流量分配器組件及帶流量分配器組件的冷卻單元的製作方法

2023-09-16 16:26:45

專利名稱：流量分配器組件及帶流量分配器組件的冷卻單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種流量分配器組件，其用於分配流體流經過至少兩個待冷卻表面。
另外，本發明涉及一種包括該流量分配器組件的冷卻單元。
背景技術：
已知通過引導流體流經過表面而提供對於該表面的冷卻。有時候，期望能夠同時弓I導流體流經過兩個待冷卻表面。 US 5，526，231披露了一種用於多個功率半導體器件的冷卻單元。通過四邊形管形成冷卻單元，其中功率半導體器件在該管的裝配區域中、以良好導熱性在外部固定到該四邊形管。四邊形管具有製冷劑入口和製冷劑出口。四邊形管包含布置在製冷劑入口之後的區域中的分層單元，該區域與裝配區域重疊。在分層單元和製冷劑出口之間的區域中，四邊形管包含多個渦流產生元件，用於使製冷劑流產生渦流。分層單元的形式可以是引入四邊形管的插入件。 EP 1 795 852披露了一種用於半導體元件的冷卻裝置。該冷卻裝置包括外殼，該外殼具有插入其內部的分配器。該分配器的第一側內形成有多個流動池(flow cell)，分配器的相反的第二側內形成有入口集液器和出口集液器。提供到入口集液器的冷卻流體分配到流動池，通過流動池引導經過待冷卻表面，並被收集在出口集液器中。流體從出口集液器離開冷卻裝置。 US 5，526，231和EP 1 795 852中所披露的冷卻單元適於引導流體流動經過僅一個待冷卻表面。

發明內容
本發明的目的是提供一種流量分配器組件和冷卻單元，其適於同時地引導流體流經過至少兩個待冷卻表面。 本發明的進一步目的是提供一種流量分配器組件，其適於同時地引導流體流經過至少兩個待冷卻表面，且該流量分配器組件易於製造。 本發明的又一目的是提供一種流量分配器組件，其適於同時地引導流體流經過至少兩個待冷卻表面，其可以採用節約成本的方式製造。 根據本發明的第一方面，通過提供一種流量分配器組件來實現上述或其它目標，該流量分配器組件用於分配流體流經過至少兩個待冷卻表面，該流量分配器組件包括
第一流量分配器，該第一流量分配器中形成有第一組流動池，且該第一流量分配器包括第一連接區域，禾口 第二流量分配器，該第二流量分配器中形成有第二組流動池，且第二流量分配器包括第二連接區域， 其中，第一連接區域和第二連接區域適於通過以下方式相互連接第一流量分配器和第二流量分配器連接以形成流量分配器組件，且組合的第一連接區域和第二連接區域限定入口集液器(inlet manifold)和出口集液器(outletmanifold)，入口集液器和出口集液器流體連接到第一組流動池和第二組流動池中的每一個。 在本文中，術語"流量分配器組件"應當理解成兩個或多個部件連接以形成一個能夠分配流體流動的單元的結構。根據本發明的流量分配器組件適於同時分配流體流經過至少兩個待冷卻表面。有利地，待冷卻表面可以是冷卻板(cold plate)或者其它需要冷卻的表面。 流體流可以是液流，氣流或者氣液混合流，這取決於特定應用。 流量分配器組件包括第一流量分配器和第二流量分配器。第一流量分配器中形成
有第一組流動池。應當注意，在本文中，術語"流動池組"應當理解成形成在流量分配器中
的一個或多個流動池。因而，第一組流動池可以是單個流動池，其布置成引導流體流經過一
個或多個待冷卻表面，或者其可以是兩個或多個流動池，通過特定圖案和方式布置，從而它
們弓I導流體流經過一個或多個待冷卻表面。 相似地，第二流量分配器中形成有第二組流動池。如上所述，其應當理解為在第二流量分配器中形成一個或多個流動池，且對於第一組流動池所做的評述同樣適用於此處。
