CN103137580A

CN103137580A - 热交换装置

Info

Publication number: CN103137580A
Application number: CN2012104956161A
Authority: CN
Inventors: 平田修一; 富田芳树; 中岛优
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-06-05
Also published as: JP2013115204A; US20130133854A1

Abstract

本发明涉及一种热交换装置，其包括：主体（7），其包括顶板（8）和底板（6），顶板（8）叠置在底板（6）之上以在顶板和底板之间限定热载体通道（4）；支架（10），其被固定至顶板（8）的外表面；轴构件（12），其被固定至支架（10）；温度传感器支撑板（16），其包括被轴构件（12）穿过的贯通部（16a）；温度传感器（18），其被固定至温度传感器支撑板（16）；以及挤压构件（14），其被设置在穿过温度传感器支撑板（16）的轴构件（12）的远端处，并且将温度传感器支撑板（16）向下挤压到支架（10）上。穿过温度传感器支撑板（16）的轴构件（12）被设置在经顶板（8）面对热载体通道（4）的位置处。

Description

热交换装置

技术领域

已知热交换装置被设计成冷却例如在运行时产生热能的半导体装置。热交换装置在热交换器主体的外表面上安装有半导体装置，并且液体冷却剂流经该热交换器主体，因此用液体冷却剂冷却该半导体装置。本说明书公开了一种装置，该装置在流经热交换器主体的热载体与被设置在该热交换器主体的外侧上的装置之间进行热交换。该热载体并不限于液体，并且可以是气态介质或在气体和液体之间的中间介质。更具体地，本发明的热交换装置可以是用于冷却设备的热交换装置或用于加热设备的热交换装置。

背景技术

热交换装置通常需要对热载体温度的精确检测。具体地，在通过在半导体装置与液体冷却剂之间的热交换来冷却用于调节被供应至车辆安装的牵引马达的电功率的半导体装置的情形中，精确地检测液体冷却剂的温度是极其有必要的。此外，在液体冷却剂的温度波动的情形中，即时地检测温度变化是极其有必要的。

然而，难以将用于检测热载体温度的温度传感器设置在热交换器主体内。温度传感器通常被设置在热交换器主体的外侧上。在温度传感器被设置在热交换器主体的外侧上的情形中，各种因素影响温度传感器的输出。在精确观察中，热载体的温度、热交换器主体的壁的温度、以及与热载体进行热交换的装置的温度彼此不同。在消除与热载体进行热交换的装置的温度的影响的同时，使用设置在热交换器主体的外侧上的温度传感器来检测热载体温度必须进行各种考虑。

图3和图4示出在日本专利申请No.2010-268115（JP 2010-268115）的说明书和附图中所公开的热交换装置的温度传感器的周围结构。然而，该专利申请尚未被特开（注意：虽然在提交本发明的申请的日期2011年11月28日该专利申请未被特开，但是该专利申请在2012年6月21日之后作为日本专利申请公开No.2012-119501（JP2012-119501A）被特开）。该热交换装置包括热交换器主体7，在该热交换主体7中，顶板8叠置在底板6上，以在顶板8与底板6之间限定热载体通道4。通过以下方式将温度传感器18固定至热交换器主体7。底板6和顶板8在叠置的位置处形成有通孔6a、8a，所述通孔6a、8a允许螺栓12穿过通孔6a、8a。螺栓12被挤压***到通孔6a中并且被固定在该通孔6a中。螺栓12的杆部穿过顶板8的通孔8a。温度传感器18被固定至温度传感器支撑板16。温度传感器支撑板16形成有通孔16a以允许螺栓12的杆部穿过。将螺栓12的杆部***通过温度传感器支撑板16的通孔16a，并且将螺母14旋紧在螺栓12的末端上，因而温度传感器支撑板16被夹紧并且被固定在螺母14和顶板8之间。温度传感器18被固定在经顶板8面对热载体通道4的位置处。

