调温装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于调节部件(4、68)温度的调温装置(1、40、50、60)，其中该部件(4、68)尤其是电力和/或电子部件，该调温装置具有管子(3、3a)和壳体元件(2、41)，其中该管子(3、3a)被第一流体(8)穿流并且该调温装置(1、40、50、60)被第二流体(9)绕流，其特征在于，该壳体元件(2、41)由盆状的盖子构成，该盖子与管子(3、3a)相连并且构成用于该部件(4、68)的容纳区域，该部件(4、68)容纳在该容纳区域中。
【专利说明】
调温装直
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于调节部件温度的调温装置，其中该部件尤其是电力和/或电子部件，该调温装置具有管子和壳体元件，其中该管子被第一流体穿流并且调温装置被第二流体绕流。
【背景技术】
[0002]为了根据需要来冷却或加热电力和电子部件(它们越来越多地应用在机动车中)，必须设置满足这些要求的装置。为了使系统的能量消耗尽量小，必要的是，尽可能好地实现待冷却和待加热的部件的热连接。
[0003]但同时还存在的要求是，电绝缘地安装待冷却或待加热的部件并且将它们连接到调温装置上，以避免短路和功能损坏。
[0004]为了把热量输送到这种部件上或使热量从这种部件上排出，可应用热电活性材料。这些材料例如包括帕尔贴元件。它们要么能通过施加的电压(Spannung)来输送适量的热量，或者通过基于在帕尔贴元件的边界面上存在的温差所产生的电压来输送适量的热量。帕尔贴元件在此有利地借助其边界面中的一个连接到流体回路上。在此，该流体回路能够被可主动调温的介质穿流。因此，通过帕尔贴元件可使热量从待冷却或待加热的部件传输至流体回路的流体，反之亦然。
[0005]在现有技术的这种解决方案中不利的是，无法最佳地构成热电活性材料(例如帕尔贴元件)和热源或散热器之间的热阻。热电活性材料的连接通常也是很复杂和昂贵的。此外，这些用于克服热机械应力的出现或影响的措施通常不是最佳的。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是，提供一种调温装置，它相对于现有技术的解决方案来说是最佳的。尤其能够实现将待加热或待冷却的部件更好地连接到热源或散热器上，并且提高抵抗热机械应力的阻力。
[0007]调温装置的目的通过具有下述特征的调温装置得以实现。
[0008]本实用新型的实施例涉及一种用于调节部件温度的调温装置，其中该部件尤其是电力和/或电子部件，该调温装置具有管子和壳体元件，其中该管子被第一流体穿流并且调温装置被第二流体环流，其中该壳体元件由盆状的盖子构成，该盖子与管子相连并且构成用于该部件的容纳区域，该部件容纳在该容纳区域中。
[0009]由于通过简单构造且可容易生产的元件能够产生有效的调温单元，因此，这种设计是尤其有利的。该调温单元在此既可用于把热量传输给部件，也可用于把热量从部件上排出。此外，热量传输的方向在此通过流体的温度水平以及待调温的部件上的热量来控制。
[0010]此外还优选的是，该部件由热电模块构成，其中热电模块具有带至少两个相对而置的第一壁板的模块壳体，其中在模块壳体的第一壁板之间设置有多个热电元件，其中这些热电元件具有相对而置的表面，这些表面分别与热电模块的模块壳体的第一壁板中的一个热接触，其中这些热电元件通过导电桥至少局部地电连接。
[0011]热电模块的特征在于，采用了热电活性材料。这些材料由于施加的温度差而具有产生电压的特征，或者由于热量传输而通过电压的施加产生温度差。有利的是，热电模块在此构成为封闭的物理单元，其中热电活性材料封闭在模块壳体中，
