DE202017100139U1

DE202017100139U1 - Türkühler

Info

Publication number: DE202017100139U1
Application number: DE202017100139.3U
Authority: DE
Original assignee: Vacon Oy
Current assignee: Vacon Oy
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2017-06-23
Anticipated expiration: 2027-01-13
Also published as: CN108307605A; CN108307605B; US20180199467A1; US10631433B2

Abstract

Eine Anordnung zum Kühlen der Innenluft eines Gehäuses einer flüssigkeitsgekühlten Leistungselektronikeinrichtung, wobei die Anordnung einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher aufweist, der an der Tür des Gehäuses befestigt ist, und Mittel zum Zirkulieren der Innenluft des Gehäuses durch einen Luftkanal des Wärmetauschers, wobei der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher weiterhin einen Kühler mit einer inneren Flüssigkeitszirkulation aufweist, wobei die innere Flüssigkeitszirkulation des Kühlers verbunden ist mit der Flüssigkeitszirkulation der flüssigkeitsgekühlten Leistungselektronikeinrichtung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Kühlen der Innenluft eines Gehäuses, in dem eine flüssigkeitsgekühlte Leistungselektronikeinrichtung montiert ist.
Hintergrund
Der allgemeine Entwicklungstrend von Leistungselektronikeinrichtungen, beispielsweise Frequenzwandler, ist eine Steigerung der Leistungsdichte. Es ist im Stand der Technik bekannt, dass die Handhabung großer Leistung in einer kleinförmigen Einrichtung ein wirksames Kühlen der Leistungskomponenten erfordert, beispielsweise mit Flüssigkeitskühlung, d. h. durch Übertragen der Verlustleistung über eine Flüssigkeitszirkulation von den Komponenten zu der Außenseite der Einrichtung.
Hochleistungs-Elektronikeinrichtungen, wie flüssigkeitsgekühlte Frequenzwandler oder ihre getrennten Submodule, sind normalerweise innerhalb von Gehäusen montiert, die beispielsweise die elektrische Sicherheit des Benutzers sicherstellen. Trotzdem, dass die Strukturen, die in Kontakt mit den Komponenten sind, den größten Teil der Verlustleistung erzeugen, effektiv durch die Flüssigkeit gekühlt werden, wird Verlustleistung normalerweise auch in einigen anderen Teilen erzeugt, die nicht durch Flüssigkeit gekühlt sind, z. B. in Sicherungen, Hochleistungsstromschienen, gedruckten Schaltungsplatinen (PCB), und dergleichen. Dieser Leistungsverlust in Kombination mit warmen Oberflächen der flüssigkeitsgekühlten Hochleistungs-Strukturen bewirkt eine Erwärmung der Luft innerhalb des Gehäuses in einem Ausmaß, das schädlich für z. B. Komponenten auf der gedruckten Schaltungsplatine sein kann.
Die Innenluft eines Gehäuses kann gekühlt werden durch Zirkulieren externer Luft durch es. Dies kann jedoch problematisch sein, z. B. in schmutzigen Umgebungen, worin ein hoher Schutzgrad des Gehäuses erforderlich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Kühlanordnung für ein elektrisches System zur Verfügung zu stellen, worin flüssigkeitsgekühlte Hochleistungseinrichtungen innerhalb eines Gehäuses montiert sind. Nach der Erfindung ist ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher in der Tür des Gehäuses befestigt, und die Innenluft des Gehäuses wird gekühlt in einem geschlossenen Umlauf durch den Wärmetauscher. Das Folgende ist eine kurze Zusammenfassung, um ein Grundverständnis von einigen Aspekten verschiedener Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung zu stellen, wobei eine definiertere Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen später gegeben wird. Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch das, was in den unabhängigen Ansprüchen festgeschrieben ist, wobei bevorzugte Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen offenbart sind.
Nach der Erfindung weist die Kühlanordnung einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher auf, der an der Tür eines Gehäuses befestigt ist, und Mittel zum Umwälzen der Innenluft des Gehäuses durch den Wärmetauscher. Der Wärmetauscher weist einen Luftkanal auf, durch den Luft strömt (im Allgemeinen vertikal). Weiterhin weist der Wärmetauscher einen Kühler mit interner Flüssigkeitszirkulation auf, der innerhalb des Luftkanals angeordnet und mit der Hauptflüssigkeitszirkulation des Gehäuses beispielsweise durch flexible Verbindungsrohre oder einige andere Mittel, die es erlauben, die Gehäusetür zu öffnen, ohne die Flüssigkeitszirkulation zu stören, verbunden ist. Die Erfindung setzt keine speziellen Anforderungen für den Kühler selbst, er kann ein bekannter Typ sein, wie ein Bürstenrohr oder eine gerippte Wärmesenke.