CN110966879A - 具有通过血管通道增强传热的组件及其制造方法 - Google Patents

具有通过血管通道增强传热的组件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的各个方面的功率模块包括壳体和导热元件。所述壳体包括聚合物。所述壳体至少部分地限定通道。所述通道被配置为接收流体。所述导热元件至少部分地设置在所述壳体内。所述导热元件与所述通道流体连通。所述导热元件包括导热材料。所述导热元件与所述通道和热源热连通。在某些方面，导热元件包括突起、销和护套中的至少一者。制造具有用于传热的导热元件的通道的方法包括(a)形成通道、(b)形成壳体，以及(c)去除牺牲材料。

Description

具有通过血管通道增强传热的组件及其制造方法
引言
本发明涉及具有通过血管通道增强传热的组件及制造具有血管通道的组件的方法。
本部分提供与本发明相关的背景信息，所述背景信息并不一定是现有技术。
传统上，用于汽车应用的许多部件已经由诸如钢和铁等金属制成。金属部件是坚固的，通常具有良好的延展性、耐用性、强度和抗冲击性。虽然金属已经执行作为可接受的车辆部件，但是它们在重量、降低重量效率、车辆性能和动力方面具有明显的缺点，由此降低了车辆的燃料经济性。
为了提高车辆燃料经济性而减轻重量已经激发了各种轻质金属部件(诸如铝和镁合金)的使用以及轻质加强复合材料的使用。虽然这种轻质材料的使用可用于减轻总体重量并且通常可以提高燃料效率，但是当使用暴露于高温的部件中的此类材料时可能会引发问题。例如，与传统的钢或陶瓷材料相比，轻质金属部件也可以具有相对高的线性热膨胀系数。此类轻质金属的使用可能导致相对于具有较低线性热膨胀系数的相邻部件(如钢或陶瓷材料)在某些热操作条件下的不均匀热膨胀，从而导致部件分离和降低性能。另外，轻质增强复合材料的性能在连续暴露于高温后会降低。
发明内容
本节提供本发明的一般概述，而并非是本发明的全部范围或其全部特征的全面公开。
在各个方面，本发明提供了一种制造具有用于传热的导热元件的通道的方法。所述方法包括(a)形成通道、(b)形成壳体，和(c)去除牺牲材料。形成所述通道包括(i)用第一导热部件的第一多个导热元件刺穿第一通道前体以形成第一中间组件，所述第一通道前体包括第一牺牲材料，所述第一导热部件包括第一导热元件材料；或(ii)用多个第二导热元件刺穿第二通道前体以形成第二中间组件，所述第二通道前体包括第二牺牲材料，所述第二多个导热元件包括第二导热材料；或(iii)将第三导热元件施加到第三通道前体以形成第三中间组件，所述第三通道前体包括第三牺牲材料，所述第三导热元件包括第三导热材料。形成所述壳体包括将所述第一、第二或第三中间组件放置在相应的第一、第二或第三模具中。形成所述壳体还包括将壳体前体引入所述相应的第一、第二或第三模具中，所述壳体前体包含聚合物前体。形成所述壳体还包括凝固所述聚合物前体以形成：(i)第一固体聚合物组件，其包括围绕所述第一通道前体的至少一部分设置的第一聚合物壳体；或(ii)第二固体聚合物组件，其包括围绕所述第二通道前体的至少一部分设置的第二聚合物壳体；或(iii)第三固体聚合物组件，其包括围绕所述第三通道前体的至少一部分设置的第三聚合物壳体。所述去除包括(i)去除所述第一牺牲材料以形成包括所述多个第一导热元件的第一通道，其中所述第一通道限定在所述第一聚合物壳体和所述第一导热部件中；或(ii)去除所述第二牺牲材料以形成包括所述多个第二导热元件的第二通道，其中所述第二通道限定在所述第二聚合物壳体中；或(iii)去除所述第三牺牲材料以形成包括所述第三导热元件的第三通道，其中所述第三通道限定在所述第三聚合物壳体中。
一方面，所述壳体前体还包括多种增强纤维或多个增强颗粒中的至少一种。
一方面，所述多种增强纤维或所述多个增强颗粒是导热的。
一方面，施加所述第三导热元件包括围绕所述第三通道前体的外表面的至少一部分周向地施加所述第三导热材料。
一方面，所述相应的第一、第二或第三牺牲材料包括能够具有以下一项或多项的材料：熔化、汽化、燃烧和增溶。
一方面，所述第一、第二或第三导热材料包括金属材料、陶瓷材料或者它们的组合。
一方面，所述第一多个导热元件沿所述第一通道的直径的至少一部分延伸。
一方面，所述多个第一导热元件中的第一导热元件包括突起；或多个第二导热元件中的第二导热元件包括销；或所述第三导热元件包括线圈、编织管、网状管、针织管或钩针编织管中的一种或多种。
一方面，所述第一通道限定大于或等于约100μm至小于或等于约10mm的直径；或所述第二通道限定大于或等于约100μm至小于或等于约10mm的直径；或所述第三通道限定大于或等于约100μm至小于或等于约10mm的直径。
一方面，所述第一通道的开放体积为所述第一通道的总体积的至少约40％；或所述第二通道的开放体积为所述第二通道的总体积的至少约40％；或所述第三通道的开放体积为所述第三通道的总体积的至少约40％。
在各个方面中，本发明提供了一种功率模块。所述功率模块包括壳体和导热元件。所述壳体包括聚合物。所述壳体至少部分地限定通道。所述通道被配置为接收流体。所述导热元件至少部分地设置在所述壳体内。所述导热元件与所述通道流体连通。所述导热元件包括导热材料。所述导热元件与所述通道和热源热连通。
一方面，所述功率模块还包括电子部件和散热器部件。所述散热器部件设置在所述壳体内。所述散热器部件与所述电子部件和所述通道热接触。
一方面，所述壳体包括增强复合材料。所述增强复合材料包括聚合物和(a)多种增强纤维或(b)多个增强颗粒中的至少一种。所述多种增强纤维或所述多个增强颗粒是导热的。
一方面，所述导热元件至少部分地突出到所述通道中。
一方面，所述导热元件和所述壳体配合以限定所述通道。
一方面，所述通道限定大于或等于约100μm至小于或等于约10mm的直径。
一方面，所述通道包括外壳。所述外壳限定大于或等于约1μm至小于或等于约1mm的壁厚。所述外壳包括金属、聚合物、聚合物复合材料或者它们的组合。
一方面，所述通道的开放体积为所述通道的总体积的至少约40％。
一方面，所述通道沿纵向轴线延伸。所述通道限定基本上垂直于所述纵向轴线的横截面形状。所述横截面形状选自：圆形、三角形、椭圆形、矩形和多点星形。
一方面，所述横截面形状选自：三角形、矩形和多点星形。
从本文所提供的描述中将明白进一步应用领域。本发明内容中的描述和具体实例仅旨在用于说明目的并且不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本文所述的附图仅用于选定实施例而非全部可能实施例的说明目的并且不旨在限制本发明的范围。
图1A至1B是根据本发明的各个方面的功率模块的示意图；图1A是透视图；图1B是沿图1A的线1B-1B截取的横截面视图；
图2是根据本发明的各个方面的另一个功率模块的剖视图；
图3是根据本发明的各个方面的又另一功率模块的剖视图；
图4A至4B是根据本发明的各个方面的具有冷却通道和多个突起的血管组件的局部视图；图4A是侧面剖视图；图4B是从图4A的线4B-4B截取的俯视剖视图；
图5A至5B是根据本发明的各个方面的具有冷却通道和多个销的另一个血管组件的局部视图；图5A是侧面剖视图；图5B是从图5A的线5B-5B截取的俯视剖视图；
图6A至6B是根据本发明的各个方面的具有冷却通道的血管组件的局部视图；图6A是侧面剖视图；图6B是从图6A的线6B-6B截取的俯视剖视图；
