CN104145316A - 利用液体冷却的冷却散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冷却散热器(1)，包括上收集器(2)和下收集器(3)以及包含冷却元件的至少一个子模块(4)，冷却元件通过相应的单独分配管(5)与上收集器(2)或下收集器(3)相连接，其中，子模块(4)具有管道(6)，其在其外侧处相应设有肋条(7)，其特征在于，子模块(4)垂直于并且横向于收集器(2,3)的纵向方向来布置，并且子模块(4)的管道(6)彼此平行地布置成带有间距(22)以用于空气通行。

Description

利用液体冷却的冷却散热器
技术领域
本发明涉及冷却散热器，尤其涉及变压器－有源器件(Aktivteil)的容器(Kessel)的冷却散热器，其中，冷却散热器构造成带有由在有源器件处加热的冷却液体通过重力从上通过收集管或分配管(所谓的收集器)向下朝下部分配器或下部收集器(所谓的下收集器)流经的冷却元件，其中，冷却的液体通过下部分配器返回地到达到变压器中，并且其中，至少一个冷却散热器布置成与变压器或其容器分离或直接布置在变压器或其容器处。
这种类型的冷却散热器除了上收集器和下收集器之外包括冷却元件的至少一个子模块，冷却元件通过相应的单独分配管(Einzelverteilerrohr)与上收集器或下收集器相连接，其中，子模块具有管道，管道在其外侧处相应设有肋条。
背景技术
变压器或其他的电器的冷却元件包括通常由作为冷却液体的油流经的平的冷却元件，或者包括波纹板，如已通过文件DE 10 2009 015 377 A已知的那样。由多个这样组成的或彼此/相继排列的冷却元件构成的冷却散热器实施为焊接结构。为了提高使用寿命，其通过昂贵的浸没进行涂漆或热镀锌。
与此相对，应在同时不透气或不透油地连接冷却元件与收集器时简化制造，且应尤其改善热传导或传传递。
发明内容
因此，本发明的目的在于应提供一种冷却散热器，其一方面具有简单的构造，且另一方面在冷却散热器的相同的外形尺寸的情况下总地保证提高的热传导。在根据本发明的意义中，该目的利用包括权利要求1的特征的冷却散热器来实现。在从属权利要求中说明了本发明的有利的设计方案。
在根据本发明的意义中，子模块垂直且横向于收集器的纵向方向来布置，其中，子模块的管道彼此平行地布置成带有间距以用于空气通行。由此提供了一种这样的冷却散热器，其由多个彼此成排或相继紧接地且相互带有气隙地接合在上收集管和下部收集器的穿孔中、总地且在相应的冷却元件处允许通过冷却散热器的特别好的空气通行。
因此，冷却散热器的所有的冷却元件优选平等地有助于从流过冷却散热器的冷却介质(优选油)到流经冷却散热器的环境空气中的热传导。结果，在带有直至540mm(优选直至520mm)的宽度和直至2m(优选直至1.80m)的高度的冷却散热器中引起直至38.00kW/h(优选直至39.80kW/h)的特别高的能量耗散。带有0.5m直至3.60m的高度的冷却散热器是优选的。在不仅上收集器而且下收集器以及相应的子模块的管道的最优的截面的情况下可实现直至2700kg/h(优选直至2800kg/h)的通过冷却散热器的油的流量。
如通过试验已经证实那样，如果保持冷却散热器的元件的最优的截面，则从上向下以最好的冷却效果流经管道的液体(尤其油)经受最小的阻力。因为仅出现尽可能最小的阻力，所以***可以自由的对流来工作；泵不是必需的。
因此，冷却散热器作为紧凑的完整单元存在，其包括彼此布置成有间距的、通过单独分配管连接到收集器处的所希望地多个子模块。完整的冷却散热器或其子模块不仅可在横向方向上而且可在纵向方向上由环境空气(如有可能由风扇/鼓风机支持地)充分环流。冷却或热移除/热传导由此保持得非常高效。
一种优选的提议设置成管道和收集器(优选上收集器和下收集器)、以及同样单独分配管包含通过挤压加工的原料或材料，例如尤其铝或铝合金、镁或者类似的适合于挤压的轻金属。这种原料一方面具有良好的热传导性能，且另一方面由于形成的氧化层是抗腐蚀的，从而可取消涂漆或类似的涂层或表面处理，且可此外进行简单地制造，即优选地挤压成带有所希望的任意的几何尺寸。
用于连接冷却散热器的单独的构件所需要的穿孔优选通过铣削或激光加工来精确地制造，从而使得用于微接合的精确的接合部位可通过优选激光焊接在带有不透气或不透油的密封的连接的情况下来实现。
如果每个模块包括直至12个(优选直至10个)管道，这是优选的。由此提供了一种这样的冷却散热器，其有效表面可在带有特别简单的器件的情况下和如有可能可由环境空气完全环流地匹配于由冷却散热器所要求的特性。
就此而言，如果相应的子模块的管道具有弄平的(优选矩形的)截面，尤其具有带有倒圆的角的矩形截面，这同样是优选的。如果这种管道具有至少一个内部接片(优选两个内部接片)，这是特别优选的。在此，管道的宽度优选为直至130mm，优选为直至120mm。如果每个子模块的管道彼此间的间距为直至30mm，优选为直至27mm，这是尤其优选的。由此提供了一种这样的冷却散热器，其一方面实现冷却介质(例如油)通过每个子模块的管道的足够的流量，且另一方面提供了带有足够的形状稳定性的管道。最后通过选择在管道之间的优选的间距总地引起通过冷却散热器的最优的空气通行，由此可优化冷却功率。
