CN114126343A - 冷却歧管组件 - Google Patents

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CN114126343A CN202111001622.2A CN202111001622A CN114126343A CN 114126343 A CN114126343 A CN 114126343A CN 202111001622 A CN202111001622 A CN 202111001622A CN 114126343 A CN114126343 A CN 114126343A
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E·崔
G·P·斯奎尔
L·M·丰丹马丁内斯
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Abstract

一种被配置成冷却车辆中的功率模块的冷却歧管组件，所述冷却歧管组件包括：具有供应入口和返回出口的平面冷却腔室；在所述平面冷却腔室的上部部分中的供应腔室，其与所述供应入口流体连通并且被配置成在所述供应入口处耦联到邻近的平面冷却腔室；在所述平面冷却腔室的下部部分中的返回腔室，其与所述返回出口流体连通并且被配置成在所述返回出口处耦联到邻近的平面冷却腔室；以及在所述平面冷却腔室的远端处的开口，其将所述供应腔室与所述返回腔室流体连接。

Description

冷却歧管组件
技术领域
本申请涉及与电动车辆或混合电动车辆一起使用的功率模块，并且，更特别地，涉及一种用于从功率模块去除热量的冷却歧管组件。
背景技术
由内燃机（ICE）供动力的车辆中的电气系统已经通常使用电池来促进点火并为车辆附件提供电力。电池充电的水平由机械地耦联到ICE的输出的交流发电机维持。当ICE运行时，该输出使交流发电机的转子转动，由此诱导电流通过定子中的绕组。被动电气部件被实施为电压调节器，以将由交流发电机产生的交流电（AC）应用于直流电（DC）车辆电气系统和电池。
现代车辆越来越多地由一个或多个由更高电压的电池供动力的电马达驱动。这些车辆通常被称为电动车辆（EV）或混合电动车辆（HEV），并且包括一个或多个功率模块，所述一个或多个功率模块调节从车辆电池接收的电力以运行电马达。功率模块还可以控制用于为车辆电池充电的由（一个或多个）电马达产生的电力。相比与不由电马达供动力的车辆一起使用的车辆电池，由EV或HEV使用的车辆电池可以具有显著更高的电压。包括在功率模块中的电气部件可能产生大量的热量，其降低模块的性能。将热量从功率模块带走有助于改进功率模块的性能。
发明内容
在一种实施方式中，一种被配置成冷却车辆中的功率模块的冷却歧管组件包括：具有供应入口和返回出口的平面冷却腔室；在平面冷却腔室的上部部分中的供应腔室，其与供应入口流体连通并且被配置成在供应入口处耦联到邻近的平面冷却腔室；在平面冷却腔室的下部部分中的返回腔室，其与返回出口流体连通并且被配置成在返回出口处耦联到邻近的平面冷却腔室；以及在平面冷却腔室的远端处的开口，其将供应腔室与返回腔室流体连接。
在另一实施方式中，一种冷却歧管组件被配置成冷却车辆中的功率模块并且包括：第一平面冷却腔室，其具有：具有第一供应流体入口和第一供应流体出口的第一供应入口，以及具有第一返回流体入口和第一返回流体出口的第一返回出口，每个均位于第一平面冷却腔室的近端处；在第一平面冷却腔室的上部部分中的第一供应腔室，其与第一供应入口流体连通；在第一平面冷却腔室的下部部分中的第一返回腔室，其与第一返回出口流体连通；在第一平面冷却腔室的远端处的开口，其将第一供应腔室与第一返回腔室流体连接；第二平面冷却腔室，其包括：第二供应入口和第二返回出口，所述第二供应入口具有与第一供应流体出口耦联的第二供应流体入口以及第二供应流体出口，所述第二返回出口具有与第一返回流体入口耦联的第二返回流体出口以及第二返回流体入口，所述第二供应入口和所述第二返回出口每个均位于第二平面冷却腔室的近端处；在第二平面冷却腔室的上部部分中的第二供应腔室，其与第二供应入口流体连通；在第二平面冷却腔室的下部部分中的第二返回腔室，其与第二返回出口流体连通；以及在第二平面冷却腔室的远端处的开口，其将第二供应腔室与第二返回腔室流体连接。
