專利名稱：扭轉(zhuǎn)管熱虹吸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的一種熱虹吸熱交換器和一種包括這種熱虹 吸熱交換器的電氣和/或電子裝置。
背景技術(shù)：
在美國(guó)專利6，840，311B2中，示出了一種熱虹吸組件。熱虹吸組件用于耗散由電 子構(gòu)件發(fā)出的熱。該組件使用工作流體且包括管，管具有第一端和第二端以及具有限定出 細(xì)長(zhǎng)腔室的扁平截面。該管具有蒸發(fā)區(qū)域用于接收熱以在腔室內(nèi)將工作流體蒸發(fā)為汽化的 工作流體，該腔室安置于第一冷凝區(qū)域與第二冷凝區(qū)域之間，該第二冷凝區(qū)域與該第一冷 凝區(qū)域相對(duì)，第一冷凝區(qū)域與第二冷凝區(qū)域用于將汽化的工作流體冷凝回該腔室內(nèi)的液化 工作流體。冷凝區(qū)域中的每一個(gè)具有從蒸發(fā)區(qū)域以第一角度向上延伸的第一部分、以及具 有以不同于第一角度的第二角度向上延伸的第二部分。有可能使用多個(gè)彼此緊鄰的冷卻區(qū)域來(lái)形成相連接的吸熱區(qū)域，或者不可能這 樣。若不可能，則不能由多個(gè)冷卻區(qū)域形成結(jié)合著的吸熱區(qū)域、且不能使用多個(gè)所示熱虹吸 組件對(duì)較大表面進(jìn)行有效冷卻。但若可能的話，則將多個(gè)這樣的熱虹吸組件彼此盡可能靠 近地緊鄰放置以便形成相連接的吸熱區(qū)域，從而得到由多個(gè)冷凝區(qū)域形成的有所擴(kuò)大的散 熱區(qū)域。但會(huì)阻礙這樣形成的散熱區(qū)域的有效冷卻，因?yàn)橛糜诶鋮s散熱區(qū)域表面的任何外 部冷卻流體流動(dòng)將不得不在熱表面上流動(dòng)較長(zhǎng)距離(組件的整個(gè)長(zhǎng)度或者其大量幅寬)， 由此相對(duì)應(yīng)地發(fā)熱且嚴(yán)重?fù)p失冷卻能力。將無(wú)法對(duì)將要加以冷卻的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)冷 卻。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種熱虹吸熱交換器，其允許有效地對(duì)廣大的放熱表 面加以冷卻，本發(fā)明的目的還在于提供包括這種熱虹吸熱交換器的電氣和/或電子裝置。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器，這個(gè)目的得以解決，其包括多個(gè)第一管道元 件和多個(gè)第二管道元件。管道元件可分別傳導(dǎo)熱和內(nèi)部冷卻流體，內(nèi)部冷卻流體可在吸熱 過(guò)程中在管道元件內(nèi)蒸發(fā)、且在放熱過(guò)程中在管道元件內(nèi)冷凝。管道元件可具有不同類型、 形狀和材料。管道元件的截面可為點(diǎn)對(duì)稱的。不過(guò)，也可使用非點(diǎn)對(duì)稱截面。特別地，可使 用具有一或多個(gè)管道通道的矩形管道元件(多端口擠壓管，也被稱作MPE管)。至少一個(gè) 第一管道元件包括了在第一平面中延伸的吸熱部分和在第二平面中延伸的第一流體輸送 部分。平面由截面的最大延伸限定。吸熱部分的平面可平行于待冷卻熱源的放熱平面。第 一平面與第二平面相對(duì)于彼此繞扭轉(zhuǎn)軸線的一定角度而扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)軸線由第一管道元件和 第二管道元件以及第一管道元件和/或第二管道元件的縱向延伸部分中的至少一個(gè)限定。 因此，可實(shí)現(xiàn)平面之間的允許對(duì)其更高效冷卻的相對(duì)取向。以此方式，可向每個(gè)平面提供新 鮮冷卻空氣。另外，每個(gè)第二管道元件具有放熱部分和第二流體輸送部分、或者具有通往流 體返回管線的連接。特別地，根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器的特征在于，第一管道元件與第二管道元件彼此成流體連接從而使得在熱虹吸熱交換器中的流體可在閉合環(huán)路中通過(guò)所 述至少一個(gè)管道元件和所述至少一個(gè)第二管道元件流動(dòng)。以此方式，特別地與較為高效的 (即，熱有效的)冷卻相結(jié)合，在熱虹吸內(nèi)僅需少量流體。與第一管道元件與第二管道元件中的至少一個(gè)的總長(zhǎng)度相比，使扭轉(zhuǎn)部分保持得 比較短會(huì)有助于實(shí)質(zhì)上改進(jìn)所述至少一個(gè)第一管道元件的技術(shù)上可用的表面，在該扭轉(zhuǎn)部 分中，執(zhí)行繞扭轉(zhuǎn)軸線的扭轉(zhuǎn)角度的取向的實(shí)際改變。換言之，扭轉(zhuǎn)部分的長(zhǎng)度愈短，留下 的至少一個(gè)第一管道元件的吸熱部分以及第一流體輸送部分的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。取決于熱虹吸 的實(shí)施例和/或管道元件的輪廓的大小和形狀以及其彎曲性質(zhì)，多個(gè)第一管道元件的至少 一個(gè)第一管道元件的扭轉(zhuǎn)部分在總長(zhǎng)度的大約5%至大約30%上延伸，優(yōu)選地在總長(zhǎng)度的 大約8%至大約20%的長(zhǎng)度上延伸，例如，總長(zhǎng)度的大約10%，或者盡可能地短。