此外，如果在管道的外侧处设置的肋条为纵向肋条，其优选在管道的整个长度上(因此基本上在冷却散热器的整个长度上)总地延伸，这是优选的。如果每个管道设置有直至15个(格外优选地直至12个)纵向肋条，这是尤其优选的。就此而言，如果纵向肋条具有直至15mm(优选直至12mm)的高度，因此具有从管道的外侧向外的延伸部，这是尤其优选的。纵向肋条彼此间的间距应为直至25mm，优选直至20mm，以便因此不仅保证用于带有大的热辐射的冷却散热器的有效表面，而且同时优化从冷却介质到环流和流经冷却散热器的环境空气中的热的传导。
在本发明的另一实施方式中，如果直至10个(优选直至8个)子模块设置在冷却散热器中，这是优选的。因此，相应通过上部的和下部的单独分配管彼此连接的子模块在冷却散热器的同时紧凑的结构型式的情况下提供了特别大的作用面。
就此而言，如果至少一个上收集器(优选还有下收集器)具有矩形截面，优选带有20×80mm的截面面积的尺寸，这同样是优选的。此外，如果至少上收集器(优选不仅上收集器而且下收集器)布置在单独分配管的端部处，且因此未阻碍尤其从下向上沿着子模块顺着流动通过冷却散热器的空气流时，这是格外优选的。仅仅通过上收集器与单独分配管的中心分离地、朝单独分配管的端部的布置可可证实地实现38%地改善至冷却散热器的空气进入和从冷却散热器的空气离开。
一种优选的实施方案设置了冷却散热器的需预制的结构型式，在其中上收集器和下收集器布置在纵向延伸部中，并且在其长度上来看成间距地彼此相继而置地具有任意数量的穿孔，在作为冷却元件的椭圆形的管道中具有相应地形状配合的、横向于纵向延伸部设置的纵向孔。冷却元件在与上收集器和下收集器相连接的单独分配管的穿孔中接合成子模块，单独分配管同样有利地如收集器一样具有矩形或正方形形式。包括上部的和下部的单独分配器与接合的冷却元件的子模块利用其单独分配管横向于收集器伸延地且利用收集器的穿孔中的一个以与收集器的穿孔处于流连接的方式不透油地与收集器相连接，优选地激光焊接，亦即使得收集器桥接横向于此布置的子模块，或者居中地或优选地朝侧部并且偏置到单独分配管的端部上。
附图说明
接下来参考八幅附图进一步阐述本发明，在附图中示出了本发明的优选的实施方式。其中：
图1显示了根据本发明的冷却散热器的前视图，
图2显示了图1的冷却散热器的正视图，
图3显示了图1和2的从上面看冷却散热器的视图，
图4显示了用于根据本发明的冷却散热器的单独分配管，
图5显示了根据本发明的冷却散热器的收集器的区段，
图6以第一实施方式显示了通过子模块的管道的截面，
图7以第二实施方式显示了通过子模块的管道的截面，以及
图8在从上向下的视图中显示了根据本发明的冷却散热器的透视性的图示。
具体实施方式
图1显示了完整地预制的、准备用于在变压器处进行安装或改建的冷却散热器1的前视图。冷却散热器1包括上收集管2和下收集管3，其可通过相应的凸缘2a、3a与(未示出的)变压器相连接，以便可与变压器一起构造封闭的油循环部。在上收集器2与下收集器3之间联接有多个子模块4，其相应垂直且横向于收集管2、3的纵向取向延伸到图纸平面中。为子模块4又关联有单独分配管5，其不透液体地与收集管2、3和子模块4的管道相连接，以便由此保证冷却介质(例如油)通过整个冷却散热器1的通行。最后使探测器20、21与上收集器2或下收集器3相连接，以便不仅记录冷却介质通过冷却散热器1的通行量而且记录进入温度或离开温度。
图2在从右边来看的侧视图中显示了图1的冷却散热器1，并且因此提供了可识别出的前部的或第一子模块4。多个依次地彼此布置成带有空隙的子模块4以联接到上收集器2和下收集器3的方式形成图1的冷却散热器(1)。由图1和2的概观可得悉冷却散热器1和其子模块4或在该实施例中实施为椭圆形的管道6的元件(参见图6)可完全由环境空气环流。因此，在图1的上部的箭头的方向上从消耗器流入的加热的冷却液体(油)在其路径上向下被特别高效地冷却。在此处，冷却液体在下部的箭头的方向上返回地到达消耗器(容器；变压器的有源器件)。冷却散热器1可通过收集器2、3的凸缘2a、3a如有可能在中间连接管道管路的情况下联接在消耗器处。
图3在从上面看的视图中显示了图1和2的冷却散热器。带有接合到单独分配管5中的冷却元件的子模块4横向且垂直于上收集器2来布置，并且由收集器2处在子模块4的中心中来桥接。子模块4在此相应包括通过共同的单独分配管5连接的、带有基本上矩形截面的五个管道6。在管道6之间又设置有间距22以用于冷却空气通过相应的子模块4。
图4从单独分配管5的具有穿孔23的侧部来看作为单独单元显示了单独分配管5。通过穿孔23实现单独分配管5与(未示出的)用于冷却介质的通行的管道的不透液体和不透气的连接。
图5从收集器2的具有穿孔24的侧部来看作为单独单元显示了收集器2。通过穿孔24实现上收集器2与(未示出的)单独分配管5的连接和不透气或不透液体的焊接。
图6显示了通过带有基本上矩形截面和倒圆的角的管道6的截面。在管道6的外侧处(但至少在管道6的纵向侧处)布置有彼此等距地布置的纵向肋条7，通过其明显提高管道6的作用面，因此明显提高管道6与环流管道6的环境空气的接触表面。此外，为了稳定管道6，在管道6中设置有内部接片8。
