专利名称：反重力热虹吸热交换器和功率模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及反重力热虹吸热交换器和包括反重力热虹吸热交换器的功率模块 (power module)0
背景技术：
经典的热虹吸热交换器包括热接收区域和冷凝区域，热接收区域在热虹吸热交换 器的底侧用于使制冷剂汽化，冷凝区域在上侧用于使上升到冷凝区域的汽化的制冷剂冷 凝。安装到热虹吸热交换器上的某些功率电子装置(power electronic device)倒置安装， 例如在牵引应用中。因此，功率电子装置必须倒置地重新安装到热虹吸上或者必须使用成 本密集型(cost-intensive)反重力热虹吸热交换器来允许功率电子装置安装到热虹吸热 交换器上的灵活方位。在一方面，重新安装过程是时间和成本密集型的且包含损坏昂贵的 功率电子装置的风险。有时，功率电子模块被固定到热虹吸热交换器上从而不能容易地重 新安装功率电子模块。在另一方面，反重力热虹吸热交换器是很昂贵的，因为在管道元件中 使用特殊涂层来由毛细管力而非重力来移动制冷剂。US 2007/0284093A1公开了一种方位不敏感的热虹吸。所公开的热虹吸示出用于 使制冷剂汽化的沸腾腔室和两个单独的管道元件组，每组管道元件从沸腾腔室以大约45° 角度延伸到沸腾腔室的两个主轴的平面。因此，安装有功率电子装置的热虹吸可转动90° 使得功率电子装置安装到沸腾腔室的底侧上且热虹吸仍在重力作用下而非任何毛细管力 作用下工作。这种热虹吸的缺点在于其需要较大安装空间且难以固定，这归因于热虹吸的 不同取向的平面。此外，热虹吸的构造是复杂的、昂贵的且不稳定的，因为每组管道元件必 须固定到沸腾腔室上且在沸腾腔室处在固定点上产生高杠杆力(leverage force)，每组管 道元件显著地延伸越过沸腾腔室，以便保证有效的冷凝。
发明内容
本发明的目的在于找到一种方位不敏感的热虹吸热交换器，其无需毛细管力工作 且其并不具有现有技术水平热虹吸的缺点。特别地，本发明的目的在于发明一种方位不太 敏感的热虹吸热交换器，这种热虹吸热交换器易于安装，其具有基本的、廉价和稳定的构造 且仅需很小的安装空间。关于热交换器，这个目的由如下所述的热虹吸热交换器来解决。该热虹吸热交换 器包括至少一组线性管道元件和至少一个热交换板，至少一组线性管道元件包括至少一个 线性管道元件，至少一个热交换板安装于管道元件上的热接收区域中。用语线性不应狭义 地仅理解为严格地直的。应包括(例如)曲线的几何变型，只要功能不受到不利影响。管道 元件的纵向轴线在第一方向延伸，其穿过由热交换板的最大侧(在下文中也被称作平侧) 限定的平面。管道元件在第一侧和与第一侧对置的第二侧上在第一方向上超出，即延伸超 过热接收区域，使得在热接收区域的第一侧或第二侧之一上的线性管道元件组的延伸部构 成冷凝区域用于使在热接收区域中汽化的制冷剂冷凝，条件是如果在操作状态中这个第一侧或第二侧被排列成关于重力方向高于另一侧上的延伸部，且使得所述另一侧的延伸部构 成液体储集器。这表示所述延伸部中的每一个适合于构成冷凝器区域用于使在热接收区域 中汽化的制冷剂冷凝，如果第一方向竖直地排列且每个延伸部的功能取决于热交换器的方 位。该目的也由如下所述的功率模块解决。所述功率模块包括至少一个发热装置和如 上文所述具有至少一个热交换板的一个热虹吸热交换器。至少一个发热装置热连接到至少 一个热交换板。这种热虹吸热交换器组合现有技术水平的优点且克服其缺点。热虹吸热交换器可 甚至安装成热虹吸热交换器以及安装于其上的功率电子模块180°旋转，因为在旋转之后， 之前在底侧上的管道元件的延伸部旋转到热接收区域的顶侧上。因此，在两个位置，存在用 于使汽化的制冷剂冷凝的管道元件的顶部延伸部。无需昂贵的使用毛细管力的反重力热虹 吸。此外，管道元件仅在第一方向上在热接收区域的两侧上延伸且由此，所运要求保护的热 虹吸具有平坦构造且易于安装在应用位置且无需较多空间。从属权利要求指出本发明的有利实施例。在一实施例中，第一侧上的延伸部与第二侧上的延伸部关于热虹吸热交换器的对 称轴线对称排列。在一实施例中，这个对称轴线垂直于第一方向且在管道元件的排列方向 伸展。适合于冷凝的管道元件的延伸部的区域在热接收区域的两侧具有相同大小。通过绕 垂直于第一方向和管道元件排列方向的第三轴线旋转热虹吸180°，冷凝区域(即在热接 收区域顶侧的管道元件的延伸部)保持相等。如果热接收区域排列于管道元件的第一端与 管道元件的第二端之间的中部，相同优点适用。