SE535091C2 - En kylanordning och en metod för att tillverka en kylanordning - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser en kylanordning innehållande ettflertal flödeskanaler för transport av ett kylmedel och en metodför att tillverka kylanordningen. Kylanordningen innefattar ettförsta (2) och ett andra (1) strängpressat stycke, vilka är sam-manfogade. Det första strängpressade stycket innehåller ett fler-tal spår med inre väggar (21a - b). Det andra strängpressadestycket innehåller ett flertal långsträckta utskjutande element (8)och har yttre väggar (10a - b) och sträcker sig in i spåren hosdet första stycket. De utskjutande elementen och motsvarandespår är utformade så att åtminstone en flödeskanal (30) bildasmellan den inre väggen hos spåret och den yttre väggen hosmotsvarande utskjutande element. (Figur 3)

Description

25 30 35 535 091 slitsar genom ett metallobjekt, varefter ett lock fästs till objektet för att täta kanalerna. En nackdel med denna tillverkningsmetod är att borrningen av kanalerna är besvärlig och tidskrävande.

Med denna tillverkningsmetod är det möjligt att åstadkomma ka- naler med bredd som är cirka 10mm. Emellertid är det ett öns- kemål att minska bredden hos kanalerna ytterligare för att ytter- ligare förbättra effektiviteten hos kylanordningen och att reduce- ra behovet av kylmedel. ÄNDAMÅL OCH SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning är därför att tillhanda- hålla en förbättrad kylanordning som är lättare och billigare att tillverka och som har en ökad kylförmåga.

Detta ändamål uppnås med en kylanordning såsom definieras i kravet 1.

Kylanordningen innefattar ett första och ett andra strängpressat stycke, vilka är sammanfogade. Det första strängpressade styc- ket innehåller ett flertal långsträckta utskjutande element som har yttre väggar och sträcker sig in i spåren hos det andra stycket, och de utskjutande elementen och deras motsvarande spår är utformade så att åtminstone en långsträckt flödeskanal bildas mellan den inre väggen hos spåret och den yttre väggen hos motsvarande utskjutande element.

Genom att sammanfoga två eller flera strängpressade stycken, som är utformade så att kanaler bildas mellan styckena, är det möjligt att åstadkomma mycket smala kanaler som har en god kylförmåga. Styckena har former som gör dem lämpliga att pro- ducera medelst strängpressning. Styckena kan produceras med användning av ganska enkla strängpressningsverktyg. Samman- fogningen av styckena kan utföras med enkla och välkända me- toder, såsom svetsning, lödning eller limning. På så sätt blir kyl- anordningen enkel och billig att producera. 10 15 20 25 30 35 535 G91 Anordningen är exempelvis en vattenkyld kylare anpassad för att kyla elektronikkomponenter.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är förhållandet mellan höjden och bredden av kylkanalerna mer än 5, företrädesvis mer än 8 och ännu mer företrädesvis mer än 10. Uppfinningen gör det möjligt att åstadkomma kanaler som har ett högt värde på förhållande mellan höjden och bredden hos kylkanalerna. En sådan kanal har en liten tvärsnittsarea och en stor omkrets och ger en mycket bra kylförmåga.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är bredden hos flödes- kanalen mindre än 20mm, företrädesvis mindre än 5mm och ännu mer företrädesvis mindre än 2mm. Uppfinningen gör det möjligt att åstadkomma mycket smala kanaler. Ytterligare en för- del med smala kanaler är att antalet kanaler på samma yta kan ökas och därmed kan kylningens effektivitet ökas.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är det första och det andra strängpressade stycket sammanfogade medelst tätande fogar. De tätande fogarna förhindrar kylmedlet från att försvinna från kanalerna och rinna ut från anordningen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är det första och det andra strängpressade stycket sammanfogade medelst friktions- svetsning (FSW). Denna metod ger en porfri och därmed tätan- de fog.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är anordningen tillver- kad av aluminium eller en aluminiumlegering. Aluminium är bil- ligt och har lämpliga egenskaper för strängpressning.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är den yttre änden hos det utskjutande elementet och botten hos skåran utformad för att gå i ingrepp med varandra och på så sätt kallsvetsa styckena till varandra. Genom att den yttre änden hos det utskjutande ele- 10 15 20 25 30 35 535 091 mentet går i ingrepp med botten hos spåret förhindras den yttre ytan hos anordningen från att bukta ut på grund av krafter från kylmedlet. Om kylanordningen används för att kyla komponenter är det viktigt att ytan som är i kontakt med komponenten som ska kylas är väldigt slät och inte buktar ut.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är de utskjutande ele- menten och de motsvarande spåren utformade så att en kanal bildas på varje sida om det utskjutande elementet, mellan väg- garna hos det utskjutande elementet och spåret. Genom att an- vända båda väggarna hos det utskjutande elementet för att ska- pa flödeskanaler kan antalet kanaler per area ökas.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är åtminstone den ena av den inre och den yttre väggen försedd med kylfenor. Kylfe- norna bidrar till att ytterligare öka arean hos väggarna hos kana- lerna och således även kylförmågan hos kylanordningen. Kylfe- norna är enkla att tillverka medelst strängpressning av två sepa- rata stycken.