图7显示了作为根据本发明的冷却散热器的子模块的部件的根据本发明的管道6的第二设计方案。管道6又具有基本上矩形的、带有倒圆的角的截面，其中，在管道6的每个纵向侧处以彼此相同的间距布置有冷却肋条7。肋条7的高度(因此其从管道6的外侧向外的延伸部)同样在管道6的整个***上是相同的，以便由此提供在管道6上保持不变的热传导条件。为了稳定管道6以及为了将其截面分成三个基本上相同大小的腔室，设置有内部接片8a、8b，其在管道6的整个长度上延伸。
最后，图8在从上向下的视图中显示了根据本发明的冷却散热器1的透视性的总视图。冷却散热器1具有上收集管2以及下收集管3，与其连接有八个单独分配管5。单独分配管5又与七个管道6相连接，纵向肋条7在管道6的整个长度上延伸。为了保证冷却空气基本上无阻碍地通过冷却散热器1的空气通行，不仅上收集器2而且下收集器3从居中地布置在单独分配管5处(参见图3)偏置地布置到单独分配管5的端部区域上。
参考标号列表
1 冷却散热器
2 上收集器
2a 凸缘
3 下收集器
3a 凸缘
4 子模块
5 单独分配管
6 管道
7 纵向肋条
8 内部接片
20 探测器
21 探测器
22 在管道之间的间距
23 在单独分配管中的穿孔
24 在收集器中的穿孔。

Claims (17)

1. 一种冷却散热器(1)，包括上收集器(2)和下收集器(3)以及包含冷却元件的至少一个子模块(4)，该冷却元件通过相应的单独分配管(5)与所述上收集器(2)或下收集器(3)相连接，其中，所述子模块(4)具有管道(6)，该管道(6)在其外侧处相应设有肋条(7)，其特征在于，所述子模块(4)垂直并且横向于所述收集器(2,3)的纵向方向来布置，并且所述子模块(4)的管道(6)彼此平行地布置成带有间距(22)以用于空气通行。
2. 根据权利要求1所述的冷却散热器(1)，其特征在于，至少所述子模块(4)的管道(6)包含铝或铝合金。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，每个子模块(4)包括直至12个管道(6)，优选包括直至10个管道(6)。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，所述子模块(4)的管道(6)具有弄平的、优选矩形的截面，尤其带有倒圆的角。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，所述管道(6)具有至少一个内部接片(8)，优选具有两个内部接片(8)。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，所述管道(6)的宽度为直至130mm，优选为120mm。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，每个子模块(4)的管道(6)的间距为直至30mm，优选为直至27mm。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，所述管道(6)具有纵向肋条(7)，优选具有直至15个纵向肋条(7)，特别优选地具有直至12个纵向肋条(7)。
9. 根据权利要求8所述的冷却散热器(1)，其特征在于，所述纵向肋条(7)具有直至15mm的高度，优选具有直至12mm的高度。
10. 根据前述权利要求8或9中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，所述纵向肋条(7)彼此的间距为直至25mm，优选为直至20mm。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，在所述冷却散热器(1)中设置有直至10个子模块(4)，优选设置有直至8个子模块(4)。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，所述冷却散热器(1)的宽度为直至540mm，优选为直至520mm。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，所述冷却散热器(1)的高度为0.5m直至3.60m，优选为直至2.00m。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，通过所述冷却散热器(1)的油的流量为直至2700kg/h，优选为直至2800kg/h。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，通过所述冷却散热器(1)的能量耗散为直至38.00kW/h，优选为直至39.80kW/h。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，至少所述上收集器(2)具有矩形截面，优选带有20×80mm的尺寸。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的冷却散热器(1)，其特征在于，至少所述上收集器(2)，优选地不仅所述上收集器(2)而且所述下收集器(3)布置在所述单独分配管(5)的端部处。
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