一种用于电子部件的热调节装置
文献发布时间:2023-06-19 12:24:27
技术领域
本发明涉及用于在工作过程中能够放热的电子部件的热调节装置的领域。
背景技术
电子部件,无论是电能存储单元、集成电路、服务器、数据中心等,都需要进行热调节,以将它们保持在其工作温度范围内。
世界各地的数据中心目前占全球电力消耗的10%。区块链(Blockchain)和5G技术的出现意味着这个百分比在未来几年可能会急剧增加。至少一半的该消耗来自这些数据中心的冷却系统。目前,大多数数据中心都是通过使用空调装置冷却存储室中的环境空气来进行空气冷却的。数据中心的最佳工作温度在5℃到40℃之间,更具体地说是27℃左右。考虑到空气的电导率很低,为了充分冷却温度可达60℃以上的电子部件,空气与待冷却电子部件之间的温差必须很大,因此这种类型的装置非常耗能且体积庞大。
在机动车辆领域,热处理装置可以改变电池、功率电子设备或车载计算机的温度,特别是降低电池的温度,其趋于在使用过程中发热,尤其是在充电过程中。通常,这种用于电池的热处理装置使用热交换器。电子部件系统的各种电池单元尤其可以通过冷却流体在其中流通的冷板冷却,该板与待冷却的电池单元接触。已经观察到,这样的热交换器会导致相同电存储系统的电池的不均匀冷却,从而导致这些电池的性能降低。由于存在于冷却剂和电池单元之间的材料的厚度,这些热处理装置还表现出高耐热性。
为了提供对这些不同问题的答案,已知多种设备。
特别地,已知文献FR3037727,其中公开了一种用于冷却电动或混合动力汽车的电池的装置。更具体地,该文献涉及一种用于冷却离子-锂型电池组的电池单元的装置。它包括密封的外壳,两相流体和空气层在其中流通。电存储单元部分地浸入两相流体中,从而保证了单元与两相流体之间的热交换。因此,电池的冷却是通过将电池单元浸入所述流体中来进行的。两相液体储备部由位于壳体外部并连接到所述外壳以允许两相流体流通的罐组成。
然而,将电存储单元浸入流体,尤其是介电流体,并不允许单元的均匀冷却。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种降低和均化电子部件的温度的热调节装置来克服现有技术的上述问题,从而提供一种用于电气部件、特别是电池的热调节的替代方案,因此优化这种电子部件的寿命和性能,特别是在机动车辆的电子部件系统中。
在这个背景下,本发明涉及一种热调节装置,特别是用于冷却电子部件,特别是电池,其温度必须被调节,所述电子部件尤其能够在其工作过程中散发热量。热调节装置包括被构造为允许传热流体流通的至少一个第一回路,被构造为传输介电流体的至少一个第二回路,该第二回路包括用于朝向所述电子部件分配介电流体的至少一个出口,所述热调节装置构造成使得所述第一回路的至少一部分与所述第二回路的至少一部分彼此热接触。
应当理解,通过回路的部分的彼此热接触,热调节装置包括的两个回路至少在装置的一个区域中彼此足够接近,使得第一回路和传热流体在该第一回路内流通的传热流体可以与第二回路和在该第二回路内流通的介电流体交换卡路里。回路彼此接近可以通过以下事实来理解:至少在装置的一个区域中,第一回路的一部分与第二回路的一部分局部机械接触,或者这些部分位于距彼此最小的距离处。该最小距离可以特别地是十毫米的数量级,更特别地,在根据本发明的温度调节装置中,其中介电流体旨在被喷射到电子部件上,以便在该电子部件在工作期间升温时调节其温度,因此希望具有在其投射期间尽可能冷的介电流体,并且回路的热接触使得可以通过该流体与存在于第一回路中的传热流体交换卡路里来冷却介电流体。以这种方式,在介电流体离开第二电路以投射到电子部件上之前,执行过冷步骤或附加冷却以降低介电流体的温度,电子部件的温度必须被调节。
热调节装置有利地包括单独或组合地采用的以下技术特征中的任何至少一个:
-热调节装置包括至少一个板,该板集成有至少一个第一回路以形成能够液化由第二回路的所述至少一个出口分配的流体的冷凝器。板中的集成的回路被理解为这样一个事实,即该回路是在板的厚度中形成的,或者经由带有在材料中挖空的通路的构造,或者经由带有添加的壳件的构造,壳件被添加为彼此抵靠以形成冷凝器的壁,壳件中的至少一个被冲压以形成所述回路的通路。
-形成冷凝器的板在这些面中的一个上设置有传热流体入口和传热流体出口,第一回路、即传热流体回路在它们之间延伸。
-第二回路集成在形成冷凝器的所述至少一个板中。
-第二回路集成在与集成有第一回路的同一板中。
-第二回路延伸到形成冷凝器的板中,以便被形成第一回路的一部分的分支围绕。
-第二回路设置在形成冷凝器的所述至少一个板的外围区域中,以便为传热流体回路腾出该板的中心区域。因此,冷凝器可以确保其第一功能,即在蒸发的介电流体投射到电子部件上之后将蒸发的介电流体液化,蒸发的流体能够存在于冷凝器的主壁的整个表面上,该主壁构造为悬垂在电子部件上,而该功能性冷凝表面不会受到温度不同于传热流体的温度的介电流体的通过的干扰。
-第一回路和第二回路布置在形成冷凝器的板的两侧,该冷凝器包括在第一面上的多个腔和在相对面上的多个缺口,所述腔和缺口分别被至少一个盖和至少一个罩覆盖,使得腔或缺口分别形成第一回路或第二回路。
-第二回路被集成在与集成有第一回路的板相交的板中。
-形成冷凝器的板的同一侧设有介电流体入口、传热流体入口和传热流体出口,以便于与主壁的传热流体和介电流体供应器件的连接。
-形成冷凝器的所述至少一个板由两个不同的并且彼此抵靠放置的壳件形成,至少一个壳件包括凸台,凸台界定形成传热流体回路的一部分或介电流体回路的一部分的腔。
-冷凝器至少包括主壁,该主壁设有介电流体入口以及传热流体入口和传热流体出口,传热流体回路在传热流体入口和传热流体出口之间延伸;所述冷凝器还包括从主壁突起的多个次壁,包括配备主壁的第一纵向端部的第一侧向次壁、配备主壁的第二纵向端部的第二侧向次壁和介于侧向次壁之间的中间次壁,中间次壁与主壁的一部分和侧向次壁中的一个参与界定用于电子部件的两个容纳室。