如果扭轉(zhuǎn) 長(zhǎng)度盡可能地短，例如為管道元件寬度的大約五倍，扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)度由作為材料性質(zhì)的輪廓因素 (楊氏模數(shù))、以及由待扭轉(zhuǎn)的管道元件的輪廓的大小和形狀來(lái)加以限定，從而避免管道元 件的任何有害性質(zhì)且提供可靠的功能。此外，扭轉(zhuǎn)用于滿足至少一個(gè)發(fā)熱電氣和/或電子功率構(gòu)件在吸熱區(qū)域處的專用 安裝區(qū)上的最佳可安裝性方面的需要、以及冷凝器部段由外部冷卻機(jī)構(gòu)(例如，風(fēng)扇)來(lái)進(jìn) 行冷卻方面的需要。因此，有可能得到對(duì)電氣和/或電子功率構(gòu)件安裝區(qū)的得以優(yōu)化的可 接近性，電氣和/或電子功率構(gòu)件的取向常常不同于安裝區(qū)和/或由第二管道元件形成的 放熱區(qū)域的流體最佳取向。取決于熱虹吸熱交換器的實(shí)施例和/或第一管道元件的輪廓和 大小，電氣和/或電子功率構(gòu)件可通過(guò)緊固而直接熱連接到前者，例如，利用在螺孔或螺紋 孔中驅(qū)動(dòng)的螺栓而實(shí)現(xiàn)的緊固，該螺孔設(shè)于安裝區(qū)處的第一平面中的第一管道元件中。若 需要，中間板可熱連接到電氣和/或電子功率構(gòu)件以及第一管道元件這二者。在電氣和/ 或電子裝置的一實(shí)施例中，通過(guò)將至少一個(gè)電氣和/或電子功率構(gòu)件緊固到中間板使得一 或多個(gè)第一管道元件夾持于它們之間，從而將至少一個(gè)電氣和/或電子功率構(gòu)件熱連接到 一或多個(gè)第一管道元件。取決于至少一個(gè)電氣和/或電子功率構(gòu)件到安裝區(qū)處的一或多個(gè)第一管道的可 安裝性要求，多個(gè)第一管道元件的至少一個(gè)第一管道元件扭轉(zhuǎn)，而多個(gè)第一管道元件的其 余第一元件可具有另外的形狀，例如為非扭轉(zhuǎn)的(即，直的)。此外，與現(xiàn)有技術(shù)辦法相比，扭轉(zhuǎn)形成相對(duì)比較簡(jiǎn)單且因此經(jīng)濟(jì)的操作，其中替代 的是，具有不同平面取向的兩個(gè)管道將會(huì)焊接到中間通道以便實(shí)現(xiàn)安裝區(qū)向著放熱區(qū)域的 平面取向的不同對(duì)準(zhǔn)。而且，管道(例如，MPE管中的至少兩個(gè)管道)內(nèi)部的截面在功能方 面在很大程度上保持不受影響，例如，大約在整個(gè)管道上維持著流動(dòng)阻力。假定具有第二管道元件的冷凝器部段由風(fēng)扇提供的強(qiáng)制空氣流動(dòng)加以冷卻，則證 明有利的是將空氣流動(dòng)布置在熱虹吸熱交換器裝置的冷凝器側(cè)上，這是由于下面的兩個(gè)原 因。首先，如果空氣流動(dòng)在與位于蒸發(fā)部分上方(即，在安裝區(qū)處的吸熱板上方)的第一管 道元件接觸之前撞擊冷凝器管道，即第二管道元件，則空氣流動(dòng)較冷且因此在熱的方面而 言更為有效/高效。其次，位于蒸發(fā)部分上方的蒸發(fā)器管道部段(即，第一流體輸送部分) 中蒸汽的不希望的預(yù)冷凝可保持得較低，因?yàn)樵诳諝庖延膳挪加谡舭l(fā)器管道上游的冷凝器 管道預(yù)熱的情況下，富含制冷劑的蒸汽與冷凝器管道的內(nèi)壁之間的溫差較小。作為替代和 /或作為補(bǔ)充，當(dāng)在縱向軸線上觀察時(shí)，第二管道元件的最有效的冷凝器部段位于第一管道元件的最有效的蒸發(fā)器部段上方，推定(例如，來(lái)自風(fēng)扇的)冷卻流動(dòng)在與第一管道接觸之 前首先撞擊第二管道元件。換言之，最有效的冷凝器部段和最有效的蒸發(fā)器部段在縱向軸 線(例如，第一縱向軸線或第二縱向軸線)的方向上彼此對(duì)著而移位。優(yōu)選地，限定該移位， 從而使得當(dāng)從冷卻流動(dòng)的方向觀察時(shí)，最有效的冷凝器部段與最有效的蒸發(fā)器部段至少大 部分并不重疊。換言之，第一流體輸送部分與最有效的蒸發(fā)器部段大部分地(即，放熱部分 的至少大部分)重疊。熱虹吸熱交換器的尺寸應(yīng)使得第一流體輸送部分的長(zhǎng)度最小，以便 防止或至少在較大程度上妨礙已在第一管道元件中制冷劑蒸汽的過(guò)度冷凝。但是，第一流 體輸送部分的所述長(zhǎng)度應(yīng)與最有效的冷凝器部段的長(zhǎng)度相平衡，從而使得在所述第一流體 輸送部分中的冷凝率盡可能低而不會(huì)過(guò)度地?fù)p害冷凝器管道(即，最有效的冷凝器部段中 的第二管道元件)中的合理冷凝率。作為選擇，第一流體輸送部分可由片狀流動(dòng)保護(hù)器至少部分地屏蔽避開(kāi)所述空氣 流動(dòng)，片狀流動(dòng)保護(hù)器排布于第一管道元件與第二管道元件之間且在縱向上延伸。取決于 實(shí)施例，這些流動(dòng)保護(hù)器的特征是可參考它們的縱向軸線具有新月截面。作為其替代，第 一流體輸送部分由合適涂層(例如，油漆或清漆)與周圍(例如，強(qiáng)制的空氣流動(dòng))熱隔離 開(kāi)。在另一實(shí)施例中，吸熱部分限定了包括于第一平面中的第一縱向軸線而第一流體 輸送部分限定了包括于第二平面中的第二縱向軸線，由此第一縱向軸線與第二縱向軸線彼 此平行延伸。第一平面和第二平面分別由截面的最大延伸和分別由第一縱向軸線或第二縱 向軸線限定。截面的最大延伸優(yōu)選地平行于待由熱虹吸冷卻的熱源而排布。但在其它實(shí)施 例中，軸線可成一定角度而不是彼此平行。在另一實(shí)施例中，多個(gè)管道元件的至少兩個(gè)第一平面彼此平面平行。