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlluftkanal zu der Innenseite der Gehäusetür angeordnet unter Verwendung mindestens eines im Wesentlichen plattenartigen Teiles, das beispielsweise aus Blech ist, mit mindestens einer Öffnung am oberen Ende und mindestens einer Öffnung am unteren Ende, um die Luftzirkulation zu erlauben.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlluftkanal angeordnet zu der Außenseite der Gehäusetür unter Verwendung mindestens eines im Wesentlichen plattenartigen Teiles, das z. B. aus Blech ist. Die Anordnung weist weiterhin mindestens eine Öffnung am oberen Ende und mindestens eine Öffnung am unteren Ende der Gehäusetür auf, um die Luftzirkulation zu erlauben.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung bildet die Tür des Gehäuses eine Seitenwand des Kühlluftkanals.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung arbeitet die Kühlluftzirkulation durch Schwerkraft, d. h. so, dass die warme Luft oben in den Luftkanal durch die Öffnung(en) oben eintritt, in dem Luftkanal abkühlt und somit schwerer wird und nach unten aus dem Kanal durch die Öffnung(en) am Boden austritt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Kühlluftzirkulation erzwungen durch mindestens einen Ventilator, der vorteilhafterweise auf einer Bodenöffnung des Luftkanals montiert ist, so dass Luftstromrichtung von oben nach unten ist. Entgegengesetzte Richtung des Luftstroms ist ebenfalls möglich.
Wenn die Gehäusetür geschlossen ist, ist die Luftzirkulation in dem System, das das Innere des Gehäuses und den türmontierten Luftkanal umfasst, vollständig geschlossen und somit setzt die Kühlanordnung nach der Erfindung keine Grenzen für die Schutzklasse des Gehäuses.
Die Erfindung stellt auch einen flüssigkeitsgekühlten Leistungselektronikwandler, beispielsweise einen Frequenzwandler, zur Verfügung, der innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, so dass die Innenluft des Gehäuses gekühlt wird durch Umwälzen der Luft durch einen Luftkanal eines Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers, der an der Gehäusetür befestigt ist. Der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher weist weiterhin einen Kühler auf mit innerer Flüssigkeitszirkulation, der innerhalb des Luftkanals montiert und verbunden ist mit der Hauptflüssigkeitszirkulation des Gehäuses (beispielsweise durch flexible Verbindungsleitungen oder einige andere Mittel, die es erlauben, die Gehäusetür zu öffnen, ohne die Flüssigkeitszirkulation zu stören).
Die Erfindung wird am besten verstanden auf der Basis der nachfolgenden Beschreibung und beigefügten Zeichnungen, die verschiedene beispielhafte nicht begrenzende Ausführungsformen zeigen zusammen mit zusätzlichen Aufgaben und Vorteilen von ihr.
Kurze Beschreibung der Figuren
Unten erscheint die Erfindung mit einer detaillierteren Erläuterung unter Verwendung von Beispielen mit Hinweisen auf die beigefügten Figuren, worin
1A und 1B eine flüssigkeitsgekühlte Leistungsmodulanordnung darstellen,
2 und 3 Ausführungsformen von Kühlanordnungen entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellen,
4 eine perspektivische Darstellung einer Kühlanordnung nach der vorliegenden Erfindung darstellt, und
5 und 6 Einzelheiten des Flüssigkeitskühlers darstellen.
Detailliierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1A und 1B zeigen eine vereinfachte Darstellung einer Anordnung 10, so dass der linke Teil der Figur eine Vorderansicht und der rechte Teil eine Seitenansicht zeigt. In der Figur ist ein flüssigkeitsgekühltes Leistungselektronikmodul 12 innerhalb eines Gehäuses 11 montiert, das eine Tür 16 hat (hervorgehoben durch diagonale Linien). Das Modul 12 ist mit den Hauptkühlflüssigkeitsleitungen 13 verbunden durch Verbindungsleitungen 14, 15. Details der Installation sind weder in dieser noch in den anderen Figuren dieses Dokuments gezeigt, weil sie nicht wesentlich vom Blickpunkt der Erfindungsbeschreibung sind und für eine Fachperson offensichtlich sind.
