DE602006000099T2

DE602006000099T2 - Kühlungssystem und Verfahren für ein elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE602006000099T2
Application number: DE602006000099T
Authority: DE
Inventors: Matti Kauranen; Mika 02610 Silvennoinen; Mika 05100 Sares
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Oy
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2006-01-03
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-01-04
Also published as: DE602006000099D1; EP1684565A1; EP1684565B1; FI20055029A0; FI20055029A; FI120128B; US20060158847A1; US20070242429A1; ATE373412T1; US7372696B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlungsvorrichtung für ein elektronisches Gerät, das einfache und effiziente Kühlung für ein elektronisches Bauteil ermöglicht, das an einem Kühlelement und in einem Elektronikaufnahmeraum des elektronischen Geräts festgelegt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Kühlungsverfahren.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Eine Lösung ist bisher bekannt, bei der eine Kühlung in elektronischen Geräten derart durchgeführt wird, dass das elektronische Leistungsbauteil an einem Kühlelement befestigt ist, durch das ein Luftstrom mittels eines Gebläses vorgesehen ist. Die vom elektronischen Leistungsbauteil des Kühlelements aufgenommene Wärmelast wird durch das Kühlelement auf die Luft übertragen, die aus dem elektronischen Gerät herausfließt. Da das elektronische Gerät auch mit einem Elektronikaufnahmeraum versehen ist, der andere Bauteile enthält, die einer Kühlung bedürfen, verwendet die bekannte Lösung ein weiteres Gebläse und der hierdurch erzeugte Luftfluss wird durch den Elektronikaufnahmeraum geführt, um eine adäquate Kühlung im Elektronikaufnahmeraum zu erreichen.
Ein Nachteil der oben genannten Lösung ist, dass sie zwei Gebläse benötigt, um adäquate Kühlung sicher zu stellen. Ein weiterer Nachteil ist, dass Kaltluft, die feucht sein kann, von der Außenseite der Vorrichtung her zu dem Elektronikaufnahmeraum gebracht wird. Das Einbringen einer solchen Luft in den Elektronikaufnahmeraum erhöht erheblich das Risiko von Korrosionen und das Risiko von Fehlfunktionen aufgrund von Korrosion.
Lösungen sind auch bisher bekannt, bei denen der gleiche Luftstrom, der durch ein einzelnes Gebläse geliefert wird, verwendet wird, ein Kühlelement zu kühlen, das mit dem elektronischen Leistungsbauteil verbunden ist, sowie den Elektronikaufnahmeraum. Die von der Geräteaußenseite her durch den Einlass fließende Luft wird zunächst durch den Elektronikaufnahmeraum geführt und danach durch das Kühlelement zum Auslass. Folglich wird die Notwendigkeit für zwei separate Gebläse vermieden. Was jedoch als Problem verbleibt, ist nach wie vor die Tatsache, dass die von der Geräteaußenseite her einfließende kalte Luft Korrosion in dem Elektronikaufnahmeraum verursachen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das oben beschriebene Problem zu lösen und eine Kühlungslösung bereit zu stellen, die im Gebrauch einfach ist und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung auf lange Sicht verbessert. Diese Aufgabe wird durch eine Kühlungsvorrichtung gemäß dem beigefügten unabhängigen Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem beigefügten unabhängigen Anspruch 6 gelöst.
