CN104254231A - 电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气设备(1)，包括至少两个冷却元件(4)和用第一空气流(11)对至少两个冷却元件(4)进行冷却的第一风扇结构(5)。为了获得有效的冷却方案，电气设备(1)包括用于用第二空气流(12)对至少两个冷却元件(4)进行冷却的第二风扇结构(6)。第二风扇结构(6)使第二空气流(12)沿着与第一空气流(11)相比不同的流动方向穿过，并且第一空气流(11)和第二空气流(12)布置成对至少两个冷却元件(4)的不同部分(13、17)进行冷却。

Description

电气设备
技术领域
本发明涉及一种电气设备并且特别地涉及一种对电气设备进行冷却的方案。
背景技术
之前已知有如下的方案：其利用风扇结构来经由附接有电气部件的至少两个冷却元件提供空气流，使得冷却元件接收由电气部件产生的热负荷。经由冷却元件穿行的空气流接收来自冷却元件的热负荷并且将热负荷送入环境。
上述方案的缺点是不同的冷却元件接收不同量的冷却。最初相对冷的空气穿过第一冷却元件，在该第一冷却元件处空气随着它对第一冷却元件进行冷却而被加热。因此，空气流动方向上的随后的冷却元件将接收已被之前的冷却元件加热过的空气。在包括串联的多个冷却元件的实施方案中，对于空气流到达的每个随后的冷却元件，空气流的温度均将升高。这称为热堆积。
一种处理冷却元件在不同温度运行的上述问题的常见的试图方法是增加空气的体积流量。然而，这需要更大的风扇并且会增加压降、能耗、以及噪声。
发明内容
本发明的目的是解决以上提及的缺点以及提供一种具有改进的冷却方案的电气设备。该目的通过根据独立权利要求1的电气设备而实现。
具有不同流动方向的两个不同空气流的使用使得能够确保每个冷却元件和对应的电气部件接收均匀并且充足的冷却。
附图说明
下面将通过示例并参照附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了设备的第一实施方式，
图2和图3示出了冷却元件的实施方式，
图4和图5示出了第一实施方式中的温度行为，
图6示出了设备的第二实施方式，
图7示出了设备的第三实施方式，以及
图8示出了设备的第四实施方式。
具体实施方式
图1示出了设备的第一实施方式。示出的电气设备1可以为对电动马达提供电力的马达驱动装置，例如频率转换器。
在示出的示例中，电气部件2经由基板3附接至冷却元件4。然而，基板不是在所有的实施方案中都是必须的。在电气部件使用期间由电气部件产生的热量被传导至冷却元件4。在示出的示例中，大致平行的冷却元件4的第一端设置有电气部件2，而冷却元件的相反的第二端布置在空气流中。
冷却元件4可以由例如铝或者具有优异的导热性能的其他适当材料制成。在冷却元件4最简单的形式中，冷却元件4可以由散热片组成，散热片的金属材料(例如)将热量从电气部件2传导至空气流。然而，作为替代方式，能够利用更精密且更有效的冷却元件。这种冷却元件可以包括例如内部流体循环。如图2和图3中所示出的，还能够利用脉动热管或者两相热虹吸管。
在根据图1的示例中，设备包括分别包含第一风扇7和第二风扇8的第一风扇结构5和第二风扇结构6。第一风扇7产生从第一入口9到第一出口10的第一空气流。第一空气流11对冷却元件4的第一部分13进行冷却，第一部分13在示出的示例中为冷却元件的最上端。经由第一入口9进入壳体或部件空间14的第一空气流11具有温度Tin,1并且经由第一出口10离开壳体的空气流11具有温度Tout,1。
第二风扇8产生从第二入口15到第二出口16的第二空气流12。第二空气流12对冷却元件4的第二部分17进行冷却，第二部分17在示出的示例中位于冷却元件4的中间。经由第二入口15进入壳体或部件空间14的第二空气流12具有温度Tin,2并且经由第二出口16离开壳体或部件空间14的空气流12具有温度Tout,2。
