專利名稱：熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種熱交換器，特別涉及一種適于在冷卻電子設備中使用的改進的熱交換器。
背景技術：
先前，由EP-A-231332已知ー種熱交換器，其具有在熱交換器的第一端與第二端之間延伸的蒸發(fā)器通道和冷凝器通道。熱交換器的相對端設置有連接部分，該連接部分在蒸發(fā)器通道與冷凝器通道之間提供流體路徑。第一傳熱元件布置在熱交換器的第一端附近，用于將熱負荷傳遞到所述蒸發(fā)器通道中的流體。類似地，第二傳熱元件布置在熱交換器的第二端附近，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。上述熱交換器在對例如附接至第一傳熱元件的電カ電子設備降溫方面非常有效。 由于熱虹吸式構造，冷卻可以不需要泵設備就能實現。然而，上述解決方案的缺陷是需要將熱交換器安裝在特定位置以使其適當地エ 作。這種限制存在問題，因為在某些實施中，能夠將熱交換器安裝成倒置或在水平位置會是有利的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決上述缺陷并且提供一種對熱交換器所安裝的位置較不敏感的高效價廉的熱交換器。本發(fā)明的該目的和其他目的是利用如獨立權利要求1中限定的熱交換器來實現。熱交換器包括具有毛細管尺寸的至少第一和第二組通道，以及在相對端處的流體分配元件。第一和第二傳熱元件與第一和第二組通道的所有通道相接觸，以分別將熱負荷從通道中的流體傳遞到通道中的流體。其使得熱交換器能夠如Pulsating Heat Pipe (脈動熱管)(PHP) —祥工作。在這種包括具有毛細管尺寸的通道的解決方案中，由于通道內的蒸汽的雙向膨脹，在小的通道回路熱管中產生振蕩。因此，熱交換器以任何定向工作，而無需顯著的另外的成本，并且與其他解決方案相比，流體體積較小。在從屬權利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。


以下通過示例且參照附圖對本發(fā)明進行更詳細地描述，其中圖1示出了熱交換器的第一實施方式；圖2示出了第一流體分配元件；圖3示出了第二流體分配元件；圖4示出了第一傳熱元件；圖5示出了熱交換器的功能；以及圖6示出了熱交換器的替代性實施方式。
具體實施例方式圖1示出了熱交換器1的第一實施方式。熱交換器1包括在熱交換器1的第一端與第二端之間延伸的至少第一組通道2和第二組通道3。在熱交換器1的第一端處布置有第一連接部分5，用于在第一組通道2與第二組通道3的通道之間提供流體路徑，其將在下文解釋。在熱交換器1的第二端處布置有第二連接部分6。在所示示例中，通道的數量多于兩組。這些通道具有毛細管尺寸。在本文中，“毛細管尺寸”是指毛細管大小的通道，這該情況下，這些通道具有如下尺寸，該尺寸足夠小使得氣泡只可以沿縱向(換言之，沿通道的與徑向相對的縱向)増大，并由此通過推動液體產生脈動效應。熱交換器還包括布置在熱交換器1的第一端附近的傳熱元件7，用于傳遞熱負荷到所述至少第一組通道2和第二組通道3的通道中的流體。圖1的熱交換器優(yōu)選地用于電子設備中，諸如變頻器中，用于將熱傳導離開產生大量熱負荷的部件。在該情況下，可以將電子電路附接到第一傳熱元件7。傳熱元件7將所述熱負荷傳遞到所述至少第一組通道2 和第二組通道3的所有通道中的流體。其可以被實現使得第一傳熱元件7與通道中的每個通道接觸。熱交換器1還包括第二傳熱元件8，在所示意的實施方式中，第二傳熱元件8包括在第一組通道2和第二組通道3的通道的壁之間延伸的翅片，以將熱從熱交換器1內部的流體傳遞到周圍環(huán)境。這樣，可以將熱負荷從所有通道中的流體傳遞到翅片，并進ー步將熱負荷從翅片傳遞到第二傳熱元件8周圍的空氣。圖2示出了第一流體分配元件11。圖2的第一流體分配元件11例如可以用在圖 1示出的熱交換器1的第一連接部分5內部。