CN112923775A - 热交换器和包括该热交换器的被冷却的电气组件 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器，包括本体部分(2)和具有入口端(451)和出口端(452)的冷却翅片系统(4)。冷却翅片系统(4)具有多个冷却翅片(41、42)，并且适于提供用于使冷媒流沿纵向方向穿过冷却翅片系统(4)的流动路径。冷媒流适于通过冷却翅片系统(4)的入口表面进入冷却翅片系统(4)。冷却翅片系统(4)的入口表面为非平面表面。

Description

热交换器和包括该热交换器的被冷却的电气组件
技术领域
本发明涉及热交换器和包括该热交换器的被冷却的电气组件。
背景技术
提供具有包括多个冷却翅片的冷却翅片系统的热交换器在本领域中是公知的。
与上述热交换器相关联的缺点之一是，当由冷媒传输系统产生的冷媒流流动穿过冷却翅片系统时，冷却翅片系统产生噪声。
发明内容
本发明的目的是提供一种热交换器，以减轻上述缺点。本发明的目的通过下面描述的热交换器和包括该热交换器的被冷却的电气组件来实现。
本发明基于下述思想：使冷却翅片系统的入口表面具有非平面形状，其中，冷却翅片系统的入口表面是假想表面，冷媒流适于通过该假想表面进入冷却系统。在实施方式中，冷却翅片系统的入口表面的非平面形状由冷却翅片系统的多个冷却翅片的入口边缘的非线性形状提供。在其他实施方式中，替代性地或附加地，冷却翅片系统的入口表面的非平面形状通过多个冷却翅片的布置来提供。
根据本发明的热交换器的优点是减少了由流动穿过冷却翅片系统的冷媒流引起的噪声。另一个优点是减少了由冷却翅片系统在冷媒流中引起的压力损失。另一个优点是由于流动穿过由冷却翅片系统提供的流动路径的冷媒流中的湍流增大而提高了热交换器的冷却能力。
附图说明
在下文中，将参照附图通过优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中
图1是根据本发明的实施方式的热交换器的轴测图；
图2示出了从下方观察的图1的热交换器；
图3是图1的热交换器的侧视图；
图4是根据本发明另一实施方式的热交换器的轴测图；
图5示出了从下方观察的图4的热交换器；
图6是图4的热交换器的侧视图；
图7a示出了具有V形入口边缘的冷却翅片的横截面；
图7b示出了具有凸形入口边缘的冷却翅片的横截面；
图8示出了冷却翅片，该冷却翅片设置有在宽度方向上延伸穿过冷却翅片的多个湍流孔；以及
图9是根据本发明的实施方式的被冷却的电气组件的示意性侧视图。
具体实施方式
图1示出了包括本体部分2和冷却翅片系统4的热交换器808。图1是热交换器808的轴测图。
本体部分2由导热材料制成，并且包括第一表面21，该第一表面21是基本上平面的表面。冷却翅片系统4具有在纵向方向上彼此间隔开的入口端451和出口端452。冷却翅片系统4的入口端451适于接收在平行于纵向方向的冷媒流动方向上的冷媒流。
冷却翅片系统4适于提供用于使冷媒流沿纵向方向穿过冷却翅片系统4的流动路径。冷却翅片系统4具有在垂直于纵向方向的宽度方向上彼此间隔开的多个冷却翅片41和42。在图2中能够最佳地观察到形成了流动路径的冷却翅片之间的间隙，图2从垂直于纵向方向和宽度方向两者的方向示出了热交换器808。
图2示出了在宽度方向上，相邻的冷却翅片之间的间隙大于冷却翅片的厚度。在替代性实施方式中，相邻冷却翅片之间的间隙大于冷却翅片厚度的50％，并且小于冷却翅片厚度的二十倍。
在图2中，冷媒流动方向是水平的向左方向，宽度方向是竖向方向，并且由本体部分2的第一表面21限定的平面的法线垂直于图像平面。图2示出了由冷却翅片系统4提供的流动路径是基本笔直的流动路径。