在日本专利申请公开No.2002-305010（JP 2002-305010A）中也公开了安装有温度传感器的热交换装置。JP 2002-305010A的热交换装置采用逻辑板，该逻辑板具有嵌入在该板中的温度传感器。

图3和图4中所示的温度传感器固定技术在没有反应延迟地检测热载体的温度的方面具有问题。图3示出被固定在经顶板8面对热载体通道4的位置处的温度传感器18。然而，温度传感器18没有与顶板8紧密接触。更确切地，温度传感器支撑板16的覆盖温度传感器18的底面的区域不与顶板8紧密接触。因此，沿着途经热载体通道4中的热载体→顶板8→温度传感器18的热传递通道传递的热量出乎意料地小。实际上，测量结果表明，沿着途经热载体通道4中的热载体→顶板8→螺栓12→温度传感器支撑板16→温度传感器18的热传递通道传递的热量远大于以上热量。已发现，因为螺栓12和螺母14使顶板8与温度传感器支撑板16在围绕螺栓12和螺母14的区域紧密接触，所以后一个热传递通道具有较小的热阻。

根据图3和图4中所示的温度传感器固定技术，作为主热传递通道，途经在热载体通道4中的热载体→顶板8→螺栓12→温度传感器支撑板16→温度传感器18的热传递通道具有相对长的通道长度，使得将热载体的温度变化传递至温度传感器18需要长的时间。在图3和图4中所示的温度传感器固定技术中，在温度测量期间的反应延迟是不容忽略的。在底板6与外壳2的壁接触时，传递至螺栓12的热能不仅来自顶板8而且还来自底板6。热载体的温度不同于外壳2的壁的温度。根据图3和图4中所示的温度传感器固定技术，还发现外壳2的壁等的温度影响温度测量的结果。通过使用在JP 2002-305010A中公开的逻辑板，仍旧难以实现对热载体的温度的精确且快速检测。

发明内容

本说明书公开了一种热交换装置，该热交换装置是温度传感器固定技术的改进的结果，并且该热交换装置能够精确且快速地检测热载体的温度（能够以快到足以使时间延迟可忽略的方式在热载体的温度变化之后输出温度测量结果）。

根据本发明的一个方面，热交换装置包括：主体，该主体具有顶板和底板，所述顶板被叠置在所述底板之上，以在该顶板和该底板之间限定热载体通道；温度传感器，该温度传感器被固定到温度传感器支撑板；以及固定构件，该固定构件用于将温度传感器支撑板固定到顶板，并且其特征在于：固定构件被固定至经顶板面对热载体通道的位置处的顶板的外表面。在该情形中，固定构件还可以被固定至经顶板面对热载体通道的中心部分的位置处的顶板的外表面。根据以上热交换装置，途经热载体通道中的热载体→顶板→固定构件→温度传感器支撑板的主热传递通道的通道长度被最小化。因此，热载体的温度变化被迅速地传递至温度传感器。此外，温度传感器较少地受到除了热载体通道中的热载体以外的元件的温度的影响。因此，温度传感器能够实现对热载体的温度的精确且快速检测。

在根据本发明的另一方面的以上热交换装置中，作为将固定构件固定至经顶板面对热载体通道的位置的结果，温度传感器还可以从经顶板面对热载体通道的位置偏离。即使温度传感器从经顶板面对热载体通道的位置偏离，只要组成主热传递通道的固定构件被固定至经顶板面对热载体通道的位置，温度传感器就能够实现对热载体的温度的精确且快速检测。

在根据本发明的另一方面的以上热交换装置中，温度传感器支撑板可以形成有贯通部。此外，固定构件可以包括：支架，该支架被固定至经顶板面对热载体通道的位置处的顶板的外表面；轴构件，该轴构件被固定至支架，并且穿过形成在温度传感器支撑板中的贯通部；以及挤压构件，该挤压构件被固定至穿过贯通部的轴构件，并且将温度传感器支撑板向下挤压到支架上。

