DE112016000129T5

DE112016000129T5 - Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements

Info

Publication number: DE112016000129T5
Application number: DE112016000129.0T
Authority: DE
Inventors: Hong Young LIM; Jun Young Song; Hyun Hee Jung; Sun-Mi Lee; Wi-Sam Jo
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: US20170365890A1; US20190386355A1; DE112016000129B4; CN106716044B; WO2016144007A1; US10818985B2; CN106716044A; US10448545B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements und eine Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements, und insbesondere einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements und eine Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements, in den (die) das elektrische Element auf einfache Weise einbringbar ist und bei dem (der) beide Flächen des elektrischen Elements und ein Kanal, durch den ein Kühlmittel fließt, so ausgebildet sind, dass diese miteinander in Kontakt stehen, um die Kühlleistung zu verbessern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements und eine Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements, und insbesondere einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements und eine Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements, in den (die) das elektrische Element auf einfache Weise einbringbar ist und bei dem (der) beide Flächen des elektrischen Elements und ein Kanal, durch den ein Kühlmittel fließt, so ausgebildet sind, dass diese miteinander in Kontakt stehen, um die Kühlleistung zu verbessern.
Hintergrund
In jüngster Zeit wurde die Entwicklung von Hybridfahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen und elektrischen Fahrzeugen oder dergleichen, welche die Antriebskraft eines Motors als Teil von Maßnahmen gegen Umweltprobleme nutzen, forciert. Ein solches Fahrzeug, wie oben genannt, ist allgemein mit einer Leistungssteuereinheit (PCU) ausgestattet, welche die von einer Antriebsbatterie (beispielsweise mit einer Spannung von 300 V) zugeführte Elektrizität steuert, um einem Motor in einem gewünschten Zustand zugeführt zu werden.
Die PCU weist elektrische Elemente auf, wie etwa einen Umrichter, einen Glättungskondensator, einen Konverter und dergleichen. Da die elektrischen Elemente Wärme erzeugen, während sie Elektrizität empfangen, ist ein separates Kühlmittel nötig.
Als Stand der Technik hat das japanische Patent Veröffentlichungsnummer 2001-245478 (veröffentlicht am 7. September 2001, mit dem Titel ”Kühlvorrichtung eines Umrichters”) einen Umrichter offenbart, in dem ein Halbleitermodul verwendet wird, das ein Halbleiterelement, wie beispielsweise einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder dergleichen, und eine Diode, die darin eingebettet ist, aufweist, und das japanische Patent Veröffentlichungsnummer 2008-294283 (veröffentlicht am 4. Dezember 2008, mit dem Titel ”Halbleitervorrichtung”) hat einen Kühlkörper offenbart, der so installiert ist, dass er mit einer unteren Fläche eines Halbleiterelements in Kontakt steht, und so ausgebildet ist, dass er einen Wärmeaustausch durch ein darin fließendes Fluid durchführt.
Dieses einseitige Kühlschema ist hinsichtlich der Kühlleistung eingeschränkt, und es wurde ein doppelseitiges Kühlschema entworfen, um dieses Problem zu lösen. Da das doppelseitige Kühlschema eine Struktur aufweist, bei der ein elektrisches Element in einen Raum zwischen Wärmetauschern eingebracht wird, sind vorzugsweise Bedingungen zu erfüllen, gemäß denen ein Einbringabstand des elektrischen Elements des Wärmetauschers größer als eine Höhe des elektrischen Elements sein sollte und das elektrische Element und der Wärmetauscher gut zusammengedrückt werden sollten, um die Wärmeaustauschleistung des Wärmetauschers zu erhöhen.
Ein Wärmetauscher gemäß einem doppelseitigen Kühlschema, wie in 1 dargestellt, kann so eingerichtet sein, dass dieser einen Kanal 20, der an beiden Flächen eines elektrischen Elements 10 positioniert ist und so ausgebildet ist, dass ein Wärmeaustauschmittel darin fließt, und Behälter 30 aufweist, die mit beiden Enden des Kanals verbunden sind und in die das Wärmeaustauschmittel eingebracht wird oder aus denen dieses abgegeben wird. Da allerdings bei dem Wärmetauscher das elektrische Element eingebracht werden sollte, nachdem ein Einbringraum des elektrischen Elements durch eine Lötverbindung festgelegt ist, ist der Vorgang des Einbringens des elektrischen Elements schwierig.
Wenn ferner bei dem Wärmetauscher ein Abstand zwischen einander zugewandten Flächen des Kanals größer gemacht wird, um das Einbringen des elektrischen Elements zu vereinfachen, werden das elektrische Element und der Kanal nicht zusammengedrückt, wodurch sich die Wärmeaustauschwirkung verringert.
Folglich besteht ein Bedarf nach einer Entwicklung eines Wärmetauschers zum Kühlen eines elektrischen Elements, bei dem das Einbringen des elektrischen Elements einfach ist und das elektrische Element und der Wärmetauscher gut zusammengedrückt werden können.
Ferner wird ein Modul benötigt zum zuverlässigen Montieren des Wärmetauschers zum Kühlen eines elektrischen Elements, wie oben beschrieben, in einer Leistungssteuereinheit (PCU) oder einer Hybridleistungssteuereinheit (HPCU) eines Fahrzeugs.
Offenbarung
Technisches Problem
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements bereitzustellen, in den das elektrische Element auf einfache Weise einbringbar ist, mit dem das elektrische Element auf einfache Weise zusammengedrückt werden kann und bei dem beide Flächen des elektrischen Elements und ein Kanal, durch den ein Kühlmittel fließt, auf einfache Weise miteinander in Kontakt kommen können, um die Kühlleistung und Montierbarkeit zu verbessern, durch Bereitstellen eines Kanals, der einen gebogenen Teilbereich aufweist, so dass dieser in der Höhenrichtung mit beiden Flächen des elektrischen Elements in Kontakt kommt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kühlmodul für ein elektrisches Element bereitzustellen, das imstande ist, ein elektrisches Element wirksam zu kühlen und modularisiert ist, um auf einfache Weise in einem Fahrzeug montiert werden zu können, indem eine obere und eine untere Platte, die einen Druck in einer Höhenrichtung auf einen gebogenen Kanal aufbringen, so dass ein bestimmter Druck in dem gebogenen Kanal beibehalten wird, um dem gebogenen Kanal und einem Element, das zwischen einander zugewandten Flächen des gebogenen Kanals eingebracht ist, zu ermöglichen, dass diese eng miteinander in Kontakt zu stehen, und ein Außengehäuse bereitgestellt werden, das die obere und untere Platte und einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements darin aufnimmt.
Technische Lösung
Gemäß einem allgemeinen Aspekt weist ein Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements 2 auf: einen Kanal 100, der sich in einer Längsrichtung erstreckt, an einem bestimmten Punkt gebogen ist, so dass dieser in einer Höhenrichtung mit beiden Flächen des elektrischen Elements 2, das in einem Teilbereich einer oberen Fläche davon angeordnet ist, in Kontakt steht, und durch den ein Wärmeaustauschmittel fließt; eine erste Kopfkammer 210, die mit einem Endabschnitt des Kanals 100 in der Längsrichtung verbunden und daran befestigt ist; eine zweite Kopfkammer 220, die mit dem anderen Endabschnitt des Kanals 100 in der Längsrichtung verbunden und daran befestigt ist und so angeordnet ist, dass diese in einem Zustand, in dem der Kanal gebogen ist, von einem Zentrum der ersten Kopfkammer um einen bestimmten Abstand in der Längsrichtung beabstandet ist; eine Einlassröhre 310, die in der ersten Kopfkammer 210 ausgebildet ist und durch die das Wärmeaustauschmittel eingebracht wird; und eine Auslassröhre 320, die in der zweiten Kopfkammer 220 ausgebildet ist und durch die das Wärmeaustauschmittel abgegeben wird.
