利用液體冷卻的冷卻散熱器的製造方法

2023-07-13 01:29:06

利用液體冷卻的冷卻散熱器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及冷卻散熱器(1)，包括上收集器(2)和下收集器(3)以及包含冷卻元件的至少一個子模塊(4)，冷卻元件通過相應的單獨分配管(5)與上收集器(2)或下收集器(3)相連接，其中，子模塊(4)具有管道(6)，其在其外側處相應設有肋條(7)，其特徵在於，子模塊(4)垂直於並且橫向於收集器(2,3)的縱向方向來布置，並且子模塊(4)的管道(6)彼此平行地布置成帶有間距(22)以用於空氣通行。
【專利說明】利用液體冷卻的冷卻散熱器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及冷卻散熱器，尤其涉及變壓器一有源器件（Aktivteil)的容器 (Kessel)的冷卻散熱器，其中，冷卻散熱器構造成帶有由在有源器件處加熱的冷卻液體通 過重力從上通過收集管或分配管（所謂的收集器）向下朝下部分配器或下部收集器（所謂 的下收集器）流經的冷卻元件，其中，冷卻的液體通過下部分配器返回地到達到變壓器中， 並且其中，至少一個冷卻散熱器布置成與變壓器或其容器分離或直接布置在變壓器或其容 器處。
[0002] 這種類型的冷卻散熱器除了上收集器和下收集器之外包括冷卻元件的至少一個 子模塊，冷卻元件通過相應的單獨分配管（Einzelverteilerrohr)與上收集器或下收集器 相連接，其中，子模塊具有管道，管道在其外側處相應設有肋條。

【背景技術】
[0003] 變壓器或其他的電器的冷卻元件包括通常由作為冷卻液體的油流經的平的冷卻 元件，或者包括波紋板，如已通過文件DE 10 2009 015 377 A已知的那樣。由多個這樣組成 的或彼此/相繼排列的冷卻元件構成的冷卻散熱器實施為焊接結構。為了提高使用壽命， 其通過昂貴的浸沒進行塗漆或熱鍍鋅。
[0004] 與此相對，應在同時不透氣或不透油地連接冷卻元件與收集器時簡化製造，且應 尤其改善熱傳導或傳傳遞。


【發明內容】

[0005] 因此，本發明的目的在於應提供一種冷卻散熱器，其一方面具有簡單的構造，且另 一方面在冷卻散熱器的相同的外形尺寸的情況下總地保證提高的熱傳導。在根據本發明的 意義中，該目的利用包括權利要求1的特徵的冷卻散熱器來實現。在從屬權利要求中說明 了本發明的有利的設計方案。
[0006] 在根據本發明的意義中，子模塊垂直且橫向於收集器的縱向方向來布置，其中，子 模塊的管道彼此平行地布置成帶有間距以用於空氣通行。由此提供了一種這樣的冷卻散熱 器，其由多個彼此成排或相繼緊接地且相互帶有氣隙地接合在上收集管和下部收集器的穿 孔中、總地且在相應的冷卻元件處允許通過冷卻散熱器的特別好的空氣通行。
[0007] 因此，冷卻散熱器的所有的冷卻元件優選平等地有助於從流過冷卻散熱器的冷卻 介質（優選油）到流經冷卻散熱器的環境空氣中的熱傳導。結果，在帶有直至540_(優選 直至520mm)的寬度和直至2m(優選直至1.80m)的高度的冷卻散熱器中引起直至38. OOkW/ h (優選直至39. 80kW/h)的特別高的能量耗散。帶有0.5m直至3. 60m的高度的冷卻散熱器 是優選的。在不僅上收集器而且下收集器以及相應的子模塊的管道的最優的截面的情況下 可實現直至2700kg/h(優選直至2800kg/h)的通過冷卻散熱器的油的流量。
[0008] 如通過試驗已經證實那樣，如果保持冷卻散熱器的元件的最優的截面，則從上向 下以最好的冷卻效果流經管道的液體（尤其油）經受最小的阻力。因為僅出現儘可能最小 的阻力，所以系統可以自由的對流來工作；泵不是必需的。
[0009] 因此，冷卻散熱器作為緊湊的完整單元存在，其包括彼此布置成有間距的、通過單 獨分配管連接到收集器處的所希望地多個子模塊。完整的冷卻散熱器或其子模塊不僅可在 橫向方向上而且可在縱向方向上由環境空氣（如有可能由風扇/鼓風機支持地）充分環 流。冷卻或熱移除/熱傳導由此保持得非常高效。