在一实施例中，线性管道元件组包括连接管道元件第一端的至少一第一歧管和连 接管道元件第二端的第二歧管。由排列于两个歧管之间的多个管道元件的容易且有效的构 造方式确保热虹吸稳定且廉价的基础构造。在另一实施例中，每个歧管具有可关闭的开口 用于填充和/或排放制冷剂且第一歧管的可关闭的开口与第二歧管的可关闭的开口关于 热虹吸热交换器的中心成点对称。因此，在旋转热虹吸180°后，第一开口在第二开口之前 的位置且热虹吸具有相同的形式。因此，在热虹吸旋转之后，保持用于热虹吸和其开口的安 装空间不变。热虹吸的中心是指第一方向与其中排列管道元件的方向的平面的中点。在另一实施例中，热虹吸热交换器具有用于固定热虹吸热交换器的固定装置且固 定装置排列成关于热虹吸热交换器的中点成点对称。这组合可关闭的开口的点对称排列是 特别有利的且具有相同的优点。在一实施例中，管道元件是多端口挤压管因此可使用自汽车领域的廉价、稳定且 有效的管道元件。在热虹吸热交换器的一实施例中，当管道元件的第一端与管道元件的第二端相比 排列于较高位置时，或者当管道元件的第二端与管道元件的第一端相比排列于较高位置 时，热虹吸热交换器被填充制冷剂使得热接收区域中的管道元件充有制冷剂且在热接收区 域上侧上的管道元件的延伸部保持为空的。因此，管道元件的上部延伸部(与哪个延伸部 实际上指向上无关)充当用于汽化的制冷剂的冷凝器。在一实施例中，热交换板焊接到管道元件上。特别是对于焊接到管道元件上的热 交换板，有利地，热交换板焊接到热虹吸的中部使得热虹吸的方位可通过旋转而改变。如果热交换板的位置将易于改变，那么功率电子装置可与热交换板一起旋转且可重新安装于新 方位。但是焊接的热交换板具有更好的传热特征，从而需要方位不敏感的热虹吸热交换器 的方案。热交换板连接到所有管道元件以实现从热交换器板到管道元件的最大传热。管道元件从热接收区域的第一侧上的延伸部到第二侧是连续的。这具有以下优 点热虹吸热交换器的构造是稳定的且由连续管道元件来实现最佳蒸汽与制冷剂传输特 征。在本发明的另一实施例中，热虹吸热交换器元件具有第二组线性管道元件。第二 组管道元件的纵向轴线排列于第二方向或平行于所述平面。这具有以下优点尽管有两组 线性管道元件，在垂直于所述平面的方向上的构造空间并不显著地增加。此外，对于热虹 吸热交换器在热交换板平面内的所有旋转状态，热虹吸热交换器的冷却性能得到改进，因 为存在相对于竖直方向具有不同角度的两组管道元件。在一实施例中，第二方向垂直于第 一方向。这进一步改进冷性能，因为至少一组管道元件总是排列成相对于竖直方向成小于 45°的角度。在另一实施例中，所描述的两组线性管道元件的交叉排列由垂直交叉的两个简单 的热虹吸热交换器来有效地且容易地实现，这种简单的热虹吸热交换器带有仅一组线性管 道元件，其中交叉区域对应于两个热虹吸热交换器的热交换板的区域。热交换板热连接。这 增加了所生产的简单热虹吸热交换器的数量且节省了生产成本。
在下文中基于附图来描述第一实施例与第二实施例。在附图中图1是根据本发明的热虹吸热交换器的第一实施例的示意三维说明；图2是根据本发明的热虹吸热交换器的第一实施例的热交换板的截面图。图3是根据本发明的热虹吸热交换器的第一实施例的变型的热交换器板的截面 图。图4是根据本发明的热虹吸热交换器的第一实施例的示意说明，其示出在坐标系 内的三维位置；图5是根据本发明的热虹吸热交换器的第一实施例的示意说明，其示出在坐标系 的x-z平面内的第一示范性倾斜；图6是根据本发明的热虹吸热交换器的第一实施例的示意说明，其示出在坐标系 的x-z平面内的第二示范性倾斜；图7是根据本发明的热虹吸热交换器的第一实施例的示意说明，其示出在坐标系 的χ-y平面内的示范性倾斜；图8示出根据本发明的热虹吸热交换器的第二实施例的示意说明，其示出在坐标 系内的三维位置；图9示出根据本发明的热虹吸热交换器的第二实施例的示意说明，其示出在坐标 系的χ-y平面内的示范性倾斜；以及图10是第二实施例的热交换器板的示意说明。
具体实施例方式图1示出示范性发明热虹吸热交换器1的三维视图。热虹吸热交换器1包括一组 2多端口挤压管4. 1至4. 15作为管道元件和安装到该组2多端口挤压管4. 1至4. 15上的 热交换板3。在该组2内的多端口挤压管4.1至4. 15排列于平面内。该组2多端口挤压管 4. 1至4. 15还包括两个歧管5和6。多端口挤压管4. 1至4. 15排列于第一歧管5与第二 歧管6之间。歧管5和6是平行排列的圆柱体。多端口挤压管4. 1至4. 15被排列成在歧管5 和6的圆形外壁垂直于歧管5和6的圆柱轴线。直角排列并不限制本发明，因为甚至另外 有角度排列也是可能的，但直角排列特别稳定且节省空间。每个多端口挤压管4. 1至4. 15 的纵向轴线在第一方向延伸。歧管5和6的纵向轴线在第二方向延伸，在优选实施例中，第
