FI117815B - Sähkökojeyksikön jäähdytys - Google Patents

Description

4 117815 Sähkökojeyksikön jäähdytys

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen sähkökoje-yksikkö, erityisesti sen jäähdytysjärjestely.

5 Sähkökojeyksikkö on tarkoitettu asennettavaksi sähköohjauskeskukseen tai vastaavaan sähkökeskukseen. Sähkökojeyksikön avulla hallitaan ja valvotaan erityisesti sähköverkosta saatavaa sähkövirran syöttöä esim. valaisimille, pistorasioihin ja erilaisiin sähkökoneisiin ja -laitteisiin. Sähkökojeyksikkö on esim. kytkinyksikkö, mittaus- ja/tai säätöyksikkö, kuten virran/jännitteen tai lämpötilan säätöyksikkö. Säh-10 kökojeyksikkö käsittää kotelon, jonka sisälle on järjestetty sähköisiä ja/tai elektronisia komponentteja, kuten releitä, puolijohteita, vastuksia yms. sekä niiden johdotuk-sia ja/tai tukirakenteita, kuten piirilevyjä. Sähkökojeyksikkö on edullisimmin kiinnitetty normitettuun kiskoon eli DIN-kiskoon tai vastaavaan tukikiskoon ja/tai tukirakenteeseen. Sähkötehoa syötetään sähkökojeyksikköön ja ohjausvicstejä tai vastaa-15 vaa informaatiota välitetään kojeyksiköstä kulutuspisteeseen ja/tai siihen yhdistettyyn sähkökojeeseen ja/tai -laitteeseen. ΐ

Ennestään tunnetaan eurooppapatenttihakemuksesta EP-0634768 sulakeyksikkö, . . jonka kotelon ala-ja yläpäähän on järjestetty rakoja jäähdytysilman kulkea sisään ja *' /· vastaavasti ulos. Ennestään tunnetaan myös patenttijulkaisusta US-6293697 HVAC- at- 20 säätöyksikön kotelo, johon on järjestetty vastaavanlaiset ala- ja yläilmastointiaukot.

* Ylipäätään jäähdytyksen järjestäminen rakojen tai aukkojen avulla sähkölaitteita :.‘*i ja/tai-komponentteja sisältävään laitekoteloon on ennestään tunnettua.

4 · .· · Epäkohtana edellä mainituissa tunnetussa ilmajäähdytysratkaisuissa on, että kotelon sisäisiä ilmavirtauksia ei kontrolloida. Kotelon alalaidasta sisään tuleva ilma kulkee 25 kotelon sisällä nousevana ilmavirtauksena myötäillen ja kiertäen koteloon järjestettyjä komponentteja tai laitteita ja myös hidastuen niiden vaikutuksesta.

Edelleen ongelmana tunnetuissa ilmajäähdytysratkaisuissa on, että ilmavirtaus ei välttämättä huuhtele tehokkaasti juuri niitä komponentteja, jotka tuottavat paljon : hukkalämpöä. Kyseessä on yleisjäähdytys, jota ei ole tarkoitettukaan esimerkiksi *· 30 tehopuolijohdekomponenttien jäähdyttämiseen. Tehopuolijohteille järjestetään omat jäähdytysratkaisunsa sopivin jäähdytysrivoin ja edullisimmin kotelon ulkopintaan ja/tai sen ulkopuolelle.

• · « ...

• · • · · 2 117815

Nykyisten tunnettujen sähkökojeyksiköiden tarvitsema jäähdytys on toteutettu edellä kuvatulla tavalla. Tällöin tehopuolijohteen erillinen jäähdytyselementti on sijoitettu kotelon sivulle, jolloin se sijoittuu esim. kahden sähkökojeyksikön väliin. Lisäongelmana on, että jäähdytyselementti vie tilaa sähköohjauskeskuksessa ja erityi-5 sesti kiinnityskiskossa eikä siihen saada kiinnitettyä maksimimäärää sähkökojeyk-siköitä.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitettyihin tunnettuihin jäähdytysratkai-suihin liittyvät epäkohdat. Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan uusi sähkökojeyksikön jäähdytysjärjestely.

10 Keksinnön mukaiselle sähkökojeyksikön jäähdytysjärjestelylle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Epäitsenäisessä patenttivaatimuksessa on esitetty keksinnön edullisia sovellusmuotoja.

