DE102021111632A1

DE102021111632A1 - Verfahren zum Kühlen einer Vorrichtung, wie z.B. eines elektromotorischen Antriebs oder eines allgemeinen Stromwandlers, und Vorrichtung, wie z.B. ein elektromotorischer Antrieb oder ein allgemeiner Stromwandler zur Durchführung des Kühlverfahrens

Info

Publication number: DE102021111632A1
Application number: DE102021111632.5A
Authority: DE
Inventors: Nicklas Södö; Tommi Keski-Kujala; Tuomas Yli-Rahnasto
Original assignee: Vacon Oy
Current assignee: Vacon Oy
Priority date: 2021-05-05
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2022-11-10
Also published as: US20220361364A1; CN115315138A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen einer Vorrichtung, wie z. B. eines elektromotorischen Antriebs oder eines allgemeinen Stromwandlers, wobei die Vorrichtung einen Kühlkörper, mit dem Kühlkörper verbundene elektronische Komponenten, ein mit dem Kühlkörper verbundenes Wärmerohr, eine Einlasslufttemperaturmessvorrichtung und ein Kühlgebläse umfasst. Gemäß dem Verfahren stellt der Antrieb fest, ob die Einlasslufttemperatur unter einem ersten Temperaturschwellenwert liegt, und betreibt das Kühlgebläse mit einem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur, wenn die Einlasslufttemperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert liegt. Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung, wie z. B. einen elektromotorischen Antrieb oder einen allgemeinen Stromwandler zur Durchführung des Kühlverfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen einer Vorrichtung, wie z. B. eines elektromotorischen Antriebs oder eines allgemeinen Stromwandlers, wobei die Vorrichtung einen Kühlkörper, mit dem Kühlkörper verbundene elektronische Komponenten, ein mit dem Kühlkörper verbundenes oder darin integriertes Wärmerohr, eine Einlasslufttemperaturmessvorrichtung und ein Kühlgebläse umfasst. Gemäß dem Verfahren stellt der Antrieb fest, ob die Einlasslufttemperatur unter einem ersten Temperaturschwellenwert liegt, und betreibt das Kühlgebläse mit einem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur, wenn die Einlasslufttemperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert liegt. Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung, wie z. B. einen elektromotorischen Antrieb oder einen allgemeinen Stromwandler zur Durchführung des Kühlverfahrens.
Forcierte Luftkühlung ist üblich für die Verhinderung einer Überhitzung von elektronischen Geräten. In der Regel sind Wärme erzeugende Komponenten von elektronischen Geräten, wie z. B. elektromotorische Antriebe oder allgemeine Stromwandler, mit einem Kühlkörper verbunden, und ein Gebläse wird dazu verwendet, Luft an dem Kühlkörper vorbei zu forcieren. Zur Steigerung der Effizienz solcher Kühlsysteme kann ein Kühlkörper mit einem Wärmerohr ausgestattet werden. Da die Wärmeleitfähigkeit eines Wärmerohrs beträchtlich besser als jene typischer Kühlkörpermaterialien, wie z. B. Aluminium, ist, kann Wärme in den Kühlkörper und an die Umgebungsluft effizienter abgegeben werden.
