DE202016106912U1

DE202016106912U1 - cooling arrangement

Info

Publication number: DE202016106912U1
Application number: DE202016106912.2U
Authority: DE
Original assignee: ABB Technology Oy
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: CN206611690U; FI11138U1

Abstract

Kühlanordnung, die umfasst: ein Kühlelement (1) mit einer Einlassöffnung (4), einer Auslassöffnung (5) und einem Flusskanal (9), der eine Flussverbindung zwischen der Einlassöffnung (4) und der Auslassöffnung (5) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass: das Kühlelement einen Raum (8) aufweist, der von dem Flusskanal (9) durch eine Wand (10) getrennt wird, und sich ein Kopplungsanschluss (13, 14) einer ersten elektrischen Komponente (16), der in dem Raum (8) eingegossen ist, durch den Raum (8) erstreckt, um eine durch die erste elektrische Komponente (16) erzeugte Wärmelast über den Kopplungsanschluss (13, 14) zu dem Flusskanal (9) zu übertragen.A cooling arrangement comprising: a cooling element (1) having an inlet opening (4), an outlet opening (5) and a flow channel (9) forming a flow connection between the inlet opening (4) and the outlet opening (5), characterized in that in that the cooling element has a space (8) which is separated from the flow channel (9) by a wall (10), and a coupling connection (13, 14) of a first electrical component (16) located in the space (8). is poured through the space (8) extends to transmit a heat load generated by the first electrical component (16) via the coupling connection (13, 14) to the flow channel (9).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung und insbesondere eine Lösung, mit der eine angemessene Kühlung für elektrische Komponenten erzielt werden kann.The invention relates to a cooling arrangement and in particular to a solution with which adequate cooling for electrical components can be achieved.

Bestimmte elektrische Komponenten sind sehr wärmeempfindlich, sodass auch eine relativ kleine Temperaturerhöhung im Vergleich zu einer Zieltemperatur ihren Betrieb erheblich beeinflussen kann. Deshalb erfordert die Kühlung von elektrischen Komponenten dieses Typs spezielle Aufmerksamkeit.Certain electrical components are very sensitive to heat, so that even a relatively small increase in temperature compared to a target temperature can significantly affect their operation. Therefore, the cooling of electrical components of this type requires special attention.

Eine zuvor bekannte Lösung für das Kühlen von elektrischen Komponenten besteht darin, die elektrische Komponente an einem Kühlelement zu befestigen. Dabei kann das Kühlelement in einem Kontakt mit einem Teil der elektrischen Komponente sein, die eine angemessene elektrische Isolation aufweist.A previously known solution for cooling electrical components is to attach the electrical component to a cooling element. In this case, the cooling element may be in contact with a part of the electrical component having an adequate electrical insulation.

Die oben genannte Lösung für eine Kühlung kann jedoch nicht immer implementiert werden. Und auch wenn sie implementiert werden kann, kann eine Kühlung dieses Typs unter Umständen nicht ausreichen.However, the above solution for cooling can not always be implemented. And even though it can be implemented, cooling of this type may not be enough.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den oben genannten Nachteil zu beseitigen und eine neue Lösung vorzusehen, mit der eine elektrische Komponente effizient gekühlt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Kühlanordnung des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.It is an object of the invention to eliminate the above drawback and provide a new solution with which an electrical component can be efficiently cooled. This object is achieved by the cooling arrangement of independent claim 1.

Indem das Kühlelement mit einem Raum versehen wird, der durch eine Wand von einem Flusskanal getrennt ist, wobei durch den Raum ein Verbindungsanschluss der elektrischen Komponente vorsteht und wobei der Verbindungsanschluss in dem Raum eingegossen ist, wird eine Lösung erhalten, in welcher die elektrische Komponente effizient über ihren Verbindungsanschluss gekühlt werden kann.By providing the cooling element with a space separated by a wall from a flow channel, with a connection port of the electrical component projecting through the space, and with the connection port embedded in the space, a solution is obtained in which the electrical component is efficient can be cooled via their connection port.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Im Folgenden wird die Erfindung im größeren Detail beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen 1 bis 5 beschrieben, die eine Ausführungsform einer Kühlanordnung zeigen.In the following, the invention will be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings 1 to 5, which show an embodiment of a cooling arrangement.