[0010] 一種優選的提議設置成管道和收集器（優選上收集器和下收集器）、以及同樣單 獨分配管包含通過擠壓加工的原料或材料，例如尤其鋁或鋁合金、鎂或者類似的適合於擠 壓的輕金屬。這種原料一方面具有良好的熱傳導性能，且另一方面由於形成的氧化層是抗 腐蝕的，從而可取消塗漆或類似的塗層或表面處理，且可此外進行簡單地製造，即優選地擠 壓成帶有所希望的任意的幾何尺寸。
[0011]用於連接冷卻散熱器的單獨的構件所需要的穿孔優選通過銑削或雷射加工來精 確地製造，從而使得用於微接合的精確的接合部位可通過優選雷射焊接在帶有不透氣或不 透油的密封的連接的情況下來實現。
[0012] 如果每個模塊包括直至12個（優選直至10個）管道，這是優選的。由此提供了 一種這樣的冷卻散熱器，其有效表面可在帶有特別簡單的器件的情況下和如有可能可由環 境空氣完全環流地匹配於由冷卻散熱器所要求的特性。
[0013] 就此而言，如果相應的子模塊的管道具有弄平的（優選矩形的）截面，尤其具有帶 有倒圓的角的矩形截面，這同樣是優選的。如果這種管道具有至少一個內部接片（優選兩 個內部接片），這是特別優選的。在此，管道的寬度優選為直至130_，優選為直至120_。 如果每個子模塊的管道彼此間的間距為直至30mm，優選為直至27mm，這是尤其優選的。由 此提供了一種這樣的冷卻散熱器，其一方面實現冷卻介質（例如油）通過每個子模塊的管 道的足夠的流量，且另一方面提供了帶有足夠的形狀穩定性的管道。最後通過選擇在管道 之間的優選的間距總地引起通過冷卻散熱器的最優的空氣通行，由此可優化冷卻功率。
[0014] 此外，如果在管道的外側處設置的肋條為縱向肋條，其優選在管道的整個長度上 (因此基本上在冷卻散熱器的整個長度上）總地延伸，這是優選的。如果每個管道設置有直 至15個（格外優選地直至12個）縱向肋條，這是尤其優選的。就此而言，如果縱向肋條具 有直至15mm(優選直至12mm)的高度，因此具有從管道的外側向外的延伸部，這是尤其優選 的。縱向肋條彼此間的間距應為直至25mm，優選直至20mm，以便因此不僅保證用於帶有大 的熱輻射的冷卻散熱器的有效表面，而且同時優化從冷卻介質到環流和流經冷卻散熱器的 環境空氣中的熱的傳導。
[0015] 在本發明的另一實施方式中，如果直至10個（優選直至8個）子模塊設置在冷卻 散熱器中，這是優選的。因此，相應通過上部的和下部的單獨分配管彼此連接的子模塊在冷 卻散熱器的同時緊湊的結構型式的情況下提供了特別大的作用面。
[0016] 就此而言，如果至少一個上收集器（優選還有下收集器）具有矩形截面，優選帶有 20X80mm的截面面積的尺寸，這同樣是優選的。此外，如果至少上收集器（優選不僅上收集 器而且下收集器）布置在單獨分配管的端部處，且因此未阻礙尤其從下向上沿著子模塊順 著流動通過冷卻散熱器的空氣流時，這是格外優選的。僅僅通過上收集器與單獨分配管的 中心分離地、朝單獨分配管的端部的布置可可證實地實現38%地改善至冷卻散熱器的空氣 進入和從冷卻散熱器的空氣離開。
[0017] 一種優選的實施方案設置了冷卻散熱器的需預製的結構型式，在其中上收集器和 下收集器布置在縱向延伸部中，並且在其長度上來看成間距地彼此相繼而置地具有任意數 量的穿孔，在作為冷卻元件的橢圓形的管道中具有相應地形狀配合的、橫向於縱向延伸部 設置的縱向孔。冷卻元件在與上收集器和下收集器相連接的單獨分配管的穿孔中接合成子 模塊，單獨分配管同樣有利地如收集器一樣具有矩形或正方形形式。包括上部的和下部的 單獨分配器與接合的冷卻元件的子模塊利用其單獨分配管橫向於收集器伸延地且利用收 集器的穿孔中的一個以與收集器的穿孔處於流連接的方式不透油地與收集器相連接，優選 地雷射焊接，亦即使得收集器橋接橫向於此布置的子模塊，或者居中地或優選地朝側部並 且偏置到單獨分配管的端部上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 接下來參考八幅附圖進一步闡述本發明，在附圖中示出了本發明的優選的實施方 式。其中： 圖1顯示了根據本發明的冷卻散熱器的前視圖， 圖2顯示了圖1的冷卻散熱器的正視圖， 圖3顯示了圖1和2的從上面看冷卻散熱器的視圖， 圖4顯示了用於根據本發明的冷卻散熱器的單獨分配管， 圖5顯示了根據本發明的冷卻散熱器的收集器的區段， 圖6以第一實施方式顯示了通過子模塊的管道的截面， 圖7以第二實施方式顯示了通過子模塊的管道的截面，以及 圖8在從上向下的視圖中顯示了根據本發明的冷卻散熱器的透視性的圖示。

