CN217358183U - 热管理装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及温度控制技术领域，公开一种热管理装置，包括密封舱和冷却板，其中，密封舱，构造有容置空间，所述容置空间充注有制冷剂，所述容置空间自上而下依次为气相区和液相区，热管理对象至少部分位于所述液相区；冷却板，设置于所述密封舱，所述容置空间内的气态制冷剂与所述冷却板换热后冷凝为液态。使用本公开实施例提供的热管理装置，可以持续高效地降低热管理对象的温度。

Description

热管理装置

技术领域

本申请涉及温度调节技术领域，例如涉及一种热管理装置。

背景技术

一些电器设备需要在一定的温度范围内才能正常工作。例如，对于商业级的芯片电路，工作温度范围在0摄氏度至70摄氏度，温度超出其第一预设温度范围芯片电路很可能失控甚至损坏；对于新能源汽车电池，工作温度范围在0摄氏度至40摄氏度，如果温度过高会影响电芯的活性，造成不可逆的损伤，温度过低电池无法正常充电。

相关技术中公开了一种浸没式液冷服务器，包括壳体和服务器主板，壳体为密封结构，壳体内部容纳有制冷剂，制冷剂的液面高度无需充满全部壳体，而服务器主板则应完全浸没于制冷剂液面之下，通过服务器主板与制冷剂的热量交换实现对于服务器主板的降温。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

液态制冷剂吸热蒸发，体积不断减少，需要向壳体内补充液态制冷剂才能使对于服务器主板的散热连续进行。补充液态制冷剂需要专用设备，结构复杂成本较高，而且使用不便。

实用新型内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供一种热管理装置，以解决如何更好地控制热管理对象的温度问题。

在一些实施例中，所述热管理装置包括密封舱和冷却板，其中，密封舱，构造有容置空间，所述容置空间充注有制冷剂，所述容置空间自上而下依次为气相区和液相区，热管理对象至少部分位于所述液相区；冷却板，设置于所述密封舱，所述容置空间内的气态制冷剂与所述冷却板换热后冷凝为液态。

在一些实施例中，所述热管理装置还包括加热装置，设置于所述容置空间，用于提高液态制冷剂的温度。

在一些实施例中，所述热管理装置还包括控制部，被配置为在所述热管理对象温度低于第一预设温度的情况下启动所述加热装置；其中，所述第一预设温度低于所述制冷剂的蒸发温度。

在一些实施例中，所述加热装置至少部分浸没于液态制冷剂中。

在一些实施例中，所述密封舱包括壳体，由顶板、侧板和底板围合而成；其中，所述冷却板贴设于所述顶板和/或侧板。

在一些实施例中，所述顶板倾斜设置，以使冷凝于冷板的液态制冷剂顺利流下。

在一些实施例中，所述底板构造有凹槽，热管理对象位于所述凹槽中。

在一些实施例中，所述冷却板贴设于所述壳体的外壁，所述壳体的材质为金属。

在一些实施例中，所述冷却板内部构造有换热工质通道，换热工质流动带走冷却板吸收的热量。

在一些实施例中，所述热管理装置还包括换热管，贯穿所述密封舱且位于容置空间的气相区，所述换热管的内部为换热工质，所述容置空间内的气态冷媒通过换热管与换热管内部的换热工质换热。

本公开实施例提供的热管理装置，可以实现以下技术效果：

1、热管理对象与液态制冷剂进行热量交换，换热效率高；

2、制冷剂在密封舱内进行自循环，不需要补充液态制冷剂，使用方便。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一个热管理装置的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的另一个热管理装置的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的另一个热管理装置的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的另一个热管理装置的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的另一个热管理装置的结构示意图；

图6是本公开实施例提供的一个热管理装置的导热管形成换热盘管的结构示意图。

附图标记：

110：顶板；120：侧板；130：底板；140：气相区；150：液相区；200：热管理对象；300：换热管；400：加热装置；500：冷却板。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。