二方向垂直于第一方向。组2内的多端口挤压管4. 1至4. 15排列成一个单行且彼此平行。组2额外地由框 架元件7和8稳定，框架元件7和8安装于歧管5和6的圆柱体的接地区域(ground area) 上或者在紧邻歧管5和6的圆柱体的接地区域的圆形壁上。这种排列是优选的，但并不限 制本发明。替代组可具有不同的多端口挤压管4. 1至4. 15行，其中每一行包含平行的若干 多端口挤压管4. 1至4. 15。本发明的唯一条件为每对多端口挤压管4. 1至4. 15逐对平行， 即，一组内的每个多端口挤压管4. 1至4. 15的纵向轴线沿着第一方向伸长。多端口挤压管4. 1至4. 15中每一个是线性的且连续的。多端口挤压管4. 1至4. 15 中每一个包括若干分开的子管，其在多端口挤压管4. 1至4. 15的第一端和第二端开放。由 若干子管构造多端口挤压管4. 1至4. 15具有以下优点一方面，建立在制冷剂与多端口挤 压管4. 1至4. 15之间的最大接触表面，且另一方面，带有若干子管的厚多端口挤压管比多 个薄的个别管更加稳定。多端口挤压管4. 1至4. 15连接到歧管5和6使得在其第一端与 第二端的多端口挤压管4. 1至4. 15的子管开口分别向第一歧管5和第二歧管6内开放，且 制冷剂液体或蒸汽不能从闭合冷却回路泄露。热交换板3优选地通过焊接而连接到在歧管5与6之间中部中的该组2多端口歧 管4. 1至4. 15的热接收区域中的多端口挤压管4. 1至4. 15。热接收区域与由第一方向与 第二方向跨越的平面中的热交换板3覆盖的区域相同。在优选实施例中，热交换板3排列 于多端口挤压管4. 1至4. 15上使得每个多端口挤压管4. 1至4. 15在热交换板3的第一侧 上以与热交换板的第二侧上相同方式从热交换器板3突出。热交换板3的第一侧是指在第 一方向对着第一歧管5的侧部且第二侧是指在第二方向对着第二歧管6的侧部。由于多端 口挤压管4. 1至4. 15是线性且连续的，第一侧与第二侧彼此相对。每个多端口挤压管4. 1 至4. 15在两侧上以相同长度和相同角度(优选地90° )从热交换板3延伸。换言之，在第 一侧与第一歧管5之间的多端口挤压管4. 1至4. 15具有与第二侧与第二歧管6之间相同 的长度。因此，当第一方向指向竖直方向且(例如)第一歧管5是顶部歧管时，使热虹吸热 交换器1绕热虹吸的中点C旋转180°并不改变热交换板3的顶侧与顶部歧管之间区域的 大小。在此实施例中，顶部歧管在旋转之前是歧管5且在旋转之后其变成歧管6。因此，在 热虹吸热交换器1旋转后，优选实施例总是具有相似的冷凝区域，即，在顶部歧管与热接收 区域之间的区域。在第一歧管5与第一侧之间的区域被排列成与第二歧管6与第二侧之间 的区域关于对称轴线9对称。
在另一实施例中，在第一歧管5与热接收区域之间的区域可甚至小于第二歧管6 与热交换器板3之间的区域。重要的是较小区域仍适合于冷却且冷凝汽化的制冷剂。这种 冷凝区域的大小在很大程度上取决于由待冷却的功率电子装置所产生的热量和制冷剂的 特征、在冷凝区域中多端口挤压管4. 1至4. 15的冷却特征以及可能使用的外部冷却风扇的 功率。在热交换器3的两侧上多端口挤压管的延伸部的这种不对称划分对于仅很少倒置安 装的功率冷却装置或者对于若倒置安装需要较低冷却功率的冷却装置是有利的。待冷却的任何装置可安装于热交换板3上。示范性热虹吸热交换器1特别便于通 常焊接到热交换板3上的功率电子模块或功率电气模块用于最佳传热。出于说明原因，仅 示出一个发热装置40。图2示出在热交换板3高度处热虹吸热交换器1的截面图A。热交 换板3具有凹槽10. 1至1. 15，每个凹槽的形状对应于多端口挤压管4. 1至4. 15的轮廓形 状且与多端口挤压管4. 1至4. 15相同排列使得热交换板3可易于利用凹槽10. 1至10. 15 插塞在第一多端口挤压管4. 1至4. 15上并焊接于其上。凹槽10. 1至10. 15具有与第一多 端口挤压管4. 1至4. 15大约相同的深度从而在凹槽10. 1至10. 15中建立多端口挤压管 4. 1至4. 15与热交换板3表面的最大接触表面且凹槽10. 1至10. 15在三侧包围第一多端 口挤压管4. 