图7至14是限定具有不同导热元件的通道的部件的局部剖视图；图7示出了根据本发明的各个方面的部分地延伸到通道中的导热元件；图8示出了根据本发明的各个方面的限定锯齿形状的导热元件；图9示出了根据本发明的各个方面的限定不同高度的导热元件；图10示出了根据本发明的各个方面的限定钩形状的导热元件；图11示出了根据本发明的各个方面的限定开口的导热元件；图12示出了根据本发明的各个方面的限定不同形状和尺寸的多个导热元件；图13示出了根据本发明的各个方面的完全延伸穿过通道的导热元件；图14示出了根据本发明的各个方面的限定凹槽的导热元件；
图15至20是根据本发明的各个方面的具有不同的冷却通道形状的部件的剖视图；图15示出了根据本发明的各个方面的具有基本圆形横截面的通道；图16示出了根据本发明的各个方面的具有基本三角形横截面的通道；图17示出了根据本发明的各个方面的具有基本矩形横截面的通道；图18示出了根据本发明的各个方面的具有基本椭圆形横截面的通道；图19示出了根据本发明的各个方面的具有基本星形横截面的通道；图20示出了根据本发明的各个方面的具有另一个基本星形横截面的通道；
图21是根据本发明的各个方面的限定具有壳的通道的部件的剖视图；
图22A至22B涉及根据本发明的各个方面的形成通道前体的方法；图22A是用于形成通道的挤出设备的示意图；图22B是限定通道的部件的剖视图；
图23A至23E描绘了根据本发明的各个方面的制造图4A至4B的血管组件的方法；
图24A至24E描绘了根据本发明的各个方面的制造图5A至5B的血管组件的方法；
图25A至25E描绘了根据本发明的各个方面的制造图6A至6B的血管组件的方法；并且
图26A至26B示出了根据本发明的各个方面的血管组件，所述血管组件限定了与导热元件连通并且暴露于热源的通道。图26A是所述部件的透视图；并且图26B是限定导热元件的导热部件的一部分的透视图。
对应的附图标记在附图的几个视图中指示对应的部分。
具体实施方式
提供示例性实施例使得本发明将是详尽的，并且将向本领域技术人员完整地传达范围。陈述数种具体细节(诸如具体组合物、部件、装置和方法的实例)以提供对本发明的实施例的详尽理解。本领域技术人员将明白的是，不需要采用具体细节、可以许多不同形式实施示例性实施例，且不应被解释为限制本发明的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知过程、公知装置结构以及公知技术。
本文中所使用的术语仅仅用于描述特定示例性实施例的目的，而不旨在限制。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”也可以旨在包括复数形式。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”是包括性的并且因此规定所述特征、元件、组合物、步骤、整体、操作和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或增加。虽然开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文所阐述的各种实施例的非限制性术语，但是在某些方面中，所述术语可替代地被理解为反而是更限制和限制性的术语，诸如“由......组成”或“基本上由...组成”。因此，对于引用组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤的任何给定实施例，本发明还具体包括由此类所列举的组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤组成或基本上由其组成的实施例。在“由...组成”的情况下，替代实施例排除了任何另外的组合物、材料，部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤，而在“基本上由......组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特性的任何另外的组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤被排除在这样的实施例之外、但是实质上不影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或过程步骤可被包括在实施例中。
除非具体识别为执行顺序，否则本文所述的任何方法步骤、过程和操作不应被理解为必须需要以所讨论或说明的特定顺序来执行所述方法步骤、过程和操作。还应当理解的是，除非另有指示，否则可采用另外或替代的步骤。
当部件、元件或层称为“在另一个元件或层上”、“接合至”、“连接至”或“联接至”另一个元件或层时，其可以直接在另一个部件、元件或层上、接合、连接、附接或联接至另一个部件、元件或层，或可以存在介入元件或层。相反地，当元件称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可以不存在介入元件或层。用来描述元件之间的关系的其他词语应当以类似方式解译(例如，“在其间”对“直接在其间”、“邻近于”对“直接邻近于”等)。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项的任何和所有组合。
虽然术语第一、第二、第三等可在本文用来描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部分，但是除非另有指示，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可仅用于区分一个步骤、元件、部件、区域、层或部分与另一个步骤、元件、部件、区域、层或部分。除非上下文明确指示，否则诸如“第一”、“第二”等术语以及其他数字术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部分可被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部分而不脱离开示例性实施例的教导。
为了便于描述，可以在本文使用诸如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上面”等空间或时间相对术语来如图中所说明般描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间或时间相对术语可以旨在除图中描绘的定向外还涵盖使用或操作中的装置或系统的不同定向。
在整个发明中，数值表示近似测量值或范围极限以涵盖与给定值和具有约所提及值的实施例以及确切地具有所提及值的实施例的细微偏差。除了在详细描述结束时所提供的工作实例之外，包括所附权利要求书的本说明中的(例如，量或条件的)参数的所有数值应当被理解为在所有情况中被术语“约”修饰，而不论数值前面实际上是否出现“约”。“约”指示所述数值允许一定的略微不精确(一定程度上近似于所述值的精确度；近似地或合理地接近所述值；几乎)。如果由“约”提供的不精确不在本领域中作此通常意义的另外理解，那么如本文所使用的“约”至少指示可以由测量和使用这些参数的普通方法引起的变动。例如，“约”可以包括小于或等于5％、可选地小于或等于4％、可选地小于或等于3％、可选地小于或等于2％、可选地小于或等于1％、可选地小于或等于0.5％并且在某些方面中可选地小于或等于0.1％的变化。
另外，范围的公开包括整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括针对所述范围给定的端点和子范围。
现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。