[0012]还有利的是，壳体元件具有第一凹槽，其中该第一凹槽设置在调温装置的被第二流体溢流的表面上。
[0013]此外还尤其有利的是，管子具有第二凹槽，其中该第二凹槽设置在管子的被第一流体溢流的表面上。
[0014]通过这些凹槽，可以改善待调温的部件与流体的热连接。抵抗热传递的阻力由此减少，从而能够整体上提高该装置的效率。
[0015]优选的实施例的特征在于，该部件与壳体元件在第一凹槽的边缘区域处液密地相连，和/或壳体元件与管子液密地相连。
[0016]通过液密的连接，能够在流体和未电绝缘的部件之间避免不期望的接触。通过液密的连接，能够在调温装置内产生无穿流的区域。
[0017]还优选的是，该部件具有表面扩大元件，其中该表面扩大元件设置在被第一流体溢流的表面上，和/或设置在被第二流体溢流的表面上。
[0018]表面扩大元件(例如肋条)可整体上改善热量传递，从而能够提高调温装置的效率。
[0019]还有利的是，在管子中设置有至少一个热退耦元件，该热退耦元件将第一流体的流动限制在管子的局部区域上。
[0020]管子内部的流体流动可通过热退耦元件来控制。不可或者只可产生少量的穿流区域，它们可例如作为热缓冲器来使用。
[0021]在本实用新型的可选的构造方案中可规定，壳体元件和/或管子在至少一个面向该部件的表面上具有电绝缘层。
[0022]电绝缘层可例如通过涂敷在待绝缘的表面上的陶瓷材料形成。通过电绝缘可避免短路，并可因此避免调温装置的损坏。
[0023]此外还优选的是，模块壳体具有两个第二壁板，这些第二壁板通过两个第一壁板液密地封闭模块壳体。
[0024]以这种方式可保护模块壳体的内部状况(Innenleben)、尤其是热电模块和导电桥免受流体影响。这一点可有助于避免短路。
[0025]还适宜的是，第二壁板中的至少一个由陶瓷的壁板元件或金属的壁板元件构成。
[0026]通过这种壁板元件，可液密地密封模块壳体。陶瓷的壁板元件的优点是,通过应用这种壁板元件可额外地实现电绝缘。
[0027]此外还优选的是，第二壁板与第一壁板液密地相连，和/或与壳体元件液密地相连，和/或与管子液密地相连。
[0028]这一点尤其有利的是用于避免短路的出现以及调温装置的损坏。
[0029]此外还有利的是，第一壁板在单侧面或双侧面上被电绝缘地涂敷。
[0030]另一实施例的特征在于，第一壁板中的一个由壳体元件构成且第一壁板中的第二个由管子构成，或者第一壁板中的一个由壳体元件构成且第一壁板中的第二个由板状元件构成。
[0031]根据管子和壳体元件的造型，能够实现模块壳体的不同配置。对于壳体元件和管子中没有设置凹槽的情况，可实现模块壳体的尤其简单的构造。通过将必要的零件数量降至最低，可整体上实现成本更低廉的结构。
[0032]在可选的实施例中可规定，该管由扁管构成，该扁管具有两个相对而置的宽侧面，这些宽侧面通过两个相对而置的窄侧面彼此连接，其中每个宽侧面都与壳体元件液密地相连，并且在各宽侧面和壳体元件之间设置有用于部件的容纳区域，该部件安放在该容纳区域中。
[0033]在扁管的两侧上设置待调温的元件也是尤其有利的，因为以这种方式能够实现最佳的热量传递。此外这种布局是尤其有利的，因为不存在边界面，该边界面一方面被第一流体绕流且另一方面被第二流体绕流。这一点在能量方面是没有效率的，因为热量传输可能只通过该边界面进行，并且不能在待调温的元件上实现最大可能的加热效果或冷却效果。
[0034]本实用新型的有利的改进方案在以下的附图描述中进行描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]下面借助实施例且参照附图详细地阐述了本实用新型。在附图中示出了:
[0036]图1示出了调温装置的立体图；
[0037]图2示出了按图1的调温装置的剖视图；
[0038]图3示出了按图1和2的调温装置的分解图；
