KR20130047679A - 열사이펀 냉각기 어레인지먼트를 갖는 모듈들을 가진 캐비닛 - Google Patents

열사이펀 냉각기 어레인지먼트를 갖는 모듈들을 가진 캐비닛 Download PDF

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프란체스코 아고스티니
토마스 그라딩거
안드레아스 뵈겔리
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에이비비 테크놀로지 아게
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Abstract

본 발명은 전기 및/또는 전자 컴포넌트들의 냉각, 특히 냉각 공기의 스트림을 수용하기 위한 제 1 애퍼처를 포함하는 캐비닛 하우징 (406) 을 포함하는 캐비닛 (400) 을 가진 전기 및/또는 전자 시스템 (200) 에 관한 것이다. 캐비닛 하우징 (406) 은 그 후 캐비닛의 동작 상태에서 냉각 공기를 방출하기 위한 제 2 애퍼처를 포함한다. 각각이 입구 및 출구를 가진 가이딩 구조를 포함하는 적어도 2 개의 모듈들 (102) 이 캐비닛에 제공된다. 적어도 2 개의 모듈들 (102) 은, 캐비닛의 하우징 (406) 의 제 1 애퍼처를 통하여 흐르는 냉각 공기의 대부분이 가이딩 구조에 의해, 입구를 통해 각각의 모듈 (102) 내로 흘러 전용 모듈 (102) 을 관통하여 출구로 안내된 후 제 2 애퍼처를 통하여 캐비닛 하우징 (406) 밖으로 흐를 수 있게 되도록 캐비닛 하우징 (406) 에 배열된다.

Description

열사이펀 냉각기 어레인지먼트를 갖는 모듈들을 가진 캐비닛{CABINET WITH MODULES HAVING A THERMOSIPHON COOLER ARRANGEMENT}
본 발명은 캐비닛 내의 전기 및 전자 컴포넌트들로부터의 열의 제거에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 각각이 열사이펀 냉각기를 갖는 적어도 2 개의 모듈들을 포함하는 캐비닛을 가진 전기 및/또는 전자 시스템에 관한 것이다.
전기 및 전자 디바이스들 또는 시스템들은 동작 시에 디바이스들, 특히 캐비닛을 가진 전기 및/또는 전자 시스템 내의 전기 및 전자 디바이스들의 과도한 온도들 및 그에 따른 고장을 회피하기 위하여 냉각되어야 한다. 전기 및 전자 애플리케이션들은 디바이스들에 의한 높은 열 발생율들 뿐만 아니라 높은 전력 밀도들, 즉 열 플럭스들을 특징으로 한다.
캐비닛 내에 삽입될 중전압 전력 전자 컨버터들은 유연하고 경제적인 생산, 커스토머-특정 구성 및 서비싱 (servicing) 을 용이하게 하기 위해 다수의 동일한 유닛들을 이용하여 모듈러식으로 형성될 수도 있다. 일 토폴로지의 전력 컨버터들은 다수의 동일한 셀들로 구성될 수도 있으며, 각각의 셀은 기능적으로 2 개의 스위치들 및 하나의 커패시터로 구성된다. 스위치들은 역평행 (anti-parallel) 다이오드들을 가진 IGBT들일 수도 있다. 양자의 스위치들은 IGBT 모듈의 형태로 이용가능할 수도 있다. 수개의 IGBT 모듈들은 전류 정격 (current rating) 을 증가시키기 위해 병렬로 놓여질 수 있다.
캐비닛 내의 전기 또는 전자 디바이스들을 냉각시키기 위한 공기 냉각 (air cooling) 시스템들은 베이스 플레이트로부터 연장된 핀 (fin) 들의 어레이를 포함할 수도 있고, 전기 또는 전자 디바이스들까지 먼 위치에 열을 덤핑함으로써 전기 또는 전자 디바이스들의 열부하 (thermal load) 를 감소시키기 위하여 강제 대류 (forced convection) 를 위한 적어도 하나의 팬 (fan) 을 필요로 할 수도 있다.
전기 및/또는 전자 컴포넌트들로부터의 개선되고, 효율적인 열 제거를 제공하는 것이 본 발명의 목적으로 간주될 수도 있다.
이 목적은 독립항에 따라 각각이 열사이펀 냉각기를 갖는 적어도 2 개의 모듈들을 포함하는 캐비닛을 가진 전기 및/또는 전자 시스템에 의해 달성된다. 추가 실시형태들은 종속항들로부터 명백하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 캐비닛을 가진 전기 및/또는 전자 시스템이 제공된다. 캐비닛의 캐비닛 하우징은 냉각 공기의 스트림을 수용하기 위한 제 1 애퍼처 (aperture) 를 포함하고, 그 후 캐비닛의 동작 상태에서 냉각 공기를 방출 (release) 하기 위한 제 2 애퍼처를 포함한다. 캐비닛은 적어도 2 개의 모듈들을 더 포함하며, 각각의 모듈은 입구 (inlet) 및 출구 (outlet) 를 가진 가이딩 구조를 포함한다. 적어도 2 개의 모듈들은, 캐비닛 하우징의 제 1 애퍼처를 통해 흐르는 냉각 공기의 대부분이 냉각 공기의 부분적인 스트림들로 분할되도록 캐비닛 하우징에 배열되며, 그 부분적인 스트림들 중 적어도 일부는, 냉각 공기의 부분적인 스트림들 중 적어도 2 개가 서로 병렬로 접속되고 그 후 캐비닛의 동작 상태에서 캐비닛 하우징의 제 2 애퍼처를 통하여 함께 캐비닛을 떠나도록, 각각 가이딩 구조에 의해, 입구를 통해 각각의 모듈 내로 흘러, 그들의 전용 모듈을 관통하여 전용 모듈의 출구로 흐를 수 있게 된다. 적어도 2 개의 모듈들 중 적어도 2 개는 각각 열사이펀 냉각기를 포함하고, 그 열사이펀 냉각기는 각각의 모듈의 동작 상태에서 각각의 모듈의 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트에 의해 발생된 제 1 열부하를 수용하기 위한 증발기를 포함하고, 열사이펀 냉각기는 캐비닛의 동작 상태에서 제 1 열부하의 대부분을 냉각 공기에 전달하기 위한 콘덴서를 포함한다.