在根据本发明的另一方面的以上热交换装置中，还可以通过钎焊将支架固定至顶板的外表面。根据以上通过钎焊的固定，与顶板和支架相比具有低熔点的钎焊合金允许将支架固定到顶板而既不使顶板熔化也不使支架熔化。

在根据本发明的另一方面的以上热交换装置中，顶板还可以是平坦的并且比底板薄，底板还可以是弯曲的，热载体还可以是液体冷却剂，贯通部还可以是通孔，轴构件还可是螺栓，挤压构件还可以是螺母，并且底板还可以抵靠在外壳的壁上。

如果例如在温度传感器支撑板中形成有U形凹口，则该凹口允许轴构件从中穿过。因此，形成在温度传感器支撑板中的贯通部不必是通孔。然而，由封闭的通孔限定的贯通部更易于操纵。固定至支架的轴构件所需的是，在将温度传感器固定到位时轴构件被固定至支架。例如，轴构件可以是螺栓，所述螺栓被固定地旋紧在形成在支架中的螺钉孔中。在该情形中，如果螺栓被旋紧在支架的螺钉孔中，则螺栓的头部充当用于将温度传感器支撑板向下挤压到支架上的挤压构件。可以采用这样一种结构，即，螺栓被旋紧在支架的螺钉孔中使得螺栓的头部将温度传感器支撑板向下挤压到支架上。也可以采用替代结构，即，通过将螺母旋紧在从支架伸出的螺栓上而将温度传感器支撑板向下挤压到支架上。

根据在这里所公开的热交换装置，从热载体通道中的热载体延伸到温度传感器的主热传递通道的通道长度显著地减小。这提供对热载体的温度的精确且快速检测。

附图说明

将在本发明的示例实施例的下列详细描述中参照附图来描述本发明的特征、优势、和技术和工业意义，在附图中相似的数字表示相似的元件，并且其中：

图1是示出根据本发明的实施例的热交换装置的温度传感器固定部的截面图；

图2是示出根据本发明的该实施例的热交换装置的温度传感器固定部的透视图；

图3是示出根据相关技术的热交换装置的温度传感器固定部的截面图；并且

图4是示出根据相关技术的热交换装置的温度传感器固定部的透视图。

具体实施方式

以下是将在下文中描述的本发明的实施例的一系列主要特征。

特征1：在运行时产生热能的半导体装置被设置在热交换器主体的顶板的外表面上。液体冷却剂流经所述热交换器主体。利用液体冷却剂，冷却所述半导体装置。

特征2：根据检测到的液体冷却剂温度来设定来自半导体装置的输出功率的上限，因此防止了半导体装置的过热。如果温度检测具有低准确性，则因为需要为上限保留足够的余量，所以必须将该上限设定成较低的值。如果温度检测的准确性提高，则能够减小为上限保留的余量，使得能够增加上限的值。温度检测的准确性的提高导致半导体装置的运行范围的扩展。

特征3：半导体装置对供应至牵引马达的电功率进行调节。半导体装置的运行范围的增大导致车辆的行驶性能的改进。

特征4：容纳在运行时产生热能的电子设备的外壳的壁抵靠在热交换器主体的底板上。

图2以透视图示出热交换器主体7的热载体流入管22的附近区域。图1是沿图2中的线I-I截取的截面图。在图1和图2中，附图标记6表示底板；附图标记8表示顶板；附图标记10表示支架；附图标记12表示螺栓；附图标记14表示螺母；附图标记16表示温度传感器支撑板；附图标记18表示温度传感器；附图标记20表示用于将来自温度传感器的输出传递到外部装置的电缆。附图标记4表示热载体通道。附图标记2表示外壳。在运行时产生热能的半导体装置经板而被固定至顶板8的外表面的未图示出的区域，所述板由具有电绝缘性质和高热导率的材料形成。在运行时产生热能的电子装置被容纳在外壳2中。液体冷却剂流经热载体通道4，冷却与顶板8接触的半导体装置并且冷却外壳2的与底板6接触的壁。顶板8和底板6由具有高热导率的铝合金形成。在该实施例中，热交换器主体7是冷却器主体，热载体是液体冷却剂，并且热载体通道4是液体冷却剂通道。然而，应注意的是，根据该实施例的用于温度传感器的固定结构不仅在冷却操作中有效而且在使用热载体的加热操作中也有效。此外，该实施例的温度传感器固定结构对于热载体是气态的情形也是有效的。

