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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Kühlen einer elektrischen Vorrichtungsanordnung.
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Eine bekannte gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung umfasst einen passiven Wärmetauscher, der ausgebildet ist, Wärme aus einer Vorrichtungskammer abzutransportieren und der einen Verdampferbereich und einen Verflüssigerbereich aufweist. Der Verdampferbereich liegt in der Vorrichtungskammer und der Verflüssigerbereich liegt außerhalb der Vorrichtungskammer. Der Verdampferbereich und der Verflüssigerbereich erstrecken sich im Wesentlichen in der gleichen Ebene.
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Das Problem bei der gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung, die zuvor beschrieben ist, besteht darin, dass das Kühlsystem der elektrischen Vorrichtungsanordnung gewisse Beschränkungen für die Gestaltung der Raumnutzung des Innenraums des Gehäuses der elektrischen Vorrichtungsanordnung sowie für die Gestaltung der äußeren Form des Gehäuses auferlegt. Wenn der passive Wärmetauscher ein Thermosiphon bzw. eine Wärmeumlaufeinrichtung ist, muss der Wärmetauscher so positioniert werden, dass der Verflüssigerbereich höher liegt als der Verdampferbereich.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung zu entwickeln, mit der die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung gelöst, die sich durch die Offenbarung in dem unabhängigen Anspruch auszeichnet. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf der Positionierung des Verflüssigerbereichs und des Verdampferbereichs des passiven Wärmetauschers in der elektrischen Vorrichtungsanordnung unter rechtem Winkel oder nahezu unter rechtem Winkel zueinander.
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Die Erfindung bietet neue Möglichkeiten zur Gestaltung der Raumausnutzung des Innenraums des Gehäuses einer gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung sowie der Gestaltung der äußeren Form des Gehäuses.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nun detaillierter in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen und mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, wenn diese schräg aus einer Richtung einer ersten Seite betrachtet wird;
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2 eine Draufsicht der elektrischen Vorrichtungsanordnung der 1 ist;
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3 die elektrische Vorrichtungsanordnung der 1 zeigt, wenn diese schräg aus der Richtung einer zweiten Seite betrachtet wird; und
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4 eine Draufsicht einer gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt eine gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Außenwände entfernt sind. 1 zeigt lediglich einen Gehäuserahmen 25, der ausgebildet ist, die Außenwände des Gehäuses um sich herum aufzunehmen.
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Die gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung der 1 umfasst eine Vorrichtungskammer 2, eine elektrische Vorrichtungseinheit, eine Wärmetauschereinrichtung, einen Kühlkanal und eine Kühlkanalgebläseeinrichtung 7. Während des Gebrauchs ist die Vorrichtungskammer 2, wenn die Außenwände des Gehäuses in Position sind, von dem Außenbereich der gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung getrennt, um das Innere der Vorrichtungskammer 2 zu schützen. Die gekühlte elektrische Vorrichtungseinheit umfasst eine elektrische Einrichtung, die in der Vorrichtungskammer 2 angeordnet ist und mehrere steuerbare Schalter aufweist. Die Wärmetauschereinrichtung umfasst drei passive Wärmetauscher 6, wovon jeder ausgebildet ist, aus der Vorrichtungskammer 2 Wärme abzutransportieren, und wovon jeder einen Verdampferbereich 61 und einen Verflüssigerbereich 62 aufweist. Der Verdampferbereich 61 liegt in der Vorrichtungskammer 2 und der Verflüssigerbereich 62 ist außerhalb der Vorrichtungskammer 2 angeordnet. Der Winkel zwischen dem Verflüssigerbereich 62 und dem Verdampferbereich 61 beträgt 90°.
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In 1 ist die gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung so gezeigt, dass sie schräg aus der Richtung einer ersten Seite aus betrachtet wird. 2 ist eine Draufsicht der elektrischen Vorrichtungsanordnung der 1 derart, dass die Vorrichtungskammer 2 auf der linken Seite liegt. 3 zeigt die elektrische Vorrichtungsanordnung der 1, wenn sie aus der Richtung einer zweiten Seite aus schräg betrachtet wird, wobei die zweite Seite gegenüberliegend zu der ersten Seite angeordnet ist. In 3 ist die Vorrichtungskammer 2 im Vordergrund dargestellt.
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In einer Ausführungsform ist die Vorrichtungskammer vom Außenbereich der gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung derart getrennt, dass der Schutz des Innenraums der Vorrichtungskammer den Anforderungen der IP-Klassifizierung im Hinblick auf die Dichtigkeit erfüllt. Die Vorrichtungskammer kann beispielsweise gegen Staub und/oder Spritzwasser geschützt sein.
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Die elektrische Einrichtung, die in der Vorrichtungskammer 2 angeordnet ist, ist durch Bezugszeichen 4 in den 2 und 3 bezeichnet. Die elektrische Einrichtung 4 ist in Wärmeleitverbindung mit dem Verdampferbereich 61 des passiven Wärmetauschers 6. Die elektrische Einrichtung 4 umfasst einen Inverter bzw. Umrichter. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die elektrische Einrichtung, die in der Vorrichtungskammer angeordnet ist, beispielsweise einen Frequenzwandler oder eine andere Einrichtung, die mit steuerbaren Schaltern versehen und ausgebildet ist, elektrische Energie von einer Form in eine weitere Form umzuwandeln.