In industriellen Anwendungen ist der Fußbodenraum normalerweise limitiert, was der Grund ist, Leistungsmodule in Gehäusen zu montieren, die so schmal wie möglich sind. Somit ist z. B. der Raum zwischen den Seitenwänden des Gehäuses 11 und dem Leistungsmodul 12 normalerweise sehr begrenzt (siehe 1A). Der Raum zwischen der Tür 16 und dem Leistungsmodul 12 (1B) ist oft breiter wegen standardisierten Dimensionen des kommerziellen Gehäusesystems. Deswegen sind Zusatzteile vorzugsweise eher auf der Tür als auf den Seitenwänden montiert.
2 zeigt eine Kühlanordnung 20 nach der vorliegenden Erfindung als ähnliche Seitenansicht eines Leistungsmoduls 22 innerhalb eines Gehäuses 21, wie in 1B dargestellt. Ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher 26 ist an der Innenseite der Gehäusetür 24 befestigt, so dass die warme Luft in den Wärmetauscher durch die Öffnung 25 am oberen Ende eintritt und die gekühlte Austrittsluft den Wärmetauscher durch die Öffnung 27 am unteren Ende verlässt. Der Wärmetauscher 26 ist mit den Hauptkühlflüssigkeits-Zirkulationsleitungen 23 über flexible Verbindungsleitungen 28 verbunden, wobei die Luftzirkulation innerhalb des Gehäuses und durch den Luftkanal des Wärmetauschers 26 geschlossen ist.
3 stellt eine ähnliche Kühlanordnung 30, wie in 2 dargestellt, dar, aber in diesem Fall ist der Wärmetauscher 36 an der Außenseite der Gehäusetür 34 befestigt. Wegen der Wärmetauscherposition sind die Öffnungen 35 und 37 für eintretende und austretende Luft in die Tür 34 gebohrt. Die Anordnungen zum Montieren des flüssigkeitsgekühlten Leistungsmoduls 32 in dem Gehäuse 31 und Verbindung des Wärmetauschers 36 über flexible Verbindungsleitungen 38 mit den Hauptkühlflüssigkeits-Zirkulationsleitungen 33 sind ähnlich zu 2.
4 stellt ein detaillierteres Beispiel einer Ausführungsform eines Wärmetauschers 40 dar, der an der Innenseite der Gehäusetür montiert ist, in einer perspektivischen Ansicht. Hier ist eine Verrohrung 43 für Kühlflüssigkeitszirkulation angeordnet in einem Luftkanal, der zwischen einer Tür 41 und einer Deckplatte 42 ausgebildet ist, die an der Tür 41 befestigt ist. Die Flüssigkeitsversorgung 43 kann an einem der Teile 41 oder 42 befestigt sein und sie ist verbunden mit der Hauptkühlflüssigkeitszirkulation über flexible Verbindungsleitungen 44. In diesem Beispiel ist die Anordnung von beiden Verbindungsleitungen am Boden, aber sowohl eine von ihnen als auch beide können am oberen Ende angeordnet sein. Die Deckplatte 42 weist eine Öffnung 45 am oberen Ende und eine Öffnung 46 am unteren Ende für die Luftzirkulation auf. Die Luftzirkulation kann erzwungen werden durch einen Kühlventilator, der an der Öffnung 46 am unteren Ende befestigt ist.
Bemerkenswert ist, dass die Erfindung keine Restriktionen für den Typ oder die Form des Luft-Flüssigkeits-Kühlers auferlegt, solange der Kühler in den Luftkanal passen kann. Die gezeigte Verrohrung 43 in 4 ist nur ein Beispiel einer möglichen Kühlerausgestaltung.
5 und 6 zeigen Einzelheiten einiger machbarer Möglichkeiten für einen Luft-Flüssigkeits-Kühler, die möglich sind, um in Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden.
5 zeigt einen Querschnitt eines Kühlerrohrs 50 vom Bürstentyp, worin der Raum 52 für die fließende Flüssigkeit innerhalb eines Rohrs 51 mit daran befestigten Stacheln 53 zum Vergrößern des Wärmeübertragungsbereichs von der Luft auf das Rohr 51 und weiterhin auf die Flüssigkeit angeordnet ist. Als ein Beispiel könnte die Verrohrung 43 in 4 mit dieser Art von Kühlrohr implementiert werden.
6 zeigt eine Wärmesenke 60 vom gerippten Typ, worin die Löcher 62 für die fließende Flüssigkeit innerhalb einer Wärmesenke 61 mit Rippen 63 zum Vergrößern des Wärmeübertragungsbereichs von der Luft auf die Wärmesenke 61 und weiter auf die Flüssigkeit sind.
Die speziellen Beispiele, die in der Beschreibung vorgesehen sind, sind nicht erschöpfend, wenn nicht auf andere Weise ausdrücklich angegeben, noch sollten sie ausgelegt werden als Begrenzung des Schutzbereichs und/oder der Anwendbarkeit der beigefügten Ansprüche. Die in den beigefügten abhängigen Ansprüchen genannten Merkmale sind wechselseitig frei kombinierbar, wenn nicht auf andere Weise ausdrücklich angegeben. Die Verben „aufweisen” und „einschließen” werden in diesem Dokument als offene Begrenzungen verwendet, die die Existenz von ebenfalls nicht genannten Merkmalen weder ausschließen noch erfordern. Weiterhin sollte verstanden werden, dass die Verwendung „ein” oder „eines” in einer Einzahlform durchgängig in diesem Dokument nicht eine Mehrzahl ausschließt.