[0039]图4示出了表面扩大元件的立体图，其可安装在扁管中，以提高从流体至调温装置的热量传递。
[0040]图5示出了调温装置的可选实施例的立体图；
[0041]图6示出了调温装置的示意图，其中尤其示出了调温装置的不同层；
[0042]图7示出了按图5的调温装置的立体剖视图；
[0043]图8示出了调温装置的可选实施例的立体图；
[0044]图9示出了按图8的调温装置的剖视图；
[0045]图10示出了用于调节电子部件(例如半导体)的温度的调温装置的示意图；
[0046]图11示出了热电模块的剖视图，其中该模块的侧面通过壁板元件限定；
[0047]图12示出了热电模块的可选实施例的剖视图，其具有从侧面限定的壁板元件的可选实施例；以及
[0048]图13示出了热电模块的可选实施例的另一剖面图，其具有从侧面限定的壁板元件的可选实施例。
【具体实施方式】
[0049]图1示出了调温装置I的立体图。调温装置I基本上由壳体元件2构成，该壳体元件安放在管子3上。图1示出了调温装置1，它在管子3的上侧和下侧上分别具有壳体元件2。下面的描述分别局限在调温装置I的上方区域的设计上，因为下方区域设计得与上方区域是镜像对称的。
[0050]壳体元件2构成为盆状并在其下方端部上具有法兰区域10，该法兰区域环绕设置在壳体元件2的盆状体的周围。该法兰区域10作为朝向管子3的连接面。
[0051]在管子3和壳体元件2之间设置有容纳区域，部件4安装在该容纳区域中。该部件4例如可以是热电模块或其它的电力或电子部件。
[0052]该部件4在第一壁板30上具有两个孔口 5，通过它们可实现该部件4的电接触。在第一壁板30和壳体元件2的内表面之间设置有连接层7。该连接层7用于实现部件4与壳体元件2的液密连接。该连接层7有利地由硅酮胶构成。硅酮胶的优点是，它可以吸收机械的干扰量和热机械应力，并因此确保部件4和壳体元件2之间的稳固连接。
[0053]壳体兀件2具有凹槽6,它呈长方形状地设置在壳体兀件2的朝向上方的表面中。该凹槽6完全由部件4的第一壁板30遮盖。
[0054]该管子3可被第一流体8穿流。调温装置I作为整体可被第二流体9绕流。
[0055]图2示出了调温装置I的剖视图，该调温装置I已在图1中进行描述。
[0056]图2尤其示出了部件4的内部构造。在部件4的内部设置有多个热电活性材料20。它们构成为正方形状并且相互平行地设置成一排。两个相互邻接的热电活性材料20分别通过导电桥21彼此导电地连接。设置在该部件4内部的热电活性材料20以这种方式彼此电串联。
[0057]热电活性材料20通过导电桥21连接到部件4的相对而置的第一壁板30上。通过导电桥21和第一壁板30，可在热电活性材料20和调温装置I之外的流体9或者管子3内部中的流体8之间实现热量交换。
[0058]在图2的剖面中还可看到，在第一壁板30和壳体元件2之间设置有连接层7。该连接层7完全环绕在凹槽6的周围，并且是部件4和壳体元件2之间的液密连接。
[0059]该下方的第一壁板30同样与管子3的外表面相连。在有利的实施例中，该连接同样能通过硅酮胶实现，因此在管子3和下方的第一壁板30之间产生液密的连接。但是，管子3和下方第一壁板30之间的液密粘贴不是绝对必要的。
[0060]在各外部的热电活性材料20和壳体元件2的内表面之间可形成中空腔，该中空腔可填充例如空气并且实现朝外的热绝离。
[0061]通过法兰区域10和管子3的外表面之间的液密连接，实现了第一流体8和第二流体9的分离，该第一流体8通过管子3流动，第二流体9整体上环绕调温装置I流动。
[0062]在图2的管子3中示出了许多肋条元件22。它们从基板23上切割而成并且以90°的角度折弯。该基板23在此设置在管子3的凹槽26内部并设置在部件4的第一壁板30上。在基板23和第一壁板30之间可分别设置连接层。
