DE112018002794T5

DE112018002794T5 - Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE112018002794T5
Application number: DE112018002794.5T
Authority: DE
Inventors: Wi Sam Jo; Jun Young Song; Sun Mi Lee; Hong Young LIM
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2020-03-05
Also published as: JP6979468B2; US20200196484A1; CN110945977B; WO2018221959A1; KR102325110B1; CN110945977A; JP2020522141A; US11439040B2; KR20180131130A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, und spezifischer auf einen Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, bei dem die rohrförmigen Kühlwegteile in mehreren Stufen gekoppelt sein können, die Montage der elektrischen Vorrichtung und des Kühlwegteils während der mehrstufigen Kopplung einfach ist, und ein Kühlen beider Oberflächen der elektrischen Vorrichtung durch eine enge Kopplung zwischen der elektrischen Vorrichtung und dem Kühlwegteil möglich ist.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, und insbesondere auf einen Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, bei dem die rohrförmigen Kühlwegteile in mehreren Stufen gekoppelt sein können, die Montage der elektrischen Vorrichtung und des Kühlwegteils während der mehrstufigen Kopplung einfach ist, und ein Kühlen beider Oberflächen der elektrischen Vorrichtung durch eine enge Kopplung zwischen der elektrischen Vorrichtung und dem Kühlwegteil möglich ist.
[Stand der Technik]
Generell ist eine Stromregeleinheit (power control unit, PCU), die den Strom regelt, der von einer Batterie zum Antreiben zugeführt wird, um den Strom an einen Motor in einem gewünschten Zustand zuzuführen, zusätzlich in einem Fahrzeug, wie z. B. einem Hybridfahrzeug, einem Brennstoffzellenfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug unter Verwendung einer Antriebskraft des Motors montiert.
Die PCU beinhaltet elektrische Vorrichtungen, wie z. B. einen Wechselrichter, einen Glättungskondensator und einen Umrichter. Bei der Stromversorgung erzeugen die elektrischen Geräte Wärme, sodass eine separate Kühlvorrichtung zum Kühlen der elektrischen Vorrichtungen erforderlich ist.
Die offenbarte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-245478 (veröffentlicht am 7. September 2001 mit dem Titel „Apparatus for Cooling Inverter“) hat einen Wechselrichter offenbart, in dem ein Halbleitermodul mit einem Halbleiterelement, wie z. B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistor, IGBT), und einer darin eingebetteten Diode verwendet wird, und die offenbarte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2008-294283 (veröffentlicht am 4. Dezember 2008 mit dem Titel „Semiconductor Apparatus“) hat einen Kühlkörper offenbart, der montiert ist, um mit einer unteren Oberfläche eines Halbleiterelements in Kontakt zu sein, und der zum Wärmeaustausch durch ein darin strömendes Fluid gebildet ist.
Dieses vorstehend beschriebene einseitige Kühlschema hat eine Einschränkung der Kühlleistung, weshalb zur Lösung des Problems ein doppelseitiges Kühlschema entwickelt wurde. Im Falle des doppelseitigen Kühlschemas wird eine elektrische Vorrichtung in einen Raum zwischen den Wärmetauschern eingesetzt, und es müssen Bedingungen erfüllt sein, unter denen ein Einsetzabstand der elektrischen Vorrichtung zwischen den Wärmetauschern größer sein soll als eine Höhe der elektrischen Vorrichtung, und die elektrische Vorrichtung und der Wärmetauscher sollen fest aneinander gepresst werden, damit die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers zufriedenstellend ist.
Ein Wärmetauscher für die in 1 veranschaulichte doppelseitige Kühlung kann Rohre 20 beinhalten, die auf gegenüberliegenden Oberflächen einer elektrischen Vorrichtung 10 angeordnet sind und in denen ein Wärmetauschmedium strömt, und Behälter 30, die mit gegenüberliegenden Enden der Rohre 20 gekoppelt sind und durch die das Wärmetauschmedium ein- oder ausströmt.
Hier ist der Wärmetauscher für die in 1 veranschaulichte doppelseitige Kühlung durch Lötkopplung gebildet, und die elektrische Vorrichtung 10 muss eingesetzt werden, nachdem ein Einsetzraum für die elektrische Vorrichtung 10 festgelegt wurde. Als Resultat ist es nicht einfach, das elektrische Gerät 10 einzusetzen, was problematisch ist.
Zusätzlich werden die elektrische Vorrichtung 10 und das Rohr 20 in dem Fall, in dem ein Abstand zwischen den Rohren 20 groß ist, um das Einsetzen der elektrischen Vorrichtung zu erleichtern, nicht fest aneinander gepresst, was zu einer Verschlechterung der Wärmeaustauschleistung führt.
Ein Wärmetauscher zur doppelseitigen Kühlung, veranschaulicht in 2, ist ein Wärmetauscher, der durch Biegen eines Rohrs 50 gebildet ist und bei dem eine elektrische Vorrichtung 40 in einen Raum eingesetzt werden kann, der durch Biegen des Rohres 50 gebildet ist, um das Rohr 50 und die elektrische Vorrichtung 40 aneinander zu pressen.