复合车辆部件特别是在暴露于热源或高温环境期间可能受益于增强的冷却。一种冷却复合部件的方法是使传热流体循环通过复合部件中的血管通道。然而，经由血管通道冷却的功效可能受到包含传热流体的通道周围的复合材料的导热性的限制。通过在复合材料的聚合物中使用导电增强材料(例如，导电增强纤维或颗粒)，可以提高复合材料与传热流体之间的传热速率。在一个示例中，连续碳纤维包括在复合车辆部件中。复合材料在纤维平面内具有导热性，并且在复合材料的整个厚度上具有低导热性。
在各个方面，本发明提供了一种血管组件，所述血管组件增加通过一个或多个血管通道的热传递。血管组件可以包括至少部分地限定通道的壳体。壳体可以由低导热率材料(诸如聚合物)形成。通道与一个或多个导热元件(例如，延伸到通道中的导热突起或销，或至少部分地围绕通道的导热护套)直接流体连通。导热元件与热源和通道热接触。因此，热量经由传导从热源传递到循环通过通道的传热流体。导热元件可以至少部分地延伸到通道中，或者可以至少部分地围绕通道的周边延伸。例如，可以通过改变以下项来优化传热性能：通道的横截面形状：传热元件的形状、尺寸和/或分布：传热流体流动特性；以及壳体材料的组成。血管组件可以包括增加通过复合材料的热传递的附加特征，诸如散热器(例如，导热散热板)和/或导电增强相(例如，导电纤维)。
如上所述，一些车辆部件经常暴露于高温。高温可以通过外部热源产生使得部件设置在高温环境内或者通过内部热源产生。内部热源至少部分地设置在复合部件内。内部热源可以是产生热量的任何功率部件。例如，内部热源可以是电阻器、电容器、电感器、处理器、发动机控制单元、大功率电子器件模块(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT))、马达部件、马达部件的一部分、内燃发动机或内燃发动机机的一部分。
暴露于热量的车辆部件的一个示例是功率电子器件模块。参考图1，提供了根据本发明的各个方面的功率电子器件模块10。在各个方面，功率电子器件模块10可以被称为“血管封装式功率电子器件模块”。功率电子器件模块10包括壳体12。壳体12可以包括增强复合材料。可以包括多个电阻器14的热源设置在壳体12内。电阻器14可以完全封装在壳体12内。电阻器14可以通过电引线15电连接到外部电源(未示出)。电引线15可以诸如通过焊接电连接到电阻器14。
壳体12可以限定多个通道16。传热流体(未示出)可以通过通道16循环以将热量传递离开电阻器14。外部泵(未示出)可以用于使传热流体循环通过通道16。通道16可以彼此流体连接。在各种替代方面，壳体可以限定单个通道，所述通道限定蜿蜒形状(未示出)。如下面将更详细讨论的，通道可以包括多个导热元件(未示出)以增加电气部件与通道16中的传热流体之间的热传递(参见例如图4A至4B的突起100、图5A至5B的销126和/或图6A至6B的线圈154)。
功率电子器件模块10还可以包括第一散热板18、第二散热板20和第三散热板22以促进热量传递离开电阻器14。散热板18、20、22可以由导热材料(例如，铜、铝)形成。电阻器14可以设置在第一散热板18与第二散热板20之间。电阻器14可以通过设置在电阻器14的外表面24与第一散热器板18和第二散热器板20之间的粘合剂(未示出)固定到第一散热器板18和第二散热器板20。通道16可以设置在第二散热板20与第三散热板22之间。
通道16可以在基本上垂直于通道16的相应纵向轴线的方向上限定基本圆形横截面。基本圆形横截面可以限定直径26。散热板18、20、22可以各自限定厚度28。在一个示例中，直径26约为1.8mm，而厚度28约为0.5mm。
参考图2，提供了根据本发明的各个方面的另一个功率电子器件模块40。功率电子器件模块40包括壳体42。包括电气部件44(例如，电路板)的热源设置在壳体42内。电气部件44可以完全封装在壳体42内。电气部件44可以电连接到电引线45，所述电引线至少部分地在壳体42外部延伸。壳体42可以包括增强复合材料部分46，所述增强复合材料部分至少部分地限定隔室48，电气部件44设置在所述隔室中。电气部件44可以通过壳体42的柔性聚合物部分50封装在壳体42内。
功率电子器件模块40还可以包括导热部件52。导热部件52可以包括主体54和多个突起56。壳体42的增强复合材料部分46可以与导热部件52配合以限定通道58，传热流体(未示出)可以循环通过所述通道。导热部件52具有比壳体42的增强复合部分46更高的导热率，并且因此可以改善到通道58中的传热流体的热传递。另外，突起56增加了导热部件52与传热流体之间的接触以增加壳体42的冷却速率并改善功率电子器件模块40的性能。
参考图3，提供了根据本发明的各个方面的又另一功率电子器件模块70。功率电子器件模块70包括壳体72。壳体72可以由增强复合材料形成。可以作为电气部件74(例如，电路板)的热源至少部分地设置在壳体72内。
壳体72限定通道76，传热流体(未示出)可以循环通过所述通道以将热量传递离开电气部件74。通道76可以设置在电气部件74的第一侧78和第二侧80上。多个销82可以延伸穿过通道76。销82可以由导热材料制成。每个销82包括第一端84和与第一端84相对的第二端86。第一端84和第二端86可以各自在通道76的相对侧上延伸到壳体72中。销82可以增加壳体72与通道76中的传热流体之间的导热传递。在各个方面，增强复合材料可以包括导热增强纤维或颗粒，以促进热量从电气部件74通过壳体72传递到通道76中的传热流体。
血管组件
如上文在功率电子器件模块10、40、70的背景下所描述的，根据本发明的各个方面的血管组件通常包括至少部分地限定一个或多个通道的壳体。壳体暴露于热源，所述热源可以在血管组件的内部或外部。通道包括一个或多个导热元件(其也可以称为“热传递元件”或“热传递特征”)。导热元件与通道流体连通，以增加从壳体到在通道内循环的传热流体的热传递。导热元件与传热流体和热源热连通。在内部热源的情况下，通道可以设置在热源的单侧(参见例如图1A至2)或热源的多个侧面(参见例如图3)。功率电子器件模块还可以包括一个或多个散热器(例如，散热板)和/或多种导电纤维或颗粒以改善通过壳体的传导。
壳体
壳体可以由为特定应用提供足够结构完整性的材料形成。合适的材料可以包括聚合物，所述聚合物包括增强复合材料和金属。增强复合材料包括聚合物基质和多种增强纤维或颗粒。
合适的聚合物的玻璃化转变温度高于壳体在使用期间中所暴露的最高温度。合适的聚合物包括但不限于热固性树脂、热塑性树脂、弹性体以及它们的组合。例如，聚合物可以包括环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯、双马来酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺以及它们的组合。
在各个方面，壳体可以包括聚合物并且不含任何增强纤维或增强颗粒。在各种替代方面，壳体可以由增强复合材料形成，所述增强复合材料包括如上所述的聚合物和多种增强纤维或颗粒。合适的增强纤维的示例包括玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、石英纤维、石墨纤维、纳米纤维、硼纤维以及它们的组合。在各个方面，增强纤维或颗粒是导热的。合适的增强颗粒的示例包括玻璃珠、玻璃微泡、碳酸钙、二氧化硅、滑石、氧化铝和粘土。例如，导热纤维和颗粒可以包括碳(例如，碳纤维)、氮化硼、铝、氧化铝、碳纳米管、石墨烯、二氧化硅、氮化铝、氧化镁。增强纤维可以是连续纤维和/或不连续纤维。