Bei der Erfindung wird ein Teil der Luft, die durch das Kühlelement fließt, abgetrennt und durch den Elektronikaufnahmeraum zirkuliert. Somit wird die Führung von kalter und möglicherweise feuchter Luft zu dem Elektronikaufnahmeraum vermieden. Eine adäquate Kühlung im Elektronikaufnahmeraum wird erreicht, indem Luft von dem Luftfluss abgetrennt wird, der in Richtung Auslass von dem Kühlelement fließt, wobei die abgetrennte Luft im Durchschnitt kühler als diejenige Luft ist, die durch das Kühlelement fließt. Die Temperatur des abgetrennten Luftflusses ist daher im Durchschnitt niedriger als die Temperatur der Luft, die durch den Kühler fließt. Die Führung von Luft zu dem Elektronikaufnahmeraum, die zu heiß ist, wird somit vermieden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich von dem Elektronikaufnahmeraum zu dem Einlass der Vorrichtung ein Rückführkanal, der verwendet wird, Luft zu dem Elektronikaufnahmeraum zu bringen. Diese bevorzugte Ausführungsform liefert den Vorteil, dass ein durch den Elektronikaufnahmeraum fließender Luftfluss effizienter wird, da der geringere Druck, der am Einlass vorliegt, einen Saugeffekt erzeugt, der den Luftfluss unterstützt.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Kühlungsvorrichtung und des Kühlverfahrens gemäß der Erfindung sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 bzw. 7 bis 8 beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Nachfolgend wird die Erfindung näher exemplarisch und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
1 und 2 und eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen;
3 bis 5 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen; und
6 bis 8 andere Gestaltungen des vorderen Teils eines Rückführkanals zeigen.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 und 2 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. 1 zeigt ein Kühlelement 1. Es sei in dem Beispielfall, der in den Figuren gezeigt ist, angenommen, dass das Kühlelement aus parallelen plattenartigen Kühlrippen gebildet ist, zwischen denen Luft fließen kann.
Ein elektronisches Bauteil ist mit der Oberfläche des Kühlelements 1 verbunden, wobei die Anzahl von elektronischen Bauteilen im in den 1 und 2 gezeigten Fall zwei beträgt. Die von den elektronischen Bauteilen erzeugte Wärmelast wird somit über das Kühlelement dem Luftfluss übertragen, der durch das Kühlelement fließt. In 1 bezeichnet Bezugszeichen 3 Bereiche eines Strömungsbereichs des Kühlelements, welche von den elektronischen Bauteilen am weitesten entfernt liegen.
2 zeigt das Kühlelement 1 von 1, wenn es in einem elektronischen Gerät 4 angeordnet ist, das beispielsweise ein Frequenzwandler sein kann. Aus Gründen der Klarheit ist das elektronische Gerät in 2 ohne eine obere Abdeckung gezeigt. Ein Gebläse 5 (das in der Praxis gekapselt sein kann) saugt Luft von der Außenseite des Geräts 4 durch einen Einlass 6 an. Der erzeugte Luftfluss tritt durch das Kühlelement zum Auslass 7, von wo er zur Außenseite des Geräts 4 abgegeben wird. Das Kühlelement 1 und die hierdurch fließende Luft kühlen somit die elektronischen Bauteile 2, die mit dem Kühlelement verbunden sind.
Da andere Bauteile, die Kühlung benötigen, und nicht nur die elektronischen Bauteile 2, ebenfalls in dem Elektronikaufnahmeraum 8 des Geräts 4 liegen können, ist in dem erfindungsgemäßen Gerät 4 ein Rückführkanal 10 angeordnet, der erlaubt, dass ein Teil des Luftflusses, der durch das Kühlelement 1 in Richtung Auslass 7 fließt, zu dem Elektronikaufnahmeraum 8 geführt wird, um diesen zu kühlen. In dem in 2 gezeigten Fall ist ein Steuerelement 9 am vorderen Teil des Rückführkanals angeordnet, wobei das Steuerelement in dem Luftfluss liegt, der vom Kühlelement 1 zum Auslass 7 fließt. Das Steuerelement ist an einem Ort angeordnet, wo die Luft, die vom Kühlelement 1 in Richtung Auslass 7 fließt, im Durchschnitt kälter als die Luft ist, die vom Kühlelement fließt. In der Praxis fließt solche Luft von den Bereichen 3 in 1.
Im Fall von 2 bildet der Elektronikaufnahmeraum 8 selbst einen Teil des Rückführkanals, mit anderen Worten, die Umfangswände, die den Raum begrenzen, durch den die Luft fließt, die zum Elektronikaufnahmeraum geführt wird. Die Hinterwand des Elektronikaufnahmeraums ist mit Öffnungen 11 versehen, durch welche der zu dem Elektronikaufnahmeraum geführte Luftfluss aus dem Elektronikaufnahmeraum abgegeben werden kann. Die Öffnungen 11 sind bevorzugt so ausgebildet, dass sie die von dem Elektronikaufnahmeraum abgegebene Luft zu dem Einlass 6 leiten. Zusätzlich ist bevorzugt um das Gebläse herum ein Gehäuse angeordnet, wobei die Öffnungen 11 in dieses Gehäuse führen. Eine derartige Lösung erlaubt eine Verbesserung des Flusses durch den Elektronikaufnahmeraum, da der niedrige Druck am Einlass einen Sog durch die Öffnungen 11 zu dem Elektronikaufnahmeraum erzeugt.
