ES2659365T3

ES2659365T3 - Sistema de disipación térmica para envoltura eléctrica

Info

Publication number: ES2659365T3
Application number: ES16161046.4T
Authority: ES
Inventors: Josep LOPEZ; Alain Perrin
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: FR3036233B1; FR3036233A1; EP3093936B1; EP3093936A1

Abstract

Sistema de disipación térmica destinado a regular la temperatura de un aparato eléctrico (2) colocado en un volumen delimitado por una envoltura eléctrica (1) y que comprende: - un dispositivo de ventilación (4) de un gas de enfriamiento (G) destinado a hacer circular un gas de enfriamiento, - una cámara de distribución (5) en comunicación con el dispositivo de ventilación y en la que el gas de enfriamiento se pone a presión por el dispositivo de ventilación (4), - al menos un conducto dispuesto en el volumen de la envoltura eléctrica (1), en comunicación con la cámara de distribución (5) para recibir el gas de enfriamiento (G) que proviene de dicha cámara, - caracterizado porque cada conducto que incluye un primer extremo en comunicación con la cámara de distribución (5) y un segundo extremo en comunicación con otra cámara de distribución o con una cámara de circulación, y porque el sistema de disipación térmica incluye - un controlador lógico programable (PLC) dispuesto para controlar dispositivo de ventilación (4) con vistas a obtener una presión determinada en dicha cámara de distribución (5).

Description

Sistema de disipación térmica para envoltura eléctrica

Campo técnico de la invención

La presente invención hace referencia a un sistema de disipación térmica destinado a regular la temperatura en el interior de una envoltura eléctrica.

La invención tiene como objeto, igualmente, una envoltura eléctrica que encierra al menos un aparato eléctrico a regular térmicamente y que comprende al menos un sistema de disipación térmica de este tipo.

Estado de la técnica

Actualmente, las envolturas eléctricas integran unos aparatos eléctricos o electrónicos que disipan calor en forma de calorías. Este calor desprendido dentro de las envolturas debe evacuarse para garantizar el buen funcionamiento de los sistemas eléctricos. Las envolturas comprenden, por consiguiente, un sistema de disipación térmica para llevar gas de enfriamiento a la envoltura y para evacuarlo fuera de la envoltura. El sistema de disipación térmica está constituido generalmente por un sencillo ventilador o por una climatización que comprende un intercambiador y un condensador. En los dos casos, un ventilador de tipo axial o radial asegura una circulación del gas. La solicitud de patente francesa FR3010846A1 describe una solución de enfriamiento que incluye, en concreto, un conducto en el que circula un gas de enfriamiento y cuya posición es regulable para desembocar lo más cerca de los aparatos eléctricos a enfriar.

Estas soluciones no son satisfactorias, ya que no permiten enfriar eficazmente todos los aparatos eléctricos, en concreto, cuando estos son numerosos en el interior de la envoltura eléctrica.

Se han descrito unas soluciones de enfriamiento, en concreto, en las solicitudes de patente de los Estados Unidos US2015/003010 y europea EP2190277A1. En la solicitud de los Estados Unidos US2015/003010, se trata justo de evacuar el aire caliente generado por unos servidores en funcionamiento controlando, en concreto, un ventilador servomandado por una diferencia de presión. En la solicitud de patente europea EP2190277A1, se trata de emplear un regulador de temperatura que inyecta un líquido refrigerante en un circuito de enfriamiento formado por un conducto, como se define en el preámbulo de la reivindicación 1. La finalidad de la invención es, por lo tanto, proponer un sistema de disipación térmica destinado a enfriar de manera eficaz los aparatos eléctricos colocados en el interior de una envoltura eléctrica.

Esta finalidad se consigue por un sistema de disipación térmica definido en la reivindicación 1.

Según una particularidad, el sistema incluye unos medios de regulación del caudal de aire en el conducto, estando dichos medios de regulación controlados por el controlador lógico programable en función de una temperatura presente en la envoltura eléctrica.

Según otra particularidad, el conducto incluye unos orificios para difundir el gas de enfriamiento en el volumen de la envoltura.

