冷却元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冷却元件，并且特别地涉及用于多个电气装置的冷却元件，所述冷却元件具有提供脉动热管行为的流体通道布置。
【背景技术】
[0002]先前已知具有呈曲折状的液流通道的冷却元件，所述液流通道包括平行的多个流体通道区段，所述多个流体通道区段通过环路彼此相互连接。蒸发器接收来自电气部件的热量并且将所述热量传递至流体通道。冷凝器冷却经由流体通道从蒸发器接收的流体。
[0003]在操作期间，蒸发器和冷凝器之间产生温度梯度，从而导致不稳定的压力状态。由蒸发器传递至流体的热量导致流体通道区段中的气泡不断增大。这使流体通道段中的流体柱朝着冷凝器被推动。同时，在冷凝器处的冷却进一步增加了冷却元件的相对端部之间的压力差。以这种方式形成了不稳定的压力状态。
[0004]由于环路将流体通道区段相互连接，因此一个流体通道区段中的流体段塞和蒸汽泡的运动还导致了下一个流体通道区段中的段塞和气泡朝着蒸发器(高温)的运动。驱动力与恢复力之间的相互影响导致了蒸汽泡和流体段塞的振荡。
[0005]上述冷却元件的问题在于实际试验已证明蒸发器的不同部分处的温度分布是不均匀的。
【发明内容】
[0006]目的在于解决上述缺点并且在于提供具有改进的冷却性能的冷却元件。该目的以及其他目的通过根据独立权利要求1和独立权利要求7的冷却元件来实现。
[0007]将第一蒸发器与在冷却元件的第二端部中的环路分离的绝热区域或冷却区域的使用导致了这样的冷却元件的设计:在该设计中，没有额外的热量转移至最靠近冷却元件的第二端部中的环路的区域中的流体通道中的流体。基于此，可避免蒸汽泡积聚在冷却元件的第二端部中的环路中。由于脉动热管中缺乏优选的流动方向，所以加热部件可自由地分布在第一蒸发器的整个区域上。这给出了设计中的灵活性。
[0008]在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。
【附图说明】
[0009]在下面将通过示例并参照附图对本发明进行更加详细地描述，在附图中:
[0010]图1和图2示出了脉动热管的工作原理；
[0011]图3示出了冷却元件的第一实施方式；
[0012]图4示出了冷却元件的第二实施方式；
[0013]图5示出了冷却元件的第三实施方式；
[0014]图6示出了冷却元件的第四实施方式；
[0015]图7至图9示出了流体分配元件；
[0016]图10示出了蒸发器；以及
[0017]图11至图12示出了替代性流体分配元件。
【具体实施方式】
[0018]图1和图2示出了脉动热管(PHP)的工作原理。图1示出了闭环PHP并且图2示出了开环PHP。
[0019]脉动热管包括具有毛细管尺寸一一换言之，横截面小到足以使毛细管力比重力占优势一一的曲折的流体通道1。如在图1和图2中示出的，流体通道1包括基本上平行的多个流体通道区段5，所述多个流体通道区段5在第一(上)端部和第二(下)端部中通过环路6相互连接。在该连接中，术语“基本上平行”表示在许多实际执行中流体通道区段由于实际原因而平行的事实。然而，并不需要流体通道区段精确地平行，这是因为脉动热管也通过彼此不是精确地平行的流体通道区段而获得。
[0020]被认为是毛细管的流体通道1的直径取决于流体通道内使用的(沸腾的)流体。例如下面的公式可用于估计适合的直径:
[0021]D = (sigma/(g*(rhol-rhov)))'0.5,
[0022]其中，sigma为表面张力，g为重力加速度，:rhov为蒸气密度以及rhol为液体密度。该公式给出了针对R134a(四氟乙烷)、R245fa和R1234ze(四氟丙烯)的从1mm到3mm的值，R134a(四氟乙烷)、R245fa和R1234ze(四氟丙烯)为适于在脉动热管中使用的流体。
[0023]适合的流体可经由填充阀2引入到流体通道1中。因此，流体通过由压力的不稳定性产生的脉动而移动。由于通道内的蒸汽的双向膨胀而在小通道环路中发生振荡。在操作期间，液体段塞和长形蒸汽泡由于由限制在小通道中的气泡的迅速膨胀导致的流体动力学的不稳定性而将在冷区域与热区域之间振荡，并且因此提供了几乎与重力无关的流体速度。这使得脉动热管对取向十分不敏感，因而具有将蒸发器和冷凝器颠倒地操作的可能性，即，使得蒸发器位于顶部而冷凝器位于底部。然而，在图1和图2中，示例性地示出了脉动热管处于蒸发器3位于底部并且冷凝器4位于顶部的位置中。
[0024]在冷却元件中应用脉动热管的优点在于冷却元件可沿任何取向应用而不对冷却元件内的流体循环带来问题。
[0025]图3示出了冷却元件11的第一实施方式。这种冷却元件11例如可应用于马达驱动装置中，例如应用在变频器中，从而控制馈送给电动机的电的馈送。冷却元件11包括具有毛细管尺寸及曲折形状的流体通道，所述流体通道包括基本上平行的多个流体通道区段5，所述多个流体通道区段5通过冷却元件的第一端部10和第二端部12中的环路6相互连接以提供脉动热管。流体通道例如可被实施为弯曲成图1和图2中示出的曲折形状的单根管，或替代性地流体通道可通过应用与相应的流体分配元件结合的具有多个流体通道区段的管来实施，将结合图7至图12对这一情况进行更加详细地说明。脉动热管可以是如图1中示出的闭式的或替代性地为如图2中示出的开式的。在图3中，环路6布置在冷却元件的第一端部10的流体分配元件13和第二端部12中的流体分配元件17中。
[0026]第一蒸发器14布置成接收来自电气部件15的热量并且用于将该热量传递到流体通道中的流体中。在不出的不例中，第一蒸发器14包括具有第一表面16和与第一表面16相对的第二表面的板，所述第一表面16用于接收来自一个或更多个电气部件15的热量，所述第二表面用于将基本上平行的流体通道区段5的壁部热连接至所述板。
[0027]冷却元件11还包括第一冷凝器18，所述第一冷凝器18用于经由流体通道接收来自第一蒸发器14的流体并且用于冷却流体通道中的流体。第一冷凝器18将第一蒸发器14与冷却元件的第一端部10 (上端部)中的环路6分离。因此，第一冷凝器18布置在蒸发器14与冷却元件的第一端部中的环路6之间。在图3中示出的示例中，第一冷凝器18已被实施为在基本上平行的流体通道段5的壁部之间延伸的散热片19，并且所述散热片19将热量散发到周围空气中。
[0028]图1中示出的冷却元件11包括具有第二冷凝器20的冷却区域，第二冷凝器20冷却流体通道中的流体并且将第一蒸发器14与冷却元件11的第二端部12中的环路6分离。因此，没有额外的热量转移至离第二端部12中的环路6最近的该区域中的流体通道中的流体，这防止了第二端部的环路6中的蒸汽泡的积聚以及第一蒸发器14处的不均匀的温度分布。与第一冷凝器18类似，第二冷凝器20也可被实施为在基本上平行的流体通道区段5的壁部之间延伸的散热片19，并且所述散热片19将热量散发到周围空气中。第二冷凝器20可具有与第一冷凝器18相同的尺寸。在如下情况下将获得优良的结果:冷却区域的尺寸(长度)为基本上平行的流体通道区段5的长度的至少5%，优选地至少10%。
[0029]图4示出了冷却元件的第二实施方式。图4的实施方式与结合图3说明的实施方式