JP6715858B2 - 電子筐体を温度管理する冷却機 - Google Patents

Description

本発明は、電子筐体の内部空間の冷却されるべき空気が、第一ファンを用いて中に案内される内部回路と、前記内部回路とは流体的に隔てられ、周囲の空気が第二ファンを用いて中に案内される外部回路とが設けられ、前記内部回路と前記外部回路が流体隔離部品により互いに隔てられ、また冷却機の圧縮器を駆動するインバーターには、周辺の空気に排熱を交換させる熱交換器が、２つの対向する側面の一側に設けられ、また、複数の電子部品を具備する電子部が、２つの対向する側面の他側に設けられていることを特徴とする、電子筐体を温度管理する冷却機に関する。

この種の冷却機の１つは、例えば、独国特許出願公開第１０ ２０１２ １０８ １１０号明細書により公知となっている、この冷却機は壁取付型、または天井取付型のデバイスとして設計することができる。加温された空気は、電子筐体内部から空気流入口を通って内部回路へと案内される。電子筐体内部からくる加温された空気は、内部回路の空気冷却媒体熱交換器を通過し、空気流出口から電子筐体内部に戻って冷気として供給される。外部回路にはさらに空気流入口と空気流出口が設けられ、ここから電子筐体装置の周囲空気が外部回路のなかに案内され、外部回路のなかに設けられた空気冷却媒体熱交換器を通って、流出口から周囲に戻される。

これら２つの空気冷却媒体熱交換器は、内部回路あるいは外部回路に空気を送風するファン、圧縮器および膨張手段と共に、冷却ユニットに不可欠な要素を構成する。このとき、インバーターを設けることで、検知された冷却供給ニーズに応じた制御電圧が圧縮器に提供され、圧縮器の回転速度が、必要とされる冷却供給ニーズを満たすのに必要な回転速度に調節されるようになっている。

このインバーターは圧縮器の運転に必要な作動電圧を網電圧、例えば５０ヘルツの交流電圧から生成する変圧器である。圧縮器に三相交流電流を提供してもよい。冷却機の構成に用いられるインバーターは通常、インバーターの一側に配置されて、電力損失と発熱の少ない受動的な電子素子が基本的に設けられる電子部と、ＩＧＢＴ等の能動的な素子の電圧変換により生じる排熱を消散させる熱交換器を備えており、少なくともこの熱交換器と、通常は発熱部品が、インバーターの電子部とは反対側に設けられている。

排熱の散逸性が最適となることを確実にさせるため、公知となっている最新式の冷却機では、インバーターが外部回路に配置されている。これが内部回路に配置された場合には、インバーターの排熱が電子筐体内部の空気に影響を与えるため、冷却機の有効性に悪影響がでる。しかし、インバーターの電子部は湿気に敏感であるために密閉化されていることが多く、外部回路に進入する水しぶき等が防止され、あるいは電子部に結露が接触しないようになっている。

本発明の目的は前述のタイプの冷却機をさらに発展させることであって、好ましくは、簡単な技術手段を用いることでインバーターの電子部を湿気から守り、これにより冷却機の機能が不所望な影響を受けることのないようになっている。

この目的は請求項１に係る特徴を持つ冷却機の発明により解決される。従属請求項は全て、本発明の有利な実施形態に対応する。

したがって、本冷却機では、インバーターの一側にある少なくとも１つの熱交換器が外部回路に設けられ、前記インバーターの他側にある少なくとも１つの電子部が内部回路に設けられる。そのため、インバーターの熱交換器を通過して散逸される熱は、外部回路に影響を与えるだけで、内部回路には影響を与えず、同時に、電子部が外部回路に進入する湿気から保護されるように組み込まれている。例えば、周知の最新技術として公知となっている露点制御が備えられていてもよく、これにより内部回路に結露が生じることがより効果的に防止される。

インバーターの対向する側面に、インバーターの電子回路基板が形成されてもよい。対向する側面にある熱交換器と電子部を、空間および流体的に隔てるのに適した装置または部品キャリアは、回路基板以外にも想定することもできる。

内部回路と外部回路の間において隔離部品の開口部にインバーターを挿入し、インバーターの一側を外部回路に配置し、インバーターの他側を内部回路に配置することができる。

これに加えて、インバーターの対向する側面の間に、円周状のフランジを設けることができ、これによりインバーターが隔離部品と流体密に接続され、このインバーターにより開口部が封止されるようになっている。フランジは回路基板の境界を用いて形成することができる。

インバーターの熱交換器による特に効果的な熱交換を達成するため、熱交換器の一背面に金属製の熱交換プレートを設け、これを用いて熱交換器を外部回路へと突出させることを考えることができる。

この熱交換器により特に優れた流れが達成され、第一空気冷却媒体熱交換器が外部回路の中に配置されている本冷却機は、インバーターの一側が外部回路の中で、第一空気冷却媒体熱交換器と第二ファンとの間において外部回路を通って、流体の流れ方向に配置されている。

