本發(fā)明涉及冷卻裝置，并且更具體地涉及用于對(duì)電氣部件進(jìn)行冷卻的冷卻裝置。

背景技術(shù)：

先前已知一種包括第一蒸發(fā)器部段和第一冷凝器部段的冷卻裝置，其中，第一蒸發(fā)器部段和第一冷凝器部段分別具有用于在蒸發(fā)器部段與冷凝器部段之間傳遞流體的第一通道和第二通道。

第一蒸發(fā)器部段布置在下述位置處：在該位置處，電氣部件產(chǎn)生的熱例如經(jīng)由氣流傳遞至蒸發(fā)器部段。以此方式，電氣部件產(chǎn)生的熱可以從蒸發(fā)器傳遞至冷凝器并消散到周圍環(huán)境中。

上述類型的冷卻裝置的問(wèn)題在于不同的電氣部件對(duì)于冷卻具有不同的要求。例如，不同的電氣部件產(chǎn)生的熱量顯著不同。因此，已知的冷卻裝置能夠?qū)σ恍┎考峁┏浞掷鋮s，但并非對(duì)所有部件都能夠提供充分冷卻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決上述缺陷并提供一種能夠提供更有效的冷卻的冷卻裝置。該目的通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該冷卻裝置包括：具有第一通道的第一蒸發(fā)器部段，第一蒸發(fā)器部段用于接收熱負(fù)載并將熱負(fù)傳遞到第一通道中的流體中；以及具有第二通道的第一冷凝器部段，第一冷凝器部段與第一蒸發(fā)器部段流體連通以接收來(lái)自第一蒸發(fā)器部段的流體、將來(lái)自流體的熱傳遞至周圍環(huán)境并將流體返回至第一蒸發(fā)器部段。該冷卻裝置的特征在于該冷卻裝置還包括：具有第三通道的第二蒸發(fā)器部段，第二蒸發(fā)器部段用于接收熱負(fù)載并將熱負(fù)載傳遞到第三通道中的流體中；以及底板，底板具有第一表面和第二表面，其中，第一表面用于接收來(lái)自電氣部件的熱負(fù)載，第二表面與第一表面相反并且第二表面設(shè)置有接納第一蒸發(fā)器部段的第一通道或第二蒸發(fā)器部段的第三通道的槽，以將從電氣部件接收的熱負(fù)載相應(yīng)地傳遞至第一通道中的或第三通道中的流體，并且該冷卻裝置的特征在于第一冷凝器部段與第二蒸發(fā)器部段流體連通以接收來(lái)自第二蒸發(fā)器部段的流體、將來(lái)自流體的熱傳遞至周圍環(huán)境并將流體返回至第二蒸發(fā)器部段。

第二蒸發(fā)器和底板的使用使得可以為不同類型的電氣部件提供充分冷卻，其中，流體從第二蒸發(fā)器傳遞至第一冷凝器，并且底板具有接收來(lái)自電氣部件的熱負(fù)載的第一表面。

附圖說(shuō)明

下面將通過(guò)示例參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，在附圖中：

圖1至圖4示出了冷卻裝置的第一實(shí)施方式；

圖5至圖9示出了冷卻裝置的第二實(shí)施方式；

圖10至圖11示出了冷卻裝置的第三實(shí)施方式；以及

圖12至圖13示出了冷卻裝置的第四實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

圖1至圖4示出了冷卻裝置的第一實(shí)施方式。圖1示出了冷卻裝置的正視圖，圖2示出了底板和管，圖3示出了流體分配元件的細(xì)節(jié)，并且圖4示出了冷卻裝置的殼體。

在示出的示例中，冷卻裝置包括多個(gè)第一管1，所述多個(gè)第一管1以使得所述多個(gè)第一管1之間具有空間的方式設(shè)置成在第一流體分配元件2與第二流體分配元件3之間延伸。第一管1通過(guò)縱向內(nèi)壁4被分成多個(gè)通道。第一管可以通過(guò)例如由鋁擠壓成的MPE(多端口擠壓)管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在圖1中，第一管1的通道的最靠近第一流體分配元件2定位的最下部分被用作第一蒸發(fā)器部段6的第一通道5。第一蒸發(fā)器部段6所接收的熱負(fù)載被傳遞到第一通道5中的流體中。