용어 대부분은 50% 보다 많은 양으로 이해될 수도 있다. 모듈은 전력 모듈일 수도 있다. 모듈은 유닛 셀일 수도 있다. 캐비닛은 랙 (rack) 일 수도 있다. 열사이펀 냉각기는 2-페이즈 냉각기일 수도 있으며, 증발기 및 콘덴서는, 냉각수가 냉각수의 기화점 (vaporization point) 보다 높게 가열되는 경우, 모듈의 동작 상태에서 액체 상태와 기상 상태 (vaporous state) 간에 페이즈들을 적어도 부분적으로 변화시키는 냉각수를 포함하는 루프-타입 열사이펀을 형성한다. 콘덴서는 모듈의 동작 상태에서 지구 중력의 작용 방향에 대해 횡단하여 연장된 방향으로 연장된 복수의 제 1 도관들을 가질 수도 있고, 액체 상태에서의 냉각수의 중력의 중심은 모듈의 동작 상태에서 콘덴서의 복수의 제 1 도관들 하방에 위치할 수도 있다.
즉, 캐비닛을 가진 전기 및/또는 전자 시스템이 제공되며, 냉각 공기는, 전방 캐비닛측을 통하여 제 1 애퍼처를 통하여 및 각각의 모듈의 모듈 도어 또는 입구를 통하여 안으로 석션되며, 이는 보호 입구 그릴 (protecting inlet grill) 다음에 필터를 포함할 수도 있으며, 냉각 공기는 그 후 각각의 모듈을 통하여, 모듈 출구 밖으로 석션되고, 그 후 최상부 캐비닛측을 향하여, 상방에 팬이 위치할 수도 있다. 이러한 기류 어레인지먼트는 매우 짧은 기류 경로를 야기하며, 이는 공간 절약적이다. 따라서, IGBT 모듈들과 같은 전기 및/또는 전자 컴포넌트들 및 각각의 모듈의 커패시터들은 컴포넌트 온도를 제한하고 요구된 수명에 도달하기 위해 충분히 냉각될 수도 있다.
상기 언급한 바와 같은 캐비닛을 가진 전기 및/또는 전자 시스템은 캐비닛 내의 모듈들을 냉각시키는 단순하고 경제적인 방법을 가능하게 한다. 모듈들은 IGBT들 및 커패시터들을 포함하며, IGBT들은 상당한 밀도 손실을 가져 높은 냉각 전력을 필요로 할 수도 있다. IGBT들을 냉각시키기 위한 모듈들에서의 열사이펀 냉각기의 사용은 예를 들어 수냉과 유사하게 높은 냉각 전력을 달성하는 것이 가능하며, 열사이펀들은 펌프 없이 형성되며, 따라서 값이 싸고 어떠한 서비싱도 요구하지 않을 수도 있다. 열사이펀 냉각기에서, 열은 모듈 내부의 IGBT 및/또는 커패시터(들)와 같은 전기 및/또는 전자 컴포넌트로부터 증발기로 전달된 후, 2 페이즈 유체에 의해 증발기로부터 콘덴서로 전달되며, 추가로 콘덴서로부터 캐비닛 내부의 채널로, 그로부터 캐비닛의 제 2 애퍼처를 통과한 후 주변 공기 (ambient air) 로 전달될 수도 있다. 콘덴서는, 부력이 열사이펀 내의 흐름을 드라이빙할 수 있도록, 증발기 상방에 위치해야 한다. 모듈 내의 냉각 기류는 전방 모듈측에 있는 입구으로부터 모듈을 통해 후방 모듈측에 있는 출구로 제공된다.
캐비닛의 동작 상태에서, 냉각 공기는 모듈의 최상부 부분을 통하여 흐를 수도 있으며, 커패시터들은 열사이펀의 콘덴서 뿐만 아니라 기류의 최상부 부분에도 배열되고, IGBT들과 같은 전기 및/또는 전자 컴포넌트(들)는, 냉각 기류의 외부에 있는 컴포넌트(들)를 냉각시키는 증발기와 함께 모듈의 저부 부분에 배열된다. 따라서, 냉각 기류는 증발기에 의해 방해받지 않을 수도 있고, 커패시터들 및 콘덴서를 효율적으로 냉각시킬 수도 있다. 모듈의 저부 부분의 대부분은 비어있기 때문에, 모듈 콤팩트성 (compactness) 및 캐비닛 콤팩트성은 제한 또는 감소될 수도 있다.