Ein Wärmerohr ist ein verschlossener Behälter, aus dem jegliche Luft entfernt worden ist und in dem ein Vakuum oder Teilvakuum erzeugt worden ist. Das Wärmerohr ist zum Teil mit einem Arbeitsfluid gefüllt, bei dem es sich um Wasser handeln kann. Wasser kann aufgrund seiner geringen Kosten und geeigneten Wärmeübertragungsfähigkeit verwendet werden. Ein Nachteil von Wasser besteht jedoch darin, dass es gefriert, wenn die Umgebungstemperatur unter null Grad Celsius fällt. Obgleich das Gefrieren des Wärmerohrs an sich kein großes Problem darstellt, da von einer Wärmequelle abgegebene Wärmeenergie in der Regel das Wärmerohr auftaut, kann es zu Problemen kommen, wenn Gebläse zur forcierten Kühlung mit einem Wärmerohr bei niedrigen Umgebungstemperaturen kombiniert werden. Solche Kühlgebläse werden in der Regel so gesteuert, dass ihre Gebläsedrehzahl durch Versuche bestimmt wird und es sich dabei um einen Kompromisswert handelt. Die Gebläsedrehzahl muss hoch genug sein, um Komponenten kühl zu halten, jedoch niedrig genug, um das Gefrieren eines Wärmerohrs in kalten Umgebungsbedingungen zu verhindern. Die Gebläsedrehzahl und insbesondere eine vordefinierte untere Drehzahlgrenze des Gebläses kann von den Eigenschaften des Kühlsystems, d. h. von den Eigenschaften des Gebläses, des Kühlkörpers, des Wärmerohrs, der Kühlkanäle und/oder der Verlust erzeugenden Komponenten der Vorrichtung, abhängig sein.
Unter ungünstigen Bedingungen kann die forcierte Kühlung das Gefrieren des Wärmerohrs beschleunigen und der Auftauwirkung der Wärmequelle entgegenwirken. Sobald das Fluid in dem Wärmerohr gefroren ist, ist der Kühlungswirkungsgrad des Kühlkörpers beträchtlich reduziert und von dem Kühlkörper gekühlte Komponenten können überhitzen und/oder Übertemperaturabschaltungen bewirken. Dementsprechend kann sich die Leistungsfähigkeit des elektromotorischen Antriebs verschlechtern oder der Antrieb kann beschädigt werden.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung, wie z. B. einen elektromotorischen Antrieb oder allgemeinen Stromwandler, bereitzustellen, die die oben dargelegten Probleme beseitigen. Dieses Ziel wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 12 erreicht.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Kühlen einer Vorrichtung, wie z. B. eines elektromotorischen Antriebs oder eines allgemeinen Stromwandlers, bereit. Die Vorrichtung umfasst einen Kühlkörper, mit dem Kühlkörper verbundene elektronische Komponenten, ein mit dem Kühlkörper verbundenes oder darin integriertes Wärmerohr, eine Einlasslufttemperaturmessvorrichtung und ein Kühlgebläse. Die elektronischen Komponenten können Hardware umfassen, die zur Bereitstellung eines funktionsfähigen elektromotorischen Antriebs oder allgemeinen Stromwandlers erforderlich ist. Die Verbindung zwischen dem Kühlkörper auf der einen Seite und den elektronischen Komponenten und dem Wärmerohr auf der anderen Seite kann ein direkter oder indirekter Kontakt zwischen den Komponenten sein.
Das Gebläse ist zum Blasen von Umgebungsluft von außerhalb des Antriebs, durch eine Einlassöffnung und zu dem Wärmerohr und einer Auslassöffnung vorgesehen. Gemäß dem Verfahren stellt der Antrieb fest, ob die Einlasslufttemperatur unter einem ersten Temperaturschwellenwert liegt. Der Antrieb betreibt das Kühlgebläse mit einem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur, wenn die Einlasslufttemperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert liegt. Der Antrieb kann eine Steuerung und/oder Softwareimplementierung zur Durchführung der erforderlichen Verfahrensschritte umfassen.