Keksinnön kohteena on sellaisen sähkökojeyksikön jäähdytysjärjestely, joka käsittää kotelon, jonka sisälle on järjestetty sähköisiä ja/tai elektronisia komponentteja, 15 kuten releitä, puolijohteita, vastuksia, ja niiden johdotuksia ja tukirakenteita. Keksinnön mukaisesti jäähdytysjärjestely käsittää kotelon läpi sovitetun pystysuuntaisen jäähdytyskanavan, jonka läpi jäähdytysilma on järjestetty virtaamaan, ja jonka jäähdytyskanavan yhteyteen on asennettu ainakin yksi suuren jäähdytystarpeen ;1v omaava koje, kojeen osa tai komponentti, kuten tehopuolijohde.

* * · *···' 20 Keksinnön edullisessa sovellusmuodossa jäähdytyskanavan vaippa on putki, edulli- I | I | p • simmin suora putki, joka jäähdytyskanava muodostuu vaipan sisälle jäävästä pit- ·.' känomaisesta tilasta. Jäähdytyskanavan poikkileikkaus on edullisimmin pyöreä, el- s,1·' lipsimäinen tai monikulmio. Tämä muoto ja poikkileikkaus takaavat sen, että ilma- ’ virtaus läpi jäähdytyskanavan tapahtuu ilman häiriöitä maksimaalisella tehokkuu- 25 della.

Keksinnön edullisimmassa sovellusmuodossa jäähdytyskanavan vaippa on muodostettu hyvin lämpöä johtavasta metallista, kuten kuparista tai alumiinista. Lisäksi on * edullisinta, että jäähdytettävä komponentti, kuten tehopuolijohde, on suoraan kiinni- M» tetty jäähdytyskanavan vaippaan. Tällöin lämmön siirtyminen lämmönlähteestä 1 30 jäähdytyskanavaan ja siitä edelleen ilmavirtaukseen on tehokkaimmillaan.

, > · · ·

Keksinnön etuna on, että jäähdytysjärjestely on yksinkertainen, kooltaan suhteelli-·: sen pieni ja kevyt. Se on siis taloudellinen jäähdytysratkaisu. Lisäksi se on tehokas :1" jäähdyttäjä.

• · » 3 117815

Edelleen keksinnön etuna on, että sähkökojeyksiköt, jotka on varustettu keksinnön mukaisella jäähdytysjärjestelyllä, voidaan sijoittaa sähköohjauskeskukseen tiiviisti rinnakkain.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheiseen piiras-5 tukseen, jossa kuvio 1 esittää kaaviomaisesti perspektiivikuvana yhtä keksinnön mukaista sähkö-kojeyksikköä kiinnitettynä tukikiskoon; kuvio 2 esittää kaaviomaisesti edestä katsottuna joukkoa rinnakkain asennettuja keksinnön mukaisia sähkökojeyksiköitä; 10 kuvio 3 esittää pystysuuntaista leikkausta C - C kuvion 1 sähkökojeyksiköstä; kuvio 4 esittää poikkileikkausta D - D kuvion 1 sähkökojeyksiköstä; kuvio 5 esittää poikkileikkausta eräästä toisesta sähkökojeyksikön jäähdytyskana-vasta; kuvio 6 esittää osittaista pystyleikkausta kuvion 5 jäähdytyskanavasta; 1$ kuvio 7 esittää poikkileikkausta kolmannesta sähkökojeyksikön jäähdytyskanavasta; • 1 -

• I

kuvio 8 esittää edestä katsottuna kuvion 7 jäähdytyskanavaa; ja • · · · kuvio 9 esittää poikkileikkausta neljännestä sähkökojeyksikön jäähdytyskanavasta.

• · • 1

Kuvioissa käytetään toisiaan vastaavista osista samoja viitenumerolta.

· *· Eräs keksinnön mukainen sähkökojeyksikkö 1 on esitetty kuviossa 1 sähköohjaus- 20 kaapin (ei esitetty piirustuksissa) kiinnityskiskoon 4, kuten DIN-kiskoon, asennettuna. Sähkökojeyksikkö 1 käsittää kotelon 2, joka on edullisesti säännöllisen suoran särmiön muotoinen. Kotelon etuosassa 2a on yleensä ainakin jokin seuraavista väli-:1·, neistä: ainakin yksi liitin L, kytkin K ja/tai merkkivalo I. Kotelon sivuosat 2b, 2c ;**' ovat tässä sovellusesimerkissä olennaisesti suoria yhdensuuntaisia levyjä ja lisäksi ,1 1 25 suorakaiteesta muunnellun monikulmion muotoisia. Kotelon yläosa 2d ja vastaavas- * 1 ti alaosa 2e liittävät sivulevyt 2b, 2c toisiinsa. Kiinnityselimet 3 on järjestetty kote- * t · 1 lon takaosaan 2f sähkökojeyksikön 1 kiinnittämiseksi alustaan, tässä tapauksessa ·· kiinnityskiskoon 4.

