JP2013137181A - 電気および/または電子部品を備えるモジュールにおける熱サイフォン冷却器配置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モジュール102は、ガイド機構と、冷却空気を受け取るための入口614とを備え、さらにモジュール102の作動状態においてその後に冷却空気を放出するための出口616を備える。ガイド機構615は、モジュール102の作動状態において、冷却空気を、入口614を通って入るとともに出口616を通って出るように案内するために設けられる。モジュール102は、モジュール102の作動状態において前記冷却空気に熱負荷の大部分を伝達するための凝縮器602と蒸発器604とを有する熱サイフォン冷却器600を備える。蒸発器604は、凝縮器602に対して傾けられ、凝縮器602は、前記冷却空気の大部分が凝縮器602を通って流れるように配置される。
【選択図】図7
Description
本発明は、電気および/または電子部品からの熱の除去に関する。特に、本発明は、電気および/または電子システムのモジュール、および、少なくとも2つのモジュールを含むキャビネットを備える電気および/または電子システムに関する。
電気および電子装置あるいはシステムは、装置、特にキャビネットを備える電気および/または電子システムにおける電気および電子装置の過度温度およびそれに起因する障害を避けるために、動作中に冷却されなければならない。電気および電子アプリケーションは、装置による高い発熱率だけでなく、高い出力密度すなわち熱流束にも特徴がある。
電気および/または電子部品からの、改善された効率的な順応性のある熱除去を提供することが本発明の目的となり得る。
図1は、2つのスイッチ202および一つのコンデンサ204を備えるモジュール102を概略的に示す。モジュール102は、モジュラーマルチレベル変換器(modular multi-level converter:MMLC)あるいはモジュラー2レベル変換器(modular two-level converter:M2LC)とすることができ、スイッチ202はIGBTモジュールとすることができる。モジュール102は、引き出しのようなラックやキャビネットに挿入され得る箱型の要素であってもよい。キャビネット内において、多数のモジュールが行および列に配置されてもよい。
102…モジュール、200…電気および/または電子システム、202…スイッチ,IGBT、204…コンデンサ、402…モジュールブロック、406…キャビネットハウジング、408…キャビネット上面、409…キャビネット左面、410…キャビネット底面、411…キャビネット右面、412…キャビネット背面、413…キャビネット前面、502…第1の開口部、504…第3の開口部、506…第2のポート、508…第1のポート、510…流れ方向、511…放出流れ方向、512…キャビネットチャネル、513…湾曲流れ方向、514…外気流れ方向、515…微小湾曲流れ方向、520…第2の開口部、535…モジュールブロック前面、536…モジュールブロック背面、540…外気、600…熱サイフォン冷却器、601…第1の面、602…凝縮器、603…第1の主法線方向、604…蒸発器、605…第2の主法線方向、606…第2の面、607…さらなる電気および/または電子部品、608…取付装置、609…コンデンサ本体、610…電気および/または電子部品、611…底面、612…電気コンデンサ、613…上面、614…入口、615…ガイド機構、616…出口、617…モジュール上面、618…モジュール底面、619…ガイド部分、620…角度,傾斜角度、621…接続線、622…傾斜軸、623…モジュール右面、625…モジュール左面、630…横方向、632…水平方向、634…垂直方向、635…モジュール前面、636…モジュール背面、670…モジュール空間、677…第3の面、682…第1のコンデンサ、684…第2のコンデンサ、715…モジュールブロック容器、717…モジュールブロック上面、718…モジュールブロック底面、723…モジュールブロック右面、725…モジュールブロック左面、900…熱伝達要素、902…第2の導管、903…第8の多岐管、904…第1の多岐管、905…傾斜された蒸気チャネル、906…第5の多岐管、907…傾斜された復水チャネル、908…第4の多岐管、910…第6の多岐管、912…第1の導管、913…復水チャネル、914…第2の多岐管、915…第7の多岐管、916…第3の多岐管、917…復水収集多岐管、918…充填多岐管、922…冷却フィン、1002…第4の多岐管、1004…第8の多岐管、1012…第3の導管、1016…第13の多岐管、1022…他の冷却フィン、1203…水平矢印、1206…横矢印、1302…基板、1304…第4のコンデンサ部分、1305…第4のガイド部分、1306…第3のコンデンサ部分、1307…第3のガイド部分、1308…第2のコンデンサ部分、1309…第2のガイド部分、1310…第1のコンデンサ部分、1311…第1のガイド部分、1320…第1のガイド手段、1321…第2のガイド手段1402、1601…第5の面、1602…他の凝縮器、1603…第3の主法線方向、1604…他の蒸発器、1606…第4の面、1900…第2のファン、1902…他の第2のファン、2002…第1のファン。
Claims (21)
- 電気および/または電子システム(200)のモジュール(102)であって、