Da die elektrische Vorrichtung 40 in den durch Biegen des Rohrs 50 gebildeten Raum eingesetzt werden muss, ist es hier nicht möglich, eine große Anzahl von elektrischen Vorrichtungen zu kühlen, und es muss eine zusätzliche Platte zum Pressen der Vorrichtung 40 bereitgestellt werden.
Ferner ist es bei mehrstufiger Stapelung schwierig, Behälter 60 zur Verbindung zwischen den jeweiligen Rohren 40 anzuordnen, da eine Höhe der elektrischen Vorrichtung 40 klein ist.
Daher können die gestapelten Behälter 60 abwechselnd im Zickzack angeordnet werden. In diesem Fall darf jedoch bei mehrstufiger Stapelung, wie es in 3 veranschaulicht ist, noch kein Verbindungsteil zur Verbindung zwischen den innenseitig angeordneten Tanks 60 gebildet sein. Als Resultat ist es beim in 2 und 3 veranschaulichten Wärmetauscher zur doppelseitigen Kühlung schwierig, eine Stapelung mehrerer Wärmetauscher in mehreren Stufen zu implementieren.
[Offenbarung]
[Technisches Problem]
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung bereitzustellen, bei dem die rohrförmigen Kühlwegteile in mehreren Stufen gekoppelt sein können, die Montage der elektrischen Vorrichtung und des Kühlwegteils während der mehrstufigen Kopplung einfach ist und ein Kühlen beider Oberflächen der elektrischen Vorrichtung durch eine enge Kopplung zwischen der elektrischen Vorrichtung und dem Kühlwegteil möglich ist.
[Technische Lösung]
Kühlbaugruppen 100, jeweils beinhaltend einen Kühlwegteil 110, der einen Kühlweg 111 beinhaltet, in dem ein Kühlfluid strömt, und Verbindungplatten 120, in die jeweils entgegengesetzte Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung eingesetzt sind und die mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt sind, während sie jeweils mit entgegengesetzten Enden des Kühlwegteils 110 in einer Höhenrichtung in Kontakt sind; einen Ein- und Ausströmungsteil 200, der einen Einströmungsteil 210 beinhaltet, der mit einer von den obersten Verbindungsplatten 120 oder untersten Verbindungsplatten 120 der mehreren Kühlbaugruppen 100 verbunden ist, die in der Höhenrichtung gestapelt sind, um ein Einströmen des Kühlfluids zu ermöglichen, und einen Ausströmungsteil 220, der mit einer der verbleibenden Verbindungsplatten 120 verbunden ist, um ein Ausströmen des Kühlfluids zu ermöglichen; und einen Verbindungsblock 300, der zwischen den Verbindungsplatten 120 verbunden ist und einen Weg in Stapelrichtung bildet.
Die gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in der Längsrichtung können offen sein und der Kühlwegteil 110 kann ferner Ausschnittteile 112, die durch Ausschneiden von Innenseiten der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung, und Befestigungsteile 113, die an gegenüberliegenden Enden des Ausschnittteils 112 in einer Breitenrichtung gebildet sind, beinhalten.
In dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung können mindestens zwei oder mehr Kühlbaugruppen 100 gestapelt sein und mindestens eine elektrische Vorrichtung 1 zwischen die Kühlwegteile 110 eingesetzt sein.
In dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung kann ein Abstand zwischen benachbarten Kühlwegteilen 110 abhängig von einer Höhe der zwischen den Kühlwegteilen 110 eingesetzten elektrischen Vorrichtung 1 variieren.
Die Verbindungsplatte 120 kann eine obere Platte 121, die mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt ist, um mit einem vorbestimmten Bereich einer oberen Oberfläche von jedem der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung zu überlappen, eine untere Platte 122, die mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt ist, um mit einem vorbestimmten Bereich einer unteren Oberfläche von jedem der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung zu überlappen, und eine mittlere Platte 123, die die obere Platte 121 und die untere Platte 122 in der Höhenrichtung miteinander verbindet, beinhalten.
Die Verbindungsplatte 120 kann ein oberes Plattendurchgangsloch 121-1 und ein unteres Plattendurchgangsloch 122-1 aufweisen, die gebildet sind, um durch die obere Platte 121 bzw. die untere Platte 122 an einer Position einzudringen, die einer Position des Ausschnittteils 112 entspricht, wobei die obere Platte 121 und die untere Platte 122 positioniert sind, um mit einem von dem Ein- und Ausströmungsteil 200 und dem Verbindungsblock 300 verbunden zu werden.
Der Verbindungsblock 300 kann einen oberen Verbindungsblock 310, der mit einer Unterseite der unteren Platte 122-1 in Kontakt ist und ein Verbindungsloch 330 aufweist, das mit dem unteren Plattendurchgangsloch 122-1 in Verbindung ist, einen unteren Verbindungsblock 320, der mit einer Oberseite der oberen Platte 121 in Kontakt ist, mit dem oberen Verbindungsblock 310 gekoppelt ist und ein Verbindungsloch 330 aufweist, das mit dem oberen Plattendurchgangsloch 121-1 in Verbindung ist, und ein Dichtungselement 340, das in einem Bereich angeordnet ist, in dem der obere Verbindungsblock 310 und der untere Verbindungsblock 320 miteinander gekoppelt sind, um eine Leckage eines Kühlfluids zu verhindern, beinhalten.