由熱虹吸從 待冷卻的熱源進(jìn)行高效吸熱是有利的。根據(jù)本發(fā)明的一種更特定的熱虹吸熱交換器包括多個(gè)第一管道元件。在任何情況 下，每個(gè)第一管道元件具有特定吸熱部分和特定第一流體輸送部分，特定吸熱部分限定特 定第一平面和包括于其中的特定第一縱向軸線，特定第一流體輸送部分限定特定第二平面 和包括于其中的特定第二縱向軸線。在每種情況下，特定第一縱向軸線與特定第二縱向軸 線彼此平行。特定第一平面與特定第二平面相對(duì)于彼此關(guān)于它們的軸線而扭轉(zhuǎn)，即，它們彼 此成一定角度。另外，多個(gè)管道元件的至少兩個(gè)特定第一平面彼此平面平行。以此方式，平 面平行的第一平面可形成一或多個(gè)結(jié)合的吸熱區(qū)域。對(duì)應(yīng)于所述特定第一平面的特定第二平面可各自扭轉(zhuǎn)，從而使得有可能對(duì)特定第 二平面中的任一個(gè)進(jìn)行有效冷卻。舉例而言，特定第二平面可扭轉(zhuǎn)到與平面平行的特定第 一平面垂直的位置。平行于特定第二平面的外部冷卻流體流動(dòng)(例如，空氣流動(dòng))，與所用 的管道元件數(shù)目無(wú)關(guān)，只是不得不經(jīng)過(guò)管道元件的單個(gè)幅寬。不會(huì)發(fā)生的冷卻能力的重大 損失。冷卻是高效的。與此相比，在美國(guó)專利6，840，311B2中，不同部分和蒸發(fā)區(qū)域各自限定著特定平 面和包括于其中的特定縱向軸線，但并無(wú)特定平面中的兩個(gè)會(huì)相對(duì)于彼此關(guān)于特定縱向軸 線中的任一個(gè)而形成角度。因此，該區(qū)域并不相對(duì)于彼此扭轉(zhuǎn)。不能實(shí)現(xiàn)僅要經(jīng)過(guò)管道元 件幅寬(與所用管道元件的數(shù)目無(wú)關(guān))的外部冷卻流體流動(dòng)的上述效果。在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)第一管道元件和/或至少一個(gè)第二管道元件包括至少兩個(gè)熱和流體傳導(dǎo)通道。所傳導(dǎo)的流體可為液體或蒸汽。以此方式，實(shí)現(xiàn)待冷卻的流體與 相應(yīng)管道元件之間的較大的熱交換表面。因而冷卻較為高效。此外，所述第一平面包括安 裝區(qū)，該安裝區(qū)被設(shè)計(jì)成接收至少一個(gè)電氣和/或電子功率構(gòu)件或其一部分(在至少一個(gè) 電氣和/或電子功率構(gòu)件擴(kuò)展跨越過(guò)多于一個(gè)第一管道元件的情況下)。優(yōu)選地第一縱向軸線與第二縱向軸線彼此平行延伸和/或形成共同軸線。共同軸 線改進(jìn)制造過(guò)程。平行性允許適應(yīng)具體需要的有利幾何變化。在另一實(shí)施例中，至少兩個(gè)第二平面彼此平行延伸，和/或至少一個(gè)第二平面相 對(duì)于形成安裝區(qū)的至少一個(gè)第一平面或安裝區(qū)而在橫向、特別是垂直地對(duì)準(zhǔn)。在至少兩個(gè) 第二平面優(yōu)選地為彼此平行的多個(gè)的情況下，形成篦條(bar grate)結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)大用于傳熱 的表面；簡(jiǎn)化了高效冷卻。利用與至少一個(gè)第一平面垂直的至少一個(gè)第二平面，實(shí)現(xiàn)了可由 外部冷卻流體流動(dòng)高效地冷卻所述至少一個(gè)第二平面；簡(jiǎn)化了高效冷卻。在多個(gè)第二平面 垂直于至少一個(gè)第一平面的情況下，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了由外部冷卻流體流動(dòng)進(jìn)行的高效冷卻。在另一實(shí)施例中，多個(gè)第一管道元件的至少一個(gè)第一管道元件是扭轉(zhuǎn)的多端口擠 壓管。由于多端口擠壓管的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了高效冷卻。在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)冷卻元件排布于兩個(gè)第一流體輸送部分之間，特別是 在兩個(gè)相鄰的第二管道元件之間。通過(guò)在兩個(gè)第一流體輸送部分之間添加適當(dāng)冷卻元件， 可增加冷卻表面而無(wú)須外部冷卻流體流動(dòng)經(jīng)過(guò)多于管道元件的幅寬；進(jìn)一步簡(jiǎn)化了高效冷 卻。在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)第一管道元件連接到第一歧管和/或第二歧管。以此 方式，可從至少一個(gè)管道元件收集內(nèi)部冷卻流體和/或向至少一個(gè)管道元件供應(yīng)內(nèi)部冷卻 流體。連接到所述第一歧管和/或第二歧管的多個(gè)管道元件可與第一歧管和/或第二歧管 和/或與彼此交換內(nèi)部冷卻流體。取決于實(shí)施例，第一歧管排布于多個(gè)第二管道元件與多 個(gè)吸熱部分之間，特別地排布于多個(gè)吸熱部分下方，和/或其中第二歧管排布于多個(gè)第一 流體輸送部分與多個(gè)第二管道元件之間，特別是排布于多個(gè)第二管道元件上方。在另一實(shí)施例中，第一歧管與第二歧管由至少一個(gè)第二管道元件流體連接，至少 一個(gè)第二管道元件在第三平面中延伸且在第三平面中包括第三縱向軸線。