第一管1的通道的在圖1中最靠近第二流體分配元件3定位的最上部分被用作第一冷凝器部段8的第二通道7。因此，第一冷凝器部段8與第一蒸發(fā)器部段6流體連通以接收流體并將來(lái)自流體的熱傳遞至周圍環(huán)境。

第一管1的通道的在圖1中定位在第一蒸發(fā)器部段6與第一冷凝器部段8之間的中間部段被用作第二蒸發(fā)器部段10的第三通道9。第二蒸發(fā)器部段10所接收的熱被傳遞到第三通道9中的流體中，第三通道9與第一冷凝器部段8流體連通以將被加熱的流體傳遞至第一冷凝器部段并從第一冷凝器部段8接收冷卻過(guò)的流體。

在示出的示例中，第二蒸發(fā)器部段10設(shè)置有底板11，底板11具有第一表面12和第二表面14，其中，第一表面12用于接收來(lái)自電氣部件13的熱負(fù)載。第二表面14是與第一表面12相反的表面并且第二表面14設(shè)置有接納第二蒸發(fā)器部段10的第三通道9的槽15。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，代替將底板11設(shè)置在第二蒸發(fā)器部段10處，底板也可以代替地設(shè)置在第一蒸發(fā)器部段6處，使得槽15代替地接納第一蒸發(fā)器部段6的第一通道5。

在圖1至圖4中，通過(guò)示例的方式假定冷卻裝置是熱虹吸管。在熱虹吸管中，利用重力使冷卻過(guò)的流體從冷凝器向下返回至蒸發(fā)器，而利用熱將蒸發(fā)的流體從蒸發(fā)器向上驅(qū)動(dòng)至冷凝器。為了增強(qiáng)這種流體循環(huán)，槽15可以接納各個(gè)第一管1的第三通道9中的僅一部分第三通道，如圖2中所示。在實(shí)踐中，槽15接納各個(gè)第一管1的第三通道9中的僅一個(gè)第三通道可能就足夠了。因此位于底板11內(nèi)的這些第三通道9是蒸發(fā)器通道，其中，熱從電氣部件13經(jīng)由底板被最有效地傳導(dǎo)至蒸發(fā)器通道。由第一管1提供的位于底板11外的其余第三通道9是冷凝器通道。在實(shí)踐中，由第一管1提供的第三通道9中的僅一個(gè)第三通道位于底板11外可能就足夠了。

圖3更詳細(xì)地示出了第二流體分配元件3。第二流體分配元件被實(shí)施為連續(xù)空間16，其中，第一管1的所有通道都通向該連續(xù)空間16。因此，由第二流體分配元件提供的流體路徑將所有的第二通道7互相連接至彼此。因此，經(jīng)由任何通道到達(dá)第二流體分配元件的流體可以經(jīng)由任意第一管的任意通道繼續(xù)傳遞。

在圖4中示出了殼體17的細(xì)節(jié)。殼體17封圍電氣部件13和18、第一蒸發(fā)器部段6和第二蒸發(fā)器部段10并將上述部分與周圍環(huán)境隔開(kāi)。一個(gè)替代方案是殼體17被實(shí)施為防止空氣在殼體17的外部與內(nèi)部之間流動(dòng)的氣密外殼。

在圖4中，位于殼體17內(nèi)的各部分中的電氣部件18產(chǎn)生熱，所述熱經(jīng)由殼體17內(nèi)的空氣傳遞至第一蒸發(fā)器部段6。優(yōu)選地，在殼體17內(nèi)使用風(fēng)扇來(lái)產(chǎn)生穿過(guò)位于第一蒸發(fā)器部段6的第一通道5之間的空間的氣流19。為了增強(qiáng)從氣流到第一通道5中的流體的熱傳遞，在通道之間的空間中優(yōu)選地設(shè)置有散熱片20。

在殼體17內(nèi)電氣部件13也產(chǎn)生熱。然而，在示出的示例中，這些電氣部件13在第二蒸發(fā)器10處附接至底板11。因此，來(lái)自電氣部件13的熱經(jīng)由底板11傳導(dǎo)到第三通道9中的流體中。