冷却翅片41和42中的每一者由导热片材料制成，并且热传导地连接到本体部分2的第一表面21。每个冷却翅片41和42具有位于冷却翅片的相反侧处的第一翅片表面和第二翅片表面。第一翅片表面和第二翅片表面基本垂直于宽度方向。第一翅片表面和第二翅片表面适于与在流动路径中流动的冷媒流进行热传递连接。
每个冷却翅片41和42在冷却翅片系统4的入口端451处具有入口边缘51并且在冷却翅片系统4的出口端452处具有出口边缘52，该入口边缘51适于首先遇到沿冷媒流动方向进入冷却翅片系统4的冷媒流，该出口边缘52适于作为冷却翅片的与沿冷媒流动方向离开冷却翅片系统4的冷媒流接触的最后部分。入口边缘51是连接第一翅片表面和第二翅片表面的横向表面。换句话说，入口边缘51是通常适于面向进入的冷媒流的表面，而出口边缘52是通常适于面向冷媒流离开冷却翅片系统4的方向的表面。
每个入口边缘51具有由中心曲线点限定的中心曲线。每个中心曲线点位于距第一翅片表面和第二翅片表面相等的距离处。
冷媒流适于通过冷却翅片系统4的入口表面进入冷却翅片系统4。冷却翅片系统4的入口表面是位于冷却翅片系统4的入口端451处的假想表面。冷却翅片系统4的入口表面是非平面的表面。
冷却翅片系统4的入口表面由多个冷却翅片的入口边缘51和辅助横向曲线一起限定，每个辅助横向曲线均在由纵向方向和宽度方向限定的相应基本平面上延伸，并通过直线段连接相邻冷却翅片的入口边缘51。连接相邻冷却翅片的入口边缘51的每个所述直线段具有在冷却翅片的入口边缘51和第一翅片表面的接合部处的起点，以及在另一冷却翅片的入口边缘51和第二翅片表面的接合部处的终点。辅助横向曲线是假想曲线或数学曲线。
应该注意的是，由于冷媒流只能在由多个冷却翅片41与42之间的间隙形成的流动路径中流动，因此冷却翅片系统4的整个入口表面不能用于冷媒流。然而，所述多个冷却翅片的入口边缘51的形状确实对冷媒流产生影响。
多个冷却翅片41和42中的每一个冷却翅片的入口边缘51的中心曲线在平行于纵向方向并且垂直于宽度方向的第一平面上具有中心曲线投影。多个冷却翅片包括具有十三个第一冷却翅片41的第一组冷却翅片和具有十三个第二冷却翅片42的第二组冷却翅片。各第一冷却翅片41的各中心曲线投影彼此一致，各第二冷却翅片42的各中心曲线投影彼此一致，并且各第一冷却翅片41的各中心曲线投影与各第二冷却翅片42的各中心曲线投影不同，从而没有共同的点形成曲线。在替代性实施方式中，第一冷却翅片的中心曲线投影与第二冷却翅片的中心曲线投影一致的长度小于50％。
图3是热交换器808的侧视图。在图3中，冷媒流动方向是水平的、向左的方向，并且宽度方向垂直于图像平面。图3示出了第一冷却翅片41的中心曲线投影甚至不与第二冷却翅片42的中心曲线投影相交。在图3中，第一冷却翅片41的出口边缘52由虚线表示，因为第一冷却翅片41位于排在最前面的第二冷却翅片42的后面。
图3示出了各第一冷却翅片41的各中心曲线投影限定第一波和各第二冷却翅片42的各中心曲线投影限定第二波。第一波和第二波具有相同的幅值和相同的波长，并且第一波与第二波之间的相移为π弧度。在替代性实施方式中，第一波和第二波具有相同的幅值和相同的波长，并且第一波与第二波之间的相移在π/2弧度至π弧度的范围内。在图3中，第一波和第二波的幅值是在水平方向上测量的，并且第一波和第二波的波长是在竖直方向上测量的。
在图3的实施方式中，第一波和第二波是正弦波。在替代性实施方式中，第一波和第二波是平滑的周期性振荡。在另一替代性实施方式中，第一波和第二波是平滑的周期性振荡。在又一替代性实施方式中，第一波和第二波是平滑的非周期性振荡。在又一替代性实施方式中，第一波和第二波包括方波、三角波和/或锯齿波。
由每个冷却翅片的中心曲线投影限定的波的幅值远小于冷却翅片的纵向尺寸。在图1的实施方式中，由中心曲线投影限定的波的幅值小于冷却翅片41和42的纵向尺寸的10％。在一个实施方式中，由中心曲线投影限定的波的幅值大于或等于5毫米。
