專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換器，并且具體地，涉及一種適用于冷卻電子設(shè)備的改良熱 交換器。
背景技術(shù)：
迄今為止，從EP-A-231332已知一種熱交換器，該熱交換器具有在其第一端與第 二端之間延伸的蒸發(fā)器通道和冷凝器通道。該熱交換器的兩個相對的端部設(shè)有連接部件， 該連接部件在蒸發(fā)器通道與冷凝器通道之間提供流體路徑。在熱交換器的第一端附近布置 有第一熱傳遞元件，用于將熱負荷傳遞至所述蒸發(fā)器通道中的流體。類似地，在熱交換器的 第二端附近布置有第二熱傳遞元件，用于將熱負荷從所述冷凝器通道中的流體傳遞到周圍 環(huán)境中。上述熱交換器可有效冷卻例如已被附連于第一熱傳遞元件的電力電子器件。由于 熱虹吸式構(gòu)造，因此這種冷卻不需要泵送單元即可實現(xiàn)。然而，上述解決方案的缺陷在于該熱交換器需要安裝在特定的位置才能正常運 行。這樣的限制很成問題，因為在一些實施中，能夠?qū)峤粨Q器倒置安裝或安裝在水平位置 會較為有利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上面提到的缺陷，并提供一種便宜且可靠的熱交換器，該交 換器對于其安裝位置較不敏感。本發(fā)明的這一目的及其它目的將通過獨立權(quán)利要求1中所 描述的熱交換器而得以實現(xiàn)。在第一端和第二端設(shè)置帶有流體分配元件的連接部件，該流體分配元件將流體從 預(yù)定的冷凝器通道引導至預(yù)定的蒸發(fā)器通道并且反之亦然，以上可能性使得熱交換器可像 脈動熱管(PHP) —樣工作。在這樣的解決方案中，在冷凝器通道和蒸發(fā)器通道具有毛細管 尺寸的情況下，因通道內(nèi)蒸汽的雙向膨脹而在狹小的通道環(huán)路型熱管中發(fā)生振蕩。因此，熱 交換器在任意方位都起作用，而不需要大量額外的費用。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式將在從屬權(quán)利要求中公開。


下文將通過示例并參考附圖對本發(fā)明進行更詳盡的描述，附圖中圖1示出熱交換器的第一實施方式；圖2示出去除連接部件的圖1中的熱交換器；圖3示出帶有第一分配元件的熱交換器；圖4示出帶有第二分配元件的熱交換器；圖5示出帶有可替代第一分配元件的熱交換器；圖6示出圖3中的第一分配元件的細節(jié)；
圖7示出帶有又一可替代第一分配元件的熱交換器；圖8示出第一熱傳遞元件；圖9示出第二熱傳遞元件；以及圖10示出熱交換器的第二實施方式。
具體實施例方式圖1示出熱交換器1的第一實施方式，圖2示出移除了連接部件的圖1中的熱交 換器1。該熱交換器包括在熱交換器1的第一端與第二端之間延伸的冷凝器通道和蒸發(fā) 器通道。第一連接部件2布置在熱交換器1的第一端，以在冷凝器通道與蒸發(fā)器通道之間 提供流體路徑。第一連接部件2包括第一流體分配元件3，用于將流體從預(yù)定的冷凝器通道 引導至相對應(yīng)的預(yù)定的蒸發(fā)器通道中，如結(jié)合圖3更詳細闡釋的。第二連接部件4布置在熱交換器1的第二端，以在蒸發(fā)器通道與冷凝器通道之間 提供流體路徑。該第二連接部件4包括第二流體分配元件5，其用于將流體從預(yù)定的蒸發(fā)器 通道引導至相對應(yīng)的預(yù)定的冷凝器通道中，如結(jié)合圖4更詳細闡釋的。該蒸發(fā)器通道和冷凝器通道具有毛細管尺寸。本文中，“毛細管尺寸”是指構(gòu)造成 毛細管大小的通道，在這種情況下它們的尺寸足夠小，使得氣泡僅僅在縱向方向上(換言 之是沿流向而不是沿徑向)增長，并且因此靠推動液體而產(chǎn)生脈動效應(yīng)。熱交換器還包括第一熱傳遞元件6，該第一熱傳遞元件6布置在熱交換器1的第一 端附近，用于將熱負荷傳遞到蒸發(fā)器通道內(nèi)的流體。圖1中的熱交換器更適宜被用于電子 設(shè)備，例如用于變頻器，以將熱從產(chǎn)生大量熱負荷的組件中傳走。