另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

结合图1-6所示，本公开实施例提供一种热管理装置，包括密封舱和冷却板500，其中，密封舱，构造有容置空间，容置空间充注有制冷剂，容置空间自上而下依次为气相区140和液相区150，热管理对象200至少部分位于液相区150；冷却板500，设置于密封舱，容置空间内的气态制冷剂与冷却板500换热后冷凝为液态。

在本公开实施例中，热管理装置用于使热管理对象200处于其预设工作温度范围，示例性地，热管理对象200可以是芯片电路，也可以是新能汽车电池。密封舱为中空的结构，内部充注有制冷剂。制冷剂的充注量小于密封舱的容置空间的容积。由于密封舱为密封结构，制冷剂在容置空间内为气液两相共存、且两相平衡的状态。液体的密度大于气体的密度，液态制冷剂在容置空间的下部空间，也即液相区150。气态制冷剂在容置空间的上部空间，也即气相区140。需要说明的是，液相区150和气相区140不是固定的区域，是按照制冷剂在容置空间的状态来划分的。液相区150和气相区140的分界为液态制冷剂的当前液位平面。液态制冷剂转化为气态制冷剂时，当前液位平面下降，液相区150的体积减，小气相区140的体积增大。气态制冷剂转化为液态制冷剂时，当前液位平面上升，液相区150的体积增大，气相区140的体积减小。热管理对象200至少部分位于液相区150。热管理对象200跟液态制冷剂的换热效率比较高，这样容置空间内的制冷剂可以与热管理对象200进行更好的热量交换。优选地，热管理对象200浸没于制冷剂中。热管理对象200浸没于制冷剂中，热管理对象200的各个位置都能与液态制冷剂充分换热，避免了热管理对象200局部温度过低的情况。冷却板500设置于密封舱，容置空间的气态制冷剂与冷却板500直接或间接接触进行热量交换。冷却板500设置于密封舱的内壁，或冷却板500直接作为密封舱的顶板110和/或侧板120时，气态制冷剂与冷却板500直接接触进行热量交换。冷却板500贴设于壳体的外壁时，气态制冷剂通过密封舱的壳体与冷却板500间接接触，从而进行热量交换。冷却板500温度低于制冷剂的蒸发温度，容置空间的气态制冷剂与冷却板500换热之后自身温度降低，冷凝为液态，在重力作用下回到液相区150。通过这样的设置形式，制冷剂在容置空间进行气液两相循环，不断把热管理装置发出的热量输送至冷却板500，实现了对热管理对象200的持续降温。

可选地，热管理装置还包括加热装置400，设置于容置空间，用于提高液态制冷剂的温度。

一些电器设备在低温环境下也无法正常工作，例如电池在低温环境下容量大幅下降，在低温环境下无法正常充电。对于新能源汽车用的电池，温度越低充电效率越低，温度在0摄氏度以下时无法正常充电。加热装置400用于提高液态制冷剂的温度。液态制冷剂与热管理对象200的换热效率比较高，通过提高液态制冷剂的温度可以提高热管理对象200的温度。需要说明的时，加热装置400提高液态制冷剂的温度，是在液态制冷剂的蒸发温度以下进行的。也即，在提高液态制冷剂温度过程中，加热温度不会超过液态制冷剂的蒸发温度，在加热过程中以液态制冷剂以自身温度的升高为主。例如，液态制冷剂的蒸发温度为45摄氏度，热管理对象200的当前温度为0摄氏度，在加热过程中将液态制冷剂的温度提高至40摄氏度，热管理对象200通过与液态制冷剂的换热温度很快会接近40摄氏度。而对热管理对象200散热时，热管理对象200的温度超过45摄氏度，液态制冷剂的温度升高至45摄氏度时不能继续上升，液态制冷剂蒸发并带走热量。设置有加热装置400可以使热管理装置实现对于热管理对象200的升温和降温，从而使热管理对象200的温度位于其设计工作温度范围内。这样的设置形式，提高了热管理装置对于热管理对象200的温度控制效果。