Die Erfindung ermöglicht das Erkennen von kalter Umgebungstemperatur und dementsprechendes Beschränken der Gebläsedrehzahl, so dass der Energieverlust einer gekühlten Komponente das Fluid in dem Wärmerohr selbst unter Bedingungen von unter null liegenden Umgebungstemperaturen in einer flüssigen Form halten kann. Dadurch ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass unvorteilhafte Situationen, in denen bei dem Antrieb eine Übertemperaturstörung bei niedrigen Umgebungstemperaturen auftritt, vermieden werden. Die Erfindung verhindert, dass das Wärmerohr an dem Kühlkörper gefriert, wenn der Antrieb bei niedrigen Umgebungstemperaturen betrieben wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der erste Temperaturschwellenwert nahe bei der Gefrierpunkttemperatur des Arbeitsfluids des Wärmerohrs, z. B. 0°C ± 5 °C.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt der Antrieb fest, ob die Einlasslufttemperatur über einem zweiten Temperaturschwellenwert liegt, und betreibt das Kühlgebläse mit einem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur, wenn die Einlasslufttemperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert liegt und der Antrieb zuvor mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betrieben worden ist. Das Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur kann durch höhere Betriebsdrehzahlen des Gebläses als bei dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur gekennzeichnet sein. Der zweite Temperaturschwellenwert kann eine höhere Temperatur als der erste Temperaturschwellenwert sein. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Gebläse mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur bei Umgebungstemperaturen zwischen den zwei Temperaturschwellenwerten betrieben werden, wenn der Antrieb zuvor mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betrieben worden ist. Das bedeutet, dass, wenn das Wärmerohr niedrigen Temperaturen ausgesetzt war, das Gebläse mit niedrigeren Drehzahlen betrieben wird, selbst dann, wenn die Umgebungstemperatur über den ersten Temperaturschwellenwert hinaus angestiegen ist. Somit wird nur eine begrenzte Menge an Energie von dem Wärmerohr an die Umgebung in dem Temperaturbereich zwischen den zwei Schwellenwerten abgegeben, und das Risiko des Gefrierens des Wärmerohrs kann weiter reduziert werden. Es werden zwei Schwellenwerttemperaturen für Hysterese verwendet, um eine Situation zu vermeiden, in der die Gebläsemodi ständig von einem zum anderen wechseln und somit ein störendes hörbares Geräusch von dem Gebläse erzeugt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Temperaturschwellenwert höher als der erste Temperaturschwellenwert, insbesondere um 5 °C. Somit kann gemäß dieser Ausführungsform in einem Temperaturbereich zwischen beispielsweise 0 °C und 5 °C das Gebläse zur Vermeidung des Gefrierens des Wärmerohrs mit einem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betrieben werden. Die Isttemperaturschwellenwerte können von hier erwähnten Temperaturschwellenwerten um ±2 °C abweichen. Dieses Beispiel kann auf ein Wärmerohr, das mit Wasser als Arbeitsfluid gefüllt ist, zutreffen. Bei einem anderen in das Wärmerohr eingefüllten Arbeitsfluid können sich die Temperaturwerte beträchtlich von diesem Beispiel unterscheiden. Die Isttemperaturschwellenwerte sind von der Gefrierpunkttemperatur des verwendeten Arbeitsfluids abhängig.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Gebläse mit einer vordefinierten niedrigen Drehzahl betrieben. Die vordefinierte niedrige Drehzahl kann dem Stillstand des Gebläses oder einer niedrigen Drehgeschwindigkeit des Gebläses entsprechen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Gebläse gemäß einer Anforderung von mindestens einer der elektronischen Komponenten mit dem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur betrieben. Die Anforderung der elektronischen Komponenten kann eine Funktion der Temperatur der Komponente, die von einer Steuerung des Antriebs gemessen werden kann, sein. Die Anforderung kann zu einem Signal führen, das die Gebläsedrehzahl derart steuert, dass die erforderliche Kühlung der elektronischen Komponente erzielt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Arbeitsfluid des Wärmerohrs Wasser, Methanol und/oder Aceton. Wasser ist ein kostengünstiges Arbeitsfluid des Wärmerohrs, jedoch können andere geeignete Fluide als eine Alternative verwendet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Umgebungstemperaturmessvorrichtung ein Außen- oder Innenthermometer.