Kylanordningen enligt uppfinningen är exempelvis användbar för att kyla elektronikkomponenter.eller som en kyldel hos en vär- meväxlare, till exempel, i en värmepump.

Ytterligare ett ändamål med föreliggande uppfinning är att till- handahålla en förbättrad metod för tillverkning av en kylanord- ning. Detta ändamål åstadkoms med en metod såsom definieras i krav 13.

Metoden innefattar att ett första stycke innehållande ett flertal spår med inre väggar tillverkas medelst strängpressning, ett andra stycke innehållande ett flertal långsträckta utskjutande element med yttre väggar och utformad att passa ihop med spå- ren hos det första stycket så att åtminstone en flödeskanal bil- das mellan den inre väggen hos spåret och den yttre väggen hos motsvarande utskjutande element tillverkas med sträng- 10 15 20 25 30 35 535 ÜEH pressning, varvid de två styckena sammanfogas så att ett flertal flödeskanaler bildas mellan spåren och det utskjutande elemen- tet.

Denna metod gör det enkelt och snabbt och därmed billigt att tillverka kylanordningar som har mycket smala kanaler.

Vidare utvecklingar av anordningen kännetecknas av särdragen hos de ytterligare kraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen skall nu förklaras närmare genom beskrivning av olika utföringsformer av uppfinningen och med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Figur 1a visar ett exempel på ett toppstycke hos en kylanordning enligt uppfinningen i en vy sedd från ovan.

Figur 1b visar ett tvärsnitt genom toppstycket som visas i figur 1a.

Figur 2a visar ett exempel på ett bottenstycke hos en kylanord- ning enligt uppfinningen i en vy sedd från ovan.

Figur 2b visar ett tvärsnitt genom bottenstycket som visas i figur 2a.

Figur 3 visar en kylanordning enligt en utföringsform av uppfin- ningen innehållande ett topp- och bottenstyckena som visas i figurerna 1a - b och 2a - b.

Figur 4 visar ett exempel på ett strängpressat verktyg för att till- verka toppstycket som visas i figurerna 1a - b. 10 15 20 25 30 35 535 D91 Figur 5 visar ett exempel på ett strängpressningsverktyg för att tillverka bottenstycket som visas i figurerna 2a - b.

Figur 6 visar ett tvärsnitt genom ett andra exempel på topp- stycket.

Figur 7 visar ett tvärsnitt genom ett andra exempel på botten- stycket.

Figur 8 visar ett tvärsnitt genom en kylanordning enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

Figur 9 visar tre strängpressade stycken för att tillhandahålla en värmeväxlare.

Figur 10 visar en värmeväxlare innehållande en kylanordning enligt en tredje utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN En kylanordning enligt uppfinningen innefattar ett strängpressat toppstycke och ett strängpressat bottenstycke, vilka sammanfo- gas. Figurerna 1a - b visar ett exempel på toppstycket 1. Figur 1b visar ett tvärsnitt genom toppstycket 1 som visas i figur 1a.

