本發(fā)明涉及一種冷卻組件及其制造方法。

背景技術(shù)：

本領(lǐng)域中已知的是使用散熱器來(lái)冷卻電力驅(qū)動(dòng)器。散熱器是在任何定向上工作的無(wú)源熱交換器。

與散熱器相關(guān)聯(lián)的缺點(diǎn)之一是它們的效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種冷卻組件來(lái)緩解以上缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的冷卻組件的方法。

本發(fā)明的目標(biāo)由特征為獨(dú)立權(quán)利要求中陳述的那樣的冷卻組件和方法實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。

本發(fā)明基于這樣的思想：將脈動(dòng)熱管嵌入到冷卻組件的各個(gè)翅片元件中，使得脈動(dòng)熱管的主脈動(dòng)方向基本平行于冷卻組件的適于接觸發(fā)熱元件的熱傳遞表面的法線。

因而脈動(dòng)熱管在本領(lǐng)域中是已知的。已知的脈動(dòng)熱管由具有若干u形彎的毛細(xì)管道尺寸的蜿蜒管道組成。在蜿蜒管道內(nèi)部不存在額外的毛細(xì)管道結(jié)構(gòu)。蜿蜒管道部分地填充有工作流體。在脈動(dòng)熱管的運(yùn)行期間，液體工作流體和氣泡在蜿蜒管道中振蕩，從而將熱從脈動(dòng)熱管的較熱部分傳遞到脈動(dòng)熱管的較冷部分。脈動(dòng)熱管在任何定向上工作。

本發(fā)明的冷卻組件的優(yōu)點(diǎn)在于效率比具有相同大小的傳統(tǒng)散熱器更高。根據(jù)本發(fā)明的冷卻組件還能夠在任何定向上工作。

可使用本領(lǐng)域中眾所周知的板桿技術(shù)來(lái)制造根據(jù)本發(fā)明的冷卻組件。利用板桿技術(shù)可降低制造成本。

在實(shí)施例中，各個(gè)脈動(dòng)熱管包括多個(gè)毛細(xì)管道元件，諸如夾在側(cè)向壁元件之間的多端口擠制管道元件。這種夾心結(jié)構(gòu)使得能夠廉價(jià)地制造脈動(dòng)熱管。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的冷卻組件包括適于在若干脈動(dòng)熱管之間提供工作流體連接的歧管系統(tǒng)，從而使得輕易地用工作流體填充脈動(dòng)熱管。

附圖說(shuō)明

在下面將參照附圖，借助于優(yōu)選實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的冷卻組件；

圖2從不同的方向顯示圖1的冷卻組件；

圖3顯示圖1的部分地拆開(kāi)的冷卻組件的細(xì)節(jié)；

圖4示出圖3的冷卻組件的脈動(dòng)熱管的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行；

圖5顯示沿著線a-a得到的圖4的脈動(dòng)熱管的橫截面；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的冷卻組件的脈動(dòng)熱管的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行；

圖7顯示圖1的部分地拆開(kāi)的冷卻組件；以及

圖8示出從冷卻劑通道方向看到的圖1的冷卻組件的細(xì)節(jié)。

具體實(shí)施方式

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的冷卻組件。圖2從不同的方向顯示圖1的冷卻組件。冷卻組件包括多個(gè)翅片元件2、多個(gè)第一桿元件31、多個(gè)第二桿元件32、多個(gè)冷卻劑通道4、多個(gè)空氣翅片元件45、第一熱傳遞表面10、第二熱傳遞表面20、歧管系統(tǒng)70和閥系統(tǒng)75。

翅片元件2沿堆疊方向101堆疊。堆疊翅片元件2彼此由第一桿元件31和第二桿元件32間隔開(kāi)，使得在各個(gè)相鄰的翅片元件2之間沿堆疊方向101存在第一桿元件31和第二桿元件32，以提供對(duì)應(yīng)的冷卻劑通道4。

各個(gè)冷卻劑通道4沿堆疊方向101位于對(duì)應(yīng)的相鄰的翅片元件2之間，以及沿主脈動(dòng)方向位于對(duì)應(yīng)的第一桿元件31和第二桿元件32之間。各個(gè)冷卻劑通道4沿垂直于堆疊方向101的冷卻劑通道方向102延伸，并且適于氣態(tài)冷卻介質(zhì)流。各個(gè)空氣翅片元件45位于對(duì)應(yīng)的冷卻劑通道4中，并且適于通過(guò)增大熱傳遞表面來(lái)加強(qiáng)相鄰的翅片元件2和冷卻劑通道4中的氣態(tài)冷卻介質(zhì)流之間的熱傳遞。