Según otra particularidad, el conducto incluye una superficie interna que comprende unas aletas de enfriamiento.

Según otra particularidad, el dispositivo de ventilación incluye al menos un ventilador.

Según otra particularidad, el sistema incluye un climatizador dispuesto para enfriar el gas de enfriamiento.

Según otra particularidad, la cámara de distribución está realizada sobre la pared lateral de la envoltura.

Según otra particularidad, el sistema incluye una cámara de circulación realizada sobre la pared lateral de la envoltura y dispuesta para estar en comunicación con el volumen de la envoltura para permitir una circulación del gas de enfriamiento sobre la longitud de la envoltura.

Según otra particularidad, el conducto incluye un soporte para fijar uno o varios aparatos eléctricos.

Según otra particularidad, el soporte incluye un carril DIN.

Breve descripción de las figuras

Otras características y ventajas van a mostrarse en la descripción detallada que sigue hecha con respecto a los dibujos adjuntos en los que:

-: las figuras 1A y 1B representan, de manera esquemática, respectivamente en vista de frente y de lado, la

arquitectura de una envoltura eléctrica, -la figura 2 representa, de manera esquemática, en vista de frente, la arquitectura de una envoltura eléctrica que

consta del sistema de disipación térmica de la invención,

-: las figuras 3A a 3C representan unas variantes de realización y de disposición de los conductos empleados en el

sistema de disipación térmica de la invención, -la figura 4 representa, de manera esquemática, en vista de frente, la arquitectura de una envoltura eléctrica que

consta del sistema de disipación térmica de la invención, realizado según un modo de realización particular, -la figura 5 representa, de manera esquemática, la arquitectura de una envoltura eléctrica que consta del sistema

de disipación térmica de la invención, realizado según otro modo de realización particular, -la figura 6 representa, de manera esquemática, la arquitectura de una envoltura eléctrica que consta del sistema

de disipación térmica de la invención, realizado según otro modo de realización particular.

Descripción detallada de al menos un modo de realización

La invención se refiere a un sistema de disipación térmica destinado a estar instalado en una envoltura eléctrica, tal como, por ejemplo, un armario o una caja eléctrica.

La envoltura eléctrica 1 está cerrada y define un volumen 10 interno en el interior del que están colocados uno o varios aparatos eléctricos 2 o electrónicos. Por aparato eléctrico 2 o electrónico, se entiende, por ejemplo, unos disyuntores, contactores, variadores de velocidad, autómatas programables,... En la continuación de la descripción, utilizaremos la expresión aparato eléctrico 2 para designar todos estos aparatos.

La envoltura eléctrica 1 es, por ejemplo, de forma paralelepipédica con una pared superior 11, una pared inferior 12 y cuatro paredes laterales 13, formando una de las paredes laterales la puerta de la envoltura. Para la continuación de la descripción, definimos un eje principal (X) que se extiende perpendicularmente a las paredes superior e inferior de la envoltura eléctrica 1 y paralelamente a las paredes laterales 13.

De manera conocida, con referencia a las figuras 1A y 1B, una envoltura eléctrica incluye generalmente varios soportes 3 para soportar los aparatos eléctricos 2. Estos soportes incluyen, por ejemplo, unas traviesas que se extienden de manera transversal entre los dos montantes. Cada traviesa incluye, por ejemplo, un carril DIN sobre el que llega a engancharse al menos un aparato eléctrico. De manera conocida, un carril DIN presenta una sección transversal en forma de sombrero con una parte central y dos alas que se extienden hacia el exterior. Los soportes pueden estar dispuestos en un plano mediano vertical en el interior de la envoltura (como en la figura 1B) o estar dispuestos en el fondo de esta, contra una pared lateral, opuesta a la que forma la puerta de la envoltura.

Con referencia a la figura 2, el sistema de disipación térmica de la invención incluye al menos un dispositivo de ventilación 4 que permite una circulación de un gas de enfriamiento G necesario para enfriar los aparatos eléctricos

2. Este dispositivo de ventilación 4 incluye, por ejemplo, al menos un ventilador. Cada dispositivo de ventilación 4 puede estar dispuesto para aspirar el gas de enfriamiento e inyectarlo en el interior del sistema de disipación y/o para hacer circular el gas de enfriamiento G en el sistema de disipación. El gas de enfriamiento G es, por ejemplo, aire.