1 zeigt ein Kühlelement aus einer ersten Richtung. In diesem Beispiel umfasst das Kühlelement 1 einen kastenförmigen Körperteil, der eine Bodenplatte 2 und sich entlang von deren Rändern erstreckende Seitenwände 3 umfasst. Die Seitenwand 3 links in 1 weist eine Einlassöffnung 4 und eine Auslassöffnung 5 zum Kühlen eines Fluids wie etwa einer Kühlflüssigkeit auf. Die Einlassöffnung 4 und die Auslassöffnung 5 können durch Rohre zum Beispiel mit einer externen Kühlvorrichtung verbunden sein, die das in dem Kühlelement 1 erwärmte Fluid kühlt und in einem kälteren Zustand zu dem Kühlelement 1 zurückführt. 1 shows a cooling element from a first direction. In this example, the cooling element comprises 1 a box-shaped body part having a bottom plate 2 and sidewalls extending along edges thereof 3 includes. The side wall 3 left in 1 has an inlet opening 4 and an outlet opening 5 for cooling a fluid such as a cooling fluid. The inlet opening 4 and the outlet opening 5 may be connected by pipes, for example, to an external cooling device, that in the cooling element 1 heated fluid cools and in a colder state to the cooling element 1 returns.

Wie in 1 gezeigt, sind untere erhobene Teile 6 auf der Bodenplatte 2 angeordnet und erstrecken sich entlang von deren Rändern, wobei wie in 2 gezeigt auf den erhobenen Teilen eine solide und fluiddichte Zwischenplatte 7 angeordnet sein kann. Die Zwischenplatte 7 ist eng gegen die erhobenen Teile 6 gesetzt, wodurch ein enger Flusskanal 9, der die Einlassöffnung 4 mit der Auslassöffnung 5 verbindet, in dem Raum zwischen der Bodenplatte 2 und der Zwischenplatte 7 gebildet wird. In dem Beispiel der Figuren ist der Flusskanal 9 der Einfachheit halber als ein relativ großer, rechteckiger und gleichförmiger Raum gezeigt, wobei er jedoch in der Praxis eine beliebige, geeignete Form wie zum Beispiel diejenige eines sich hin und her windenden Kanals aufweisen kann.As in 1 shown are lower raised parts 6 on the bottom plate 2 arranged and extending along the edges, wherein as in 2 shown on the raised parts a solid and fluid-tight intermediate plate 7 can be arranged. The intermediate plate 7 is tight against the raised parts 6 set, creating a narrow flow channel 9 that the inlet opening 4 with the outlet opening 5 connects, in the space between the bottom plate 2 and the intermediate plate 7 is formed. In the example of the figures, the flow channel is 9 For simplicity, it may be shown as a relatively large, rectangular and uniform space, but in practice may have any suitable shape, such as that of a reciprocating channel.

Auf der rechten Seite im oberen Teil von 1 und 2 ist ein Raum 8 vorgesehen, der von dem Flusskanal 9 durch eine Wand 10 getrennt ist, die in diesem Beispiel durch einen dem Raum zunächst gelegenen erhobenen Teil 6 gebildet wird. In diesem Beispiel ist der Raum 8 als ein sich durch die Platte 8 erstreckendes Loch implementiert.On the right side in the upper part of 1 and 2 is a room 8th provided by the river channel 9 through a wall 10 is separated, which in this example by a raised part next to the room 6 is formed. In this example, the room is 8th as one through the plate 8th implemented extending hole.

3 zeigt eine erste elektrische Komponente 16, die mit dem Kühlelement gekühlt werden kann. In diesem Beispiel wird angenommen, dass die erste elektrische Komponente 16 ein Kondensator ist. In den in den Figuren gezeigten Beispielen wird angenommen, dass drei Kondensatoren vorhanden sind. 3 und 5 zeigen auch die Kopplungsanschlüsse 13 und 14 der Kondensatoren. 3 shows a first electrical component 16 that can be cooled with the cooling element. In this example it is assumed that the first electrical component 16 a capacitor is. In the examples shown in the figures, it is assumed that three capacitors are present. 3 and 5 also show the coupling connections 13 and 14 of the capacitors.