1至4. 15。在本申请中和凹槽10. 1至10. 15的情形下包围的意义不仅包括多 端口挤压管4. 1至4. 15由凹槽10. 1至10. 15包住，而且也包括以与凹槽最大接触围绕第 一多端口挤压管4. 1至4. 15，这仍允许热交换板3插塞在多端口挤压管4. 1至4. 15上。包 住具有以下缺点一旦热交换板3安装于多端口挤压管4. 1至4. 15上，在不取下圆柱体5 或6之一的情况下不能将它取下来。但包住却增加热交换板3与多端口挤压管4. 1至4. 15 之间的接触表面。热交换板3焊接到多端口挤压管4. 1至4. 15上以分别建立从热交换板 3到多端口挤压管4. 1至4. 15或者到其内的制冷剂的最佳导热性。图2示出多端口挤压管4. 1至4. 15的平行排列。多端口挤压管4. 1至4. 15的轮 廓基本上为矩形，其中矩形的较小侧此处形成圆形。平侧大于圆形侧且多端口挤压管4. 1 至4. 15被排列成彼此平行使得较大侧朝向彼此以保证多端口挤压管4. 1至4. 15之间的最 大空间。这意味着高冷却空气流动速度和空气流动可经过的最大表面。这对于其中未安装 热交换板3的区域尤为重要。优选地，多端口挤压管4. 1至4. 15的平侧具有与歧管5和6 的圆柱体直径大约相同的大小或稍微小一点。必须关于冷却要求、冷却空气流动的可用冷 却功率和制冷剂在液态和汽态的性质来选择多端口挤压管4. 1至4. 15的轮廓的厚度，即较 小侧的大小。制冷剂的性质也决定在多端口挤压管4. 1至4. 15中子管11的形式、数目和 大小。图1示出分别在第一歧管5与热交换器3的第一侧之间和在第二歧管6与第二侧 之间，在相邻多端口挤压管4. 1至4. 15之间，以及在边际多端口挤压管4. 1和4. 15与框架 元件7和8之间的区域中的冷却翅片12。冷却翅片增加多端口挤压管4. 1至4. 15用于直 接热接触的表面。因此，汽化的制冷剂的热可通过对流从冷凝区域更有效地传输至环境。由 冷却风扇人工地或由环境与多端口挤压管4. 1至4. 15之间的空气之间的温差形成的空气 流动自然地形成冷却空气流动。热虹吸热交换器1具有排列在框架元件7和8处的固定元件13. 1至13. 4。在此 实施例中，固定元件为角支架。一个支架臂固定于框架元件7或8且另一支架臂具有孔。 热虹吸热交换器1可由螺钉、螺栓或其它固定部件穿过孔固定到固定壁上或适应固定元件13. 1至13. 4排列的固定机构。在优选实施例中，固定元件13. 1至13. 4的排列关于中点C 成点对称，中点C在多端口挤压管4. 1至4. 15的端部之间的中部和两个框架元件7与8之 间的中部或者边际多端口挤压管4. 1与4. 15之间的中部。热虹吸热交换器1具有两个制冷剂连接部14和15作为可关闭的开口以向热虹吸 1填充制冷剂和从热虹吸1排放制冷剂。第一制冷剂连接部14排列成在第一歧管5的圆 形壁侧部上的第一方向上突出的连接部，该第一歧管的圆形壁侧部与多端口挤压管4. 1至 4. 15在第一歧管5处的连接部是相对的。通常，现有技术水平的热虹吸热交换器具有仅一 个制冷剂连接部，使得在固定位置，可填充或排放制冷剂。举例而言，如果制冷剂连接部仅 在顶部歧管，那么现有技术水平的热虹吸可固定且被填充制冷剂，但在安装状态不能排放。 如果示范性现有技术水平的热虹吸热交换器倒置安装，那么在固定热虹吸之前，必须填充 热虹吸，因为在旋转后，制冷剂连接部将在底部歧管处。因此，两个制冷剂连接部具有以下 优点热虹吸热交换器1可在固定于其操作方向上的任何方向时填充和排放。制冷剂连接 部14和15被排列成使得它们关于中点C对称。因此，第一制冷剂连接部14在热虹吸绕中 点旋转180°之后到达旋转之前第二制冷剂连接部15的位置。因此，在将热虹吸热交换器 固定于倒置位置时，在固定环境中制冷剂连接部14和15最终所需空间无须改变。在优选实施例中，整个热虹吸热交换器1被构造成关于在第一方向与第二方向的 平面中的中点C对称使得热虹吸热交换器1在绕中点C旋转180°后具有与旋转之前相同 的特征。示范性特征分别为热虹吸热交换器1的大小、边界线、功能、固定位置，制冷剂连接 部14和15的位置以及热交换板3的侧部与歧管5和6之间的区域的位置、大小和设计。热虹吸热交换器1的优选安装位置使得第一方向是竖直方向，这表示重力指向与 第一方向相同的方向。但本发明并不受优选安装方向限制，而是第一方向可甚至示出与竖 直方向成除90°与270°外的任何角度。重要的是两个歧管5和6之一关于竖直方向排列 于比另一歧管更高的位置。