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Kühlgebläse und mehrere zugehörige Temperaturmessvorrichtungen vorgesehen, wobei der Antrieb alle Kühlgebläse mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betreibt, wenn die von einer der Temperaturmessvorrichtungen gemessene Einlasslufttemperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert liegt, und/oder der Antrieb alle Kühlgebläse mit dem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur betreibt, wenn die von einer der Temperaturmessvorrichtungen gemessene Einlasslufttemperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert liegt und wenn der Antrieb zuvor in dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betrieben worden ist, und/oder die Gebläsedrehzahlen der mehreren Kühlgebläse unabhängig voneinander gesteuert werden. Eine Steuerung des Antriebs kann mit den Kühlgebläsen und den Temperaturmessvorrichtungen verbunden sein, so dass sie die Messungen aller Temperaturmessvorrichtungen auswerten kann. Die Steuerung kann alle Gebläse steuern, so dass die erste Temperaturmessvorrichtung, die das Überschreiten eines Schwellenwerts anzeigt, eine Änderung des Drehzahlregimes der Gebläse auslöst.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmerohr zum Teil mit Arbeitsfluid gefüllt und Luft ist aus dem Wärmerohr entfernt worden, und/oder das Arbeitsfluid in dem Wärmerohr kann in einem Bereich in der Nähe des Gebläses zumindest zum Teil gefroren sein.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, wie z. B. einen elektromotorischen Antrieb oder einen allgemeinen Stromwandler, der einen Kühlkörper, mit dem Kühlkörper verbundene elektronische Komponenten, ein mit dem Kühlkörper verbundenes Wärmerohr, eine Einlasslufttemperaturmessvorrichtung und ein Kühlgebläse umfasst. Die Vorrichtung ist zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens konstruiert.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in den Ansprüchen und in der folgenden Beschreibung der Figuren angegeben. In den Figuren zeigen:

1: ein Betriebsmodell eines Wärmerohrs zum Kühlen eines elektromotorischen Antriebs bei Umgebungstemperatur über 0 °C und gemäß dem Stand der Technik;
2: das Wärmerohrbetriebsmodell bei Umgebungstemperatur unter 0 °C, wobei das Kühlgebläse mit voller Drehzahl betrieben wird und gemäß dem Stand der Technik;
3: ein Betriebsmodell eines Wärmerohrs zum Kühlen eines elektromotorischen Antriebs bei Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4: ein einfaches Blockdiagramm des hier beschriebenen Verfahrens.

1 zeigt ein Betriebsmodell eines Wärmerohrs 2 zum Kühlen eines elektromotorischen Antriebs bei Umgebungstemperaturen von über 0 °C. Ein Wärmerohr 2 ist ein verschlossener Behälter, aus dem jegliche Luft entfernt worden ist und in dem ein Vakuum oder Teilvakuum erzeugt worden ist. Das Wärmerohr 2 ist zum Teil mit einem Arbeitsfluid, wie z. B. Wasser, gefüllt. Wasser kann aufgrund seiner geringen Kosten und geeigneten Wärmeübertragungsfähigkeit verwendet werden. Wasser kann jedoch gefrieren, wenn die Umgebungstemperatur unter 0 °C fällt. Das Gefrieren des Wärmerohrs 2 ist an sich kein Problem, da von einer Wärmequelle abgegebene Energieverluste in der Regel das Wärmerohr 2 auftauen oder es im nicht gefrorenen Zustand halten. Es kann jedoch zu Problemen kommen, wenn forcierte Kühlung durch z. B. Gebläse 3 bei niedrigen Umgebungstemperaturen eingesetzt wird. Diese forcierte Kühlung beschleunigt das Gefrieren des Wärmerohrs 2 und wirkt der Auftauwirkung des Wärmerohrs 2 entgegen.
Das Wärmerohr 2 kann Teil einer elektrischen Anwendung, wie z. B. eines Motorantriebs, sein. Die Seite des Verdampfers 21 des Wärmerohrs 2 kann mit einem Kühlkörper 1 oder einer anderen Art von Wärmeenergie empfangenden Basisplatte in Wärmekontakt sein. Bei hohen Umgebungstemperaturen von über 0 °C kann Wasser ungehindert in dem Wärmerohr 2 zwischen dem auf der linken Seite der Figur gezeigten Verdampfer 21 und dem auf der rechten Seite gezeigten Kondensator 22 des Wärmerohrs 2 zirkulieren. Die Zirkulation wird durch Pfeile in dem Wärmerohr 2 angezeigt. Pfeile außerhalb des Wärmerohrs 2 zeigen Wärmeübertragungen zu und von dem Wärmerohr 2 an. Ein Gebläse 3 kann zum Erzeugen von Zwangskonvektion auf der Seite des Kondensators 22 des Wärmerohrs 2 führen, so dass der Wärmetransport aus dem Wärmerohr 2 und in die umliegende Umgebungsluft verstärkt wird.
