BR102019018438A2

BR102019018438A2 - Aparelho, método e configuração de resfriamento de fonte de energia

Info

Publication number: BR102019018438A2
Application number: BR102019018438-8A
Authority: BR
Inventors: Andrew Raymond
Original assignee: The Esab Group Inc.
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2020-03-31
Also published as: CN110935999A; EP3627983B1; AU2019226118A1; CA3053824C; US10897807B2; CA3053824A1; AU2019226118B2; EP3627983B8; CN110935999B; PL3627983T3; US20200100351A1; EP3627983A1

Abstract

aparelho, método e configuração de resfriamento de fonte de energia. a presente invenção refere-se a um componente de resfriamento, adequado para resfriamento de um componente elétrico disposto em uma fonte de energia de um sistema de soldagem ou corte, que inclui: uma superfície de transferência térmica; uma entrada; uma saída; e uma área de escoamento fechada. a superfície de transferência térmica transfere calor do componente elétrico. a entrada recebe gás de processo de uma fonte de gás, e a saída orienta o gás de processo a jusante na direção de um conjunto de maçarico. a área de escoamento fechada se estende entre a entrada e a saída, e fica em comunicação térmica com a superfície de transferência térmica, de modo que o gás de processo melhore o resfriamento dos componentes elétricos, na medida em que o gás de processo se desloca pela área de escoamento fechada, da entrada para a saída.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO, MÉTODO E CONFIGURAÇÃO DE RESFRIAMENTO DE FONTE DE ENERGIA.

CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a fontes de energia para sistemas de soldagem e/ou corte e, em particular, a um aparelho, método e/ou configuração para resfriamento de um ou mais componentes dispostos dentro de uma fonte de energia para um sistema de soldagem e/ou corte.

ANTECEDENTES [002] Os sistemas de soldagem e corte, tais como os sistemas de corte de plasma, incluem, tipicamente, múltiplos componentes interligados. Por exemplo, um sistema de corte de plasma pode incluir uma fonte de energia, que interliga uma fonte de gás, um conjunto de maçarico e um grampo. Então, durante as operações de soldagem ou corte, componentes elétricos (por exemplo, resistores, capacitores, circuitos integrados, componentes de computação - por exemplo, microprocessadores - etc.) na fonte de energia podem ser manipulados/controlados (por exemplo, em resposta a sinais de ativação, entradas em um painel de controle, etc.) para controlar um suprimento de gás e um suprimento de eletricidade ao conjunto de maçarico. No entanto, esses componentes elétricos devem ser resfriados adequadamente para que operem efetivamente, visto que o termo resfriado ou suas variações, bem como os termos calor, transferência térmica e suas variações são usados no presente relatório descritivo para indicar uma transmissão de energia. Por exemplo, o termo componentes elétricos devem ser resfriados adequadamente pode indicar que energia deve ser transferida dos componentes elétricos por um meio (por exemplo, ar, água, etc.), para manter os componentes elétricos a uma temperatura operacional

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2/31 adequada.

[003] Frequentemente, esses componentes elétricos são resfriados por um fluxo infrassônico de ar ambiente, que é forçado pela fonte de energia com um ventilador. Por exemplo, um ventilador pode impelir ar ambiente para contato com um escoadouro térmico, que fica em comunicação térmica com os componentes elétricos dispostos em uma fonte de energia, para transferir calor dos componentes elétricos. Infelizmente, tipicamente, as tecnologias de resfriamento, que usam fluxos infrassônicos forçados (por exemplo, ar ambiente impelido por ventilador), apresentam coeficientes de convecção limitados na faixa de aproximadamente 25 - 250 watts por metro quadrado, para uma diferença de temperatura de um grau Kelvin (W/m²K). Além do mais, o componentes de resfriamento elétricos com ar ambiente pode introduzir contaminantes na fonte de energia e, desse modo, os componentes elétricos podem precisar ser protegidos de um fluxo de ar ambiente. No entanto, essa proteção pode aumentar o peso de uma fonte de energia, o que é indesejável para pelo menos fontes de energia que são tencionadas para serem portáteis. De fato, um ventilador, que força ar ambiente em uma fonte de energia, também pode aumentar o peso e/ou o custo de fabricação de uma fonte de energia, e, infelizmente, fica difícil reduzir o peso e/ou o custo de um ventilador de fonte de energia, sem frequentemente ser criada uma diminuição indesejável na quantidade de fluxo de ar de resfriamento, que é introduzido na fonte de energia.

[004] Em alguns casos, os fluxos de ar ambiente forçados são substituídos ou melhorados com resfriamento por líquido forçado ou por ajustes de mudanças de fase, para aumentar o grau de resfriamento dentro de uma fonte de energia. Os ajustes de resfriamento com líquido apresentam, tipicamente, coeficientes de convecção na faixa de aproximadamente 100 - 20.000 W/m²K, e os ajustes de mudanças de fase apresentam, tipicamente, coeficientes de convecção na faixa de

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3/31 aproximadamente 2.500 - 100.000 W/m²K. Infelizmente, essas tecnologias requerem componentes adicionais a serem incluídos na fonte de energia e são muito mais caros e complicados para implementar em comparação com os fluxos infrassônicos forçados. Desse modo, as configurações e/ou os aparelhos de resfriamento de fonte de energia, bem como os métodos de resfriamento de uma fonte de energia, que aperfeiçoam o resfriamento para os componentes elétricos incluídos em uma fonte de energia, enquanto também minimizando ou eliminando o peso e o custo de fabricação de uma fonte de energia, são desejados.

SUMÁRIO [005] A presente invenção refere-se a um aparelho e a uma configuração para resfriamento de uma fonte de energia, bem como a um método de resfriamento de uma fonte de energia.

[006] De acordo com uma concretização, a presente invenção é dirigida a um componente de resfriamento, adequado para resfriamento de um componente elétrico disposto em uma fonte de energia de um sistema de soldagem ou corte. O componente de resfriamento inclui uma superfície de transferência térmica, uma entrada, uma saída e uma área de escoamento fechada. A superfície de transferência térmica transfere calor do componente elétrico. A entrada recebe gás de processo de uma fonte de gás, e a saída orienta o gás de processo a jusante na direção de um conjunto de maçarico. A área de escoamento fechada se estende entre a entrada e a saída, e fica em comunicação térmica com a superfície de transferência térmica, de modo que o gás de processo melhore o resfriamento do componente elétrico, na medida em que o gás de processo se desloca pela área de escoamento fechada, da entrada para a saída. Vantajosamente, esse componente de resfriamento pode resfriar os componentes elétricos a temperaturas adequadas, sem requerer componentes específicos de resfriamento

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4/31 (por exemplo, componentes dedicados a resfriamento e não envolvidos em tarefas operacionais da fonte de energia, tal como a transferência de energia ou gás de processo). Desse modo, as fontes de energia incluindo o componente de resfriamento podem ser mais leves e/ou mais baratas do que as fontes de energia com componentes específicos de resfriamento, tais como ventiladores ou rotas de escoamento de líquido. Alternativamente, o componente de resfriamento pode melhorar o resfriamento proporcionado por componentes específicos de resfriamento, sem aumentar substancialmente o peso e/ou o custo de uma fonte de energia.

[007] Em algumas dessas concretizações, o gás de processo é gás de plasma, o conjunto de maçarico é um conjunto de maçarico de arco de plasma, e quando o gás de plasma atinge o conjunto de maçarico de arco de plasma, o gás de plasma é ionizado para criar uma corrente de plasma. Adicional ou alternativamente, o gás de processo pode ser o único meio (por exemplo, gás, líquido, etc.) escoando pela área de escoamento fechada. Além do mais, em algumas dessas concretizações, o componente de resfriamento também inclui um ou mais ventiladores, dispostos na área de escoamento fechada, de modo que o gás de processo se desloque por uma ou mais aletas, quando do escoamento da entrada para a saída, para melhorar o resfriamento do componente elétrico.