모듈 콤팩트성 및 캐비닛 콤팩트성은 커패시터들을 수용하기 위한 총 모듈 높이를 이용함으로써 개선될 수도 있어, 모듈이 모듈의 최상부 부분에만 있는 커패시터들의 어레인지먼트와 비교하여 넓이 또는 깊이가 더 적을 수도 있음을 가능하게 하며, 따라서 모듈 볼륨을 감소시키고 동일 수의 커패시터들에 대한 콤팩트성을 증가시킨다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 적어도 2 개의 모듈들의 프로젝션이 캐비닛의 수직 방향 및 수평 방향에 의해 정의된 평면에서 배면 (rear face) 상에 배열되며, 수직 방향은 수평 방향에 대해 횡단한다. 프로젝션은 캐비닛의 수직 방향 및 수평 방향에 의해 정의된 프로젝팅 평면 상의 적어도 2 개의 모듈들의 패턴으로서 이해될 것이다. 따라서, 적어도 2 개의 모듈들은 본 발명의 요지로부터 벗어남 없이 수평 방향의 방향에서 서로 변위될 수도 있다. 냉각 공기는 캐비닛의 동작 상태에서 그 평면에 대해 횡단하는 방향으로 흐른다.
적어도 2 개의 모듈들을 가진 캐비닛 내부의 콤팩트하고 효율적인 냉각이 요망된다면, 이 목적은 이러한 전기 및/또는 시스템을 제공함으로써 달성될 수도 있으며, 여기서 적어도 2 개의 모듈들은 평면에서 배열되고, 냉각 공기는, 냉각 공기의 대부분, 예를 들어 50% 보다 많은 냉각 공기가 출구를 통해, 그리고 캐비닛의 제 2 애퍼처 및 주변에 대한 공기 대류에 의해 모듈을 통과한 각각의 모듈의 전방으로부터, 그리고 각각의 모듈의 후방으로 모듈들을 통과할 수도 있도록, 평면에 대해 횡단하거나 또는 평면을 거슬러 흐른다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 적어도 2 개의 모듈들은 캐비닛의 수직 방향을 따라 서로의 위에 배열되고, 냉각 공기는 캐비닛의 동작 상태에서 캐비닛의 수직 방향에 대해 횡단하는 방향으로 흐른다.
효율적으로 냉각될 수도 있는 캐비닛을 가진 콤팩트한 전기 및/또는 전자 시스템을 달성하는 것이 요망된다면, 이것은, 캐비닛 내부의 수직 방향을 따라 적어도 2 개의 모듈들을 서로의 위에 배열함으로써, 그리고 캐비닛의 제 1 애퍼처를 통해 흐르는 냉각 공기가 수직 방향에 대해 횡단하는 방향으로 모듈들을 거슬러 흐르고 있고, 냉각 공기의 대부분이 모듈들 각각을 통하여 흐르고 있도록 하여 달성될 수도 있다. 따라서, 모듈들은 캐비닛 하우징 내부에 룸 절약 방식으로 배열될 수도 있으며, 동시에 제 1 애퍼처를 통해 흐르는 냉각 공기의 대부분이 각각의 모듈을 통하여 흐르고 있는 것을 가능하게 한다. 요구된다면, 추가적인 모듈들이 모듈들 각각의 효율적인 냉각을 가능하게 하면서 캐비닛의 성능을 증가시키기 위해 서로의 위에 추가될 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 적어도 2 개의 모듈들은 캐비닛의 수평 방향을 따라 서로 나란히 배열되며, 수직 방향은 수평 방향에 대해 횡단한다. 냉각 공기는 캐비닛의 동작 상태에서 캐비닛의 수평 방향에 대해 횡단하는 방향으로 흐른다.
캐비닛 내부에 모듈들의 이러한 어레인지먼트를 제공함으로써, 캐비닛의 입구를 통하여 흐르는 냉각 공기가 모듈들 각각을 효율적으로 냉각시킬 수도 있는 것이 달성될 수도 있는 동시에 캐비닛 내부의 모듈들의 콤팩트한 어레인지먼트를 달성한다.
경제적인 냉각을 제공하면서 캐비닛 내부의 모듈들의 유연한 어레인지먼트를 갖는 것이 요망된다면, 적어도 2 개의 모듈들은 캐비닛의 측면 방향을 따라 서로 나란히 배열될 수도 있으며, 여기서 측면 방향은 수직 방향 및 수평 방향에 대해 횡단하고, 냉각 공기는 캐비닛의 동작 상태에서 캐비닛의 측면 방향에 대해 횡단하는 방향으로 흐른다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 적어도 2 개의 모듈들은 적어도 하나의 모듈 로우 (row) 및 적어도 하나의 모듈 컬럼 (column) 을 가진 매트릭스 형태로 캐비닛 하우징에 배열된다.
캐비닛 하우징 내부에 적어도 2 개의 모듈들의 이러한 어레인지먼트를 제공함으로써, 복수의 모듈들을 가진 유연한 전기 및 전자 시스템이 제공되며, 여기서 각각의 모듈은 캐비닛으로부터, 그리고 최적의 방식으로 캐비닛 내부의 공간을 이용함으로써 용이하게 교환가능한 동시에, 전기 및/또는 전자 컴포넌트들을 포함하는 모듈들 각각의 효율적이고 경제적인 냉각을 제공한다. 따라서, 캐비닛의 유연하고 경제적인 커스토머-특정 구성 및 서비싱이 제공될 수도 있다.