這個(gè)第二管道元 件限定第三平面且在包括于其中的第三縱向軸線的方向上延伸，并且可排布成所述第三軸 線平行于所述第一管道元件的所述第一軸線和第二軸線延伸；例如，在旁側(cè)，在前方，在后 方，在上方或在下方。第二管道元件可與第一歧管和/或第二歧管和/或與第一管道元件 和/或與額外的第二管道元件交換內(nèi)部冷卻流體。在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)另外的冷卻元件排布于兩個(gè)第二管道元件之間。通過(guò) 在兩個(gè)直接相鄰的第二管道元件之間添加適當(dāng)冷卻元件，可增加冷卻表面；進(jìn)一步簡(jiǎn)化高 效冷卻。在另一實(shí)施例中，至少兩個(gè)第三平面彼此平行延伸和/或至少一個(gè)第三平面相對(duì) 于至少一個(gè)第一平面在橫向，特別是垂直地延伸。在至少兩個(gè)第三平面彼此平行的情況下， 可形成另一篦條冷卻結(jié)構(gòu)用于簡(jiǎn)化高效冷卻，特別是當(dāng)另一篦條冷卻結(jié)構(gòu)排布于第一管道 元件后方時(shí)。在至少一個(gè)第三平面垂直于至少一個(gè)第一平面的情況下，有可能由外部冷卻 流體流動(dòng)高效地冷卻所述少一個(gè)第三平面；特別是當(dāng)至少一個(gè)第三平面排布于第一管道元 件后方或平行于第一管道元件時(shí)。在多個(gè)第三平面垂直于至少一個(gè)第一平面的情況下，進(jìn)一步簡(jiǎn)化由外部冷卻流體流動(dòng)進(jìn)行的高效冷卻；甚至當(dāng)多個(gè)第三平面排布于第一管道元件 后方時(shí)。在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)第三平面與至少一個(gè)第二平面排布成平面平行。以此 方式，外部冷卻流體流動(dòng)可連續(xù)地經(jīng)過(guò)第二平面以及第三平面這二者。盡管冷卻流體在經(jīng) 過(guò)第二管道元件之前經(jīng)過(guò)第一管道元件時(shí)可能發(fā)生冷卻流體的升溫，冷卻流體在經(jīng)過(guò)第二 管道元件之前并未急劇升溫，這是因?yàn)槠湓诘竭_(dá)第二管道元件之前僅經(jīng)過(guò)作為放熱器的第 一管道元件的一個(gè)幅寬。根據(jù)另一實(shí)施例，第三歧管流體連接到至少一個(gè)第二管道元件的放熱部分和連接 到第一歧管。特別有利地由共同返回管線在第三歧管與第一歧管之間建立連接。因此，蒸 汽當(dāng)?shù)诙艿涝姆艧岵糠謨?nèi)進(jìn)行冷卻時(shí)返回至液體，這些返回為液體的蒸汽在共同的 第三歧管中收集、且經(jīng)由共同返回管線返回到第一歧管，其從第一歧管供應(yīng)到第一管道元 件的吸熱部分。另一方面，第三歧管可經(jīng)由至少一個(gè)流體輸送管線連接到第一歧管，第二流 體輸送管線可與第二管道元件的放熱部分形成為一件。提供第三歧管允許提高設(shè)計(jì)自由度，因?yàn)橛傻谝还艿涝纬傻睦淠鞑慷魏陀?第二管道元件形成的蒸發(fā)器部段可包括不同數(shù)目的管道。因此，可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凝器部段與蒸 發(fā)器部段的單獨(dú)優(yōu)化，例如，因?yàn)榈谝还艿涝鄬?duì)于第二管道元件以移位(即，交錯(cuò)開(kāi)) 的方式排布以增加(例如)對(duì)空氣流動(dòng)的流動(dòng)阻力。但考慮到熱效率則必須小心地保持第 一管道元件中的預(yù)冷凝率在合理邊界內(nèi)。此外，替代地，這種實(shí)施例允許將至少一個(gè)發(fā)熱電 氣和/或電子功率構(gòu)件置于至少一個(gè)熱虹吸熱交換器的相對(duì)側(cè)上，從而使得可從冷凝器部 分看到它們。這種實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于優(yōu)化的(即，很小的)厚度。在發(fā)熱電氣和/或電子 功率構(gòu)件的厚度經(jīng)測(cè)量小于具有第二管道元件的冷凝器部分的厚度的情況下，當(dāng)在周圍流 動(dòng)(ambient flow)的方向上觀察時(shí)，可實(shí)現(xiàn)提供一種具有僅吸熱部分與放熱部分的厚度的 熱虹吸熱交換器裝置的實(shí)施例。取決于實(shí)施例，提供發(fā)熱電氣和/或電子功率構(gòu)件且在放 熱部分的兩側(cè)上進(jìn)行熱連接。該目的也由下面的電氣和/或電子裝置解決，其包括熱連接到根據(jù)本發(fā)明的至少 一個(gè)熱虹吸熱交換器上的至少一個(gè)發(fā)熱電氣和/或電氣功率構(gòu)件。例如，由半導(dǎo)體構(gòu)件、電 阻器、印刷電路等形成發(fā)熱電氣和/或電子功率構(gòu)件。上文所述的本發(fā)明的熱虹吸熱交換器和本發(fā)明的電氣和/或電子裝置被提出為 重力型熱虹吸。但它們并不限于第一管道元件與第二管道元件的嚴(yán)格垂直對(duì)準(zhǔn)。它們的對(duì) 準(zhǔn)可有變化，例如，如果通過(guò)繞著由第一歧管、第二歧管和/或第三歧管的形狀所限定的虛 擬橫向軸線旋轉(zhuǎn)它們而修正它們的取向，則只要它們的功能保持不受影響且只要第一管道 元件的蒸發(fā)部段并不流干。


