冷却元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种冷却元件并且更确切地设及一种用于冷却电气部件的冷却元件。
【背景技术】
[0002] 目前，已知具有用于接纳电气部件的第一表面的冷却元件。冷却元件的第二表面 设置有翅片，该翅片用于将经由第一表面从电气部件接收的热载荷经由翅片转送至周围环 境中。
[0003] 该种类型的冷却元件通常沿水平定向安装，但是沿其它定向安装也是可能的。水 平定向指的是在第一表面面朝上而同时冷却翅片向下凸出时的定向。在那种情况中，用于 气流的通道可能定位在翅片之间，换言之，定位在附接至第一表面的电气部件的下方。
[0004] 该种冷却元件的缺点是不充分的冷却性能。特别是当与在使用期间产生大量热载 荷的功率半导体模块结合使用时，难W确保对电气部件的充分冷却。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是解决上述缺点并且提供具有改进的能力的冷却元件。该个目的和 其它目的通过根据如下方面的冷却元件实现。一种冷却元件，包括：第一表面，所述第一表 面用于接纳电气部件；第二表面，所述第二表面设置有用于将经由所述第一表面从所述电 气部件接收的热载荷转送至周围环境中的翅片，其中，所述翅片中的一个或更多个翅片设 置有用于使流体在每个相应的翅片内通过的流动通道，所述流动通道具有用于提供脉动热 管的曲折形状和毛细管尺寸。
[0006] 使用包括具有用于使流体通过的流动通道的翅片的冷却元件使得能够获得具有 改进的冷却能力的冷却元件。
【附图说明】
[0007] W下将通过示例的方式并参照附图对本发明进行更详细的描述，其中 [000引图la和图化示出了脉动热管的工作原理，
[0009] 图2示出了冷却元件的第一实施方式，
[0010] 图3示出了翅片的第一实施方式，
[0011] 图4和图5示出了翅片的第二实施方式，化及
[0012] 图6和图7示出了冷却元件的第二实施方式。
【具体实施方式】
[0013] 图la和图化示出了脉动热管（PHP)的工作原理。图la示出了闭式回路PHP并 且图化示出了开式回路PHP。
[0014] 脉动热管包含具有毛细管尺寸的曲折的流动通道1，换言之，足够小的横截面W使 得毛细管力支配重力。适当的流体能够经由注入阀4引入流动通道1中。因而，流体通过 由压力不稳定而产生的脉动而移动。由于通道内侧的蒸汽的双向膨胀，在小通道回路中产 生振荡。在操作期间，由于通过限制在小通道中的气泡的快速膨胀而引起的流体力学不稳 定性，液塞和长形蒸汽气泡将在冷区域和热区域之间振荡，并且因此提供几乎不依赖于重 力的流体速度。该使得脉动热管对定向相当地不敏感，从而具有将该脉动热管操作为"倒 置"的可能性一-即，蒸发器2位于顶部且冷凝器3位于底部。
[0015] 在冷却元件中使用脉动热管的优势在于冷却元件能够在没有对冷却元件内的流 体循环引起问题的情况下而沿任何定向使用。
[0016] 图2示出了冷却元件10的第一实施方式。冷却元件10包括用于接纳电气部件 12-一比如，功率半导体模块一-的第一表面11，该电气部件12可W通过例如螺钉附接至 第一表面。一个可替代的方案是：冷却元件10是对至电动马达的电力供给进行控制的马 达驱动装置一一比如，频率控制器一一的一部分。例如，在那种情况中，电气部件12可W是 IGBT (绝缘栅双极晶体管）模块。
[0017] 冷却元件的第二表面13设置有翅片14,用于将从电气部件12接收的热载荷经由 翅片转送至周围环境中。在所示出的示例中，翅片14实施为从冷却元件10的第二表面13 向下凸出的长形板状元件。在翅片之间可W布置有间隔件16并且间隔件16与第二表面13 接触W在翅片之间获得间隙。气流15可W产生为在翅片14之间通过使得翅片将热消散至 该气流15中。
[0018] 为了获得有效的冷却元件10,翅片中的一个或更多个翅片设置有用于使流体在每 个相应的翅片14内通过的流动通道1。优选地每个翅片都具有流动通道，然而，在一些装置 中，仅在翅片的一部分翅片中具有流动通道可能是足够的。优选地，为了避免每个翅片的流 动通道1需要被单独地填充，不同的翅片14的流动通道1可W彼此流体连通。该种流体连 通可W经由基板17获得，电气部件12附接至该基板17并且翅片14热连接至该基板17。 在该种解决方案中，布置在基板17的第一表面中的一个单独填充阀4可W用于将流体引入 所有翅片14中。
[0019] 通过在翅片14中具有流体通道所获得的优势在于实现了将热载荷更有效地分配 至翅片的不同部分。由于流体通道1中的流体在翅片14的不同部分之间有效地传递热，因 此，翅片的大部分区域能够有效地被用于将热消散至周围环境中。
[0020] 图3示出了翅片14的第一实施方式。在图2的实施方式中使用的翅片可W实施 为图3中所示。
[0021] 所示出的翅片14包括抵靠彼此布置的一叠板21至23。中间板22具有狭缝，该狭 缝用作将流体分配至翅片14的不同部分的流体通道1。例如，该狭缝可W通过冲压或切削 来制造。两个外部板21和23是在中间板22的两侧上为翅片14提供流体密封外壁的非穿 透实屯、板。