Die Einlassröhre 310 und die Auslassröhre 320 können bezüglich einer Mittellinie der ersten Kopfkammer 210 in einer Breitenrichtung asymmetrisch zueinander angeordnet sein.
Eine Endfläche der Einlassröhre 310 und eine Endfläche der Auslassröhre 320, die mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sind, können einen Durchmesser W1 in einer horizontalen Richtung derselben aufweisen, der größer als ein Durchmesser W2 in einer vertikalen Richtung derselben ist, und die anderen Endflächen der Einlassröhre 310 und der Auslassröhre 320 können kreisförmig ausgebildet sein, die Durchmesser aufweisen, die größer als Höhen der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 sind.
Der Kanal 100, dessen beide Enden entsprechend mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sind, kann in einem Zustand mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sein, in dem dieser bezüglich der Zentren der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 in der Höhenrichtung exzentrisch ist.
Der Kanal 100 kann einen runden Teil 110 aufweisen, der an dem Punkt, an dem der Kanal 100 gebogen ist, nach außen vorsteht, so dass eine Höhe des Punkts, an dem der Kanal 100 gebogen ist, größer als ein Abstand zwischen einander zugewandten Flächen des Kanals 100 an einem Punkt ist, an dem das elektrische Element 2 sitzt.
Es können mehrere Kanäle 100 so ausgebildet sein, dass diese in einer Breitenrichtung um einen bestimmten Abstand voneinander beabstandet sind.
Der Kanal 100 kann aufweisen: einen ersten Kanal 101, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und an einem bestimmten Punkt gebogen ist, so dass dieser mit beiden Flächen des elektrischen Elements, das zwischen Flächen angeordnet ist, die in der Höhenrichtung einander zugewandt sind, fest bzw. eng in Kontakt steht; und einen zweiten Kanal 102, der in einem Zustand parallel zum ersten Kanal angeordnet ist, in dem dieser vom ersten Kanal um einen bestimmten Abstand in der Breitenrichtung beabstandet ist, und der so gebogen ist, dass dieser einen Elementeinbringabstand aufweist, der einem Abstand zwischen Flächen, die mit beiden Flächen des elektrischen Elements in Kontakt stehen, wobei dieser sich von dem des ersten Kanals unterscheidet, entspricht.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt weist eine Wärmetauscheranordnung 3 zum Kühlen eines elektrischen Elements auf: den oben beschriebenen Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements; und das elektrische Element 2, wobei das elektrische Element 2 so montiert ist, dass beide Flächen desselben in der Höhenrichtung mit dem Kanal 100 in Kontakt stehen.
In einem Fall, in dem die Anzahl der Kanäle 100 zwei beträgt, können Elementbefestigungsteile 21 der elektrischen Elemente 2 in einem Zwischenraum angeordnet sein, der durch benachbarte, voneinander beabstandete Kanäle 100 ausgebildet ist, und Leistungszufuhrteile 22 der elektrischen Elemente 2 können in einem äußeren Raum angeordnet sein.
Die Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements kann ferner einen Spalt aufweisen, der durch die benachbarten Kanäle 100, die in der Breitenrichtung um einen bestimmten Abstand voneinander beabstandet sind, ausgebildet ist, wobei der Spalt so ausgebildet ist, dass dieser wenigstens zwei Mal so lang wie eine Länge des Elementbefestigungsteils 21 oder länger ist, das an einer Seite des elektrischen Elements 2 in der Breitenrichtung vorsteht.
Eine Breite Tw des Kanals 100 kann kleiner als oder gleich einer Breite Cw des elektrischen Elements 2 sein.
In einem Fall, in dem mehrere Kanäle 100 so ausgebildet sind, dass diese um einen bestimmten Abstand in der Breitenrichtung voneinander beabstandet sind, können Höhen der elektrischen Elemente 2, die in die entsprechenden Kanäle 100 eingebracht sind, sich voneinander unterscheiden.
Ein Kühlmodul 10 für ein elektrisches Element weist auf: den oben beschriebenen Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements; eine untere Platte 30, die an einer unteren Fläche des Wärmetauschers 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements vorgesehen ist; eine obere Platte 40, die an einer oberen Fläche des Wärmetauschers 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements vorgesehen ist und mit der unteren Platte 30 verbunden ist, um einen bestimmten Druck auf den Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements aufzubringen; und ein Außengehäuse 50, in dem der Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements, die untere Platte 30 und die obere Platte 40 aufgenommen sind.
Das Kühlmodul für ein elektrisches Element kann ferner ein elastisches Element 60 aufweisen, das in einem Raum zwischen der oberen Platte 40 und dem Kanal 100 angeordnet ist und eine Elastizität in der Höhenrichtung aufweist.
Das elastische Element 60 kann sich so in der Längsrichtung erstrecken, dass dieses dem Kanal 100 entspricht, und kann von beiden Endabschnitten in einer Zickzackform gebogen sein, so dass beide Seiten davon bezüglich einer Mittellinie in einer Breitenrichtung symmetrisch zueinander sind.
Das Kühlmodul 10 für ein elektrisches Element kann sich über die Einlassröhre 310 und die Auslassröhre 320 mit der äußeren Umgebung des Außengehäuses 50 in Kommunikation befinden, und eine erste Verbindungsöffnung 51 und eine zweite Verbindungsöffnung 52, durch welche die Einlassröhre 310 und die Auslassröhre 320 eingebracht sind, um nach außen vorzustehen, können in dem Außengehäuse 50 ausgebildet sein.
Das Kühlmodul für ein elektrisches Element kann ferner Dichtungsmittel 53 aufweisen, die zwischen der Einlassröhre 310 und der ersten Verbindungsöffnung 51 und zwischen der Auslassröhre 320 und der zweiten Verbindungsöffnung 52 montiert sind.
Das Kühlmodul für ein elektrisches Element kann ferner eine Halterung 400 aufweisen, die den Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements und das Außengehäuse 50 miteinander verbindet.
Die Halterung 400 kann mit der ersten Kopfkammer 210 und/oder der zweiten Kopfkammer 220 und/oder dem Kanal 100 und/oder der Einlassröhre 310 und/oder der Auslassröhre 320 verbunden sein.
In einem Fall, in dem die Anzahl der Kanäle 100 des Wärmetauschers 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements zwei beträgt, können Elementbefestigungsteile 21 der elektrischen Elemente 2 in einem Zwischenraum angeordnet sein, der durch benachbarte Kanäle 100, die in einer Breitenrichtung voneinander beabstandet sind, ausgebildet ist, und Leistungszufuhrteile 22 der elektrischen Elemente 2 können in einem äußeren Raum angeordnet sein.
Zwei obere Platten 40 können an den Kanälen 100 entsprechenden Positionen angeordnet sein, und Elementverbindungsteile 42, die mit den Elementbefestigungsteilen 21 verbunden sind, können an einander benachbarten Seiten der oberen Platten 40 ausgebildet sein.
Die oberen Platten 40 können zweite Plattenverbindungsteile 41 aufweisen, die an Positionen ausgebildet sind, die ersten Plattenverbindungsteilen 31 entsprechen, die in einer Breitenrichtung an beiden Seiten der unteren Platte 30 ausgebildet sind, und die mit den ersten Plattenverbindungsteilen 31 verbunden sind.