Claims

Eine Anordnung zum Kühlen der Innenluft eines Gehäuses einer flüssigkeitsgekühlten Leistungselektronikeinrichtung, wobei die Anordnung einen Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher aufweist, der an der Tür des Gehäuses befestigt ist, und Mittel zum Zirkulieren der Innenluft des Gehäuses durch einen Luftkanal des Wärmetauschers, wobei der Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher weiterhin einen Kühler mit einer inneren Flüssigkeitszirkulation aufweist, wobei die innere Flüssigkeitszirkulation des Kühlers verbunden ist mit der Flüssigkeitszirkulation der flüssigkeitsgekühlten Leistungselektronikeinrichtung.
Anordnung, wie in Anspruch 1 beansprucht, worin der Wärmetauscher mit der Flüssigkeitszirkulation der Leistungselektronikeinrichtung verbunden ist durch flexible Verbindungsleitungen, die es erlauben, die es erlauben, die Gehäusetür zu öffnen, ohne die innere Flüssigkeitszirkulation des Kühlers zu stören.
Anordnung, wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, worin der Wärmetauscher an der Innenseite der Gehäusetür so befestigt ist, dass der Luftkanal Öffnungen am oberen Ende und am unteren Ende einer Seitenwand hat, die in das Innere des Gehäuses gerichtet ist.
Eine Anordnung, wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, worin der Wärmetauscher an der Innenseite der Gehäusetür so befestigt ist, dass der Luftkanal zwischen der Tür und einer Platte, die an der Innenseite der Tür befestigt ist, gebildet ist, wobei die Platte Öffnungen am oberen Ende und am unteren Ende hat.
Eine Anordnung, wie in Anspruch 1 und Anspruch 2 beansprucht, worin der Wärmetauscher an der Außenseite der Gehäusetür so befestigt ist, dass die Tür und der Luftkanal ausgerichtete Öffnungen am oberen Ende und am unteren Ende haben.
Eine Anordnung, wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, worin der Wärmetauscher an der Außenseite der Gehäusetür so befestigt ist, dass der Luftkanal gebildet ist zwischen der Tür und einer Platte, die an der Außenseite der Tür befestigt ist, wobei die Tür Öffnungen am oberen Ende und am unteren Ende in dem Bereich des Luftkanals hat.
Eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Richtung des Luftstroms in dem Luftkanal des Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers vertikal ist.
Eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Innenluft des Gehäuses durch den Luftkanal des Wärmetauschers durch Schwerkraft zirkuliert wird.
Eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin aufweisend einen Ventilator, der an einer Öffnung des Luftkanals zur Umwälzung der Innenluft des Gehäuses durch den Luftkanal des Wärmetauschers montiert ist.
Ein flüssigkeitsgekühlter Leistungselektronikkonverter, der innerhalb eines Gehäuses montiert ist, worin die Innenluft des Gehäuses gekühlt wird durch Zirkulieren der Luft durch einen Luftkanal eines Luft-Flüssigkeits-Wärmetauschers, der an einer Tür des Gehäuses befestigt ist, und der Flüssigkeits-Wärmetauscher weiterhin einen Kühler mit einer inneren Flüssigkeitszirkulation aufweist, wobei die innere Flüssigkeitszirkulation des Kühlers verbunden ist mit der Flüssigkeitszirkulation der flüssigkeitsgekühlten Leistungselektronikeinrichtung.