[008] Em algumas concretizações, o componente de resfriamento compreende um escoadouro térmico, que inclui uma base e aletas de escoadouro térmico que se estendem da base. Em algumas dessas concretizações de escoadouro térmico, a área de escoamento fechada é formada na base do escoadouro térmico. Por exemplo, a área de escoamento fechada pode ser formada na medida em que o escoadouro térmico é fabricado ou formado após fabricação do escoadouro térmico (por exemplo, um escoadouro térmico pode ser, essencialmente,

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5/31 atualizado para incluir a área de escoamento fechada). Como um exemplo mais específico, em alguns casos, a área de escoamento fechada é formada em uma cavidade definida pela base, e o componente de resfriamento compreende ainda uma cobertura, que sela a cavidade para definir a área de escoamento fechada. Alternativamente, em algumas dessas concretizações de escoadouro térmico, a área de escoamento fechada é formada por uma cobertura, que define um volume interno com uma superfície externa da base. Por exemplo, a cobertura e a base podem envolver pelo menos uma das aletas de escoadouro térmico dentro do volume interno. Se a área de escoamento fechada for formada na base, a entrada e a saída também podem ser formadas na base do escoadouro térmico. No entanto, se a área de escoamento fechada for formada com uma cobertura, a entrada e a saída podem ser formadas na cobertura. Desse modo, a área de escoamento fechada pode ser incluída em vários escoadouros térmicos de formas e tamanhos variáveis. Especialmente, se as aletas do escoadouro térmico forem envolvidas dentro da área de escoamento fechada, essas aletas podem servir para melhorar o resfriamento da mesma maneira que uma ou mais aletas mencionadas acima.

[009] De acordo com outra concretização, a presente invenção é dirigida para uma fonte de energia para um sistema de soldagem ou corte, incluindo um alojamento externo, componentes elétricos dispostos dentro do alojamento externo, e um componente de resfriamento posicionado dentro do alojamento externo em uma posição que recebe o calor gerado por pelo menos um dos componentes elétricos. O componente de resfriamento inclui uma entrada para receber gás de processo de uma fonte de gás, uma saída que orienta o gás de processo a jusante na direção de um conjunto de maçarico, e uma área de escoamento fechada. A área de escoamento fechada orienta o gás de processo da entrada para a saída, de modo que o gás

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6/31 de processo melhore o resfriamento de pelo menos um componente elétrico, na medida em que o gás de processo se desloca pela área de escoamento fechada, da entrada para a saída.

[0010] Em algumas dessas concretizações, o alojamento externo inclui uma saída de alojamento, configurada para receber o gás de processo da saída do componente de resfriamento e liberar o gás de processo para o conjunto de maçarico. Adicional ou alternativamente, a fonte de gás pode ser externa à fonte de energia, e o alojamento externo pode incluir uma entrada de alojamento, configurada para receber o gás de processo da fonte de gás e liberar o gás de processo para a entrada do componente de resfriamento.

[0011] De acordo com outra concretização, a presente invenção é dirigida a um método de componentes de resfriamento em uma fonte de energia para um sistema de soldagem ou corte. O método inclui formar uma passagem de escoamento de gás, em conexão térmica com os componentes aquecidos na fonte de energia, e orientar o gás de processo pela passagem de escoamento, na medida em que o gás de processo escoa para um conjunto de maçarico. Em pelo menos algumas concretizações, a orientação ocorre durante as operações de soldagem ou corte do sistema de soldagem ou corte. Isso elimina os riscos associados com a detecção de um aumento em temperatura e também conserva energia, porque os componentes elétricos não experimentam um aumento relativamente extremo em temperatura entre os ciclos de resfriamento. Diferentemente, quando os componentes elétricos estão gerando calor (por exemplo, durante a operação da fonte de energia), resfriamento é proporcionado.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS [0012] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um sistema de corte, que inclui uma fonte de gás e um conjunto de maçarico, que são conectados, por meio de mangueiras de cabos, a uma fonte de energia,

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7/31 que inclui uma configuração de resfriamento formada de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0013] A Figura 2 é uma vista em perspectiva lateral da fonte de energia da Figura 1 com uma cobertura externa da fonte de energia removida.

[0014] A Figura 3 é uma vista lateral da fonte de energia da Figura 1 com sua cobertura externa removida.

[0015] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um escoadouro térmico, incluído na configuração de resfriamento da fonte de energia da Figura 1.

[0016] A Figura 5A é uma vista detalhada do escoadouro térmico ilustrado na Figura 4.

[0017] A Figura 5B é uma vista detalhada de uma parte do escoadouro térmico ilustrado na Figura 5A.

[0018] A Figura 6 é uma vista em perspectiva de um escoadouro térmico, que pode ser incluído em uma configuração de resfriamento, de acordo com outra concretização da presente invenção.

[0019] A Figura 7 é uma vista detalhada de uma primeira concretização do escoadouro térmico, que é ilustrado na Figura 6.

[0020] A Figura 8 é uma vista detalhada de uma segunda concretização do segundo escoadouro térmico, que é ilustrado na Figura 6.

[0021] A Figura 9 é um diagrama ilustrando as temperaturas de dispositivos eletrônicos incluídos em uma fonte de energia, quando resfriados com ar ambiente e quando resfriados com ar ambiente e a configuração de resfriamento da presente invenção.

[0022] A Figura 10 é um diagrama ilustrando as temperaturas de dispositivos eletrônicos incluídos em uma fonte de energia, quando resfriados apenas com a configuração de resfriamento da presente invenção.

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8/31 [0023] A Figura 11 é um fluxograma de nível superior ilustrando um método para resfriamento de uma fonte de energia, de acordo com as técnicas apresentadas no presente relatório descritivo.

[0024] Os números similares identificam componentes similares ao longo das figuras.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0025] Um aparelho, uma configuração e um método para componentes de resfriamento de uma fonte de energia são apresentados no presente relatório descritivo. O aparelho, a configuração e o método de orientação de gás de processo (isto é, gás operacional), tal como um gás de plasma, por e/ou ao longo de superfícies/objetos de transferência térmica em uma fonte de energia, para resfriar componentes elétricos (por exemplo, resistores, capacitores, circuitos integrados, componentes de computação - por exemplo, microprocessadores - etc.) incluídos na fonte de energia. Isto é, os componentes da fonte de energia, usados, tipicamente, para liberar gás de processo a um conjunto de maçarico, são modificados/substituídos de modo que o gás de processo se desloque por e/ou ao longo de superfícies de transferência térmica na fonte de energia, na medida em que se movimenta do orifício de entrada de gás da fonte de energia para o orifício de saída de gás da fonte de energia. Consequentemente, o aparelho e a configuração proporcionam resfriamento sem adição de componentes específicos de resfriamento a uma fonte de energia. Além do mais, o resfriamento proporcionado pelo gás de processo proporciona resfriamento suficiente e, desse modo, pode substituir ou melhorar o resfriamento proporcionado pelo fluxo de ar ambiente, líquido e/ou de configurações de mudança de fase. De fato, em pelo menos algumas concretizações, os componentes específicos de resfriamento, tais como ventiladores, podem ser removidos de uma fonte de energia e/ou substituídos por componentes

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9/31 menores e/ou mais baratos. Por exemplo, uma fonte de energia incorporando o aparelho e a configuração de resfriamento apresentados no presente relatório descritivo pode prescindir de um ventilador, para forçar um fluxo de ar ambiente pela fonte de energia. Consequentemente, o aparelho e a configuração de resfriamento, apresentados no presente relatório descritivo, podem reduzir o custo, o peso e/ou o consumo elétrico de uma fonte de energia, enquanto ainda proporcionando a quaisquer componentes elétricos incluídos na fonte de energia um resfriamento suficiente.