在又一实施方式中，一种冷却歧管组件，其被配置成冷却车辆中的功率模块并且包括：第一平面冷却腔室，其包括：具有第一供应流体入口和第一供应流体出口的第一供应入口，以及具有第一返回流体入口和第一返回流体出口的第一返回出口，每个均位于第一平面冷却腔室的近端处；在第一平面冷却腔室的上部部分中的第一供应腔室，其与第一供应入口流体连通；在所述第一平面冷却腔室的下部部分中的第一返回腔室，其与所述第一返回出口流体连通；在所述第一平面冷却腔室的远端处的开口，其将第一供应腔室与第一返回腔室流体连接；第二平面冷却腔室，其包括：第二供应入口和第二返回出口，所述第二供应入口具有与第一供应流体出口耦联的第二供应流体入口以及第二供应流体出口，所述第二返回出口具有与第一返回流体入口耦联的第二返回流体出口以及第二返回流体入口，所述第二供应入口和所述第二返回出口每个均位于第二平面冷却腔室的近端处；在第二平面冷却腔室的上部部分中的第二供应腔室，其与第二供应入口流体连通；在第二平面冷却腔室的下部部分中的第二返回腔室，其与第二返回出口流体连通；以及在第二平面冷却腔室的远端处的开口，其将第二供应腔室与第二返回腔室流体连接；以及压缩弹簧，其接合第一平面冷却腔室的外表面和第二平面冷却腔室的外表面，所述压缩弹簧将一个或多个功率模块压缩在第一平面冷却腔室和第二平面冷却腔室之间。
附图说明
图1是描绘连同功率模块的冷却歧管组件的实施方式的透视图；
图2是描绘冷却歧管组件的实施方式的透视图；
图3a是描绘具有功率模块的冷却歧管组件的实施方式的侧面图；
图3b是描绘具有功率模块的冷却歧管组件的实施方式的另一个侧面图；
图4是描绘连同功率模块的冷却歧管组件的实施方式的另一个侧面图；
图5是描绘平面冷却腔室的实施方式的透视图；
图6是描绘平面冷却腔室的实施方式的另一个透视图；
图7a是描绘平面冷却腔室的实施方式的横截面视图；以及
图7b是描绘平面冷却腔室的实施方式的横截面视图。
具体实施方式
电动车辆（EV）或混合电动车辆（HEV）中使用的冷却歧管组件能够冷却在此类车辆中调节电力的功率模块。电动车辆或混合电动车辆中使用的电动马达能够由执行各种功能的功率模块控制。例如，功率模块能够将电力从存储在车辆电池中的直流电（DC）转换为诱导电马达运动的交流电（AC）。或者，功率模块能够作用为DC/DC转换器，或调节车载充电。功率模块能够包括IGBT、二极管和或MOSFETS以执行电力调节。当在使用中时，功率模块能够产生大量的热量。通过冷却功率模块或去除由功率模块产生的热量，能够改进功率模块的性能。
用于冷却功率模块的冷却歧管组件包括多个基本上平面的冷却腔室。平面冷却腔室直接邻接（一个或多个）功率模块的外表面。每个平面冷却腔室均包括供应腔室和返回腔室，供应腔室和返回腔室分别延伸通过平面冷却腔室的上部部分和下部部分，使得它们在腔室的远端处流体连接。也就是说，供应腔室定位在返回腔室之上。供应入口和返回出口能够两者均定位在平面冷却腔室的近端处。然而，应当领会，其它实施方式是可能的，其中供应入口定位在平面冷却腔室的远端处，而返回出口定位在腔室的近端处，或者，供应入口定位在平面冷却腔室的近端处，而返回出口定位在腔室的远端处。冷却流体能够供应到与供应腔室流体连通的供应入口。冷却流体通过供应腔室朝向远端行进，在所述远端处流体（在供应腔室和返回腔室流体连接的地方）进入返回腔室并且然后开始朝向平面冷却腔室的近端往回行进，在所述近端处流体能够从返回出口离开。