第一熱傳遞表面10適于接觸發(fā)熱元件。第一熱傳遞表面10是平坦表面。在圖1和2中存在六個(gè)發(fā)熱元件19，它們接觸第一熱傳遞表面10。第一熱傳遞表面10的法線垂直于堆疊方向101和冷卻劑通道方向102兩者。

第二熱傳遞表面20與第一熱傳遞表面10間隔開(kāi)。第二熱傳遞表面20是平坦表面。多個(gè)翅片元件2和多個(gè)冷卻劑通道4位于第一熱傳遞表面10和第二熱傳遞表面20之間。第二熱傳遞表面20適于接觸發(fā)熱元件。在備選實(shí)施例中，第二熱傳遞表面用作適于從冷卻組件中傳遞出熱的冷卻表面。

各個(gè)翅片元件2包括嵌入其中的脈動(dòng)熱管，各個(gè)脈動(dòng)熱管的主脈動(dòng)方向平行于第一熱傳遞表面10的法線。在圖1中，脈動(dòng)熱管的主脈動(dòng)方向垂直于由堆疊方向101和冷卻劑通道方向102限定的平面。

當(dāng)發(fā)熱元件安裝在第一熱傳遞表面10和第二熱傳遞表面20兩者上時(shí)，脈動(dòng)熱管將熱從第一熱傳遞表面10和第二熱傳遞表面20傳遞到冷卻劑通道4，從冷卻劑通道4，存在于冷卻劑通道4中的氣態(tài)冷卻介質(zhì)流將熱從冷卻組件中傳遞出。如果發(fā)熱元件僅安裝在第一熱傳遞表面10上，則脈動(dòng)熱管將熱從第一熱傳遞表面10傳遞向第二熱傳遞表面20，并且熱通過(guò)第二熱傳遞表面20和冷卻劑通道4離開(kāi)冷卻組件。在上面提到的兩種情況下，小部分熱通過(guò)側(cè)壁離開(kāi)冷卻組件，側(cè)壁的法線平行于堆疊方向101。在后面論述那些側(cè)壁。

在圖1的實(shí)施例中，第一熱傳遞表面10是底板15的表面。熱適于通過(guò)底板15從發(fā)熱元件19傳遞到翅片元件2和第一桿元件31。在備選實(shí)施例中，不存在單獨(dú)的底板，并且第一熱傳遞表面由翅片元件和第一桿元件形成。

圖3顯示圖1的部分地拆開(kāi)的冷卻組件的細(xì)節(jié)。在圖3中，已經(jīng)移除了最外部翅片元件的一部分，以揭示最外部翅片元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖4示出嵌入最外部翅片元件中的脈動(dòng)熱管6的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行，如從平行于堆疊方向101的方向看到的那樣。圖4僅示出在冷卻劑通道方向102上的熱管6的一部分。圖5顯示沿著線a-a得到的圖4的脈動(dòng)熱管6的橫截面。

各個(gè)翅片元件2包括第一側(cè)向壁元件21、第二側(cè)向壁元件22和多個(gè)流分離器25。脈動(dòng)熱管6的工作流體的蜿蜒流徑沿堆疊方向101位于第一側(cè)向壁元件21和第二側(cè)向壁元件22之間。在圖4中，用流箭頭62示出工作流體的蜿蜒流徑，并且主脈動(dòng)方向平行于豎向方向。

流分離器25以交錯(cuò)布置而布置在第一側(cè)向壁元件21和第二側(cè)向壁元件22之間，使得相鄰的流分離器25沿冷卻劑通道方向102彼此間隔開(kāi)，以導(dǎo)引脈動(dòng)熱管6中的工作流體流，并且對(duì)工作流體提供蜿蜒流徑。

在備選實(shí)施例中，冷卻組件包括流分離器，通過(guò)對(duì)第一側(cè)向壁元件和/或第二側(cè)向壁元件壓紋而形成流分離器。所述壓紋流分離器適于以與用圖4至6中顯示的物理插件形成的流分離器相同的方式工作。在許多實(shí)施例中，使用壓紋流分離器而非物理插件是更容易和廉價(jià)的。

在另一個(gè)備選實(shí)施例中，冷卻組件包括通過(guò)壓紋之外的過(guò)程將流分離器集成到第一側(cè)向壁元件和/或第二側(cè)向壁元件中的流分離器。例如，對(duì)側(cè)向壁元件模制或3d打印集成式流分離器是可行的。