[0026] Uma vez que o aparelho e a configuração apresentados no presente relatório descritivo utilizam gás de processo para resfriamento, a fonte de energia pode prescindir de incluir componentes dedicados apenas ao resfriamento da fonte de energia (por exemplo, rotas de escoamento de líquido, tubos térmicos, agentes aglutinantes, ventiladores, etc.). Isto é, a fonte de energia não precisa incorporar componentes específicos de resfriamento nela, e pode utilizar componentes que existem em praticamente todas as fontes de energia (por exemplo, escoadouro térmico e tubos para gás de processo), para gerar um resfriamento efetivo. Além do mais, em uma fonte de energia incluindo a configuração de resfriamento, apresentada no presente relatório descritivo, não há necessidade de uma passagem de um segundo meio (por exemplo, gás, líquido, etc.) por ela para proporcionar resfriamento.

[0027] Comparativamente, o resfriamento com líquido e o resfriamento com mudança de fase podem ser apenas implementados por adição (por exemplo, instalação e inclusão) de componentes específicos de resfriamento em uma fonte de energia, desde que os componentes específicos de resfriamento sejam dedicados a resfriamento e não sejam envolvidos diretamente em tarefas operacionais da fonte de energia (por exemplo, transferência de gás e

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10/31 eletricidade a um conjunto de maçarico). Por exemplo, o resfriamento com líquido requer que uma fonte de energia inclua ou defina rotas de escoamento fechadas, dedicadas à passagem de um fluxo de líquido (por exemplo, água) pela fonte de energia. No entanto, uma fonte de energia, que utiliza um resfriamento por mudança de fase, pode precisar de um ou mais tubos térmicos com um fluido interno, que evapore a uma baixa energia (remova energia de um escoadouro térmico/componente elétrico), para ser aglutinado a um escoadouro térmico ou uma superfície de transferência térmica com um agente de enchimento de vão ou aglutinante (por exemplo, um agente aglutinante que aumente a resistência da junta aglutinada térmica e retarde a condução de calor do escoadouro térmico/superfície de transferência térmica para o tubo térmico).

[0028] A Figura 1 ilustra uma concretização exemplificativa do sistema de corte 150, que inclui uma fonte de energia 200 com uma configuração de resfriamento de gás de processo 201 (consultar as Figuras 2 e 3), formada de acordo com uma concretização da presente invenção. Em um nível superior, a fonte de energia 200 fornece energia a um conjunto de maçarico 170, enquanto também controlando o fluxo de gás de uma fonte de gás 180 ao conjunto de maçarico 170 (embora, em outras concretizações, a própria fonte de energia 200 possa fornecer o gás). A fonte de gás 180 é conectada à fonte de energia 200 pela mangueira de cabo 182 e a fonte de energia 200 é conectada ao conjunto de maçarico 170 pela mangueira de cabo 172. O sistema de corte 150 também inclui um cabo operacional 192 com um grampo de aterramento 190. Como é ilustrado, a mangueira de cabo 172, a mangueira de cabo 182 e/ou a mangueira de cabo 192 pode(m) ser de qualquer comprimento. Para conectar entre si os componentes mencionados acima, as extremidades opostas da mangueira de cabo 172, da mangueira de cabo 182 e/ou da mangueira de cabo 192 podem

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11/31 ser todas acopladas à fonte de energia 200, ao conjunto de maçarico 170, à fonte de gás 180 ou ao grampo 190 em qualquer maneira conhecida atualmente ou a ser desenvolvida posteriormente (por exemplo, uma conexão removível).

[0029] Ainda com referência à Figura 1, mas agora conjuntamente com as Figuras 2 e 3, geralmente, na concretização ilustrada, a configuração de resfriamento de gás de processo 201 utiliza gás de processo comprimido da fonte de gás 180, para resfriar os vários componentes elétricos na fonte de energia 200, na medida em que o gás de processo escoa pela fonte de energia 200, da fonte de gás 180 para o conjunto de maçarico 170. Mais especificamente, primeiro, o gás de processo comprimido escoa da fonte de gás 180 para a fonte de energia 200 pela mangueira de cabo 182. Depois, o gás comprimido escoa por uma rota de escoamento fechada 280, que se estende de um orifício de entrada de gás 214, incluído em uma parede posterior 210 da fonte de energia 200, a um orifício de saída 222, incluído em uma parede frontal 220 da fonte de energia 200, enquanto passando por/ao longo de escoadouros térmicos 250, incluídos na fonte de energia 200 (a vazão pode ser controlada na entrada 214 por um controlador de fluxo 270, tal como um conjunto de válvula de solenoide). Quando o gás de processo comprimido chega ao orifício 222, incluído na parede frontal 220, o gás de processo comprimido é orientado para o conjunto de maçarico 170 pela mangueira de cabo 172. Especialmente, para fins desta descrição, o orifício 222 é descrito bastante com relação à transferência de gás de um único gás, embora, é para ser entendido que o orifício 222 também pode permitir que a fonte de energia 200 transfira mais gases e/ou eletricidade para o conjunto de maçarico 170 pela mangueira de cabo 172. Comparativamente, a parte frontal 220 também inclui um orifício 224 para a mangueira de cabo 192, que conecta o grampo de operação 190 à fonte de energia 200, e, tipicamente, o

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12/31 orifício 224 apenas proporciona uma conexão elétrica e não é relacionada com o escoamento de gás.

[0030] Na concretização ilustrada, o gás de processo comprimido é gás de plasma e, desse modo, uma vez que o gás de processo comprimido atinge o conjunto de maçarico 170, o gás de processo comprimido é orientado por um arco no conjunto de maçarico 170 para gerar uma corrente de plasma. No entanto, em outras concretizações, a configuração de resfriamento 201 apresentada no presente relatório descritivo, também pode ser usada em sistemas de soldagem, sistemas de corte automáticos e/ou qualquer outro sistema no qual componentes elétricos precisam de resfriamento e gás operacional escoa de uma fonte de energia a um maçarico. Isto é, o aparelho e a configuração de resfriamento, apresentados no presente relatório descritivo, podem ser úteis em fontes de energia adequadas para vários tipos de soldagem ou corte. Nessas outras concretizações, o gás de processo pode ser qualquer gás utilizado durante operações de soldagem ou corte, e não precisa necessariamente ser gás comprimido. Por exemplo, em algumas concretizações, o gás de processo pode ser gás de blindagem. Isto é, o uso de gás de processo comprimido também vai se beneficiar do efeito de estrangulamento dos gases comprimidos ao expandir e resfriar. Isso vai criar um maior diferencial de temperatura entre o gás comprimido mais frio e a temperatura mais alta das superfícies aquecidas, o que vai promover um resfriamento de maior convecção. No entanto, independentemente do tipo de gás de processo usado, o gás de processo é o único meio que se desloca pela configuração de resfriamento 201, sem que água, outros líquidos ou outros gases passem por ela.

[0031] Ainda com referência às Figuras 1 a 3, na concretização ilustrada, a fonte de energia 200 inclui um ventilador 244 (consultar as Figuras 2 e 3) e a configuração de resfriamento de gás de processo 201

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13/31 melhora o resfriamento proporcionado por um fluxo de ar infrassônico forçado, criado pelo ventilador 244. Para facilitar o fluxo de ar para o ventilador 244, uma cobertura 202, que define pelo menos uma parte de um alojamento externo da fonte de energia 200, inclui respiradouros 204 (os respiradouros de topo 204 podem servir como uma entrada e os respiradouros de fundo 204 podem servir como uma saída). No entanto, em outras concretizações, a configuração de resfriamento de gás de processo 201 pode substituir um sistema de fluxo de ar infrassônico forçado e, nessas concretizações, a fonte de energia 200 pode não incluir respiradouros 204 no seu alojamento externo.