• •M

···.

· 1 ; 117815 4 Sähkökojeyksikön 1 kotelon 2 sisälle on järjestetty sähköisiä ja/tai elektronisia komponentteja, kuten releitä, puolijohteita, vastuksia, ja niiden johdotuksia ja tukirakenteita, kuten piirilevyjä CB. Sähkökojeyksikkö 1 on kiinnitettävissä sopivin kiinnityselimin 3 sähköohjauskeskukseen tai vastaavaan kaappiin. Edullisimmin tie-5 tyn tilan valaistusohjaus- ja/tai ylipäätään sähkölaitteiden ja/tai kojeiden ohjausjär-jestelyyn liittyvät sähkökojeyksiköt 1 kiinnitetään rinnakkain kiinnityskiskoon 4 toistensa kanssa sopivaan sähköohjauskeskukseen, kuten kuviossa 2 on havainnollisesti esitetty.

Keksinnön mukaisesti pystysuuntainen jäähdytyskanava 5 on järjestetty kotelon 2 10 läpi, sen ylä- ja alaosan 2d, 2e kautta. Jäähdytyskanavan 5 tuloaukko 51 on tällöin järjestetty kulkemaan kotelon alaosan 2d läpi ja vastaavasti lähtöaukko 52 kotelon yläosan 2e läpi. Tämän kanavan 5 kautta jäähdytysilma virtaa alhaalta ylöspäin, kuten nuolilla A, B on kuvioissa 1 ja 3 osoitettu, sähkökojeyksikön 1 läpi. Jäähdytys-kanavan 5 yhteyteen on asennettu ainakin yksi suuren jäähdytys tarpeen omaava ko-15 je, sen osa tai komponentti, kuten tehopuolijohde P, esim. tyristori, triac tai teho-kanavatransistori, kuten MOSFET. Jäähdytettäviä komponentteja tai vastaavia voi luonnollisesti olla yhden jäähdytyskanavan 5 yhteydessä useampiakin edellyttäen, että jäähdytyskanavan jäähdytysteho on riittävä.

Jäähdytyskanavan vaippa 5a on putki. Jäähdytyskanava 5 muodostuu tällöin vaipan • · '· ’ 20 5a sisälle jäävästä pitkänomaisesta tilasta. Vaippa 5a on edullisimmin suora putki, ...*: mutta se voi olla myös loivasti kaareva. Jäähdytyskanava 5 ja samalla vaipan 5a si- *"* säpinta on poikkileikkaukseltaan edullisesti pyöreä, kuten mm. kuviossa 4 on esitet- ty, tai ellipsimäinen. Ylipäätään vaippa 5a voi tällöin olla kaareva suljettu pinta, tai kaarevien pintojen suljettu yhdistelmä. Vaipan 5a ulkopinta on poikkileikkauksel-.· · 25 taan edullisesti samanlainen kuin sisäpinta, jolloin vaipan paksuus p on vakio. Vaih- toehtoisesti vaipan 5a ulkopinta voi olla myös poikkileikkausmuodoltaan toisenlainen kuin sisäpinta, jolloin vaipan paksuus poikkileikkaustasossa vaihtelee.

Vaihtoehtoisesti jäähdytyskanava 5 ja samalla vaipan 5a sisäpinta on poikkileikka- • t,*· ukseltaan monikulmio, kuten suorakaide tai neliö. Vaipan 5a ulkopinta on poikki- 30 leikkaukseltaan edullisesti samanlainen kuin sisäpinta, mutta se voi olla myös toi-t·]' senlainen, kuten edellisessäkin sovellusmuodossa.