合适的金属包括铝、铜、不锈钢、钢、镁、镀金材料、镀铬材料、镍、钛、钨、锡、锌以及它们的合金。壳体可以完全由聚合物、增强复合材料或金属形成。在各个方面，壳体可以由聚合物、增强复合材料和金属的组合形成。例如，壳体可以由一个或多个聚合物部分、一个或多个增强复合材料部分和/或一个或多个金属部分的组合形成(参见例如图2的功率电子器件模块40，其包括增强复合材料部分46和柔性聚合物部分50)。
传热流体
传热流体可以循环通过至少部分地由壳体限定的通道以将热量传递离开热源，并且在某些方面，传出壳体。合适的传热流体的示例包括空气、水、油、乙二醇、丙二醇、甘油、甲醇以及它们的组合。
导热元件和散热器
如上所述，血管组件包括与通道流体连通的一个或多个导热元件，并且可选地包括一个或多个散热器。导热元件和散热器可以是不同的部件；导热元件可以被组装到散热器；或者，导热元件可以与散热器一体形成。导热元件和散热器可以由相同材料或不同材料形成。散热器可以为板状或限定其他几何形状。
导热部件由导热材料形成。例如，导热材料包括铜、铝、不锈钢、钢、镁、镀金材料、镀铬材料、镍、钛、钨、锡、锌以及它们的合金；陶瓷；复合材料，其包括一种或多种聚合物和其中的导热颗粒或纤维；以及它们的组合。在各个方面，导热材料包括铝、铜或者它们的组合。导热元件可以由单个导热材料或导热材料的组合形成。在一个示例中，每个导热元件由铜形成。在另一个示例中，导热元件的第一部分包括铜，而导热元件的第二部分包括铝。在又一示例中，每个导热元件包括铜部分和铝部分。散热器可以由相同材料或不同材料形成。在一个示例中，血管组件包括三个散热器，每个散热器由铝形成。在另一个示例中，血管组件包括铜散热器和铝散热器。
导热材料具有比壳体材料(例如，聚合物)更高的导热率。(例如，导热元件的)导热材料与壳体材料的导热率可以大于或等于约10，可选地大于或等于约25，可选地大于或等于约50，可选地大于或等于约40，可选地大于或等于约100，可选地大于或等于约250，可选地大于或等于约500，并且可选地大于或等于约1000。在一个示例中，壳体由导热率为约0.2W/m·K的材料形成，而导热元件由导热率为约2W/m·K的材料形成。在另一个示例中，壳体由导热率为约0.2W/m·K的材料形成，而导热元件由导热率为约200W/m·K的材料形成。在各个方面，导热元件可以由导热率大于或等于约8W/m·K、可选地大于或等于约10W/m·K、可选地大于或等于20W/m·K、可选地大于或等于约50W/m·K、可选地大于或等于约100W/m·K、可选地大于或等于约150W/m·K、并且可选地大于或等于约250W/m·K的材料形成。
通道和导热元件的配置
导热元件可以具有促进通道中的传热流体与热源之间的流体连通的任何几何形状。导热元件可以与通道直接流体连通。在各个方面，导热元件可以延伸到通道中。在各个方面，导热元件可以至少部分地围绕并限定通道。例如，导热元件可以包括多个突起(图4A至4B)、多个销(图5A至5B)和/或护套(例如，线圈、编织管、网状管、针织管、钩针编织管等(图6A至6B)。
导热元件可以沿通道的长度的至少一部分分布。在一个示例中，导热元件沿通道的整个长度分布。在另一个示例中，导热元件仅存在于通道内靠近热源的区域中。在各个方面，导热元件可以在通道的长度上均匀地间隔开。在各种替代方面，导热元件可以不均匀地分布在通道内。例如，导热元件的第一部分可以在热源附近彼此靠近地设置，而导热元件的第二部分可以与热源进一步间隔开。
通道限定了没有导热元件的总体积。导热元件占据通道内的元件体积。通道的开放体积是导热元件占据的总体积的百分比。开放体积可以大于或等于约40％，可选地大于或等于约45％，可选地大于或等于约50％，可选地大于或等于约55％，并且可选地大于或等于大约60％。
突起(图4A至4B)
参考图4A至4B，提供了根据本发明的各个方面的血管组件90的一部分。血管组件包括壳体92和导热部件94。壳体92和导热部件94配合以至少部分地限定通道96，传热流体(未示出)可以循环通过所述通道。通道96限定纵向轴线97。
导热部件94包括主体98和多个突起100。在各个方面，主体98可以被称为“传热板”。多个突起100是导热元件。在各个方面，突起100也可以称为“突起”或“尖钉”。在一个示例中，商业GRIP MetalTM用作导热部件。
突起100从主体98的表面102延伸并进入通道96。表面102可以是平面的或非平面的。在各个方面，突起100相对于通道96的宽度104居中。因此，当垂直于纵向轴线97的通道96的横截面限定基本圆形形状时，突起100可以沿通道96的直径106的至少一部分延伸。在各个替代方面，突起100可以延伸穿过横截面形状的非直径弦。
突起100可以彼此周向对齐。然而，在替代方面，突起100可以围绕通道96的圆周的至少一部分(未示出)分布。此外，通道96可以在沿纵向轴线97(未示出)的单个位置处包括一个以上的突起100。例如，一对突起可以沿通道96的直径106朝向彼此延伸。
通道96限定基本垂直于纵向轴线97的尺寸，诸如直径106。突起100限定了与直径106基本平行的高度108。在各个方面，直径106与高度108的比率可以大于或等于约0.1至小于或等于约1，可选地大于或等于约0.2至小于或等于约0.9，可选地大于或等于约0.3至小于或等于约0.8，可选地大于或等于约0.4至小于或等于约0.7，并且可选地大于或等于约0.5至小于或等于约0.6。
销(图5A至5B)
参考图5A至5B，提供了根据本发明的各个方面的另一个血管组件120。血管组件120包括壳体122，所述壳体限定通道124，传热流体(未示出)可以循环通过所述通道。血管组件120还包括多个销126。销126是导热元件并且由导热材料形成，如上所述。每个销126包括第一端128和与第一端128相对的第二端130。第一端128和第二端130嵌入壳体122中。因此，每个销126在两个位置处联接到壳体122。在各个方面，当销126在两个位置处联接到壳体122时，如所示，它可以被称为“柱”。在各个替代方面，销可以在单个位置处联接到壳体并且至少部分地延伸穿过通道124(例如，沿通道124的直径的至少一部分)(未示出)。
通道124可以沿通道124的长度限定纵向轴线132。通道124可以限定垂直于纵向轴线132的尺寸，诸如在限定圆形横截面的通道的情况下为直径134。销126可以沿直径134延伸。在替代实施例中，柱126可以沿非直径弦杆延伸。
销126的第一端128沿纵向轴线132彼此对齐，使得它们各自设置在基本相同的圆周位置处。销126的第二端130沿纵向轴线132彼此对齐，使得它们各自设置在基本相同的圆周位置处。在替代方面，销126可以设置在不同的圆周位置。例如，第一销可以相对于第二销(未示出)围绕纵向轴线132旋转。
每个销126可以限定高度136。销126可以具有相同的高度或不同的高度。在各个方面，直径134与高度136的比率可以大于约1至小于或等于约10，可选地大于约1.5至小于或等于约8，可选地大于约2至小于或等于约6，并且大于约3至小于或等于约4。
护套(图6A至6B)
参考图6A至6B，提供了根据本发明的各个方面的又另一血管组件150。血管组件150包括壳体152。血管组件150还包括套管或护套，它可以是线圈154(也参见图25B至25E)。线圈154是由导热材料形成的导热元件，如上所述。在各种替代方面，护套可以包括编织、针织、钩针编织或网状管。在各种替代方面，护套可以包括多个圆周环。在各种替代方面，护套可以挤压、铸造或喷涂在管上。