在熱交換器1的第一端與第二端之間延伸的通道9 一起組成至少第一組2和第二組3，每組包括多個通道9。在所示實施方式中，熱交換器1包括在熱交換器1的第一端與第二端之間延伸的多個平行的管10。這些管10已經被管10的內壁分成通道9。因此，每個管10包括一組通道的通道9。例如，管10或管子可以是MPE (MultiPort Extruded(多ロ 擠壓))管。 通道9具有毛細管尺寸。在該示例中，通道9被制成毛細管大小，使得在它們的內壁上不需要另外的毛細管結構。被考慮毛細管的通道或管子的直徑取決于在內部使用(沸騰)的流體。例如，下述公式可以用于估計合適的直徑D =(西格瑪バg * (rhol-rhov) ))"0. 5,其中，西格瑪是表面張力，g是重力加速度，rhov是蒸汽密度，以及rhol是液體密度。對于適合在圖中示出的熱交換器中使用的流體，R134a(四氟乙烯)、R145fa和 R1234ze(四氟丙烯)，該公式給出從Imm到3mm的值。所示熱交換器的長度可以是從大約 20cm到an或者甚至更長。第一流體分配元件11布置成引導流體從第一組通道2的一個或更多個預定通道9 到所述第二組通道3的一個或更多個預定通道9內。在所示意的示例中，第一流體分配元件11已經由多個板12到15來實現，所述板中的ー些板包括開ロ，用于在各組通道的通道 9之間提供流體路徑。
最低的板12設置有緊密環(huán)繞管10的開ロ。之后的板13布置在最低的板12的上部并設置有開ロ 17，該開ロ 17允許流體從第一組通道2的預定通道傳遞到第二組通道3的預定通道，如圖2中的箭頭所示。由于圖2示出了具有多于兩組通道的示例，所以，對于所有示出的組，開ロ 17允許流體從ー組通道的預定通道傳送到相鄰組通道的預定通道。僅僅到或從下述通道9的流動是可行的，該通道9的開ロ位于板13的開ロ 17處。到或從其他通道9的流動被板13的下表面阻擋。第三板14作為板13上部的蓋子布置，目的是確保流體的流動僅發(fā)生在板13的開 ロ 17定位的位置處。然而，第三板14還包括(在該示例中)位于熱交換器的最外面的管 10處的兩個孔18。在圖2中僅示出了孔18中的ー個。這樣，第三板14與第四板15中的孔 19配合限定通道，其使得流體可以從位于左邊最外側的管的一個或更多個預定通道流到位于右邊最外側的管的一個或更多個預定通道，反之亦然。這種通道的存在將使得熱交換器像閉合回路型脈動熱管一祥工作。最后，最上面的板16作為第四板15上部的蓋子布置，目的是防止從由開ロ 19限定的通道泄露。盡管不是所有實施方式中都需要，但是在所示意的示例中，最上面的板16 設置有可以連接到管和閥的開ロ，為的是在必要時填充或排空熱交換器。此外，該開ロ可以用于例如壓カ和/或溫度測量。作為所示意的實施方式的替代，可以從該圖2中移除板14和15。在該情況下，最左邊和最右邊的管10的通道之間不存在流通路徑。因此，熱交換器像開放回路型脈動熱管
一祥工作。圖3示出了第二流體分配元件。圖3的第二流體分配元件21例如可以用在圖1 所示的熱交換器1的第二連接部分6的內部。第二流體分配元件21在屬于同一組的通道9之間引導流體，如圖3中的箭頭所示。因此，第二流體分配元件21引導流體從所述第一組2的一個或更多個通道9到同一第一組2的一個或更多個通道9內。作為示例，在所示實施方式中，第二流體分配元件21利用兩塊板22和23來實現。 第一板22設置有開ロ對，開ロ M緊密環(huán)繞包括所述組通道2、3的管10并且在每組通道內的通道9之間提供流體路徑。板23作為蓋子布置在板22上部。盡管不是所有實施方式中都需要，但是在所示示例中，板23設置有可以連接到管和閥的開ロ，為的是在必要時填充或排空熱交換器。此外，該開ロ可以用于例如壓カ和/或溫度測量。圖3還示出了第二傳熱元件8，在該示例中，第二傳熱元件8包括在管10的壁之間延伸的翅片。翅片已經被定尺寸為沿著它們的整個側面接觸管10。