第一組流動池和第二組流動池的流動池優選地布置成以下方式第一組流動池的流動池和第二組流動池的流動池適於引導流體流經過單獨的待冷卻表面。如果流量分配器組件適於分配流體流經過恰好兩個待冷卻表面，第一組流動池優選地布置成分配流體流經過一個表面，而第二組流動池布置成分配流體流經過另一表面。 第一流量分配器包括第一連接區域，而第二流量分配器包括第二連接區域。第一連接區域和第二連接區域適於通過以下方式相互連接第一流量分配器和第二流量分配器連接以形成流量分配器組件。因而，通過使兩個流量分配器的連接區域相互連接而形成流量分配器組件。連接區域可以採用永久的方式或者可拆卸方式相互連接。另外，當連接區域相互連接時，形成入口集液器和出口集液器。入口集液器和出口集液器均流體連接到第一組流動池和第二組流動池的每一個流動池。因而，進入入口集液器的流體被引導進入每一個流動池，通過每一個流動池，流出流動池並最終進入出口集液器，在該處其再次被收集。
優點是，由於在流量分配器的連接區域相互連接時集液器自動形成，因此入口集液器和出口集液器由連接區域限定，且不必採取另外的步驟來形成集液器。這使得流量分配器組件的製造簡易並節約成本。 由於本發明的流量分配器組件包括兩個相互連接的流量分配器，每一個都適於分配流體流經過待冷卻表面，流量分配器組件適於同時引導流體流經過至少兩個待冷卻表面。 第一流量分配器和/或第二流量分配器可以包括流體入口和/或流體出口 。流體入口優選地布置成使入口集液器與流體源相互流體連接，而流體出口優選地布置成使出口集液器和流體排出口相互流體連接。因此，流體被經由流體入口提供到流量分配器組件，並且流體經由流體出口離開流量分配器組件。 流體入口以及流體出口可以形成在流量分配器之一中，而另一流量分配器既不設置流體入口 ，也不設置流體出口 。替代地，流體入口可以形成在一個流量分配器中，而流體出口形成在另一流量分配器中。作為另一選擇，流體入口及流體出口可以形成在第一流量分配器以及第二流量分配器中。
第一流量分配器和第二流量分配器可以是相同的。根據該實施例，由於製造第一流量分配器和第二流量分配器僅需要一個製造模具，因此流量分配器組件非常易於製造且成本低廉。然而，選擇性地，流量分配器可以彼此不同，只要連接區域適於如上所述地相互連接。 第一連接區域和第二連接區域可適於滑動接合，以使連接區域相互連接。根據該實施例，有利地，連接區域可分別設置有匹配的軌道或凹槽和壁部分或突出，布置成以下方式形成在一個連接區域上的軌道或凹槽適於容納形成在另一連接區域上的壁部分或者突出。連接區域均可設置有軌道/凹槽以及壁部分/突出，布置成滑動接合另一連接區域處的對應部分。 選擇性地，連接區域可以採用其它方式連接，例如，通過使連接區域卡掣在一起。
第一組流動池的至少兩個流動池和/或第二組流動池的至少兩個流動池可在入口集液器和出口集液器之間限定平行流徑。這應當理解為，平行布置的流動池中的每一個都經由池入口直接連接到入口集液器，並經由池出口直接連接到出口集液器。因而，進入每一平行流動池的流體具有大致相同的溫度。由此，被這些流動池冷卻的表面的溫度梯度明顯減小。 選擇性地或另外地，所有流動池或者一些流動池可以串聯地布置。 流動池中的至少一個可以在入口集液器和出口集液器之間限定曲折流徑。根據該
實施例，流過流動池的流體的流向改變，可能數次。這使得流體混合，由此獲得更一致的流