【具體實施方式】
[0019] 圖1顯示了完整地預製的、準備用於在變壓器處進行安裝或改建的冷卻散熱器1 的前視圖。冷卻散熱器1包括上收集管2和下收集管3,其可通過相應的凸緣2a、3a與（未 示出的）變壓器相連接，以便可與變壓器一起構造封閉的油循環部。在上收集器2與下收 集器3之間聯接有多個子模塊4,其相應垂直且橫向於收集管2、3的縱向取向延伸到圖紙平 面中。為子模塊4又關聯有單獨分配管5,其不透液體地與收集管2、3和子模塊4的管道相 連接，以便由此保證冷卻介質（例如油）通過整個冷卻散熱器1的通行。最後使探測器20、 21與上收集器2或下收集器3相連接，以便不僅記錄冷卻介質通過冷卻散熱器1的通行量 而且記錄進入溫度或離開溫度。
[0020] 圖2在從右邊來看的側視圖中顯示了圖1的冷卻散熱器1，並且因此提供了可識別 出的前部的或第一子模塊4。多個依次地彼此布置成帶有空隙的子模塊4以聯接到上收集 器2和下收集器3的方式形成圖1的冷卻散熱器（1)。由圖1和2的概觀可得悉冷卻散熱 器1和其子模塊4或在該實施例中實施為橢圓形的管道6的元件（參見圖6)可完全由環 境空氣環流。因此，在圖1的上部的箭頭的方向上從消耗器流入的加熱的冷卻液體（油） 在其路徑上向下被特別高效地冷卻。在此處，冷卻液體在下部的箭頭的方向上返回地到達 消耗器（容器；變壓器的有源器件）。冷卻散熱器1可通過收集器2、3的凸緣2a、3a如有 可能在中間連接管道管路的情況下聯接在消耗器處。
[0021] 圖3在從上面看的視圖中顯示了圖1和2的冷卻散熱器。帶有接合到單獨分配管 5中的冷卻兀件的子模塊4橫向且垂直於上收集器2來布置，並且由收集器2處在子模塊4 的中心中來橋接。子模塊4在此相應包括通過共同的單獨分配管5連接的、帶有基本上矩 形截面的五個管道6。在管道6之間又設置有間距22以用於冷卻空氣通過相應的子模塊 4。
[0022] 圖4從單獨分配管5的具有穿孔23的側部來看作為單獨單元顯示了單獨分配管 5。 通過穿孔23實現單獨分配管5與（未示出的）用於冷卻介質的通行的管道的不透液體 和不透氣的連接。
[0023] 圖5從收集器2的具有穿孔24的側部來看作為單獨單元顯示了收集器2。通過穿 孔24實現上收集器2與（未示出的）單獨分配管5的連接和不透氣或不透液體的焊接。
[0024] 圖6顯示了通過帶有基本上矩形截面和倒圓的角的管道6的截面。在管道6的外 側處（但至少在管道6的縱向側處）布置有彼此等距地布置的縱向肋條7,通過其明顯提高 管道6的作用面，因此明顯提高管道6與環流管道6的環境空氣的接觸表面。此外，為了穩 定管道6,在管道6中設置有內部接片8。
[0025] 圖7顯示了作為根據本發明的冷卻散熱器的子模塊的部件的根據本發明的管道6 的第二設計方案。管道6又具有基本上矩形的、帶有倒圓的角的截面，其中，在管道6的每 個縱向側處以彼此相同的間距布置有冷卻肋條7。肋條7的高度（因此其從管道6的外側 向外的延伸部）同樣在管道6的整個外圍上是相同的，以便由此提供在管道6上保持不變 的熱傳導條件。為了穩定管道6以及為了將其截面分成三個基本上相同大小的腔室，設置 有內部接片8a、8b，其在管道6的整個長度上延伸。
[0026] 最後，圖8在從上向下的視圖中顯示了根據本發明的冷卻散熱器1的透視性的總 視圖。冷卻散熱器1具有上收集管2以及下收集管3,與其連接有八個單獨分配管5。單獨 分配管5又與七個管道6相連接，縱向肋條7在管道6的整個長度上延伸。為了保證冷卻 空氣基本上無阻礙地通過冷卻散熱器1的空氣通行，不僅上收集器2而且下收集器3從居 中地布置在單獨分配管5處（參見圖3)偏置地布置到單獨分配管5的端部區域上。
[0027] 參考標號列表 1冷卻散熱器 2上收集器 2a凸緣 3下收集器 3a凸緣 4子模塊 5單獨分配管 6管道 7縱向肋條 8內部接片 20探測器 21探測器 22在管道之間的間距 23在單獨分配管中的穿孔 24在收集器中的穿孔。
【權利要求】