캐비닛 내부의 공간의 이용을 더욱 최적화하고 캐비닛 내부에 가능한 한 많은 모듈들을 스택킹하는 것이 요망된다면, 매트릭스는 캐비닛의 수평 방향으로 연장된 적어도 하나의 모듈 로우 및 캐비닛의 수직 방향으로 연장된 적어도 하나의 모듈 컬럼을 가진 직사각형 매트릭스일 수도 있으며, 수직 방향은 수평 방향에 대해 횡단한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 캐비닛은 적어도 2 개의 모듈들 중 적어도 하나의 모듈 (실시형태들에서는 적어도 2 개의 모듈들) 을 포함하는 적어도 하나의 모듈 블록, 및 모듈 블록 인클로저를 더 포함한다. 적어도 2 개의 모듈들은, 모듈 블록 내부의 모듈들의 개수와 관계없이, 모듈 블록 커넥터들의 총 개수가 일정하게 유지되도록, 모듈 블록의 외부 또는 모듈 블록의 내부 중 적어도 하나로부터 커넥터를 통해 전기적으로 접속가능하다. 모듈 블록은 냉각 공기의 스트림을 수용하기 위한 제 1 포트를 포함하고, 모듈 블록 인클로저는 모듈들 각각의 입구로 냉각 공기를 안내하기 위한 것이며, 모듈 블록 인클로저는 그 후 캐비닛의 동작 상태에서 냉각 공기를 방출하기 위한 제 2 포트를 포함한다. 모듈 블록은 컨버터 모듈일 수도 있다.
즉, 적어도 2 개의 모듈들은, 모듈을 통하여, 그리고 캐비닛 동작 상태에서 각각의 모듈의 출구로, 냉각 공기가 각각의 모듈의 입구를 통과한 후 냉각 공기를 유입하기 위한 제 1 포트 및 냉각 공기를 유출하기 위한 제 2 포트를 포함하는 모듈 블록에 스택킹될 수도 있다.
이러한 모듈 블록을 제공함으로써, 필요한 효율적인 냉각을 제공하면서 캐비닛에 배열될 원하는 개수의 모듈들이 모듈 블록 내의 적어도 2 개의 모듈들을 결합함으로써 캐비닛 내부에 더 빠르게 삽입될 수도 있다는 것이 달성될 수도 있다.
모듈 블록은 또한, 일정하지 않은 개수의 모듈들이 캐비닛 하우징에서 요구된다면 캐비닛 하우징 내에도 모듈 블록들을 배타적으로 제공하는 것이 가능할 수도 있는 단 하나의 모듈을 포함할 수도 있다.
모듈 블록이 또한 단일 모듈만을 포함할 수도 있기 때문에, 예를 들어, 소정의 특정 개수의 모듈들이 단 하나의 모듈을 가진 엑스트라 모듈 블록을 요구하는 캐비닛 내의 전기 및/또는 전자 시스템에 대해 필요한 경우에, 모듈 블록들을 배타적으로 포함하는 캐비닛 하우징이 제공될 수도 있다는 것이 달성될 수도 있다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 적어도 2 개의 모듈들과 함께 적어도 하나의 모듈 블록이 캐비닛의 안밖으로 서랍형 (drawer-like) 방식으로 삽입가능 및 전개가능하다. 그 목적 때문에, 적어도 2 개의 모듈들은 각각 제 1 가이딩 수단을 갖고, 캐비닛은 제 2 가이딩 수단을 갖는다. 제 1 가이딩 수단 및 제 2 가이딩 수단은, 적어도 하나의 모듈 블록 및 적어도 2 개의 모듈들이 랙과 같이 캐비닛 안으로, 그리고 캐비닛 밖으로 견인될 수 있도록 형성된다.
예를 들어, 모듈들 또는 모듈 블록(들)의 유지관리를 위해, 캐비닛으로부터 복수의 모듈들의 단순하고, 유연하며 효율적인 교환을 달성하는 것이 요망된다면, 이 목적은 적어도 하나의 모듈 블록이 캐비닛의 안밖으로 서랍형 방식으로 삽입가능 및 전개가능한 이러한 전기 및/또는 전자 시스템에 의해 달성될 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 모듈 블록은 적어도 하나의 모듈 블록 로우 및 적어도 하나의 모듈 블록 컬럼을 가진 매트릭스 형태로 캐비닛 하우징에 배열된다.
캐비닛 하우징 내부에 모듈 블록들의 이러한 어레인지먼트를 제공함으로써, 효율적이고 경제적인 냉각을 제공하는 동시에, 캐비닛 하우징 내부의 모듈 블록들의 콤팩트한 스택킹이 달성될 수도 있다.