-所述第一回路至少在主壁中形成。
-所述第二回路形成在至少一个次壁中。
-介电流体回路包括位于每个次壁上的平行的多个分支。
-介电流体回路的每个分配出口包括喷射喷嘴,每个喷射喷嘴朝向电子部件之一取向。
-喷射喷嘴布置在形成冷凝器的板的相对面中的每一个上。
-第二回路由管道形成,该管道与形成冷凝器的所述至少一个板分开形成并且附接到该板的面向用于容纳至少一个电子部件的容纳室的一个面上。单独制作介电流体回路的事实使得可以以不同材料和/或不同厚度制作冷凝器和传热流体回路。这尤其可以使得可以不同地管理介电流体回路的耐压性和在冷凝器处的泄漏风险。特别地,介电流体回路可以由附接到冷凝器的铝管组成。
-如果第二回路是通过与形成冷凝器的板分开的管道产生的,则该第二回路固定在冷凝器上,以形成一个联结组件,该联结组件可以整体安装在电子部件系统中。
-形成第二回路的管道具有与形成冷凝器的板联结的介电流体入口端部,特别是通过焊接操作联结。
-形成第二回路的管道通过固定柱固定到形成冷凝器的板上。
-固定柱具有限定第一回路和第二回路之间的距离、小于10mm的主尺寸。
-形成第二回路的管道具有基本平面形状,并且布置在平行于形成冷凝器的板的平面中。
-形成第二回路的管道具有在基本上垂直于形成冷凝器的板的平面的平面中延伸的弯曲部分。
-主壁和次壁由成形为U形的三个壳件形成,第一壳件同时与并排布置的第二壳件和第三壳件重叠,传热流体回路和介电流体回路设置在分别在壳件中的一个或另一个上实现的变形部之间。
-第一回路和第二回路分别由放置在对应的电子部件附近的管道形成。
-每个电池元件包括至少一个电存储单元,一个或多个电存储单元与冷凝器的壁直接相对。以这种方式,介电流体的喷射被直接引导到存储单元上,并且通过介电流体进行的冷却可以更有效,至少对于直接接收介电流体的存储单元而言,
-每个电池元件包括容纳至少一个电存储单元的第二壳体,第二壳体在一个或多个存储单元和冷凝器的壁之间延伸。以这种方式,介电流体的喷射被直接引导到第二壳体上,并且对于所有存储单元,经由介电流体对存储单元进行的冷却可以更加均匀。
本发明还涉及一种热调节组件,其包括如前所述并且被构造为调节在堆叠方向上堆叠的多个电子部件的温度的热调节装置,电子部件中的至少一个与至少一个第一回路和至少一个第二回路相关联,其特征在于,所述调节装置包括介电流体回收槽,所述介电流体回收槽布置在所述电子部件的沿堆叠方向的延伸部中并且被构造为接收来自每个冷凝器的介电流体,所述热调节装置包括用于再循环介电流体的再循环器件,再循环器件配备有泵并且将回收槽连接至每个第二回路包括的至少一个介电流体入口。
电子部件可以分级式叠置布置,形成多级电子部件,每一级可以包括能够散热并因此需要冷却的一个或多个电子部件。这样,热调节组件可以包括分布在多个电子部件列和多个级中的多个电子部件,电子部件的每个级设置有至少一个第一传热流体回路和至少一个第二介电流体回路。此处,该组件被构造为使得回收槽能够接收喷射在给定电子部件组的每个级上的介电流体,并且泵能够将来自回收槽的介电流体供应给允许对所述给定电子部件组进行喷射的所有介电流体回路。
附图说明
一方面通过接下来的说明,另一方面通过参照示意性附图以示例性而非限制性的方式给出的多个实施例,本发明的其它特征和优点将进一步显现,在附图中:
图l示出了配备有根据本发明的用于电子部件的热调节组件的电子部件系统的一部分的透视图;
图2示出了图1所示系统的部分的前视图;
图3示出了图1和图2中所示系统的局部透视图,特别是移除了第一壳体以使热调节组件清晰可见并且示意性地示出该热调节组件的再循环管道和泵;
图4示出了能够被图1至图3所示的热调节组件冷却的电子部件的第一变体的透视图;
图5示出了能够被图1至图3所示的热调节组件冷却的电子部件的第二变体的透视图;
图6示出了根据本发明的包括两个热调节组件的电子部件壳体的另一个实施例;
图7示出了根据第一实施例的热调节装置的透视图,例如其装备图1至图3所示的系统,旨在冷却图4或图5所示的电子部件;
图8示出了图7所示的热调节装置的透视图;
图9示出了图7和图8中所示的热调节装置的示意图,以使形成该热调节装置的冷凝器的板的厚度中存在的介电流体流通通路可见;
图10示出了图7至图9中所示的热调节装置的分解透视图;
图11示出了根据第二实施例的热调节装置,以分解图示出,具有在形成冷凝器的同一板的厚度中形成的传热流体回路和介电流体回路;
图12示出了图11的热调节装置的截面图,特别是使布置在形成冷凝器的板的任一侧上的介电流体出口可见;
图13示出了根据第三实施例的热调节装置,以截面示出,其中传热流体回路和介电流体回路布置在参与形成冷凝器的同一板的两侧;
图14示出了根据第四实施例的热调节装置,其中介电流体回路通过抵靠或紧邻形成冷凝器的板附接的管道而单独制成;
图15图解了图14的热调节装置的分解图;
图16示出了图14的热调节装置的仰视图;
图17示出了图14的热调节装置的变体;
图18示出了根据第五实施例的热调节装置,与第四实施例的不同之处在于形成介电流体回路的管道的形状;
图19示出了根据第六实施例的热调节装置的分解图,与第四实施例的不同之处在于传热流体管道的形状;
图20示出了根据本发明的热调节组件的不同可能布置,该热调节组件包括热调节装置和待冷却的电子部件。
具体实施方式
本发明的特征、变型和不同实施方式可以根据各种各样的组合彼此关联,只要它们不是不兼容的或彼此相排斥的。尤其可以构想本发明的这样的变型:这些变型仅包括以下所描述特征中的选集(une sélection),该选集孤立于其它所描述特征,如果该特征选集足以相对于现有技术提供技术优点或区别本发明。