現(xiàn)將參看附圖以舉例說(shuō)明的方式來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中使用相似的附 圖標(biāo)記來(lái)指代相似部件且在附圖中圖1示出作為管道元件的單個(gè)扭轉(zhuǎn)的多端口擠壓管；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器的第一實(shí)施例的第一透視圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器的第一實(shí)施例的第二透視圖4示出根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器的第二實(shí)施例的第一透視圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器的第二實(shí)施例的第二透視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出作為第一管道元件1的扭轉(zhuǎn)多端口擠壓管的透視圖。管道元件1具有吸 熱部分2，吸熱部分2限定第一平面2”和包括于其中的第一縱向軸線2’，第一平面2”平行 于熱源而排布。在吸熱部分2中的流體是源自第一歧管7的液體。第一管道元件1還具有 第一流體輸送部分4，第一流體輸送部分4限定第二平面4”和包括于其中的第二縱向軸線 4’。在第一流體輸送部分4中的流體是源自中部3且朝向第二歧管8上升的蒸汽。吸熱部 分2與第一流體輸送部分4由中部3連接。在中部3中的流體包含著源自吸熱部分2且朝 向第一流體輸送部分4上升的蒸汽。第一縱向軸線2’與第二縱向軸線4’形成共同軸線5。 第一平面2”與第二平面4”相對(duì)于彼此關(guān)于共同軸線5扭轉(zhuǎn)；兩個(gè)平面2”與4’關(guān)于共同 軸線形成角度a。a優(yōu)選地為90°。第一管道元件1、吸熱部分2、中部3以及第一流體輸送部分4的幅寬、厚度、長(zhǎng)度 和形狀可各自適應(yīng)具體需要。吸熱表面與放熱表面的比例(例如)因此是可變的且可適應(yīng) 具體構(gòu)造約束。角度a也可各自適應(yīng)具體需要和約束，例如與第一平面相傾斜而引入的冷 卻空氣流。管道元件內(nèi)和/或管道元件外表面上的結(jié)構(gòu)也可以用合適方式形成和構(gòu)成結(jié) 構(gòu)；例如，以允許更好的吸熱和/或放熱和/或與熱源接觸，視情況而定。圖2作為第一透視圖示出根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器6的第一實(shí)施例的前部透 視圖。在熱虹吸熱交換器6的所述第一實(shí)施例中，所有第一管道元件1以繞扭轉(zhuǎn)軸線的角 度a扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)軸線由第一管道元件1的縱向形狀限定。每個(gè)第一管道元件1的扭轉(zhuǎn)軸線 基本上對(duì)應(yīng)于中心線，即形成第一管道元件1的輪廓的中性軸線。多個(gè)第一管道元件1并 排地接連排布，由此形成一行第一管道元件1。相對(duì)應(yīng)的吸收部分2與它們相應(yīng)的第一平 面2”彼此平面平行。平面平行的吸熱部分2與它們相應(yīng)的第一平面2”形成共同吸熱表面 II，共同吸熱表面II限定共同平面II’。第一流體輸送部分4和它們相對(duì)應(yīng)的第二平面4” 彼此平行且與它們相應(yīng)的第一平面2”和共同平面II’相垂直而排布。在每?jī)蓚€(gè)直接相鄰 的第二管道元件11之間排布一個(gè)冷卻元件10 (參看圖3)。第一管道元件1在第一端處連接到第一歧管7且在第二端處連接到第二歧管8。 第一歧管7允許向第一管道元件1供應(yīng)冷卻劑。第二歧管8允許從第一管道元件1收集內(nèi) 部冷卻流體和/或其蒸汽。第二管道元件11將第二歧管8連接到第三歧管9。在第二管道元件11中的流體 是源自第二歧管8且朝向第三歧管9下降的蒸汽，同時(shí)蒸汽被冷卻且再次變成液體。因此 在第三歧管9中的流體是源自第二管道元件11且朝向冷卻流體返回管線13下降的液體。 第三歧管9與第一歧管7經(jīng)由圖3所示的冷卻流體返回管線13而連接。在冷卻流體返回 管線13中的流體是源自第三歧管9且朝向第一歧管7下降的液體。因而實(shí)現(xiàn)流體的閉合 環(huán)路。第二歧管8允許向第二管道元件11供應(yīng)內(nèi)部冷卻流體，內(nèi)部冷卻流體由待冷卻的裝 置加熱。第三歧管9允許從第二管道元件11收集冷凝后的內(nèi)部冷卻流體。熱虹吸熱交換器6具有吸熱區(qū)域100、放熱區(qū)域101和流體輸送區(qū)域102。吸熱區(qū)域100、放熱區(qū)域101和流體輸送區(qū)域102分別用作內(nèi)部冷卻流體的蒸發(fā)
9器、冷凝器區(qū)域和流體連接，流體連接用于向冷凝器區(qū)域供應(yīng)蒸汽。圖3作為第二透視圖示出根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器6的第一實(shí)施例的后部透 視圖。使用相似的附圖標(biāo)記表示相似部件。第三歧管9與第一歧管7經(jīng)由冷卻流體返回管 線13連接。因而內(nèi)部冷卻流體有可能循環(huán)流動(dòng)。第一歧管7、第三歧管9和共同平面II’限定支承區(qū)，熱源(未圖示)可放置于支 承區(qū)中。熱源，例如功率半導(dǎo)體裝置，可熱連接到吸熱區(qū)域100的第一管道元件從而使得其 將熱傳到第一管道元件1的吸熱部分2。在此實(shí)施例中，至少一個(gè)發(fā)熱電氣和/或電子功率 構(gòu)件從冷凝器側(cè)(即，從放熱側(cè))附連。