如圖4中所示，第一冷凝器部段8位于殼體17的外部，在殼體17的外部，第一冷凝器部段8將來(lái)自所接收的流體的熱消散至周圍環(huán)境。優(yōu)選地，可以使用風(fēng)扇來(lái)產(chǎn)生穿過(guò)第一冷凝器部段8的第二通道7之間的空間的氣流。為了增強(qiáng)熱從第一冷凝器部段8的消散，在通道之間的空間中優(yōu)選地設(shè)置有散熱片20。

如果利用示出的冷卻裝置對(duì)用于電動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)器比如變頻器進(jìn)行冷卻，則例如位于底板上的部件13可以包括大功率半導(dǎo)體部件，比如例如IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。在這種情況下，部件18可以是無(wú)源部件，比如例如電感器、電容器、電阻器和印刷電路板。通常，印刷電路板需要被保護(hù)以免受外部空氣的影響，由此，示出的冷卻裝置提供了對(duì)這種需要較高防護(hù)等級(jí)的部件進(jìn)行冷卻的非常有利的解決方案。

在圖4中，通過(guò)示例的方式假定蒸發(fā)器部段6、10和冷凝器部段8均布置成精確的直立位置，其中，冷凝器部段位于頂部。然而，熱虹吸管不需要以這種精確的直立位置來(lái)工作。在實(shí)踐中，熱虹吸管可以傾斜達(dá)70°。在這種情況下，冷凝器部段8可以代替如示出的從頂壁22(或頂部)突出而是從左側(cè)壁或右側(cè)壁21突出。

圖5至圖9示出了冷卻裝置的第二實(shí)施方式。圖5至圖9的實(shí)施方式與結(jié)合圖1至圖4所說(shuō)明的實(shí)施方式非常相似。因此，將主要通過(guò)指出這些實(shí)施方式之間的差異來(lái)對(duì)圖5至圖9的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

圖5至圖9的冷卻元件被實(shí)施為以脈動(dòng)熱管的方式工作，在這種情況下，利用由毛細(xì)管大小的通道引起的壓力脈動(dòng)來(lái)使流體移動(dòng)。這使得可以利用處于任意取向的冷卻元件，甚至可以利用如圖9中所示的第一冷凝器部段8’定位成低于第一蒸發(fā)器部段6’和第二蒸發(fā)器部段10’的這種傾斜取向的冷卻元件。在圖9中示出了殼體17的細(xì)節(jié)。第一冷凝器部段8’從殼體17突出，而冷卻裝置的其他部分保持在殼體17內(nèi)。

在圖5至圖9的實(shí)施方式中，第一管1’的通道為毛細(xì)管尺寸。因此，第一管1’的通道對(duì)于所使用的流體而言為毛細(xì)管大小，使得在第一管1’的通道的內(nèi)壁上不需要額外的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。能被認(rèn)為是毛細(xì)管的通道的直徑取決于內(nèi)部所使用(沸騰的)的流體。例如，可以利用下面的公式計(jì)算出合適的直徑：

D＝(sigma/(g*(rho1-rhov)))^0.5，

其中，sigma是表面張力，g是重力加速度，rhov是蒸汽密度，并且rhov是液體密度。該公式就R134a(四氟乙烷)、R245fa和R1234ze(四氟丙烯)而言給出了從1mm至3mm的值，其中，R134a(四氟乙烷)、R245fa和R1234ze(四氟丙烯)是適于在冷卻裝置中使用的流體的示例。

圖6更詳細(xì)地示出了第二流體分配元件3’。由第二流體分配元件3’提供的流體路徑將每個(gè)第二通道7’連接至僅一個(gè)或更多個(gè)其他預(yù)定的第二通道。在示出的示例中，這是通過(guò)利用彼此堆疊的一組板獲得的。第一板22’具有將僅預(yù)定的第二通道7’互相連接至彼此的開(kāi)口23’。第二板24’和第三板25’具有將最外的第一管1’的第二通道7’互相連接至彼此以提供開(kāi)環(huán)脈動(dòng)熱管的開(kāi)口。第四板26’除了用作便于填充流體分配元件的孔27’以外，還用作提供防泄漏的流體分配元件的蓋。在想要實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)脈動(dòng)熱管的情況下，可以將第二板24’和第三板25’移除。