冷媒流适于通过冷却翅片系统4的出口表面离开冷却翅片系统4。冷却翅片系统4的出口表面是位于冷却翅片系统4的出口端452处的假想表面。冷却翅片系统4的出口表面由多个冷却翅片的出口边缘52与各辅助横向曲线一起限定，各辅助横向曲线均在由纵向方向和宽度方向限定的相应基本平面上延伸并通过直线段将相邻的冷却翅片的出口边缘52连接。冷却翅片系统4的出口表面是非平面的表面。
第一冷却翅片41与第二冷却翅片42相同，使得热交换器808具有二十六个相同的冷却翅片。冷却翅片41和42中的每个冷却翅片具有第一纵向端部和第二纵向端部。多个冷却翅片41和42交替地布置，使得第一位置和第二位置交替。第一位置是第一纵向端部在冷却翅片系统4的入口端451处且第二纵向端部在冷却翅片系统4的出口端452处的位置。第二位置是第一纵向端部在冷却翅片系统4的出口端452处且第二纵向端部在冷却翅片系统4的入口端451处的位置。第一位置和第二位置在纵向方向上间隔开。每个第一冷却翅片41处于第一位置，并且每个第二冷却翅片处于第二位置。
在热交换器808中，多个冷却翅片41和42中的每一个冷却翅片都是平坦的部件，并且冷媒流适于平行于由冷却翅片限定的平面地流动。每个冷却翅片的入口边缘51的中心曲线在平行于第一平面的平面上延伸。
在替代性实施方式中，每个冷却翅片的入口边缘的中心曲线限定了三维曲线，使得冷却翅片包括在冷却翅片系统的入口端处的冷媒引导部分，该冷媒引导部分适于在流动穿过冷却翅片系统的冷媒流中引起湍流。在冷却翅片系统的入口端处，每个冷却翅片在宽度方向上弯曲，以便为入口边缘的中心曲线提供三维形状。在所述替代性实施方式中，冷媒引导部分具有例如在风扇或螺旋桨中使用的已知翼型叶片的形状。此外，在所述替代性实施方式中，冷媒引导部分在纵向方向上的尺寸小于由冷却翅片的中心曲线投影限定的波的幅值。
图4至图6描绘了根据本发明的另一实施方式的热交换器808-2。图4是热交换器808-2的轴测图，图5示出了从下方观察的热交换器808-2，图6是热交换器808-2的侧视图。
热交换器808-2包括本体部分2-2和冷却翅片系统4-2。冷却翅片系统4-2具有在垂直于纵向方向的宽度方向上彼此间隔开的多个冷却翅片41-2和42-2。第一冷却翅片41-2的中心曲线投影限定第一波，第二冷却翅片42-2的中心曲线投影限定第二波。第一波和第二波的幅值大于图1所示实施方式中的幅值。第一波和第二波的波长小于图1所示实施方式中的波长。
在图6中，示出了前两个冷却翅片41-2和42-2的入口边缘51-2和出口边缘52二者，以便图示出在第一波与第二波之间的π弧度的相移。入口边缘51-2和出口边缘52的那些从横向方向实际观察不到的部分由虚线表示。
通过在垂直于第一平面并平行于纵向方向的第二平面上为各冷却翅片中的每个冷却翅片的入口边缘提供非矩形横截面，可以减少冷媒流中由于冷却翅片而引起的压力损失。所述非矩形截面的示例在图7a和图7b中示出。图7a示出了冷却翅片41-3，该冷却翅片41-3的入口边缘51-3在第二平面上具有V形横截面。图7b示出了冷却翅片41-4，该冷却翅片41-4的入口边缘51-4在第二平面上具有凸形横截面。
在图7a中，冷却翅片41-3的第一翅片表面111-3和入口边缘51-3的接合处用141-3表示，冷却翅片41-3的第二翅片表面222-3和入口边缘51-3的接合处用241-3表示。在图7b中，冷却翅片41-4的第一翅片表面111-4和入口边缘51-4的接合处用141-4表示，冷却翅片41-4的第二翅片表面222-4和入口边缘51-4的接合处用241-4表示。图7a和图7b示出了与相应的冷却翅片41-3和41-4的纵向尺寸相比，入口边缘51-3和51-4的纵向尺寸较小。
图8示出了根据替代性实施方式的热交换器的冷却翅片41-5。冷却翅片41-5设置有在宽度方向上延伸穿过冷却翅片41-5的多个湍流孔54-5。多个湍流孔适于在流动穿过冷却翅片系统的冷媒流中引起湍流，从而提高热交换器的冷却能力。