吸熱部分2內(nèi)的液體內(nèi)部冷卻流體被加熱、蒸發(fā)且 經(jīng)由第一流體輸送部分4移動(dòng)到第二歧管8。第二歧管8由第一管道元件1供應(yīng)蒸發(fā)的內(nèi) 部冷卻流體，第一管道元件1繼而由第一歧管7供應(yīng)液體內(nèi)部冷卻流體。來(lái)自第二歧管8 的蒸發(fā)的內(nèi)部冷卻流體經(jīng)由第二管道元件11進(jìn)一步冷卻且最終冷凝。液體被饋送到第三 歧管9。第三歧管9繼而經(jīng)由冷卻流體返回管線13向第一歧管7饋送冷凝的液體內(nèi)部冷卻 流體，在冷卻流體返回管線13中該液體內(nèi)部冷卻流體進(jìn)一步冷卻。因而，由第一歧管7、多 個(gè)管道元件1、第二歧管8、多個(gè)第二管道元件11、第三歧管9和冷卻流體返回管線13形成 內(nèi)部冷卻流體回路。在每?jī)蓚€(gè)直接相鄰的第二管道元件11之間排布冷卻元件10或其它冷卻元件12。每個(gè)第二管道元件11限定著特定第三平面11”和包括于其中的特定第三縱向軸 線11’。第一管道元件1的每個(gè)吸熱部分2限定著特定第一平面2”和包括于其中的特定第 一縱向軸線2’。第一管道元件1的每個(gè)第一流體輸送部分4限定著特定第二平面4”和包 括于其中的特定縱向軸線4’。在圖3中，任何第一管道1的第一縱向軸線2’與第二縱向軸 線4’彼此平行。第二管道元件11的第三縱向軸線11’也平行于第一管道元件1的第一縱 向軸線2’和第二縱向軸線4’。第一平面2”彼此平面平行。第二平面4”彼此平行。第三 平面11”也彼此平面平行。在所示實(shí)施例中，每個(gè)第二平面4”與第三平面11，，平行定向。 在更一般的實(shí)施例中，僅需要至少一個(gè)第二平面4”平行于至少一個(gè)第三平面11”。因而可 最小化冷卻空氣流動(dòng)中的湍流和阻力。在圖3中，第三平面11”垂直于第一平面(2”)。第三平面11”與第一管道元件的 第二平面4”平面平行。特別地，有利地堆疊第二管道元件11，以及第一管道元件1的第一 流體輸送部分4。于是使得阻礙冷卻空氣流的截面最小化。在此實(shí)施例中，分別與第一管道 元件4的第二平面4”平面平行的多個(gè)第三平面11”平行排布。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器6’的第二實(shí)施例的第一透視圖。使用相 似的附圖標(biāo)記來(lái)表示相似部件。與第一實(shí)施例相比，熱虹吸熱交換器6’的第二實(shí)施例并非 具有三個(gè)歧管7、8、9，而是僅具有第一歧管7和第二歧管8。第一歧管7和第二歧管8由第 一管道元件1和細(xì)長(zhǎng)的第二管道元件11連接。每個(gè)細(xì)長(zhǎng)的第二管道元件11具有放熱部分 11. 1與第二流體輸送部分11. 2。第二流體輸送部分11. 2充當(dāng)?shù)谌绻?或至少冷卻流體 返回管線13的替代?；蛘撸魏蔚诙黧w輸送部分11. 2可由第三歧管9替換，第三歧管9 連接到一或多個(gè)第二管道元件11的一或多個(gè)放熱部分11. 1且經(jīng)由冷卻流體返回管線13 連接到第一歧管7。圖1和圖2示出這種替換的實(shí)例。在放熱部分11. 1中的流體是蒸汽。 在放熱部分11. 1中的流體是源自第二歧管8且朝向第二流體輸送部分11. 2下降的蒸汽。 第二流體輸送部分11. 2中的流體是源自放熱部分11. 1且朝向第一歧管7下降的液體。因而實(shí)現(xiàn)流體的閉合環(huán)路。冷卻元件10同樣布置于每?jī)蓚€(gè)直接相鄰的第二管道元件11之間， 如(例如)車輛的水冷內(nèi)燃機(jī)中的習(xí)慣做法。多個(gè)第一管道元件1接連地并排布置。相對(duì)應(yīng)的吸熱部分2和它們相應(yīng)的第一平 面2”同樣彼此平面平行由此形成共同吸熱表面II，共同吸熱表面II限定共同平面II’。如 在圖2和圖3中，第一流體輸送部分4和它們相對(duì)應(yīng)的第二平面4”分別彼此平行且與它們 的相應(yīng)第一平面2”和共同平面II’相垂直而排列。冷卻元件10同樣布置于每?jī)蓚€(gè)直接相 鄰的第二管道元件11之間。第一管道元件1連接到第一歧管7和連接到第二歧管8。第一歧管7允許向第一 管道元件1供應(yīng)內(nèi)部冷卻流體而第二歧管8允許從管道元件1收集內(nèi)部冷卻流體。第二管道元件11將第二歧管8連接到第一歧管7。那么由第二歧管8收集的內(nèi)部 冷卻流體經(jīng)由第二管道元件11供應(yīng)到第一歧管7。因而內(nèi)部冷卻流體有可能循環(huán)流動(dòng)。熱源15向第一管道元件1的吸熱部分2饋送熱。如在圖2和圖3中，在吸熱部分 2內(nèi)的液體內(nèi)部冷卻流體被加熱，蒸發(fā)且經(jīng)由第一流體輸送部分4移動(dòng)到第二歧管8。蒸發(fā) 的內(nèi)部冷卻流體在第一流體輸送部分4中開(kāi)始冷卻。第二歧管8從第一管道元件1接收蒸 發(fā)的內(nèi)部冷卻流體，第一管道元件1繼而由第一歧管7供應(yīng)液體內(nèi)部冷卻流體。在第二管 道元件11中，來(lái)自第二歧管8的蒸發(fā)的內(nèi)部冷卻流體進(jìn)一步冷卻以至最后冷凝。經(jīng)冷凝的 內(nèi)部冷卻流體被饋送回到第一歧管7。在此實(shí)施例中，因而由第一歧管7、多個(gè)第一管道元 件1、第二歧管8和多個(gè)第二管道元件11形成內(nèi)部冷卻流體回路，多個(gè)第二管道元件11由 單件形成的放熱部分11. 