圖7更詳細(xì)地示出了第一流體分配元件2’。第一流體分配元件2’將每個(gè)第一通道5’連接至僅一個(gè)或更多個(gè)其他預(yù)定的第一通道5’。在示出的示例中，這是通過(guò)靠著彼此堆疊的兩個(gè)板來(lái)完成的。第五板28’具有便于流體僅在一個(gè)單個(gè)第一管上的第一通道5’之間流動(dòng)的孔，而第六板29’被設(shè)置為提供防泄漏的流體分配元件的蓋。另外，第六板29’中被示出為具有填充孔。圖6和圖7通過(guò)示例的方式示出了兩個(gè)填充孔(位于板27’和29’中)，然而，在實(shí)踐中，僅一個(gè)填充孔就足夠了。

通過(guò)使用如上所說(shuō)明的流體分配元件2’和3’，實(shí)現(xiàn)了具有穿過(guò)整個(gè)冷卻裝置的蜿蜒形狀的一個(gè)單個(gè)的連續(xù)流通道。

圖8示出了底板11’和第一管1’。該底板11’與結(jié)合圖1至圖4所說(shuō)明的底板11相比的不同之處在于第二表面14中的槽15’更深，使得第一管1’的所有通道都被接納在槽中。以此方式，熱被更有效地傳遞至第一管1’的所有通道中的流體。在圖1至圖4中，所示出的裝置是熱虹吸管，在這種情況下，通道中的一些通道不與底板接觸，使得經(jīng)冷凝的液體可以通過(guò)重力流回至蒸發(fā)器。在圖5至圖9中，脈動(dòng)熱管依靠重力工作，因此所有通道都可以用于蒸發(fā)或者冷凝。

圖10至圖11示出了冷卻裝置的第三實(shí)施方式。圖10至圖11的冷卻裝置與結(jié)合圖1至圖4所說(shuō)明的冷卻裝置非常相似。下面將主要通過(guò)指出這些實(shí)施方式之間的差異來(lái)對(duì)圖10至圖11的冷卻裝置進(jìn)行說(shuō)明。

類似于如在圖1至圖4的實(shí)施方式中那樣，圖10至圖11的冷卻裝置是熱虹吸管。通過(guò)縱向內(nèi)壁被分成第一通道5的第一組31”的第一管1在第一流體分配元件2與中央流體分配元件30”之間延伸。在第一通道之間的空間中優(yōu)選地使用散熱片20以便于使第一蒸發(fā)器部段6”更有效地接收熱負(fù)載并將熱負(fù)載傳遞至第一通道5中的流體。

通過(guò)縱向內(nèi)壁被分成第二通道7的第二組32”的第一管1以使得第二組32”的第一管1之間具有空間的方式在中央流體分配元件30”與第二流體分配元件3之間延伸。優(yōu)選地，在第一管之間的空間中設(shè)置有散熱片。如果圖10和圖11的冷卻裝置設(shè)置有殼體，則第一冷凝器部段8”的這些第二通道7從延伸出殼體外，類似于例如結(jié)合圖4所說(shuō)明的。在這種情況下，電氣部件和第一蒸發(fā)器部段6”以及第二蒸發(fā)器部段10”保持在殼體內(nèi)。

通過(guò)縱向內(nèi)壁被分成第三通道9的第三組33”的第一管1以使得第三組33”的第一管1之間具有空間的方式在中央流體分配元件30”與第三流體分配元件34”之間延伸。類似于如在圖1和圖2中已經(jīng)示出的那樣，在第三組33”的第一管1處設(shè)置有具有第一表面和相反的第二表面的底板11，其中，第一表面用于接收來(lái)自電氣部件9的熱負(fù)載，第二表面具有接納第二蒸發(fā)器部段10”的第三通道9的槽。在示出的示例中，回流管35”將第三流體分配元件34”與第一流體分配元件2互相連接，但并非在所有實(shí)現(xiàn)形式中都必須如此。