在此情況下，電子電路可 附連于第一熱傳遞元件。熱傳遞元件6將熱負荷傳導至裝有流體的蒸發(fā)器通道，其在使用 過程中冷卻第一熱傳遞元件6。熱交換器還包括第二熱傳遞元件7，在所示實施方式中，該第二熱傳遞元件7包括 在冷凝器通道的壁之間延伸的散熱片，以便將熱從冷凝器通道中的流體傳遞至周圍環(huán)境。圖3示出帶有第一分配元件3的熱交換器。蒸發(fā)器通道8和冷凝器通道9被一起 編組并編成至少第一組和第二組，每組包括至少一個蒸發(fā)器通道8和至少一個冷凝器通道 9。在所示的實施方式中，熱交換器包括多個在熱交換器的第一端與第二端之間延伸的平行 導管10。這些導管10被導管10的內(nèi)壁分為蒸發(fā)器通道8和冷凝器通道9。這樣在所示實 施方式中每個導管10包括由兩個蒸發(fā)器通道8和四個冷凝器通道9構(gòu)成的一個組(此種 2個蒸發(fā)器通道/4個冷凝器通道的分配僅為示例。根據(jù)所需的性能，任意組合都可以)。該蒸發(fā)器通道8及冷凝器通道9具有毛細管尺寸。在此例中，它們構(gòu)造成毛細管 大小，因此它們的內(nèi)壁上無需附加的毛細管結(jié)構(gòu)。被視為毛細管的通道或管道的直徑取決 于其內(nèi)部使用的流體(沸點，boiling)。例如，以下公式可被用于計算適合的直徑D= (sigma/(g * (rhol-rhov))) "0. 5,其中sigma為表面張力，g為重力加速度，rhov為蒸氣密度，而rhol為液體密 度。此公式對于RlMa(四氟乙烷，Tetrafluoroethane)、R145fa以及R12!Mze(四氟丙烯， Tetrafluoropropene)給出了從Imm至3mm的值，它們是適于在圖中所示的熱交換器中使用 的流體。所示的熱交換器的長度可從約20cm至2m，甚至更長。
第一分配元件3布置用以將流體從一個或多個冷凝器通道9導入一個或多個蒸發(fā) 器通道8中。在所示實施方式中，來自一組中四個冷凝器通道9的每一個冷凝器通道的流 體通過分配元件3而導入一組中如圖3所示位于左側(cè)的兩個蒸發(fā)器通道8中。圖4所示出了帶有第二分配元件5的熱交換器。該第二分配元件5將流體一個或 多個蒸發(fā)器通道8導入一個或多個冷凝器通道9中。在所示實施方式中，來自一組中兩個蒸 發(fā)器通道8的每一個蒸發(fā)器通道的流體通過該分配元件而導入同一組的四個冷凝器通道9 中。結(jié)合圖1至圖4闡釋的熱交換器的構(gòu)造與緊湊型熱虹吸式熱交換器(Compact Thermosyphon Heat Exchanger, C0THEX)的構(gòu)造類似。但是，該蒸發(fā)器通道和冷凝器通道 具有毛細管尺寸，并且第一端和第二端的連接部件設(shè)有流體分配元件，流體分配元件將流 體從預(yù)定的冷凝器通道引導至預(yù)定的蒸發(fā)器通道，反之亦然。這使得該熱交換器可像脈動 熱管(PHP) —樣工作。在這一解決方案中，通道內(nèi)蒸汽的雙向膨脹會引起狹小通道環(huán)路型 熱管中產(chǎn)生振蕩。在操作過程中，液體段塞(liquidslugs)和拉長的蒸汽氣泡會因由限制 在狹小通道內(nèi)的氣泡的快速膨脹所引起的流體動力學的不穩(wěn)定性而在冷區(qū)域和熱區(qū)域之 間振蕩，并且因此幾乎獨立于重力而提供流體速度。因此，圖中所示的熱交換器在任何方位 下都起作用(不過，取決于方位會有些許性能變化)。圖5示出了帶有可替代第一分配元件3’的熱交換器。當在圖1至2和圖4的熱交換器中使用圖3中所示的第一分配元件3時，熱交換 器將操作為開環(huán)脈動熱管。然而，如果作為替代在圖1至2和圖4的熱交換器中使用圖5 所示的可替代第一分配元件3’，則可獲得閉環(huán)脈動熱管。其不同之處在于，在圖5的實施方 式中，布置有通道11，以將流體從多個組中的最后一組(圖5中位于最右側(cè))的一個或多個 冷凝器通道導入多個組中的第一組(圖5中位于最左側(cè))的一個或多個蒸發(fā)器通道中。