電子部を湿気、特に結露から保護するため、インバーターは、内部回路を通過する気流内に電子部を配置させ、外部回路を通過する気流内に熱交換器を配置させることを考えることができる。このようにして、本冷却機は、圧縮器を外部回路の中に設け、第一空気冷却媒体熱交換器を外部回路の中に設け、さらに第二冷却冷媒熱交換器を内部回路の中に設けた冷却ユニットとすることができる。

さらには、冷却機がエアデフレクタ部材を備え、これにより外部回路の気流が熱交換器に案内されることにより、インバーターの熱交換器に入る気流をさらに改善することができる。エアデフレクタシートを隔離部品の一部品とするか、および／または、この形状に適合させることができる。さらには、隔離部品を合成成形材料部材とし、特に射出成形部材、または深絞り加工した合成もしくは金属部品とすることができる。

本発明のさらなる詳細は、以下の図面に基づいて説明される。

図１は、電子筐体と冷却機とから構成され、本発明の実施形態の１つに係る電子筐体装置を図示している。 図２は、インバーターが設けられた図１に係る冷却機の一領域の断面図を図示している。

図１に図示されている電子筐体装置は、電子筐体１００と冷却機１から構成され、前記冷却機は壁取付け型の装置として設計され、電子筐体１００の側壁に取り付けられている。冷却機１の内部回路２は電子筐体内部１０１と側壁開口部を介して流体連通している。内部回路２の第一ファン４は、電子筐体内部１０１から空気１０３を内部回路２に引き込み、これを内部回路２からインバーター７、そして第二空気冷却媒体熱交換器１８に送風する。後に冷却される空気１０３が第二空気冷却媒体熱交換器１８を通過すると、この空気は冷気として電子筐体内部１０１に戻り、ここで電子筐体内部１０１に内蔵されている発熱部品１０２を冷却することができる。

内部回路２は、冷却機１の外部回路３とは隔離部品６によって気密に分離されている。外部回路３には第二ファン５が配置され、これにより外部回路３の周囲空気１０４が吸引されて、この空気は外部回路３からインバーター７の熱交換器１０を通過して、第一空気冷却媒体熱交換器１７を通り抜ける。第一空気冷却媒体熱交換器１７を通過した後、この空気は外部回路３から出ていき、周囲に戻る。

これら第一空気冷却媒体熱交換器１７と第二空気冷却媒体熱交換器１８、ファン４，５および圧縮器、ならびに図示しない膨張手段から、冷却ユニットに不可欠な要素が構成され、ここでファン４，５の回転速度は冷却量の要件に応じたものであり、圧縮器はインバーター７により制御され、インバーターは、ファン４，５に必要な回転速度に対応した制御電圧をファン４，５または圧縮器に提供する。これらファン４，５を直流電圧ファンとし、また圧縮器を三相交流デバイスとすることもできる。

図１および図２の概略図に認められる通り、インバーター７は隔離部品７の内に組み込まれており、熱交換器１０が形成される一側８が外部回路へと突出している一方で、前記一側８とは反対側に位置し、電子部１１が形成される側９が内部回路に突出している。熱交換器１０の外側背面には冷却部品が設けられている。表面積を増加させるためにこれをリブ状にするか、またはひだ状もしくはこれに類似する特徴を設けることで、熱伝導性を改善することができる。

電子部１１には複数の電子部品１２が設けられている。これら電子部品は特に受動的な電子部品であって、排熱が全く出ない。電子部１１に能動的な排熱生成部品が設けられる場合には、外部回路３での熱交換のために、これら部品はインバーター７の熱交換器１０と熱的に結合するように配置される。しかし、好ましくは、内部回路２に面する側９に、発熱電子部品は設けられない。電子部品１２が内部回路２に露出して配置されている様子が認められよう。これは、内部回路の中にある電子部品が、水しぶきから効果的に保護されるからゆえに可能となる。電子筐体の温度管理がなされる本冷却機では、電子部品１２に結露が形成されることも同様にして一般に防止され、これは露点制御システムが内在的に備えられ、これにより電子筐体内部１０１に設けられる発熱部品１０２（図１を参照）などの電子スイッチパネルに結露が形成されないようになっているためである。

本発明は、電子筐体の温度管理のための条件、特に電子筐体１０１の内部に組み込まれている冷却の必要な部品１０２の保護のための条件が、インバーター７の電子部１１を保護するための条件にも適しているという状況を活用している。

インバーター７には円周状のフランジ１５が設けられ、これは電子部１１と熱交換器１０の分離部分にて、隔離部品６の開口部１４の中で流体密に接続されている。この隔離部品６は、開口部１４を切り欠き部として導入した、合成射出成形部などとすることができる。電子部１１での最適な流入のためにエアデフレクタ１９を設けてもよい。電子部１１に発生する結露は、電子部１１での的確な流れにより効果的に抑制される。

インバーターには回路基板１３その他のキャリア素子が設けられ、これらにより冷却部品１６のある熱交換器１０と電子部１１が、対向する側面８，９に形成される。円周状フランジ１５を回路基板１３あるいはキャリア素子に形成するか、またこれに面取りを施すなどして形成することができる。封止部材（図示せず）を、例えば隔離部品６の境界とフランジ１５の間に設けることが可能で、これにより隔離部品６の開口部１４を、フランジ１５ひいてはインバーター７を用いて流体密に封止して、内部回路２と外部回路３との空気短絡が効果的に防止されるようになっている。