體溫度。因此，離待冷卻表面最近的流體溫度降低，且流體的冷卻能力可以最大程度地利用。 流量分配器組件可以適於連接到另一大致相同的流量分配器組件。例如可以通過兩個流量分配器組件的流量分配器的流體入口和流體出口提供該連接。在此情況下，從流量分配器組件的集液器串聯連接的意義上說，流量分配器組件將正常地串聯連接。由此，可以形成延長的入口集液器和延長的出口集液器。應當注意，流量分配器組件的流動池仍可在上述集液器之間並聯或串聯地連接。 流量分配器組件可進一步包括沿第一流量分配器和第二流量分配器遠離彼此的方向推第一流量分配器和第二流量分配器的裝置。在優選實施例中，流量分配器的形式是一種板，其在一側上形成有流動池，並且在相對側上形成有入口集液器和出口集液器的部分以及連接區域。當兩個流動分配器的連接區域相互連接時，形成有集液器部分的一側彼此相對，並由此形成集液器。因此，流動池朝向相反。 待冷卻表面布置成以下方式它們與流動池接觸，即兩個大致相對的表面可以分別由第一組流動池和第二組流動池冷卻。因此，當第一流量分配器和第二流量分配器沿遠離彼此的方向被推動時，流動池被推向待冷卻表面。由此，流量分配器可以補償待冷卻表面的不均勻度，例如由於表面彎曲或者由於表面中的結構所引起的。因此，確保流動池和待冷卻表面之間的緊密接觸。 用於沿第一流量分配器和第二流量分配器彼此遠離的方向推第一流量分配器和第二流量分配器的裝置可包括一組彈性指狀部，該彈性指狀部布置在一個或兩個流量分配器上、在形成連接區域及集液器部的一側上。 根據本發明的第二方面，通過以下實現以上及其它目標提供一種冷卻單元，其包括限定內腔的外殼，和根據本發明第一方面的流量分配器組件，該流量分配器組件插入外殼的內腔。 應當注意到，本領域技術人員會容易認識到結合本發明第一方面所述的任意特徵
也可與本發明的第二方面相結合，反之亦可。 待冷卻表面優選地是外殼的壁。 第一流量分配器和第二流量分配器都可包括端蓋，該端蓋適於鄰接外殼的開口 ，流量分配器通過該開口插入外殼的內腔。根據該實施例，當流量分配器插入外殼的內腔時，外殼自動封閉。選擇性地，冷卻單元可以設置有單獨的端蓋。 流量分配器的端蓋可以設置有密封裝置，用於提供端蓋和外殼之間的密封。根據該實施例，當流量分配器插入外殼的內腔時，外殼以實質流體密封的方式自動地封閉。
每一個端蓋都可設置有流體入口和流體出口 ，該流體入口建立流體源和入口集液器之間的流體連接，而該流體出口建立出口集液器和流體排出口 (fluid drain)之間的流體連接。流量分配器可以製成有盲流體入口 (blindedfluid inlet)和盲流體出口 (blindedfluid outlet)。在期望特殊流量分配器設置有流體入口和/或流體出口的情況下，相關入口和/或出口被簡單地打開，例如通過鏜穿相關入口 /出口。 第一流量分配器和第二流量分配器可以通過大致相對彼此布置的外殼中的開口插入外殼的內腔中。根據該實施例，外殼優選地形成管狀結構，且流量分配器從管的相對端部分、優選地以滑動方式插入。流量分配器的連接區域優選地適於如上所述滑動地接合。
外殼可限定至少兩個待冷卻表面，且第一組流動池的流動池可布置成分配流體流經過第一待冷卻表面，而第二組流動池的流動池可布置成分配流體流經過第二待冷卻表面。第一待冷卻表面和第二待冷卻表面可以布置成彼此大致相對。
外殼可以是擠壓冷卻板(cold plate)。


現在參照附圖進一步詳細地描述本發明 圖1顯示了根據本發明實施例的流量分配器組件的流量分配器的立體圖； 圖2顯示了從相反角度觀察的圖1的流量分配器的立體圖； 圖3顯示了圖1和2中所示種類的兩個流量分配器的立體圖，其處於相互聯接以形成流量分配器組件； 圖4顯示了根據本發明第一方面、用於冷卻單元的外殼的立體圖； 圖5顯示了包括裝配的圖4的外殼和圖1-3的流量分配器的冷卻單元的立體圖； 圖6顯示了部分剖開的圖5的冷卻單元； 圖7顯示了圖5和6中所示種類的兩個冷卻單元； 圖8顯示了圖5和6的冷卻單元的部分截面圖； 圖9顯示了根據本發明第二實施例的冷卻單元的部分截面圖；禾口 圖10顯示了根據本發明第三實施例的冷卻單元的截面圖。