1. 一種冷卻散熱器（1)，包括上收集器（2)和下收集器（3)以及包含冷卻元件的至少 一個子模塊（4)，該冷卻元件通過相應的單獨分配管（5)與所述上收集器（2)或下收集器 ⑶相連接，其中，所述子模塊⑷具有管道（6)，該管道（6)在其外側處相應設有肋條（7)， 其特徵在於，所述子模塊（4)垂直並且橫向於所述收集器（2, 3)的縱向方向來布置，並且所 述子模塊（4)的管道（6)彼此平行地布置成帶有間距（22)以用於空氣通行。
2. 根據權利要求1所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，至少所述子模塊（4)的管道 (6)包含錯或錯合金。
3. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，每個子模塊（4)包 括直至12個管道￠)，優選包括直至10個管道（6)。
4. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，所述子模塊（4)的 管道（6)具有弄平的、優選矩形的截面，尤其帶有倒圓的角。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，所述管道（6)具有 至少一個內部接片（8)，優選具有兩個內部接片（8)。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，所述管道（6)的寬 度為直至130mm，優選為120mm。
7. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，每個子模塊（4)的 管道（6)的間距為直至30mm，優選為直至27mm。
8. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，所述管道（6)具有 縱向肋條（7)，優選具有直至15個縱向肋條（7)，特別優選地具有直至12個縱向肋條（7)。
9. 根據權利要求8所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，所述縱向肋條（7)具有直至 15mm的高度，優選具有直至12mm的高度。
10. 根據前述權利要求8或9中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，所述縱向 肋條（7)彼此的間距為直至25mm，優選為直至20mm。
11. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，在所述冷卻散熱 器（1)中設置有直至10個子模塊（4)，優選設置有直至8個子模塊（4)。
12. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，所述冷卻散熱器 (1)的寬度為直至540mm，優選為直至520mm。
13. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，所述冷卻散熱器 (1)的高度為〇· 5m直至3. 60m，優選為直至2. 00m。
14. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，通過所述冷卻散 熱器（1)的油的流量為直至2700kg/h，優選為直至2800kg/h。
15. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，通過所述冷卻散 熱器（1)的能量耗散為直至38.00kW/h，優選為直至39.80kW/h。
16. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，至少所述上收集 器⑵具有矩形截面，優選帶有20 X 80mm的尺寸。
17. 根據前述權利要求中任一項所述的冷卻散熱器（1)，其特徵在於，至少所述上收集 器（2)，優選地不僅所述上收集器（2)而且所述下收集器（3)布置在所述單獨分配管（5)的 端部處。
【文檔編號】H01F27/08GK104145316SQ201280063820
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月23日
【發明者】O.K.格羅斯 申請人:施梅曼管成型技術有限責任公司