캐비닛 하우징 내부에 모듈 블록들의 유연하고, 콤팩트하며 모듈러식 어레인지먼트를 제공하는 것이 요망된다면, 매트릭스는 캐비닛의 수평 방향으로 연장된 적어도 하나의 모듈 블록 로우 및 캐비닛의 수직 방향으로 연장된 적어도 하나의 모듈 블록 컬럼을 가진 직사각형 매트릭스일 수도 있으며, 수직 방향은 수평 방향에 대해 횡단한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 모듈 블록은 제 1 포트 및 적어도 2 개의 모듈들 중 적어도 하나의 입구, 및 제 2 포트 및 적어도 2 개의 모듈들 중 적어도 하나의 출구 중 적어도 하나에 배열되는 적어도 하나의 제 2 팬을 포함한다.
즉, 제 2 팬은 제 1 포트에, 적어도 2 개의 모듈들 중 적어도 하나의 입구에, 제 2 포트에, 또는 적어도 2 개의 모듈들 중 적어도 하나의 출구에 또는 제 1 포트 및 입구에 또는 제 2 포트 및 출구에, 또는 제 1 포트 및 출구에, 또는 제 2 포트 및 입구에, 또는 제 1 포트 및 제 2 포트에, 또는 입구 및 출구에 배열될 수도 있다.
예를 들어, 각각의 모듈을 통하여 흐르는 냉각 공기의 양 및 속도를 증가시킴으로써 캐비닛을 가진 전기 및/또는 전자 시스템의 보다 효율적인 냉각을 달성하는 것이 요망된다면, 이 목적은 이러한 제 2 팬을 제공함으로써 달성될 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 적어도 2 개의 모듈들 중 적어도 하나는 입구 및 출구 중 적어도 하나에 배열되는 적어도 하나의 제 1 팬을 포함한다.
이러한 제 1 팬을 제공함으로써, 기류에 의해 캐비닛을 냉각시키는 효율은, 팬 없는 캐비닛을 가진 전기 및/또는 전자 시스템과 비교하여 시간 당 더 많은 공기 또는 냉각 공기가 모듈들 또는 캐비닛 내부에 적어도 하나의 모듈을 포함하는 모듈 블록들 각각을 통과할 수도 있기 때문에 개선될 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 캐비닛은 제 1 애퍼처 및 제 2 애퍼처 중 적어도 하나에 배열된 적어도 하나의 제 3 팬을 더 포함한다.
이러한 제 3 팬을 제 1 애퍼처 및 제 2 애퍼처에 제공함으로써, 냉각 공기에 의한 캐비닛의 냉각은 캐비닛, 모듈 블록 및 모듈들 각각을 통해 흐르는 시간 당 더 높은 냉각 공기의 양을 제공함으로써 향상될 수도 있다는 것이 달성될 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 증발기는 콘덴서에 대하여 틸트 축을 기준으로 대략 틸팅 각도 틸팅된다. 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트는, 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트가 입구와 출구 사이에 위치하도록 증발기의 평면의 제 2 면 (face) 에 열적으로 접속가능하다. 그렇게 함으로써, 냉각 공기의 스트림에 의해 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트가 추가적으로 냉각되도록 하는 것이 가능해진다.
게다가, 증발기는 그 증발기의 제 2 면의 하방에 및 옆으로 연장된 복수의 제 1 도관들을 포함한다. 증발기의 바람직한 실시형태에서, 증발기의 제 1 도관들은, 냉각수가 열사이펀 열 교환기의 양호한 전체 열 효율에 기여하는 대류 비등 (convection boiling) 에 의해 기화가능하도록 디멘져닝된다.
콘덴서는, 냉각 공기의 대부분이 캐비닛의 동작 상태에서 냉각 공기에 제 1 열부하의 대부분을 전달하기 위해 콘덴서를 통해 콘덴서의 평면 형상의 제 1 면에 대해 횡단하는 흐름 방향으로 흐르도록 입구와 출구 사이에 배열된다. 냉각 공기의 스트림의 대부분이 콘덴서를 통하여 흐르는 것을 허용하기 위해, 콘덴서는 예를 들어 구조적 엘리먼트들 사이에 개구부들을 갖는 그릴형 구조를 특징으로 한다. 개구부들은 냉각 공기의 스트림에 대한 콘택트 표면을 형성하는 반면, 그릴형 콘덴서의 내부 표면은 열사이펀 내의 페이즈 변화 냉각수에 대한 콘텍트 표면을 형성한다.