[0032] Nas Figuras 2 e 3, a fonte de energia 200 é ilustrada com a cobertura 202 removida. Como se pode notar, na concretização ilustrada, a cobertura 202 define partes laterais e uma parte de topo da fonte de energia 200, de modo que a cobertura 202, a parte posterior 210 e a parte frontal 200 podem cooperar com uma parte de fundo 228 para formar um alojamento externo, que define uma cavidade interna 230. A cavidade interna 230 aloja vários componentes elétricos e a configuração de resfriamento de gás de processo 201 (minimamente). Mais especificamente, na concretização ilustrada, a cavidade interna 230 aloja uma placa de circuito impresso (PCB) 242, que se estende perpendicularmente para cima do fundo 236 (por exemplo, paralela às partes laterais da fonte de energia 200 definidas pela cobertura 204), e vários componentes elétricos 260 são montados, direta ou indiretamente, na PCB 242. Isto é, a fonte de energia 200 pode incluir componentes elétricos 262 (por exemplo, capacitores) montados diretamente na PCB 242 e/ou componentes elétricos 264 montados em escoadouros térmicos 250 (por exemplo, com uma interface térmica) e, a despeito dessas diferentes montagens, os componentes elétricos 262 e 264 podem ser todos acoplados operacionalmente à PCB 242 e podem ser operantes para controlar o fornecimento de eletricidade e/ou

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14/31 gás a um conjunto de maçarico (por exemplo, o conjunto de maçarico 170), com base em comandos/sinais recebidos pela fonte de energia 200 (por exemplo, comandos recebidos em um painel de controle 226 incluído na fonte de energia 200).

[0033] Na concretização ilustrada, a rota de escoamento fechada 280, definida pela configuração de resfriamento de gás de processo 201, se estende em série por todos os escoadouros térmicos 250 incluídos na fonte de energia 200. Mais especificamente, na concretização ilustrada, a fonte de energia 200 inclui quatro escoadouros térmicos 250: um primeiro escoadouro térmico 250A; um segundo escoadouro térmico 250B; um terceiro escoadouro térmico 250C; e um quarto escoadouro térmico 250D. Todos os escoadouros térmicos 250 são dispostos de modo que aletas (por exemplo, superfícies extrudadas/usinadas) sejam dispostas na ou adjacentes à rota de escoamento do fluxo de ar infrassônico, gerado pelo ventilador 224. Isto é, as aletas dos escoadouros térmicos 250A e 250B se estendem para a parte frontal 220 (e na direção dos componentes elétricos 262), enquanto que as aletas dos escoadouros térmicos 250C e 250D se estendem para a parte posterior 210 (e na direção dos componentes elétricos 262). No entanto, os componentes elétricos 264 são montados nas bases dos escoadouros térmicos 250 (por exemplo, as partes laterais dos escoadouros térmicos 250 das quais se estendem as aletas, de modo que os componentes elétricos 264 sejam dispostos em uma parte posterior dos escoadouros térmicos 250). As bases dos escoadouros térmicos 250 podem servir como superfícies de transferência térmica para o calor gerado pelos componentes elétricos 264. Como é explicado em mais detalhes abaixo, todos os escoadouros térmicos 250 incluem uma área de escoamento fechada (por exemplo, uma rota fechada), que permite que o gás de processo comprimido escoe por todos os escoadouros térmicos 250. Essas áreas de

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15/31 escoamento fechadas (por exemplo, rotas) são conectadas por segmentos de tubo e cooperam com os tubos para definir a rota de escoamento fechada 280.

[0034] Mais especificamente, na concretização ilustrada, a rota de escoamento fechada 280 inclui cinco segmentos de tubo, que se estendem entre os escoadouros térmicos 250, a entrada de gás 214 e a saída de gás 222. Um primeiro segmento de tubo 250A se estende da entrada de gás 214 para o primeiro escoadouro térmico 250A e permite que o gás recebido da fonte de gás 180 escoe para uma passagem no primeiro escoadouro térmico 250A (a passagem é descrita em mais detalhes abaixo). Quando o gás sai do primeiro escoadouro térmicos 205A, ele escoa por um segundo segmento de tubo 280 e para o segundo escoadouro térmico 250B. O gás então escoa por um terceiro segmento 280C, um terceiro escoadouro térmico 250C, um quarto segmento de tubo 280C e um quarto escoadouro térmico 250D, nessa ordem. Após sair do quarto escoadouro térmico 250D, o gás escoa por um quinto e final segmento 280D (também referido como um segmento de saída 280D) para a saída de gás 222, na qual o gás pode ser orientado na direção do conjunto de maçarico 170 pela mangueira de cabo 172. Uma vez que o gás escoe sequencialmente pelos escoadouros térmicos (por exemplo, um após ou o outro), os escoadouros térmicos 250 podem ser referidos como dispostos em série. No entanto, em outras concretizações, os escoadouros térmicos 250 podem ser dispostos em paralelo (por exemplo, um segmento de tubo pode ser dividido e liberar gás para dois ou mais escoadouros térmicos simultaneamente), em série ou em alguma combinação deles. [0035] Voltando agora para as Figuras 4 - 8, geralmente, essas figuras ilustram escoadouros térmicos que são adequados para a configuração de resfriamento apresentada no presente relatório descritivo. Isto é, os escoadouros térmicos ilustrados nas Figuras 4 - 8

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16/31 definem áreas de escoamento fechadas, que permitem que um gás de processo escoe por e/ou ao longo do escoadouro térmico. Como é descrito em mais detalhes abaixo, na concretização ilustrada nas Figuras 4, 5A e 5B, a área de escoamento fechada é formada dentro do escoadouro térmico, enquanto que na concretização ilustrada nas Figuras 6 - 8, a área de escoamento fechada é formada em/sobre uma parte do escoadouro térmico. No entanto, os escoadouros térmicos não são o único componente pelo/ao longo do qual um gás de processo pode ser orientado para melhorar o resfriamento dos componentes elétricos em uma fonte de energia, de acordo com a presente invenção. Por exemplo, uma chapa térmica ou qualquer outro componente, que possa transferir calor de um componente elétrico (por exemplo, qualquer componente com uma superfície de transferência térmica, para transferir calor do componente elétrico), pode incluir a área de escoamento fechada descrita no presente relatório descritivo, que pode permitir que um gás de processo escoe por ela e/ou ao longo dela. Isto é, todas as concretizações ilustradas nas Figuras 4 - 8 são, por sua vez, descritas abaixo.

[0036] Primeiro, as Figuras 4, 5A e 5B ilustram uma primeira concretização de um escoadouro térmico 250, adequado para a configuração de resfriamento ilustrada nas Figuras 2 e 3. O escoadouro térmico 250 inclui uma base 310, um conjunto de aletas 340 que se estende da base, e uma área de escoamento 320 (também referida como uma passagem de escoamento de gás 320), que é formada na base 310. Mais especificamente, a base 310 se estende de uma parte frontal 312 a uma parte posterior 314, e entre um primeiro lado 316 e um segundo lado 318. A base 310 também inclui uma parte de fundo 317 e uma parte de topo 319, que são separadas por uma altura Ή. As aletas 340, que podem ser de superfície extrudada ou usinada, se estendem do fundo 317 da base 310 e são todas paralelas aos lados

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316, 318 da base 310. No entanto, a área de escoamento 320 é formada dentro da base 310 (por exemplo, em um espaço entre, mas incluindo: (1) a parte frontal 312 e a parte posterior 314; (2) a parte de topo 319 e a parte de fundo 317); e (3) o primeiro lado 316 e o segundo lado 318). [0037] Na concretização ilustrada, a área de escoamento 320 se estende da parte de topo 319 da base 310 na direção da parte de fundo 317 da base 310, mas não se estende pela parte de fundo 317. Diferentemente, a base 310 define uma parte de fundo 326 da área de escoamento interna 320, como se pode notar na Figura 5B. Isto é, na concretização ilustrada, a área de escoamento interna 320 se estende da parte de topo 319 da base 310 e tem uma profundidade D2, que é inferior à altura Ή da base 310. A base 310 também define as paredes laterais 328 da área de escoamento interna 320, mas, na concretização ilustrada, não define uma parte de topo da área de escoamento 320. Diferentemente, uma cobertura 350 é presa na parte de topo 319 da base 310, sobre a área de escoamento 320 para envolver a área de escoamento 320. Por exemplo, em algumas concretizações, a área de escoamento pode ser formada por remoção (por exemplo, por fresagem ou outras dessas técnicas de usinagem) de partes da base 310 para formar a área de escoamento 320 e, depois, uma cobertura 350 pode ser presa sobre a área de escoamento 320 com prendedores (por exemplo, parafusos) ou um agente de fixação (por exemplo, epóxi, cola, etc.).