可选地，热管理装置还包括控制部，被配置为在热管理对象200温度低于第一预设温度的情况下启动加热装置400；其中，第一预设温度低于制冷剂的蒸发温度。

设置有控制部可以使热管理装置实现对热管理对象200温度的自动控制。具体地，热管理对象200温度低于第一预设温度，加热装置400启动。例如，新能源汽车用的电池，温度在0摄氏度以下时蓄电量大幅减少并且无法正常充电，热管理对象200的温度低于0摄氏度时，辅助加热装置400开启，通过提高液态制冷剂的温度间接提高热管理对象200的温度。第一预设温度低于制冷剂的蒸发温度，这是因为对于液态制冷剂温度的提高是在制冷剂的蒸发温度以下进行的，在这个过程中，液态制冷剂以升温位置，只有较少甚至没有制冷剂的蒸发发生。

可选地，加热装置400为电加热。

电加热的形式结构简单，升温效率高。

可选地，控制部还被配置为在热管理对象200的温度大于或等于第二预设温度的情况下关闭加热装置400。

热管理对象200的温度大于或等于第二预设温度，表示热管理对象200已经处于适合其工作的温度范围，此时没有必要继续提高热管理对象200的温度。以新能源汽车电池为例，第二预设温度为10℃，此时电池的充放电已经可以较好地进行，关闭加热装置400可以节约能量。

可选地，加热装置400至少部分浸没于制冷剂中。

加热装置400部分浸没于制冷剂中可以提高加热装置400与液态制冷剂的换热效率。优选地，加热装置400完全浸没于液态制冷剂中。

可选地，密封舱包括壳体，由顶板110、侧板120和底板130围合而成；其中，冷却板500贴设于顶板110。

密封舱包括壳体，顶板110侧板120和顶板110围合形成容置空间。气态制冷剂温度越高，密度越小，冷却板500贴设于顶板110，可以增大气态制冷剂与冷却板500之间的温度差，从而提高冷却板500与气态制冷剂之间的换热效率，有利于气态制冷剂冷凝为液态。这样的设置形式，可以提高容置空间内的制冷剂的循环效率。

可选地，密封舱包括壳体，由顶板110、侧板120和底板130围合而成；其中，冷却板500贴设于侧板120。

冷却板500贴设于侧板120，一方面可以与气态制冷剂进行换热，另一方面，还可以降低液态制冷剂的温度，从而间接地降低热管理对象200的温度。

可选地，冷却板500贴设于密封舱的顶板110和侧板120。

这样的设置形式，可以同时吸收液态制冷剂和气态制冷剂的热量，从而对热管理对象200起到更好的散热作用。

可选地，顶板110倾斜设置，以使冷凝于冷板的液态制冷剂顺利流下。

这样的设置形式，可以提高密封舱中的制冷剂的循环效率。

可选地，底板130构造有凹槽，热管理对象200位于凹槽中。

通过这样的设置形式，在同样的制冷剂充注量下，液态制冷剂的液位比较高，能够获得与热管理对象200更大的接触面积，从而调高液态制冷剂与热管理对象200的换热效率。

可选地，冷却板500贴设于壳体的外壁，所述壳体的材质为金属。

冷却板500贴设于壳体的外部，方便冷却板500的安装维护，也方便对于冷却板500的温度管理。相较于塑料等其他材料，金属有更好的导热能力。壳体的材质为金属，可以提高制冷机与冷却板500的间接换热效果。

可选地，冷却板500内部构造有换热工质通道，换热工质流动带走冷却板500吸收的热量。

可选地，热管理装置还包括水箱和水泵，水箱开设有进水口和出水口，进水口和出水口分别连接于换热工质通道的两端。水泵用于驱动水在水箱和换热工质通道中循环流动。

在这种情况下，换热工质为水。使用水作为换热工质成本较低且容易取得。同时水的比热容比较高，通过水循环降低换热管300的温度效果较好。此外，使用水作为制冷剂比较环保，方便安装和维护，即使发生泄露也不会对环境造成污染。

可选地，热管理装置还包括换热管300，贯穿密封舱且位于容置空间的气相区140，换热管300的内部为换热工质，容置空间内的气态冷媒通过换热管300与换热管300内部的换热工质换热。