1和第二流體輸送部分11. 2構(gòu)成。在背朝著第二管道元件11的共同平面II’的一側(cè)上，在第一接納體積16中布置 熱源15。在朝向第二管道元件11的共同平面II’的側(cè)部上，在第二接納體積17中布置熱 容板(heat capacitance plate) 14。熱容板14用作熱緩沖件和熱屏蔽件。熱容板14、歧 管7、8和多端口擠壓管4和11的材料通常為鋁或任何鋁合金，其使得良好的導(dǎo)熱性質(zhì)與輕 重量相結(jié)合。因而并不阻礙對(duì)另一管道元件中的內(nèi)部冷卻流體的冷卻。熱虹吸熱交換器6’具有替代的吸熱區(qū)域100’、替代的流體輸送區(qū)域101’和替代 的放熱區(qū)域102，。替代的吸熱區(qū)域100’、替代的流體輸送區(qū)域101’和替代的放熱區(qū)域102’分別用
作內(nèi)部冷卻流體的蒸發(fā)器、輸送區(qū)域和冷凝器區(qū)域。在每?jī)蓚€(gè)直接相鄰的第二管道元件11之間布置一個(gè)冷卻元件10。圖5示出根據(jù)圖4所示的本發(fā)明的熱虹吸熱交換器6’的第二實(shí)施例的側(cè)視圖。使 用相似標(biāo)記來(lái)表示相似部件。作為熱容板14的替代，另一熱源(未圖示)可置于第二接納 體積17中。所描述的實(shí)施例用作實(shí)例。但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。所主張的特征可以按 有利和功能性的方式組合。特別地，多個(gè)歧管可用作內(nèi)部冷卻流體的收集器和/或供應(yīng)器， 內(nèi)部冷卻流體的收集器和/或供應(yīng)器由饋送管線和/或另外的管道元件互連。作為最低要求，根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器包括至少一個(gè)管道元件，其具有吸 熱部分和放熱部分，吸熱部分限定第一平面和包括于其中的第一縱向軸線，放熱部分限定 第二平面和包括于其中的第二縱向軸線，其中第一縱向軸線與第二縱向軸線是平行的，第 一平面與第二平面關(guān)于第一縱向軸線與第二縱向軸線而相對(duì)于彼此扭轉(zhuǎn)。具有至少兩個(gè)管道元件的另一實(shí)施例具有彼此平面平行布置的至少兩個(gè)第一平面。具有多個(gè)管道元件的另 一實(shí)施例具有至少兩個(gè)平面平行的第一平面和/或彼此平面平行排布的至少一組第一平 面。另外的實(shí)施例包括于附屬權(quán)利要求書中且可與上文所述的熱虹吸熱交換器組合。冷卻元件10、12可以用不同方式形成且可具有不同材料。它們用于吸熱和用于擴(kuò) 大熱虹吸熱交換器的冷卻表面。它們的特定結(jié)構(gòu)，諸如冷卻翅片，是熱交換器中熟知的。因 此將省略其詳細(xì)描述。對(duì)根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸熱交換器的冷卻可由從第一流體輸送區(qū)域101 (’ )通過(guò)熱 虹吸熱交換器流動(dòng)到放熱區(qū)域102’、或從放熱區(qū)域102’通過(guò)熱虹吸熱交換器流到第一流 體輸送區(qū)域101 (’)的外部冷卻流體流動(dòng)加以執(zhí)行。外部冷卻流體優(yōu)選地是氣體或氣體混 合物。第一管道元件1和第二管道元件11 二者的數(shù)目和密度可不同且可個(gè)別地設(shè)置。熱源優(yōu)選地為電子裝置。優(yōu)選地，熱源裝配于第一接納體積16中。根據(jù)本發(fā)明的 熱虹吸熱交換器是汽車熱交換器。用于運(yùn)行上文所述的內(nèi)部冷卻流體循環(huán)的能量由待冷卻的一或多個(gè)熱源提供。角度a可在接近0°與+/-180。(包括180° )之間變化。雖然以不同的配置示出了優(yōu)選實(shí)施例的元件，但這只是示范性的，元件的其它組 合和配置也在如下文的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
一種熱虹吸熱交換器，其包括多個(gè)第一管道元件(1)與多個(gè)第二管道元件(11)，其中至少一個(gè)第一管道元件(1)包括-吸熱部分(2，100’)，其在第一平面(2”)中延伸；以及-第一流體輸送部分(4)，其在第二平面(4”)中延伸，其中-所述第一平面(2”)與所述第二平面(4”)相對(duì)于彼此繞扭轉(zhuǎn)軸線的一定角度扭轉(zhuǎn)，以及-每個(gè)第二管道元件(11)具有流體連接到第二流體輸送部分(11.2)的放熱部分(102，11.1)和/或到流體返回管線(13)的連接，其中-至少一個(gè)第一管道元件(1)和至少一個(gè)第二管道(11)流體連接到彼此，從而使得在熱虹吸熱交換器中的流體可以在閉合環(huán)路中通過(guò)所述至少一個(gè)第一管道元件(1)和所述至少一個(gè)第二管道元件(11)流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸熱交換器，其中_所述吸熱部分(2)限定著包括于所述第一平面(2”)中的第一縱向軸線(2’)，以及-所述第一流體輸送部分(4)限定著包括于所述第二平面(4”)中的第二縱向軸線 (4，)，其中-所述第一縱向軸線(2’ )所述第二縱向軸線(4’ )彼此平行延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱虹吸熱交換器，其中-所述多個(gè)管道元件(1)的至少兩個(gè)第一平面(2”)彼此平面平行，且所述多個(gè)第一 管道元件(1)的至少一個(gè)第一管道元件(1)的扭轉(zhuǎn)部分在所述第一管道元件(1)的至少一 個(gè)的總長(zhǎng)度的大約5%至大約30%的長(zhǎng)度上延伸，特別是在所述總長(zhǎng)度的大約8%至大約 20 %的長(zhǎng)度上延伸，或者盡可能地短。