[0038] No entanto, em outras concretizações, a área de escoamento 320 pode ser formada dentro da base 310 em qualquer maneira desejável. Por exemplo, em algumas concretizações, o escoadouro térmico 250 pode ser formado com técnicas de fabricação aditiva e, desse modo, a área de escoamento 320 pode ser formada dentro da base 310, na medida em que a base 310 é formada. Nessas concretizações, a base 310 pode também cobrir a área de escoamento

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320, tornando desnecessária a cobertura 350. Além do mais, em algumas concretizações, a área de escoamento 320 pode ser formada dentro da base 310, adjacente a qualquer lado ou parte do escoadouro térmico 250 (por exemplo, partes do lado 316, lado 318, fundo 317, frente 312, parte posterior 314, cantos ou bordas se estendendo entre eles, etc.) por remoção de material ou qualquer outra maneira. Ainda mais, nas concretizações incluindo aletas relativamente grandes 340, a área de escoamento 320 também pode ser formada dentro de uma das aletas, se por remoção de material ou por qualquer outra maneira.

[0039] Independentemente de como a área de escoamento 320 é formada dentro do escoadouro térmico 250, a área de escoamento 320 é fechada ou selada, exceto para uma entrada 321, que é disposta adjacente a uma da parte frontal 330 ou da parte posterior 332 da área de escoamento 320, e uma saída 323, que é disposta adjacente à outra da parte frontal 330 ou da parte posterior 332 da área de escoamento 320. Por exemplo, na concretização ilustrada, a entrada 321 se estende pela parte lateral 316 da base 310 adjacente à parte frontal 330 para proporcionar um conduto para a área de escoamento 320, e a saída 323 se estende pela parte lateral 316 da base 310 adjacente à parte posterior 332 para proporcionar um conduto para fora da área de escoamento 320. As conexões 322 e 324 podem ser montadas na entrada 321 e na saída 323, respectivamente, para conectar firmemente os segmentos de tubo 280 na entrada 321 e na saída 323, de modo a processar o gás escoando pela rota de escoamento fechada 280, em uma fonte de energia 200, possa escoar para dentro e para fora do escoadouro térmico 250 sem quaisquer vazamentos.

[0040] Em algumas concretizações, a área de escoamento 320 pode também incluir características para melhoria de resfriamento, tais como aletas extrudadas 334 (referidas no presente relatório descritivo como aletas de área de escoamento 334 simplesmente para

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19/31 proporcionar clareza com relação às aletas 340 do escoadouro térmico 250, às quais as aletas 334 são similares); no entanto, em outras concretizações, a área de escoamento 320 não precisa incluir quaisquer características para melhoria de resfriamento, e pode ser simplesmente um conduto desobstruído de qualquer forma ou tamanho. Isto é, a área de escoamento pode ser simplesmente um canal ou um conduto com uma forma de seção transversal quadrada, circular, irregular, etc. Na concretização ilustrada, a área de escoamento 320 inclui aletas de área de escoamento retangulares 334, que definem os canais de resfriamento 336 dentro da área de escoamento 320. Para melhorar o fluxo de lado a lado entre os canais de resfriamento 336, as aletas de área de escoamento 334 podem ter uma altura D1, que é inferior à altura D2 da área de escoamento 320, de modo que um espaço 338 abrangendo a largura da área de escoamento 320 seja proporcionado na parte de topo da área de escoamento 320 (especialmente, apenas uma parede lateral 328 é mostrada na vista detalhada da Figura 5B). Adicional ou alternativamente, as aletas da área de escoamento 334 podem incluir uma ou mais aberturas de escoamento transversal 337, e/ou as aletas da área de escoamento 334 podem não abranger todo o comprimento da área de escoamento 320, desde que o comprimento seja a dimensão abrangendo da parte frontal 330 para a parte posterior 332 da área de escoamento 332. Por exemplo, as aletas 334 podem incluir vãos ou quebras adjacentes à parte frontal 330, à parte posterior 332 e /ou a quaisquer áreas entre elas.

[0041] Ainda com referência às Figuras 4, 5A e 5B, na concretização ilustrada, o componente elétrico 264 é montado acima de uma parte de topo 319 da base 310, mas fora de alinhamento com a área de escoamento 320 (e a cobertura 350). Desse modo, a parte de topo 319 serve como uma superfície de transferência térmica do escoadouro térmico 250 e extrai calor do componente elétrico 264. No

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20/31 entanto, em outras concretizações, o componente elétrico 264 pode ser montado em qualquer superfície do escoadouro térmico, e cuja superfície pode servir como a superfície de transferência térmica do componente de escoadouro térmico. Por exemplo, em algumas concretizações, o componente elétrico 264 pode ser montado no escoadouro térmico 250 acima da cobertura 350, de modo que o componente elétrico 264 seja montado diretamente acima da área de escoamento 320. Em alguns casos (por exemplo, dependendo do grau de condução térmica entre a cobertura 350 e o restante do escoadouro térmico 250), o alinhamento do componente elétrico 264 acima da cobertura 350 pode aumentar o grau de resfriamento proporcionado ao componente elétrico 264. De fato, pode ser particularmente desejável montar o componente elétrico 264 acima da área de escoamento 320 se a área de escoamento 320 for formada dentro da base 310, sem criar uma abertura na parte de topo 319 (por exemplo, se a área de escoamento for formada com fabricação aditiva), pelo menos porque uma parte do topo 319 pode ter uma maior condução térmica com o restante do escoadouro térmico 250, em comparação com uma cobertura 350. Por outro lado, se a área de escoamento 320 for formada em um escoadouro térmico 250, após o componente elétrico 264 ser montado no escoadouro térmico 250 (por exemplo, se a configuração de resfriamento for modernizada em uma fonte de energia com uma configuração de resfriamento existente), a área de escoamento 320 pode ser deslocada do componente elétrico 264, para evitar a remoção e a remontagem do componente elétrico 264. Independentemente de onde o componente elétrico 264 é montado no escoadouro térmico 250, o componente elétrico 264 pode ser montado no escoadouro térmico 250 (por exemplo, na parte de topo 319) com uma interface térmica para garantir que o calor se dissipe eficientemente do componente elétrico 264 para o escoadouro térmico 250.

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21/31 [0042] Voltando então para as Figuras 6 e 7, essas figuras ilustram uma segunda concretização de um escoadouro térmico 250', adequado para uma configuração de resfriamento que pode ser implementada com a, ou em lugar da, configuração de resfriamento ilustrada nas Figuras 2 e 3. De fato, nas Figuras 6 e 7, o escoadouro térmico 250' é mostrado montado em um lado posterior da PCB 242 das Figuras 2 e 3, desde que o lado posterior da PCB 242 seja o lado da PCB oposto ao lado no qual são montados os componentes elétricos 262. Desse modo, em algumas concretizações, o escoadouro térmico 250' pode ser usado em lugar dos escoadouros térmicos 250, e a rota de escoamento 280 pode apenas se estender ao longo do lado posterior da PCB 242 (e pelo escoadouro térmico 250'), mas, em outras concretizações, o escoadouro térmico 205' pode ser instalado na fonte de energia 200 além de nos escoadouros térmicos 250. Neste cenário, a rota de escoamento 280 se divide de modo que parte do gás de processo é orientada pelos escoadouros térmicos 250 e o restante (por exemplo, aproximadamente metade) do gás de processo é orientado para os escoadouros térmicos 250.