Figurerna 2a-b visar ett exempel på bottenstycket 2 hos kylan- ordningen. Figur 2b visar ett tvärsnitt genom bottenstycket 2 som visas i figur 2a. Såsom visas i figurerna har topp- och bot- tenstyckena 1, 2 en fast tvärsnittsprofil.

Toppstycket 1 innehåller en basdel 4 som har en yttre yta 5 och en inre yta 6. Ett antal utskjutande element i form av äsar 8 sträcker sig ut från den inre ytan 6 hos basdelen. Åsarna 8 sträcker sig utmed hela längden hos toppstycket 1. Varje ås 8 har två yttre väggar 10a, 10b på motsatta sidor om åsen. l den- na utföringsform är väggarna försedda med ett flertal ytförsto- 10 15 20 25 30 35 535 D91 ringar 12, i de följande kallade kylfenor. Ändamålet med kylfe- norna 12 är att öka ytan hos väggarna 10a - b och på så sätt förbättra kylningen. Åsarna 8 smalnar av mot sina yttre ändar.

Den yttre änden hos varje às 8 är försedd med ett låsorgan 14 utformat att gå i ingrepp med bottenstycket 2. Toppstycket 1 in- nehåller också dalar 16 som bildas mellan åsarna 8. Varje dal 16 innehåller en bottendel 18 utformad att ta emot och gå i in- grepp med ett låsorgan hos bottenstycket.

Bottenstycket 2 innehåller en basdel 19 som har en yttre yta 20 anpassad att stå i kontakt med en komponent som skall kylas.

Bottenstycket 2 innehåller ett flertal spår 21 som har två motsat- ta inre väggar 21a - b. Väggarna 21a - b är försedda med ett flertal kylfenor på samma sätt som väggarna 10a - b hos bot- tenstycket. Bottenstycket innehåller ett flertal åsar 22, och da- Iarna bildar spåren 21. Åsarna 22 har samma form som åsarna 8 hos det första stycket. Spåren 21 bildas mellan åsarna 22.

Topp- och bottenstyckena 1, 2 är utformade så att varje dal har en motsvarande ås på motsatta stycket. Dalarna och åsarna är utformade så att de passar ihop med varandra på så sätt att en springa bildas mellan väggarna hos motsvarande åsar och dalar när styckena är anslutna till varandra. På så sätt har åsarna 8, 22 en bredd som är något smalare än bredden hos motsvarande spår 16, 21. Höjden på åsarna och motsvarande spår är den- samma för att möjliggöra att de yttre ändarna hos åsarna går i ingrepp med bottendelarna hos dalarna.

Styckena 1, 2 är företrädesvis tillverkade av aluminium eller en aluminiumlegering. Varje spår 22 har en bottendel 26 utformad att ta emot och gå i ingrepp med Iåsorganet 14 hos en motsva- rande às 8 hos toppstycket. Bredden hos Iåsorganet 14 är något större än bredden hos bottendelarna 18, 26. När låsorganet hos åsarna har gått i ingrepp med bottendelarna hos skårorna kall- svetsas de till varandra. Genom att låta de yttre ändarna hos åsarna gå i ingrepp med botten hos skårorna förhindras den ytt- 10 15 20 25 30 35 535 091 re ytan hos anordningen från att bukta ut på grund av krafter från kylmedlet.

Topp- och bottenstyckena 1, 2 tillverkas genom strängpressning.

Strängpressning är en process som används för att tillverka ob- jekt med en fast tvärsnittsprofil. Styckena produceras med an- vändning av speciellt utformade strängpressningsverktyg. l en föredragen utföringsform är materialet upphettat aluminium, som pressas genom ett verktyg med ett önskat tvärsnitt. Figur 4 visar ett exempel på ett verktyg för att tillverka toppstycket 1, som vi- sas i figurerna 1a - b, och figur 5 visar ett exempel på ett verk- tyg för att tillverka bottenstycket 2 som visas i figurerna 2a - b.

Strängpressningsprocessen utförs med ett varmt material. När strângpressningen har avslutats kyls styckena ner.

Figur 3 visar ett exempel på en kylanordning enligt uppfinningen som innehåller ett toppstycke 1 och ett bottenstycke 2 som har blivit sammanfogade. Styckena är till exempel sammanfogade med svetsning, lödning eller limning. l en föredragen utförings- form av uppfinningen är styckena sammanfogade med hjälp av friktionssvetsning (FSW). Friktionssvetsning är en välkänd me- tod för att sammanfoga fasta objekt och åstadkommer porfria fogar.