• i Jäähdytyskanava 5, erityisesti sen läpimitta d ja vaipan paksuus p, on mitoitettavissa • « sähkökojeyksikön ja sen sisältämien kojeiden ja/tai komponenttien jäähdytystarpeen .··♦ mukaan. Jäähdytyskanavan 5 läpimitta d on edullisimmin välillä 10 - 30 mm, mutta 35 se voi olla suurempikin sähkökojeyksikön koosta riippuen. Vaipan 5a paksuus d on 5 117815 esimerkiksi välillä 1 - 5 mm, mutta muutkin paksuusmitat voivat tulla sovelluksesta riippuen kysymykseen. Lisäksi on mahdollista sijoittaa yhteen sähkökojeyksikköön kaksi tai jopa useampiakin jäähdytyskanavia rinnakkain joko suoraan kosketukseen keskenään tai pienen etäisyyden päähän toisistaan. Jäähdytyskanavan 5 korkeus h 5 on luokkaa 50 - 150 mm, mutta se riippuu sähkökojerasian 1 korkeudesta, jonka kanssa se on edullisimmin yhtä suuri.

Keksinnön edullisimmassa sovellusmuodossa jäähdytyskanavan 5 vaippa 5a on muodostettu hyvin lämpöä johtavasta metallista, kuten kuparista tai alumiinista. On kuitenkin huomattava, että muukin lämpöä hyvin johtava materiaali, kuten sopiva 10 muovi, saattaa tulla kysymykseen.

Sähkökojeyksikön 1 lämpöä tuottavat komponentit P ja/tai kojeet on määrä sijoittaa jäähdytyskanavan vaipan 5a ulkopinnalle ja samalla varsinaisen jäähdytyskanavan 5 ulkopuolelle, kun taas vaipan sisäpinta, joka avautuu jäähdytyskanavaan, toimii lämpöä luovuttavana pintana. Kun jäähdytyskanavan vaippa 5a lämpenee toimivien 15 komponenttien tai kojeiden luovuttaessa hukkalämpöä siihen, jäähdytyskanavassa 5 oleva ilma myös lämpenee ja nousee jäähdytyskanavan läpi sen yläpäästä ja lähtö-aukosta 52 ulos (nuoli A) ja uutta viileää ilmaa virtaa jäähdytyskanavaan sen ala-päästä ja tuloaukosta 51 (nuoli B). Näin jäähdytyskanavan vaippa 5a viilenee ja jäähdyttää samalla lämpöä tuottavaa komponenttia ja/tai kojetta.

« · * t * ·· 20 Ilmavirtauksen tulee periaatteessa kulkea jäähdytyskanavan 5 läpi mahdollisimman *«!· .... vapaasti. Jäähdytyskanava 5 on tällöin avoin putki, jonka vaipan 5a sisäpinta on .·. edullisimmin sileä. Vaihtoehtoisesti vaipan 5a sisäpinta on karkeapintainen, jolloin ♦ « jäähdyttävä pinta-ala kasvaa ja lämmön siirto tehostuu.

• «

Keksinnön eräässä edullisessa sovellusmuodossa jäähdytyskanavaan 5, erityisesti 25 sen vaipan 5a sisäseinämään, on järjestetty ulokkeita 5b, kuten ripoja tai suun-tauselimiä, kuten siipimäisiä elimiä, kuten kuvioissa 5 ja 6 on havainnollisesti esitetty. Nämä ulokkeet 5b vaikuttavat jäähdytyskanavan 5 läpi kulkevaan ilmavirta- • \ ukseen ja saavat sen pyörteiseen ja/tai kierteiseen liikkeeseen. Ulokkeet 5b suuren- ,··· tavat jäähdytyskanavan 5 lämmönsiirtopintaa ja tehostavat myös näin lämmön siir- *· * 30 tyrnistä jäähdytyskanavan vaipasta 5a ilmavirtaan.

• · • ·

Keksinnön edullisessa sovellusmuodossa jäähdytyskanavan 5 vaippaan 5a, erityi-·,* sesti sen ulkopintaan, on kiinnitetty suoraan jäähdytettävä koje tai komponentti, ku- •;*j ten yksi tai useampi tehopuolijohde P. Tätä tarkoitusta varten on edullista, että vai- *··· pan 5a ulkopintaan on järjestetty tasanne eli tasainen suora alue 6 erityisesti silloin, 6 117815 kun vaipan 5a ulkopinnan poikkileikkaus on pyöreä tai ellipsi, kuten kuviossa 7 ja 8 on havainnollisesti esitetty. Jäähdytettävä komponentti tai vastaava kiinnitetään tasanteelle 6 vaippaa 5a vasten. Tasanne 6 helpottaa komponentit kiinnittämistä ja tehostaa lämmönvaihtoa komponentin P ja jäähdytyskanavan 5 välillä.