上記明細書、図面、および請求項に開示された本発明の特徴は、個々に、ならびに任意の所望の組み合わせの両方で、本発明の実施に必須であり得る。

１ 冷却機
２ 内部回路
３ 外部回路
４ 第一回転速度制御ファン
５ 第二回転速度制御ファン
６ 隔離部品
７ インバーター
８ 一側
９ 他側
１０ インバーターの熱交換器
１１ インバーターの電子部
１２ インバーターの電子部品
１３ 電子回路基板
１４ 開口部
１５ フランジ
１６ 冷却部品
１７ 第一空気冷却媒体熱交換器
１８ 第二空気冷却媒体熱交換器
１９ デフレクタ
１００ 電子筐体
１０１ 電子筐体内部
１０２ 発熱部品
１０３ 電子筐体の内部で冷却される空気
１０４ 周囲空気

Claims (10)

1. 電子筐体の内部空間（１０１）からの冷却されるべき空気（１０３）が、第一ファン（４）により中に案内される内部回路（２）と、
   前記内部回路（２）とは流体的に隔てられ、周囲の空気（１０４）が第二ファン（５）により中に案内される外部回路（３）とが設けられ、
   前記内部回路（２）と前記外部回路（３）が流体隔離部品（６）により互いに隔てられ、
   冷却機（１）の圧縮器を駆動するインバーター（７）には、周囲の空気に排熱を交換させる熱交換器（１０）が、前記インバーター（７）の２つの対向する側面（８，９）の一側（８）に設けられ、複数の電子部品（１２）を具備する電子部（１１）が、前記２つの対向する側面（８，９）の他側（９）に設けられている冷却機において、
   前記インバーター（７）の一側（８）にある少なくとも１つの熱交換器（１０）が前 記外部回路（３）の中に設けられ、
   前記インバーター（７）の他側（９）にある少なくとも１つの電子部（１１）が、前記内部回路（２）の中に、設けられ、
   前記外部回路（３）の中にある前記圧縮器と、前記外部回路（３）の中にある第一空気冷却媒体熱交換器（１７）と、前記内部回路（２）の中にある第二空気冷却媒体熱交換器（１８）とを備える冷却ユニットが設けられ、
   前記インバーター（７）の電子部（１１）が、前記内部回路（２）を流れる前記第一ファン（４）から前記第二空気冷却媒体熱交換器（１８）への気流の中に配置され、
   前記インバーター（７）の熱交換器（１０）が、前記外部回路（３）を流れる前記第二ファン（５）から前記第一空気冷却媒体熱交換器（１７）への気流の中に配置されていることを特徴とする電子筐体を温度管理する冷却機（１）。
2. 前記インバーター（７）の２つの対向する側面（８，９）のうち少なくとも前記他側（９）に前記インバーター（７）の電子回路基板（１３）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の冷却機（１）。
3. 前記内部回路（２）と前記外部回路（３）との間において、前記流体隔離部品（６）の開口部（１４）の中にインバーター（７）を挿入することで、前記インバーターの一側（８）が前記外部回路（３）に配置され、前記インバーター（７）の他側（９）が前記内部回路（２）に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却機（１）。
4. 前記インバーターの対向する側面（８，９）間に円周状のフランジ（１５）が設けられ、これによりインバーター（７）が前記流体隔離部品（６）と流体密に接続され、前記インバーター（７）により前記開口部（１４）が封止されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の冷却機（１）。
5. 前記熱交換器（１０）の背面には金属製の冷却部品、好ましくはリブ状の冷却部品が設けられ、これにより前記熱交換器（１０）が前記外部回路（３）に突出することを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の冷却機（１）。
6. 前記外部回路（３）の中に第一空気冷却媒体熱交換器（１７）が配置され、前記インバーター（７）の一側（８）が、前記第一空気冷却媒体熱交換器（１７）と前記第二ファン（５）との間における前記外部回路（３）の中で、流体の流れ方向に配置されていることを特徴とする請求項１〜５何れか１項記載の冷却機（１）。
7. 前記電子部（１１）は、前記インバータ（７）の他側（９）に設けられ排熱が出ない前記電子部品（１２）の他に、前記インバータ（７）の他側（９）には設けられておらず記熱交換器（１０）と熱的に結合する発熱電子部品を含むことを特徴とする請求項１〜６何れか１項記載の冷却機（１）。
8. エアデフレクタ（１９）が設けられ、前記エアデフレクタ（１９）により前記内部回路（２）を流れる空気が前記電子部（１１）に案内されることを特徴とする請求項１〜７何れか１項記載の冷却機（１）。
9. 前記エアデフレクタ（１９）が前記流体隔離部品（６）の一部品となるか、および／または、前記流体隔離部品（６）の上に形成されることを特徴とする請求項８に記載の冷却機（１）。
10. 前記流体隔離部品（６）が合成成形部材、特に射出成形部材、または深絞り加工した合成もしくは金属部品であることを特徴とする請求項１〜９何れか１項記載の冷却機（１）。

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