[0063]在图2的视图中，在下方部件4和上方部件4上都分别设置有具有肋条元件22的基板23。它们构造得相同，并且相互旋转180°地设置在各自的部件4上。
[0064]每个基板23都在其端部区域上折弯，从而形成热退耦元件，该热退耦元件使管子3的中间区域与边缘区域热隔离。在图2的实施例中，这一点通过基板23的折弯来实现。因此产生了一种壁板，它使管子3的中间区域与侧面的流动区域25分隔开来。通过该热退耦元件24实现的分隔能够设计成液密的，但不强制是液密的。该热隔离的区域25有利地填充有空气，并因此构成朝外的热隔绝。
[0065]第一壁板30能够有利地由例如氮化硅或氧化铝或氧化铝-二氧化锆或氮化铝材料或上述材料的合金体制成。壳体元件2可有利地由奥氏体或铁素体的不锈钢构成，或由铝或塑料材料构成。管子3同样有利地由奥氏体或铁素体的不锈钢制成，或由铝材或塑料材料制成。
[0066]有利的是，通过管子3流动的流体8是具有较高温度水平的流体。相应地，整体上环绕调温装置I流动的流体9与流体8相比具有更低的温度水平。由于连接层7 (其有利的是硅酮胶)并未暴露于不必要的高温，因此这一点尤其是有利的。
[0067]有利的是，壳体元件2和管子3之间的连接在法兰10的区域中通过激光焊接构成。有利的是，这些肋条元件22或基板23通过钎焊或活性金属钎焊连接到第一壁板30上。有利的是，肋条元件22或基板23以及热退耦元件在此由不锈钢构成。可选地，也可设置其它的金属材料，或者基材可以用金属涂层涂敷。
[0068]图2的肋条元件22只是示例性的。在可选的实施例中，例如波纹肋条元件也可插入或固定在管子3中。
[0069]为了能在肋条元件22或基板23和第一壁板30之间建立固定连接，可能必要的是，在面向肋条元件22的侧面上额外地对第一壁板30进行涂敷或使之金属化。为此例如可规定，涂敷铜层或镍层或铜银层或银层。为了实现第一壁板30和肋条22或基板23之间的连接，优选可应用镍或由银和铜构成的合金或钛基焊料。
[0070]图3示出了调温装置I的分解图，如同在图1和2中示出的一样。单个元件的参考标记与图1和2的参考标记是一样的。此外，在图3中还可看到第二壁板31，它与第一壁板30结合并在所有空间方向上封闭了部件4。此外还借助参考标记32示出了连接层，部件4的第一壁板30借助该连接层连接到管子3的外表面上。
[0071]图4示出了肋条元件的视图，如同已在图1至3中示出的一样。可看到，单个的肋条元件22从长方形的基板23上弯曲。为此，单个的肋条元件22例如通过激光焊接从基板23上移除，并且借助机械成形过程朝上弯曲约90°。在肋条元件的右侧边缘区域上，通过将局部部段朝上弯曲90°而形成了热退耦元件24。热退耦元件的作用是，使管子3的内部区域分隔成沿着肋条元件22的穿流区域和位于它旁边的热隔离区域25。
[0072]图4的肋条元件是示例性视图。在可选的实施方案中也可设置与之不同的造型。
[0073]图5示出了调温装置40的可选实施方案。与前面附图不同的是，壳体元件41现在没有凹槽并且还在指向上方的空间方向上是封闭的。在该指向上方的表面上标出了电接触48。该壳体元件41具有法兰区域42，它在此实施方案中基本上相当于法兰区域10。壳体元件41通过该法兰区域42连接到管子3上。该连接层和连接方法相当于图1至3的实施例。壳体元件41同样构成为盆状。
[0074]图6以示意形式示出了分解视图，它描述了调温装置I或40的基本构造。涂层44从管子3开始涂敷，该管在此视图中构成基底。有利的是，该涂层44是陶瓷涂层并因此是电绝缘层。接下来，朝上的是连接层45，它例如是钎焊箔或钎焊膏。在连接层45上的是涂层46，它涂敷在导电桥21上。该涂层46可例如由镍、银、金、钥银层或者金或银混合层构成。在涂层46上的是连接层47，它用于使热电活性材料20连接到导电桥21上。