具體實施例方式圖1是根據本發明實施例的流量分配器1的立體圖。流量分配器1包括大致平面
7的板部分2，該板部分2的第一側中形成有多個流動池(flow cell)3。端蓋4布置在大致平面的板部分2的端部。流體入口 5和流體出口 6設置在端蓋4上。端蓋4還設置有0形圈7，該0形圈7適於提供相對於外殼的密封，該外殼中插入有流量分配器。以下進一步描述其。 圖2是圖1的流量分配器1的立體圖。在圖2中，以相反角度顯示流量分配器1，顯示了大致平面的板部分2的相反側。大致平面的部分2的該側設置有三個縱向壁8。每一個縱向壁8都包括單壁部8a和雙壁部8b。在單壁部8a中，縱向壁8由單一實心壁形成。在雙壁部8b中，縱向壁8分成兩個部分，該兩個部分之間形成凹槽。該凹槽的大小和形狀允許其容納另一相同流量分配器1的單壁部8a。 因而，通過以下方式使兩個相同的流量分配器1聯接以形成流量分配器組件將一個流量分配器1的單壁部8a容納在另一流量分配器1的雙壁部8b的凹槽中，從而使縱向壁8滑入彼此，反之亦可。由此形成兩個單獨的腔，其被中間的縱向壁8隔開。這兩個腔分別形成入口集液器9和出口集液器10。因此，縱向壁8形成連接區域，且當兩個相同的流量分配器1的連接區域相互聯接時，自動地形成入口集液器9和出口集液器10。
入口集液器9流體連接到流體入口 5，且出口集液器10流體連接到流體出口 6。
入口集液器9經由池入口 (cell inlet) 11進一步流體連接到每一個流動池3，且出口集液器10經由池出口 (未顯示)流體連接到每一個流動池3。經由流體入口 5進入入口集液器9的流體被經由池入口 11提供到每一個流動池3，被沿流動池3引導，並經由池出口進一步到出口集液器10。流體經由流體出口 6從出口集液器10離開系統。其將在以下進一步描述。 大致平面的板部分2進一步設置有八個指狀部12。當流量分配器1如上所述地連接到另一流量分配器1時，指狀部12將沿使流量分配器1遠離彼此的方向對流量分配器1施力，由此朝對應待冷卻表面推動流動池3。 圖3是流量分配器組件13的立體圖，其包括圖1和2所示種類的兩個流量分配器1。流量分配器l布置成它們的集液器側面對彼此。流量分配器l以滑動方式連接，從而允許一個流動分配器1的縱向壁8的單壁部8a容納在另一流量分配器1的縱向壁8的雙壁部8b的凹槽中。在圖3中，下流量分配器1的單壁部8a布置成靠近上流量分配器1的雙壁部8b，且使流量分配器1以滑動方式更靠近彼此將使得單壁部8a容納在雙壁部8b的凹槽中，由此形成如上所述的入口集流器9和出口集流器10。 圖4是根據本發明第一實施例的用於冷卻單元的外殼14。外殼14的形式是限定兩待冷卻表面15的機加工冷卻板。外殼14由擠壓工藝初始成形，並隨後進行機加工而獲得表面15的正確平面度。兩個開口 16(其中一個可見)設置在外殼14的相反端部。圖1-3中所示種類的流量分配器l可以經由開口 16插入外殼14內部，並如圖3所示裝配。由此兩個流量分配器1的流動池3布置成靠近待冷卻表面15。 圖5是根據本發明第一實施例的冷卻單元17的立體圖。冷卻單元17包括圖4中所示種類的外殼14，和圖1-3中所示種類的兩個流量分配器1。兩個流量分配器1處於正經由開口 16插入外殼14內部的過程。因而，流量分配器1正如圖3中所示地裝配。當流量分配器1的端蓋4鄰接外殼14時，0形圈7提供端蓋4和外殼14之間的密封。
圖6顯示了裝配狀態下的圖5的冷卻單元17。冷卻單元17的一部分被剖開，從而