Vorteilhafte Wirkungen
Bei dem Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung können beide Flächen des elektrischen Elements und der Kanal, durch den ein Kühlmittel fließt, miteinander in Kontakt stehen, wodurch es möglich ist, Wärme, die in einem Element der integrierten Schaltung erzeugt wird, wirksam abzuführen.
Ferner weist der Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kanal auf, der einen gebogenen Teilbereich hat, so dass dieser in der Höhenrichtung mit beiden Flächen des elektrischen Elements in Kontakt steht, so dass das elektrische Element auf einfach Weise in den Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements eingebracht werden kann und das elektrische Element mit dem Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements auf einfache Weise zusammengedrückt werden kann, wodurch es möglich ist, die Kühlleistung und Montierbarkeit zu verbessern.
In anderen Worten, um ein Problem bei einem Wärmetauscher gemäß einem bekannten doppelseitigen Kühlschema zu lösen, das darin besteht, dass es schwierig ist, das elektrische Element und den Kanal zusammenzudrücken, wenn ein Abstand zwischen den zugewandten Flächen des Kanals so groß ist, dass das elektrische Element auf einfache Weise eingebracht werden kann, und dass es schwierig ist, das elektrische Element einzubringen, wenn der Abstand zwischen den zugewandten Flächen des Kanals verringert ist, um das elektrische Element und den Kanal zusammenzudrücken, wird gemäß der vorliegenden Erfindung das elektrische Element in einem Raum zwischen den zugewandten Flächen des Kanals angeordnet, der in einem bestimmten Winkel gebogen ist, ohne dass ein Vorgang des Einbringens des elektrischen Elements in einen schmalen Spalt durchgeführt wird, und der Kanal und das elektrische Element werden zusammengedrückt, wodurch es möglich ist, die Kühlleistung und Montierbarkeit zu verbessern.
In diesem Fall sind gemäß der vorliegenden Erfindung die erste Kopfkammer und die zweite Kopfkammer in einem Zustand, in dem der Kanal gebogen ist, nicht auf derselben Linie in der Höhenrichtung angeordnet, so dass selbst wenn eine Höhe des elektrischen Elements gering ist, der Kanal das elektrische Element zusammendrücken kann.
Ferner weist gemäß der vorliegenden Erfindung der Kanal den runden Teil auf, der an dem Punkt, an dem der Kanal gebogen ist, nach außen vorsteht, wodurch es möglich ist, eine Beschädigung an dem Kanal zu vermeiden, während eines Vorgangs des Biegens, um mit beiden Flächen eines dünnen elektrischen Elements, das eine Dicke von etwa 4 bis 5 mm aufweist, in Kontakt zu kommen.
Ferner können gemäß der vorliegenden Erfindung die Einlassröhre und die Auslassröhre in derselben Richtung vorgesehen sein, so dass der Aufbau einer Kanaleinrichtung einfach wird und ein Raum, der in einem Fahrzeug von der Einlassröhre und der Auslassröhre belegt wird, verringert werden kann, wodurch es möglich ist, dass periphere Komponenten auf einfache Weise angeordnet werden können.
Ferner sind beim Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Kanäle angeordnet, und die mehreren Kanäle sind, wenn sie gebogen sind, in unterschiedlichen Höhen gebogen, so dass zwei Arten oder mehr von elektrischen Elementen, die unterschiedliche Höhen aufweisen, in dem Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements verwendet werden können.
Ferner weist, wie es oben beschrieben ist, das Kühlmodul für ein elektrisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung eine obere und untere Platte, die einen Druck auf einen gebogenen Kanal in einer Höhenrichtung aufbringen, so dass ein bestimmter Druck in dem gebogenen Kanal beibehalten wird, um dem gebogenen Kanal und einem Element, das zwischen einander zugewandten Flächen des gebogenen Kanals eingebracht ist, zu ermöglichen, dass diese eng miteinander in Kontakt stehen, und ein Außengehäuse auf, das die obere und untere Platte und einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements aufnimmt, wodurch es möglich ist, ein elektrisches Element wirksam zu kühlen und modular aufgebaut zu sein, um auf einfache Weise in einem Fahrzeug montiert werden zu können.
Selbst wenn in diesem Fall gemäß der vorliegenden Erfindung eine thermische Ausdehnung des Wärmetauschers zum Kühlen eines elektrischen Elements und des elektrischen Elements stattfindet, kann aufgrund des elastischen Elements, das zwischen dem Kanal und der oberen Platte vorgesehen ist, stets ein konstanter Druck aufrechterhalten werden.
Ferner ist zur Zeit der Montage des Elements an dem Kanal der Elementbefestigungsteil gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen den einander zugewandten Flächen des Kanals vorgesehen und ist der Leistungszufuhrteil des Elements außerhalb des Kanals vorgesehen, um die Verbindung des Leistungszufuhrteils zur Zeit der Montage des Gesamtmoduls zu vereinfachen.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitensicht, die ein Beispiel einer Vorrichtung zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß dem Stand der Technik darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen weiteren Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine Seitenansicht, die den Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist eine seitliche Querschnittansicht, die eine Einlassröhre und eine Auslassröhre in dem Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements der 3 darstellt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Einlassröhre und eine Auslassröhre gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
7(a) und 7(b) sind Vorderansichten der Einlassröhre in dem Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements der 3, entsprechend betrachtet von einem hinteren Ende und einem vorderen Ende.
8 ist eine Vorderansicht einer ersten Kopfkammer und einer zweiten Kopfkammer in dem Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Ansicht, welche die Strömung eines Wärmeaustauschmittels des Wärmetauschers zum Kühlen eines elektrischen Elements, dargestellt in 3, darstellt.
10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche die Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements der 11 darstellt.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Kühlmodul für ein elektrisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das Kühlmodul für ein elektrisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein weiteres Kühlmodul für ein elektrisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
16 ist eine Seitenansicht, die das Kühlmodul für ein elektrisches Element der 15 darstellt.
17 ist eine perspektivische Ansicht, die ein elastisches Element in 15 darstellt.
18 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel darstellt, in dem eine Halterung an einer ersten Kopfkammer und einer zweiten Kopfkammer in dem Kühlmodul für ein elektrisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
19 und 20 sind perspektivische Ansichten, die verschiedene Beispiele darstellen, in denen die Halterung in dem Kühlmodul für ein elektrisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden ist.
Beste Ausführungsformen
Im Folgenden werden ein Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements und eine Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß einem doppelseitigen Kühlschema, der ausgebildet ist, um mit beiden Flächen des elektrischen Elements in Kontakt zu stehen. Der Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements kann hauptsächlich so aufgebaut sein, dass dieser einen Kanal 100, eine erste Kopfkammer 210, eine zweite Kopfkammer 220, eine Einlassröhre 310 und eine Auslassröhre 320 aufweist.
Hierbei kann das elektrische Element etwa ein Fahrzeugumrichter, ein Antriebsmotorumrichter oder ein Klimaanlagenumrichter sein, in dem ein Halbleitermodul verwendet wird, das ein Halbleiterelement, wie etwa einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder dergleichen, und eine darin eingebettete Diode aufweist, und wobei die vorliegende Erfindung den Wärmetauscher 1 zum Kühlen des elektrischen Elements betrifft.
Der Kanal 100, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und in dem ein Wärmeaustauschmittel fließt, kann so ausgebildet sein, wie es in den 2 und 3 dargestellt ist.
Das Wärmeaustauschmittel, das in dem Kanal 100 fließt, kann ein natürliches Kühlmittel sein, wie etwa Wasser, in das eine auf Ethylenglykol basierende kältebeständige Lösung gemischt ist, Wasser, Ammoniak oder dergleichen, ein auf Freon basierendes Kühlmittel, wie etwa R134a oder dergleichen, ein auf Alkohol basierendes Kühlmittel, ein auf Keton basierendes Kühlmittel, wie etwa Azeton oder dergleichen.