モジュール(102)の作動状態において冷却空気流を受け取るための入口(614)およびその後に冷却空気流を放出するための出口(616)を有し、モジュール(102)の作動状態において冷却空気を、入口(614)を通り、そこからモジュール(102)を通り、その後に出口(616)を通るように案内するためのガイド機構(615)と、
モジュール(102)の作動状態においてモジュール(102)の少なくとも1つの電気および/または電子部品(202,610)によって生成される第1の熱負荷を受け取るための蒸発器(604)と、前記冷却空気に前記第1の熱負荷の大部分を伝達するための凝縮器(602)とを含み、モジュール(102)の作動状態において冷却空気流の大部分が凝縮器(602)における開口を流れ通ることを許容される熱サイフォン冷却器(600)と、
を備え、
蒸発器(604)は、凝縮器(602)に対し、傾斜軸(622)に関して傾けられ、
少なくとも1つの電気および/または電子部品(607)は、入口(614)と出口(616)との間に位置するように、蒸発器(604)の平面状の第2の面(606)と熱的に接続可能であり、
蒸発器(604)は、蒸発器(604)の第2の面(606)の下方で同面に平行して延びる複数の第1の導管(912)を備え、
凝縮器(602)は、モジュール(102)の作動状態において前記冷却空気の大部分が凝縮器(602)の平面形状の第1の面(601)を横断する流れ方向(510)に流れ、第1の熱負荷の大部分を冷却空気に伝達するように、入口(614)と出口(616)との間に配置される、
モジュール(102)。 - 蒸発器(604)は、凝縮器(602)を幾何学的にオフセットする位置に配置される、
請求項1のモジュール(102) - 凝縮器(602)の第1の面(601)は、モジュール(102)の垂直方向(632)と水平方向(632)とで定義される第1の平面に配置され、水平方向(632)は、垂直方向に対する横断線であるとともに、モジュール(102)の横方向(630)に対する横断線であり、
蒸発器(604)は、水平方向(632)に関し、傾斜軸(622)について特に約90度の角度(620)である角度(620)で凝縮器(602)に対し傾けられた、
請求項1または2のモジュール(102)。 - 凝縮器(602)の第1の面(601)は、モジュール(102)の水平方向(632)および垂直方向(634)によって定義される第1の平面に配置され、水平方向(632)は、モジュール(102)の横方向(630)に対する横断線であり、かつ垂直方向(634)に対する横断線であり、
蒸発器(604)は、垂直方向(634)に関し、傾斜軸(622)について特に約90度の角度(620)である角度(620)で凝縮器(602)に対し傾けられた、
請求項1または2のモジュール(102)。 - 少なくとも1つの電気および/または電子部品(202,610)と電気的に接続された少なくとも1つの電気コンデンサ(612)をさらに備え、
少なくとも1つの電気コンデンサ(612)によって生成可能な第2の熱負荷の大部分は、モジュール(102)の作動状態において出口(616)を通る冷却空気によって除去可能である、
先行する請求項のうちいずれか1項のモジュール(102)。 - 少なくとも1つの電気コンデンサ(612)は、入口(614)と、
a)凝縮器(602)の第1の面(601)、および、
b)蒸発器(604)の平面形状の第2の面(606)、
のうちの少なくとも1つとの間に配置される、
請求項5のモジュール(102)。 - 少なくとも1つの電気コンデンサ(612)は、入口(614)と凝縮器(602)との間に少なくとも部分的に配置された第1のコンデンサ(682)と、凝縮器(602)と出口(616)との間に少なくとも部分的に配置された第2のコンデンサ(684)とを備える、
請求項5または6のモジュール(102)。 - 少なくとも1つの電気コンデンサ(612)は、モジュール(102)の垂直方向(634)に延びる長尺のコンデンサ本体(609)を備え、垂直方向(634)は、モジュール(102)の水平方向(632)および垂直方向(630)に対する横断線であり、横方向(630)は、水平方向(632)に対する横断線である、
請求項5乃至7のうちいずれか1項のモジュール。 - 少なくとも1つの電気コンデンサ(612)は、モジュール(102)の水平方向(632)に延びる長尺のコンデンサ本体(609)を備え、水平方向(632)は、モジュール(102)の垂直方向(634)および垂直方向(630)に対する横断線であり、横方向(630)は、垂直方向(634)に対する横断線である、
請求項5乃至7のうちいずれか1項のモジュール。 - 少なくとも1つの電気コンデンサ(612)は、底面(611)と上面(613)とを備える円筒形状のコンデンサ本体(609)を有し、前記円筒形状のコンデンサ本体(609)は、
a)前述の請求項5乃至8のうちいずれか1項のモジュールの形態におけるモジュール(102)の垂直方向(634)、あるいは、
b)前述の請求項5,6,7,9のうちいずれか1項のモジュールの形態におけるモジュール(102)の水平方向(632)、
において底面(611)から上面(613)に延び、垂直方向(634)は、横方向(630)に対する横断線である、
請求項5乃至9のうちいずれか1項のモジュール(102)。 - 少なくとも1つの電気および/または電子部品(607)は、蒸発器(604)の平面形状の第2の面(606)と反対の、蒸発器(604)の平面形状の第3の面(677)と熱的に接続される、
先行する請求項のうちいずれか1項のモジュール(102)。 - モジュール(102)は、