4 zeigt die erste elektrische Komponente 16, die an einer Position in Verbindung mit dem Kühlelement 1 montiert ist. In der Praxis wird die erste elektrische Komponente 16 im Vergleich zu der in 3 gezeigten Situation auf den Kopf gestellt, wobei ihre Kopplungsanschlüsse 13 und 14 derart angeordnet sind, dass sie sich durch den Raum 8 erstrecken. Weil in diesem Beispiel der Raum 8 als ein sich durch die Bodenplatte 2 erstreckendes Loch implementiert ist, treten die Enden der Kopplungsanschlüsse 13 und 14 auf der anderen Seite der Bodenplatte 2 vor. Dies ist in 5 gezeigt, in welcher das Kühlelement 1 im Vergleich zu der in 4 gezeigten Situation auf den Kopf gestellt ist. Nachdem die Kopplungsanschlüsse 13 und 14 in dem Raum 8 wie in 4 und 5 gezeigt montiert wurden, wird der Raum 8 mit einem geeigneten Material gefüllt, das die Kopplungsanschlüsse 13 und 14 an ihren Positionen in dem Raum 8 fixiert. In der Praxis können die Kopplungsanschlüsse 13 und 14 durch Gießen fixiert werden, wobei der Raum 8 zum Beispiel mit einem Kunstharz gefüllt wird. 4 shows the first electrical component 16 at a position in connection with the cooling element 1 is mounted. In practice, the first electrical component 16 compared to the in 3 situation turned upside down, with their coupling connections 13 and 14 arranged so that they move through the room 8th extend. Because in this example the room 8th as one through the bottom plate 2 extending hole, the ends of the coupling terminals occur 13 and 14 on the other side of the bottom plate 2 in front. This is in 5 shown in which the cooling element 1 compared to the in 4 situation turned upside down. After the coupling connections 13 and 14 in the room 8th as in 4 and 5 The room is shown mounted 8th filled with a suitable material that the coupling ports 13 and 14 at their positions in the room 8th fixed. In practice, the coupling connections 13 and 14 be fixed by pouring, taking the space 8th For example, it is filled with a synthetic resin.

Der Körper des Kühlelements 1 wie etwa die Bodenplatte 2, die Seitenwände und die erhobenen Teile 6 sind vorzugsweise aus einem Wärme effizient leitenden Material wie etwa Aluminium ausgebildet. Die Wand 10, die den Raum 8 von dem Flusskanal 9 trennt, leitet also die Wärme effizient zwischen dem Raum 8 und dem Fluid in dem Flusskanal 9. Dadurch kann eine möglichst effiziente Kühlung der Kopplungsanschlüsse 13 und 14 vorgesehen werden. Weil die Kopplungsanschlüsse 13 und 14 direkt durch Gießen mit dem Körper des Kühlelements 1 verbunden sind, kann zum Beispiel keine Luft zwischen diesen eintreten, die als eine Isolation wirken und die Ableitung der Wärme von den Kopplungsanschlüssen 13 und 14 zu dem Kühlfluid schwächen würde.The body of the cooling element 1 like the bottom plate 2 , the side walls and the raised parts 6 are preferably formed of a heat efficient conductive material such as aluminum. The wall 10 that the room 8th from the river channel 9 separates, ie, conducts the heat efficiently between the room 8th and the fluid in the flow channel 9 , This allows the most efficient cooling of the coupling connections 13 and 14 be provided. Because the coupling connections 13 and 14 directly by casting with the body of the cooling element 1 For example, no air can enter between them that act as insulation and the dissipation of heat from the coupling ports 13 and 14 would weaken to the cooling fluid.

Damit die Kühlung möglichst effizient ist, sollte die Schichtdicke des für das Gießen zu verwendenden Materials möglichst klein sein. Wenn ein Material, das eine ausreichende elektrische Isolation vorsieht, ausgewählt wurde, ist keine weitere elektrische Isolation der Kopplungsanschlüsse 13 und 14 erforderlich. Wenn jedoch das ausgewählte Material keine ausreichend gute elektrische Isolation bietet oder wenn aus einem anderen Grund eine zusätzliche elektrische Isolation für die Kopplungsanschlüsse 13 und 14 gewünscht wird, kann eine extra Schicht aus Isolationsmaterial um die Kopplungsanschlüsse 13 und 14 herum angeordnet werden.In order for the cooling to be as efficient as possible, the layer thickness of the material to be used for casting should be as small as possible. When a material that provides sufficient electrical isolation has been selected, there is no further electrical isolation of the coupling terminals 13 and 14 required. However, if the selected material does not provide sufficiently good electrical insulation, or if for some other reason additional electrical isolation for the coupling connections 13 and 14 is desired, an extra layer of insulating material around the coupling terminals 13 and 14 be arranged around.