냉각 공기에 의한 캐비닛의 개선되고 보다 효율적인 냉각을 달성하는 것이 요망된다면, 이것은 각각이 열사이펀 냉각기를 갖는 적어도 2 개의 모듈들을 포함하는 캐비닛을 가진 이러한 전기 및/또는 전자 시스템에 의해 달성될 수도 있으며, 여기서 증발기는, 모듈 내부의 콘덴서의 기류 단면의 일부가 모듈의 수평 방향 또는 모듈의 수직 방향 주위의 콘덴서에 대하여 증발기를 틸팅하는 것으로 인해 증발기에 의해 차단되므로 콘덴서에 대하여 틸팅된다. 증발기는 예를 들어 콘덴서를 통해 가장 효율적인 기류를 제공하는, 콘덴서에 대하여 틸트 축 (즉, 틸팅 축) 을 기준으로 90°의 각도만큼 틸팅될 수도 있으며, 여기서 가능한 한 적은 콘덴서의 기류 단면이 캐비닛의 동작 상태에서 증발기에 의해 차단된다. 틸팅 각도는, 각각의 모듈 내부의 전기 및/또는 전자 컴포넌트(들)의 최적화되고 효율적인 냉각 및 열 제거를 제공하는, 30°보다 크고 150°보다 작을 수도 있다. 콘덴서는 열사이펀 냉각기의 냉각수의 모션이 열사이펀 냉각기의 동작 상태에서 중력에 의해 제공되도록 증발기의 복수의 제 1 도관들에 유체 접속되는 콘덴서의 복수의 제 2 도관들에 의해 증발기에 유체 접속된다. 증발기는 콘덴서에 오프셋 배열될 수도 있다. 용어 오프셋은 증발기에 대한 콘덴서의 축방향 변위의 의미로 좁게 이해되어서는 안되며, 콘덴서와 증발기 양자는 동일 배향, 즉 동일 방향으로 포인팅하는 콘덴서의 제 1 면과 증발기의 제 2 면을 갖는다. 본 발명의 개시물의 맥락에서, 용어 오프셋은, 제 1 면과 제 2 면의 수선들이 서로에 대해 횡단하도록 콘덴서의 제 1 면이 증발기의 제 2 면에 대해 다른 방향으로 배향되는 열사이펀 냉각기들을 또한 포함해야 한다.
증발기가 모듈의 저부 부분에서 모듈의 최상부 부분에 배열되는 콘덴서에 틸팅되지 않은 상태로 배열되고, 냉각 공기가 최상부 및 저부 부분에 있는 커패시터들을 냉각시키기 위해 모듈의 입구를 관통한 최상부 및 저부 부분을 통해 흐르고 모듈 및 캐비닛의 동작 상태에서 최상부 부분에 있는 콘덴서를 통해 빠져나가는 모듈에서 발생할 가능성이 있는 콘덴서에 대한 냉각 공기의 높은 공기 속도 및 높은 압력 강하는 콘덴서에 대한 증발기의 틸팅된 어레인지먼트에 의해 회피되거나 또는 적어도 감소될 수도 있다. 압력 강하를 더욱 증가시킬 디퓨져가 콘덴서 뒤에 존재하지 않는다면 콘덴서 다음의 프리 제트 내의 동적 압력
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이 손실될 수도 있다는 것이 회피될 수도 있다.
각각의 모듈 내의 콘덴서에 대하여 틸팅된 증발기를 가진 열사이펀 냉각기를 제공함으로써, 캐비닛 내의 모듈들의 모듈러식 어레인지먼트, 캐비닛 기류 관리 및 각각의 모듈 내의 열사이펀 냉각기에 의한 2-페이즈 냉각의 이점들이 통상의 열 싱크들과 비교하여 콘덴서에서의 냉각 기류의 높은 압력 강하 또는 모듈 및 캐비닛의 낮은 콤팩트성의 단점 없이 이용될 수도 있다.
모듈 내부의 전기 또는 전자 컴포넌트들로부터의 열부하의 단순하고 효율적인 교환 또는 전달이 요망된다면, 이 목적은, 모듈의 측면 방향으로 연장되는 평면 형상의 제 2 면을 가진 증발기를 제공하고 (측면 방향은 모듈의 수직 방향 및 수평 방향에 대해 횡단), 따라서 콘덴서에 전달되는 전기 또는 전자 컴포넌트들의 대부분의 열부하를 수용함으로써 달성될 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 적어도 2 개의 모듈들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 전기 커패시터를 포함하며, 적어도 하나의 커패시터의 동작 상태에서 적어도 하나의 전기 커패시터에 의해 발생가능하거나 또는 발생된 제 2 열부하의 대부분이 캐비닛의 동작 상태에서 출구를 통해 냉각 공기에 의해 제거가능하다.
캐비닛을 가진 이러한 전기 및/또는 전자 시스템을 제공함으로써, IGBT 와 같은 전기 및/또는 전자 컴포넌트에 의해 발생된 제 1 열부하 및 각각의 모듈 내부의 적어도 하나의 커패시터에 의해 발생가능한 제 2 열부하가 입구를 통하여, 가이딩 구조에 의해 안내된, 각각의 모듈을 통과하여, 각각의 모듈의 출구로 흘러, 모듈 내부의 커패시터들 및 콘덴서를 통과하는 냉각 공기에 의해 제거가능할 수도 있다는 것이 달성될 수도 있다. 커패시터는 수개의 물리적 커패시터들로 이루어질 수도 있다. 일반적으로, n 개의 (물리적) 커패시터들은 요구된 전압에 도달하기 위해 직렬 상태에 놓이게 되고, m 개의 커패시터들은 요구된 용량에 도달하기 위해 병렬 상태에 놓이게 된다. 다수의 컴포넌트들로서, 모듈은 하나 또는 수개의 IGBT 모듈들 및 n×m 커패시터들의 커패시터 뱅크를 물리적으로 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 전기 커패시터는 저부면 및 최상부면을 가진 원통형 커패시터 바디를 가지며, 원통형 커패시터 바디는 적어도 2 개의 모듈들 각각의 수직 방향 또는 수평 방향으로 저부면으로부터 최상부면으로 연장되고, 수직 방향은 수평 방향에 대해 횡단한다. 커패시터 바디는 기다란 (elongated) 커패시터 바디일 수도 있으며, 반드시 원통형 바디일 필요는 없다. 수직 방향으로 연장 또는 배향된 수개의 커패시터들의 복수의 층들 또는 수평 방향으로 연장 또는 배향된 수개의 커패시터들의 복수의 층이 각각의 모듈에 배열될 수도 있다.