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Der Kühlkanal 8 ist ausgebildet, einen Strömungspfad für ein gasförmiges Kühlmittel bereitzustellen. Der Kühlkanal 8 umfasst ein erstes Ende 81 und ein zweites Ende 82, wovon beide mit dem Außenbereich der gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung in Verbindung stehen. Wenn die Außenwände des Gehäuses der elektrischen Vorrichtungsanordnung in Position sind, ist der Kühlkanal 8 mit dem Außenbereich der gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung nur über das erste Ende 81 und das zweite Ende 82 verbunden. Der Verflüssigerbereich 62 jedes passiven Wärmetauschers 6 liegt in dem Kühlkanal 8 zwischen dem ersten Ende 81 und dem zweiten Ende 82. Wenn die Außenwände des Gehäuses in Position sind, ist der Verflüssigerbereich 62 innerhalb der Außenwände angeordnet, selbst wenn in 1 bis 3 der Verflüssigerbereich 62 sich zum Außenbereich des Gehäuserahmens 25 erstreckt.
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Die Kühlkanalgebläseeinrichtung 7 ist ausgebildet, einen Kühlmittelstrom in dem Kühlkanal 8 zu erzeugen und Wärme von dem Kühlkanal 8 zu dem Außenbereich der elektrischen Vorrichtungsanordnung zu übertragen. Da die Verflüssigerbereiche 62 der passiven Wärmetauscher 6 in dem Kühlkanal 8 liegen, sind die Kühlkanalgebläseeinrichtungen 7 ausgebildet, Wärme von den passiven Wärmetauschern 6 zu dem Außenbereich der elektrischen Vorrichtungsanordnung zu überführen. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung eine Vorrichtungskammergebläseeinrichtung, die ausgebildet ist, einen Kühlmittelstrom in der Vorrichtungskammer zu erzeugen.
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Wenn die Außenwände des Gehäuses in Position sind, ist der Kühlkanal 8 von der Vorrichtungskammer 2 derart getrennt, dass das in dem Kühlkanal 8 strömende Kühlmittel nicht durch die Vorrichtungskammer 2 zirkuliert. Daher besteht absolut keine Notwendigkeit, den Kühlkanal 8 mit Filtern auszustatten. Alternativ, kann der Kühlkanal 8 mit einem groben Maschenfilter versehen sein, der ausgebildet ist, nur die größten Schmutzteilchen aus der Außenluft zu entfernen, die dem Kühlkanal 8 mit der Kühlgebläseeinrichtung 7 zugeleitet wird.
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Der Verdampferbereich 61 jedes passiven Wärmetauschers 6 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu einer Wand der Vorrichtungskammer 2, durch die der passive Wärmetauscher 6 Wärme aus der Vorrichtungskammer 2 heraus führen kann. Der Verdampferbereich 61 des passiven Wärmetauschers 6 bildet einen Teil der Wand der Vorrichtungskammer 2, durch die der passive Wärmetauscher 6 Wärme aus der Vorrichtungskammer 2 herausführen kann. In einer alternativen Ausführungsform ist der Verdampferbereich des passiven Wärmetauschers in Wärmeleitungsverbindung mit der Wand der Vorrichtungskammer, wodurch der passive Wärmetauscher ausgebildet ist, aus der Vorrichtungskammer Wärme abzutransportieren.
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Der Verflüssigerbereich 62 jedes passiven Wärmetauschers 6 umfasst ein erstes Verflüssigerelement 621 und ein zweites Verflüssigerelement 622. Die Ebene, die durch das erste Verflüssigerelement 621 festgelegt ist, ist parallel zu der Ebene, die durch das zweite Verflüssigerelement 622 festgelegt ist. Die Ebene, die durch den Verdampferbereich 61 festgelegt ist, ist senkrecht zu den Ebenen, die durch das erste Verflüssigerelement 621 und das zweite Verflüssigerelement 622 festgelegt sind. Ferner sind die Ebenen, die durch das erste Verflüssigerelement 621 und das zweite Verflüssigerelement 622 festgelegt sind, im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Kühlkanals 8, so dass in einer Nutzungssituation der gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung die Richtung des Kühlmittelstroms senkrecht zu den Ebenen liegt, die durch das erste Verflüssigerelement 621 und das zweite Verflüssigerelement 622 festgelegt sind. Das erste Verflüssigerelement 621 und das zweite Verflüssigerelement 622 stehen aus dem mittleren Teil des Verdampferbereichs 61 so hervor, dass der Querschnitt des passiven Wärmetauschers 6 dem Buchstaben T nachgebildet ist, wenn die Ebene des Querschnitts horizontal liegt. Die passiven Wärmetauscher 6 sind aufeinander so angeordnet, dass die durch die Verdampferbereiche 61 festgelegten Ebenen miteinander verbunden sind.