各湍流孔中的每个湍流孔54-5位于冷却翅片41-5的邻近本体部分2-5的内部部段。换句话说，每个湍流孔54-5与本体部分2-5之间的距离小于湍流孔54-5与冷却翅片41-5的自由纵向边缘47-5之间的距离，自由纵向边缘47-5沿纵向方向延伸且与本体部分2-5间隔开。
冷却翅片41-5的入口边缘51-5是凸形边缘。冷却翅片41-5的出口边缘52-5是凹形边缘。
图9是根据本发明的实施方式的被冷却的电气组件的示意性侧视图。该被冷却的电气组件包括需要冷却的发热电气系统707、与发热电气系统707热传递连接的热交换器808以及适于提供穿过热交换器808的冷媒流的冷媒传输系统909。
发热电气系统707与本体部分2的第二表面22热传递连接，第二表面22面向与本体部分2的第一表面21相反的方向。发热电气系统707包括多个可控的半导体开关。
在图9的实施方式中，冷媒流是空气流，并且冷媒传输系统909包括风扇。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以以各种方式来实现本发明的概念。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (11)

1.一种热交换器，包括：
本体部分(2)，所述本体部分(2)由导热材料制成，所述本体部分(2)包括第一表面(21)；以及
冷却翅片系统(4)，所述冷却翅片系统(4)具有在纵向方向上彼此间隔开的入口端(451)和出口端(452)，所述冷却翅片系统(4)的所述入口端(451)适于接收在平行于所述纵向方向的冷媒流动方向上的冷媒流，并且所述冷却翅片系统(4)适于提供用于使所述冷媒流沿所述纵向方向穿过所述冷却翅片系统(4)的流动路径，所述冷却翅片系统(4)具有多个冷却翅片(41、42)，所述多个冷却翅片在垂直于所述纵向方向的宽度方向上彼此间隔开，所述冷却翅片(41、42)中的每个冷却翅片由导热材料制成、热传导地连接到所述本体部分(2)的所述第一表面(21)、具有位于所述冷却翅片的相反两侧处的第一翅片表面和第二翅片表面并且在所述冷却翅片系统(4)的所述入口端(451)处具有入口边缘(51)，所述入口边缘(51)适于首先遇到沿所述冷媒流动方向进入所述冷却翅片系统(4)的所述冷媒流，其中，所述冷媒流适于通过所述冷却翅片系统(4)的入口表面进入所述冷却翅片系统(4)，所述入口表面由所述多个冷却翅片(41、42)的所述入口边缘(51)和辅助横向曲线一起限定，所述辅助横向曲线各自在由所述纵向方向和所述宽度方向限定的相应的基本平面上延伸，并且所述辅助横向曲线通过直线段连接相邻冷却翅片的所述入口边缘(51)，
其中，所述冷却翅片系统(4)的所述入口表面是非平面的表面，其特征在于，每个入口边缘(51)具有中心曲线，所述中心曲线由位于距所述第一翅片表面和所述第二翅片表面相等距离处的各中心曲线点限定，所述多个冷却翅片(41、42)中的每一者的所述入口边缘(51)的所述中心曲线在平行于所述纵向方向并且垂直于所述宽度方向的第一平面上具有中心曲线投影，并且所述多个冷却翅片(41、42)包括具有至少一个第一冷却翅片(41)的第一组冷却翅片和具有至少一个第二冷却翅片(42)的第二组冷却翅片，其中，各所述第一冷却翅片(41)的各所述中心曲线投影彼此一致，各所述第二冷却翅片(42)的各所述中心曲线投影彼此一致，并且各所述第一冷却翅片(41)的各所述中心曲线投影与各所述第二冷却翅片(42)的各所述中心曲线投影不同，并且各所述第一冷却翅片(41)的各所述中心曲线投影限定第一波，而各所述第二冷却翅片(42)的各所述中心曲线投影限定第二波。