在这种固定位置，由顶部制冷剂连接部用制冷剂填充热虹吸热 交换器1直到底部歧管，在底部歧管与热交换板3的底侧之间的区域和热接收区域中的多 端口挤压管4. 1至4. 15充有制冷剂。在热交换板3的顶侧与顶部歧管之间区域中的多端 口挤压管4. 1至4. 15保持为空的且甚至顶部歧管保持为空的。然后，顶部制冷剂连接部关 闭从而实现闭合冷却回路。如果热虹吸热交换器1将重新安装于倒置位置，那么制冷剂填 充水平满足如上文所述的相同条件。图3示出关于热交换板3的第一实施例的替代实施例。在关于多端口挤压管4. 1 至4. 15的平面的组2的多端口挤压管4. 1至4. 15的两侧上的替代实施例中，第一热交换 板3. 1和第二热交换板3. 2安装于多端口挤压管4. 1至4. 15上。第一热交换板3. 1和第 二热交换板3. 2中的每一个在一侧上具有凹槽，凹槽具有与组2的多端口挤压歧管4. 1至 4. 15的轮廓相似的轮廓。第一热交换板3. 1关于组2的平面利用凹槽结合到组2的多端口 挤压管4. 1至4. 15的第一侧使得所有多端口挤压管4. 1至4. 15进入第一热交换板3. 1的 相对应凹槽中。每个多端口挤压管4. 1至4. 15最多以多端口挤压管4. 1至4. 15的一半尺 寸进入于凹槽中使得多端口挤压管4. 1至4. 15的至少另一半并不由第一热交换板3. 1包 围。多端口挤压管4. 1至4. 15的至少另一半至少部分地进入于第二热交换板3. 2的凹槽 内。因此，替代实施例的热虹吸热交换器在组2的两侧上提供安装表面30和31。图4示出本发明的第一实施例的示意说明，但不如图1具体。图4示出具有三个方向x、y和ζ的三维笛卡尔坐标系。坐标系是固定的且限定成χ方向与重力相反。图4示 出第一实施例的热虹吸热交换器1在三维空间中的位置。以虚点线示出的热虹吸热交换器 1的纵向轴线16指向第一方向，即，组2的所有多端口挤压管4. 1至4. 15的纵向轴线的方 向，且经过中点C。中点C与坐标系的原点重合且是热虹吸热交换器1的旋转点。在图4所 示的位置，纵向轴线16甚至与虚线所示的坐标系的χ方向重合。角度α是竖直方向与纵 向轴线在x_y平面上的投影之间的角度。角度β是竖直方向与纵向轴线16在χ-ζ平面上 的投影之间的角度。角度Y是热虹吸热交换器1绕Χ轴线的旋转角度。在图示的实例中，α和β是90°且Y此处限定为0°，但下文的描述相应地适 用于Y的所有角度。如果热虹吸热交换器1从竖直方向至水平方向从热交换板的平侧限 定的平面倾斜出来，即，相对0°减小β，或者相对180°增加β，热虹吸热交换器1中的制 冷剂部分地从热接收区域流到冷凝区域，冷凝区域为多端口挤压管4. 1至4. 15的上部延伸 部。图5和图6分别示出在χ-ζ平面中β小于90°和β大于90°且α等于90°的示范 性倾斜且示出在热虹吸热交换器1中液体制冷剂的液位18。在图5中的此实施例中，并不 限制本发明，用于安装功率电子装置的热交换板3的安装表面17指向负ζ方向。因此，如果如图5所示角度β减小，热虹吸热交换器1倾斜使得与安装表面17对 置的侧部19指向地面且以减小的角度β接近那里。因此，在热交换板3的上部区域中紧 邻安装表面17的液体制冷剂流入到冷凝区域的底部内。在接近0°的特定角度β，在安装 表面17不与液体制冷剂接触的部分中安装的功率电子装置的部分扩大使得功率电子装置 不再能有效地冷却。但是，对于有角度区域β的大部分，热虹吸热交换器1也良好地工作。 当然，对于在270°与360°之间的角度β同样如此，这归因于热虹吸热交换器1的对称 性。在另一方面，如果角度β增加，如图6所示，热虹吸热交换器1倾斜使得安装表面 17指向地面且以减小的角度β接近那里。因此，安装表面17总是与制冷剂接触，因为液体 制冷剂自热交换板3的对置侧19流入到冷凝区域的底部内。因此，角度β可增加至几乎 为0°。但是在0°，热虹吸热交换器1也出现故障，因为汽化的制冷剂不能上升到在相同 重力势水平的冷凝区域。当然，对于在180°与270°之间的角度β同样如此，这归因于热 虹吸热交换器1的对称性。更有问题的是热虹吸热交换器1的倾斜使得热虹吸热交换器1在由热交换板3的 平侧限定的平面内旋转，即变化的角度a。图7示出在x-y平面中α小于90°且β等于 90°的示范性倾斜且示出热虹吸热交换器1中液体制冷剂的液位18。如果α减小，液体制 冷剂从热接收区域的上部流动且甚至从充有液体制冷剂的底部延伸区域流到冷凝区域内。 