换热管300贯穿密封舱，且位于容置空间的气相区140。容置空间的气态制冷剂与换热管300的外壁接触从而进行热量交换。换热管300的内部为换热工质，换热工质使换热管300保持较低温度。容置空间的气态制冷剂接触到换热管300的外壁，其携带的热量传递给换热管300，自身的温度降低，冷凝为液态制冷剂，然后在重力的作用下落下，回到液相区150。换热管300内的换热工质可以是空气、水或冷媒，只要能使换热管300持续保持低温即可。这样，热管理对象200发热时，热量被液态制冷剂吸收。液相区150的液态制冷剂吸热蒸发成为气态制冷剂，气态制冷剂与换热管300接触，热量被换热管300吸收并带走，自身冷凝为气态回到液相区150。通过这样的设置形式，制冷剂在容置空间进行气液两相循环，不断把热管理装置发出的热量输送至换热管300，实现了对热管理对象200的持续降温。

可选地，换热管300的数量为多个，多个换热管300平行设置，形成阵列管。

多个换热管300平行设置，可以减少换热管300在容置空间内占用的空间。多个换热管300创造出低温环境，有利于使气态制冷剂凝结为液态。

可选地，热管理装置包括空气驱动装置，用于驱动空气在阵列管中流动。

在这种设置形式下，空气作为换热管300中的换热工质。一般地，空气的温度为环境温度，制冷剂的蒸发温度在40摄氏度至50摄氏度。空气作为换热工质可以使换热管300的温度接近环境温度，制冷剂在环境温度下为液态，密封舱中的气态制冷剂与换热管300接触可以冷凝为液态制冷剂。空气作为换热工质成本较低易于实现，可以使热管理装置取得较好的制热效果。

可选地，换热管300的数量为多个，多个换热管300首尾相连串联形成换热盘管。

多个换热管300首尾相连，串联成为换热盘管的形式。这种情况下，有利于换热盘管中的换热工质的循环实现。只要将换热盘管的一端设置为换热工质入口，将换热盘管的另一端设置为换热工质出口，通过换热工质驱动装置即可驱动换热工质在所有的换热管300中流动，从而降低每个换热管300的温度。

可选地，热管理装置还包括水箱和水泵，水箱开设有进水口和出水口，进水口和出水口分别连接于换热盘管的两端。水泵用于驱动水在水箱和换热盘管中循环流动。

使用水作为换热工质成本较低且容易取得。同时水的比热容比较高，通过水循环降低换热管300的温度效果较好。此外，使用水作为制冷剂比较环保，方便安装和维护，即使发生泄露也不会对环境造成污染。

可选地，换热管300中的换热工质为冷媒，冷媒的蒸发温度小于或等于制冷剂的蒸发温度。

冷媒可以依靠自身的气液两相变化高效实现热量的传递。换热管300中充注有冷媒，可以快速将气态制冷剂携带的热量吸收。冷媒的蒸发温度小于或等于制冷剂的蒸发温度，也即小于或等于气态制冷剂的温度，这样，液态冷媒通过换热管300与气态制冷剂换热后可以蒸发，与液态冷媒自身温度相比，液态冷媒蒸发这一相变过程可以在短时间吸收更多的热量。这样的设置形式，提高冷媒的热量携带能力，可以提高对于热管理对象200的降温效果。

可选地，热管理装置还包括散热部，内部构造于中空内腔且连接于换热盘管的第一接口和第二接口，以形成循环回路，换热盘管中的气态冷媒在散热部冷凝为液态。

换热管300中的冷媒吸收气态制冷剂携带的热量，蒸发为气态。气态冷媒携带的热量在散热部传递至外界环境。液态冷媒回到换热管300中，换热管300中的冷媒蒸发为气态进入散热部。如此往复循环，将密封舱中气态制冷剂携带的热量转移至外部环境中。这样的设置形式，可以提高换热管300的对于气态制冷剂的冷却效果。

可选地，散热部倾斜设置且设置位置高于换热管300，以使冷凝后的液态冷媒在重力作用下向第一接口方向流动。换热管300倾斜设置，以使气态冷媒上升至第二接口。这样，冷媒可以在气液两相密度差的作用下实现自循环，以对密封舱内的气态制冷剂降温。