Según la invención, el sistema de disipación térmica incluye, igualmente, al menos una cámara de distribución 5 que comunica con el dispositivo de ventilación 4 y en la que el gas de enfriamiento G se inyecta y pone a presión por el dispositivo de ventilación. Preferentemente, la cámara de distribución 5 se extiende sobre una mayor parte de la altura de la envoltura eléctrica 1 según el eje principal (X). Según la invención, el gas de enfriamiento G se pone a presión en la cámara de distribución 5. El dispositivo de ventilación está servomandado en función de la presión del gas de enfriamiento G que reina en la cámara de distribución. Preferentemente, esta cámara de distribución está situada en el exterior del volumen 10 formado por la envoltura.

Según la invención, el sistema de disipación térmica de la invención incluye, igualmente, uno o varios conductos 6 que incluyen cada uno un primer extremo en comunicación con la cámara de distribución 5 y un segundo extremo en comunicación con otra cámara de distribución o con una cámara de circulación, igualmente situada en el exterior del volumen interno formado por la envoltura. Cada conducto 6 se extiende en el volumen de la envoltura según una dirección transversal con respecto al eje principal (X). De este modo, cada conducto atraviesa el volumen 10 interno formado por la envoltura, preferentemente de una pared lateral de la envoltura a la pared lateral opuesta. Los conductos están, por ejemplo, dispuestos en paralelo entre las dos paredes laterales.

Ventajosamente, el sistema puede incluir unos medios de regulación 9 del caudal del gas de enfriamiento en el interior de los conductos. Estos medios de regulación 9 están, por ejemplo, autorregulados o controlados en función de una temperatura medida o estimada en el interior del volumen de la envoltura eléctrica. Puede tratarse, por ejemplo, de electroválvulas de caudal variable. Están posicionados, por ejemplo, en uno o en los dos extremos de los conductos.

Ventajosamente, el sistema de disipación de la invención puede incluir al menos un climatizador 7 en comunicación con el dispositivo de ventilación, de manera que se enfríe el gas de enfriamiento puesto en movimiento por el dispositivo de ventilación. Un circuito está dispuesto en el armario eléctrico para aspirar los gases calientes presentes en la envoltura eléctrica gracias al dispositivo de ventilación, inyectarlos en el climatizador 7 para enfriarse y llevarse a la cámara de distribución 5 o al volumen 10 de la envoltura.

Ventajosamente, el sistema de disipación de la invención puede incluir, igualmente, una cámara de circulación 8 en

la que desembocan los conductos 6 y destinada a permitir una evacuación del gas de enfriamiento G. El gas de enfriamiento se aspira, ventajosamente, en la cámara de circulación 8 por un segundo dispositivo de ventilación 40. Esta cámara de circulación 7 tiene, por ejemplo, la forma de una chimenea en la que desembocan los conductos y que se extiende a lo largo del eje principal, a lo largo de una pared lateral opuesta a la que acoge a la cámara de

5 distribución.

Según la invención, el sistema incluye un controlador lógico programable (PLC) para asegurar el funcionamiento del sistema. Incluye al menos un módulo de entrada conectado a un sensor de presión (P) presente en la cámara de distribución 5 y que recibe los datos de presión medidos por este sensor y al menos un módulo de salida conectado al dispositivo de ventilación 4 y dispuesto para enviar unas órdenes de control al dispositivo de ventilación 4 para 10 controlar su velocidad en función de la presión medida en la cámara de distribución 5 y de una presión de consigna deseada en dicha cámara. Ventajosamente, incluye, igualmente, al menos un módulo de entrada conectado a un sensor de temperatura (T) presente en la envoltura eléctrica 1 para recibir unos datos de la temperatura presente en la envoltura eléctrica y al menos un módulo de salida dispuesto para controlar el climatizador 7 en función de la temperatura medida y de una temperatura de consigna. El controlador incluye, igualmente, uno o varios módulos de

15 salida dispuestos cada uno para controlar los medios de regulación del caudal de aire en cada conducto. Podrá tratarse de un control individualizado del caudal de aire en cada conducto o de un control global, de modo que el caudal será idéntico en todos los conductos. Los medios de regulación 9 del caudal de aire están controlados en función de la temperatura medida en la envoltura eléctrica 1 por el sensor de temperatura (T) y de una temperatura de consigna.