I denna utföringsform har kylanordningen två fogar 28a - b som sammanfogar de två styckena. Fogarna sträcker sig längs hela längden hos kylanordningen. I denna utföringsform är fogarna anordnade så att de på ett tätande sätt ansluter de två styckena till varandra. l en annan utföringsform är det emellertid möjligt att tillhandahålla tätningen mellan de tvâ styckena på andra sätt. Till exempel kan de två styckena sammanfogas med skru- var och en separat tätning kan anordnas mellan styckena.

När styckena 1, 2 har sammanfogats stäcker sig åsarna 8 hos toppstycket in i spåren 21 hos bottenstycket, och åsarna 22 hos bottenstycket sträcker sig in i spåren 16 hos toppstycket. På så 10 15 20 25 30 35 535 G91 sätt bildas ett flertal flödeskanaler 30 mellan de inre väggarna 21a-b hos spåren och de yttre väggarna 10a - b hos åsarna.

Kanalerna 30 är långsträckta och sträcker sig genom hela kyl- anordningen. Flödeskanalerna är anpassade för att transportera ett kylmedel genom kylanordningen för att kyla basdelen 19 och ytan 20 som är utformad för att stå i kontakt med objektet som skall kylas. I en annan utföringsform kan båda sidorna 5, 19 hos kylanordningen vara i kontakt med objektet som skall kylas.

Kanalerna 30 har en bredd w och en höjd h. I exemplet som vi- sas i figur 3 är bredden hos kanalerna cirka 1,5mm och förhål- landet mellan höjden och bredden är cirka 10. Låsorganen 14, 24 hos åsarna är fästa till bottendelarna 18, 26 hos spåren med hjälp av kallsvetsning. I ett sista steg förses ändarna hos kylan- ordningen med två lock, vilka på ett tätande sätt ansluts till änd- delarna hos topp- och bottenstyckena för att täta ändarna av flödeskanalerna.

Figur 6 visar ytterligare ett exempel på ett strängpressat topp- stycke 40, och figur 7 visar ytterligare ett exempel på ett sträng- pressat bottenstycke 42. Formen hos styckena 40, 42 är identis- ka. Denna utföringsform av uppfinningen är fördelaktig eftersom ett och samma verktyg kan användas för att tillverka både topp- och bottenstycket hos kylanordningen.

Figur 8 visar en kylanordning enligt en andra utföringsform av uppfinningen innehållande topp- och bottenstyckena som visas i figurerna 6 och 7. I denna utföringsform är fogarna 44, 46 mel- lan det första och det andra stycket anordnade på motsatta sidor om anordningen.

Figur 9 visar exempel på tre stycken 50, 54, 62 hos en värme- växlare. Ett första stycke 50 är försett med ett flertal utskjutande element i form av åsar 52 och ett flertal spår 53 i form av dalar anordnade mellan åsarna 52. I denna utföringsform är väggarna hos åsarna och därmed väggarna hos spåren släta och inte för- 10 15 20 535 ÜÉH 10 sedda med kylfenor. Ett andra stycke 54 är försett med ett flertal àsar 56 som sträcker sig från en basdel 58 på motsatta sidor om basdelen. Det andra stycket 54 är också försett med ett flertal spår 59 i form av dalar anordnade mellan åsarna 56. Väggarna hos åsarna 56 är försedda med kylfenor. De övre ändarna hos åsarna är försedda med Iåsorgan 14 för att gå i ingrepp med bottendelarna 60 hos spåren 53. Kylanordningen innehåller även ett tredje stycke 62 utformat på samma sätt som det första stycket 50. Styckena 50, 54, 62 är strängpressade på samma sätt som tidigare beskrivits.