如图1中所示，顶板8是平坦的，而底板6是弯曲的。热载体通道4是通过将顶板8叠置在底板6上、然后对顶板8和底板6的重叠的相对端进行钎焊而形成的。顶板8和底板6的重叠区域形成有多个通孔24。穿过这些通孔的螺栓25被旋入到外壳2的壁中，从而将热交换器主体7固定到外壳2。将热交换器主体7固定至外壳2使底板6与外壳2紧密接触。在该图中27指示的是套筒。

支架10被钎焊到顶板8的外表面，以将温度传感器18固定至顶板8。支架10形成有成梯状的通孔10a，用于接纳螺栓12的头部和杆部。螺栓12被挤压***到通孔10a中。在将支架10钎焊到顶板8的外表面的同时螺栓12的头部被钎焊到顶板8。螺栓12的杆部从支架10向上延伸。

温度传感器18是热敏电阻，并且被固定至温度传感器支撑板16。温度传感器支撑板16形成有通孔16a，该通孔16a允许螺栓12的杆部穿过该通孔16a。在将螺栓12的杆部***通过温度传感器支撑板16的通孔16a之后，将螺母14旋紧在螺栓12上。当将螺母14旋紧在螺栓12上时，螺母14将温度传感器支撑板16向下挤压到支架10上，从而将温度传感器支撑板16固定至顶板8。支架10、螺栓12和温度传感器支撑板16由具有高热导率的铝合金形成。当通过使用支架10、螺栓12以及螺母14将温度传感器18经由温度传感器支撑板16固定至顶板8时，温度传感器18被设置在从经顶板8面对热载体通道4的位置偏离的区域处。

支架10和被固定至支架10的螺栓12被设置在经顶板8面对热载体通道4的位置处。如图1中所示，螺栓12被设置在经顶板8面对热载体通道4的中心部分的位置处。此外，顶板8比底板6薄。从在热载体通道4中的热载体到温度传感器18的主热传递通道途经在热载体通道4中的热载体→顶板8→螺栓12→温度传感器支撑板16→温度传感器18。从在热载体通道4中的热载体到温度传感器18的热传递通道的长度被最小化。形成在温度传感器支撑板16中通孔16a的位置从温度传感器18的固定位置偏离。因此，温度传感器18从经顶板8面对热载体通道4的位置偏离。即使如此，因为主热传递通道的长度上是短的，所以温度传感器18牵涉更少检测误差和检测延迟。

在图3中所示的情形中，温度传感器18经顶板8面对热载体通道4。初看，图3的结构更加适于借助于温度传感器18对热载体的温度进行精确且快速的检测。然而，事实上，图1的结构更加适于对热载体的温度进行精确且快速的检测。原因在于，图1的温度传感器或图3的温度传感器18既不与支架10紧密接触也不与顶板8紧密接触，并且因此，传递到温度传感器18的热量是低的。已经发现，重要的是，减小包括金属与金属密切接触的热传递通道的长度以便能够传递大量的热。在图1中所示的情形中，从在热载体通道4中的热载体到温度传感器支撑板16的热传递通道在的长度被最小化，并且因此，与图3的结构相比，图1的结构适于更精确且更快速地检测热载体的温度。