2 zeigt das Wärmerohr 2 bei Temperaturbedingungen von unter 0 °C und Betrieb des Gebläses 3 mit voller Drehzahl. Wie in dem Wärmerohr 2 angezeigt wird, gefriert das Arbeitsfluid des Wärmerohrs 2 und beschränkt die Wärmeübertragung zwischen dem Verdampfer 21 und dem Kondensator 22. Die beschränkte Wärmeübertragung kann zur Beschädigung von überhitzenden Komponenten, die Kühlung benötigen, führen. Das Problem wird dadurch verstärkt, dass das Gebläse 3 mit hoher Drehzahl kalte Umgebungsluft zu dem Wärmerohr 2 drückt und es weiter abkühlt.
3 zeigt ein Betriebsmodell eines Wärmerohrs 2 zum Kühlen eines elektromotorischen Antriebs bei Betrieb unter Temperaturbedingungen von unter 0 °C und gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Antrieb umfasst den Kühlkörper 1, mit dem Kühlkörper 1 verbundene elektronische Komponenten, das Wärmerohr 2, das auch mit dem Kühlkörper 1 verbunden ist, eine Einlasslufttemperaturmessvorrichtung und ein Kühlgebläse 3. Der Antrieb kann eine Steuerung oder einen Computer umfassen, die bzw. der zum Feststellen, ob die Einlasslufttemperatur unter einem ersten Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig1} liegt, und zum Betreiben des Kühlgebläses 3 mit einem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur, wenn die Einlasslufttemperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig1} liegt, verwendet wird. Der erste Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig1} kann 0 °C betragen, insbesondere wenn Wasser als ein Arbeitsfluid des Wärmerohrs 2 verwendet wird.
Wie durch die reduzierte Anzahl an Pfeilen, die von dem Gebläse 3 zu dem Kondensator 22 zeigen, angezeigt wird, ist die Drehzahl des Gebläses 3 von dem Antrieb reduziert worden. Dementsprechend wird die Auswirkung von Zwangskonvektion, die durch das Gebläse 3 und auch das Kühlen des Wärmerohrs 2 verursacht wird, reduziert.
Der Antrieb kann feststellen, ob die Einlasslufttemperatur über einem zweiten Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig2} liegt, und das Kühlgebläse 3 mit einem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur betreiben, wenn die Einlasslufttemperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig2} liegt und der Antrieb zuvor mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betrieben worden ist. Der zweite Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig2} kann 5 °C betragen. Demzufolge kann der Antrieb bei dieser Ausführungsform bei Temperaturen von bis zu 5 °C das Gebläse mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betreiben, wenn die Einlasslufttemperaturen zuvor Werte von unter null erreicht haben. Dieses Merkmal kann sicherstellen, dass unter Bedingungen, bei denen der Antrieb nahe der Gefrierpunkttemperatur des Arbeitsfluids des Wärmerohrs 2 betrieben wird, kein Gefrieren des Wärmerohrs 2 auftritt.
Bei dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur kann das Gebläse 3 mit einer Mindestdrehzahl betrieben werden, die einem Stillstand des Gebläses 3 oder einer Drehzahl, die so niedrig wie möglich ist, bei der das Gebläse 3 von dem Antrieb gesteuert werden kann, entsprechen kann.
Im Gegensatz dazu kann bei dem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur das Gebläse 3 gemäß einer Anforderung von mindestens einer der elektronischen Komponenten des Antriebs betrieben werden.