Figur 10 visar en värmeväxlare innehållande ett flertal kanaler 70 för att transportera medium av en första temperatur och ett flertal kanaler 72 för att transportera medium av en andra tem- peratur, vilken skiljer sig från den första temperaturen. Styckena 50, 54, 62 är till exempel sammanfogade medelst svetsning.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till de beskrivna utfö- ringsformerna utan kan varieras och modifieras inom omfånget av följande krav. Till exempel kan designen på de utskjutande elementen och spåren varieras på många olika sätt. I andra ut- föringsformer kan kanalerna vara anordnade utan kylfenor.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 535 D51 /l KRAV

1. En kylanordning innehållande ett flertal flödeskanaler för transport av ett kylmedel och en yta (20) anpassad att stå i kontakt med en komponent som skall kylas, varvid anordningen innefattar ett första (2; 40; 50) och ett andra (1; 42; 54) sträng- pressat stycke, vilka stycken är sammanfogade med varandra, _ det första strängpressade stycket innehåller ett flertal spår (21; 53) som har inre väggar (21a - b), det andra strängpressade stycket innehåller ett flertal långsträckta utskjutande element (8; 56) som har yttre väggar (10a - b) och sträcker sig in i spåren hos det första stycket, och de utskjutande elementen och mot- svarande spår är utformade så att åtminstone en flödeskanal (30; 70) bildas mellan den inre väggen hos spåret och den yttre väggen hos motsvarande utskjutande element kännetecknad av att nämnda utskjutande element är utformade avsmalnande mot sina yttre ändar, nämnda spår är utformade avsmalnade mot botten (18) av spåren, och nämnda åtminstone en flödeskanal har formen av en Iàngsmal springa anordnad snedställd relativt nämnda yttre yta.

2. Kylanordningen enligt krav 1, varvid förhållandet mel- lan höjden (h) och bredden (w) hos flödeskanalerna (30) är mer än 5, företrädesvis mer än 8 och allra mest företrädesvis mer än 10.

3. Kylanordningen enligt krav 1 eller 2, varvid bredden (w) hos flödeskanalerna är mindre än 10 mm, företrädesvis mindre än 5mm och ytterligare mest företrädesvis mindre än 2mm.

4. Kylanordningen enligt något av tidigare krav, varvid det första (2; 40; 50) och det andra (1; 42; 54) strängpressade stycket är sammanfogade medelst tätande fogar (28a - b)_ 10 15 20 25 30 35 535 091 l2

5. Kylanordningen enligt något av föregående krav, var- vid anordningen är tillverkad av aluminium eller av en alumini- umlegering.

6. Kylanordningen enligt något av föregående krav, var- vid de utskjutande elementen (8) och de motsvarande spåren (21) är utformade så att en kanal (30) bildas på var sida om det utskjutande elementet mellan väggarna hos det utskjutande elementet och spåret.

7. Kylanordningen enligt något av föregående krav, var- vid åtminstone en av de inre (21a - b) och de yttre (10a - b) väggarna är försedda med kylfenor (12).

8. Kylanordningen enligt något av föregående krav, var- _ vid anordningen är en vätskekylare anpassad att kyla elektro- nikkomponenter.

9. Användning av kylanordningen enligt något av kraven 1 - 7 för att kyla elektronikkomponenter.

10. Användning av kylanordningen enligt något av kraven 1 - 7 i en värmeväxlare.

11. En metod för att tillverka en kylanordning innehållande ett flertal flödeskanaler för transport av ett kylmedel och en yta (20) anpassad att stå i kontakt med en komponent som skall ky- las, varvid metoden innefattar: - ett första stycke (2; 40; 50) och ett andra stycke (1; 42; 54) tillverkas medelst strångpressning, varvid det första stycket in- nehåller ett flertal spår (21; 53) som ar avsmalnade mot botten (18) av spåren och det andra stycke innehåller ett flertal långsträckta utskjutande element (8; 56) som är avsmalnande i riktning mot sina ändar och är utformade för att passa i spåren hos det första, stycket, och 10 535 1351 I3 - de tvà styckena sammanfogas så att ett flertal làngsmala flö- deskanaler som är snedställda relativt nämnda yta bildas mellan spåren och de utskjutande elementen.

12. Metoden enligt krav 11, varvid det första och det andra stycket sammanfogas medelst friktionssvetsning.

13. Metoden enligt krav 11 eller 12, varvid de utskjutande elementen och spåren fixeras till varandra medelst kalltryck- svetsning.