线圈154和壳体152配合以至少部分地限定通道156，传热流体可以循环通过所述通道。通道限定纵向轴线160。线圈154环绕通道156的周边158的至少一部分，以形成通道156的表面162的一部分。在各种替代方面，线圈154可以朝向纵向轴线160至少部分地延伸到通道156中。因此，线圈154可以限定“翅片”(未示出)。上述任何护套可以至少部分地延伸到通道156中以限定翅片、波纹和/或纹理。
导热元件几何形状(图7至14)
根据本发明的各个方面的导热元件可以限定各种不同的几何形状。更具体地，导热元件可以限定各种形状、尺寸和分布，以优化传热速率和流体流特性。通常，增加导热元件的表面积会导致导热元件与流过通道的传热流体之间的传热速率增加。增加所有导热元件的表面的粗糙度可以促进传热流体的湍流。传热流体的湍流可以导致导热元件与传热流体之间的传热速率增加。
参考图7，导热元件包括限定基本圆柱形状的突起180。因此，突起180沿其长度具有基本均匀的直径。突起180从导热部件184的主体182延伸到通道186中。主体182和壳体188配合以至少部分地限定通道186。
参考图8，导热元件包括限定基本锯齿形状的突起200。突起200从导热部件204的主体202延伸到通道206中。主体202和壳体208配合以至少部分地限定通道206。突起可以包括尖的远端210。
参考图9，导热元件包括限定锥体的多个突起220。突起220从导热部件224的主体222延伸到通道226中。主体222和壳体228配合以至少部分地限定通道226。突起220的第一部分230限定第一高度232。突起的第二部分234限定第二高度236。第二高度236大于第一高度232。因此，根据本发明的各个方面的多个导热元件不需要限定均匀的尺寸。
参考图10，导热元件包括限定钩250的突起。钩250从导热部件254的主体252延伸到通道256中。主体252与壳体258配合以限定通道256。钩250包括远端260，所述远端自身向后弯曲以指向主体252。
参考图11，提供了根据本发明各个方面的导热元件。导热元件包括限定拱形件270的突起。拱形件270从导热部件274的主体272延伸到通道276中。主体272与壳体278配合以限定通道276。拱形件270在第一端282与第二端284之间延伸。拱形件270限定了设置在第一端282与第二端284之间的弯曲部分286。拱形件270限定了通道288，传热流体可以流过所述通道。
参考图12，提供了根据本发明的各个方面的多个导热元件。多个导热元件包括多个不均匀的突起300。突起300从导热部件304的主体302延伸到通道306中。主体302与壳体308配合以至少部分地限定通道306。
参考图13，根据本发明的各个方面的导热元件包括柱或销320。柱320包括第一端322和与第一端322相对的第二端324。销320延伸穿过由壳体328限定的通道326。销320的第一端322和第二端324中的每一者延伸到壳体328中。销320限定基本圆柱形形状。因此，销320具有基本均匀的直径。
参考图14，根据本发明的各个方面的导热元件包括柱或销340。柱340的外表面342限定凹槽344。凹槽344可以是圆周凹槽。凹槽344的存在可以增加销340的与传热流体接触的表面积，并改善导热元件与传热流体之间的热传递。销340延伸穿过由壳体348限定的通道346。更具体地，销340的第一端350和第二端352各自延伸到销340中。因此，根据本发明的各个方面的导热元件可以限定表面特征以增加导热元件的表面积或影响传热流体的流动特性。其他表面特征的示例包括凹坑、突起、周向肋、轴向凹槽和其他纹理。
通道几何形状(图15至21)
根据本发明的各个方面的血管组件中的通道可以限定各种形状、尺寸和表面纹理。在一个示例，限定通道的壳体表面可以具有增加的粗糙度，由此促进传热流体的湍流并增加导热元件与所述传热流体之间的热传递。可以修改横截面形状通道以优化传热速率、通道两端的压力降和血管组件的结构性能。增加通道的尺寸可能导致传热速率增加。例如通过特别是邻近热源添加凸起或凹入部分增加通道的横截面形状的周长可以增加传热速率。
限定通道的血管组件的结构完整性可能受到垂直于通道的纵向轴线的通道的横截面的几何形状的影响。在各个方面，具有通道的血管组件的强度大于或等于没有通道的类似部件的强度的90％，可选地大于或等于91％，可选地大于或等于92％，可选地大于或等于93％，可选地大于或等于94％，可选地大于或等于95％。在各个方面，具有通道的血管组件的刚度大于或等于没有通道的类似部件的强度的90％，可选地大于或等于91％，可选地大于或等于92％，可选地大于或等于93％，可选地大于或等于94％，可选地大于或等于95％。在各个方面，具有通道的血管组件的断裂韧性大于或等于没有通道的类似部件的强度的90％，可选地大于或等于91％，可选地大于或等于92％，可选地大于或等于93％，可选地大于或等于94％，可选地大于或等于95％。
通道的横截面尺寸和形状也影响通道两端的压力降。例如，改变通道的尺寸和/或形状可以影响通道的水力直径，由此改变通道两端的压力降。可以基于用于使传热流体循环通过血管组件的泵的尺寸来确定可接受的压力降。在各个方面，通道两端的压力降可以小于或等于约100磅/平方英寸(psi)，可选地小于或等于约2psi，可选地小于或等于1.5psi，可选地小于或等于1psi，并且可选地小于或等于0.5psi。
根据本发明的各个方面的通道可以限定导致通道具有可接受的传热性质、结构特性、流体流性质和结构完整性的任何横截面通道形状。横截面形状的示例包括椭圆(图18)，诸如圆形(图15)；三角形(图16)；四边形，诸如矩形(图17)或正方形(未示出)；具有五个或更多个边的多边形，诸如具有五个或更多个点的星形(图19至20)。另外，通道可以包括壳或涂层(图21)。
横截面形状可以限定最大尺寸(例如，当横截面形状为圆形时的直径)。在各个方面，最大尺寸可以大于或等于约100μm至小于或等于约10mm，可选地大于或等于约0.2mm至小于或等于约5mm，可选地大于或等于约0.3mm至小于或等于约3mm，并且可选地大于或等于约0.5至小于或等于约2mm。
参考图15，提供了根据本发明的各个方面的血管组件368的一部分。血管组件368包括限定通道372的壳体370。通道372沿纵向轴线374延伸。传热流体可以循环通过通道372以从热源376吸收热量。通道372限定垂直于纵向轴线374的基本圆形形状。
参考图16，提供了根据本发明的各个方面的血管组件382的一部分。血管组件382包括限定通道386的壳体384。通道386沿纵向轴线388延伸。传热流体可以循环至通道386以从热源390吸收热量。通道386限定垂直于纵向轴线388的基本三角形形状。三角形的基部392朝向热源390设置。与圆形通道(参见例如图15的通道372)相比，热源390附近的三角形的基部392的布置导致增加热传递。此外，由于设置通道386的上部394的体积增加(与具有较小体积的通道相比)，三角形形状导致通过通道386的压力降减小。
参考图17，提供了根据本发明的各个方面的血管组件402的一部分。血管组件402包括限定通道406的壳体404。通道406沿纵向轴线408延伸。传热流体可以循环通过通道406以从热源410吸收热量。通道406可以限定垂直于纵向轴线408的基本矩形的横截面形状。矩形形状可以包括圆角412。矩形横截面可以限定宽度414和高度416。宽度414可以大于高度416。与圆形通道(参见例如图15的通道372)相比，矩形通道可以产生增加的热传递和降低的结构性能。