Das Dichtungselement 340 kann eines oder mehrere ausgewählt aus einer Gummidichtung und einer Flüssigkeitsdichtung sein.
Der Verbindungsblock 300 kann einen ersten Durchgangslocheinsetzteil 330-1, der an einem Rand einer Oberseite des Verbindungslochs 330 des oberen Verbindungsblocks 310 nach oben hervorsteht und in das untere Plattendurchgangsloch 122-1 eingesetzt ist, und einen zweiten Durchgangslocheinsetzteil 330-2, der an einem Rand einer Unterseite des Verbindungslochs 330 des unteren Verbindungsblocks 320 nach unten hervorsteht und in das obere Plattendurchgangsloch 121-1 eingesetzt ist, beinhalten.
Eine Trennwand 111-1, die sich in Längsrichtung in dem Kühlweg 111 erstreckt, kann in dem Kühlwegteil 110 gebildet sein.
Eine Stärke des Befestigungsteils 113 des Kühlwegteils 110 in einer Breitenrichtung kann größer sein als eine Stärke der Trennwand 111-1.
Die Verbindungsplatte 120 kann einen Einsetzbegrenzungsteil 124 beinhalten, der in mindestens einer von der oberen Platte 121 oder der unteren Platte 122 gebildet ist, um in Höhenrichtung nach innen hervorzustehen.
In dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung kann der Weg für ein Wärmetauschmedium abhängig von einer Anordnung des Ein- und Ausströmungsteils 200 und des Verbindungsblocks 300 variieren.
In dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung kann mindestens ein Verbindungsblock 300 zwischen den Verbindungsplatten 120 der in mehreren Stufen gestapelten Kühlbaugruppen 100 angeordnet sein.
Der Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung kann ferner einen Trägerblock 400 beinhalten, der es ermöglicht, einen vorbestimmten Abstand zwischen den Kühlwegteilen 110 beizubehalten.
Die Höhen des Verbindungsblocks 300 und des Trägerblocks 400 können gleich wie eine Höhe der elektrischen Vorrichtung 1 sein.
[Vorteilhafte Wirkungen]
In dem Wärmetauscher zur Kühlung einer elektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die rohrförmigen Kühlwegteile mehrstufig gekoppelt sein, ist die Montage der elektrischen Vorrichtung und des Kühlwegteils während der mehrstufigen Kopplung einfach, und ist ein Kühlen beider Oberflächen der elektrischen Vorrichtung ist möglich.
Ferner ist in dem Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung jede der Kühlbaugruppen unter Verwendung des Kühlwegteils und der Verbindungsplatte gebildet, und die Kühlbaugruppen können unter Verwendung des Verbindungsblocks mechanisch in mehreren Stufen gekoppelt sein, sodass es möglich ist, ein Einsetzen der elektrischen Vorrichtung zu ermöglichen und eine Presskraft zwischen dem Kühlwegteil und der elektrischen Vorrichtung zu erhöhen und dadurch eine Kühlleistung zu verbessern.
Ferner ist die Kühlanordnung in dem Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Löten des Kühlwegteils und der Verbindungsplatte gebildet, und bei der Montage der elektrischen Vorrichtung und des Kühlwegteils wird über den Verbindungsblock eine Kraft in Stapelrichtung angewendet, damit die elektrische Vorrichtung und der Kühlwegteil in engem Kontakt miteinander sein können, sodass die Kühlleistung verbessert ist und auch die Montagefähigkeit stark verbessert ist.
Ferner kann in dem Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl der gestapelten Kühlwegteile in Abhängigkeit von der Anzahl der benötigten elektrischen Vorrichtungen erhöht und damit die Kühlung einer großen Anzahl von elektrischen Geräten begünstigt sein, und ein Bereich, in dem die Kühlung angewendet wird, kann ebenfalls optional erweitert werden.
Ferner kann in dem Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Weg, in dem ein Kühlfluidstrom gebildet werden kann, um eine Reihenstruktur, eine parallele Struktur oder eine Struktur aufzuweisen, in der die Reihenstruktur und die parallele Struktur gemischt sind, unter Berücksichtigung einer Wärmeerzeugungsmenge in Abhängigkeit von einem Betrieb der elektrischen Vorrichtung.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die eine Vorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.
2 ist eine Ansicht, die einen Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.