[0075]该热电活性材料20可例如由钴-铺或秘-铺或秘-締或锌-铺或镁娃或猛娃构成，或由硅基材料构成。还可考虑单个材料相互间的组合。
[0076]例如通过焊接或钎焊或烧结挤压工艺，可使热电活性材料20连接到导电桥21上。例如可采用摩擦焊、扩散焊或电阻焊。例如可应用微型烧结或纳米-银膏-烧结作为烧结挤压工艺。
[0077]有利的是，导电桥21由铜材或钥铜材制成。
[0078]图7示出了图5的调温装置40的剖视图。在图7中可看到，调温装置10的内部状况的构造基本上与调温装置I一致。
[0079]壳体元件41朝上没有凹槽。在壳体元件41的内部，热电活性材料或其导电桥21直接无第一壁板30地连接到壳体元件41上。第一壁板30再次朝下朝着管子3地设置在热电活性材料20或导电桥21之下，热电活性材料20或导电桥21通过第一壁板连接到管子3上，该管子同样具有凹槽26。
[0080]肋条元件22或基板23以及热退耦元件24同样设置在管子3的内部，该热退耦元件使该管子划分为中间的穿流区域和侧面的热退耦区域25。
[0081]图8示出了调温装置50的另一可选实施方案。它是图7所示的调温装置40的改进方案。与调温装置40不同的是，管子3a现在也没有凹槽。该热电活性材料20或导电桥21可相应地连接到管子3a上，并且也无指向下方的第一壁板30。
[0082]在图8的实施例中，热电活性材料20或导电桥21无补充壁板地直接连接到上方的壳体元件41或管子3a上。管子3a的内部构造与管子3的内部构造是一致的。管子3和管子3a之间的区别仅在于缺少的凹槽26。
[0083]图9示出了按图8的调温装置50的剖视图，其中该剖视图垂直于管子3a的主要穿流方向。在图9中尤其可看到，热电活性材料20或导电桥21直接连接到壳体元件41或管子3a上。
[0084]图10示出了调温装置60的可选造型。基本构造与前述调温装置1、40或50的构造是一致的。
[0085]流体通过该调温装置60流动，该流体有利地通过图10标出的圆形流动通道流动。导电桥63通过连接层62连接到这些流动通道的外表面或边界上。在导电桥63上的是多个涂层或连接层，它们用参考标记63至67表示。这些涂层63至67在此相当于前述实施例的已描述的金属或陶瓷层或连接层。
[0086]最后，部件68连接到涂层67上。图9所示的部件68例如指半导体、硅芯片或微芯片。封闭的壳体元件同样可设置在部件68的周围，但该壳体元件在图10中没有示出。
[0087]图11示出了部件4的剖视图。除了多个热电活性材料20 (它们通过导电桥21相互连接)以外，还示出了连接层71，导电桥21通过该连接层连接到第一壁板30上。在侧面设置有壁板元件70，它使相对而置的第一壁板30相互连接。部件4通过该壁板元件70在热量和/或流体方面朝外地封闭。为此，在四个侧面的空间方向上分别设置有壁板元件70。壁板元件70在此可例如由陶瓷材料构成。同样可采用涂敷有陶瓷涂层的金属材料。此外，金属材料同样可设置金属或陶瓷涂层。
[0088]图12示出了用于从侧面密封部件4的壁板元件72的另一可选视图。在图12中为此设置有C状的壁板元件72，它这样定位在第一壁板30之间，即壁板元件72在热电活性材料20的方向上敞开。
[0089]同样如图11中已描述的一样，在图12中还可在这四个侧面的空间方向上设置多个壁板元件72，因此能够在热量和/或流体方面完全地密封部件4。该壁板元件72在此同样由陶瓷或金属材料构成，它同样能进行陶瓷或金属涂敷。
[0090]在图12中，该部件4朝上连接到壳体元件2或管子3上。在图12中只标出了壳体元件2或管子3。