特别地,所描述的所有变型和所有实施方式都可以相互组合,如果技术方面不存在对该组合的阻碍。
在附图中,多个附图共有的元件保留相同的附图标记。
在图1中,示出了电子部件系统100,尤其能够装备电动或混合动力机动车辆。这种系统100旨在向安装在机动车辆上的电马达提供电能以使其运动。
根据本发明,电子部件系统配备有热调节装置2,热调节装置2包括构造成允许传热流体流通的至少一个第一回路4和构造成输送介电流体的至少一个第二回路5,该第二回路包括至少一个出口,用于在电子部件的方向上分配介电流体,该电子部件的温度必须特别是因为在其操作期间的发热而被调节。使介电流体捕获从电子部件发出的卡路里,在适当的情况下通过在要调节的温度的作用下蒸发,并且第一回路中存在的传热流体具有通过对流回收介电流体的卡路里的主要作用。这样,第一回路与由第二回路的所述至少一个出口分配的介电流体发生热相互作用,以冷却后者,必要时将其恢复为液态,使其能够被重新注入第二个回路并再次投射到电子部件上。
另外,热调节装置被构造为使得第一回路和第二回路可以热接触,也就是说机械接近,使得卡路里可以从一个回路交换到另一个回路,更具体地,从回路中存在的流体到另一个回路中存在的另一种流体。在适当的情况下,这样的布置允许在将介电流体喷射到电子部件上之前对其进行过冷,或者换言之,当介电流体在第二回路中以液相流通时,对介电流体进行初步冷却,并且因此,可以在所需的热调节中实现更高的效率。
在所示示例中,电子部件系统100包括第一壳体101,其容纳多个电子部件,这里采用电子部件103的形式,可以理解,可以根据本发明实现电子部件系统的其他构造,只要该系统包括根据本发明的教导的热调节装置。
第一壳体101包括两个半壳109a、109b,包括第一壳109a和第二壳109b,它们设置成凹形的并且通过它们的凸缘110彼此连接。为此目的,每个边缘110设有唇缘111,第一壳109a的唇缘111通过螺纹或类似类型的可逆连接器件112固定到第二壳109b的唇缘111。
电子部件103被成形为平行六面体并且通过以分级式叠置布置而相对于彼此设置。更具体地,电子部件103通过根据多个级106a、106b分布而在多个列105中一个在另一个上面堆叠。换句话说,电子部件103的每一级106a、106b优选地根据列105的数量包括多个电子部件103,应当理解,电子部件的级和列的数量根据第一壳体的所允许的体积和根据要存储的电能数量而变化。在电子部件103的同一级106a、106b中,电子部件103并排布置并且电子部件103的每个级106a、106b由板件107a、107b承载,电子部件103放置在板件107a、107b上。
根据所示示例,电子部件103的数量为六个并且分布在两个列105和三个级106a、106b上,每个列105包括三个电子部件103并且每个级106a、106b包括两个电子部件103。如已经指定的,列105的数量和级106a、106b的数量可能与所示示例不同,特别是更高。
当它们投入运行时,电子部件103趋于升温。此外,如上所述,机动车辆配备有用于电子部件103的热调节装置2。有利地,本发明的热调节装置2能够同时冷却电子部件103的级106a、106b中的每一个。
在图1所示的示例中,热调节装置2结合至少一个冷凝器3,该至少一个冷凝器3容纳第一回路4和第二回路,第一回路更具体地是传热流体回路,第二回路更具体地是介电流体回路5,其布置成在对应电子部件103的级106a、106b上喷射介电流体1。传热流体4尤其设置用于将喷射在电子部件103上并在电子部件散发的热的作用下转换为蒸气形式的介电流体1从蒸汽状态转变到液态。
因此,一旦介电流体从第二回路喷射出并由于电子部件所散发的热而蒸发,第一传热流体回路与介电流体发生热相互作用,从而传热流体和对应的第一回路被构造为与蒸发的介电流体交换卡路里,特别是将冷量传递给该介电流体,使其成为液态。
传热流体尤其可以包括冷却剂或制冷剂流体组成,例如由甘油、R134a或1234yf或甚至CO2组成,而该列表并非是限制性的。
关于介电流体,根据其相变点选择它。举例来说,在此选择的流体必须具有大于32、33或34摄氏度的大气压蒸发温度和小于31、30或29摄氏度的冷凝温度。
换句话说,在给定级的电子部件上以液体形式喷射的介电流体回收由这些电子部件释放的卡路里,因此转变为蒸汽。蒸汽上升与冷凝器3接触,冷凝器3内部流通有传热流体,并且冷凝器通过第一传热流体回路与呈气象的介电流体之间的热相互作用将先前通过介电流体储存的卡路里回收,直到将其液化。一旦呈液体形式和液滴,介电流液在第一壳体中通过重力下降。
在这第一种实现例中,本发明的热调节装置至少包括与电子部件103的级106a、106b一样多的第一壳体101所容纳的介电流体回路5,并且它有利地包括与电子部件103的级106a、106b一样多的第一壳体101所容纳的冷凝器3。另外,每个介电流体回路5有利地与对应的冷凝器3相关联,以优化介电流体1的冷凝,并且逐级接连冷却电子部件103,这种关联是第一壳体101的内部的最为紧凑的,其界定尽可能小的所需受限空间。
如在图2中更特别可见,第一壳体101包括底部,该底部构成介电流体1的回收托槽108,介电流体1通过重力在从电子部件103的一个级106a、106b流动到电子部件103的一个下部级106a、106b。更具体地,回收槽用于回收被每个冷凝器喷射的介电流体。为此目的,支撑电子部件的级的每个板件构造成允许从流体通过重力朝向回收槽通过。
在其上搁置有电子部件103的相应级106a、106b的板件107a、107b中,区分下板件107a为其上搁置有电子部件3的下部级106a。应当理解,下部级106a是级106a、106b中的不悬于任何其他级之上的的级,因此参考竖直设置和沿液体形式的介电流体通过重力的流动方向是上述电子部件103的分级式叠置的级106a、106b中的最低的一个。还应理解,由对应的上板件107b承载的电子部件103的上部级106b悬于电子部件103的至少一个其他级106a、106b之上。