[0043] Independentemente de como o escoadouro térmico 250' é implementado, o escoadouro térmico 250' é similar ao escoadouro térmico 250, ilustrado nas Figuras 4, 5A e 5B, desde que o escoadouro térmico 250' inclua uma base 310, um conjunto de aletas 340, que se estende da base 310, e uma área de escoamento 320. No entanto, em comparação com o escoadouro térmico 250, a área de escoamento 320 do escoadouro térmico 250' é formada em uma parte das aletas 340, em vez de dentro da base 310. Mais especificamente, as aletas 340 incluem um primeiro conjunto de aletas 342 e um segundo conjunto de aletas 344. As aletas no primeiro conjunto 342 têm uma altura H1 e as aletas no segundo conjunto 344 têm uma altura H2, que é menor do que a H1. Isto é, o primeiro conjunto de aletas 342 se estende mais

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22/31 longe da base 310 do escoadouro térmico 250' do que o segundo conjunto de aletas 344. Consequentemente, um espaço aberto é proporcionado acima e em torno do segundo conjunto de aletas 344, e esse espaço pode ser usado para formar a área de escoamento de gás 320 e montar quaisquer partes associadas (por exemplo, conexões, controladores de fluxo de gás, etc.). Na concretização ilustrada, esse espaço proporciona um local para que uma cobertura 360 seja fixada sobre pelo menos uma parte do segundo conjunto de aletas 344 (em qualquer maneira conhecida no momento ou a ser desenvolvida depois) e forme a área de escoamento de gás 320 sobre, em torno e/ou entre as aletas do segundo conjunto de aletas 344.

[0044] A cobertura 360 inclui as partes laterais 364 e uma parte de topo 362, que se estendem entre uma parte frontal 366 e uma parte posterior 368. As partes laterais 364, a parte frontal 366 e a parte posterior 368 se estendem para baixo, perpendicularmente longes da parte de topo 362, e, na concretização ilustrada, envolvem todas as aletas no segundo conjunto de aletas 344, entre a cobertura 360 e a base 310. No entanto, em outras concretizações, qualquer parte do segundo conjunto de aletas 344 pode ser envolvida entre a cobertura 360 e a base 310. Mais especificamente, nas Figuras 6 e 7, a parte frontal 366 da cobertura 360 define uma parte frontal 330 da área de escoamento 320, a parte posterior 368 da cobertura 360 define uma parte posterior 332 da área de escoamento 320, e as partes laterais 364 da cobertura 360 definem as paredes laterais 328 da área de escoamento 320. Isto é, a cobertura 360 e a base 310 formam uma área de escoamento fechada 320, substancialmente similar à área de escoamento 320 ilustrada nas Figuras 5A e 5B, e, desse modo, qualquer descrição da área de escoamento 320 das Figuras 4, 5A e 5B incluída acima deve ser entendida como se aplicando à área de escoamento 320, ilustrada nas Figuras 6 e 7. Por exemplo, embora o segundo

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23/31 conjunto de aletas 344 sirva como as aletas da área de escoamento 334 (isto é, as aletas que melhoram o resfriamento na área de escoamento 320) na concretização ilustrada nas Figuras 6 e 7, as aletas 344 podem ser substancialmente similares às aletas da área de escoamento 334, que são formadas na área de escoamento 320 das Figuras 4, 5A e 5B. [0045] Uma diferença entre a área de escoamento, mostrada nas Figuras 4, 5A e 5B, e a área de escoamento 320, ilustrada nas Figuras 6 e 7, é que a entrada 321 e a saída 323 são dispostas acima da área de escoamento 320, em vez de por uma parte lateral 328 da área de escoamento 320. Consequentemente, a área de escoamento 320 pode não prescindir de características que melhorem o escoamento lado a lado dentro da área de escoamento 320, tais como os furos 337 ou uma área de escoamento transversal 338. Não obstante, se desejado, as aletas 334 e/ou a cobertura 360, mostradas nas Figuras 6 e 7, podem definir as características que melhoram o escoamento lado a lado, tais como os furos 337 ou uma área de escoamento transversal 338 (a despeito das Figuras 6 e 7 não ilustrarem essas características). Outra diferença entre a concretização das Figuras 4, 5A e 5B e a concretização das Figuras 6 e 7 é que o escoadouro térmico 250', ilustrado nas Figuras 6 e 7, inclui um controlador de fluxo 270' (por exemplo, um conjunto de válvula de solenoide) montado adjacente à sua entrada 321. Como é descrito em mais detalhes abaixo, o controlador de fluxo 270' pode ser configurado para controlar a quantidade de gás escoando por essa área de escoamento 320 (diferentemente da quantidade de gás escoando por toda uma rota de escoamento fechada 280).

[0046] Voltando então à Figura 8, essa figura ilustra uma terceira concretização de um escoadouro térmico 250, que é substancialmente similar ao escoadouro térmico 250', exceto que o escoadouro térmico 250 não inclui dois conjuntos de aletas. Diferentemente, a base 310 se

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24/31 estende além de suas aletas 340, ou, de outra perspectiva, o escoadouro térmico 250 inclui as aletas 340 que apenas abrangem uma parte da base 310. De qualquer modo, uma parte do fundo 326 da base 310 é exposta (quando vista do fundo) e proporciona uma área na qual a cobertura 360 pode ser montada para formar uma área de escoamento 320 se estendendo pelo escoadouro térmico 250. Desse modo, na concretização ilustrada na Figura 8, a área de escoamento

320 não inclui quaisquer aletas da área de escoamento interna 334. De outro modo, a concretização ilustrada na Figura 8 pode ser substancialmente similar à concretização ilustrada nas Figuras 6 e 7, e qualquer descrição da concretização das Figuras 6 e 7 deve ser entendida como se aplicando à concretização ilustrada na Figura 8. No entanto, deve-se notar que a concretização ilustrada na Figura 8 é meramente um exemplo de uma área de escoamento 320 formada sem quaisquer características de melhoria de resfriamento (por exemplo, aletas), e, em várias concretizações, áreas de escoamento desimpedidas similares, formadas em qualquer superfície (plana, redonda ou irregular) de um componente de resfriamento.

[0047] Com referência genérica às Figuras 1 a 8, em algumas concretizações, um escoadouro térmico, tal como o escoadouro térmico 250' pode incluir um controlador de fluxo, dedicado àquele escoadouro térmico para controlar a quantidade de gás escoando para a entrada

321 da área de escoamento 320. Por exemplo, nas concretizações ilustradas nas Figuras 6 a 8, um controlador de fluxo 270' é montado na cobertura 360 adjacente à conexão 322 e controla uma quantidade de gás escoando pela conexão 322 para a entrada 321. Esse controlador de fluxo 270' pode ser incluído além ou em lugar do controlador de fluxo 270, mostrado nas Figuras 2 e 3 (que controla o fluxo de gás entrando na rota de escoamento fechada 280, na entrada 214 da fonte de energia 200).

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25/31 [0048] Por exemplo, nas concretizações que incluem vários escoadouros térmicos 250, instalados em um primeiro lado de uma PCB 242, e outro escoadouro térmico 250', instalado em um lado oposto da PCB 242, o controlador de fluxo 270 pode controlar o fluxo de gás para a rota de escoamento fechada 280 (da fonte de gás 180), e o controlador de fluxo 270' pode determinar que parte ou percentual desse fluxo de gás é desviado para o escoadouro térmico 250' (em comparação com os escoadouros térmicos 250). Isto é, o segmento de entrada 280A da rota de escoamento fechada 280 pode ter uma divisão ou bifurcação, e o controlador de fluxo 270' pode controlar uma quantidade de gás, que escoa por uma primeira rota da divisão (e para/sobre o escoadouro térmico 250'), e o gás que não escoa pela primeira rota pode escoar por uma segunda rota. O gás escoando ao longo da segunda rota pode escoar pelos escoadouros térmicos 250. Por exemplo, nas concretizações ilustradas, o gás escoando ao longo da segunda rota escoa pelos escoadouros térmicos 250, que são alinhados em série. Adicional ou alternativamente, em algumas concretizações, qualquer componente com uma área de escoamento fechada 320 pode incluir um controlador de fluxo dedicado 270', de modo que o fluxo de gás de processo por esse componente possa ser controlado, por exemplo, para proporcionar mais ou menos resfriamento a um componente elétrico particular, em comparação com outros componentes elétricos.