因此，第二傳熱元件8 布置成傳遞來自管10內所包含的通道組的所有通道9中的流體的熱負荷。圖4示出了第一傳熱元件7。第一傳熱元件7可以用在圖1的熱交換器中。傳熱元件7主要包括ー塊具有良好導熱率的材料。合適的材料包括金屬，例如， 諸如鋁之類。具有良好導熱率的相同材料或另外的材料可以用于管。在圖4中，上平面沈可以用于附接例如需要有效冷卻的電子部件。下表面25設置有凹槽，凹槽內已經布置管子 10。每個管子包括一組通道的通道9，諸如第一組通道2或第二組通道3的通道9。凹槽足夠深以使第一傳熱元件7接觸管子10的整個側壁。因此，第一傳熱元件7接收來自所示意的組的通道中包括的所有通道9的熱負荷。
圖5示出了根據圖1至圖4構造的熱交換器的功能。熱交換器1具有類似于Compact Thermosyphon Heat Exchanger (緊湊型熱虹吸式熱交換器)(COTHEX)的構造的構造。然而，通道具有毛細管尺寸，并且第一端和第二端的連接部分設置有流體分配元件，該流體分配元件引導來自不同組的通道之間的預定通道的流體。其使得熱交換器可以如Pulsating Heat Pipe (脈動熱管)(PHP) —祥工作。在該解決方案中，由于通道內部的蒸汽雙向膨脹，在小的通道回路熱管中產生振蕩。在操作期間， 由于由限制在小的通道中的氣泡的快速膨脹造成的流體動カ的不穩(wěn)定性，液塞和拉長的蒸汽氣泡將在冷區(qū)域和熱區(qū)域之間振蕩，由此提供幾乎與重力無關的流體速度。從而，圖中所示熱交換器以任何定向都能工作(但是，其中某些性能根據定向變化)。由于出現周期振蕩，所以沒有優(yōu)選流動方向，因此不需要上升管和下降管。在圖5中，第一傳熱元件所定位在的熱交換器的下部27作為接收熱負荷并將熱負荷傳遞到熱交換器的通道中的流體內的蒸發(fā)器工作。第二傳熱元件所定位在的熱交換器的上部觀作為將熱負荷從熱交換器的通道中的流體傳遞到周圍環(huán)境的冷凝器工作。然而，應該注意到，本文中的“下”和“上”僅是指例如圖5中作為示例所示的熱交換器的位置，這是因為熱交換器也可以用在與圖5所示示例相比較而言顛倒的位置。在熱交換器內轉移流體不需要泵，這是因為熱交換器作為脈動熱管工作。此外，不需要到/來自冷凝器或蒸發(fā)器的単獨的冷凝器管、蒸發(fā)器管、上升管或下降管。因此，即使仍可以實現高效冷卻，但流體體積卻相對較小。圖6示出了熱交換器1'的替代性實施方式。圖6的熱交換器與圖1所示的熱交換器非常類似。因此，將主要參照這些實施方式之間的不同描述圖6的實施方式。在圖1中，第一傳熱元件7作為可以附接電子電路的板呈現。這樣，熱從板傳導到包括有流體的通道。然而，在圖6中，第一傳熱元件7'包括在通道的壁之間延伸的翅片。 因此，來自第一傳熱元件7'的周圍環(huán)境的熱經由翅片傳遞到通道中的流體。為了得到足夠的熱傳導，如果需要，可以生成熱氣流，以經由第一傳熱元件7'的翅片進行傳送。在該實施方式中以及在之前闡述的實施方式中，也可以利用類似的冷氣流，目的是傳遞熱量離來第 ニ傳熱元件8。如圖3中所示，可以以相同的方式成形并布置第一傳熱元件7 ‘和第二傳熱元件8 的翅片，使得翅片與包括這些組的通道9的管10的整個側壁接觸。需要理解，以上描述和附圖僅用于示意本發(fā)明。對本領域的技術人員將明顯的是， 在不偏離本發(fā)明范圍的情況下可以對本發(fā)明進行修改和改型。特別地，應該注意到，分配元件的設計僅作為示例提供，因為其他的設計也可行。
權利要求