一旦进行这种区分,应该注意,下板件107a用多个孔口119穿孔,允许介电流体流向回收槽。孔口119被定尺寸为允许介电流体在进入回收槽之前对其进行过滤操作。为了允许有效的过滤操作,下板件107a的尺寸定为其在其周边上与界定第一壳体的壁接触。
还应当注意的是,上板件107b具有实心的、未穿孔的表面,并且它们的尺寸被设计为在对应板件的周边与界定第一壳体的壁之间的周边处形成通道。应当理解,这些上板件107b悬垂在下部级之上,因此悬垂在冷凝器之上,并且在该示例性实施例中不希望液体形式的介电流体在冷凝器的上部面上流动,也就是说与上板件相对的面上。因此,值得注意的是,根据本发明,并且如图2中的虚线所示,液体形式的介电流体从上部级中的板的侧面排出,落到下板件上,当该流体滞留在下板件107a上时,该流体能够经由孔口119进入回收槽。
在未示出的变型中,可以对每个或至少一些上板件也进行穿孔,因为这样的穿孔板悬垂的冷凝器布置成具有相对于对应的板件的平面倾斜的平面。因此,通过穿孔流经上板件的水不会滞留在冷凝器和对应的上板件之间,而是可以从侧面流动,通过重力落入回收槽中。
参考图3,回收槽108设有在回收槽108内回收的介电流体1的排放软管113,排放软管113与介电流体1的再循环管道114流体连通。再循环管道114配备有泵115,用于将介电流体1返回到装配到冷凝器的每个介电流体入口23。因此,热调节装置2的电子部件的每一级共用的泵115能够向热调节装置2包括的所有介电流体回路5供应介电流体1,这在生产成本方面具有优势。应当理解,图中未示出的分配器能够向热调节装置2包括的并且装备电子部件103的相应的级106a、106b的所有介电流体回路5供应介电流体1。
如图所示,值得注意的是,介电流体入口23均布置在每个冷凝器3的同一侧,以便于在公共回收槽中回收的介电流体在每个介电流体入口中的分布。
每个介电流体回路5设有至少一个喷射喷嘴37,其能够将液态的介电流体1喷向电子部件103以冷却它们。因此可以理解,介电流体1经过流通环路116,该流通环路116包括:液态介电流体1的回收槽108;配备有泵115的介电流体1的再循环管道114,该泵115通过再循环器件117联合地供应装备电子部件103的级106a、106b的每个介电流体回路5,介电流体回路5的喷嘴37将介电流体1喷射到电子部件103,介电流体1在它们接触时蒸发,然后在与冷凝器3接触时液化,以通过重力滴落到公共回收槽108内。
在图4和5中,电子部件103可以例如是电池元件。
在图4中,示出了根据第一变型实施例的电池元件103的级106a、106b。每个电池元件103包括容纳多个电存储单元104的第二壳体102。第二壳体102包括盖118,其从第二壳体102之一移除以使电存储单眼104可见。在该第一变型实施例中,经由装备介电流体回路的喷嘴喷射的介电流体与第二壳体接触并在该第二壳体散发的热量的作用下蒸发。该第二壳体的冷却导致容纳电存储电池的容置部的温度下降,并因此导致单元本身的温度下降。
在图5中,示出了根据第二变型实施例的电池元件103的级106a、106b。每个电池单元103仅包括多个电存储单元104。在该第二变型实施例中,其中电存储单元与冷凝器直接相对,经由配备电介质流体回路的喷嘴喷射的电介质流体与电存储单元直接接触并在由每个单元发出的热量的作用下蒸发。
应当理解,每个电存储单元104是电池元件103的功能单元,其至少部分地为电马达提供其所需的电能。电存储单元104例如是离子-锂电池等。
图6示出了其中设置有两个冷却装置的电气部件壳体的示例性实施例。根据上面已经描述的内容,每个热调节装置与包括壳体101、201的电子部件系统100的一部分相关联,壳体101、201容纳布置在级106中的多个电子部件103,并且每个热调节装置包括设置在对应壳体的底部的回收槽,用于回收原本喷洒在多级电子部件上的介电流体。
在所示示例中,第一壳体101和第二壳体201与连接部分202并排布置,连接部分202具有间隙区以符合机动车辆的特定布置,但不限于此。对图6的示例特别感兴趣,因为它允许理解一个电气部件壳体可以包括多个回收槽和多个泵,每个回收槽和每个相关联的泵都布置成回收喷射在多个电子部件上的介电流体,所述多个电子部件彼此叠放且在所考虑的回收槽的上面。
参考图7至19,现在将描述根据本发明的热调节装置的各种实施例。应该注意的是,在这些图中,热调节装置以与单级电子部件相关联的工作示出,但它可以与如前所述的具有多个级的电子部件系统中的多个其他类似装置一起实施。
图7至图10根据在前面的图中可见的内容示出了第一实施例,并且更具体地使本发明的特征可见,根据该特征,传热流体回路和介电流体回路处于彼此热接触。
在图7中,冷凝器3以正交坐标系Oxyz表示,该坐标系包括纵轴Ox、侧轴Oy和横轴Oz。冷凝器3包括在平行于Oxy平面的平面内延伸的主壁6。主壁6基本上布置成四边形,该四边形包括主壁的彼此相对且彼此相距第一距离DI设置的两个纵向端部7a、7b,以及主壁的彼此相对并且彼此相距第二距离D2设置的两个横向端部8a、8b。
冷凝器3还包括分别在平行于Oyz平面的平面中延伸的三个次壁9a、9b、9c。在三个次壁9a、9b、9c中,存在配备主壁7a的第一纵向端部的第一侧向次壁9a、配备主壁7b的第二纵向端的第二侧向次壁9b和介于侧向次壁9a、9b之间的中间次壁9c,此处设置在距第一侧向次壁9a和距第二侧向次壁9b相等距离处。
第一侧向次壁9a和中间次壁9c与主壁6的一部分一起界定了用于接收第一电子部件103的第一室10a。第二侧向次壁9b和中间次壁9c与主壁6的另一部分一起界定了用于接收第二电子部件103的第二室10b。