5 Keksinnön eräässä toisessa edullisessa sovellusmuodossa jäähdytyskanavan 5 vaippa 5 a on ainakin ulkopinnaltaan poikkileikkaukseltaan monikulmion muotoinen, kuten kuviossa 9 on havainnollisesti esitetty. Etuna tällaisessa jäähdytyskanavan vaipassa on, että tehopuolijohde P tai vastaava koje saadaan sovitettua vaipan muodostavan monikulmion yhtä sivuseinämää 5a1 vasten. Tällöin vaipan 5a liitospinta 10 lämpöä tuottavan kojeen ja jäähdytyskanavan vaipan välillä on suora ja välitön, kuten tasannetta 6 käytettäessä, jolloin lämpö saadaan tehokkaasti siirrettyä kojeesta jäähdytyskanavaan ja edelleen ilmavirtaan.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa jäähdytyskanavan 5 yhteyteen on liitetty puhallin 7 (esitetty katkoviivoin kuviossa 3), kuten sähköllä toimiva aksiaalipuhallin. 15 Puhallin 7 on edullisimmin järjestetty jäähdytyskanavan 5 tuloaukon 51 yhteyteen. Puhallin 7 työntää ilmaa tuloaukon 51 kautta jäähdy tyskanavaan 5 ja edelleen lähtö-aukosta 52 ulos. Näin puhaltimella 7 tehostetaan ilman läpivirtausta jäähdytyskana-vassa ja nostetaan jäähdytystehoa edellä esitettyihin sovelluksiin nähden.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyä sovellusesimerkkiä koskevaksi, vaan .· 20 monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän * · · ♦ .... keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• » * • · » « * 4 * • · • · • « · * * » « « * * * · λ * • * « • · V · i · * t M·

Claims (7)

117815

1. Sähkökojeyksikön jäähdytysjärjestely, joka sähkökojeyksikkö (1) käsittää kotelon (2), jonka sisälle on järjestetty sähköisiä ja/tai elektronisia komponentteja, kuten releitä, puolijohteita, vastuksia, ja niiden johdotuksia ja tukirakenteita, joka 5 jäähdytysjärjestely käsittää kotelon (2) läpi sovitetun pystysuuntaisen jäähdytys-kanavan (5), jonka läpi jäähdytysilma on järjestetty virtaamaan (A, B), ja jonka jäähdytyskanavan yhteyteen on asennettu ainakin yksi suuren jäähdytystarpeen omaava koje, kojeen osa tai komponentti, kuten tehopuolijohde (P), tunnettu siitä, että jäähdytyskanavan (5) vaippa (5a) on putki, edullisimmin suora putki, joka jääh-10 dytyskanava (5) muodostuu vaipan (5a) sisälle jäävästä pitkänomaisesta tilasta ja että jäähdytyskanavan (5) vaippaan (5a) on suoraan kiinnitetty jäähdytettävä komponentti, kuten tehopuolijohde (P).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkökojeyksikkö, tunnettu siitä, että jääh-dytyskanavaan (5), erityisesti sen vaipan (5a) sisäseinämään, on järjestetty ulokkeita 15 (5b).

3. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen sähkökojeyksikkö, tunnettu siitä, että jäähdytyskanavan (5) vaippa (5a) on muodostettu hyvin lämpöä johtavasta metallista, kuten kuparista tai alumiinista.

. 4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen sähkökojeyksikkö, tunnettu * / 20 siitä, että jäähdytyskanavan (5) vaippa (5a) on kaareva suljettu pinta, joka on poik- • * · kileikkaukseltaan edullisimmin ympyrä tai ellipsi. • « · · m • m

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen sähkökojeyksikkö, tunnettu siitä, * · :\j että jäähdytyskanavan (5) vaippa (5a) on ainakin ulkopinnaltaan poikkileikkaukscl- • · .···. taan monikulmion muotoinen. • * ···

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sähkökojeyksikkö, tunnettu siitä, että jääh- dytyskanavan (5) vaipan (5a) ulkopintaan on järjestetty tasanne (6), johon jäähdytet- Ml tävä komponentti (P) tai vastaava kiinnitetään.

• * * · « *·*·* 7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen sähkökojeyksikkö, tunnettu • M siitä, että jäähdytyskanavan (5) yhteyteen on järjestelty puhallin (7). * · · « · * : ·* 30 • · * • · · • * · 117815