各個(gè)脈動(dòng)熱管6包括多個(gè)毛細(xì)管道元件8，它們各自包括適于沿主脈動(dòng)方向?qū)ぷ髁黧w限定流徑的多個(gè)毛細(xì)管道82。各個(gè)流分離器25適于將工作流體流從一個(gè)毛細(xì)管道元件8導(dǎo)引到相鄰的毛細(xì)管道元件8，使得對(duì)工作流體提供蜿蜒流徑。在圖4中，流分離器25備選地允許工作流體從一個(gè)毛細(xì)管道元件8傳送到脈動(dòng)熱管6的上部部分和下部部分中的相鄰的毛細(xì)管道元件8。應(yīng)當(dāng)注意，在脈動(dòng)熱管6的正常運(yùn)行期間，脈動(dòng)熱管6內(nèi)部的工作流體實(shí)際上沿主脈動(dòng)方向來(lái)回振蕩，而不沿冷卻劑通道方向傳播。

各個(gè)毛細(xì)管道元件8是多端口擠制管道元件或mpe管道元件。在實(shí)施例中，毛細(xì)管道元件由鋁制成。用鋁制造翅片元件的第一桿元件、第二桿元件和第一側(cè)向壁元件和第二側(cè)向壁元件也是可行的。mpe管道元件制造起來(lái)是廉價(jià)的，因?yàn)榭蓪㈤L(zhǎng)的中間多端口擠制元件切割成長(zhǎng)度合適的mpe管道元件。多端口擠制管道的制造在本領(lǐng)域中是已知的。在備選實(shí)施例中，毛細(xì)管道元件包括傳統(tǒng)的折疊式翅片結(jié)構(gòu)。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的冷卻組件的脈動(dòng)熱管的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。圖6的流分離器25'具有與圖4的流分離器25不同的形式。在其它方面，圖4和6的脈動(dòng)熱管是相同的。

各個(gè)流分離器25'包括：第一部件251'，其基本平行于主脈動(dòng)方向線性地延伸，并且沿冷卻劑通道方向102位于相鄰的毛細(xì)管道元件8'之間；以及第二部件252'，其沿主脈動(dòng)方向與相鄰的毛細(xì)管道元件8'間隔開(kāi)，以將工作流體流從一個(gè)毛細(xì)管道元件導(dǎo)引到相鄰的毛細(xì)管道元件，使得對(duì)工作流體提供蜿蜒流徑。第二部件252'包括歪斜部分，其相對(duì)于第一部件251'以分離器角αa延伸。分離器角αa為大約35°。在備選實(shí)施例中，分離器角大于15°。

流分離器25'的歪斜部分適于防止毛細(xì)管道元件8'在翅片元件的組裝期間有不合需要的移位。在其上端處設(shè)有歪斜部分的流分離器25'可防止相鄰的毛細(xì)管道元件8'向上移動(dòng)超過(guò)其恰當(dāng)位置。相應(yīng)地，在其下端處設(shè)有歪斜部分的流分離器25'可防止相鄰的毛細(xì)管道元件8'向下移動(dòng)超過(guò)其恰當(dāng)位置。

基本上，圖6中顯示的流分離器25'能夠防止每個(gè)第二毛細(xì)管道元件8'有不合需要的移位。在備選實(shí)施例中，各個(gè)流分離器具有y形橫截面，使得通過(guò)相對(duì)于主脈動(dòng)方向?qū)ν嵝辈糠诌M(jìn)行鏡像來(lái)復(fù)制圖6的歪斜部分。這種y形流分離器能夠防止各個(gè)相鄰的毛細(xì)管道元件朝向歪斜部分的方向有不合需要的移位。

在包括集成到翅片元件的第一側(cè)向壁元件和/或第二側(cè)向壁元件中的流分離器的備選實(shí)施例中，各個(gè)流分離器包括適于防止相鄰的毛細(xì)管道元件在翅片元件的組裝期間有不合需要的移位的歪斜部分。關(guān)于集成式流分離器，可非常自由地選擇歪斜部分的形狀。

歧管系統(tǒng)70適于在多個(gè)脈動(dòng)熱管6之間提供工作流體連接。各個(gè)翅片元件2包括流體開(kāi)口，流體開(kāi)口與歧管系統(tǒng)70的流體孔口處于流體連接。流體開(kāi)口允許接近對(duì)應(yīng)的脈動(dòng)熱管6內(nèi)部的流體空間。