Für die in den Figuren verwendeten Beispiele wird angenommen, dass der Raum 8, durch den sich die Kopplungsanschlüsse 13 und 14 erstrecken, zwischen der Wand 10 und einer Seitenwand 3, die als die Außenwand des Kühlelements dient, vorgesehen ist. In diesem Fall findet die Kühlung der Anschlüsse 13 und 14 nur von einer Seite, d. h. durch die Wand 10 hindurch, statt. Wenn die Kühlung noch effizienter sein soll, kann der Flusskanal derart geformt sein, dass Fluid von beiden Seiten des Raums 8 fließt, wobei der Raum 8 in diesem Fall nicht in Kontakt mit der Seitenwand 3 ist, sondern von der Seitenwand 3 durch einen erhobenen Teil 6, der eine zweite Wand bildet, getrennt ist, sodass ein Kühlfluid von beiden Seiten des Raums 8 vorgesehen wird.For the examples used in the figures it is assumed that the space 8th through which the coupling connections 13 and 14 extend between the wall 10 and a side wall 3 , which serves as the outer wall of the cooling element, is provided. In this case, the cooling of the connections takes place 13 and 14 only from one side, ie through the wall 10 through, instead. If the cooling is to be even more efficient, the flow channel may be shaped such that fluid from both sides of the room 8th flows, leaving the room 8th in this case not in contact with the side wall 3 is, but from the sidewall 3 through a raised part 6 , which forms a second wall, is separated, allowing a cooling fluid from both sides of the room 8th is provided.

In dem in den Figuren gezeigten Beispiel trennt die fluiddichte Zwischenplatte 7 die erste elektrische Komponente 16 von dem Flusskanal 9. In der Praxis bildet die Außenfläche 17 der Zwischenplatte 7, die in 2 nach oben gerichtet ist, dann die Kühlfläche, gegen die die erste elektrische Komponente 16 installiert ist. Die Kühlfläche 17 kühlt also die erste elektrische Komponente 16, indem sie eine Wärmelast von der elektrischen Komponente 16 in das Fluid in dem Flusskanal 9 überträgt.In the example shown in the figures, the fluid-tight intermediate plate separates 7 the first electrical component 16 from the river channel 9 , In practice, the outer surface forms 17 the intermediate plate 7 , in the 2 directed upward, then the cooling surface against which the first electrical component 16 is installed. The cooling surface 17 So cools the first electrical component 16 by giving a heat load from the electrical component 16 into the fluid in the flow channel 9 transfers.

Die Bodenplatte 2 ist ebenfalls fluiddicht, wobei in der Praxis ihre Außenfläche 18, die in 5 nach oben gerichtet ist, eine zweite Kühlfläche bildet. Gegen die Außenfläche 18 der Bodenplatte 2 können dann eine oder mehrere zweite elektrische Komponenten 19 installiert werden, die dann mit dem gleichen Kühlelement 1 gekühlt werden können, das auch für das Kühlen der Kopplungsanschlüsse 13 und 14 wenigstens der ersten elektrischen Komponente 16 verwendet wird. Die elektrischen Komponenten 19 können zum Beispiel Leistungshalbleiter sein. Zum Beispiel kann in einer Steuereinrichtung wie etwa einem Frequenzwandler, der die Zufuhr von Strom zu einem Elektromotor steuert, die in den Figuren gezeigte Kühlanordnung derart verwendet werden, dass eine effiziente Kühlung mit ein und dem gleichen Kühlelement für eine Vielzahl von in der Steuereinrichtung enthaltenen elektrischen Komponenten vorgesehen wird. Dadurch wird der Vorteil vorgesehen, dass die Anzahl von Rohrkopplungen, die für das Zirkulieren des Fluids benötigt werden, minimiert werden kann, weil nicht jeweils ein separates Kühlelement für jede elektrische Komponente benötigt wird, wodurch die Anzahl von Kopplungen für das Vorsehen eines Fluidflusses für alle Kühlelemente vergrößert werden würde.The bottom plate 2 is also fluid-tight, in practice its outer surface 18 , in the 5 directed upward forms a second cooling surface. Against the outer surface 18 the bottom plate 2 can then have one or more second electrical components 19 be installed, which then with the same cooling element 1 This can also be used for cooling the coupling connections 13 and 14 at least the first electrical component 16 is used. The electrical components 19 For example, they can be power semiconductors. For example, in a control device such as a frequency converter that controls the supply of power to an electric motor, the cooling arrangement shown in the figures can be used such that efficient cooling with one and the same cooling element for a plurality of contained in the control device electrical Components is provided. This provides the advantage that the number of pipe couplings needed to circulate the fluid can be minimized because it does not require a separate cooling element for each electrical component, thereby reducing the number of couplings for providing fluid flow to all Cooling elements would be increased.