a)入口(614)、および、
b)出口(616)、
のうちの少なくとも1つに配置された少なくとも1つの第1のファン(2002)を備える、
先行する請求項のうちいずれか1項のモジュール(102)。 - 蒸発器(604)は、蒸発器の平面状の第2の面(606)と垂直に延びる第2の主法線方向(605)において最大厚さを有し、その蒸発器(604)の最大厚さは、最大厚さ対最高幅比が平板状の全体外観を蒸発器(604)に与えるように、第2の主法線方向(605)と垂直に延びる横方向における蒸発器(604)の最大全幅よりも小さい、
先行する請求項のうちいずれか1項のモジュール(102)。 - 蒸発器(604)の最大厚さ対最高幅比は、約1:2から約1:aの範囲にあり、aは少なくとも5、好ましくは少なくとも10である、
請求項13のモジュール(102)。 - 凝縮器(602)は、凝縮器(602)の平面状の第1の面(601)に対して垂直に延びる第1の主法線方向(603)において最大厚さを有し、その凝縮器(602)の最大厚さは、最大厚さ対最高幅比が平板状の全体外観を凝縮器(602)に与えるように、第1の主法線方向(603)と垂直に延びる横方向における凝縮器(602)の最大全幅よりも小さい、
先行する請求項のうちいずれか1項のモジュール(102)。 - 凝縮器(602)の最大厚さ対最高幅比は、約1:2から約1:bの範囲にあり、bは少なくとも5、好ましくは少なくとも10である、
請求項15のモジュール(102)。 - 蒸発器(604)の第1の導管(912)は、冷媒が対流沸騰によって蒸発されるように寸法が決められた、
先行する請求項のうちいずれか1項のモジュール(102)。 - 蒸発器(604)は、熱伝達要素(900)を備え、この熱伝達要素(900)は、複数の第1の導管(912)と機械的かつ熱的に接続され、
平面状の第2の面(606)は、熱伝達要素(900)上に設けられる、
先行する請求項のうちいずれか1項のモジュール(102)。 - キャビネット(400)を備える電気および/または電子システム(200)であって、
キャビネット(400)は、
少なくとも2つの、請求項1乃至18のうちいずれか1項に係るモジュールと、
冷却空気流を受け取るための第1の開口部(502)と、キャビネット(400)の作動状態においてその後に冷却空気を放出するための第2の開口部(520)とを備えるキャビネットハウジング(406)と、
を備え、
キャビネット(400)の作動状態において、前記キャビネットハウジング(406)の第1の開口部(502)を通って流れる冷却空気流の大部分が冷却空気の部分的な流れに分割されるように、少なくとも2つのモジュール(102)が前記キャビネットハウジング(406)内に配置され、冷却空気の部分的な流れの少なくとも2つが互いに平行に接続されるとともに、その後にキャビネットハウジング(406)の第2の開口部(520)を共に通過してキャビネットを去るように、部分的な流れの少なくともいくつかがそれぞれ入口(614)を介してそれらの専用のモジュール(102)に流れ込み、専用のモジュール(102)を通って専用のモジュール(102)の出口(616)へと向かうことがガイド機構(615)により可能とされた、
電気および/または電子システム(200)。 - 少なくとも2つのモジュール(102)は、キャビネット(400)の垂直方向(634)に沿って互いに近接して配置され、かつ、
冷却空気は、キャビネット(400)の作動状態において、モジュール(102)を通ってキャビネット(400)の垂直方向(634)を横断する方向に流れ、
および/または、
少なくとも2つのモジュール(102)は、キャビネット(400)の水平方向(632)に互いに並んで配置され、垂直方向(634)は水平方向(632)に対する横断線であり、かつ、
冷却空気は、キャビネットの作動状態においてキャビネット(400)の垂直方向(632)を横断する方向に流れる、
請求項19の電気および/または電子システム(200)。 - キャビネット(400)は、前記少なくとも2つのモジュール(102)のうちの少なくとも1つのモジュール(102)、実施形態においては少なくとも2つのモジュール(102)を含む少なくとも1つのモジュールブロック(402)と、モジュールブロック容器(715)と、をさらに備え、
少なくとも2つのモジュール(102)は、モジュールブロック(402)の少なくとも内側あるいは外側からコネクタ(1402)を介して電気的に接続可能であり、
それぞれのモジュール(102)の入口(614)に冷却空気を案内するための前記モジュールブロック容器(715)は、冷却空気の流れを受け取るための第1のポート(508)を備え、モジュールブロック容器(715)は、キャビネット(400)の作動状態においてその後に冷却空気を放出するための第2のポート(506)を備え、
および/または、
少なくとも2つのモジュール(102)を含む少なくとも1つのモジュールブロック(402)は、それぞれ第1のガイド手段(1320)を有し、キャビネットは、第2のガイド手段(1321)を有し、第1のガイド手段(1320)および第2のガイド手段(1321)は、少なくとも1つのモジュールブロック(402)および少なくとも2つのモジュール(102)が引き出しのような方法でキャビネット(400)に挿入可能かつ配置可能となるように形成された、
請求項19または20の電気および/または電子システム(200)。
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