20 En una primera variante de realización representada en las figuras 3A y 3B, cada conducto incluye varios orificios 60 repartidos sobre toda su longitud y destinados a difundir el gas de enfriamiento en el volumen definido por la envoltura. En la figura 3A, el soporte 3 de aparatos eléctricos, por ejemplo, un carril DIN, está fijado directamente sobre el conducto 6, de modo que el gas de enfriamiento que desemboca por los orificios 60 realizados a través del conducto llega directamente en contacto con los aparatos eléctricos sujetos al soporte. En la figura 3B, un conducto

25 está dispuesto entre dos filas de aparatos eléctricos fijados sobre unos carriles DIN o sobre otros tipos de soportes adaptados.

En una segunda variante de realización representada en la figura 3C, cada conducto 6 tiene la forma de un tubo abierto en sus dos extremos e incluye ventajosamente una pared que tiene una cara interna y una cara externa. Sobre su cara interna, la pared del conducto incluye unas aletas de enfriamiento 61 dispuestas para enfriar los

30 aparatos eléctricos por convección. Sobre su cara externa, la pared del conducto incluye un soporte 3 de fijación de los aparatos eléctricos, por ejemplo, un carril DIN. Gracias a esta disposición, los aparatos eléctricos se enfrían por convección gracias al gas de enfriamiento G difundido en el conducto, entre las aletas de enfriamiento.

Con referencia a las figuras 4 a 6 y a partir de los componentes descritos más arriba, el sistema de disipación térmica de la invención puede versionarse en varias arquitecturas distintas:

35 -en la figura 4, el sistema de disipación térmica incluye dos dispositivos de ventilación 4, 40 que aspiran el gas de enfriamiento G situado en el exterior de la envoltura 1 y dos cámaras de distribución 5, 50 que comunican cada una con un dispositivo de ventilación 4, 40 distinto para recibir el gas de enfriamiento G aspirado. Las dos cámaras de distribución 5, 50 están dispuestas verticalmente, a lo largo de dos paredes laterales opuestas de la envoltura 1. Varios conductos 6 están dispuestos transversalmente entre las dos cámaras de distribución 5, 50.

40 El gas de enfriamiento puesto a presión en cada cámara de distribución se inyecta en los conductos 6 por control de los medios de regulación 9 de caudal del gas de enfriamiento situados en los dos extremos de los conductos. Los conductos están provistos de varios oficios 60 repartidos sobre su longitud para difundir el gas de enfriamiento G en el volumen definido por la envoltura. Una boca de aireación, no visible en la figura, está dispuesta, por ejemplo, para evacuar el gas de enfriamiento al exterior de la envoltura. En la figura 4, para

45 simplificar, no hemos representado el controlador lógico programable (PLC). Este tipo de arquitectura con dos entradas de gas estará particularmente adaptado para los armarios de gran anchura.

-: En la figura 5, el sistema de disipación térmica funciona en circuito cerrado. Incluye un climatizador 7 encargado de enfriar el gas de enfriamiento G presente en la envoltura eléctrica 1, un dispositivo de ventilación 4 encargado de hacer circular el gas de enfriamiento en el sistema, una cámara de distribución 5 en la que el dispositivo de

50 ventilación inyecta el gas de enfriamiento obtenido a la salida del climatizador y una cámara de circulación 8 dispuesta para recoger el gas de enfriamiento G a la salida de los conductos para llevarlos hacia el climatizador. Varios conductos 6 están dispuestos entre la cámara de distribución 5 y la cámara de circulación 8. El gas de enfriamiento enfriado por el climatizador se inyecta en la cámara de distribución 5. El gas de enfriamiento se inyecta en los conductos a partir de la cámara de distribución por control de los medios de regulación 9 del

55 caudal. Una parte del gas de enfriamiento obtenida a la salida del climatizador se inyecta, igualmente, de manera directa en el volumen de la envoltura. Cada conducto 6 incluye, por ejemplo, unas aletas de enfriamiento 61, de manera que se enfríen los aparatos eléctricos 2 por convección. Por razones de simplificación, el controlador lógico programable PLC no se ha representado en la figura 5.