8展示冷卻單元17的內部。冷卻單元17包括剖除部分的截面被放大以顯示細節。從圖6可 清楚看出，流量分配器1已如上所述地裝配，即一個流量分配器1的單壁部8a被容納在另 一流量分配器1的雙壁部8b的凹槽中。也可以看出，流動池3布置成靠近待冷卻表面15， 以及指狀部12正沿使流量分配器1彼此遠離的方向對流量分配器1施力，由此推動流動池 3與待冷卻表面15牢固鄰接。0形圈7提供端蓋4和外殼14之間的密封。
圖7是圖5和6中所示種類的兩個冷卻單元17的立體圖。圖7圖示說明了 通 過使冷卻單元17的流體入口 5和流體出口 6彼此連接，可以使該兩個冷卻單元17流體連 接。未連接到另一入口 /出口或流體源或流體排出口的入口 /出口柱螺栓(stud)可以塞 住。在圖7所示系統中，流體經由流體入口 5a被提供到系統，進入冷卻單元17a的入口集 液器。通過由兩個冷卻單元17a、17b的連接柱螺栓形成的流體入口 5b，一些流體被進一步 引導到冷卻單元17b的入口集液器。流體從入口集液器穿過兩個冷卻單元17a、17b的流動 池，進入對應的出口集液器。通過由兩個冷卻單元17a、17b的連接柱螺栓形成的流體出口 6a，流體被從冷卻單元17a的出口集液器引導到冷卻單元17b的出口集液器。最後，流體經 由流體出口 6b流出系統。因而，在圖7所示的系統中，兩個冷卻單元17a、17b的入口集液 器流體連接以形成一個大的入口集液器，且兩個冷卻單元17a、17b的出口集液器流體連接 以形成一個大的出口集液器。 圖8是圖5和6中所示種類的冷卻單元17的一部分的截面圖。圖8圖示說明了 外殼14內的流動分配器la、lb的彼此相關位置。也可以看出，0形圈7提供端蓋4和外殼 14之間的密封。可以看出，端蓋4形成流量分配器la的一部分。 圖9是根據本發明第二實施例的冷卻單元17的一部分的橫截面。根據該實施例， 端蓋4是單獨部件，S卩，其並不形成流量分配器1中一個的一部分。為了提供端蓋4和外殼 14之間充分的密封，添加另外的0形圈7。 圖10是根據本發明第三實施例的冷卻單元17的橫截面。根據該實施例，外殼14 包括四個待冷卻表面15。每個流量分配器la、lb布置成分配流體流經過由流動池3冷卻的 兩個表面15。
權利要求
一種用於分配流體流經過至少兩個待冷卻表面(15)的流量分配器組件(13)，所述流量分配器組件(13)包括第一流量分配器(1a)，所述第一流量分配器(1a)中形成有第一組流動池(3)，所述第一流量分配器(1a)包括第一連接區域，和第二流量分配器(1b)，所述第二流量分配器(1b)中形成有第二組流動池(3)，所述第二流量分配器(1b)包括第二連接區域，其中，所述第一連接區域和所述第二連接區域適於通過以下方式相互連接所述第一流量分配器(1a)和所述第二流量分配器(1b)連接以形成所述流量分配器組件(13)，且組合的所述第一連接區域和所述第二連接區域限定入口集液器(9)和出口集液器(10)，所述入口集液器(9)和所述出口集液器(10)流體連接到所述第一組流動池(3)和所述第二組流動池(3)中的每一個流動池(3)。
2. 根據權利要求1所述的流量分配器組件(13)，其中，所述第一流量分配器(la)和/ 或所述第二流量分配器(lb)包括流體入口 (5)和/或流體出口 (6)。
3. 根據權利要求1或2所述的流量分配器組件(13)，其中，所述第一流量分配器(la) 和所述第二流量分配器(lb)是相同的。
4. 根據前述權利要求中任意一項所述的流量分配器組件(13)，其中，所述第一連接區 域和所述第二連接區域適於滑動接合以使所述連接區域互相連接。
5. 根據前述權利要求中任意一項所述的流量分配器組件(13)，其中，所述第一組流動 池(3)的至少兩個流動池(3)和/或所述第二組流動池(3)的至少兩個流動池(3)限定在 所述入口集液器(9)和所述出口集液器(10)之間的平行流徑。