可选地，热管理装置还包括冷媒泵，用于驱动冷媒在换热管300中按照预设方向流动。

采用这样的设置形式，可以提高冷媒的流动速度，也就提高了换热管300对于密封舱内气态制冷剂携带的热量的吸收速度，进一步地，提高了对于热管理对象200的降温效果。

可选地，热管理装置还包括压缩机，进气口连接于换热管300盘管，排气口连接于散热部。换热盘管内的气态冷媒经压缩机压缩后温度升高，进入散热部后，由于与外界环境有较高的温度差，因此可以得到更好的换热效率。此外，压缩机还可以为冷媒的循环流动提供动力。

可选地，热管理装置还包括节流装置，进液口连接于散热部，出液口连接于换热盘管。

设置有节流装置，有利于建立起压力机的吸排气压力差。而且，设置有节流装置，有利于散热部的气态冷媒放热凝结为液态，从而进入换管中持续进行气液两相循环。

可选地，换热管300倾斜设置，以使冷凝在换热管300的液态制冷剂沿换热管300滑动至密封舱的侧壁。

可选地，换热管300为重力热管。

换热管300为封闭的管路，内部的空腔充注有气液两相冷媒。换热管300倾斜设置，第一端高于第二端，液态冷媒位于下部空间。换热管300的第二端为冷端，与密封舱内的气态制冷剂进行热量交换，液态冷媒蒸发为气态冷媒上升。换热管300的第一端为热端，与外界环境进行热量交换或与其他辅助制冷装置进行热量交换，从而使气态冷媒冷凝为液态回到换热管300下部空间。热管依靠冷媒气液两相变化传递热量，导热效率高。换热管300倾斜设置，不仅可以实现导热管内部的冷媒自循环，而且冷凝于换热管300外壁的液态制冷剂也可以沿倾斜设置的换热管300更快地落入容置空间的液相区150。采用这样的设置形式，热管理对象200发出的热量通过制冷剂传递至换热管300，通过换热管300由密封舱内部传递至密封舱外部。通过对热管的热端散热即可实现对于热管理对象200的散热。即使热管理对象200在较短时间内发热严重，大量的热量依然可以被容置空间的液态制冷剂吸收，并被连续地传递至换热管300的第一端。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种热管理装置，其特征在于，包括：

密封舱，构造有容置空间，所述容置空间充注有制冷剂，所述容置空间自上而下依次为气相区和液相区，热管理对象至少部分位于所述液相区；

冷却板，设置于所述密封舱，所述容置空间内的气态制冷剂与所述冷却板换热后冷凝为液态。

2.根据权利要求1所述的热管理装置，其特征在于，还包括：

加热装置，设置于所述容置空间，用于提高液态制冷剂的温度。

3.根据权利要求2所述的热管理装置，其特征在于，还包括：

控制部，被配置为在所述热管理对象温度低于第一预设温度的情况下启动所述加热装置；

其中，所述第一预设温度低于所述制冷剂的蒸发温度。

4.根据权利要求3所述的热管理装置，其特征在于，

所述加热装置至少部分浸没于液态制冷剂中。

5.根据权利要求4所述的热管理装置，其特征在于，所述密封舱包括：

壳体，由顶板、侧板和底板围合而成；

其中，所述冷却板贴设于所述顶板和/或侧板。

6.根据权利要求5所述的热管理装置，其特征在于，

所述顶板倾斜设置，以使冷凝于冷板的液态制冷剂顺利流下。

7.根据权利要求5所述的热管理装置，其特征在于，

所述底板构造有凹槽，热管理对象位于所述凹槽中。

8.根据权利要求5所述的热管理装置，其特征在于，

所述冷却板贴设于所述壳体的外壁，所述壳体的材质为金属。

9.根据权利要求1至8任一项所述的热管理装置，其特征在于，

所述冷却板内部构造有换热工质通道。

10.根据权利要求9所述的热管理装置，其特征在于，还包括：

换热管，贯穿所述密封舱且位于容置空间的气相区，所述换热管的内部为换热工质，所述容置空间内的气态冷媒通过换热管与换热管内部的换热工质换热。

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