因此，角度α变得越小，有效冷凝区域(S卩，并未充有液体制冷剂的顶部延伸部)减小且热 交换板3的有效热接收区域(即，填充了多端口挤压管4. 1至4. 15的热交换板3的区域) 减小。因此，冷却性能降低直到某些功率电子装置不与液体制冷剂热接触的特定角度β，且 这些功率电子装置的冷却性能显著地降低。因此，根据本发明的第一实施例的热虹吸热交 换器1可仅关于角度α在10°与90°之间或者在90°与170°之间或者在190°与350° 之间操作。图8和图9示出根据本发明的第二实施例的热虹吸热交换器20。热虹吸热交换器 20包括第一组22多端口挤压管23. 1至23. 10和第二组23多端口挤压管24. 1至24. 10。每一组21和22如本发明的第一实施例的组2设计，包括歧管、翅片、制冷剂连接部、固定装 置等。在一组21或22内的多端口挤压管23. 1至23. 10或24. 1至24. 10被排列成其纵向 轴线平行。第一组21的多端口挤压管23. 1至23. 10排列于第一平面中且其纵向轴线全都 指向第一方向25。因此，第一组21的纵向轴线27指向与多端口挤压管23. 1至23. 10的纵 向轴线相同的方向。第二组22的多端口挤压管24. 1至24. 10排列于与第一平面平行且相 邻的第二平面中且其纵向轴线全都指向第二方向26。因此，第二组22的纵向轴线28指向 与多端口挤压管24. 1至24. 10的纵向轴线相同的方向。第二方向26垂直于第一方向且平 行于第一平面和第二平面。两组21和22排列成存在交叉区域和突出超过交叉区域的四个 相等大小的延伸区域。如果延伸部是具有指向竖直方向的纵向轴线的一组的顶部，此处为 组21的上部，每个延伸区域适合于使汽化的制冷剂冷凝。两组21和22经由共同的热交换板32热连接，如图10所示。热交换板32具有从 第一侧33线性地延伸到第二侧34的多个第一孔37。热交换板32具有从第三侧35线性地 延伸到第四侧36的多个第二孔38。孔37和38的轮廓对应于多端口挤压管23. 1至23. 10 和24. 1至24. 10的轮廓。孔的数量和排列对应于组22或23的多端口挤压管23. 1至23. 10 或24. 1至24. 10的数量和其在组22或23内的排列。因此，第一孔37保持多端口挤压管 23. 1至23. 10且第二孔38保持多端口挤压管24. 1至24. 10。热交换板32的平侧是方形 白勺(quadratic)。在替代实施例中，每一组21和22具有安装于每一组21和22的相对应多端口挤压 管上的热交换板，如同安装于组2上的热交换板3。由于热交换板各安装于组21和22的中 部，热交换板都处于两组21和22的交叉区域中。热交换板具有方形平侧，使得交叉区域由 两个热交换板覆盖。热交换板由(例如)热油脂热连接。或者，热交换板焊接到彼此。还 可利用热管来进一步改进热交换板之间的热连接。图8示出在图3中所介绍的x-y-z坐标系中根据本发明的第二实施例的热虹吸热 交换器20的位置。因此，角度α和β限定关于第一组21的第一纵向轴线27相同倾斜角 度。在图示位置，第一纵向轴线27指向竖直方向且第二纵向轴线28指向水平方向。角度 α与β是90°且热虹吸热交换器20在这个位置被填充液体制冷剂直到整个热接收区域 (此处与交叉区域相同)被填充制冷剂直到液位29。因此，在这个位置，3个延伸区域被填 充液体制冷剂且仅上部延伸部是空的以适合于使汽化的制冷剂冷凝。换言之，水平排列的 组22的多端口挤压管24. 1至24. 10充有液体制冷剂，而竖直布置的组21的多端口挤压管 23. 1至23. 10仅在底部延伸区域中和交叉区域中充有液体制冷剂。在使热虹吸热交换器20在由第一方向与第二方向形成的平面内倾斜后，即，增加 或减小α，液体制冷剂从水平排列的组22自组22在旋转时升高的侧部移动到竖直排列的 组21的空冷凝区域内，这个空冷凝区域在旋转后旋离竖直位置。图9示出角度α减小，即， 顺时针旋转。在旋转后，组21对着水平方位移动且组22对着竖直方位移动使得在热虹吸 热交换器20旋转大约90°后，组22竖直排列且组21水平排列。因此，当在热交换板的平 面中旋转后，热虹吸热交换器20的冷却性能并不减弱，如本发明的第一实施例的那样。在 热接收区域内的多端口挤压管23. 1至23. 10和24. 1至24. 10总是保持充有液体制冷剂。 至少一组21或22多端口挤压管23. 1至23. 10或24. 1至24. 10或其纵向轴线相对于竖直 方向成45°或更小角度从而保证汽化的制冷剂有效流入到这组21或22的空部分内。