参考图18，提供了根据本发明的各个方面的血管组件420的一部分。血管组件420可以包括限定通道424的壳体422。通道424可以沿纵向轴线426延伸。传热流体可以循环至通道424以从热源428吸收热量。通道424可以在垂直于纵向轴线426的方向上限定基本椭圆形形状。椭圆形形状可以限定宽度430和高度432。宽度430可以大于高度432。与圆形通道(参见例如图15的通道372)相比，椭圆形横截面可以提高传热性能和提高结构性能。
参考图19，提供了根据本发明的各个方面的血管组件440的一部分。血管组件440可以包括限定通道444的壳体442。通道444可以沿纵向轴线446延伸。传热流体可以循环通过通道444以从热源448吸收热量。通道444可以在垂直于纵向轴线446的方向上限定基本星形横截面。星形横截面可以包括十六个点450。与圆形通道(参见例如图15的通道372)相比，星形横截面可以提高传热性能。
参考图20，提供了根据本发明的各个方面的又另一血管组件460的一部分。血管组件460包括限定通道464的壳体462。通道464沿纵向轴线466延伸。传热流体可以循环通过通道464以从热源468吸收热量。通道464可以在垂直于纵向轴线466的方向上限定基本星形横截面。星形横截面可以包括十六个点470。与图19的通道444的星形横截面相比，图20的通道464的星形横截面可以具有更长的点470。与圆形横截面(参见例如图15的通道372)相比，星形横截面可以提高传热性质。
参考图21，提供了根据本发明的各个方面的又另一血管组件480的一部分。血管组件480包括限定通道484的壳体482。通道484沿纵向轴线486延伸。通道484可以包括涂层或壳488。在各个方面，壳488可以增加通道484的刚性。在各个方面，壳可以(例如，通过消除形成通道的牺牲材料的孔隙率)减小与通道484内的传热流体接触的表面的粗糙度。在各个方面，壳488是保护壳。
壳488可以限定厚度490。厚度490可以大于或等于约1μm至小于或等于约1mm。壳488可以由金属、聚合物、聚合物复合材料或者它们的组合形成。传热流体可以循环通过通道484以从热源492吸收热量。传热流体可以与壳488的内表面494流体连通。
制造血管组件的方法
在各个方面，本发明提供了一种制造血管组件的方法。通常，所述方法包括(1)形成通道前体；(2)形成包括通道前体和至少一个导热元件的中间组件；(3)形成包括中间组件的固体聚合物组件；以及(4)去除通道前体以形成限定通道的血管组件。血管组件包括与导热元件流体连通的通道。
1.形成通道前体
通道前体可以用于促进血管组件中的一个或多个通道的形成。通道前体由牺牲材料形成，所述牺牲材料可以在形成壳体之后从血管组件中去除。通道前体可以限定通道的几何形状。例如，通道体可以限定垂直于通道前体的纵向轴线的星形横截面以形成具有星形横截面的通道。
牺牲材料可以包括能够进行以下一项或多项的材料：熔化、汽化、燃烧和增溶。合适的牺牲材料的示例包括金属、聚合物、可燃材料以及它们的组合。例如，金属可以包括焊料，诸如包括铅、锡、锌、铝、合适的合金等焊料。例如，聚合物可以包括聚乙酸乙烯酯、聚乳酸、聚乙烯、聚苯乙烯。例如，可燃材料可以包括陶瓷、盐(例如，硝酸钾)、黑色粉末、木炭、季戊四醇四硝酸酯、可燃金属、可燃氧化物、热、硝化纤维素、热纤维素、闪光粉、无烟粉末以及它们的组合。另外或替代地，牺牲材料可以用催化剂处理或经化学改性以改变熔化或降解行为。
在一个示例中，通道前体通过挤出形成。参考图22A至22B，提供了根据本发明各个方面的用于形成通道前体的挤出机510。挤出机510包括筒512，所述筒可以为基本圆柱形。筒512限定腔室514，螺钉516设置在所述腔室中。多个加热器518围绕筒512的外侧设置。
可以将包括牺牲材料的多个粒料520添加到挤出机510的料斗522。粒料520例如在重力作用下进入腔室514。螺钉516围绕纵向轴线524旋转，并且螺钉516的多个螺纹526将粒料520沿方向528引导通过腔室514。更具体地，螺钉516迫使粒料520通过进给部分530，然后是压缩部分532，然后是计量部分534。当粒料520行进通过腔室514时，它们熔化以形成聚合物熔体536。聚合物熔体536流过破碎板538并进入模具540。模具540包括具有孔544的模板542。孔544的周边546的尺寸和形状根据所需的通道尺寸和形状而定。迫使聚合物熔体通过模板542的孔544以形成挤出物548。全部或部分挤出物548可以用作通道前体。
在各个方面，在形成通道前体之后，可以在通道前体壳周围形成壳或涂层(参见例如图21的外壳488)。当通道前体包括外壳时，牺牲材料也可以是气体，诸如空气。
2.形成中间组件
形成中间组件包括将一个或多个导热元件组装到通道前体。形成包括突起作为导热元件的中间组件包括用突起刺穿通道前体(和可选地，壳)，使得突起至少部分地延伸穿过通道前体，如下面更详细地描述的(图23B)。形成包括销作为导热元件的中间组件包括用销刺穿通道前体(和可选地，壳)，使得销至少部分地延伸到通道前体中，如下面更详细地描述的(图24B)。形成包括护套的中间组件包括将护套施加到通道前体(或可选地，壳)的外表面，如下面更详细描述的(图25B)。
3.形成固体聚合物组件
形成固体聚合物组件包括至少部分地将通道封闭在壳体内。当壳体包括聚合物或增强复合材料时，壳体可以通过模制形成。模制包括将中间组件放置在模具中。模制还包括将壳体前体引入模具中。壳体前体包括聚合物前体。当要形成增强复合材料时，壳体前体还包括多种增强纤维或颗粒。所述方法还包括凝固壳体前体以形成固体聚合物组件。在固体聚合物组件中，壳体围绕通道前体的至少一部分设置。
4.去除通道前体以形成血管组件
从聚合物组件中去除包括牺牲材料的通道前体以形成具有通道的血管组件。所述去除可以可选地包括(例如，通过钻入壳体中)提供对通道前体材料的出入口以提供对通道前体的出入口。可以通过汽化、熔化、燃烧或降解牺牲材料中的一种或多种或通过溶解牺牲材料以产生降解物来去除通道前体。
在一个示例中，将牺牲材料加热到一定温度(例如，大于或等于约150℃至小于或等于约200℃)以熔化或汽化牺牲材料。可以选择温度以有效地去除牺牲材料而不损坏壳体。在另一个示例中，牺牲材料进行反应以使牺牲材料爆燃而不降解聚合物或可选地增强壳体。在又另一示例中，可选地在搅拌下施加溶剂(例如，丙酮)以溶解牺牲材料而不损坏壳体。在又另一示例中，可以使用合适的酸(例如，盐酸、硫酸、硝酸等)蚀刻牺牲材料。
方法A：形成具有突起的通道
参考图23A至23B，提供了根据本发明的各个方面的形成具有突起的通道的方法。在图4A至4B的血管组件90的背景下描述了所述方法。在图23A中，所述方法包括提供具有可以电镀形状的主体98的导热部件94以及突起100。导热部件可以包括GRIP MetalTM。
在图23B中，第一通道前体560被组装到导热部件94。更具体地，突起100的远端562插入或刺穿到第一通道前体560中，使得突起的外表面564与第一通道前体560直接连通。突起100与第一通道前体560接合可以促进更好地控制第一通道前体560在导热部件94上的放置。突起100可以插入第一通道前体560中，直到第一通道前体560与导热部件94的主体98的表面102直接连通。因此，形成包括第一通道前体560和导热部件94的第一中间组件566。
在图23C中，所述方法包括形成第一固体聚合物组件568。形成第一固体聚合物组件568包括至少部分地将第一通道前体560封闭在壳体92内，如上文步骤3中所述。在各个方面，第一通道前体560可以完全封闭在壳体92内。在图23D中，从第一固体聚合物组件568中去除第一通道前体560以形成血管组件90的通道96，如上文在步骤4中所述。在图23E中，传热流体570循环通过通道96。
方法B：形成具有销的通道