[0022] 翅片14在流动通道1的两端中具有两个开口 24和25。开口 24和开口 25布置在 翅片14的面向冷却元件10的第二表面13的侧边缘中。该些开口促进了翅片14的流体通 道1与冷却元件的其它部分之间的流体连通。
[0023] 如果流动通道1内的流体循环应当在不需要外部设备一一比如，累一一并且不依 赖冷却元件的定向的情况下获得，则流动通道1可W是毛细管尺寸的W便使得冷却元件的 翅片用作脉动热管。确定流体通道是否具有毛细管尺寸的一种方法是计算E6tv6s数，该 E6tv6s数应当低于大约4。EikvSs数E〇能够计算如下：
[0024]
【主权项】
1. 一种冷却元件（10、40)，包括； 第一表面（11)，所述第一表面（11)用于接纳电气部件（12); 第二表面（13)，所述第二表面（13)设置有用于将经由所述第一表面（11)从所述电气 部件（12)接收的热载荷转送至周围环境中的翅片（14、14'），其特征在于， 所述翅片（14、14')中的一个或更多个翅片设置有用于使流体在每个相应的翅片内通 过的流动通道（1)，所述流动通道（1)具有用于提供脉动热管的曲折形状和毛细管尺寸。
2. 根据权利要求1所述的冷却元件，其中，不同的所述翅片（14、14')的所述流动通道 (I) 彼此流体连通。
3. 权利要求1所述的冷却元件，其中，不同的所述翅片（14、14')的所述流动通道（1) 彼此流体连通并且所述冷却元件包括用于将流体引入不同的所述翅片（14、14')的所述流 体通道（1)的共同入口（4)。
4. 权利要求1所述的冷却元件，其中，所述翅片（14)中的一个翅片包括一叠板，其中， 所述流体通道（1)由中间板（22)中的狭槽构成并且位于所述中间板的两侧上的两个外部 板（21、23)提供所述流体通道（1)的流体密封侧壁。
5. 权利要求1所述的冷却元件，其中，所述翅片（14')中的一个翅片包括一叠板，其 中，所述流体通道（1)由多个单独的狭槽（35、36)构成，所述多个单独的狭槽（35、36)设置 在第一中间板（32)和第二中间板（33)中W使得所述第一中间板（32)和所述第二中间板 (33)中的所述狭槽（35、36)彼此部分地重叠W提供穿过所述翅片（14'）的连续的流体通 道（1)，并且位于所述第一中间板和所述第二中间板的两侧上的两个外部板（21、23)提供 所述流体通道（1)的流体密封侧壁。
6. 权利要求1所述的冷却元件，其中，所述冷却元件（40)包括： 第一板（47)，所述第一板（47)具有用于接纳所述电气部件（12)的所述第一表面 (II) ，W及 第二板（41)，所述第二板（41)具有设置有翅片（14、14'）的所述第二表面（13)， 所述第二板（41)叠置于所述第一板（47)使得所述第一表面（11)和所述第二表面 (13)面向相反的方向， 设置有流动通道的所述一个或更多个翅片（14、14'）在相应的流动通道（1)的两端中 包括两个相应的开口（24、25)，所述开口（24、25)面向所述第二板（41)，并且 所述第二板（41)在所述开口（24、25)的位置处设置有通孔（42) W使得两个相邻的翅 片（14)的一个开口（24)经由设置在所述第二板（41)中的一个通孔（42)彼此流体连通。
7. 权利要求1所述的冷却元件，其中，所述冷却元件（40)包括： 第一板（47)，所述第一板（47)具有用于接纳所述电气部件（12)的所述第一表面 (11)，W及 第二板（41)，所述第二板（41)具有设置有翅片（14、14'）的所述第二表面（13)， 所述第二板（41)叠置于所述第一板（47)使得所述第一表面（11)和所述第二表面 (13)面向相反的方向， 设置有流动通道的所述一个或更多个翅片（14、14'）在相应的流动通道（1)的两端中 包括两个相应的开口（24、25)，所述开口（24、25)面向所述第二板（41)， 所述第二板（41)在所述开口（24、25)的位置处设置有通孔（42) W使得两个相邻的翅 片（14)的一个开口（24)经由设置在所述第二板（41)中的一个通孔（42)彼此流体连通， 并且 所述第二板（41)设置有长形狭槽（43)，所述长形狭槽（43)在定位得距彼此最远的两 个翅片（14、14'）的一个相应的开口（24)之间提供流体连通。
8.权利要求1所述的冷却元件，其中，所述冷却元件（40)包括在所述第二表面（41)上 所设置的所述翅片（14)之间延伸的辅助翅片（44)。
【专利摘要】本发明涉及一种冷却元件(40)，该冷却元件(40)包括第一表面(11)和第二表面(13)，第一表面(11)用于接纳电气部件(12)，第二表面(13)设置有用于将经由第一表面(11)从电气部件(12)接收的热载荷转送至周围环境中的翅片(14)。为了获得提供有效冷却的冷却元件，翅片(14)中的一个或更多个翅片设置有用于使流体在每个相应的翅片内通过的流动通道(1)。
【IPC分类】H05K7-20
【公开号】CN104661494
【申请号】CN201410659642
【发明人】托马斯·格拉丁格尔, 布鲁诺·阿戈斯蒂尼
【申请人】Abb公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年11月18日
【公告号】EP2876400A1, US20150136358