3 ist eine weitere Ansicht, die den Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist eine weitere perspektivische Ansicht, die den Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kühlwegteil des Wärmetauschers zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
7 ist eine Draufsicht, die den Kühlwegteil veranschaulicht, der den Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
8 ist eine Ansicht, die den Kühlwegteil veranschaulicht, der den Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
9 ist eine Querschnittsansicht, die den Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für den Kühlwegteil des Wärmetauschers zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
11 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Verbindungsplatte veranschaulicht, die den Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
12 ist eine weitere Ansicht, die das Beispiel der Verbindungsplatte veranschaulicht, die den Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
13 bis 15 sind Ansichten, die Beispiele für einen Weg, in dem ein Kühlfluid strömt, in dem Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

Bezugszeichenliste

1000:: Wärmetauscher zur Kühlung einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
100:: Kühlbaugruppe
110:: Kühlwegteil
111:: Kühlweg
111-1:: Trennwand
112:: Ausschnittteil
113:: Befestigungsteil
120:: Verbindungsplatte
121:: Obere Platte
121-1:: Oberes Plattendurchgangsloch
122:: Untere Platte
122-1:: Unteres Plattendurchgangsloch
123:: Mittlere Platte
124:: Begrenzungsteil
200:: Ein- und Ausströmungsteil
210:: Einströmungsteil
220:: Ausströmungsteil
300:: Verbindungsblock
310:: Oberer Verbindungsblock
320:: Unterer Verbindungsblock
330:: Verbindungsloch
330-1:: Erster Durchgangslocheinsetzteil
330-2:: Zweiter Durchgangslocheinsetzteil
340:: Dichtungselement
400:: Trägerblock
1:: Elektrische Vorrichtung

[Beste Vorgehensweise]
Hierin nachstehend ist der Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der oben beschriebenen Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
Wie es in den 4 und 5 veranschaulicht ist, beinhaltet ein Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hauptsächlich Kühlbaugruppen 100, einen Ein- und Ausströmungsteil 200 und einen Verbindungsblock 300.
Die Kühlbaugruppen 100 beinhalten jeweils einen Kühlwegteil 110 und Verbindungsplatten 120, und mehrere Kühlbaugruppen 100 können in Höhenrichtung gestapelt sein.
Wie es in den 4 bis 7 veranschaulicht ist, kann das Kühlwegteil 110 in einer Rohrform geformt und durch ein Extrusionsverfahren hergestellt sein. Der Kühlwegteil 110 beinhaltet einen Kühlweg 111, in dem ein Kühlfluid strömt, und die gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung sind offen.
Hier beinhaltet das Kühlwegteil 110 ein Ausschnittteil 112, das durch Ausschneiden einer Innenseite von jedem der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung gebildet ist, und Befestigungsteile 113 sind an den gegenüberliegenden Enden gebildet, wo von jedem die Innenseite ausgeschnitten ist, um das Ausschnittteil 112 zu bilden.
Der Kühlwegteil 110 kann ferner eine innere Rippe (nicht veranschaulicht) in dem Kühlweg 111 beinhalten, um die Kühleffizienz bei Bedarf zu verbessern, und eine Trennwand 111-1, die einen Raum in dem Kühlweg 111 in einer Breitenrichtung des Kühlwegs 111 trennt, kann gebildet sein, um sich in dem Extrusionsprozess für den Kühlwegteil 110 in Längsrichtung zu erstrecken.
Wie es in den 8 und 9 veranschaulicht ist, können die gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung jeweils in die Verbindungsplatte 120 eingesetzt sein, und die Verbindungsplatte 120 ist mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt, während sie mit gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in einer Höhenrichtung in Kontakt ist.
Hier kann die Verbindungsplatte 120 eine obere Platte 121, eine untere Platte 122 und eine mittlere Platte 123 beinhalten, die obere Platte 121 ist mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt, um mit einem vorbestimmten Bereich einer oberen Oberfläche von jedem der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung und oberen Oberflächen der Befestigungsteile 113 zu überlappen, die untere Platte 122 ist mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt, um mit einem vorbestimmten Bereich einer unteren Oberfläche von jedem der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung und unteren Oberflächen der Befestigungsteile 113 zu überlappen, und die mittlere Platte 123 ist gebildet, um eine Höhe aufzuweisen, die einer Höhe des Kühlwegteils 110 entspricht, und um die obere Platte 121 und die untere Platte 122 miteinander zu verbinden.
Das heißt, die Verbindungsplatte 120 ist gebildet, um einen Querschnitt mit offener Rechteckform aufzuweisen, der die obere Platte 121, die untere Platte 122 und die mittlere Platte 123 beinhaltet, und die obere Platte 121, die untere Platte 122 und die mittlere Platte 123 sind integral gebildet. Daher können der Kühlwegteil 110 und die Verbindungsplatte 120 nach Einsetzen des Kühlwegteils 110 gelötet werden.
Wie es in 5 veranschaulicht ist, beinhaltet der Ein- und Ausströmungsteil 200 einen Einströmungsteil 210 und einen Ausströmungsteil 220.
Der Einströmungsteil 210 ist mit einer von den obersten Verbindungsplatten 120 oder den untersten Verbindungsplatten 120 verbunden, um ein Einströmen des Kühlfluids zu ermöglichen, und der Ausströmungsteil 220 ist mit einer der obersten Verbindungsplatten 120 oder den untersten Verbindungsplatten 120 verbunden, die nicht mit dem Einströmungsteil 210 verbunden sind, damit das Kühlfluid ausströmen kann.
Hier können ein Einlassrohr und ein Auslassrohr mit jeweils einer Rohrform ferner mit dem Einströmungsteil 210 bzw. dem Ausströmungsteil 220 gekoppelt sein, und ein Einlasskanal und ein Auslasskanal mit jeweils einer anderen Form als der Rohrform können verbunden sein.
Wie es in 9 veranschaulicht ist, kann der Verbindungsblock 300 mit dem Ein- und Ausströmungsteil 200 verbunden sein, und zwischen den mehreren gestapelten Verbindungsplatten 120 kann ein Verbindungsweg gebildet sein, in dem das Kühlmedium in Stapelrichtung strömt.