一个或更多个的中间壁18可以在冷却元件4之间延伸以将第一空气流和第二空气流引导至冷却元件4的不同部分。这种中间壁不是在所有实施方式中都是必须的。如果使用了中间壁，则密闭性不是重要的而是可以允许合理量的泄露。然而，目的是确保具有不同的流动方向的第一空气流11和第二空气流12不会发生很大程度的混合，而是相反地，气流基本上如已示出和说明的出现以对冷却元件的不同部分进行冷却。在图1中，已经通过示例示出了两个中间壁18。位于图1中的下侧的中间壁18防止第二空气流到达电气部件2所位于的冷却元件4的下端，上侧中间壁18保持第一空气流11和第二空气流12彼此隔开。
虽然在图1中电气设备布置在壳体14中，但是这种壳体不是在所有实施方式中都是必须的。
在图1中，冷却元件4以串联构型布置，其中冷却元件4与附接至冷却元件4的相应的电气部件2之间具有距离(空气间隙)。然而，作为替代方式，图1中的冷却元件可以以堆积构型布置，在堆积构型中冷却元件4和/或电气部件2彼此接触(热接触)。
如以上所说明的，第二空气流的流动方向与第一空气流的流动方向不同。在许多实施方案中，最有效的方案是具有相反的流动方向。然而，完全相反的流动方向不是在所有实施方式中都是必须的，当流动方向不同时，换言之，不是彼此完全相反时，也可实现这种充分有效的冷却。
图2和图3示出了冷却元件的实施方式。图2和图3的冷却元件4'与结合图1说明的冷却元件4非常相似。因此，将主要通过指出差别来对图2和图3的冷却元件进行说明。
图2和图3的冷却元件4'可以在图1的电气设备中使用。冷却元件4'为具有内部流体循环的双相热虹吸管。冷却元件4'包括并排布置优选地并联布置的多个管20'。每个管由内壁21'分成多个流动通道。
在示出的示例中，位于图2中最左侧的两个流动通道是蒸发器通道22'，其经由基板3接收来自电气部件2的热负荷。因此，流体蒸发并且向上运动。冷却元件的第二上端中的歧管23'使流体经由冷凝器通道24'返回冷却元件4'的第一下端中的歧管25'。
在冷凝器通道24'之间，翅片26'依序布置以将热量从冷凝器通道24'传递至穿过的空气流。因此，流体冷凝并且返回，用于蒸发器通道25'中新的循环。为了增加流体循环，一些通道可以具有毛细管尺寸。
图4和图5示出了如图1中所示出的设备的第一实施方式中的温度行为。在该示例中，通过示例，假设第一空气流和第二空气流的流动方向是相反的(对流流动)，如图1中所示出的。
在图4中，温度T绘制为穿过图1中的冷却元件4的坐标X的变量。如在图4中可看出的，第一空气流进入第一入口9时的第一空气流11的温度Tin,1较低。在已经经过冷却元件4之后第一空气流11经由第一出口10离开时，第一空气流11的温度Tout,1高很多。相似地，第二空气流12在第二入口15处具有低的温度Tin,2并且在第二出口16处具有高很多的温度Tout,2。在空气流11和空气流12具有相同的流量体积并且假设对于所有冷却元件的电气部件的动力损失均相同时获得示出的温度曲线。
如图4中可看出的，由于相反的流动方向，不管冷却元件4在第一空气流和第二空气流的流动路径中的位置如何，每个冷却元件4均“感觉”环境空气的平均温度Tm。因此，可避免热堆积。
图5更详细地示出了该情况。白条表示图1中的上部通道和相关的温度演变，黑条表示图1中的底部通道。
假设对于两气流来说体积流率相同并且入口温度相同，冷凝器将“感觉”如图4中所表示的平均空气温度Tm，冷凝器将在图5中的曲线图表示为Tc的几乎恒定的饱和温度下运行。为了更好的理解该过程，我们从左到右穿过冷却器序列前进并且我们将自己置于位置Xa。白条和黑条与每个子部段(分别为上部部段和底部部段)中的热交换成比例。如果现在我们从Xa开始进一步穿过装置前进，则我们可根据彩条来识别在每个位置Xn处由冷凝器的每个部分所交换的热量。每点处交换的总热量(由每个子部段交换的热量之和)是几乎恒定的。
图6示出了设备的第二实施方式。图6的实施方式与图1的实施方式非常相似。因此，将主要通过指出这些实施方式之间的差别来进行说明。
在图6中，冷却元件4以堆积构型布置，其中冷却元件4与它们相应的电气部件2彼此接触(热接触)。然而，这仅是通过示例。实际上，在图6的实施方式中也能够利用如图1中示出的串联构型。
在图6中，第一风扇结构5''和第二风扇结构6''包括仅产生一个空气流31的一个单一风扇30。第一风扇结构5''和第二风扇结构6''还包括流动通道32和流动通道33，其将空气流拆分成具有不同的——在示出的示例中为相反的——流动方向的第一空气流11和第二空气流12。