在圖10和圖11中，第一流體分配元件2、中央流體分配元件30”、第二流體分配元件3和第三流體分配元件34”都可以以與結(jié)合圖3所說(shuō)明的方式類似的方式來(lái)實(shí)施。因此，這些流體分配元件可以在每個(gè)流體分配元件與連接至該流體分配元件的各個(gè)通道之間提供流體路徑，使得從任意通道到達(dá)的流體可以經(jīng)由任何其他通道自由地繼續(xù)傳遞。

圖11示出了可以使用的各管組之間的角度。這些角度可以被選定成使得(α+β+ω)＝180°、α>＝0°并且ω>＝0°。另外，圖11示出了冷卻裝置內(nèi)的流體流。箭頭36”示出了呈蒸汽狀態(tài)的蒸發(fā)流體朝向第二流體分配元件3的流體路徑，而箭頭37”示出了呈液態(tài)的冷凝流體自第二流體分配元件3開(kāi)始的流體路徑。

圖12至圖13示出了冷卻裝置的第四實(shí)施方式。圖12至圖13的實(shí)施方式與結(jié)合圖5至圖9所說(shuō)明的實(shí)施方式非常相似。因此，將主要通過(guò)指出這些實(shí)施方式之間的差異來(lái)對(duì)圖12至圖14的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

類似于如在圖5至圖9的實(shí)施方式中那樣，圖12和圖13的冷卻裝置以脈動(dòng)熱管的方式工作。該冷卻裝置包括第一管1’，第一管1’以使得第一管1’之間具有空間的方式在第四流體分配元件38”’與第二流體分配元件3’之間延伸。第四流體分配元件38”’和第二流體分配元件3’可以通過(guò)如結(jié)合圖6和圖7所說(shuō)明的堆疊板來(lái)實(shí)施。

在圖12中，第一管1’的通道的在圖12中最靠近第二流體分配元件3’定位的最左部分被用作第一冷凝器部段8’的第二通道7’。第一管1’的通道的在圖12中定位在底板11”’處(并且在該圖中被底板11”’覆蓋)的中間部分被用作第二蒸發(fā)器部段10’的第三通道9’。然而，在該實(shí)施方式中，底板11”’設(shè)置有通孔39”’，通孔39”’允許氣流穿過(guò)底板11”’并穿過(guò)通孔39”’處的第一管1’之間。位于該通孔39”’處的第一管1’的通道被用作第一蒸發(fā)器部段6’的第一通道5’。第一管1’的通道的在圖12中最靠近第四流體分配元件38”’定位的最右部分被用作第二冷凝器部段40”’的第四通道41”’。

在圖12和圖13的示例中，其間具有空間的第二管42”’以及將第二管分成通道的縱向內(nèi)壁以與第一管1’垂直的方式設(shè)置成在第五流體分配元件43”’與第六流體分配元件44”’之間延伸，但并非在所有實(shí)現(xiàn)形式中都必須如此。因此，使用均以脈動(dòng)熱管的方式工作的兩個(gè)單獨(dú)的元件將使得這兩個(gè)元件均具有第一蒸發(fā)器部段和第二蒸發(fā)器部段以及第一冷凝器部段和第二冷凝器部段。

圖13示出了具有殼體17”’的圖12的冷卻裝置。殼體17”’設(shè)置有用于允許氣流穿過(guò)殼體17”’的空氣入口45”’和空氣出口46”’。在一些實(shí)施方式中，冷卻裝置可設(shè)置有產(chǎn)生冷卻氣流的風(fēng)扇47”’，冷卻氣流從入口45”’穿過(guò)通孔39”’并經(jīng)由出口46”’進(jìn)一步返回殼體外部。以此方式，來(lái)自位于殼體內(nèi)的電氣部件18的熱可以被傳遞至第一蒸發(fā)器部段6’。

由于脈動(dòng)熱管可以以任意取向進(jìn)行工作，因此熱管或多個(gè)熱管可以水平地定向，如圖13中所示。在這種情況下，附接至底板11”’的電氣部件13產(chǎn)生的熱可以經(jīng)由突出到殼體17”’外部的第一冷凝器部段8’和第二冷凝器部段40”’消散至殼體17”’外部的周圍環(huán)境。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上面的描述以及附圖僅意在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將明顯的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改變和修改。