Der Kanal 100 kann ein Kanal 100 sein, der gemäß einem Schema hergestellt ist, bei dem mehrere Trennwände in der Längsrichtung extrudiert sind, ein Kanal 100, der gemäß einem gebogenen Schema hergestellt ist, oder ein Kanal 100, der gemäß einem geschweißten Schema hergestellt ist.
Es wird eine Beschreibung auf der Basis der 3 gegeben. Die erste Kopfkammer 210 wird mit einem Endabschnitt des Kanals 100 in der Längsrichtung verbunden und daran befestigt, bevor der Kanal 100 gebogen wird, wobei die Einlassröhre 310 daran ausgebildet ist, so dass das Wärmeaustauschmittel in die erste Kopfkammer 210 eingebracht werden kann.
Die zweite Kopfkammer 220 wird mit dem anderen Endabschnitt des Kanals 100 in der Längsrichtung verbunden und daran befestigt, bevor der Kanal 100 gebogen wird, wobei die Auslassröhre 320 daran ausgebildet wird, so dass das Wärmeaustauschmittel aus der zweiten Kopfkammer 220 abgegeben werden kann.
Das heißt, beim Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung werden die erste Kopfkammer 210 und die zweite Kopfkammer 220 mit beiden Enden des Kanals 100 verbunden und daran befestigt, bevor der Kanal 100 so gebogen wird, dass die erste Kopfkammer 210 und die zweite Kopfkammer 220 sich in einem Zustand befinden, in dem diese parallel zueinander um einen bestimmten Abstand in der Längsrichtung voneinander beabstandet sind.
Anschließend wird, wie es in 2 und 3 gezeigt ist, beim Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung der Kanal 100 auf der Basis eines bestimmten Punkts gebogen, so dass beide Flächen des elektrischen Elements, das an einem Teilbereich einer oberen Fläche des Kanals 100 angeordnet ist, und der Kanal 100 in einer Höhenrichtung miteinander in Kontakt stehen.
Beim Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Kanal 100 in einem Zustand gebogen, in dem die erste Kopfkammer 210 und die zweite Kopfkammer 220 an die jeweiligen Enden des Kanals 100 gelötet und damit verbunden sind, und insbesondere sind die erste Kopfkammer 210 und die zweite Kopfkammer 220 nicht auf derselben Linie in der Höhenrichtung angeordnet, so dass das elektrische Element vom Kanal 100 zusammengedrückt werden kann, selbst wenn das elektrische Element sehr dünn ist.
In anderen Worten, wenngleich gemäß der vorliegenden Erfindung der Kanal 100 gebogen wird, liegen die erste Kopfkammer 210 und die zweite Kopfkammer 220 in der Höhenrichtung nicht auf eine gestapelte Weise aufeinander, sondern sie sind so angeordnet, dass sie bezüglich der Höhenrichtung relativ zueinander versetzt sind, so dass ein Elementeinbringabstand des Kanals 100 frei einstellbar ist, ungeachtet der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220.
Ferner stimmt bei dem Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung ein Abstand zwischen einander zugewandten Flächen des Kanals 100 mit einer Höhe des elektrischen Elements in einer endgültigen Form überein, die einem Zustand entspricht, in dem der Kanal 100 vollständig gebogen ist, um zu ermöglichen, dass beide Flächen des elektrischen Elements und der Kanal 100 eng miteinander in Kontakt stehen, und, wie es in 3 dargestellt ist, ist es in einem Fall, in dem die Höhe des elektrischen Elements sehr gering ist, selbst in einem Zustand, in dem die erste Kopfkammer und die zweite Kopfkammer nicht auf derselben Linie angeordnet sind, vorzuziehen, dass der Kanal 100, dessen beide Enden entsprechend mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sind, in einem Zustand mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sind, in dem dieser bezüglich Zentren der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 in der Höhenrichtung exzentrisch innen liegt.
Ferner kann der Kanal 100 einen ersten Kanal 101, der sich in der Längsrichtung erstreckt und an einem bestimmten Punkt gebogen ist, um mit beiden Flächen des elektrischen Elements fest in Kontakt zu stehen, das zwischen Flächen angeordnet ist, die einander in der Höhenrichtung zugewandt sind, und einen zweiten Kanal 102 aufweisen, der parallel zum ersten Kanal verläuft bzw. angeordnet ist, in einem Zustand, in dem dieser von dem ersten Kanal um einen bestimmten Abstand in einer Breitenrichtung beabstandet ist, und der gebogen ist, um einen Elementeinbringabstand aufzuweisen, der ein Abstand zwischen Flächen ist, die mit beiden Flächen des elektrischen Elements in Kontakt stehen, das sich von dem des ersten Kanals unterscheidet.
Selbst wenn elektrische Elemente unterschiedliche Höhen aufweisen, werden somit gemäß der vorliegenden Erfindung, nachdem der erste Kanal 101 und der zweite Kanal 102 in Abhängigkeit der Höhen der elektrischen Elemente zur Zeit des Biegens gebogen sind, die elektrischen Elemente passend im ersten Kanal 101 und zweiten Kanal 102 angeordnet und diesbezüglich eingebracht, wodurch es möglich ist, ein wirksames doppelseitiges Kühlen durchzuführen.
In diesem Fall sollte der Wärmewiderstand des ersten Kanals 101 und des zweiten Kanals 102 herabgesetzt werden, um die Wärmeaustauschwirkung zwischen dem ersten und zweiten Kanal 101 und 102 und den elektrischen Elementen zu verbessern. Zu diesem Zweck sollte keine Verformung des ersten und zweiten Kanals 101 und 102 in der Breitenrichtung und der Längsrichtung auf Flächen des ersten und zweiten Kanals 101 und 102, die mit den elektrischen Elementen in Kontakt stehen, vorliegen, und vorzugsweise beträgt die Ebenheit des ersten und zweiten Kanals 101 und 102 höchstens 0,15 oder weniger.
8, die Positionen einer ersten Kanaleinbringöffnung 101_h und einer zweiten Kanaleinbringöffnung 102_h, die in der ersten Kopfkammer und der zweiten Kopfkammer in einem Fall ausgebildet sind, in dem elektrische Elemente, die unterschiedliche Höhen aufweisen, in die Kanäle eingebracht sind, stellt ein Beispiel dar, in dem ein dickes elektrisches Element in dem ersten Kanal 101 angeordnet ist und ein dünnes elektrisches Element in dem zweiten Kanal 102 angeordnet ist.
In einem Fall, in dem eine Höhe des elektrischen Elements sehr klein ist, wie bei dem elektrischen Element, das in den zweiten Kanal 102 eingebracht ist, können der erste Kanal 101 oder der zweite Kanal 102 in einem Zustand mit der ersten Kopfkammer 210 oder der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sein, in dem dieser bezüglich der Mittellinien C_h der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 in der Höhenrichtung nach innen exzentrisch ist. Auf der anderen Seite kann in einem Fall, in dem das elektrische Element dick ist, wie bei dem elektrischen Element, das in den ersten Kanal 101 eingebracht ist, der erste Kanal 101 oder der zweite Kanal 102 in einem Zustand mit der ersten Kopfkammer 210 oder der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sein, in dem dieser bezüglich der Mittellinien C_h der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 in der Höhenrichtung nach außen exzentrisch ist.