Wie es oben beschrieben ist, sind die Verbindungsplatten 120, der Ein- und Ausströmungsteil 200 und der Verbindungsblock 300 gebildet, um miteinander verbunden zu sein, um den Verbindungsweg für die Strömung von Kühlfluid zwischen den Kühlwegteilen 110 zu bilden.
Insbesondere kann ein oberes Plattendurchgangsloch 121-1 gebildet sein, um die obere Platte 121 an einer Position zu durchdringen, die einer Position des ausgeschnittenen Teils 112 entspricht, sodass das Kühlfluid zu dem mit der oberen Platte 121 gekoppelten Kühlwegteil 110 strömen kann, und ein unteres Plattendurchgangsloch 122-1 kann in der unteren Platte 122 gebildet sein.
Ferner kann der Verbindungsblock 300 einen oberen Verbindungsblock 310 und einen unteren Verbindungsblock 320 beinhalten, wobei der obere Verbindungsblock 310 mit einer Unterseite der unteren Platte 122 in Kontakt ist und ein Verbindungsloch 330 aufweist, das mit dem in der unteren Platte 122-1 gebildeten unteren Plattendurchgangsloch 122-1 in Verbindung ist, und der untere Verbindungsblock 320 mit einer Oberseite der oberen Platte 121 in Kontakt ist und ein Verbindungsloch 330 aufweist, das mit dem in der oberen Platte 121 gebildeten oberen Plattendurchgangsloch 121-1 in Verbindung ist.
Hier kann der Verbindungsblock 300 ferner ein Dichtungselement 340 beinhalten, das in einem Bereich angeordnet ist, in dem der obere Verbindungsblock 310 und der untere Verbindungsblock 320 miteinander gekoppelt sind, um eine Leckage des Kühlfluids zu verhindern.
Das Dichtungselement 340 kann eine Gummidichtung sein oder kann ein ausgehärtetes Element sein, wie z. B. eine Flüssigkeitsdichtung.
Der Verbindungsblock 300 ist gebildet, um die gleiche Höhe wie eine elektrische Vorrichtung 1 aufzuweisen, sodass beide Oberflächen der elektrischen Vorrichtung 1 und des Kühlwegteils 110 in Oberflächenkontakt miteinander sein können.
Wie es oben beschrieben ist, verläuft das Kühlfluid, das durch den Einströmungsteil 210 strömt, in dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch den Ausschnittteil 112 der Verbindungsplatte 120, strömt in den Kühlweg 111 in dem Kühlwegteil 110, verläuft durch das Verbindungsloch 330, das mit dem oberen Plattendurchgangsloch 121-1 oder dem untere Plattendurchgangsloch 122-2 verbunden ist, um sich zu dem benachbarten Kühlwegteil 110 in Stapelrichtung zu bewegen, verläuft durch das benachbarte obere Plattendurchgangsloch 121-1 oder untere Plattendurchgangsloch 122-1 und den Ausschnittteil 112, und bewegt sich zu dem Kühlweg 111 in dem Kühlwegteil 110.
Ferner sind die Verbindungsplatte 120 und der Verbindungsblock 300 in dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung miteinander verbunden, um einen Weg zu bilden, in dem das Kühlfluid in Stapelrichtung strömt, und der Verbindungsblock 300 kann einen ersten Durchgangslocheinsetzteil 330-1 und einen zweiten Durchgangslocheinsetzteil 330-2 beinhalten, um die Kopplung der Verbindungsplatte 120 und des Verbindungsblocks 300 zu ermöglichen.
Das erste Durchgangslocheinsetzteil 330-1 steht an einem Rand einer Oberseite des Verbindungslochs 330 des oberen Verbindungsblocks 310 nach oben hervor und wird in das untere Plattendurchgangsloch 122-1 eingesetzt, und das zweite Durchgangslocheinsetzteil 330-2 steht an einem Rand einer Unterseite des Verbindungslochs 330 des unteren Verbindungsblocks 320 nach unten hervor und wird in das obere Plattendurchgangsloch 121-1 eingesetzt.
Da in dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Verbindungsblock 300 und die Verbindungsplatte 120 auf die oben beschriebene Weise miteinander gekoppelt sind, können die Kühlwegteile 110 in Höhenrichtung mehrstufig gestapelt sein und die elektrische Vorrichtung 1 kann zwischen den Kühlwegteilen 110 angeordnet sein.
Das heißt, wenn die Kühlbaugruppen 100, die jeweils den Kühlwegteil 110 und die Verbindungsplatte 120 beinhalten, und die elektrischen Vorrichtungen 1 mehrstufig gestapelt sind, sind der Kühlwegteil 110 und die elektrische Vorrichtung 1 unter Verwendung der Verbindungsplatte 120 und des Verbindungsblocks 300 mechanisch montiert, sodass es möglich ist, ein Einsetzen der elektrischen Vorrichtung 1 zu ermöglichen und eine Presskraft zwischen dem Kühlwegteil 110 und der elektrischen Vorrichtung 1 zu erhöhen, wodurch eine Kühlleistung verbessert wird.