参考图24A至24B，提供了根据本发明的各个方面的形成具有销的通道的方法。在图5A至5B的血管组件120的背景下描述了所述方法。在图24A中，所述方法包括提供包括牺牲材料的第二通道前体580。
在图24B中，多个柱或销126被组装到第二通道前体580。每个销126的第一端128或第二端130可以插入第二通道前体580中，使得第一端128和第二端130中的每一者延伸到第二通道前体580的外部。在一个示例中，使用装置将销126同时按压到第二通道前体580中。在另一个示例中，销126插入第二通道前体580中，与第二通道前体580的形成一致(例如，当第二通道前体580离开挤出机时，如上所述)。
在图24C中，所述方法包括形成第二固体聚合物组件586。形成第二固体聚合物组件586包括至少部分地将第二通道前体580封闭在壳体122内，如上文在步骤3中所述，使得第二通道前体580的外表面588与壳体122直接接触。在图24D中，从第二固体聚合物组件586中去除第二通道前体580以形成血管组件120的通道156，如上文在步骤4中所述。在图24E中，传热流体590循环通过通道156。
方法C：形成具有护套的通道
参考图25A至25B，提供了根据本发明的各个方面的形成具有护套的通道的方法。在图6A至6B的血管组件150的背景下描述了所述方法。在图25A中，所述方法包括提供包括牺牲材料的第三通道前体600。
在图25B中，所述方法包括将护套154施加到第三通道前体600的外表面602以形成第三中间组件604。在一个示例中，护套包括线圈154，所述线圈通过将螺纹或线缠绕在第三通道前体600的外表面602上而形成。在各个方面，线圈154至少部分地插入第三通道前体600中以形成翅片或波纹。在另一个示例中，护套是编织管(未示出)，所述编织管通过围绕第三通道前体的外表面602编织多个螺纹或线而形成。在又另一示例中，护套是网状管(未示出)，所述网状管通过围绕第三通道前体600的外表面602施加网状片而形成。在又另一示例中，护套围绕第三通道前体600的外表面602针织或钩针编织。在又另一示例中，护套是具有肋(诸如轴向肋、圆周肋或螺旋肋)的导热聚合物涂层。
在图25C中，所述方法包括形成第三固体聚合物组件606。形成第二固体聚合物组件606包括至少部分地将第三通道前体600封闭在壳体152内，如上文步骤3中所述。在各个方面，形成第三固体聚合物组件606可以包括将第三通道前体600完全封闭在壳体152中。在图24D中，从第三固体聚合物组件606中去除第三通道前体600以形成血管组件150的通道156，如上文在步骤4中所述。在图25E中，传热流体608循环通过通道156。
示例
参考图26A至26B，提供了根据本发明的各个方面的血管组件620。血管组件620包括限定通道624的壳体622。血管组件620还包括导热部件626，所述导热部件具有主体628和多个导热元件630，所述导热元件是突起。导热元件630延伸到通道624中。血管组件620还包括散热板632。通道624设置在导热部件626与散热板632之间。热源634与导热部件626热接触。热源634供应约10W的功率。
导热部件626和散热板632由铝形成。壳体622由聚合物形成。包括50/50体积比的乙二醇和水的传热流体循环通过通道624以从热源634吸收热量。每个传热元件630限定了邻近主体628测量的直径636和基本垂直于直径636测量的高度638。导热元件630通过突起间隔640彼此间隔开，所述突起间隔是每个突起630的相应中心之间的距离。
血管组件620限定长度642、基本垂直于长度642的宽度644，以及基本垂直于长度642和宽度644的高度646。通道624沿纵向轴线(未示出)延伸，并限定垂直于纵向轴线的基本圆形横截面。通道624限定直径648。主体通道间距650是通道624与导热部件626的主体628之间的最小距离，其基本平行于高度646测量。主体628和散热板632中的每一者限定厚度652。表1中描述的性质适用于示例1至8中的每一者。
表1<u>性质</u> <u>值</u>
血管组件长度 10.4mm
血管组件宽度 5.4mm
血管组件高度 2mm
通道直径 1.8mm
突起直径 1/3·突起高度
传热流体流速 260mm/s
传热流体温度 40℃
热源功率 10W
示例1：具有低电导率聚合物的突起的影响
血管组件A和B各自包括具有0.6W/m·K的导热率的聚合物。血管组件A包括作为传热元件的突起(例如，图26A至26B的传热元件630)。血管组件B不包括突起并且没有传热元件。当经受热源634时，血管组件A的总体最高温度(123℃)显著小于血管组件B的总体最高温度(261℃)，如下表2中所示。因此，当聚合物的导热率相对较低时，传热元件的存在对总体最高温度和传热具有显著影响。
表2<u>性质</u> <u>血管组件A</u> <u>血管组件B</u>
散热器厚度 0.5mm 0.5mm
聚合物导热率 0.6W/m·K 0.6W/m·K
散热器通道间距 0.25mm 0.25mm
存在突起？ 是 否
突起间隔 2.5mm NA
突起高度 1.4mm NA
突起直径 高度/3 NA
总体最高温度 123℃ 261℃
示例2：具有高电导率聚合物的突起的影响
血管组件C和D各自包括具有5W/m·K的导热率的聚合物。血管组件C包括作为传热元件的突起(例如，图26A至26B的传热元件630)。血管组件B不包括突起并且没有传热元件。当经受热源634时，血管组件C的总体最高温度(74℃)是类似地，但是小于血管组件D的总体最高温度(79℃)，如下表3中所示。与当聚合物的导热率相对较低时(例如，如在示例1中)相比，当聚合物的导热率相对较高时，传热元件的存在对全局最高温度和传热的影响较小。
表3<u>性质</u> <u>血管组件C</u> <u>血管组件D</u>
散热器厚度 0.5mm 0.5mm
聚合物导热率 5W/m·K 5W/m·K
散热器通道间距 0.25mm 0.25mm
存在突起？ 是 否
突起间隔 2.5mm NA
突起高度 1.4mm NA
突起直径 高度/3 NA
总体最高温度 74℃ 79℃
示例3：突起间隔和高度的影响
血管组件E和血管组件F各自包括GRIP MetalTM作为导热部件626。血管部件E包括“迷你”尺寸的GRIP MetalTM，而血管组件F包括“纳米”尺寸的GRIP MetalTM。包括具有比血管组件F更大的突出间隔640的较大突起的血管组件E具有比血管组件F的全局最高温度(150℃)低的全局最高温度(123℃)，如下表4中所示。因此，较大的、间隔开的突起可以比较小的、间隔较小的突起促进更高的传热速率。
表4<u>性质</u> <u>血管组件E</u> <u>血管组件F</u>
散热器厚度 0.5mm 0.5mm
聚合物导热率 0.6W/m·K 0.6W/m·K
散热器通道间距 0.25mm 0.25mm
存在突起？ 是 是
突起间隔 2.5mm 1mm
突起高度 1.4mm 0.7mm
突起直径 高度/3 高度/3
总体最高温度 123℃ 150℃
示例4：突起高度的影响
血管组件G包括比血管组件H更长的突起，如下表5中所示。血管组件G的全局最高温度(123℃)低于血管组件H的全局最高温度(185℃)。因此，较长的突起可以比较短的突起促进更大的传热速率。
表5
<u>性质</u> <u>血管组件G</u> <u>血管组件H</u>
散热器厚度 0.5mm 0.5mm
聚合物导热率 0.6W/m·K 0.6W/m·K
散热器通道间距 0.25mm 0.25mm
存在突起？ 是 是
突起间隔 2.5mm 2.5mm
突起高度 1.4mm 0.7mm