[0049] Voltando então à Figura 9, essa figura é um diagrama 400, que ilustra as temperaturas de três dispositivos eletrônicos, incluídos em uma fonte de energia, quando resfriados com ar ambiente e quando resfriados com ar ambiente e a configuração de resfriamento da presente invenção. Inicialmente, no estágio 410, a temperatura de cada um desses três dispositivos eletrônicos (cada dispositivo é ilustrado com uma linha diferente) aumenta, devido à convecção natural durante as operações de soldagem ou corte, que requerem que os três dispositivos

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26/31 eletrônicos gerem calor. Depois, aproximadamente 1.000 segundos de convecção natural (por exemplo, quando os dispositivos eletrônicos estão todos a, ou acima de, 60 graus Celsius (°C)), um ventilador é ligado para resfriar os três dispositivos eletrônicos com um fluxo infrassônico forçado de ar ambiente, para iniciar um estágio 420 de resfriamento com fluxo de ar infrassônico. As temperaturas dos três dispositivos eletrônicos caem a uma faixa operacional mais adequada (por exemplo, aproximadamente 35 - 40°C) durante um período de aproximadamente 1.700 - 1.900 segundos, durante o estágio 420. No estágio 430, as técnicas de resfriamento, apresentadas no presente relatório descritivo, são usadas conjuntamente com o fluxo infrassônico forçado de ar ambiente e as temperaturas dos três dispositivos eletrônicos caem ainda mais (por exemplo, a aproximadamente 30 35°C) pelo período de cerca de 700 - 900 segundos.

[0050] A Figura 10 é um diagrama 500 ilustrando as temperaturas de dois dispositivos eletrônicos incluídos em uma fonte de energia, quando resfriados, durante convecção, com apenas a configuração de resfriamento da presente invenção. Especialmente, durante o transcorrer de aproximadamente 2.000 segundos de convecção e resfriamento com apenas as técnicas de resfriamento apresentadas no presente relatório descritivo (gás de processo passando por/ao longo de superfícies de transferência térmica para os dois dispositivos eletrônicos), ambos os dispositivos eletrônicos se mantêm à temperatura dentro de uma faixa operacional adequada para componentes elétricos (por exemplo, aproximadamente 35 - 40°C). Mais especificamente, o dispositivo 520 começa a se estabelecer em temperaturas na faixa de aproximadamente 33 - 35°C, e o dispositivo 510 começa a se estabelecer em temperaturas na faixa de aproximadamente 36 - 38°C. Desse modo, quando usadas sozinhas, as técnicas de resfriamento apresentadas no presente relatório descritivo

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27/31 podem proporcionar um resfriamento efetivo, que é pelo menos tão efetivo quanto o resfriamento proporcionado com o fluxo infrassônico forçado de ar ambiente utilizado no estágio 420 da Figura 9.

[0051] Além do mais, especialmente, na Figura 9, os componentes elétricos experimentaram um estágio inicial sem resfriamento e, depois, um estágio de resfriamento foi iniciado para promover uma mudança drástica em temperatura (uma redução de temperatura de quase 50%). Esse método de resfriamento pode criar vários problemas indesejáveis. Por exemplo, para iniciar um estágio de resfriamento, leituras de temperatura precisas devem ser monitoradas constantemente. Se houver uma falha em qualquer parte do processo de realimentação de temperatura, a falha pode retardar ou impedir o início de um estágio de resfriamento e provocar dano ou desgaste indesejado nos componentes elétricos. Além do mais, o resfriamento em estágios permite que a temperatura fique relativamente alta antes do início do resfriamento e, desse modo, o resfriamento pode precisar de mais tempo e mais energia. Comparativamente, uma vez que as técnicas apresentadas no presente relatório descritivo utilizam recursos de soldagem/corte, que estão sendo fornecidos a um conjunto de maçarico, para promover as operações de soldagem/corte, para proporcionar resfriamento, as técnicas apresentadas no presente relatório descritivo vão começar quando os processos de soldagem ou corte começarem. Desse modo, o resfriamento proporcionado pelas técnicas apresentadas no presente relatório descritivo não precisa ser ativado por um circuito de realimentação (desse modo, evitando um risco tipicamente associado com o resfriamento). Adicionalmente, o resfriamento proporcionado pelas técnicas apresentadas no presente relatório descritivo vai impedir que os componentes elétricos aumentem suas temperaturas a temperaturas relativamente altas, durante um estádio de convecção inicial, porque não há qualquer estágio de convecção sem resfriamento.

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Simplificando, as técnicas apresentadas no presente relatório descritivo orientam o gás de processo pela rota de escoamento de gás fechada 280, durante operações de soldagem ou corte do sistema de soldagem ou corte.

[0052] A Figura 11 é um fluxograma de nível superior ilustrando um método 600 para resfriamento de uma fonte de energia, de acordo com as técnicas apresentadas no presente relatório descritivo. Inicialmente, em 610, uma passagem de escoamento de gás é formada em conexão térmica com os componentes aquecidos na fonte de energia. Por exemplo, uma passagem de escoamento de gás (isto é, uma área de escoamento de gás) pode ser formada na base de um escoadouro térmico, sobre as aletas de um escoadouro térmico, ou em uma superfície de um escoadouro térmico (por exemplo, na parte de topo da base de um escoadouro térmico). Em algumas concretizações, tal como a concretização mostrada nas Figuras 4, 5A e 5B, a passagem de escoamento de gás é formada por conformação (por exemplo, usinagem) de uma cavidade em uma parte de um componente (por exemplo, um escoadouro térmico), em conexão térmica com componentes aquecidos (por exemplo, componentes elétricos). No entanto, em outras concretizações, tal como a concretização mostrada nas Figuras 6 - 8, a passagem de escoamento de gás é formada por fixação de uma cobertura em uma parte de um componente (por exemplo, um escoadouro térmico), em conexão térmica com componentes aquecidos (por exemplo, componentes elétricos). A cobertura pode ou não envolver os itens de transferência térmica (por exemplo, as aletas) do componente.

[0053] Em 420, o gás de processo é orientado pela passagem de escoamento na medida em que o gás de processo escoa para um conjunto de maçarico. Isso pode fazer com que o gás de processo transfira calor do componente (por exemplo, um escoadouro térmico),

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29/31 em conexão térmica com componentes aquecidos (por exemplo, componentes elétricos), o que pode, por sua vez, resfriar os componentes aquecidos. Além do mais, a transferência de calor pode provocar o aumento da temperatura do gás de processo, na medida em que o gás de processo se desloca pela fonte de energia. Por exemplo, em uma concretização, o gás de processo pode entrar na fonte de energia a aproximadamente 23°C e sair da fonte de energia a aproximadamente 48°C. Essa variação em temperatura pode proporcionar um resfriamento significativo nos componentes elétricos em uma fonte de energia e resfriar os componentes elétricos pelo menos tão efetivamente quanto com fluxos de ar infrassônicos forçados (como é demonstrado nas Figuras 9 e 10) e, desse modo, a configuração de resfriamento, apresentada no presente relatório descritivo, pode proporcionar uma solução de resfriamento, que pode substituir as soluções de resfriamento de fluxos de ar infrassônicos forçados típicos, para criar uma fonte de energia mais leve e/ou mais barata. Além do mais, esse aumento em temperatura não vai tipicamente promover operações de corte ou soldagem nos quais o gás de processo esteja envolvido. Por exemplo, o gás de processo usado como gás de plasma pode ser aquecido a temperaturas iguais ou superiores a aproximadamente 2.000°C, para gerar uma corrente de plasma, desse modo, que a alteração da temperatura do gás de processo liberado para o maçarico de aproximadamente 23°C a aproximadamente 48°C vai ter pouco impacto na geração de uma corrente de plasma.