多个平面冷却腔室能够在它们的近端处经由供应入口和返回出口连接，使得腔室平行连接，使得供应到供应入口的冷却流体可以在基本上相同时间处向供应腔室提供流体。以该方式，供应入口能够包括供应流体入口以及供应流体输出，所述供应流体入口从邻近的平面冷却腔室的供应流体出口接收冷却流体，所述供应流体输出将冷却流体提供到另一邻近的冷却腔室的供应流体入口。类似地，返回出口能够包括返回流体入口和返回流体输出，所述返回流体入口从邻近的平面冷却腔室的返回流体出口接收冷却流体，所述返回流体输出将流体提供到另一邻近的平面冷却腔室的返回流体入口。冷却流体流动通过叠置的平面冷却腔室的供应流体入口，并沿供应方向继续以为平面冷却腔室中的每个提供冷却流体。然后，冷却流体沿基本上垂直于供应方向的方向通过供应腔室流动至远端处的返回腔室，在所述远端处返回腔室流体连接到供应腔室。然后，冷却流体沿与返回方向基本上垂直的方向通过返回腔室流动到返回流体出口中——在返回流体出口处，流体最终沿能够与通过供应流体入口的流体的流基本上相对的方向离开冷却歧管组件。在其它实施例中，流体的流能够沿与通过供应入口的流体的流相同的方向。
多个平面冷却腔室的组件能够耦联在一起，使得它们邻接功率模块的相对侧。多个功率模块能够以共面布置定位在邻近的平面冷却腔室之间中，使得功率模块邻接相对的平面冷却腔室的外表面。压缩弹簧能够接合冷却歧管组件的外平面冷却腔室，以抵靠功率模块向内压缩腔室14。无论功率模块在组件中的位置如何，功率模块相对于平面冷却腔室的组件的布置均能够提供相同的相对温度冷却性能。当多个腔室被用来冷却功率模块时，平面冷却腔室包括从腔室的近端到远端的一致温度梯度。冷却液体能够在其最冷温度处进入供应腔室，并且随着液体朝向远端流动，冷却流体逐渐变暖。一旦冷却流体传递到返回腔室中，冷却液体继续在温度上增加。
功率模块能够沿着从平面冷却模块的近端到模块的远端的轴线以共面关系定位在冷却模块组件内。功率模块邻接邻近供应腔室的平面冷却腔室的外表面以及邻近返回腔室的邻近的平面冷却腔室的外表面。无论每个功率模块沿着轴线的位置如何，每个功率模块都能够基于相对较冷的冷却流体得到相同的冷却效果。例如，最靠近供应入口和返回出口的冷却模块可邻接具有处于其最冷态的冷却流体的平面冷却模块供应腔室的外表面，而且还邻接具有处于其最暖态的冷却液体的邻近的冷却模块返回腔室的外表面。对比而言，距供应入口和返回出口最远且最接近远端的冷却模块可邻接平面冷却模块供应腔室的外表面，其中冷却流体在与邻近的冷却模块返回腔室的外表面几乎相同的温度处。温度梯度可在最接近供应入口和返回出口之处最大并在远端处下降到接近零，由此提供沿着轴线的相对恒定的冷却效果。
图1-3中示出了用于冷却功率模块12的冷却歧管组件10的实施方式。组件10包括多个平面冷却腔室14，其经由供应入口16和返回出口18流体连接在一起。平面冷却腔室14的数量能够基于待被包括或待用组件10冷却的功率模块12的数量来选择。在此实施方式中，组件10中包括七个平面冷却腔室14，然而，应当领会，能够使用如两个那样少来创建冷却歧管组件。平面冷却腔室14能够沿Z方向竖向叠置。邻近的冷却腔室14能够通过供应入口16和返回出口18连接。每个平面冷却腔室14的供应入口16能够包括供应流体入口20和供应流体出口22；返回出口18能够包括其自身的返回流体入口24和返回流体出口26。供应流体出口22能够与邻近的平面冷却腔室14的供应流体入口20耦联。例如，图1-3中所示出的组件10描绘了从顶部到底部的平面冷却腔室14a-14g。顶部平面冷却腔室14a的供应入口16a包括从流体源（未示出）接收冷却流体的供应流体入口20a。供应流体入口20a能够与管状连接器27耦联，管状连接器27诸如是金属管段，其可配置成与流体源连接。在此实施方式中，管状连接器示出在组件10的顶部处，但是，在其它不同实施方式中，管状连接器能够定位在组件的底部处。还能够使用具有不同横截面形状和有角度的关节件（angulararticulations）（诸如弯肘形配件（elbow fittings））的其它形状的管状连接器。在一个实施方式中，冷却流体能够是由内燃机（ICE）使用的冷却剂，但其它冷却流体也是可能的。供应流体出口22a能够与邻近的平面冷却腔室14b的供应流体入口20b耦联。这些连接能够沿着Z轴继续向下至底部平面冷却腔室14g，其能够具有覆盖供应流体出口22g的端盖29。