Die Umgebungstemperaturmessvorrichtung kann ein Außen- oder Innenthermometer sein. Ein Innenthermometer kann eine beliebige an oder in dem Antrieb vorgesehene Temperaturmessvorrichtung sein, die die Temperatur der Umgebungsluft oder Einlassluft des Antriebs anzeigende Messwerte bereitstellen kann. Ein Außenthermometer kann sich auf eine Außentemperaturmessvorrichtung beziehen, die mit dem Antrieb verbunden sein und entsprechende Messwerte bereitstellen kann.
Bei einer Ausführungsform, die in den Figuren nicht gezeigt wird, können mehrere Kühlgebläse 3 und mehrere zugehörige Temperaturmessvorrichtungen vorgesehen sein. Der Antrieb kann alle Kühlgebläse 3 mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betreiben, wenn die von einer der Temperaturmessvorrichtungen gemessene Einlasslufttemperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig1} liegt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Antrieb alle Kühlgebläse 3 mit dem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur betreiben, wenn die von einer oder allen der Temperaturmessvorrichtungen gemessene Einlasslufttemperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig2} liegt und wenn der Antrieb zuvor mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betrieben worden ist.
Die Erfindung richtet sich auch auf einen elektromotorischen Antrieb, der einen Kühlkörper 1, mit dem Kühlkörper 1 verbundene elektronische Komponenten, ein mit dem Kühlkörper 1 verbundenes Wärmerohr 2, eine Einlasslufttemperaturmessvorrichtung und ein Kühlgebläse 3 umfasst, wobei der Antrieb zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens konstruiert ist. Insbesondere kann der Antrieb zusätzliche Hardwarekomponenten umfassen und/oder er kann so programmiert sein, dass die hier beschriebenen Verfahrensschritte von dem Antrieb durchgeführt werden können.
4 zeigt ein einfaches Blockdiagramm des hier beschriebenen Verfahrens. Zu Beginn der Durchführung des Verfahrens kann der Antrieb so eingestellt sein, dass er das Gebläse 3 als Standardeinstellung in einem Normalmodus, d. h. mit dem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur, betreibt. Der Betriebsmodus des Antriebs wird als die Variable GebläseSteuerung bezeichnet. In diesem Modus kann die Gebläsedrehzahl basierend auf den Temperaturen und den entsprechenden Kühlungsanforderungen von Bipolartransistoren mit isoliertem Gate, Gleichrichtern und/oder anderen Komponenten des Antriebs gesteuert werden.
Der Antrieb kann einen Einlasslufttemperatursensor T_Einlassluft überwachen, der als eine Einlasslufttemperaturmessvorrichtung verwendet wird. Seine Auflösung kann so gewählt werden, dass sie ≤1 °C beträgt und er Messungen in einem Bereich von -40 bis 100 °C durchführen kann. Wenn sich herausstellt, dass die Einlasslufttemperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig1} von beispielsweise 0 °C liegt, kann die GebläseSteuerung-Variable auf 0 gesetzt werden, und das Gebläse wird von dem Antrieb so gesteuert, dass es mit einer vorbestimmten niedrigen Drehzahl läuft. Das Verfahren kann durchgängig und/oder zu gegebenen Zeitpunkten überprüfen, ob die Einlasslufttemperatur unter null bleibt.
Wenn sich herausstellt, dass die Einlasslufttemperatur nicht mehr unter 0 °C liegt, kann die GebläseSteuerung-Variable bei 0 bleiben, bis die Einlasslufttemperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert T_{EinlassluftNiedrig2} von beispielsweise 5 °C liegt.
Die vorliegende Erfindung verändert die Topologie der Hauptgebläse(3)-Drehzahlsteuerung eines Antriebs gemäß der Einlasslufttemperatur des Gebläses 3. Bei parallelen Leistungsteilen, bei denen mehrere Einlassluftmessungen für mehrere Einlässe des Gebläses 3 durchgeführt werden, können alle Leistungsteile ihre eigene Einlasslufttemperatur messen. Die Gebläse 3 können z. B. gemäß den ersten Messungen, die die Temperaturschwellenwerte der Steuerung des Gebläses 3 erreichen, gesteuert werden.