Der erste Kanal 101 ist an einem bestimmten Punkt gebogen, so dass dieser mit beiden Flächen des elektrischen Elements, das an einem Teilbereich einer oberen Fläche davon angeordnet ist, in der Höhenrichtung in Kontakt steht.
Gleichermaßen ist auch der zweite Kanal 102 an einem bestimmten Punkt gebogen, so dass dieser mit beiden Flächen des elektrischen Elements, das an einem Teilbereich einer oberen Fläche davon angeordnet ist, in der Höhenrichtung in Kontakt steht, und der zweite Kanal 102 ist so gebogen, dass der Elementeinbringabstand davon, welcher der Abstand zwischen den Flächen ist, die mit beiden Flächen des elektrischen Elements in Kontakt stehen, sich von dem des ersten Kanals 101 unterscheidet.
Auch wenn elektrische Elemente unterschiedliche Höhen aufweisen, werden somit gemäß der vorliegenden Erfindung, nachdem der erste Kanal 101 und der zweite Kanal 102 in Abhängigkeit der Höhen der elektrischen Elemente zur Zeit des Biegens gebogen sind, die elektrischen Elemente passend im ersten Kanal 101 und zweiten Kanal 102 angeordnet und diesbezüglich eingebracht, wodurch es möglich ist, ein wirksames doppelseitiges Kühlen durchzuführen.
In diesem Fall sollte der Wärmewiderstand des ersten Kanals 101 und des zweiten Kanals 102 herabgesetzt werden, um die Wärmeaustauschwirkung zwischen dem ersten und zweiten Kanal 101 und 102 und den elektrischen Elementen zu verbessern. Zu diesem Zweck sollte keine Verformung des ersten und zweiten Kanals 101 und 102 in der Breitenrichtung und der Längsrichtung an Flächen des ersten und zweiten Kanals 101 und 102, die mit den elektrischen Elementen in Kontakt stehen, vorliegen, und die Ebenheit des ersten und zweiten Kanals 101 und 102 beträgt vorzugsweise höchstens 0,15 oder weniger.
4, die Positionen einer ersten Kanaleinbringöffnung 101_h und einer zweiten Kanaleinbringöffnung 102_h darstellt, die in der ersten Kopfkammer und der zweiten Kopfkammer in einem Fall ausgebildet sind, in dem elektrische Elemente, die unterschiedliche Höhen aufweisen, in die Kanäle eingebracht sind, stellt ein Beispiel dar, in dem ein dickes elektrisches Element in dem ersten Kanal 101 angeordnet ist und ein dünnes elektrisches Element in dem zweiten Kanal 102 angeordnet ist.
In einem Fall, in dem eine Höhe des elektrischen Elements sehr klein ist, wie beim elektrischen Element, das in den zweiten Kanal 102 eingebracht ist, kann der erste Kanal 101 oder der zweite Kanal 102 in einem Zustand mit der ersten Kopfkammer 210 oder der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sein, in dem dieser bezüglich der Mittellinien C_h der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 in der Höhenrichtung nach innen exzentrisch ist. Auf der anderen Seite kann in einem Fall, in dem das elektrische Element dick ist, wie beim elektrischen Element, das in den ersten Kanal 101 eingebracht ist, der erste Kanal 101 oder der zweite Kanal 102 in einem Zustand mit der ersten Kopfkammer 210 oder der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sein, in dem dieser bezüglich der Mittellinien C_h der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 in der Höhenrichtung nach außen exzentrisch ist.
Wie es oben beschrieben ist, weist der Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung eine Form auf, bei der das elektrische Element zwischen einander zugewandten Flächen des gebogenen Kanals 100 eingebracht wird, wenn der Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements an dem elektrischen Element montiert wird, und ein Abstand zwischen den einander zugewandten Flächen des Kanals 100 beträgt in einem Zustand, in dem der Kanal 100 vollständig gebogen ist, lediglich ungefähr 4 bis 5 mm, damit beide Flächen des elektrischen Elements und der Kanal 100 eng in Kontakt stehen können.
Damit ein Abstand zwischen den zugewandten Flächen des gebogenen Kanals 100 etwa 4 bis 5 mm betragen kann, darf ein Grad der Ermüdung, der auf den Punkt wirkt, an dem der Kanal 100 gebogen wird, nicht sehr groß sein. Um folglich den Grad der Ermüdung zu minimieren, kann der Kanal 100 einen runden Teil 110 aufweisen, der an dem Punkt nach außen vorsteht, an dem der Kanal 100 gebogen ist, so dass eine Höhe des Punkts, an dem der Kanal 100 gebogen ist, größer sein kann als ein Abstand zwischen den zugewandten Flächen des Kanals 100 an einem Punkt, an dem das elektrische Element sitzt.
Wie es in 4 dargestellt ist, ist der runde Teil 110 an dem Punkt ausgebildet, an dem der Kanal gebogen ist, und ein Querschnitt des runden Teils 110 kann eine Kreisform haben, bei der ein Teilbereich einer Seite offen ist.
Bei dem Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung können Durchmesser der Einlassröhre 310 und der Auslassröhre 320 größer als Höhen der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 sein. Wenn in diesem Fall die Einlassröhre 310 und die Auslassröhre 320 ausgebildet sind, um jeweils an mittleren Abschnitten der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 angeordnet zu sein, können sich die Einlassröhre 310 und die Auslassröhre 320 stören, wenn die erste Kopfkammer 210 und die zweite Kopfkammer 220 durch Biegen des Kanals 100 parallel zueinander bezüglich der Höhenrichtung positioniert werden.
Die Einlassröhre 310 und die Auslassröhre 320 sind somit beim Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so angeordnet, dass diese bezüglich einer Mittellinie der ersten Kopfkammer 210 in der Breitenrichtung asymmetrisch vorgesehen sind.
In diesem Fall können beim Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung Formen und Positionen der Einlassröhre 310 und der Auslassröhre 320 abgeändert werden, um das Wärmeaustauschmittel geeignet zu verteilen. In einem Fall, in dem zwei Kanäle ausgebildet sind, kann, wie in 3 dargestellt, die Einlassröhre 310 in der Mitte der ersten Kopfkammer 210 angeordnet sein, damit sich das eingebrachte Wärmeaustauschmittel gleichmäßig an die beiden Kanälen 100 verteilt.
Wie es oben beschrieben ist, können beim Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung die Durchmesser der Einlassröhre 310 und der Auslassröhre 320 größer als die Höhen der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 sein. Genauer gesagt sind, wie es in 6 und 7 dargestellt ist, Querschnitte der Seiten der Einlassröhre 310 und der Auslassröhre 320, die mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sind, und Querschnitte der anderen Seiten der Einlassröhre 310 und der Auslassröhre 320 unterschiedlich ausgebildet, wobei Durchmesser der Querschnitte der anderen Seiten größer sind als die Höhen der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220.
Bei einem Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements, das in einer Leistungssteuereinheit (PCU) oder einer Hybridleistungssteuereinheit (HPCU) vorgesehen ist, sind die Abmessungen der Kopfkammern vorzugsweise so klein wie möglich ausgelegt, um eine Packung zu verbessern. Da eine Einlassröhre und eine Auslassröhre des Wärmetauschers zum Kühlen eines elektrischen Elements ein Kühlfluid eines Fahrzeugs nutzen, weisen diese in diesem Fall denselben Durchmesser auf, der im Allgemeinen größer als die Abmessung der Kopfkammern ist. Somit ist der Durchmesser der Einlassröhre und der Auslassröhre gemäß der vorliegenden Erfindung an den anderen Endabschnitten größer als an den Endabschnitten derselben, die mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sind.