[0091]图13示出了壁板元件73的另一可选的构造方案。图13的壁板元件73构成为S形并且这样设置，即它使下方的第一壁板30与壳体元件2或管子3的内部表面相连。在此，通过管子3或壳体元件2与部件4的背向内表面的第一壁板30之间的连接，实现了部件4的密封。该部件73以及部件70或72可由陶瓷或金属材料以及适当的涂层构成。
[0092]图1至13的实施例是示例性的，并且尤其在实施例的几何造型方面以及在材料选择方面并不包含受限的特征。单个实施例的所有特征都能够相互组合。图1至13的实施例用于阐明实用新型理念，并不包含受限的特征。
【权利要求】
1.一种调温装置，其用于调节部件温度，其中该部件是电力和/或电子部件，该调温装置具有管子和壳体元件，其中该管子被第一流体(8)穿流并且该调温装置被第二流体(9)绕流，其特征在于，该壳体元件由盆状的盖子构成，该盖子与管子相连并且构成用于该部件的容纳区域，该部件容纳在该容纳区域中。
2.根据权利要求1所述的调温装置，其特征在于，该部件由热电模块构成，其中该热电模块具有带至少两个相对而置的第一壁板(30)的模块壳体，其中在该模块壳体的第一壁板(30)之间设置有多个热电元件(20)，其中该热电元件(20)具有相对而置的表面，该表面分别与该热电模块的模块壳体的第一壁板(30)中的一个热接触，其中该热电元件(20)通过导电桥(21)至少局部地电连接。
3.根据权利要求1所述的调温装置，其特征在于，该壳体元件具有第一凹槽￠)，其中该第一凹槽(6)设置在该调温装置的被第二流体(9)溢流的表面上。
4.根据权利要求3所述的调温装置，其特征在于，该管子具有第二凹槽(26)，其中该第二凹槽(26)设置在该管子的被第一流体(8)溢流的表面上。
5.根据权利要求3所述的调温装置，其特征在于，该部件与壳体元件在第一凹槽(6)的边缘区域处液密地相连，和/或该壳体元件与管子液密地相连。
6.根据权利要求1所述的调温装置，其特征在于，该部件具有表面扩大元件(22)，其中该表面扩大元件(22)设置在被第一流体(8)溢流的表面上，和/或设置在被第二流体(9)溢流的表面上。
7.根据权利要求6所述的调温装置，其特征在于，在该管子中设置有至少一个热退耦元件(24)，该热退耦元件(24)将第一流体(8)的流动限制在管子的局部区域上。
8.根据权利要求1所述的调温装置，其特征在于，该壳体元件和/或管子在至少一个面向该部件的表面上具有电绝缘层。
9.根据权利要求2所述的调温装置，其特征在于，该模块壳体具有第二壁板(70、72、73)，该第二壁板(70、72、73)通过两个第一壁板(30)液密地封闭该模块壳体。
10.根据权利要求9所述的调温装置，其特征在于，该第二壁板(70、72、73)中的至少一个由陶瓷的壁板元件或金属的壁板元件构成。
11.根据权利要求9或10所述的调温装置，其特征在于，该第二壁板(70、72、73)与第一壁板(30)液密地相连，和/或与壳体元件液密地相连，和/或与管子液密地相连。
12.根据权利要求2所述的调温装置，其特征在于，该第一壁板(30)在单侧面或双侧面上被电绝缘地涂敷。
13.根据权利要求2所述的调温装置，其特征在于，该第一壁板(30)中的一个由壳体元件构成且第一壁板(30)中的第二个由管子构成，或者该第一壁板(30)中的一个由壳体元件构成且第一壁板(30)中的第二个由板状元件构成。
14.根据权利要求1所述的调温装置，其特征在于，该管子由扁管构成，该扁管具有两个相对而置的宽侧面，该宽侧通过两个相对而置的窄侧面彼此连接，其中每个宽侧面都与壳体元件液密地相连，并且在各宽侧面和壳体元件之间设置有用于部件的容纳区域，该部件安放在该容纳区域中。
【文档编号】H01L35/28GK204189828SQ201420320379
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2013年6月19日
【发明者】托马斯·希姆莱 申请人:贝洱两合公司