[0054] Para resumir, em uma forma um componente de resfriamento adequado para resfriamento de um componente elétrico, disposto em uma fonte de energia de um sistema de soldagem ou corte, é apresentado no presente relatório descritivo, o componente de resfriamento compreendendo: uma superfície de transferência térmica

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30/31 para transferir calor do componente elétrico; uma entrada para receber gás de processo de uma fonte de gás; uma saída que orienta o gás de processo a jusante na direção de um conjunto de maçarico; uma área de escoamento fechada se estendendo entre a entrada e a saída, em que a área de escoamento fechada fica em comunicação térmica com a superfície de transferência térmica, de modo que o gás de processo melhore o resfriamento do componente elétrico, na medida em que o gás de processo se desloca pela área de escoamento fechada, da entrada para a saída.

[0055] Em outra forma, uma fonte de energia para um sistema de soldagem ou corte é apresentado no presente relatório descritivo, a fonte de energia compreendendo: um alojamento externo; componentes elétricos dispostos dentro do alojamento externo; e um componente de resfriamento posicionado dentro do alojamento externo em uma posição que recebe o calor gerado por pelo menos um dos componentes elétricos, o componente de resfriamento compreendendo: uma entrada para receber gás de processo de uma fonte de gás; uma saída que orienta o gás de processo a jusante na direção de um conjunto de maçarico; e uma área de escoamento fechada que orienta o gás de processo da entrada para a saída, de modo que o gás de processo melhore o resfriamento de pelo menos um componente elétrico, na medida em que o gás de processo se desloca pela área de escoamento fechada, da entrada para a saída.

[0056] Em mais outra forma, um método de componentes de resfriamento em uma fonte de energia, para um sistema de soldagem ou corte, é apresentado no presente relatório descritivo, o método compreendendo: formar uma passagem de escoamento de gás em conexão térmica com componentes aquecidos na fonte de energia; e orientar o gás de processo pela passagem de escoamento, na medida em que o gás de processo escoa na direção de um conjunto de

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31/31 maçarico.

[0057] Embora as técnicas sejam ilustradas e descritas no presente relatório descritivo como representadas em um ou mais exemplos específicos, os detalhes específicos dos exemplos não são tencionados para limitar o âmbito das técnicas apresentadas no presente relatório descritivo, uma vez que várias modificações e mudanças estruturais podem ser feitas dentro do âmbito e da amplitude da invenção. Por exemplo, uma fonte de energia incluindo uma configuração de resfriamento, formada de acordo com as técnicas apresentadas no presente relatório descritivo, pode incluir um número qualquer de rotas de escoamento fechadas se estendendo de uma entrada de gás a uma saída de gás de uma fonte de energia. Como outro exemplo, uma rota de escoamento pode incluir um número qualquer de ramificações, de modo que um número qualquer de componentes é incorporado na rota de escoamento em série ou em paralelo. Além disso, várias características de um dos exemplos discutidos no presente relatório descritivo podem ser incorporadas em quaisquer outros exemplos. Consequentemente, as reivindicações em anexo devem ser consideradas amplamente e em uma maneira consistente com o âmbito da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Componente de resfriamento adequado para resfriamento de um componente elétrico, disposto em uma fonte de energia de um sistema de soldagem ou corte, o componente de resfriamento caracterizado pelo fato de que compreende:

uma superfície de transferência térmica para transferir calor do componente elétrico;

uma entrada para receber gás de processo de uma fonte de gás;

uma saída, que orienta o gás de processo a jusante na direção de um conjunto de maçarico; e uma área de escoamento fechada se estendendo entre a entrada e a saída, em que a área de escoamento fechada fica em comunicação térmica com a superfície de transferência térmica, de modo que o gás de processo melhore o resfriamento do componente elétrico, na medida em que o gás de processo se desloca pela área de escoamento fechada, da entrada para a saída.
2. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de processo é gás de plasma, o conjunto de maçarico é um conjunto de maçarico de arco de plasma, e, quando o gás de plasma atinge o conjunto de maçarico de arco de plasma, o gás de plasma é ionizado para criar uma corrente de plasma.
3. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de processo é o único meio escoando pela área de escoamento fechada.
4. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o componente de resfriamento compreende ainda:

uma ou mais aletas dispostas na área de escoamento

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2/4 fechada, em que o gás de processo se desloca por uma ou mais aletas, quando escoando da entrada para a saída para melhorar o resfriamento do componente elétrico.
5. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o componente de resfriamento compreende um escoadouro térmico, incluindo:

uma base; e aletas de escoadouro térmico que se estendem da base.
6. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a área de escoamento fechada é formada na base do escoadouro térmico.
7. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a área de escoamento fechada é formada em uma cavidade definida pela base, e o componente de resfriamento compreende ainda:

uma cobertura, que sela a cavidade para definir a área de escoamento fechada.
8. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a entrada e a saída são formadas na base do escoadouro térmico.
9. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a área de escoamento fechada é formada por uma cobertura, que define um volume interno com uma superfície externa da base.
10. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a cobertura e a base envolvem pelo menos uma das aletas do escoadouro térmico dentro do volume interno.
11. Componente de resfriamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a entrada e a saída são

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3/4 formadas na cobertura.
12. Fonte de energia para um sistema de soldagem ou corte, caracterizada pelo fato de que compreende:

um alojamento externo;

componentes elétricos dispostos dentro do alojamento externo; e um componente de resfriamento posicionado dentro do alojamento externo em uma posição que recebe o calor gerado por pelo menos um dos componentes elétricos, o componente de resfriamento compreendendo:

uma entrada para receber gás de processo de uma fonte de gás;

uma saída que orienta o gás de processo a jusante na direção de um conjunto de maçarico; e uma área de escoamento fechada que orienta o gás de processo da entrada para a saída, de modo que o gás de processo melhore o resfriamento de pelo menos um componente elétrico, na medida em que o gás de processo se desloca pela área de escoamento fechada, da entrada para a saída.
13. Fonte de energia, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o gás de processo é gás de plasma, o conjunto de maçarico é um conjunto de maçarico de arco de plasma, e, quando o gás de plasma atinge o conjunto de maçarico de arco de plasma, o gás de plasma é ionizado para criar uma corrente de plasma.
14. Fonte de energia, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o gás de processo é o único meio escoando pela área de escoamento fechada.
15. Fonte de energia, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o componente de resfriamento compreende um escoadouro térmico, incluindo:

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4/4 uma base; e aletas de escoadouro térmico que se estendem da base.
16. Fonte de energia, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o alojamento externo compreende:

uma saída de alojamento configurada para receber o gás de processo da saída do componente de resfriamento e liberar o gás de processo para o conjunto de maçarico.
17. Fonte de energia, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a fonte de gás é externa à fonte de energia, e o alojamento externo compreende ainda:

uma entrada de alojamento configurada para receber o gás de processo da fonte de gás e liberar o gás de processo para a entrada do componente de resfriamento.
18. Método de componentes de resfriamento em uma fonte de energia para um sistema de soldagem ou corte, caracterizado pelo fato de que compreende:

formar uma passagem de escoamento de gás em conexão térmica com os componentes aquecidos na fonte de energia; e orientar o gás de processo pela passagem de escoamento na medida em que o gás de processo escoa na direção de um conjunto de maçarico.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o gás de processo é gás de plasma, o conjunto de maçarico é um conjunto de maçarico de arco de plasma, e, quando o gás de plasma atinge o conjunto de maçarico de arco de plasma, o gás de plasma é ionizado para criar uma corrente de plasma.
20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a orientação ocorre durante as operações de soldagem ou corte do sistema de soldagem ou corte.