커패시터들의 동작 상태에서 커패시터들에 의해 발생된 제 2 열부하의 경제적이고 효율적인 제거가 요망된다면, 이 목적은, 냉각 기류가 수직 방향 또는 수평 방향으로 연장된 원통형 커패시터 바디에 대해 횡단하여 흘러가도록 배열되는 원통형 커패시터 바디 또는 기다란 커패시터 바디를 가진 커패시터들을 제공함으로써 달성될 수도 있다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 적어도 하나의 전기 커패시터는, 콘덴서의 평면 형상의 제 1 면 및 증발기의 평면 형상의 제 2 면 중 적어도 하나와 입구 사이에 배열된다.
즉, IGBT 모듈들과 같이, 전기 및/또는 전자 컴포넌트들을 냉각시키는 열사이펀은 커패시터들의 하류에 위치할 수도 있으며, 이는 냉각 공기가 IGBT들을 냉각시킬 때보다 커패시터들을 냉각시킬 때 더 차가운 것을 의미한다. 이러한 어레인지먼트는, 특히 커패시터들이 전해질 타입인 경우, 예를 들어, 30년의 긴수명에 도달하기 위해 커패시터들이 특히 차갑게 유지되어야 하기 때문에 바람직할 수도 있다. 전해질 커패시터들은 그들의 낮은 비용 및 높은 전력 밀도 때문에 선호될 수도 있다. 더욱이, 통상적으로 큰 비율의 손실은 IGBT들에 의해 야기되고, 단지 적은 비율의 손실은 커패시터들에 의해 야기된다. 이것은, 콘덴서에 진입하는 냉각 공기가 커패시터들에 의해 약간만 사전 가열되는 것을 의미한다. 커패시터들이 콘덴서의 하류에 있다면, 냉각 공기는, 커패시터들에 도달할 때 강하게 사전 가열되어 감소된 수명을 야기할 것이다.
커패시터들에 의해 발생된 제 2 열부하 및 각각의 모듈 및 캐비닛의 동작 상태에서 IGBT들과 같은 전기 및/또는 전자 컴포넌트들에 의해 발생된 제 1 열부하로부터의 가장 효율적인 열 제거가 요망된다면, 그 주제는, 커패시터들을 먼저 통과하는 냉각 공기가 단지 보다 적은 양의 열을 차지하고 모듈 내부의 열사이펀 냉각기의 콘덴서를 통과함으로써 전기 및/또는 전자 컴포넌트들의 보다 많은 양의 열을 여전히 제거할 수도 있도록, 증발기에 있는 전기 컴포넌트들이 모듈의 동작 상태에서 커패시터들보다 많은 양의 열을 발생시키기 때문에, 입구와 콘덴서 또는 증발기 간에 전기 커패시터를 배열함으로써 달성될 수도 있다.
커패시터들 및 전기 및/또는 전자 컴포넌트들의 냉각이 효율적인 것이 요망된다면, 적어도 하나의 전기 커패시터가 입구와 콘덴서 사이에 적어도 부분적으로 배열되는 제 1 커패시터를 포함하고 콘덴서와 출구 사이에 적어도 부분적으로 배열되는 제 2 커패시터를 포함하는 전기 및/또는 전자 시스템이 제공될 수도 있다. 따라서, 냉각 공기는, 전기 및/또는 전자 컴포넌트들을 냉각시킬 때보다 입구와 콘덴서 사이의 커패시터들을 냉각시킬 때 더 차갑지만, 전기 및/또는 컴포넌트들을 냉각시키는 것보다 출구와 콘덴서 사이에 배열된 제 2 커패시터들을 냉각시킬 때 덜 차갑다.
효율적이고 경제적인 냉각을 가능하게 하면서 모듈 내부의 증발기에 있는 추가 전기 및/또는 전자 컴포넌트들의 콤팩트하고 룸 절약적인 어레인지먼트를 제공하는 것이 요망된다면, 이 목적은 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트가 열적으로 접속되는 증발기의 평면 형상의 제 2 면에 반대인 증발기의 평면 형상의 제 3 면에 적어도 하나의 추가 전기 및/또는 전자 컴포넌트를 열적으로 접속함으로써 달성될 수도 있다.