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Der Verdampferbereich 61, das erste Verflüssigerelement 621 und das zweite Verflüssigerelement 622 des passiven Wärmetauschers 6 sind jeweils einem flachen rechteckigen Prisma nachgebildet, so dass ihre Dicke wesentlich kleiner ist als die Länge und die Breite. Die Dicke, die Länge und die Breite sind zueinander senkrecht orientierte Abmessungen. Die Ebene, die durch den Verdampferbereich 61, das erste Verflüssigerelement 621 und das zweite Verflüssigerelement 622 festgelegt ist, liegt senkrecht zu der Dicke des in Rede stehenden Aufbaus.
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Jeder der passiven Wärmetauscher 6 ist ein Thermosiphon bzw. eine Wärmeumlaufeinrichtung. Die passiven Wärmetauscher 6 sind identisch zueinander. In 1 ist die gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung in ihrer Gebrauchsstellung gezeigt, d. h., in der Nutzungssituation sind die Ebenen, die durch den Verdampferbereich 61, das erste Verflüssigerelement 621 und das zweite Verflüssigerelement 622 des passiven Wärmetauschers 6 festgelegt sind, vertikal.
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Das erste Verflüssigerelement 621 und das zweite Verflüssigerelement 622 sind nacheinander so angeordnet, dass in einer Nutzungssituation der gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung das Kühlmittel zunächst durch das erste Verflüssigerelement 621 und anschließend durch das zweite Verflüssigerelement 622 strömt. Das erste Verflüssigerelement 621 und das zweite Verflüssigerelement 622 erstrecken sich senkrecht zu der Wand der Vorrichtungskammer 2, wodurch der passive Wärmetauscher 6 ausgebildet ist, aus der Vorrichtungskammer 2 Wärme abzutransportieren.
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Die elektrische Vorrichtungseinheit umfasst zusätzlich zu der elektrischen Einrichtung 4 drei Induktivitätsspulen 9, mehrere Kondensatoren, Widerstände und Leiterplatten. Die Induktivitätsspulen 9 sind in dem Kühlkanal 8 so angeordnet, dass, wenn die Kühlkanalgebläseeinrichtung 7 in Funktion ist, die Induktionsspulen 9 auf der Stromabwärtsseite des Kühlmittelstroms in Bezug zu den Verflüssigerbereichen 62 der passiven Wärmetauscher 6 liegen. Die mehreren Kondensatoren sind in der Vorrichtungskammer 2 ebenso wie die Widerstände und die Leiterplatten angeordnet.
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In alternativen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Wärmetauschereinrichtung mindestens einen passiven Wärmetauscher, der eine andere Form als der in 1 gezeigte passive Wärmetauscher 6 hat. Die unterschiedlichen Ausführungsformen haben das gemeinsame Merkmal, dass der Verflüssigerbereich und der Verdampferbereich zumindest eines passiven Wärmetauschers zueinander mit einem Winkel von 80° bis 100° angeordnet sind.
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4 ist eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform. Mit Ausnahme der Formgebung des passiven Wärmetauschers ist die gekühlte elektrische Vorrichtungsanordnung der 4 im Prinzip ähnlich zu der gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung der 1.
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Der passive Wärmetauscher 6' der gekühlten elektrischen Vorrichtungsanordnung in 4 umfasst einen Verdampferbereich 61' und einen Verflüssigerbereich 62'. Die Ebene, die durch den Verdampferbereich 61' festgelegt ist, ist senkrecht zu der Ebene, die durch den Verflüssigerbereich 62' festgelegt ist, anders ausgedrückt, der Winkel zwischen dem Verflüssigerbereich 62' und dem Verdampferbereich 61' beträgt 90°. Der Verflüssigerbereich 62' erstreckt sich senkrecht zu der Wand 35' der Vorrichtungskammer 2', wodurch der passive Wärmetauscher 6' ausgebildet ist, Wärme aus der Vorrichtungskammer 2' in den Kühlkanal 8' abzuführen. Der Verflüssigerbereich 62' steht aus dem Ende des Verdampferbereichs 61' derart hervor, dass der Querschnitt des passiven Wärmetauschers 6' dem Buchstaben L nachgebildet ist. Der Verflüssigerbereich 62' liegt in dem Kühlkanal 8'.
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Die in der Vorrichtungskammer 2' angeordneten Kondensatoren sind mit dem Bezugszeichen 11' bezeichnet. Jeder Kondensator 11' hat im Wesentlichen eine zylindrische Form und ist so ausgerichtet, dass die Mittellinie des Kondensator sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Verdampferbereich 61' des passiven Wärmetauschers 6' erstreckt. Die elektrische Einrichtung 4, die in der Vorrichtungskammer 2' angeordnet ist, umfasst einen Inverter bzw. Umrichter, wobei die Kondensatoren 11' zwischen den Gleichstromausgangsanschlüssen des Umrichters angeschlossen sind.
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Der Fachmann erkennt, dass die grundlegende Idee der Erfindung auf viele unterschiedliche Arten eingerichtet werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind daher nicht auf die zuvor beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche variieren.