图7示出了设备41的第三实施方式。除了第二风扇8的位置外，图7的实施方式与结合图1说明的实施方式相似。在图7的实施方式中，第二风扇布置在第二出口16附近，其中，第二风扇通过第二入口15吸入空气并且进一步推动空气通过第二出口。
图8示出了设备51的第三实施方式。除了第一风扇7的位置外，图8的实施方式与结合图1说明的实施方式相似。在图8的实施方式中，第一风扇布置在第一出口10附近，其中，第一风扇通过第一入口9吸入空气并且进一步推动空气通过第一出口10。
在示出的示例及以上说明中，示出了对同一冷却元件的不同部分进行冷却的两个空气流。然而，自然地可利用对同一冷却元件的不同部分进行冷却的多于两个的空气流。而且在该情况中，有利地，不同的空气流的流动方向是不同的。
应当理解上述说明和附图仅旨在说明本发明。对本领域的普通技术人员明显的是，可在不脱离本发明的范围的情况下对本实用新型进行改变和修改。

Claims (9)

1.一种电气设备(1、1''、41、51)，包括：
至少两个冷却元件(4、4')，所述至少两个冷却元件(4、4')用于通过接收由电气部件(2)产生的热负荷对所述电气部件(2)进行冷却，以及
第一风扇结构(5、5'')，所述第一风扇结构(5、5'')用于用第一空气流(11)对所述至少两个冷却元件(4)进行冷却，其特征在于
所述电气设备(1、1'')包括第二风扇结构(6、6'')，所述第二风扇结构(6、6'')用于用第二空气流(12)对所述至少两个冷却元件(4、4')进行冷却，
所述第二风扇结构(6、6'')使所述第二空气流(12)沿着与所述第一空气流(11)相比不同的流动方向穿过，并且
所述第一空气流(11)和所述第二空气流(12)布置成对所述至少两个冷却元件(4、4')的不同部分(13、17)进行冷却。
2.根据权利要求1所述的电气设备(1)，其特征在于，所述第一风扇结构(5)包括第一风扇(7)，并且所述第二风扇结构(6)包括第二风扇(8)。
3.根据权利要求1所述的电气设备(1'')，其特征在于，所述第一风扇结构(5'')和所述第二风扇结构(6'')包括一个单一风扇(30)和流动通道(32、33)，所述一个单一风扇(30)产生空气流(31)，所述流动通道(32、33)将所述空气流(31)分成所述第一空气流(11)和所述第二空气流(12)。
4.根据权利要求1所述的电气设备(1、1'')，其特征在于，一个或更多个中间壁(18)在所述至少两个冷却元件(4、4')之间延伸以便将所述第一空气流(11)和所述第二空气流(12)引导至所述至少两个冷却元件(4、4')的不同部分(13、15)。
5.根据权利要求1所述的电气设备(1、1'')，其特征在于，具有附接至其上的相应的所述电气部件(2)的所述至少两个冷却元件(4、4')以串联构型布置，其中在所述至少两个冷却元件(4、4')与附接至所述至少两个冷却元件(4、4')的相应的所述电气部件(2)之间具有距离。
6.根据权利要求1所述的电气设备(1、1'')，其特征在于，具有附接至其上的相应的所述电气部件(2)的所述至少两个冷却元件(4、4')以堆叠式构型布置成彼此接触。
7.根据权利要求1所述的电气设备(1、1'')，其特征在于，具有相应的所述电气部件(2)的所述至少两个冷却元件(4、4')布置在由壁包围的部件空间(14)中，所述壁设置有用于使所述第一空气流(11)和所述第二空气流(12)穿过所述部件空间(14)的第一入口(9)和第二入口(15)以及第一出口(10)和第二出口(16)。
8.根据权利要求1所述的电气设备(1、1'')，其特征在于，所述至少两个冷却元件(4')为两相热虹吸管或者脉冲热管。
9.根据权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述第二风扇结构(6、6')使所述第二空气流(12)沿着与所述第一空气流(11)相比相反的流动方向穿过。
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