主壁6容纳传热流体回路4,该传热流体回路4在主壁6内部、第一室10a上方和第二室10b上方盘绕。根据示例性实施例,传热流体回路4设置在主壁6的厚度中。根据另一示例性实施例,主壁6由一个靠着另一个放置的两个壳件形成,至少一个壳件包括界定形成传热流体回路4的腔的凸台。在这种情况下,传热流体回路4设置成从至少一个壳件凸出。
主壁6具有在图7中位于上方的第一面11a,其设有传热流体入口12a和传热流体出口12b。传热流体入口12a被设置为允许传热流体13进入传热流体回路4的内部,而传热流体出口12b被设置为允许将传热流体13排到传热流体回路4之外。传热流体13例如是二氧化碳等。应当理解,通过第一回路4内的传热流体13的流体,传热流体13冷却主壁6以将其保持在低于介电流体1的冷凝温度的温度,这保证了在接触后,介电流体1变为液态。
如前所述,传热流体回路因此与分布在第二回路的出口处的介电流体发生热相互作用。
从图8中可以更清楚地看出,传热流体入口12a和传热流体出口12b设置在主壁8a的第一侧向端部附近,并且传热流体回路4从传热流体入口12a延伸直到传热流体出口12。传热流体回路4包括例如彼此平行布置的多个传热流体流通分支15、17、19、21。因此,根据所示示例,传热流体入口12a与分配器14流体连通,分配器14供应彼此平行的三个第一传热流体流通支路15。这三个第一传热流体流通分支15通向第一歧管16的内部,该第一歧管16设置在主壁8b的第二侧向端部附近。而且,在第一传热流体流通分支15内,传热流体13基本上行进第二距离D2,在图7中可见。第一歧管16与彼此平行布置的三个第二传热流体流通分支17流体连通。三个第二传热流体流通分支17从第一歧管16延伸到设置在主壁8a的第一侧向端部附近的第二歧管18。而且,在第二传热流体流通分支17内,传热流体13再次基本上行进第二距离D2。第二歧管18与彼此平行布置的三个第三传热流体流通分支19流体连通,第三传热流体流通分支19之一与主壁7b的第二纵向端部邻接。三个第三传热流体流通分支19从第二歧管18延伸至第三歧管20,该第三歧管20设置在主壁8b的第二侧向端部附近并且沿着主壁8b的第二侧向端部延伸至主壁7a的第一纵向端部。而且,在第三传热流体流通分支19内,传热流体13再次基本上行进第二距离D2。而且,在第三歧管20内,传热流体13基本上行进了第一距离D1,在图7中可见。第三歧管20与彼此平行布置的三个第四传热流体流通分支21流体连通,第四传热流体流通分支21中的一个与主壁7a的第一纵向端部邻接。三个第四传热流体流通分支21从第三歧管20延伸至设有传热流体出口12b的第四歧管22。应当理解,布置在两个歧管16、18、20之间或歧管16、18、20与分配器14之间的传热流体流通分支15、17、19、21的数量以及歧管16、18、20很可能与前面所述的不同。
传热流体13多次重复行进第二距离D2和第一距离D1的事实允许冷却主壁6的整个表面,并连续冷却在与电子部件103接触而蒸发后的、与主壁6接触的介电流体1。
值得注意的是,主壁和在其中形成的各种传热流体流通分支被构造成使得传热流体回路4布置在主壁6的中心区域61中。
现在将在描述传热流体回路4之后描述介电流体回路5。在该第一实施例中,介电流体回路5在冷凝器的厚度中制成,也就是说通过集成到形成冷凝器的壁6、9a、9b、9c中的至少一个中。
可以特别参考图9和10来描述介电流体回路,图9和10示意性地示出并且以分解图示出该回路。
特别地,回路可以通过分别在两个壳件中的一个和另一个中形成的冲压部来实现,当两个壳件彼此抵靠组装时,这两个壳件各自形成壁。在这种情况下,并且根据在图10的分解图中更加可见的实施例,壁6、9a、9b、9c可以由三个壳件301、302、303形成,特别是金属的且成形为U形,包括容纳第二壳件302和第三壳件303的第一壳件301,传热流体回路4和介电流体回路5形成在壳件301、302、303之间,特别是由这些壳件的冲压形成。壳件301、302、303例如被软焊或焊接在一起。应当理解,在这种情况下,第二壳件和第三壳件的尺寸被设定为各自界定用于接收电子部件的室。
此外,接续上文关于传热流体回路的中心区域61中的位置,介电流体回路5在此在冷凝器中布置为,通过在冷凝器的除主壁之外的其他壁上延伸,和/或通过在主壁的外围区域60上延伸,使形成在主壁中的该中心区域保持畅通。
在这些情况中的每一种情况下,值得注意的是,如下文将详述的,第二回路5的至少一部分与第一回路4热接触,并且至少在该第二回路的限定的一部分上实施过冷步骤。
主壁6的第一面11a设有介电流体入口23,其设置在主壁8a的第一侧向端部附近。介电流体入口23允许介电流体1进入介电流体回路5内。介电流体入口23与第一介电流体通道24流体连通,第一介电流体通道24沿着主壁8a的第一侧向端部在介电流体入口23和定位为与中间次壁9c对齐的第一介电流体流通点25之间延伸。
更具体地,第一介电流体通道24可以通过在承载介电流体入口的第一壳件301中形成的冲压部以及由第二或第三壳件的平坦表面形成。如图8所示,形成第二电路5的一部分的该第一介电流体通道24布置在第一回路4的第二歧管18的边缘处,形成该第一通道的冲压部与界定第二歧管的边缘接触。至少在第二回路5的该部分中,回路是热接触的,通过回路的壁的热传导,能够在这些回路中的每一个中流通的流体之间交换卡路里。
第一流通点可以由分别形成在参与形成中间次壁的第二和第三壳件的壁中的两个面对冲压部形成。
第一介电流体流通点25与第二介电流体通道26流体连通,所述第二介电流体通道26在中间次壁9c内部延伸至位于主壁8b的第二侧向端部附近的第二介电流体流通点27。第二介电流体通道26包括彼此平行的两个第一介电流体流通分支28。