Die 3 bis 5 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. 3 zeigt eine auseinander gezogene Darstellung. 4 zeigt eine Ansicht von hinten und 5 zeigt eine Ansicht von vorne auf das elektronische Gerät 4'. Die Ausführungsform der 3 bis 5 entspricht weitestgehend der Ausführungsform der 1 und 2 und wird daher nachfolgend hauptsächlich anhand der Unterschiede zwischen den Ausführungsformen beschrieben.
In der Ausführungsform der 3 bis 5 sind elektronische Bauteile 2 an zwei entgegengesetzten Seiten an dem Kühlelement befestigt. Die von den elektronischen Bauteilen 2 erzeugte Wärmelast kann somit durch das Kühlelement dem Luftfluss übertragen werden, der durch das Kühlelement fließt. Aus praktischen Gründen wird bei dieser Ausführungsform der Luftfluss, der dem Elektronikaufnahmeraum zugeführt wird und der verwendet wird, die anderen Bauteile zu kühlen, die in dem Elektronikaufnahmeraum liegen, von den oberen und unteren Rändern des Kühlelements entnommen (näher in den 6 bis 8 gezeigt). Abdeckungen 12' und 13' der Vorrichtung grenzen den Elektronikaufnahmeraum ein, wobei diese Abdeckungen weiterhin innerhalb sich den Rückführkanal begrenzen. Dem Elektronikaufnahme raum zugeführte Luft wird von dem Elektronikaufnahmeraum durch die Öffnungen 11 in die Nähe des Einlasses eines Gebläses 5' abgegeben.
Die 6 bis 8 zeigen alternative Ausgestaltungen des vorderen Teils des Rückführkanals. Die in den 6 bis 8 gezeigten Lösungen können beispielsweise in Verbindung mit der Ausführungsform der 3 bis 5 verwendet werden.
Im Fall gemäß 6 ist ein Steuerelement 9', das einen Teil des Strömungsbereichs des Kühlelements abdeckt, am unteren Rand mittels der Rahmen des elektronischen Geräts ausgebildet. Das Steuerelement 9' trennt somit einen Teil des Luftflusses, der vom Kühlelement fließt, ab und leitet den abgetrennten Luftfluss zu dem Rückführkanal. Das Steuerelement 9' ist so angeordnet, dass es an einem Ort liegt, wo Luft fließt, die im Durchschnitt kühler als die Luft ist, die vom Kühlelement fließt.
In 7 ist ein Steuerelement 9'' von der oberen Kante einer Platte ausgebildet, die nach unten in den Luftfluss gebogen ist. Die Platte richtet einen Teil der Luft, die von dem Kühlelement fließt, zu dem Rückführkanal. Das Steuerelement 9'' ist so angeordnet, dass es an einem Ort liegt, wo Luft fließt, die im Durchschnitt kühler als Luft ist, die vom Kühlelement fließt.
In dem in 8 gezeigten Fall wird kein separates Steuerelement verwendet. Im Gegensatz hierzu ist eine Öffnung 14, die den vorderen Teil des Rückführkanals bildet, an einem Ort angeordnet, wo Luft fließt, die im Durchschnitt kühler ist als Luft, die vom Kühlelement fließt. Damit eine ausreichende Luftmenge in den Rückführkanal fließt, ist es bevorzugt, wenn der Rückführkanal bei dieser Ausführungsform am Einlass endet, so dass eine Saugwirkung in dem Elektronikaufnahmeraum erzeugt werden kann, wie voranstehend beschrieben.