Mit Bezug auf 7 sind Vorderenden der Einlassröhre und der Auslassröhre kreisröhrenförmig ausgebildet, die denselben Durchmesser aufweisen, und hintere Enden der Einlassröhre und der Auslassröhre sind so ausgebildet, dass ein Durchmesser W1 derselben in einer horizontalen Richtung größer als ein Durchmesser W2 derselben in einer vertikalen Richtung ist, so dass die Einlassröhre und die Auslassröhre mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sind, die kleiner als der gemeinsame Durchmesser der Vorderenden ausgebildet sind.
Es wird eine Strömung des Wärmeaustauschmittels in dem Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 9 beschrieben.
Zunächst tritt das Wärmeaustauschmittel, das durch die Einlassröhre 310 eingebracht wird, die sich mit der ersten Kopfkammer 210 in Kommunikation befindet, durch die erste Kopfkammer 210 und fließt anschließend entlang des Kanals 100, der mit einer oberen Fläche des elektrischen Elements eng in Kontakt steht.
Als Nächstes fließt das Wärmeaustauschmittel entlang des Kanals 100, der mit einer unteren Fläche des elektrischen Elements 2 eng in Kontakt steht, tritt durch die zweite Kopfkammer 220 und wird anschließend an die Auslassröhre 320 abgegeben.
Ferner wird, wie es in 10 bis 12 dargestellt ist, eine Wärmetauscheranordnung 3 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet, indem der Kanal 100 des Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements, wie oben beschrieben, und beide Flächen des elektrischen Elements so montiert werden, dass diese in der Höhenrichtung eng in Kontakt stehen.
Bei der Wärmetauscheranordnung 3 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung sind in einem Fall, in dem die Anzahl der Kanäle 100 eins beträgt, Verbinder 22 der elektrischen Elemente 2 an einer Seite des Kanals 100 in der Breitenrichtung angeordnet, und Elementbefestigungsteile 21 der elektrischen Elemente 2 sind an der anderen Seite des Kanals 100 in der Breitenrichtung angeordnet.
Ferner sind bei der Wärmetauscheranordnung 3 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Fall, in dem die Anzahl der Kanäle 100 zwei beträgt, die Elementbefestigungsteile 21 der elektrischen Elemente vorzugsweise in einem Zwischenraum angeordnet, der durch benachbarte Kanäle 100, die voneinander beabstandet sind ausgebildet ist, und die Verbinder 22 der elektrischen Elemente sind in äußeren Räumen angeordnet, um eine Verbindung der Leistungszufuhrteile zur Zeit der Montage eines Gesamtmoduls zu vereinfachen.
In diesem Fall weist der Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung einen Spalt auf, der durch die Kanäle 100 ausgebildet wird, die um einen bestimmten Abstand in der Breitenrichtung voneinander beabstandet sind, und der Spalt ist vorzugsweise so ausgebildet, dass dieser das Zweifache oder mehr einer Länge des Elementbefestigungsteils 21 beträgt, das an einer Seite des elektrischen Elements in der Breitenrichtung vorsteht, um zu vermeiden, dass sich die Elementbefestigungsteile 21 benachbart angeordneter elektrischer Elemente 2 stören.
Ferner ist beim Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung eine Breite Tw des Kanals 100 vorzugsweise kleiner oder gleich einer Breite Cw des elektrischen Elements, so dass der Kanal 100 keine Lamellen bzw. vorstehenden Teile abdeckt, die an beiden Flächen des elektrischen Elements in der Breitenrichtung vorstehen.
Ferner sind in einem Fall, in dem die Anzahl der Wärmetauscheranordnungen zum Kühlen eines elektrischen Elements zwei beträgt, der erste Kanal 101 und der zweite Kanal 102 so gebogen, dass Elementeinbringhöhen derselben sich voneinander unterscheiden, so dass ein elektrisches Element, das an dem ersten Kanal 101 montiert wird, und ein elektrisches Element, das an dem zweiten Kanal 102 montiert wird, unterschiedliche Höhen aufweisen können.
Ferner ist ein Kühlmodul für ein elektrisches Element 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, dargestellt in 13 bis 15, das den Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements, wie oben beschrieben, aufweist, ein Modul, das mit einer oberen Platte 40, einer unteren Platte 30 und einem Außengehäuse 50 aufgebaut ist.
Die untere Platte 30 ist an einer unteren Fläche des Wärmetauschers 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements angeordnet, die obere Platte 40 ist an einer oberen Fläche des Wärmetauschers 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements angeordnet und die obere Platte 40 und die untere Platte 30 sind miteinander verbunden, um einen bestimmten Druck auf den Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements, das zwischen diesen positioniert ist, aufzubringen, wodurch es möglich ist, dass der gebogene Kanal 100 und die elektrischen Elemente 2, die zwischen die einander zugewandten Flächen des Kanals 100 eingebracht sind, auf zuverlässige Weise in engem Kontakt stehen.
Das Außengehäuse 50 nimmt die oben beschriebenen Komponenten auf, und wenngleich lediglich ein unteres Gehäuse in 2 dargestellt ist, ist tatsächlich auch ein oberes Gehäuse vorgesehen, und das obere und untere Gehäuse sind miteinander verbunden, wodurch es möglich ist, einen geschlossenen Raum auszubilden, in dem der Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements und die obere und untere Platte 30 und 40 aufgenommen sind.
Wie es in 4 dargestellt ist, kann das Kühlmodul 10 für ein elektrisches Element ferner ein elastisches Element aufweisen, das in einem Raum zwischen der oberen Platte 40 und dem Kanal 100 angeordnet ist und eine Elastizität in der Höhenrichtung aufweist.
Wie es in 6 dargestellt ist, erstreckt sich das elastische Element in der Längsrichtung, so dass dieses dem Kanal 100 entspricht, und ist von beiden Endabschnitten in einer Zickzackform gebogen, so dass beide Seiten desselben bezüglich einer Mittellinie in der Breitenrichtung symmetrisch zueinander sind.
Gemäß dem Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements beträgt in einem Fall, in dem die Anzahl der Kanäle 10ß zwei beträgt, die Anzahl elastischer Elemente zwei, um der Anzahl der Kanäle 100 zu entsprechen, und die elastischen Elemente können länglich ausgebildet sein, um den Längen der Kanäle 100 zu entsprechen.
In diesem Fall kann ein elastisches Element länglich ausgebildet sein, um der Länge des Kanals 100 zu entsprechen, wie es in 4 dargestellt ist, oder es können mehrere elastische Elemente, die kürzer als der Kanal 100 sind, an der oberen Fläche des Kanals 100 angeordnet sein.
Auch wenn eine Wärmeausdehnung des Wärmetauschers 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements und des elektrischen Elements 2 stattfindet, kann somit gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund des elastischen Elements, das zwischen dem Kanal 100 und der oberen Platte 40 vorgesehen ist, stets ein konstanter Druck beibehalten werden.
Das Außengehäuse 50 nimmt, wie es oben dargelegt ist, den Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements in einem Innenraum desselben auf und befindet sich über die Einlassröhre 310 und die Auslassröhre 320 in Kommunikation mit der äußeren Umgebung.
Zu diesem Zweck sind eine erste Verbindungsöffnung 51 und eine zweite Verbindungsöffnung 52, in welche die Einlassröhre 310 und die Auslassröhre 320 eingebracht sind, um nach außen vorzustehen, in dem Außengehäuse 50 ausgebildet, und ferner sind ringförmige Dichtungselemente 53 zwischen der Einlassröhre 310 und der ersten Verbindungsöffnung 51 und zwischen der Auslassröhre 320 und der zweiten Verbindungsöffnung 52 angebracht, wodurch es möglich ist, eine Dichtung und Befestigung zwischen dem Außengehäuse 50 und der Einlassröhre und der Auslassröhre 310 und 320 beizubehalten.