-: En la figura 6, el sistema de disipación térmica funciona en circuito cerrado. Incluye un climatizador 7 encargado 60 de enfriar el gas de enfriamiento G presente en la envoltura, un primer dispositivo de ventilación 4 encargado de

hacer circular el gas de enfriamiento en el sistema, una primera cámara de distribución 5 en la que el primer dispositivo de ventilación 4 inyecta el gas de enfriamiento obtenido a la salida del climatizador 7, una segunda cámara de distribución 50 y un segundo dispositivo de ventilación 40 dispuesto para aspirar el gas de enfriamiento G presente en la envoltura 1 para inyectarlo en la segunda cámara de distribución 50. Varios 5 conductos 6 están dispuestos entre las dos cámaras de distribución 5, 50. El gas de enfriamiento G se inyecta en los conductos 6 a partir de las cámaras de distribución controlando los medios de regulación 9 del caudal. Una parte del gas de enfriamiento obtenido a la salida del climatizador se inyecta, igualmente, de manera directa en el volumen 10 de la envoltura y puede aspirarse por el segundo dispositivo de ventilación 40 e inyectarse en la segunda cámara de distribución 50. El gas de enfriamiento se inyecta en cada conducto a partir de las dos

10 cámaras de distribución 5, 50. Cada conducto 6 incluye, por ejemplo, unos orificios repartidos sobre su longitud y destinados a difundir el gas de enfriamiento en el volumen de la envoltura. Por razones de simplificación, el controlador lógico programable PLC no se ha representado en la figura 6.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de disipación térmica destinado a regular la temperatura de un aparato eléctrico (2) colocado en un volumen delimitado por una envoltura eléctrica (1) y que comprende:

-

un dispositivo de ventilación (4) de un gas de enfriamiento (G) destinado a hacer circular un gas de enfriamiento, -una cámara de distribución (5) en comunicación con el dispositivo de ventilación y en la que el gas de enfriamiento se pone a presión por el dispositivo de ventilación (4), -al menos un conducto dispuesto en el volumen de la envoltura eléctrica (1), en comunicación con la cámara de distribución (5) para recibir el gas de enfriamiento (G) que proviene de dicha cámara, -caracterizado porque cada conducto que incluye un primer extremo en comunicación con la cámara de distribución (5) y un segundo extremo en comunicación con otra cámara de distribución o con una cámara de circulación,

y porque el sistema de disipación térmica incluye

-

un controlador lógico programable (PLC) dispuesto para controlar dispositivo de ventilación (4) con vistas a obtener una presión determinada en dicha cámara de distribución (5).
2.

Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye unos medios de regulación (9) del caudal de aire en el conducto (6), estando dichos medios de regulación (9) controlados por el controlador lógico programable (PLC) en función de una temperatura presente en la envoltura eléctrica (1).
3.

Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto (6) incluye unos orificios (60) para difundir el gas de enfriamiento (G) en el volumen de la envoltura.
4.

Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto (6) incluye una superficie interna que comprende unas aletas de enfriamiento (61).
5.

Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el dispositivo de ventilación (4) incluye al menos un ventilador.
6.

Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque incluye un climatizador (7) dispuesto para enfriar el gas de enfriamiento.
7.

Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la cámara de distribución (5) está realizada sobre la pared lateral de la envoltura.
8.

Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque incluye una cámara de circulación (6) realizada sobre la pared lateral de la envoltura y dispuesta para estar en comunicación con el volumen de la envoltura para permitir una circulación del gas de enfriamiento sobre la longitud de la envoltura.
9.

Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el conducto (6) incluye un soporte (3) para fijar uno o varios aparatos eléctricos (2).
10.

Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque el soporte incluye un carril DIN.