歧管系統(tǒng)70包括第一歧管71和第二歧管72，它們中的每一個(gè)都沿堆疊方向101延伸。第一歧管71位于冷卻組件的第一端處，并且第二歧管72位于冷卻組件的第二端處，冷卻組件的第一端是相對(duì)于冷卻組件的第二端相反的端，冷卻組件的第一端和第二端沿冷卻劑通道方向102間隔開(kāi)。

第一歧管71包括在其內(nèi)部的流體腔體，流體腔體適于對(duì)工作流體提供從第一歧管71的一端到另一端的路徑。第一歧管71還包括多個(gè)流體孔口，以在第一歧管71和若干脈動(dòng)熱管6之間提供工作流體連接。

第二歧管72包括多個(gè)連接孔口77，它們中的每一個(gè)都適于在兩個(gè)相鄰的翅片元件之間提供流體連接。在圖7中可看到連接孔口77，圖7顯示了圖1的部分地拆開(kāi)的冷卻組件。連接孔口77彼此之間不處于流體連接。在備選實(shí)施例中，第二歧管是空心元件，而且其連接孔口彼此之間處于流體連接。在另一個(gè)備選實(shí)施例中，歧管系統(tǒng)僅包括一個(gè)歧管，它與多個(gè)脈動(dòng)熱管處于流體連接。

閥系統(tǒng)75適于用適當(dāng)量的工作流體填充各個(gè)脈動(dòng)熱管6。閥系統(tǒng)75包括連接到第一歧管71上的流體閥。流體閥位于由第一熱傳遞表面10和第二熱傳遞表面20限定的表面之間。流體閥的軸向方向平行于冷卻劑通道方向102，流體閥的軸向方向是工作流體適于流到流體閥中的方向。在備選實(shí)施例中，閥系統(tǒng)包括多個(gè)流體閥。

冷卻組件包括第三熱傳遞表面30和第四熱傳遞表面40，它們中的每一個(gè)都是平坦表面，其法線平行于堆疊方向101。第三熱傳遞表面30和第四熱傳遞表面40沿堆疊方向101彼此間隔開(kāi)。多個(gè)翅片元件2沿堆疊方向101位于第三熱傳遞表面30和第四熱傳遞表面40之間。第三熱傳遞表面30和第四熱傳遞表面40中的各個(gè)適于接觸發(fā)熱元件，這意味著將發(fā)熱元件安裝在冷卻組件的四個(gè)側(cè)部上是可行的。在備選實(shí)施例中，第三熱傳遞表面30和第四熱傳遞表面40用作適于將熱從冷卻組件中傳遞出的冷卻表面。

冷卻組件的外形類(lèi)似于傳統(tǒng)散熱器的外形，以便使得冷卻組件能夠配合在針對(duì)傳統(tǒng)散熱器設(shè)計(jì)的電力驅(qū)動(dòng)器中。這使得通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明的冷卻組件改造到現(xiàn)有電力驅(qū)動(dòng)器，來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有電力驅(qū)動(dòng)器的冷卻是可行的。在實(shí)施例中，待冷卻的電力驅(qū)動(dòng)器包括變極器、頻率轉(zhuǎn)換器或dc-dc轉(zhuǎn)換器。

圖8示出從冷卻劑通道方向的看到的圖1的冷卻組件的細(xì)節(jié)。圖8顯示表面底板15和翅片元件2之間的熱傳遞較小。底板15和給定翅片元件2之間的大部分熱傳遞是經(jīng)由翅片元件2附近的第一桿元件31沿堆疊方向101進(jìn)行的。因此第一桿元件31在主脈動(dòng)方向上的尺寸會(huì)影響底板15和翅片元件2之間的熱傳遞。類(lèi)似地，第二桿元件32在主脈動(dòng)方向上的尺寸會(huì)影響翅片元件2和第二熱傳遞表面20之間的熱傳遞。因此，可用第一桿元件和第二桿元件的合適設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化翅片元件和第一熱傳遞表面和第二熱傳遞表面之間的熱傳遞。在實(shí)施例中，第一桿元件和第二桿元件是相同的。

可使用板桿技術(shù)來(lái)制造根據(jù)本發(fā)明的冷卻組件?？蓪⒏鶕?jù)本發(fā)明的冷卻組件的翅片元件設(shè)計(jì)成使得它們具有與傳統(tǒng)散熱器的翅片基本相同的形式。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可用各種方式實(shí)現(xiàn)有創(chuàng)造性的概念將是顯而易見(jiàn)的。本發(fā)明及其實(shí)施例不限于上面描述的示例，而是可在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)改變。