根据该实施例，与图3中所示的热传递通道相比，途经热载体通道4中的热载体→顶板8→螺栓12→温度传感器支撑板16→温度传感器18的热传递通道与外壳2的壁隔开更远。因此，减小外壳2的壁的热能施加在温度传感器18上的影响。利用壁的热能减小的影响的附加效应，该实施例的结构适于借助于温度传感器18对热载体的温度的进行精确且快速的检测。

在上述实施例中，通过将螺母14旋紧在被锚固在支架10中的螺栓12上，而将温度传感器支撑板16向下挤压到支架10上。可替代地，可以在支架10中形成螺钉孔，并且可以将螺栓拧入到该螺钉孔中，以允许螺栓的头部将温度传感器支撑板16向下挤压到支架10上。被固定在支架中的轴构件可以是被锚固在支架10中的螺栓12的杆部或被拧入到支架10中的螺栓的杆部。用于将温度传感器支撑板16向下挤压到支架10上的挤压构件可以是螺母14或螺栓的头部。螺栓与螺母的组合可以由被驱动地固定在支架10中的铆钉取代。可以利用铆钉的头部将温度传感器支撑板16向下挤压到支架10上。轴构件可以与支架一体地形成。

虽然已经详细地描述了本发明的特定示例，但是这些示例仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制所附权利要求的范围。在权利要求的范围中所公开的技术包括以上示例的各种变型和改变。此外，在该说明书中描述的或附图中所示出的技术元件在单独使用或其各种组合中使用时实现技术效用，并且因此，这些技术元件不限于在该专利申请的权利要求中所陈述的组合。在该说明书或附图中所示意的技术旨在一次达到多个目的，并且因此通过实现这些目的中的任一个来提供技术效用。

Claims

1.一种热交换装置，包括：主体（7），所述主体（7）具有顶板（8）和底板（6），所述顶板（8）被叠置在所述底板（6）之上，以在所述顶板（8）和所述底板（6）之间限定热载体通道（4）；温度传感器（18），所述温度传感器（18）被固定到温度传感器支撑板（16）；以及固定构件（10、12、14），所述固定构件（10、12、14）用于将所述温度传感器支撑板（16）固定到所述顶板（8），其特征在于：

所述固定构件（10、12、14）被固定至经所述顶板（8）面对所述热载体通道（4）的位置处的所述顶板（8）的外表面。

2.根据权利要求1所述的热交换装置，其特征在于：

所述温度传感器（18）被设置在从经所述顶板（8）面对所述热载体通道（4）的位置偏离的地方。

3.根据权利要求1或2所述的热交换装置，其特征在于：

所述温度传感器支撑板（16）形成有贯通部（16a），并且，所述固定构件（10、12、14）包括：支架（10），所述支架（10）被固定至经所述顶板（8）面对所述热载体通道（4）的位置处的所述顶板（8）的外表面；轴构件（12），所述轴构件（12）被固定到所述支架（10），并且穿过所述贯通部（16a）；以及挤压构件（14），所述挤压构件（14）被固定到穿过所述贯通部（16a）的所述轴构件（12），并且将所述温度传感器支撑板（16）向下挤压到所述支架（10）上。

4.根据权利要求3所述的热交换装置，其特征在于：

所述轴构件（12）被固定至经所述顶板（8）面对所述热载体通道（4）的中央部分的位置处的所述顶板（8）的外表面。

5.根据权利要求3所述的热交换装置，其特征在于：

所述支架（10）通过钎焊被固定到所述顶板（8）的外表面。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的热交换装置，其特征在于：

所述顶板（8）是平坦的并且所述顶板（8）比所述底板（6）薄，所述底板（6）是弯曲的，所述热载体是液体冷却剂，所述贯通部（16a）是通孔，所述轴构件（12）是螺栓，所述挤压构件（14）是螺母，并且所述底板（6）抵靠在外壳（2）的壁上，所述外壳（2）容纳进行热交换的对象。