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第一波和所述第二波具有相同的幅值和相同的波长，并且所述第一波与所述第二波之间的相移在π/2弧度至π弧度的范围内。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每个冷却翅片的所述入口边缘的所述中心曲线限定三维曲线，使得所述冷却翅片包括冷媒引导部分，所述冷媒引导部分适于在流动穿过所述冷却翅片系统的所述冷媒流中引起湍流。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，由所述冷却翅片系统(4)提供的所述流动路径是基本笔直的流动路径。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述本体部分(2)的所述第一表面(21)是基本平面的表面。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述冷却翅片(41-3；41-4)中的每个冷却翅片的所述入口边缘(51-3；51-4)在垂直于所述第一平面且平行于所述纵向方向的第二平面上的横截面是非矩形横截面，所述非矩形横截面适于减小由于所述入口边缘(51-3；51-4)而在所述冷媒流中引起的压力损失。
7.根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述冷却翅片(41-3；41-4)中的每个冷却翅片的所述入口边缘(51-3；51-4)的所述横截面是凸形或V形的横截面。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个冷却翅片(41-5)中的每个冷却翅片设置有在所述宽度方向上延伸穿过所述冷却翅片(41-5)的多个湍流孔(54-5)，所述多个湍流孔(54-5)适于在流动穿过所述冷却翅片系统的所述冷媒流中引起湍流。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述冷却翅片(41、42)中的每个冷却翅片在所述冷却翅片系统(4)的所述出口端(452)处具有出口边缘(52)，其中，所述冷媒流适于通过所述冷却翅片系统(4)的出口表面离开所述冷却翅片系统(4)，所述冷却翅片系统(4)的所述出口表面由所述多个冷却翅片的所述出口边缘(52)与辅助横向曲线一起限定，所述辅助横向曲线各自在由所述纵向方向和所述宽度方向限定的相应的基本平面上延伸，并且所述辅助横向曲线通过直线段连接相邻冷却翅片的所述出口边缘(52)，所述冷却翅片系统(4)的所述出口表面是非平面的表面。
10.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个冷却翅片(41、42)是相同的部件，所述多个冷却翅片各自具有第一纵向端部和第二纵向端部，其中，所述多个冷却翅片(41、42)被交替地布置成使得第一位置和第二位置交替，所述第一位置是所述第一纵向端部处于所述冷却翅片系统(4)的所述入口端(451)、且所述第二纵向端部处于所述冷却翅片系统(4)的所述出口端(452)的位置，而所述第二位置是所述第一纵向端部处于所述冷却翅片系统(4)的所述出口端(452)、且所述第二纵向端部处于所述冷却翅片系统(4)的所述入口端(451)的位置。
11.一种被冷却的电气组件，包括：
需要冷却的发热电气系统(707)；
热交换器(808)，所述热交换器(808)与所述发热电气系统(707)以热传递的方式连接；以及
冷媒传输系统(909)，所述冷媒传输系统(909)适于提供通过所述热交换器(808)的冷媒流，
其特征在于，所述热交换器(808)是根据权利要求1所述的热交换器。
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