第二介电流体流通点27与第三介电流体通道29和第四介电流体通道30流体连通,所述第三介电流体通道和第四介电流体通道均沿着壁壁8b的第二侧向端部延伸。
第三介电流体通道29在第二介电流体流通点27和定位为与第一侧向次壁9a对齐的第四介电流体流通点31之间延伸。
第四介电流体流通点31与第五介电流体通道33流体连通,第五介电流体通道33在第一侧向次壁9a内延伸并且包括彼此平行的两个第二介电流体流通分支34。第二介电流体流通分支34从主壁8b的第二侧向端部延伸到主壁8b的第一侧向端部。
第四介电流体通道30在第二介电流体流通点27和定位为与第二侧向次壁9b对齐的第五介电流体流通点32之间延伸。
尤其从图8和图10可以理解,分别形成第二电路5的部分的第三介电流体通道29和第四介电流体通道30布置在第一回路4的第三歧管20的边界处,形成这些第三和第四通道的冲压部与界定第三歧管的边缘接触。至少在第二回路5的这些部分中,回路是热接触的,热能够通过经由回路壁的热传导在这些回路中的每一个中流通的流体之间进行交换。
在介电流体循环通道内,介电流体1基本上行进第二距离D2,这允许介电流体投射到电子部件103的整个第一维度上,这里是长度。此外,流通通道包括多个介电流体流通分支的事实允许将介电流体喷射到电子部件的不同高度上,相应地在平行于级的堆叠方向的电子部件的第二维度上,因此考虑了电子部件的冷却操作的均匀化。
第五介电流体流通点32与第六介电流体通道35流体连通,所述第六介电流体通道在第二侧向次壁9b内延伸并且包括彼此平行的两个第三介电流体流通分支36。第三介电流体流通分支36从主壁8b的第二侧向端部延伸到主壁8b的第一侧向端部。因此,在第六介电流体通道35内,介电流体1基本上行进第二距离D2。
每个介电流体流通分支28、34、36都配备有朝向室10a、10b的用于介电流体1的多个喷射喷嘴37,这些喷射喷嘴37参与次壁9a、9b、9c的边界。根据所示示例,每个介电流体流通分支28、34、36配备有四个喷射喷嘴37。装配到介电流体流通分支28、34、36的喷射喷嘴37的数量可能不同。
注意,第一介电流体流通分支28设置的喷射喷嘴37的数量等于第二介电流体流通分支34和第三介电流体流通分支36分别配备的喷射喷嘴37的数量的两倍,以便朝向第一室10a和第二室10b喷射介电流体1,这是由于配备有第一介电流体流通分支28的中间次壁9c邻接两个室10a、10b的事实。应当理解,配备第二介电流体流通分支34的喷嘴37旨在向第一室10a喷射介电流体1,配备第三介电流体流通分支36的喷嘴37旨向第二室10b喷射介电流体1。
根据上述变型实施例,在冷凝器3的主壁6的G厚度和冷凝器3的次壁9a、9b、9c的G厚度中制造介电流体回路5。
描述和对应的图,特别是图9,清楚地说明了一特性,根据该特性,传热流体回路4仅设置在主壁6的厚度和中心区域61中,而介电流体回路介5被构造为避让该中心区域并且不损害冷凝器对蒸发的介电流体的作用。特别地,介电流体回路可以在次壁9a、9、9c中的一个和/或另一个的厚度中延伸,并且它可以在主壁的边缘处、在外围区域60中延伸。
传热流体回路4在主壁6中、特别是在该壁的中心区域61中的存在,使得可以设想该第一回路4与能够接触该主壁6的、通过电子部件103的热量释放而被重新加热并在此蒸发后的介电流体之间的热相互作用。
此外,如前所述,回路有利地布置在主壁中,使得在外围区域60中延伸的第二回路5的部分非常靠近第一回路4的分支,以便能够在回路之间进行热交换这些回路的接近使得可以实现第一和第二回路之间的热接触。
现在将描述根据本发明的热调节装置的其他实施例。在这些实施例中,如图11至19所示,冷凝器3没有次壁,因此它主要包括由主壁6形成的板。应当注意,这不是限制性的,并且将在本发明的上下文中考虑将在下文中描述的介电流体回路和具有先前描述的次壁的冷凝器的组合。
图11和12示出了根据第二实施例的热调节装置,其与上述不同之处在于第二回路5或介电流体回路完全包括在板中,这里是主壁6,其也集成了第一回路4或传热流体回路。
如图所示,冷凝器3的主壁6在此由两个板的彼此结合形成,在这里包括一个冲压板62和一个平坦板64,该冲压板62中设置有第一传热流体回路的和第二介电流体回路的分支,平坦板64抵靠冲压板附接以形成分支并形成第一和第二回路。
如图所示,在形成冷凝器3的板中,一旦前面描述的两个板结合,该第二回路延伸到形成冷凝器的板的中心区域61中,并因此延伸到传热流体的流动区域中。为了管理这两个回路在同一板中的共存,第二回路5具有U形,交错在第一回路中。
更具体地,第二回路包括第一段51和第二段52,第一段51包括通向介电流体入口23的第一端部,第二段52平行于第一段并且在板的第一侧向端部8a的方向上延伸,在板的第一侧向端部8a上添加介电流体入口。板和两个回路被布置成使得在段51、52之间延伸传热流体回路4的不同分支,使得第二段52离板的第一侧向端部8a足够远以允许传热流体回路的连接分支通过,并且连接到传热流体入口12a和到传热流体出口12b的分支布置在第二回路5的第一段51的两侧。
由上可知,第二介电流体回路5在形成冷凝器3的板中延伸,以被形成第一传热流体回路的一部分的分支包围,并且因此在两个回路4、5之间产生热接触。如前所述,这种热接触是有利的,因为它允许介电流体在被喷射到电子部件103上之前的过冷程,电子部件103的温度必须被调节。换句话说,在第二回路中流体的介电流体与第一回路4的传热流体交换热量,使得其温度降低,并且这在被投射电子部件上之前发生,电子部件由此被更好地冷却。
应当注意,在这种布置中,有利于其允许的回路之间的热接触,因为第二回路整体与第一回路热接触,传热流体在形成冷凝器3的板的大部分表面上流通,使得第一回路与由第二回路喷射并通过电子部件散发的热量蒸发的流体的热相互作用保持有效。