Alle Merkmale und Vorteile, die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben werden, darunter Einzelheiten zu Konstruktion, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können für die Erfindung sowohl einzeln als auch in allen möglichen Kombinationen nützlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Kühlkörper
2: Wärmerohr
3: Gebläse
21: Verdampfer
22: Kondensator
TEinlassluft: Einlasslufttemperatursensor
TEinlassluftNiedrig1: erster Temperaturschwellenwert
TEinlassluftNiedrig2: zweiter Temperaturschwellenwert

Claims

Verfahren zum Kühlen einer Vorrichtung, wie z. B. eines elektromotorischen Antriebs oder eines allgemeinen Stromwandlers, wobei die Vorrichtung einen Kühlkörper (1), mit dem Kühlkörper (1) verbundene elektronische Komponenten, ein mit dem Kühlkörper (1) verbundenes oder darin integriertes Wärmerohr (2), eine Einlasslufttemperaturmessvorrichtung und ein Kühlgebläse (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass - der Antrieb feststellt, ob die Einlasslufttemperatur unter einem ersten Temperaturschwellenwert (T_{EinlassluftNiedrig1}) liegt, und - der Antrieb das Kühlgebläse (3) mit einem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betreibt, wenn die Einlasslufttemperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert (T_{EinlassluftNiedrig1}) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperaturschwellenwert (T_{EinlassluftNiedrig1}) nahe bei der Gefrierpunkttemperatur des Arbeitsfluids des Wärmerohrs (2), z. B. 0°C ± 5 °C, liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb feststellt, ob die Einlasslufttemperatur über einem zweiten Temperaturschwellenwert (T_{EinlassluftNiedrig2}) liegt, und das Kühlgebläse (3) mit einem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur betreibt, wenn die Einlasslufttemperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert (T_{EinlassluftNiedrig2}) liegt und der Antrieb zuvor mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betrieben worden ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Temperaturschwellenwert (T_{EinlassluftNiedrig2}) höher als der erste Temperaturschwellenwert (T_{EinlassluftNiedrig1}), insbesondere um 5 °C, ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (3) bei dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur mit einer vordefinierten niedrigen Drehzahl betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (3) gemäß einer Anforderung von mindestens einer der elektronischen Komponenten mit dem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid des Wärmerohrs (2) Wasser, Methanol und/oder Aceton umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungstemperaturmessvorrichtung ein Außen- oder Innenthermometer ist.
Verfahren nach mindestens Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlgebläse (3) und mehrere zugehörige Temperaturmessvorrichtungen vorgesehen sind, wobei der Antrieb alle Kühlgebläse (3) mit dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betreibt, wenn die von einer der Temperaturmessvorrichtungen gemessene Einlasslufttemperatur unter dem ersten Temperaturschwellenwert (T_{EinlassiufiNiedrig1}) liegt, und/oder der Antrieb alle Kühlgebläse (3) mit dem Drehzahlregime für hohe Einlasslufttemperatur betreibt, wenn die von einer der Temperaturmessvorrichtungen gemessene Einlasslufttemperatur über dem zweiten Temperaturschwellenwert (T_{EinlassluftNiedrig2}) liegt und wenn der Antrieb zuvor in dem Drehzahlregime für niedrige Einlasslufttemperatur betrieben worden ist, und/oder die Gebläsedrehzahlen der mehreren Kühlgebläse unabhängig voneinander gesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (2) zum Teil mit Arbeitsfluid gefüllt ist und Luft aus dem Wärmerohr (2) entfernt worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsfluid in dem Wärmerohr (2) in einem Bereich in der Nähe des Gebläses (3) zumindest zum Teil gefroren sein kann.
Vorrichtung, wie z. B. ein elektromotorischer Antrieb oder ein allgemeiner Stromwandler, der einen Kühlkörper (1), mit dem Kühlkörper (1) verbundene elektronische Komponenten, ein mit dem Kühlkörper (1) verbundenes Wärmerohr (2), eine Einlasslufttemperaturmessvorrichtung und ein Kühlgebläse (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-11 konstruiert ist.