平面冷却腔室14g的返回出口18g包括能够用端盖覆盖的返回流体入口24g。返回流体出口26g能够与邻近的平面冷却腔室14f的返回流体入口26f耦联。邻近的平面冷却腔室14的返回流体入口24和返回流体出口26之间的类似连接能够从底部平面冷却腔室14g继续沿着Z轴延伸到顶部平面冷却腔室14a并且来自组件10的冷却流体能够经由返回流体出口26a和管状连接器27离开。邻近的供应入口和返回出口之间的连接能够通过焊接或钎焊这些连接来建立。例如，平面冷却腔室14能够由铝合金制成，诸如3300，并且入口和出口20、22、24、26可以钎焊在一起，使得该连接是流体密封的并且还通过焊接或钎焊刚性地保持在一起。然而，应当领会，机械地结合邻近的平面冷却腔室14的其它流体密封连接也是可能的。平面冷却腔室14能够在功率模块12的插入或包含之前组合或以其它方式组装。例如，平面冷却腔室14a-14g能够耦联在一起，并且然后，功率模块12能够插入在邻近的平面冷却腔室14之间中。在已经插入功率模块12之后，压缩弹簧28能够将组件10挤压在一起，从而向内朝向平面冷却腔室14g的外表面和平面冷却腔室14a的外表面上的功率模块12提供力。压缩弹簧28能够是夹具，为了指出一些可能的实施方式，其诸如是螺栓和螺母的组合、带有杆的螺钉或其它类似的压缩机械装置。具有不同厚度的功率模块12能够通过放置在不同的邻近的平面冷却腔室14之间而被容纳。压力分配器30能够定位在平面冷却腔室14的外表面和（一个或多个）功率模块12之间中。压力分配器30能够帮助分配由压缩弹簧28施加的载荷。在一个实施方式中，压力分配器能够是金属的片或板，能够根据应用选择厚度和材料。钢和铝是可能的材料。在其它实施方式中，用于形成平面冷却腔室14的外表面的材料的规格或厚度能够相对较厚并且组件能够省略压力分配器。平面冷却腔室14能够压制成型。
冷却流体进入顶部平面冷却腔室14a的供应入口16a并沿供应方向50——在此实施方式中沿Z方向向下——朝向平面冷却腔室14b和供应入口14b-14g流动。然后冷却流体开始沿基本上垂直于供应方向50的方向流动通过平面冷却腔室14a-14g的供应腔室32朝向远端46。从供应入口16a到供应入口16g的冷却流体流沿供应方向50流动以为平面冷却腔室14a-14g中的每个提供冷却流体。然后冷却流体通过开口44进入平面冷却腔室14a-14g的返回腔室36，并且然后开始沿基本上垂直于供应方向50的方向朝向平面冷却腔室14a-14g的近端42往回行进，在所述近端42处流体能够到达返回出口18a-18g。冷却流体然后能够沿与供应方向50基本上相对的返回方向52流动并且离开组件10。在其它实施例中，流体的流能够是与供应方向基本上相同的方向。
图5-6和图7a-7b中示出了单个平面冷却腔室14的实施方式。平面冷却腔室14包括在腔室14的上部部分34中的供应腔室32和在腔室14的下部部分38中的返回腔室36。分隔板40能够在平面冷却腔室14内在上部部分34和下部部分38之间中将供应腔室32从返回腔室36分开。平面冷却腔室14被配置成在模块的近端42处经由供应入口16和返回出口18与一个或两个其它邻近的平面冷却腔室14耦联。例如，供应流体出口22能够连接到供应流体入口20并且返回流体出口26能够与返回流体入口24连接，如以上所论述的。分隔板40能够准许供应腔室32通过开口44与返回腔室36流体连接，所述开口44在与近端42相对定位的平面冷却腔室14的远端46处。冷却流体能够供应到位于近端42处的供应入口16，其与供应腔室32流体连通。供应腔室32能够具有多个冷却翅片48，这些冷却翅片48沿Z方向从顶部到底部竖向地跨越一定距离，并在供应腔室32内在近端42和远端46之间中沿着Y轴延伸至开口44。返回腔室36还能够包括多个冷却翅片48，其沿Z方向从顶部到底部竖向地跨越一定距离，并且在返回腔36内在近端42和远端46之间中沿着Y轴延伸至开口44。