该第二实施例的另一个特征是介电流体出口布置在形成冷凝器3的板的相对面上。更具体地,并且如在图12中可以看到的,这里每个出口都配备有喷射喷嘴37,第一系列喷射喷嘴37布置成从形成冷凝器3的板的第一面11a突出,并且第二系列喷射喷嘴37布置为从与形成冷凝器3的板的第一面11a相对的第二面11b突出。喷射喷嘴因此布置在形成冷凝器的板的两侧,以便能够将介电流体喷射到布置在冷凝器上方和下方的电子部件上。
图13示出了根据第三实施例的热调节装置,其与先前针对第二实施例描述的不同在于两个管道的布置,这些管道再次集成在形成冷凝器的同一板中。
在该第三实施例中,形成热调节装置2的冷凝器3的板具有与先前描述的主壁6相似的总体形状,但这次包括中间壁200、附接到该中间壁的第一面的盖和附接到该中间壁的与第一面相对的第二面的多个罩222。这样,盖和罩就固定在中间壁的两侧。
中间壁200被冲压成在每个面上呈现交替的凹陷和凸台,并且在相对的面上呈现交替的腔211和缺口221,腔211和缺口221沿横向维度平行延伸的,从形成冷凝器3的板的一个侧向端部8a到另一侧向端部。这样,腔和缺口分别通向第一面11a和第二面11b,并且至少一个平面穿过每个腔和每个缺口。
盖212被布置成覆盖第一面1a以覆盖每个腔,盖具有朝向中间壁的第一面的内面。更具体地,盖包括从内面突出的肋230,肋230构造成与界定中间壁的腔211的边缘协作,从而密封腔中存在的流体的流通。
罩222定位于缺口221中,具有允许罩和缺口221中的中间壁之间的流体密封流通的间隙。
应当注意,从图13可以理解,缺口221彼此连通并且参与形成热调节装置的回路之一,这里是第二介电流体回路5。罩222和/或在缺口221处的中间壁的第二面1lb包括介电流体出口,此处在截面平面上不可见,以允许其在电子部件的方向上的投射。
类似地,缺口211逐步连通并参与形成热调节装置的一个回路,这里是第一传热流体回路4。传热流体入口和出口布置在中间壁的边缘上以允许传热流体在该第一回路4中流通。
腔和缺口的交替,以及因此第二回路的和第一回路的部分的交替,使得腔和直接相邻的缺口共享界定它们的公共壁,这确保了本发明意义上的第一回路的一部分与第二回路的一部分之间的热接触。
现在将参考图14至17描述第四实施例,其与上述不同之处在于第二介电流体回路5由管道400或管形成,管道400或管与形成冷凝器的板分开生产。换句话说,第二回路没有集成在形成冷凝器的板中。
如图所示,冷凝器是通过将两个板中的一个结合在另一个之上实现的,这里包括冲压板402和平坦板404,在冲压板402中制成第一传热流通回路的分支,平坦板404抵靠冲压板附接以形成分支并形成第一回路。
形成第二回路的管道400,即管道,此处为管状,介电流体能够在其中流通,附接到冷凝器3的第二面11b,此处由平坦板404的一个面构成,其面向用于接收至少一个电子部件的室。该管道在图15或图16中尤其可见。
此处以具有圆形截面的管40的形式呈现的管道400可以由与用于制造形成冷凝器3的板的材料不同的材料制成,并且特别地可以由铝制成。
在该第四实施例中,形成第二回路的管道具有基本平面的形状并且布置在平行于形成冷凝器3的板的平面中。在图14中,形成管道400的管40在形成冷凝器3的板的主壁6下方透明可见。
介电流体1从第二回路5的流体出口喷射,与集成第一回路4的形成冷凝器3的板相对。这些出口可以装配有喷射喷嘴37,喷射喷嘴37可以被取向为以将介电流体喷射到温度要被调节的电子部件103的任一侧。根据前述,第一回路4与离开第二回路5的介电流体进行热相互作用并被电子部件发出的热量蒸发,因为第一回路和与形成冷凝器的板接触的蒸汽交换卡路里。
热调节装置2包括与形成第二回路的管道联结的介电流体入口23端部,以及连接到传热流体回路的传热流体入口和出口。在该第四实施例中,布置在参与形成第二回路的管道的自由端处的介电流体入口23端部与形成冷凝器3的板联结。
更具体地,将介电流体入口23端部装配到在冷凝器中制成的孔口406中,这里在形成冷凝器的平坦板中,并且特别是在侧向突起408处,使得如图14中可见,该突起和穿过它的介电流体入口端部从形成冷凝器的冲压板侧向突出。
冷凝器集成了第一回路和管道,在此为管状,界定第二回路,从而形成联结组件,其随后可附接到电子部件系统中。为了确保包括两个回路的热调节装置的整体特性,也就是说,为了确保形成该热调节装置的两个元件在不产生这两者的断裂的情况下不可分离,焊接操作可以进行以确保介电流体入口端部在冷凝器上的接合。
应该注意的是,管道(此处为管状)的轻重量不会对通过焊接实现的固定部施加任何限制,并且当操作热调节装置时,形成第二回路的管状管道400保持距冷凝器的恒定距离,优选抵靠冷凝器的对应面。因此,第二回路5与第一回路足够接近,特别是在小于10mm的距离处,以便根据上面已经描述的考虑两个回路4、5处于彼此热接触。此外,这里再次将热调节装置2布置在热调节组件中,特别是面向电子部件103,使得第一回路或传热流体回路4与从在此呈管40的形式的管道400朝向电子部件喷射出并通过这些部件在工作时的热量释放被蒸发的介电流体发生热相互作用。
在图15所示的示例中,还提供了布置在界定第二介电流体回路5的管道400和形成冷凝器3的板之间的固定柱410。这些固定柱的主要尺寸则定义了第一回路4和第二回路5之间的距离,后者不直接压靠形成冷凝器3和集成第一回路4的板。
优选地,固定柱410的主要尺寸小于10mm,以确保回路彼此接近。
由上可知,根据上述内容,根据第四实施例的热调节装置被构造为使得回路之间存在热接触。在存在固定柱的情况下,它们由能够将热量从一个回路传导到另一个回路的材料制成,并且它们的尺寸设计为在两个回路之间提供最小距离,这使得可以估计两者之间存在等效的热接触,如前所述。