突起直径 高度/3 高度/3
总体最高温度 123℃ 185℃
示例5：散热器厚度的影响
血管组件I限定比血管组件J更大的散热器厚度652，如下表6中所示。血管组件I具有与血管组件J的全局最高温度(127℃)类似的全局最高温度(123℃)。因此，散热器厚度652可能仅对传热速率具有最小影响。
表6
<u>性质</u> <u>血管组件I</u> <u>血管组件J</u>
散热器厚度 0.5mm 0.3mm
聚合物导热率 0.6W/m·K 0.6W/m·K
散热器通道间距 0.25mm 0.25mm
存在突起？ 是 是
突起间隔 2.5mm 2.5mm
突起高度 1.4mm 1.4mm
突起直径 高度/3 高度/3
总体最高温度 123℃ 127℃
示例6：壳体聚合物导热率的影响
血管组件K、L、M和N包括具有不同导热率的聚合物，如下表7中所示。随着聚合物热导率增加，全局最高温度通常降低。较高的聚合物热导率可以产生比较低的热导率更高的传热速率。因此，即使使用传热元件，壳体622的聚合物的导热率仍然对传热速率有影响。
表7
<u>性质</u> <u>血管组件K</u> <u>血管组件L</u> <u>血管组件M</u> <u>血管组件N</u>
散热器厚度 0.5mm 0.5mm 0.5mm 0.5mm
聚合物导热率 0.6W/m·K 5W/m·K 0.2W/m·K 1.5W/m·K
散热器通道间距 0.25mm 0.25mm 0.25mm 0.25mm
存在突起？ 是 是 是 是
突起间隔 2.5mm 2.5mm 2.5mm 2.5mm
突起高度 1.4mm 1.4mm 1.4mm 1.4mm
突起直径 高度/3 高度/3 高度/3 高度/3
总体最高温度 123℃ 74℃ 141℃ 100℃
示例7：具有突起的散热器间隔的影响
血管组件O和P包括突起作为传热元件。血管组件O限定比血管组件P更大的主体通道间距650，如下表8中所示。血管组件O的全局最高温度(123℃)高于血管组件P的全局最高温度(100℃)。因此，减小主体通道间距650可以提高传热速率。
表8<u>性质</u> <u>血管组件O</u> <u>血管组件P</u>
散热器厚度 0.5mm 0.5mm
聚合物导热率 0.6W/m·K 0.6W/m·K
散热器通道间距 0.25mm 0.05mm
存在突起？ 是 是
突起间隔 2.5mm 1mm
突起高度 1.4mm 0.7mm
突起直径 高度/3 高度/3
总体最高温度 123℃ 100℃
示例8：无突起的散热器间隔的影响
血管组件Q和R不包括导热元件。血管组件Q限定比血管组件R更大的主体通道间距650，如下表9中所示。血管组件Q的全局最高温度(261℃)高于血管组件R的全局最高温度(170℃)。因此，当传热元件不存在时减小主体通道间距650可以提高传热速率。
表9
<u>性质</u> <u>血管组件Q</u> <u>血管组件R</u>
散热器厚度 0.5mm 0.5mm
聚合物导热率 0.6W/m·K 0.6W/m·K
散热器通道间距 0.25mm 0.05mm
存在突起？ 否 否
突起间隔 NA NA
突起高度 NA NA
突起直径 NA NA
总体最高温度 261℃ 170℃
出于说明和描述目的已经提供了对实施例的前述描述。而非旨在穷举或限制本发明。特定实施例的单独元件或特征通常不限于该特定实施例，但是如果合适的话是可互换的并且可以在选定的实施例中使用，即便没有具体示出或描述。这同样可以多种方式发生变化。这些变化不应视为脱离本发明，并且所有这些修改旨在包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种制造具有用于传热的导热元件的通道的方法，其中所述方法包括：
(a)形成通道，其包括：
(i)用第一导热部件的第一多个导热元件刺穿第一通道前体以形成第一中间组件，所述第一通道前体包括第一牺牲材料，所述第一导热部件包括第一导热元件材料；
(ii)用多个第二导热元件刺穿第二通道前体以形成第二中间组件，所述第二通道前体包括第二牺牲材料，所述第二多个导热元件包括第二导热材料；或
(iii)将第三导热元件施加到第三通道前体以形成第三中间组件，所述第三通道前体包括第三牺牲材料，所述第三导热元件包括第三导热材料
(b)形成壳体，其包括：
将所述第一、第二或第三中间组件放置在相应的第一、第二或第三模具中；
将壳体前体引入所述相应的第一、第二或第三模具中，所述壳体前体包含聚合物前体；
凝固聚合物前体以形成：
(i)第一固体聚合物组件，其包括围绕所述第一通道前体的至少一部分设置的第一聚合物壳体：
(ii)第二固体聚合物组件，其包括围绕所述第二通道前体的至少一部分设置的第二聚合物壳体；或
(iii)第三固体聚合物组件，其包括围绕所述第三通道前体的至少一部分设置的第三聚合物壳体；以及
(c)去除，其包括：
(i)去除所述第一牺牲材料以形成包括所述多个第一导热元件的第一通道，其中所述第一通道限定在所述第一聚合物壳体和所述第一导热部件中；
(ii)去除所述第二牺牲材料以形成包括所述多个第二导热元件的第二通道，其中所述第二通道限定在所述第二聚合物壳体中；或
(iii)去除所述第三牺牲材料以形成包括所述第三导热元件的第三通道，其中所述第三通道限定在所述第三聚合物壳体中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述壳体前体还包括(a)多种增强纤维或(b)多个增强颗粒中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多种增强纤维或所述多个增强颗粒是导热的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第三导热元件包括围绕所述第三通道前体的外表面的至少一部分周向地施加所述第三导热材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述相应的第一、第二或第三牺牲材料包括能够具有以下一项或多项的材料：熔化、汽化、燃烧和增溶。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一、第二或第三导热材料包括金属材料、陶瓷材料或者它们的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一多个导热元件沿所述第一通道的直径的至少一部分延伸。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述多个第一导热元件中的第一导热元件包括突起；
所述多个第二导热元件中的第二导热元件包括销；或
所述第三导热元件包括线圈、编织管、网状管、针织管或钩针编织管中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一通道限定大于或等于约100μm至小于或等于约10mm的直径；
所述第二通道限定大于或等于约100μm至小于或等于约10mm的直径；或
所述第三通道限定大于或等于约100μm至小于或等于约10mm的直径。
10.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一通道的开放体积为所述第一通道的总体积的至少约40％；或
所述第二通道的开放体积为所述第二通道的总体积的至少约40％；或
所述第三通道的开放体积为所述第三通道的总体积的至少约40％。
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