应当理解，前述是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明不限于本文公开的（一个或多个）特定实施例，而是仅由以下权利要求书限定。此外，包含在前述描述中的陈述涉及特定实施例并且不应被解释为对本发明的范围或对权利要求书中使用的术语的定义的限制，除非术语或短语在上文明确定义。对于本领域技术人员来说，各种其它实施例以及对所公开的（一个或多个）实施例的各种改变和修改将变得显而易见。所有这样的其它实施例、改变和修改旨在落入所附权利要求书的范围内。
如在此说明书和权利要求书中所使用的，术语“如”、“例如”、“比如”、“诸如”和“像”以及动词“包括”、“具有”、“包含”以及它们的其它动词形式，当与一系列的一个或多个部件或其它项目结合使用时，其每个均应被解释为开放式的，这意味着该系列不应被视为排除其它、附加的部件或项目。其它术语应使用其最广泛的合理含义来解释，除非它们在需要不同解释的上下文中使用。

Claims (20)

1.一种被配置成冷却车辆中的功率模块的冷却歧管组件，所述冷却歧管组件包括：
具有供应入口和返回出口的平面冷却腔室；
在所述平面冷却腔室的上部部分中的供应腔室，其与所述供应入口流体连通并且被配置成在所述供应入口处耦联到邻近的平面冷却腔室；
在所述平面冷却腔室的下部部分中的返回腔室，其与所述返回出口流体连通并且被配置成在所述返回出口处耦联到邻近的平面冷却腔室；以及
在所述平面冷却腔室的远端处的开口，其将所述供应腔室与所述返回腔室流体连接。
2.根据权利要求1所述的冷却歧管组件，其中，所述供应入口被配置成使冷却流体沿供应方向流动，所述供应方向基本上垂直于朝向所述平面冷却腔室的远端的冷却流体的流，并且所述返回出口使冷却流体沿与所述供应方向基本上相对的返回方向流动。
3.根据权利要求1所述的冷却歧管组件，进一步包括在所述供应腔室和所述返回腔室中的多个冷却翅片。
4.根据权利要求1所述的冷却歧管组件，进一步包括在所述平面冷却腔室的外表面上的压力分配器。
5.根据权利要求1所述的冷却歧管组件，其中，所述供应入口进一步包括供应流体入口和供应流体出口。
6.根据权利要求1所述的冷却歧管组件，其中，所述返回出口进一步包括返回流体入口和返回流体出口。
7.根据权利要求5所述的冷却歧管组件，进一步包括耦联到所述供应流体出口的端盖。
8.根据权利要求6所述的冷却歧管组件，进一步包括耦联到所述返回流体入口的端盖。
9.根据权利要求1所述的冷却歧管组件，其中，所述供应入口和所述返回出口每个均位于所述平面冷却腔室的近端处。
10.一种被配置成冷却车辆中的功率模块的冷却歧管组件，所述冷却歧管组件包括：
第一平面冷却腔室，其包括：
具有第一供应流体入口和第一供应流体出口的第一供应入口，以及具有第一返回流体入口和第一返回流体出口的第一返回出口，每个均位于所述第一平面冷却腔室的近端处；
在所述第一平面冷却腔室的上部部分中的第一供应腔室，其与所述第一供应入口流体连通；
在所述第一平面冷却腔室的下部部分中的第一返回腔室，其与所述第一返回出口流体连通；
在所述第一平面冷却腔室的远端处的开口，其将所述第一供应腔室与所述第一返回腔室流体连接；
第二平面冷却腔室，其包括：
第二供应入口和第二返回出口，所述第二供应入口具有与所述第一供应流体出口耦联的第二供应流体入口以及第二供应流体出口，所述第二返回出口具有与所述第一返回流体入口耦联的第二返回流体出口以及第二返回流体入口，所述第二供应入口和所述第二返回出口每个均位于所述第二平面冷却腔室的近端处；