Ferner kann die elektrische Vorrichtung 1 beispielsweise in einen Raum eingesetzt werden, der durch Stapeln der Kühlwegteile 110 in mehreren Stufen gebildet ist, und ein Abstand zwischen benachbarten Kühlwegteilen 110 kann abhängig von der Höhe der eingesetzten elektrischen Vorrichtung 1 in jeder Schicht variieren.
Das heißt, für den Fall, dass die Höhe der zwischengelegten elektrischen Vorrichtung 1 für jede Schicht variiert, kann ein Abstand zwischen den in mehreren Stufen gestapelten Kühlwegteilen 110 der Höhe der elektrischen Vorrichtung 1 entsprechen, sodass die elektrische Vorrichtung 1 mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt sein kann, während sie in engem Kontakt mit dem Kühlwegteil 110 ist.
In dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in die jeweiligen Verbindungsplatten 120 eingesetzt und damit gekoppelt, um die Kühlanordnung zu bilden, und die Verbindungsplatte 120 ist in Kontakt mit den oberen und unteren Oberflächen der Befestigungsteile 113, die an den gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 gebildet sind.
Hier ist es vorzuziehen, dass das Befestigungsteil 113 gebildet ist, um eine größere Stärke aufzuweisen als die der im Kühlweg 111 gebildeten Trennwand 111-1, wie es in 10 veranschaulicht ist, um die Bindungsfähigkeit zwischen dem Befestigungsteil 113 und der Verbindungsplatte 120 zu verbessern.
Das heißt, im Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der ausgeschnittene Teil 112 durch Ausschneiden der Innenseite von jedem der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung gebildet, und das obere Plattendurchgangsloch 121-1 der oberen Platte 121 und das untere Plattendurchgangsloch 122-1 der unteren Platte 122 der Verbindungsplatte 120 sind gebildet, um durch den ausgeschnittenen Teil 112 mit dem Kühlwegteil 110 verbunden zu sein.
Da der ausgeschnittene Teil 112 gebildet ist, sind ein Abschnitt von jedem der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung und die Befestigungsteile 113 mit der Platte 120 gekoppelt. Als Resultat kann sich die Bindungsfähigkeit zwischen dem Befestigungsteil 113 mit geringer Stärke und der Platte 120 verschlechtern. Daher ist es vorzuziehen, dass der Befestigungsteil 112 gebildet ist, um eine größere Stärke als die der Trennwand 111-1 aufzuweisen, um die Bindungsfähigkeit zu verbessern.
Ein Querschnitt des Kühlwegteils 110 kann jedoch verschiedene Formen, wie z. B. eine rechteckige Form und eine dreieckige Form aufweisen, zusätzlich zu einer Form, in der die gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils abgerundet sind, sofern die Bindungsfähigkeit zwischen dem Befestigungsteil 113 und der Platte 120 verbessert wird.
Ferner kann in dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Einsetzbegrenzungsteil 124, das in einer mit dem Befestigungsteil 113 zu verbindenden Richtung hervorsteht, durch einen Umformprozess in mindestens einer der oberen Platten 121 oder der unteren Platte 122 der Platte 120 gebildet sein, wie es in 11 und 12 veranschaulicht ist.
Es ist vorzuziehen, dass das Einsetzbegrenzungsteil 124 an einer Position mit Ausnahme einer Position, an der das Befestigungsteil 113 eingesetzt und gekoppelt ist, gebildet ist, und die Montagefähigkeit des Kühlwegteils 110 und der Verbindungsplatte 120 kann verbessert werden, indem eine Einsetzposition des Kühlwegteils 110 mit dem Einsetzbegrenzungsteil 124 begrenzt ist.
Eine Form des Einsetzbegrenzungsteils 124 ist nicht begrenzt, und das Einsetzbegrenzungsteil 124 kann verschiedene Formen aufweisen, solange das Einsetzbegrenzungsteil 124 eine Position begrenzen kann, an der ein vorbestimmter Bereich der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110, in dem das geschnittene Teil 112 ausgebildet ist, in die Platte 120 eingesetzt wird.
Ferner kann der Einsetzbegrenzungsteil 124 durch Ausführen des Umformvorgangs an mindestens einer von der oberen Platte 121 oder der unteren Platte 122 gebildet sein, und es ist selbstverständlich, dass der Einsetzbegrenzungsteil 124 durch verschiedene Verfahren gebildet sein kann, wie beispielsweise Bilden eines separaten Einsetzbegrenzungsteils 124 und Koppeln des Einsetzbegrenzungsteils 124 mit mindestens einem, ausgewählt aus der oberen Platte 121 und der unteren Platte 122.
In dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können je nach Anordnung des Ein- und Ausströmungsteils 200 einschließlich des Einströmungsteils 210 und des Ausströmungsteils 220 sowie des Verbindungsblocks 300 verschiedene Arten von Wegen für das Kühlfluid gebildet sein.
Hier kann mindestens ein Verbindungsblock 300 zwischen den Verbindungsplatten 120 der Kühlbaugruppen 100 angeordnet sein.
Mit anderen Worten, für den Fall, dass der Verbindungsblock 300 an jedem der gegenüberliegenden Enden der Kühlanordnung 100 zwischen den Kühlbaugruppen 100 angeordnet ist, ist ein Weg für das Kühlfluid gebildet, um eine parallele Struktur aufzuweisen.
