方法还包括将所述第一板的所述密封表面和所述第二板的所述密封表面连结的步骤，从而在所述第二板与所述第一板的第二表面之间限定流体流动通道。
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