Für die Figuren wird zum Beispiel angenommen, dass das Kühlelement 1 erste und zweite plattenartige Teile umfasst, d. h. die Zwischenplatte 7 und die Bodenplatte 2, die einander gegenüberliegend mit dem Flusskanal 9 zwischen ihren Innenflächen angeordnet sind. In diesem Fall kann die erste elektrische Komponente 16 gegen die Außenfläche 17 des ersten plattenartigen Teils, d. h. der Zwischenplatte 7, angeordnet sein und kann die zweite elektrische Komponente 19 gegen die Außenfläche 18 des zweiten plattenartigen Teils, d. h. der Bodenplatte 2, angeordnet sein. Dadurch wird ein praktischer Aufbau für das einfache und zuverlässige Vorsehen einer effizienten Kühlung für eine Steuereinrichtung zum Steuern der Zufuhr von Strom zu einem Elektromotor vorgesehen.For example, it is assumed for the figures that the cooling element 1 comprises first and second plate-like parts, ie the intermediate plate 7 and the bottom plate 2 facing each other with the river channel 9 are arranged between their inner surfaces. In this case, the first electrical component 16 against the outer surface 17 the first plate-like part, ie the intermediate plate 7 , and may be the second electrical component 19 against the outer surface 18 the second plate-like part, ie the bottom plate 2 be arranged. Thereby, a practical structure for simply and reliably providing efficient cooling for a controller for controlling the supply of power to an electric motor is provided.

Es ist zu beachten, dass die vorstehende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen die vorliegende Erfindung beispielhaft erläutern und nicht einschränken. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die Erfindung auf verschiedene Weise variiert und modifiziert werden kann, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.It should be noted that the foregoing description and the accompanying drawings exemplify rather than limit the present invention. It should be apparent to those skilled in the art that the invention can be varied and modified in various ways without departing from the scope of the invention.

Claims

Cooling arrangement comprising: a cooling element ( 1 ) with an inlet opening ( 4 ), an outlet opening ( 5 ) and a flow channel ( 9 ), which has a flow connection between the inlet opening ( 4 ) and the outlet opening ( 5 ), characterized in that: the cooling element comprises a space ( 8th ) from the flow channel ( 9 ) through a wall ( 10 ) and a coupling port ( 13 . 14 ) of a first electrical component ( 16 ) in the room ( 8th ) is poured through the room ( 8th ) to one through the first electrical component ( 16 ) generated heat load via the coupling connection ( 13 . 14 ) to the flow channel ( 9 ) transferred to.

Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the first electrical component ( 16 ) is a capacitor.

Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the cooling element ( 1 ) a cooling surface ( 17 ) against which the first electrical component ( 16 ) is arranged.

Cooling arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cooling element ( 1 ) a second cooling surface ( 18 ) against which one or more second electrical components ( 19 ) are arranged.

Cooling arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that: the cooling element ( 1 ) first and second plate-like parts ( 2 . 7 ), which are opposite to each other with the flow channel ( 9 ) are arranged between their inner surfaces, the first electrical component ( 16 ) against the outer surface ( 17 ) of the first plate-like part ( 7 ), and the second electrical component ( 19 ) against the outer surface ( 18 ) of the second plate-like part ( 2 ) is arranged.