Wenn im Gegensatz dazu der Verbindungsblock 300 nur an einem der gegenüberliegenden Enden in Längsrichtung angeordnet ist, ist ein Weg für das Kühlfluid gebildet, um eine Reihenstruktur aufzuweisen.
Ein Beispiel dafür ist näher beschrieben.
In dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, wie er in 13 veranschaulicht ist, ist der Einströmungsteil 210 mit der linken Verbindungsplatte 120 der untersten Verbindungsplatten 120 und der Ausströmungsteil 220 mit der rechten Verbindungsplatte 120 verbunden.
Hier ist der Verbindungsblock 300 zwischen allen benachbarten Verbindungsplatten 120 gekoppelt.
Dementsprechend strömt das Kühlfluid in dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, wie er in 13 veranschaulicht ist, durch den Einströmungsteil 210, bewegt sich aufwärts, wird auf die jeweiligen Kühlwegteile 110 verteilt, bewegt sich in Längsrichtung des Kühlwegteils 110 und strömt durch den an einer Unterseite des Wärmetauschers 1000 angeordnete Ausströmungsteilteil 220 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung entlang des durch die Kopplung des Ausschnittteils 112, der Verbindungsplatte 120 und des Verbindungsblocks 300 gebildeten Wegs heraus.
Mit anderen Worten, der Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, wie er in 13 veranschaulicht ist, ist konfiguriert, um die parallele Struktur aufzuweisen, in der sich das Kühlfluid in allen Kühlwegteilen 110 in die gleiche Richtung bewegt.
In dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, wie er in 14 veranschaulicht ist, ist der Einströmungsteil 210 mit der linken Verbindungsplatte 120 der untersten Verbindungsplatten 120 und der Ausströmungsteil 220 mit der rechten Verbindungsplatte 120 der obersten Platten 120 verbunden.
Dabei ist der Verbindungsblock 300 abwechselnd mit der Verbindungsplatte 120 in jeder Schicht gekoppelt.
Dementsprechend strömt das Kühlfluid in dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, wie er in 14 veranschaulicht ist, durch den Einströmungsteil 210, wobei sich eine Bewegung des Kühlfluids, bei der sich das Kühlfluid nach rechts bewegt und sich dann in der nächsten Schicht nach links bewegt, wiederholt, und dann das Kühlfluid durch den Ausströmungsteil 220, der sich in der obersten Schicht befindet, ausströmt.
Mit anderen Worten, der Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, wie er in 14 veranschaulicht ist, ist konfiguriert, um die Reihenstruktur aufzuweisen, in der sich das Kühlfluid entgegengesetzt zu der Richtung in einem benachbarten Kühlwegteil 110 bewegt.
Hier beinhaltet der Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung ferner einen separaten Trägerblock 400, der in einem Raum angeordnet ist, in dem der Verbindungsblock 300 nicht bereitgestellt ist, und der Trägerblock 400 kann ermöglichen, dass ein Abstand zwischen den Kühlwegteilen 110 ohne den Verbindungsblock 300 beibehalten wird.
Als weiteres Beispiel ist in dem Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, wie er in 15 veranschaulicht ist, der Einströmungsteil 210 mit der linken Verbindungsplatte 120 der untersten Verbindungsplatten 120 und der Ausströmungsteil 220 mit der obersten Verbindungsplatte 120 verbunden.
In diesem Beispiel bewegt sich das Kühlfluid von links nach rechts durch den untersten Kühlwegteil 110, bewegt sich das Kühlfluid in der zweiten Schicht von rechts nach links, und dann wird das Kühlfluid in der dritten Schicht und der vierten Schicht verteilt, um sich wieder nach rechts zu bewegen, und in der letzten Schicht nach links, um durch den Ausströmungsteil 220 auszuströmen.
Mit anderen Worten, der Wärmetauscher 1000 zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, wie er in 15 veranschaulicht ist, ist konfiguriert, um eine Struktur zu haben, in der die Reihenstruktur und die parallele Struktur gemischt sind.