6. 根據前述權利要求中任意一項所述的流量分配器組件(13)，其中，所述流動池(3) 中的至少一個限定所述入口集液器(9)和所述出口集液器(10)之間的曲折流徑。
7. 根據前述權利要求中任意一項所述的流量分配器組件(13)，其中，所述流量分配器 組件(13)適於連接到至少另一個大致相同的流量分配器組件(13)。
8. 根據前述權利要求中任意一項所述的流量分配器組件(13)，進一步包括用於沿著 使所述第一流量分配器(la)和所述第二流量分配器(lb)遠離彼此的方向對所述第一流量 分配器(la)和所述第二流量分配器(lb)施力的裝置(12)。
9. 一種冷卻單元(17)，所述冷卻單元(17)包括限定內腔的外殼(14)和根據前述權 利要求中任意一項所述的流量分配器組件(13)，所述流量分配器組件(13)插入所述外殼 (14)的內腔中。
10. 根據權利要求9所述的冷卻單元(17)，其中，所述第一流量分配器(la)和所述第 二流量分配器(lb)每一個都包括端蓋(4)，所述端蓋(4)適於鄰接所述外殼(14)的開口 (16)，所述流量分配器(1)通過所述開口 (16)插入所述外殼(14)的內腔中。
11. 根據權利要求IO所述的冷卻單元(17)，其中，所述流量分配器(1)的端蓋(4)設 置有密封裝置(7)，所述密封裝置(7)用於提供所述端蓋(4)和所述外殼(14)之間的密封。
12. 根據權利要求10或11所述的冷卻單元(17)，其中，所述端蓋(4)中的每一個都設 置有流體入口 (5)和流體出口 (6)，所述流體入口 (5)建立流體源與所述入口集液器(9)之 間的流體連接，而所述流體出口 (6)建立所述出口集液器(10)和流體排出口之間的流體連 接。
13. 根據權利要求9-12中的任意一項所述的冷卻單元(17)，其中，所述第一流量分配 器(la)和所述第二流量分配器(lb)通過所述外殼(14)中的開口 (16)插入在所述外殼 (14)的內腔中，其中所述開口 (16)布置成彼此大致相對。
14. 根據權利要求9-13中的任意一項所述的冷卻單元(17)，其中，所述外殼(14)限定 至少兩個待冷卻表面(15)，並且其中所述第一組流動池(3)的流動池(3)布置成分配流體 流經過至少第一待冷卻表面(15)，而所述第二組流動池(3)的流動池(3)布置成分配流體 流經過至少第二待冷卻表面(15)。
15. 根據權利要求14所述的冷卻單元(17)，其中，所述第一待冷卻表面(15)和所述第 二待冷卻表面(15)布置成彼此大致相對。
16. 根據權利要求9-15中任意一項所述的冷卻單元(17)，其中，所述外殼(14)是擠壓 冷卻板。
全文摘要
本發明涉及流量分配器組件及帶流量分配器組件的冷卻單元。用於分配流體流經過至少兩個待冷卻表面的流量分配器組件包括第一流量分配器(1a)和第二流量分配器(1b)。每一流量分配器中形成有一組流動池(3)，並包括連接區域。第一和第二連接區域適於通過以下方式相互連接第一和第二流量分配器連接以形成流量分配器組件(13)，且組合的第一和第二連接區域限定入口集液器(9)和出口集液器(10)，入口集液器和出口集液器流體連接到第一組流動池和第二組流動池中的每一個。冷卻單元(17)包括外殼(14)和布置在外殼內部的流量分配器組件(13)。該流量分配器組件易於製造且成本低廉。
文檔編號H01L23/46GK101713618SQ200910179158
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月29日 優先權日2008年10月3日
發明者勒內·倫多夫 申請人:丹佛斯傳動有限公司