应当指出的是，在第二实施例中，第二组22的纵向轴线和组21的歧管的纵向轴线 都指向第二方向26。也可能第二组22的纵向轴线指向第二方向且组21的歧管的纵向轴线 指向第三方向。图3至图9仅示意性地示出本发明。举例而言，液体制冷剂的液位18或29示出 多端口挤压管23. 1至23. 10或24. 1至24. 10或4. 1至4. 15内的制冷剂液位。甚至如“热 接收区域、热交换板、冷凝区域、交叉区域或延伸部充有液体制冷剂或是空的”表述并非指 整个区域而是仅指在所述区域中的多端口挤压管23. 1至23. 10或24. 1至24. 10或4. 1至 4. 15的内部体积。热交换板3、歧管5、6和多端口挤压管的材料优选地为铝或任何铝合金，这种材料 组合了良好导热性和较小重量。排列的所有几何描述并不限于数学确切的定义，而是包括几乎对应于所描述排列 的生产和排列的不精确性。竖直方向是沿着重力或与重力相反的方向。本发明并不限于所描述的实施例。所有描述的实施例可彼此组合。优选实施例并 不限制本发明为优选实施例，替代或与其它实施例的组合也包括于保护范围内。
权利要求
一种热虹吸热交换器，具有至少一组(2；21，22)线性管道元件(4.1至4.15；23.1至23.10，24.1至24.10)和在热接收区域中安装到所述线性管道元件(4.1至4.15；23.1至23.10，24.1至24.10)上的至少一个热交换板(3；3.1，3.2；32)，所述线性管道元件(4.1至4.15；23.1至23.10，24.1至24.10)的纵向轴线沿第一方向排列，所述第一方向穿过或平行于由所述热交换板(3；3.1，3.2；32)限定的平面，且所述至少一组线性管道元件(4.1至4.15；23.1至23.10，24.1至24.10)在第一侧上和对置的第二侧上在第一方向(25)延伸超过所述热接收区域，使得在所述热接收区域的第一侧与第二侧之一上的至少一组线性管道元件(4.1至4.15；23.1至23.10，24.1至24.10)的延伸部构成冷凝区域用于使在所述热接收区域中汽化的制冷剂冷凝，条件是如果在所述热虹吸热交换器的操作状态，所述第一侧或第二侧排列成关于重力方向高于另一侧上的延伸部，且使得所述另一侧的延伸部构成液体储集器。
2.根据权利要求1所述的热虹吸热交换器，其特征在于，所述热接收区域设置于所述 线性管道元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)的第一端与所述线性管道元件 (4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)的第二端之间大约中部内。
3.根据权利要求1或2所述的热虹吸热交换器，其特征在于，所述至少一组(2；21，22) 线性管道元件(4. 1至4. 15 ;23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)包括多个线性管道元件(4. 1至 4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)，所述至少一组(2 ；21，22)线性管道元件的每个线性管 道元件的纵向轴线沿第一方向(25)排列。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热虹吸热交换器，其特征在于，所述至少一组 (2 ；21, 22)线性管道元件包括至少第一歧管(5)和第二歧管(6)，所述第一歧管(5)连接所 述线性管道元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)的第一端，所述第二歧管(6) 连接所述线性管道元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)的第二端。