在该第四实施例中,形成用于介电流体的管道400的管40布置在平面蛇形管中,该平面蛇形管包括平行于主壁7a、7b的纵向端部的第一管部分40a和容纳主壁8a、8b的纵向端部的第二管部分40b,至少一个第一管部分40a介于两个第二管部分40b之间,且至少一个第二管部分40b介于两个第一管部分40a之间。在图16中可以注意到,第二管部分40b交替地布置在主壁8a的第一侧向端部和主壁8b的第二侧向端部附近。
图17示出了热调节装置的第四实施例的变体,其与刚刚描述的不同在于第二管部分40b设置在主壁8a的第一侧向端部附近,第二介电流体回路具有梳子的形式,第一管部分40a形成彼此平行的齿。
该变体的不同之处还在于,管道由扁平管形成,即具有不同于前面描述的圆形截面的矩形截面的管,并且该管道抵靠形成冷凝器的板放置,在为此目的设置的凹槽中。在将回路联结以形成一件式组件的焊接操作期间,管在凹槽底部的布置可以确保管的夹紧,从而改善回路之间的热接触。
图18示出了第五实施例,其中第二回路的管道400由弯管形成,该弯管包括能够沿着电子部件103的侧向面延伸的侧向部分420。
在此上下文中,管包括侧向部分,侧向部分基本上垂直于冷凝器形成板在其中延伸的平面延伸。在该第五实施例中,热调节装置2在此配备有两个介电流体回路5,其在距主壁6的与第一面11a相对的第二面11b一定距离处延伸。每个介电流体回路5例如由管40制成,管40部分地在管P1、P2的两个平面内延伸。因此,每个介电流体回路5至少包括在第一平面P1内延伸的第一回路部分41和在第二平面P2内延伸的第二回路部分42,第一平面P1介于主壁6和第二平面P1之间,一方面在主壁6与第一平面P1之间设置的距离以及另一方面在第一平面P1与第二平面P2之间设置的距离不为零。同一介电流体回路5的第一回路部分41和第二回路部分42通过至少一个第三回路部分43彼此连接,该第三回路部分43沿着与第一平面P1和第二平面P2正交的轴线延伸。机械加强件44在同一介电流体回路5的第一回路部分41和第二回路部分42之间延伸以增强每个介电流体回路5的鲁棒性。这些布置使得每个管40布置成蛇形管,该蛇形管在至少由主板6和第二平面P2界定的体积中延伸。管40设置有朝向第一室10a或第二室10b取向的多个喷射喷嘴37,第一室10a和第二室10b至少部分地由中间布置45界定,该中间布置45具有彼此叠置的第一回路部分41的元件和第二回路部分42的元件,中间布置45介于彼此叠加的第一回路部分41的元件和第二回路部分42的元件的两个相应的侧向布置46之间,这些侧向布置形成弯管的所述侧向部分420。
图19示出了第六实施例,其中第一回路,即传热流体回路,不同于先前描述的,不再内接在第二回路所紧靠或附接到其中的板的厚度中。
更具体地,第一回路在此通过管式热交换器产生,其中多个管彼此平行布置在两个传热流体入口和出口歧管之间,热交换器的管彼此间隔开。
界定第二回路的管道在此与针对第四实施例已经描述和图示的管道相同。根据上述内容,第二回路通过形成第一回路的交换器的例如焊接、铜焊或胶合操作而制成一体,使得这些回路彼此热接触,第一回路与离开第二回路的流体发生热相互作用。
图20图示了热调节组件的不同布置,其中热调节装置与两个电子部件相关联,电子部件的温度必须通过喷射介电流体来调节。图20a至20f示出了类似于针对第一实施例所描述的冷凝器,而图20g和20h示出了类似于例如针对第四实施例所描述的冷凝器,冷凝器类型不限制此类或此类的选择安排。
图20a特别强调了这样的装置,其中第一传热流体回路有利地布置在主壁6中、在电子部件上方,并且其中第二介电流体回路和至少喷射喷嘴37相对于这些部件侧向布置,这里布置在次壁9a、9b、9c中。两个回路相对于彼此布置,使得第一回路至少与离开第二回路并且通过从电子部件释放的热量而蒸发的流体热相互作用。在适当的情况下,第二回路布置得足够靠近第一回路,以考虑到这两个回路之间处于热接触,并且因此可以对从第二回路出来的介电流体进行过冷。当热调节组件在车辆中就位时,形成冷凝器的主壁设置在电子部件上方。两个电子部件共用的回收槽设置在这些部件下方。
图20b图示了倒置布置,其中形成冷凝器的主壁布置在电子部件下方。再次,第二介电流体回路和至喷射少喷嘴37布置在这些部件的侧面,这里在次壁9a、9b、9c中。两个回路相对于彼此布置,使得第一回路至少与离开第二回路并在重力作用下沿着电子部件流动的流体的一部分进行热相互作用。在适当的情况下,第二回路布置得足够靠近第一回路,以考虑到这两个回路之间处于热接触,并且因此可以对从第二回路出来的介电流体进行过冷。在这种构造中,可能不需要设置回收槽,可以沿着主壁6进行回收。固定柱420在这里放置在主壁和电子部件之间。
图20c和20d示出了分别类似于图20a和20b的布置,具有附加的介电流体投射区域,即包括在主壁6中的区域,第一传热流体回路在此区域处延伸的。
图20e和20f示出了与上述不同的布置,因为此处的传热流体仅在次壁中流通,在电子部件的侧面,而介电流体和对应的喷射喷嘴布置在试图调节其温度的电子部件的上方或下方。
图20g和20h示出了在第三实施例的描述中已经提到的布置,其中喷射喷嘴37布置在冷凝器的主壁6的两侧。图20g示出了一种布置,其中所有喷射喷嘴都在相同方向上取向,并且至少完全在被冷凝器覆盖并对其进行温度控制的一个或多个电子部件的方向上。图20h示出了一种布置,其中喷射喷嘴布置在形成冷凝器的板的任一侧(在此处公平地不限制本发明),喷射喷嘴的第一部分与布置在形成冷凝器的板下方的第一电子部件相对,喷射喷嘴的第二部分与布置在形成冷凝器的板的上方的第二电子部件相对。
- 一种用于电子部件的热调节装置
- 一种用于热回收地坪加热系统供水温稳定调节装置