Verschiedene Strukturen, in denen die Reihenstruktur und die parallele Struktur anders als die oben beschriebene Struktur gemischt sind, können verwendet werden, um das Kühlfluid in eine von einem Benutzer gewünschte Richtung zu bewegen und dadurch die elektrische Vorrichtung 1 zu kühlen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann vielfältig angewendet werden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung durch Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, unterschiedlich abgeändert werden, ohne von der Kernaussage der in den Ansprüchen beanspruchten vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001245478 [0004]
JP 2008294283 [0004]

Claims

Wärmetauscher zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung, der Wärmetauscher umfassend: Kühlbaugruppen 100, jeweils beinhaltend einen Kühlwegteil 110, der einen Kühlweg 111 beinhaltet, in dem ein Kühlfluid strömt, und Verbindungplatten 120, in die jeweils entgegengesetzte Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung eingesetzt sind und die mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt sind, während sie jeweils mit entgegengesetzten Enden des Kühlwegteils 110 in einer Höhenrichtung in Kontakt sind; einen Ein- und Ausströmungsteil 200, der einen Einströmungsteil 210 beinhaltet, der mit einer von den obersten Verbindungsplatten 120 oder untersten Verbindungsplatten 120 der mehreren Kühlbaugruppen 100 verbunden ist, die in der Höhenrichtung gestapelt sind, um ein Einströmen des Kühlfluids zu ermöglichen, und einen Ausströmungsteil 220, der mit einer der verbleibenden Verbindungsplatten 120 verbunden ist, um ein Ausströmen des Kühlfluids zu ermöglichen; und einen Verbindungsblock 300, der zwischen den Verbindungsplatten 120 verbunden ist und einen Weg in Stapelrichtung bildet.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in der Längsrichtung offen sind und der Kühlwegteil 110 ferner Ausschnittteile 112, die durch Ausschneiden von Innenseiten der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung, und Befestigungsteile 113, die an gegenüberliegenden Enden des Ausschnittteils 112 in einer Breitenrichtung gebildet sind, beinhaltet.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei oder mehrere Kühlbaugruppen 100 gestapelt sind und mindestens eine elektrische Vorrichtung 1 zwischen den Kühlwegteilen 110 eingesetzt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, wobei ein Abstand zwischen benachbarten Kühlwegteilen 110 abhängig von einer Höhe der elektrischen Vorrichtung 1, die zwischen den Kühlwegteilen 110 eingesetzt ist, variiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei die Verbindungsplatte 120 eine obere Platte 121, die mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt ist, um mit einem vorbestimmten Bereich einer oberen Oberfläche von jedem der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung zu überlappen, eine untere Platte 122, die mit dem Kühlwegteil 110 gekoppelt ist, um mit einem vorbestimmten Bereich einer unteren Oberfläche von jedem der gegenüberliegenden Enden des Kühlwegteils 110 in Längsrichtung zu überlappen, und eine mittlere Platte 123, die die obere Platte 121 und die untere Platte 122 in der Höhenrichtung miteinander verbindet, beinhaltet.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei die Verbindungsplatte 120 ein oberes Plattendurchgangsloch 121-1 und ein unteres Plattendurchgangsloch 122-1 aufweist, die gebildet sind, um durch die obere Platte 121 bzw. die untere Platte 122 an einer Position einzudringen, die einer Position des Ausschnittteils 112 entspricht, wobei die obere Platte 121 und die untere Platte 122 positioniert sind, um mit einem von dem Ein- und Ausströmungsteil 200 und dem Verbindungsblock 300 verbunden zu werden.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei der Verbindungsblock 300 einen oberen Verbindungsblock 310, der mit einer Unterseite der unteren Platte 122 in Kontakt ist und ein Verbindungsloch 330 aufweist, das mit dem unteren Plattendurchgangsloch 122-1 in Verbindung ist, einen unteren Verbindungsblock 320, der mit einer Oberseite der oberen Platte 121 in Kontakt ist, mit dem oberen Verbindungsblock 310 gekoppelt ist und ein Verbindungsloch 330 aufweist, das mit dem oberen Plattendurchgangsloch 121-1 in Verbindung ist, und ein Dichtungselement 340, das in einem Bereich angeordnet ist, in dem der obere Verbindungsblock 310 und der untere Verbindungsblock 320 miteinander gekoppelt sind, um eine Leckage eines Kühlfluids zu verhindern, beinhaltet.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei das Dichtungselement 340 eines oder mehrere ausgewählt aus einer Gummidichtung und einer Flüssigkeitsdichtung ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, wobei der Verbindungsblock 300 einen ersten Durchgangslocheinsetzteil 330-1 beinhaltet, der an einem Rand einer Oberseite des Verbindungslochs 330 des oberen Verbindungsblocks 310 nach oben hervorsteht und in das untere Plattendurchgangsloch 122-1 eingesetzt ist, und einen zweiten Durchgangslocheinsetzteil 330-2, der an einem Rand einer Unterseite des Verbindungslochs 330 des unteren Verbindungsblocks 320 nach unten hervorsteht und in das obere Plattendurchgangsloch 121-1 eingesetzt ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei in dem Kühlwegteil 110 eine Trennwand 111-1 gebildet ist, die sich in dem Kühlweg 111 in Längsrichtung erstreckt.
Wärmetauscher nach Anspruch 10, wobei eine Stärke des Befestigungsteils 113 des Kühlwegteils 110 in einer Breitenrichtung größer ist als eine Stärke der Trennwand 111-1.
Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei die Verbindungsplatte 120 einen Einsetzbegrenzungsteil 124 beinhaltet, der in mindestens einer von der oberen Platte 121 oder der unteren Platte 122 gebildet ist, um in Höhenrichtung nach innen hervorzustehen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der Weg für ein Wärmetauschmedium abhängig von einer Anordnung des Ein- und Ausströmungsteils 200 und des Verbindungsblocks 300 variiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, wobei mindestens ein Verbindungsblock 300 zwischen den Verbindungsplatten 120 der in mehreren Stufen gestapelten Kühlbaugruppen 100 angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, ferner umfassend einen Trägerblock 400, der es ermöglicht, einen vorbestimmten Abstand zwischen den Kühlwegteilen 110 einzuhalten.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, wobei Höhen des Verbindungsblocks 300 und des Trägerblocks 400 gleich wie eine Höhe der elektrischen Vorrichtung 1 sind.