5.根据权利要求4所述的热虹吸热交换器，其特征在于，每个歧管(5，6)具有可关闭的 开口(14，15)以向所述热虹吸热交换器填充所述制冷剂和/或从所述热虹吸热交换器排放 制冷剂，且所述第一歧管(5)的所述可关闭的开口(14)排列成与所述第二歧管(6)的所述 可关闭的开口(15)关于所述热虹吸热交换器的中心(C)大约成点对称。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热虹吸热交换器，其特征在于，所述热虹吸热交 换器具有用于固定所述热虹吸热交换器的固定装置(13. 1至13. 4)，且所述固定装置(13. 1 至13.4)排列成关于所述热虹吸热交换器的中点(C)大约对称。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热虹吸热交换器，其特征在于，所述线性管道元 件(4. 1 至 4. 15 ；23. 1 至 23. 10，24. 1 至 24. 10)是多端口挤压管。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的热虹吸热交换器，其特征在于，当所述线性管道 元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)的第一端在竖直方向排列于比所述线性 管道元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)的相对应的第二端更高的高度或者 所述线性管道元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)的相对应的第二端在竖直 方向排列于比所述线性管道元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10,24. 1至24. 10)的第一端更 高的高度时，所述热虹吸热交换器被填充制冷剂使得在所述热交换器区域中的所述线性管 道元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)充有制冷剂且在所述热接收区域的上 侧上的所述线性管道元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)的延伸部保持为适合于使汽化的制冷剂冷凝的空的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热虹吸热交换器，其特征在于，所述热虹吸热 交换器还包括另一组(22)线性管道元件(24. 1至24. 10)，所述另一组(22)线性管道元件 (24. 1至24. 10)的纵向轴线沿第二方向(26)排列或平行于所述平面。
10.根据权利要求9所述的热虹吸热交换器，其特征在于，所述第二方向(26)在所述第 一方向(25)的横向延伸，尤其是大约垂直于所述第一方向延伸。
11.根据权利要求9或10所述的热虹吸热交换器，其特征在于，所述另一组(22)线性 管道元件(24. 1至24. 10)热连接到所述组(21)线性管道元件与所述另一组(22)线性管 道元件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)的交叉区域中的所述热交换板上。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的热虹吸热交换器，其特征在于，所述组(2； 21,22)的线性管道元件和/或所述另一组(22)的线性管道元件中至少一组的线性管道元 件(4. 1至4. 15 ；23. 1至23. 10，24. 1至24. 10)从所述热接收区域的第一侧上的延伸部到 所述第二侧是连续的。
13.—种包括至少一个发热装置和根据权利要求1至12中任一项所述的带有至少一个 热交换板(3 ；3. 1,3. 2 ；32)的至少一个热虹吸热交换器的功率模块，所述至少一个发热装 置热连接到所述至少一个热交换板(3 ；3. 1,3. 2 ；32)上。
14.根据权利要求13所述的功率模块，其特征在于，所述至少一个发热装置包括功率 电子装置和功率电气装置中的至少一个。
全文摘要
本发明涉及一种反重力热虹吸热交换器和功率模块。根据本发明的热虹吸热交换器(1)包括一组(2；21，22)线性管道元件(4.1至4.15)和安装到管道元件(4.1至4.15)上的热接收区域中的热交换板(3)。管道元件(4.1至4.15)的纵向轴线在由热交换板(3)的平侧限定的平面中在第一方向延伸。管道元件(4.1至4.15)在第一侧和对置的第二侧上在第一方向上突出超过热接收区域，使得在热交换区域的每一侧上的管道元件(4.1至4.15)的延伸部适合于构成冷凝区域，用于使在热接收区域中汽化的制冷剂冷凝，条件是如果第一方向竖直地排列。
文档编号F28D15/02GK101922877SQ20101020847
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者B·阿戈斯蒂尼 申请人:Abb研究有限公司