Ferner kann das Kühlmodul des elektrischen Elements 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Halterung 400 aufweisen, die den Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements und das Außengehäuse 50 miteinander verbindet.
Die Halterung 400 kann mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden sein, wie in 2 dargestellt, mit dem Kanal 100 verbunden sein, wie in 11 dargestellt, oder mit der Einlassröhre 310 oder der Auslassröhre 320 verbunden sein, wie in 20 dargestellt.
Die Halterung 400, dargestellt in 2, weist eine Gesamtheit von drei Verbindungsflächen auf, durch Verbinden eines ungefähren '¬'-Winkels und eines ungefähren '
'-Winkels miteinander, und zwei der drei Verbindungsflächen sind entsprechend mit der ersten Kopfkammer 210 und der zweiten Kopfkammer 220 verbunden, und die andere der drei Verbindungsflächen ist mit dem Außengehäuse 50 verbunden.
Somit befestigt die Halterung 400 die erste Kopfkammer 210 und die zweite Kopfkammer 220 an bestimmten Positionen, wodurch es möglich ist, den Kanal 100 darin zu unterstützen, die elektrischen Elemente 2 zusammenzudrücken.
Wie es oben beschrieben ist, sind beim Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Fall, in dem die Anzahl der Kanäle 100 zwei beträgt, die Elementbefestigungsteile 21 der elektrischen Elemente 2 vorzugsweise im Zwischenraum angeordnet, der durch die benachbarten Kanäle 100, die in der Breitenrichtung voneinander beabstandet sind, ausgebildet wird, und die Leistungszufuhrteile 22 der elektrischen Elemente 2 sind in den äußeren Räumen angeordnet, um die Verbindung der Leistungszufuhrteile 22 zur Zeit der Montage des Gesamtmoduls zu vereinfachen.
In diesem Fall sind beim Kühlmodul für ein elektrisches Element 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zwei obere Platten 40 an den Kanälen 100 entsprechenden Positionen angeordnet, und Elementverbindungsteile 42, die mit den Elementbefestigungsteilen 21 verbunden sind, können an benachbarten Seiten der oberen Platten 40 ausgebildet sein.
Die oberen Platten 40 können zweite Plattenverbindungsteile 41 aufweisen, die an Positionen ausgebildet sind, die ersten Plattenverbindungsteilen 31 entsprechen, die an beiden Seiten der unteren Platte 30 in der Breitenrichtung ausgebildet sind, und mit den ersten Plattenverbindungsteilen 31 verbunden sind.
Es wird ein Montagevorgang des Kühlmoduls für ein elektrisches Element 10 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst kann der Wärmetauscher 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements gemäß einem Schema montiert werden, gemäß dem die elektrischen Elemente 2 zwischen die einander zugewandten Flächen der Kanäle 100 eingebracht und befestigt werden, in einem Zustand, in dem die gebogenen Kanäle 100 in einem Winkel von ungefähr 5 bis 10 Grad gebogen sind, und ein beabstandetes Inneres wird zusammengedrückt, so dass die oberen Flächen der elektrischen Elemente 2 und die Kanäle 100 zusammengedrückt werden können.
In diesem Fall unterstützen die oberen Platten 40 und die untere Platte 30, die an der oberen und unteren Fläche des Wärmetauschers 1 zum Kühlen eines elektrischen Elements angeordnet sind, das Zusammendrücken der Kanäle 100, aufgrund der Verbindung zwischen den ersten Plattenverbindungsteilen 31 und den zweiten Plattenverbindungsteilen 41.
In diesem Fall sind die Elementverbindungsteile 42 der oberen Platten 40 mit den Elementbefestigungsteilen 21 der elektrischen Elemente 2 verbunden, so dass alle elektrischen Elemente 2, die oberen Platten 40 und die untere Platte 30 und die Kanäle 100 direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, wodurch es möglich ist, die Montierbarkeit des Moduls zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben dargelegten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, vielmehr kann sie auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Ferner kann die vorliegende Erfindung vom Fachmann, an den sich die vorliegende Erfindung richtet, auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne sich vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die in den Ansprüchen beansprucht ist, zu entfernen.
Detaillierte Beschreibung der Hauptelemente
Bezugszeichenliste

1: Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements
2: Elektrisches Element
3: Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements
10: Kühlmodul für ein elektrisches Element
21: Elementbefestigungsteil
22: Leistungszufuhrteil
30: Untere Platte
31: Erster Plattenverbindungsteil
40: Obere Platte
41: Zweiter Plattenverbindungsteil
42: Elementverbindungsteil
50: Außengehäuse
51: Erste Verbindungsöffnung
52: Zweite Verbindungsöffnung
53: Dichtungselement
60: Elastisches Element
100: Kanal
101: Erster Kanal
102: Zweiter Kanal
101_h: Erste Kanaleinbringöffnung
102_h: Zweite Kanaleinbringöffnung
110: Runder Teil
210: Erste Kopfkammer
220: Zweite Kopfkammer
310: Einlassröhre
320: Auslassröhre
400: Halterung

Claims

Wärmetauscher (1) zum Kühlen eines elektrischen Elements (2), der aufweist: einen Kanal (100), der sich in einer Längsrichtung erstreckt, an einem bestimmten Punkt gebogen ist, so dass dieser in einer Höhenrichtung mit beiden Flächen des elektrischen Elements (2), das in einem Teilbereich einer oberen Fläche davon angeordnet ist, in Kontakt steht, und durch den ein Wärmeaustauschmittel fließt; eine erste Kopfkammer (210), die mit einem Endabschnitt des Kanals (100) in der Längsrichtung verbunden und daran befestigt ist; eine zweite Kopfkammer (220), die mit dem anderen Endabschnitt des Kanals (100) in der Längsrichtung verbunden und daran befestigt ist und so angeordnet ist, dass diese in einem Zustand, in dem der Kanal gebogen ist, von einem Zentrum der ersten Kopfkammer um einen bestimmten Abstand in der Längsrichtung beabstandet ist; ein Einlassröhre (310), die in der ersten Kopfkammer (210) ausgebildet ist und durch die das Wärmeaustauschmittel eingebracht wird; und eine Auslassröhre (320), die in der zweiten Kopfkammer (220) ausgebildet ist und durch die das Wärmeaustauschmittel abgegeben wird.
Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 1, bei dem die Einlassröhre (310) und die Auslassröhre (320) bezüglich einer Mittellinie der ersten Kopfkammer (210) in einer Breitenrichtung asymmetrisch zueinander angeordnet sind.
Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 2, bei dem eine Endfläche der Einlassröhre (310) und eine Endfläche der Auslassröhre (320), die mit der ersten Kopfkammer (210) und der zweiten Kopfkammer (220) verbunden sind, einen Durchmesser (W1) in einer horizontalen Richtung derselben aufweisen, der größer als ein Durchmesser (W2) in einer Vertikalrichtung derselben ist, und die anderen Endflächen der Einlassröhre (310) und der Auslassröhre (320) kreisförmig ausgebildet sind, die Durchmesser aufweisen, die größer als Höhen der ersten Kopfkammer (210) und der zweiten Kopfkammer (220) sind.
Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 1, bei dem der Kanal (100), dessen beide Enden entsprechend mit der ersten Kopfkammer (210) und der zweiten Kopfkammer (220) verbunden sind, in einem Zustand mit der ersten Kopfkammer (210) und der zweiten Kopfkammer (220) verbunden ist, in dem dieser bezüglich Zentren der ersten Kopfkammer (210) und der zweiten Kopfkammer (220) in der Höhenrichtung exzentrisch ist.
Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 1, bei dem der Kanal (100) einen runden Teil (110) aufweist, der an dem Punkt, an dem der Kanal (100) gebogen ist, nach außen vorsteht, so dass eine Höhe des Punkts, an dem der Kanal (100) gebogen ist, größer als ein Abstand zwischen einander zugewandten Flächen des Kanals (100) an einem Punkt ist, an dem das elektrische Element (2) sitzt.
Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 1, bei dem mehrere Kanäle (100) so ausgebildet sind, dass diese in einer Breitenrichtung um einen bestimmten Abstand voneinander beabstandet sind.
Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 16, bei dem der Kanal (100) aufweist: einen ersten Kanal (101), der sich in einer Längsrichtung erstreckt und an einem bestimmten Punkt gebogen ist, so dass dieser mit beiden Flächen des elektrischen Elements, das zwischen Flächen angeordnet ist, die in der Höhenrichtung einander zugewandt sind, eng in Kontakt steht; und einen zweiten Kanal (102), der in einem Zustand parallel zum ersten Kanal angeordnet ist, in dem dieser von dem ersten Kanal um einen bestimmten Abstand in der Breitenrichtung beabstandet ist, und der so gebogen ist, dass dieser einen Elementeinbringabstand aufweist, der einem Abstand zwischen Flächen, die mit beiden Flächen des elektrischen Elements in Kontakt stehen, wobei dieser sich von dem des ersten Kanals unterscheidet, entspricht.
Wärmetauscheranordnung (3) zum Kühlen eines elektrischen Elements, die aufweist: den Wärmetauscher (1) zum Kühlen eines elektrischen Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und das elektrische Element (2), wobei das elektrische Element (2) so montiert ist, dass beide Flächen desselben in der Höhenrichtung mit dem Kanal (100) in Kontakt stehen.
Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 8, bei dem in einem Fall, in dem die Anzahl der Kanäle (100) zwei beträgt, Elementbefestigungsteile (21) der elektrischen Elemente (2) in einem Zwischenraum angeordnet sind, der durch benachbarte Kanäle (100), die voneinander beabstandet sind, ausgebildet ist, und Leistungszufuhrteile (22) der elektrischen Elemente (2) in einem äußeren Raum angeordnet sind.
Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 9, die ferner einen Spalt aufweist, der durch die benachbarten Kanäle (100), die um einen bestimmten Abstand in einer Breitenrichtung voneinander beabstandet sind, ausgebildet ist, wobei der Spalt so ausgebildet ist, dass dieser wenigstens zwei Mal so lang wie eine Länge des Elementbefestigungsteils (21) oder länger ist, das an einer Seite des elektrischen Elements (2) in der Breitenrichtung vorsteht.
Wärmetauscheranordnung zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 8, bei der eine Breite (Tw) des Kanals (100) kleiner als oder gleich einer Breite (Cw) des elektrischen Elements (2) ist.
Wärmetauscheranordnung (3) zum Kühlen eines elektrischen Elements nach Anspruch 5, bei der in einem Fall, in dem mehrere Kanäle (100) so ausgebildet sind, dass diese um einen bestimmten Abstand in einer Breitenrichtung voneinander beabstandet sind, Höhen der elektrischen Elemente (2), die in die entsprechenden Kanäle (100) eingebracht sind, sich voneinander unterscheiden.
Kühlmodul (10) für ein elektrisches Element, das aufweist: den Wärmetauscher (1) zum Kühlen eines elektrischen Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 7; eine untere Platte (30), die an einer unteren Fläche des Wärmetauschers (1) zum Kühlen eines elektrischen Elements angeordnet ist; eine obere Platte (40), die an einer oberen Fläche des Wärmetauschers (1) zum Kühlen eines elektrischen Elements angeordnet ist und mit der unteren Platte (30) verbunden ist, um einen bestimmten Druck auf den Wärmetauscher (1) zum Kühlen eines elektrischen Elements aufzubringen; und ein Außengehäuse (50), in dem der Wärmetauscher (1) zum Kühlen eines elektrischen Elements, die untere Platte (30) und die obere Platte (40) aufgenommen sind.
Kühlmodul für ein elektrisches Element nach Anspruch 13, das ferner ein elastisches Element (60) aufweist, das in einem Raum zwischen der oberen Platte (40) und dem Kanal (100) angeordnet ist und eine Elastizität in der Höhenrichtung aufweist.
Kühlmodul für ein elektrisches Element nach Anspruch 14, bei dem das elastische Element (60) sich so in der Längsrichtung erstreckt, dass dieses dem Kanal (100) entspricht, und von beiden Endabschnitten in einer Zickzackform gebogen ist, so dass beide Seiten davon bezüglich einer Mittellinie in einer Breitenrichtung symmetrisch zueinander sind.
Kühlmodul für ein elektrisches Element nach Anspruch 13, wobei das Kühlmodul (10) für ein elektrisches Element sich über die Einlassröhre (310) und die Auslassröhre (320) mit der äußeren Umgebung des Außengehäuses (50) in Kommunikation befindet, und eine erste Verbindungsöffnung (51) und eine zweite Verbindungsöffnung (52), in welche die Einlassröhre (310) und die Auslassröhre (320) eingebracht sind, um nach außen vorzustehen, in dem Außengehäuse (50) ausgebildet sind.
Kühlmodul für ein elektrisches Element nach Anspruch 16, das ferner Dichtungselemente (53) aufweist, die zwischen der Einlassröhre (310) und der ersten Verbindungsöffnung (51) und zwischen der Auslassröhre (320) und der zweiten Verbindungsöffnung (52) montiert sind.
Kühlmodul für ein elektrisches Element nach Anspruch 16, das ferner eine Halterung (400) aufweist, die den Wärmetauscher (1) zum Kühlen eines elektrischen Elements und das Außengehäuse (50) miteinander verbindet.
Kühlmodul für ein elektrisches Element nach Anspruch 18, bei dem die Halterung (400) mit der ersten Kopfkammer (210) und/oder der zweiten Kopfkammer (220) und/oder dem Kanal (100) und/oder der Einlassröhre (310) und/oder der Auslassröhre (320) verbunden ist.
Kühlmodul für ein elektrisches Element nach Anspruch 16, bei dem in einem Fall, in dem die Anzahl der Kanäle (100) des Wärmetauschers (1) zum Kühlen eines elektrischen Elements zwei beträgt, Elementbefestigungsteile (21) der elektrischen Elemente (2) in einem Zwischenraum angeordnet sind, der durch benachbarte Kanäle (100), die in einer Breitenrichtung voneinander beabstandet sind, ausgebildet ist, und Leistungszufuhrteile (22) der elektrischen Elemente (2) in einem äußeren Raum angeordnet sind.
Kühlmodul für ein elektrisches Element nach Anspruch 20, bei dem zwei obere Platten (40) an den Kanälen (100) entsprechenden Positionen angeordnet sind, und Elementverbindungsteile (42), die mit den Elementbefestigungsteilen (21) verbunden sind, an einander benachbarten Seiten der oberen Platten (40) ausgebildet sind.
Kühlmodul für ein elektrisches Element nach Anspruch 21, bei dem die oberen Platten (40) zweite Plattenverbindungsteile (41) aufweisen, die an Positionen ausgebildet sind, die ersten Plattenverbindungsteilen (31) entsprechen, die in einer Breitenrichtung an beiden Seiten der unteren Platte (30) ausgebildet sind, und die mit den ersten Plattenverbindungsteilen (31) verbunden sind.