結(jié) 果，使流體可通過該通道11從最右側(cè)的冷凝器通道行進到最左側(cè)的蒸發(fā)器通道。在圖5所示的實施方式中，在熱交換器的第二端使用了同樣的第二分配元件5，正 如先前實施方式中已經(jīng)說明的。圖6示出了圖3中的第一分配元件3的細節(jié)。分配元件被制造為可插入位于熱交 換器1的第一端處的連接部件2中的分體部件。圖7示出了帶有另一種可替代第一分配元件3”的熱交換器。如果在圖1至2和 圖4的熱交換器中使用這種可替代分配元件3”，則可獲得閉環(huán)脈動熱管。與圖5的實施方 式中的相似，布置有通道11以將流體從最后一個組的一個或多個冷凝器通道導入第一個 組的一個或多個蒸發(fā)器通道中。圖8示出了附連于例如圖1中的熱交換器的第一熱傳遞元件6。第一熱傳遞元件 6包括用于接納電子元件的第一表面12和用于接觸蒸發(fā)器通道8的壁第二表面13。通過 這種方式，由附連于第一表面12的電子元件產(chǎn)生的熱量可被傳遞至蒸發(fā)器通道中的流體。 在圖8中，作為示例，假設(shè)蒸發(fā)器通道部分地通入第一熱傳遞元件的第二表面13中的凹槽 中，以增大蒸發(fā)器通道與第二表面間的接觸面。圖9示出了第二熱傳遞元件7。第二熱傳遞元件7包括在所述冷凝器通道9的壁 之間延伸的散熱片，以通過這些散熱片將熱量從所述冷凝器通道9內(nèi)的流體傳遞至周圍環(huán) 境。一個可選方案是利用與第二熱傳遞元件7相關(guān)聯(lián)的風扇，以在散熱片之間產(chǎn)生氣流，氣流促進從第二熱傳遞元件7至周圍環(huán)境的熱傳遞。為了表示出第一熱傳遞元件6和第二熱傳遞元件可在容納冷凝器通道9和蒸發(fā)器 通道的導管的不同端部處接觸導管，在圖9中，以虛線示出第一熱傳遞元件6。此外，散熱片 可布置到容納冷凝器通道和蒸發(fā)器通道的管道10中，使得散熱片僅在管道10的冷凝器通 道所在的區(qū)域中接觸管道10的外壁(在管道10的在圖8中被示為通入第一熱傳遞元件的 凹槽中的部分中沒有散熱片)。圖10示出了第二實施方式的熱交換器1’。圖10中的熱交換器與圖1和圖2中所 示的熱交換器非常相似。因此將主要針對這些實施方式間的不同來說明圖10的實施方式。圖1和圖2中，第一熱傳遞元件6作為能夠附連電子電路的板被呈現(xiàn)。通過這種 方式，熱量從板被傳導到裝有流體的蒸發(fā)器通道。然而在圖10中，第一熱傳遞元件6’包括在蒸發(fā)器通道8的壁之間延伸的散熱片。 因此來自熱傳遞元件6’的周圍環(huán)境的熱經(jīng)由散熱片傳遞到蒸發(fā)器通道中的流體。如果需 要，可以產(chǎn)生的氣流以使其經(jīng)由第一熱傳遞元件6’的散熱片行進，以便實現(xiàn)充分的熱傳遞。應(yīng)當理解的是，以上描述及附圖僅旨在展示本發(fā)明。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易 見的是，可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下改變和修改本發(fā)明。特別地，應(yīng)當注意，分配 元件的設(shè)計僅作為示例提供，還能夠有其它的設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器(1，1，)，包括:蒸發(fā)器通道(8)和冷凝器通道(9)，所述蒸發(fā)器通道(8)和所述冷凝器通道(9)在所述 熱交換器(1，1’ )的第一端與第二端之間延伸；連接部件0，4)，所述連接部件(2，4)布置在所述熱交換器(1，1’)的所述第一端和第 二端處，用于在所述蒸發(fā)器通道(8)和所述冷凝器通道(9)之間提供流體路徑；第一熱傳遞元件(6，6’)，所述第一熱傳遞元件(6，6’)布置在所述第一端附近，用于將 熱負荷傳遞到所述蒸發(fā)器通道(8)中的流體；以及第二熱傳遞元件(7)，所述第二熱傳遞元件(7)布置在所述第二端附近，用于傳遞來自 