在所述第二平面冷却腔室的上部部分中的第二供应腔室，其与所述第二供应入口流体连通；
在所述第二平面冷却腔室的下部部分中的第二返回腔室，其与所述第二返回出口流体连通；以及
在所述第二平面冷却腔室的远端处的开口，其将所述第二供应腔室与所述第二返回腔室流体连接。
11.根据权利要求10所述的冷却歧管组件，其中，所述第一供应入口和所述第二供应入口被配置成使冷却流体沿供应方向流动，所述供应方向基本上垂直于朝向所述平面冷却腔室的远端的冷却流体的流，并且所述第一返回出口和所述第二返回出口使冷却流体沿与所述供应方向基本上相对的返回方向流动。
12.根据权利要求10所述的冷却歧管组件，进一步包括在所述第一供应腔室、所述第二供应腔室、所述第一返回腔室和所述第二返回腔室中的多个冷却翅片。
13.根据权利要求10所述的冷却歧管组件，进一步包括在所述第一平面冷却腔室的外表面上的压力分配器和在邻接功率模块的相对侧的所述第二平面冷却腔室的外表面上的压力分配器。
14.根据权利要求10所述的冷却歧管组件，进一步包括耦联到所述第二供应流体出口的端盖和耦联到所述第二返回流体入口的端盖。
15.根据权利要求10所述的冷却歧管组件，进一步包括压缩弹簧，其接合所述第一平面冷却腔室的外表面和所述第二平面冷却腔室的外表面，所述压缩弹簧将一个或多个功率模块压缩在所述第一平面冷却腔室和所述第二平面冷却腔室之间。
16.一种被配置成冷却车辆中的功率模块的冷却歧管组件，所述冷却歧管组件包括：
第一平面冷却腔室，其包括：
具有第一供应流体入口和第一供应流体出口的第一供应入口，以及具有第一返回流体入口和第一返回流体出口的第一返回出口，每个均位于所述第一平面冷却腔室的近端处；
在所述第一平面冷却腔室的上部部分中的第一供应腔室，其与所述第一供应入口流体连通；
在所述第一平面冷却腔室的下部部分中的第一返回腔室，其与所述第一返回出口流体连通；
在所述第一平面冷却腔室的远端处的开口，其将所述第一供应腔室与所述第一返回腔室流体连接；
第二平面冷却腔室，其包括：
第二供应入口和第二返回出口，所述第二供应入口具有与所述第一供应流体出口耦联的第二供应流体入口以及第二供应流体出口，所述第二返回出口具有与所述第一返回流体入口耦联的第二返回流体出口以及第二返回流体入口， 所述第二供应入口和所述第二返回出口每个均位于所述第二平面冷却腔室的近端处；
在所述第二平面冷却腔室的上部部分中的第二供应腔室，其与所述第二供应入口流体连通；
在所述第二平面冷却腔室的下部部分中的第二返回腔室，其与所述第二返回出口流体连通；
在所述第二平面冷却腔室的远端处的开口，其将所述第二供应腔室与所述第二返回腔室流体连接；以及
压缩弹簧，其接合所述第一平面冷却腔室的外表面和所述第二平面冷却腔室的外表面，所述压缩弹簧将一个或多个功率模块压缩在所述第一平面冷却腔室和所述第二平面冷却腔室之间。
17.根据权利要求16所述的冷却歧管组件，其中，所述第一供应入口和所述第二供应入口被配置成使冷却流体沿供应方向流动，所述供应方向基本上垂直于朝向所述平面冷却腔室的远端的冷却流体的流，并且所述第一返回出口和所述第二返回出口使冷却流体沿与所述供应方向基本上相对的返回方向流动。
18.根据权利要求16所述的冷却歧管组件，进一步包括在所述第一供应腔室、所述第二供应腔室、所述第一返回腔室和所述第二返回腔室中的多个冷却翅片。
19.根据权利要求16所述的冷却歧管组件，进一步包括耦联到所述第二供应流体出口的端盖和耦联到所述第二返回流体入口的端盖。
20.根据权利要求16所述的冷却歧管组件，进一步包括在所述第一平面冷却腔室的外表面上或在所述第二平面冷却腔室的外表面上的压力分配器。
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