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熱虹吸熱交換器，其中-所述多個(gè)第一管道元件(1)的至少一個(gè)第一管道元件(1)和/或所述多個(gè)第二管道 元件(11)的至少一個(gè)第二管道元件(11)包括至少兩個(gè)通道，且所述第一平面(2”)包括安 裝區(qū)，安裝區(qū)設(shè)計(jì)成接收至少一個(gè)電氣和/或電子功率構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的熱虹吸熱交換器，其中至少兩個(gè)第二平面(4”)彼此平行延伸和/或其中至少一個(gè)第二平面(4”)相對(duì)于形 成安裝區(qū)的至少一個(gè)第一平面(2”)或所述安裝區(qū)在橫向，特別是垂直地對(duì)準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的熱虹吸熱交換器，其中所述至少一個(gè)第一管道 元件(1)的至少一個(gè)第一管道元件(1)是扭轉(zhuǎn)的多端口擠壓管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的熱虹吸熱交換器，其中至少一個(gè)第一管道元件 (1)流體連接到第一歧管(7)和/或第二歧管(8)，且所述第一流體輸送部分(4)與所述放 熱部分(11. 1)至少部分地重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱虹吸熱交換器，其中所述第一歧管(7)布置于所述多個(gè)第 二管道元件(11)與所述多個(gè)吸熱部分(2)之間，特別地布置于所述多個(gè)吸熱部分(2)下 方，和/或其中所述第二歧管(8)布置于所述多個(gè)第一流體輸送部分(4)與所述多個(gè)第二管道元件(11)之間，特別地布置于所述多個(gè)第二管道元件(11)上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的熱虹吸熱交換器，其中所述第一歧管(7)與所述第二歧 管(8)由至少一個(gè)第二管道元件(11)彼此流體連接，至少一個(gè)第二管道元件(11)在第三 平面(11”)中延伸且在第三平面(11”)中包括第三縱向軸線(11，)，特別地其中所述第三 縱向軸線(11’ )平行于所述縱向軸線(4’ )中的至少一個(gè)和所述第二縱向軸線(4’ )而延 伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱虹吸熱交換器，其中至少一個(gè)另外的冷卻元件(12)布置 于兩個(gè)第二管道元件(11)之間，特別是在兩個(gè)相鄰的第二管道元件(11)之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的熱虹吸熱交換器，其中至少兩個(gè)第三平面(11”)彼此 平行地延伸和/或至少一個(gè)第三平面(11”)相對(duì)于至少一個(gè)第一平面(2”)在橫向，特別 是垂直地延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的熱虹吸熱交換器，其中至少一個(gè)第三平面 (11”)與至少一個(gè)第二平面(4”)排布成平面平行。
13.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的熱虹吸熱交換器，其中第三歧管(9)流體連接著至少一 個(gè)第二管道元件(11)的放熱部分(102)與所述第一歧管(7)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱虹吸熱交換器，其中所述第一歧管(7)與所述第三歧管 (9)的流體連接由共同返回管線(13)或至少一個(gè)第二流體輸送管線(11.2)建立。
15.一種電氣和/或電子裝置，其包括熱連接到根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的 至少一個(gè)熱虹吸熱交換器的至少一個(gè)發(fā)熱電氣和/或電子功率構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱虹吸熱交換器，其包括多個(gè)第一管道元件(1)和多個(gè)第二管道元件(11)。每個(gè)第一管道元件(1)具有限定第一平面(2”)的吸熱部分(2)和限定第二平面(4”)的第一流體輸送部分(4)。該第一平面(2”)與該第二平面(4”)相對(duì)于彼此扭轉(zhuǎn)。每個(gè)第二管道元件(11)具有放熱部分(11.1)和第二流體輸送部分(11.2)、或具有通往流體返回管線(13)的連接。至少一個(gè)第一管道元件(1)和至少一個(gè)第二管道元件(11)彼此連接，從而使得在熱虹吸熱交換器中的流體可以在閉合環(huán)路中通過(guò)所述第一管道元件(1)和所述第二管道元件(11)流動(dòng)。
文檔編號(hào)F28D15/02GK101876518SQ20101017154
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
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