Ausführungsformen wurden oben unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, bei denen das Steuerelement, das verwendet wird, einen Teil des vom Kühler zum Auslass fließenden Luftflusses zu dem Rückführkanal zu richten, in Relation zu dem Kühler ist, der als separates Teil gebildet ist. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung möglich, dass das Steuerelement vollständig oder teilweise aus einem Kühlelement gebildet ist. Somit ist die Ausgestaltung des Kühlelements derart, dass Luft von dem hierdurch tretenden Luftfluss von einem gewünschten Punkt zu dem Rückführkanal gerichtet wird.
Es versteht sich, dass die Beschreibung und die zugehörigen Figuren lediglich beabsichtigen, die vorliegende Erfindung darzustellen. Verschiedene Änderungen und Abwandlungen der Erfindung ergeben sich dem Fachmann auf diesem Gebiet, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Eine Kühlungsvorrichtung für ein elektronisches Gerät (4, 4'), wobei die Kühlungsvorrichtung aufweist: ein erstes elektronisches Bauteil (2), das in einem ersten Kanal liegt, der einen ersten Einlass (6) und einen ersten Auslass (7) aufweist und an einem Kühlelement (1, 1') befestigt ist, durch welches mittels eines Gebläses (5, 5') ein erster Luftstrom eingerichtet ist, und zweite elektronische Bauteile, die in einem Elektronikaufnahmeraum (8) angeordnet sind, der einen zweiten Kanal bildet, und die durch einen zweiten Luftstrom gekühlt werden, der durch den Raum in Richtung eines zweiten Auslasses (11) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftstrom erhalten wird durch Trennen von Luft in dem ersten Luftstrom mittels eines Steuerelements (9) oder einer Öffnung (14), das bzw. die zwischen dem Kühlelement (1, 1') und dem ersten Auslass (7) liegt, in einem Bereich am weitesten entfernt von dem ersten elektronischen Bauteil (2), wo die Luft im Durchschnitt kühler als diejenige Luft ist, die durch das Kühlelement fließt.
Kühlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Auslass (11) so geformt ist, dass er von dem Elektronikaufnahmeraum (8) abgegebene Luft zu der Einlassöffnung (6) zu führen vermag.
Kühlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (9, 9', 9'') von einem Strömungsbereich des Kühlelements einen Bereich abzugrenzen vermag.
Kühlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (5, 5') in Strömungsrichtung des ersten Stromes vor dem Kühlelement (1, 1') angeordnet ist, um Luft zu dem Kühlelement zu blasen und Luft von dem ersten Einlass her anzusaugen.
Kühlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (1, 1') plattenartige Kühlrippen aufweist, die parallel zu und in einem Abstand voneinander angeordnet sind und zwischen denen Luft fließt.
Ein Verfahren zum Kühlen eines elektronischen Geräts, wobei das Verfahren aufweist: Befestigen eines ersten elektronischen Bauteils (2) an einem Kühlelement (1, 1'); Erzeugen eines ersten Luftstromes durch das Kühlelement (1, 1') mittels eines Gebläses (5, 5'), eines ersten Einlasses (6) und eines ersten Auslasses (7); Kühlen zweiter elektronischer Bauteile, die in einem Elektronikaufnahmeraum (8) angeordnet sind, mittels eines zweiten Luftstromes, der durch den Elektronikaufnahmeraum in Richtung eines zweiten Auslasses (11) strömt, gekennzeichnet durch Erzeugen des zweiten Luftstromes durch Trennen von Luft in dem ersten Luftstrom mittels eines Steuerelements (9) oder einer Öffnung (14), das bzw. die zwischen dem Kühlelement (1, 1') und dem ersten Auslass (7) liegt, in einem Bereich am weitesten entfernt von dem ersten elektronischen Bauteil (2), wo die Luft im Durchschnitt kühler als diejenige Luft ist, die durch das Kühlelement fließt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem zweiten Luftstrom getrennte Luft durch den Elektronikaufnahmeraum (8) zu der ersten Einlassöffnung (6) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (9, 9', 9'') in dem Luftstrom von Luft von dem Kühlelement (1, 1') zu dem ersten Auslass (7) angeordnet wird, um von einem Strömungsbereich des Kühlelements einen Bereich abzugrenzen.