所述冷凝器通道(9)中的流體的熱負荷，并且其中所述蒸發(fā)器通道(8)和所述冷凝器通道(9)具有毛細管尺寸，其特征在于所述蒸發(fā)器通道(8)和所述冷凝器通道(9)被一起編組并編成至少第一組和第二組， 每一組包括至少一個蒸發(fā)器通道(8)和至少一個冷凝器通道(9)，布置在所述熱交換器(1，1’ )的所述第一端處的所述連接部件( 包括第一流體分 配元件(3，3’，3”)，所述第一流體分配元件(3，3’，3”)布置成將流體從所述第一組的一個 或多個預(yù)定的冷凝器通道(9)導入所述第二組的對應(yīng)的一個或多個預(yù)定的蒸發(fā)器通道(8) 中，并且布置在所述熱交換器(1，1’ )的所述第二端處的所述連接部件(4)包括第二流體分配 元件(5)，所述第二流體分配元件( 布置成將流體從所述第一組的一個或多個預(yù)定的蒸 發(fā)器通道(8)導入同一組的對應(yīng)的一個或多個預(yù)定的冷凝器通道(9)中。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述蒸發(fā)器通道(8)和所述冷凝器通 道(9)包括由多個平行導管(10)的內(nèi)壁分隔的通道，每個導管(10)具有至少一個蒸發(fā)器 通道(8)和至少一個冷凝器通道(9)。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述第一流體分配元件(3’，3”)包括 通道(11)，所述通道(11)布置成將流體從所述第二組的一個或多個冷凝器通道(9)導入所 述第一組的一個或多個蒸發(fā)器通道(8)中。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的熱交換器，其特征在于，所述第一熱傳遞元件(6) 包括第一表面(1 和第二表面(13)，所述第一表面(1 用于接納電子元件，所述第二表面 (13)用于接觸所述蒸發(fā)器通道(8)的壁，以便將由所述電子元件產(chǎn)生的熱傳遞到所述蒸發(fā) 器通道(8)中的所述流體。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的熱交換器，其特征在于，所述第一熱傳遞元件 (6’ )包括散熱片，所述散熱片在所述蒸發(fā)器通道(8)的壁之間延伸，以便將熱從所述第一 熱傳遞元件的周圍環(huán)境傳遞到所述蒸發(fā)器通道(8)中的所述流體。
6.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述第二熱傳遞元件(7)包括在所述冷 凝器通道(9)的壁之間延伸的散熱片，以便經(jīng)由所述散熱片將熱從所述冷凝器通道(9)中 的所述流體傳遞到周圍環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱交換器(1)，其包括蒸發(fā)器通道(8)和冷凝器通道(9)、用于在該蒸發(fā)器通道(8)與該冷凝器通道(9)之間提供流體路徑的連接部件(2，4)、用于將熱負荷傳遞到蒸發(fā)器通道(8)中的流體的第一熱傳遞元件(6)、以及用于傳遞來自冷凝器通道(9)中的流體的熱負荷的第二熱傳遞元件(7)。為了實現(xiàn)可在任何定位下使用的熱交換器，所述蒸發(fā)器通道(8)和所述冷凝器通道(9)具有毛細管尺寸。布置在所述熱交換器(1)的第一端的連接部件(2)包括第一流體分配元件(3)，其用于將流體從預(yù)定的冷凝器通道(9)導入對應(yīng)的預(yù)定蒸發(fā)器通道(8)中，而布置在熱交換器(1)的第二端的連接部件(4)包括第二流體分配元件(5)，其用于將流體從預(yù)定的蒸發(fā)器通道(8)導入對應(yīng)的預(yù)定冷凝器通道(9)中。
文檔編號H05K7/20GK102083297SQ20101057057
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者布魯諾·阿戈斯蒂尼, 弗朗切斯科·阿戈斯蒂尼 申請人:Abb研究有限公司