1.ー種熱交換器(1 )，包括至少第一組通道( 和第二組通道(3)，所述第一組通道( 和第二組通道( 布置成在所述熱交換器(1 )的第一端與第二端之間提供流體路徑，連接部分(5、6)，所述連接部分(5、6)布置在所述熱交換器(1 ;Γ )的所述第一端處和所述第二端處，第一傳熱元件(7 ；7')，所述第一傳熱元件(7 ；7')布置在所述第一端附近，用于將熱負荷傳遞到所述至少第一組通道( 和第二組通道(3)中的流體，以及第二傳熱元件(8)，所述第二傳熱元件(8)布置在所述第二端附近，用于傳遞來自所述至少第一組通道( 和第二組通道(3)中的所述流體的熱負荷，其特征在于 所述至少第一組通道( 和第二組通道(3)的通道(9)具有毛細管尺寸， 布置在所述熱交換器(1 )的所述第一端處的所述連接部分( 包括第一流體分配元件(11)，所述第一流體分配元件(11)布置成將流體從所述第一組通道( 中的ー個或更多個預定通道(9)引導到所述第二組通道(3)中的一個或更多個預定通道(9)內，布置在所述熱交換器(1 )的所述第二端處的所述連接部分(6)包括第二流體分配元件(21)，所述第二流體分配元件01)布置成將流體從所述第一組通道( 中的ー個或更多個通道(9)引導到所述第一組通道O)中的一個或更多個通道(9)內，所述第一傳熱元件(7 ;7')布置成將所述熱負荷傳遞到所述至少第一和第二組通道 (2,3)的所有通道(9)中的流體，以及所述第二傳熱元件(8)布置成將所述熱負荷傳遞離開所述至少第一和第二組通道(2、 3)的所有通道(9)中的所述流體。
2.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述第一組通道( 和所述第二組通道(3)分別包括被各自的管(10)的內壁分開的通道。
3.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述第一流體分配元件(11)包括通道(19)，所述通道(19)在位于所述熱交換器的一側上的最外面的一組通道中的一個或更多個預定通道與位于所述熱交換器的相對側上的最外面的一組通道O)中的一個或更多個預定通道之間提供流體路徑。
4.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述第一和第二流體分配元件(11、 21)中的至少ー個包括彼此上下布置的多個板(12-16;22、23)，并且所述板中的一些板包括用于在所述至少第一和第二組通道0、3)中的通道(9)之間提供流體路徑的開ロ(17、 19 ； 24)。
5.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述第一傳熱元件(7)包括用于容納電子部件的第一表面06)和具有凹槽的第二表面(25)，所述凹槽用于接觸所述通道(9) 的壁，以將由所述電子部件產生的熱傳遞到所述通道(9)中的所述流體。
6.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述第一傳熱元件(7')包括在所述通道(9)的壁之間延伸的翅片，以將熱從所述第一傳熱元件(7')的周圍環(huán)境傳遞到所述通道(9)中的所述流體。
7.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于所述第二傳熱元件(8)包括在所述通道(9)的壁之間延伸的翅片，以經由所述翅片將熱從所述通道(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)，該熱交換器(1)包括布置成在所述熱交換器(1)的第一端與第二端之間提供流體路徑的至少第一組通道(2)和第二組通道(3)；布置在所述述熱交換器(1)的所述第一端處和所述第二端處的連接部分(5、6)；用于傳遞熱負荷到流體的第一傳熱元件；以及用于傳遞來自所述流體的熱負荷的第二傳熱元件(8)。為了獲得高效價廉的熱交換器，通道具有毛細管尺寸，連接部分(5)包括流體分配元件，并且第一和第二傳熱元件與所有通道接觸。
文檔編號H05K7/20GK102573407SQ20111031929
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權日2010年10月20日
發(fā)明者布魯諾·阿戈斯蒂尼, 馬泰奧·法布里 申請人:Abb研究有限公司