상기 언급한 실시형태들 및 양태들은 각각의 모듈 내부의 중력 드라이빙된 열사이펀을 제공하는 것이 바람직하며, 맥동하는 열사이펀이 필요하지 않을 수도 있다. 각각의 모듈을 통한 큰 기류 단면은, 단지 작은 압력 강하가 캐비닛의 모듈의 동작 상태를 초래하도록 제공될 수도 있다. 모듈 내의 공간의 효율적인 사용 및 그에 따른 캐비닛 내의 높은 콤팩트성이 역시 제공될 수도 있다. 캐비닛 내부의 모듈들 또는 모듈 블록들의 다양한 어레인지먼트들을 가진 상기 언급한 양태들 및 실시형태들에 따른 전기 및/또는 전자 시스템은 단지 높이 방향 (수직 방향) 에서만 폼팩터에 영향을 주고 가능하게 추가된 커패시터들에 대한 엑스트라 공간 요건에 비례하여 모듈의 전력을 스케일링하는 것을 허용할 수도 있다. 따라서, 모듈의 전력 스케일링은 IGBT 모듈들과 같은 추가적인 전기 및/또는 전자 컴포넌트들을 수용하기 위해 모듈의 현존 공간 내의 측면 방향으로 증발기 길이를 연장시킴으로써, 및 더 높은 냉각 필요성을 고려하기 위해 모듈의 높이를 증가시키는 수직 방향으로 콘덴서를 연장시킴으로써 달성될 수도 있다. 모듈의 엑스트라 높이는 추가적인 모듈 커패시터들에 대해 이용 및 필요된다. 모듈의 깊이 (수평 방향으로 연장), 폭 (측면 방향으로 연장) 및 기본 설계는 동일하게 유지될 수도 있다. 캐비닛 내부의 모듈들의 상기 언급한 어레인지먼트들 가능성은 예를 들어 모듈러식 멀티-레벨 컨버터들에 적합하며, 그 모듈들은 컨버터 모듈들이다.
일 예로, 용어 '전자 컴포넌트' 는 본 개시물의 맥락에서 전력 전자 컴포넌트로서 이해되며, 이는 전력 모듈에서, 예를 들어, 에너지를 밀 (mill) 또는 차량에 공급하기 위한 드라이브 또는 컨버터용으로 이용될 수 있도록 차단-전압이 500볼트보다 큰 다이오드들, 사이리스터들 및 다른 반도체 엘리먼트들용으로 이용된다.
상기 언급한 실시형태들 중 임의의 실시형태에서, 증발기가 수개의 제 1 도관들을 갖는다면 바람직하다. 이들 제 1 도관들 각각이 동일한 외부 단면을 갖는다면, 제 1 도관들이 상이한 외부 단면인 경우보다 증발기를 제작하는 것이 보다 유리해진다. 복잡도의 관점에서 특히 바람직한 증발기들은, 제 1 도관들의 전체 단면이 동일하다면 달성가능하다. 모든 제 1 도관들이 각각 그들이 튜브 형상에 의해 정의되는 길이 축의 방향으로 연장되는 실질적으로 동일 길이를 갖는다면, 도관들이 서로 동일하기 때문에 증발기를 가장 경제적으로 제작하는 것이 가능하다.
전기 및/또는 전자 컴포넌트로부터 제 1 도관들로의 최적의 열 전달을 보장하기 위해, 증발기가 전기 및/또는 전자 컴포넌트가 열적으로 접속가능한 적절한 평면의 탑재 표면을 제공하기 위한 탑재 표면을 갖는 열 전달 엘리먼트를 포함한다면 바람직하다. 열 전달 엘리먼트는 복수의 제 1 도관들에 기계적으로 및 열적으로 접속된다. 전기 및/또는 전자 컴포넌트에 대한 탑재 표면을 형성하는 평면의 제 2 면은 열 전달 엘리먼트 상에 제공된다. 탑재 표면의 반대측에는, 복수의 그루브들이 제 1 도관 각각을 수용하기 위해 제공된다. 그루브들의 형상은, 전기 및/또는 전자 컴포넌트로부터 제 1 도관들로의 최적의 열 전달을 제공하기 위하여 단면에서 보았을 때 제 1 도관의 외부 벽의 형상을 매칭하도록 선택된다. 복수의 그루브들은 제 1 도관이 연장되는 측면 방향에서 보았을 때 빗살형 단면을 가진 열 전달 엘리먼트를 부여한다. 열 전달 엘리먼트는 알루미늄 및/또는 구리를 포함하는 높은 열 도전성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 탑재 표면 상의 탑재 공간이 증발기에 열적으로 접속될 필요가 있는 전기 및/또는 전자 컴포넌트가 너무 많이 있기 때문에 너무 좁다면, 빗살형 단면을 가진 2 개의 열 전달 엘리먼트들은, 증발기가 충분한 콘덴서에 대한 열 전달을 다룰 수 있다는 것을 가정하여 추가적인 탑재 표면이 추가적인 열 전달 엘리먼트에 의해 제공되도록 서로 반대편에 부착되도록 선택될 수도 이다. 이런 식으로, 특히 전체 디멘젼의 관점에서 콤팩트한 모듈들 (전력 모듈들) 이 달성가능하다. 이러한 열 전달 엘리먼트들을 이용하는 추가적인 효과는, 그것이 제 1 도관들을 예를 들어 원-샷 브레이징에 의해 기계적으로 솔리드 구조에 접속시키기 전에 제 1 도관들을 어셈블링할 시에 게이지 (gauge) 로서 기능할 수 있다는 점에서 존재한다. 일 예로, 열 교환기 코어의 모든 엘리먼트들의 원 샷 브레이징, 스택킹 및 어셈블리가 완전히 자동식으로 행해질 수 있다.
상기 언급한 실시형태들 중 임의의 실시형태에서, 콘덴서가 수개의 제 2 도관들을 또한 갖는다면 바람직하다. 이들 제 2 도관들 각각이 동일한 외부 단면을 갖는다면, 제 2 도관들이 상이한 외부 단면인 경우보다 콘덴서를 제작하는 것이 보다 유리해진다. 복잡도의 관점에서 특히 바람직한 콘덴서들은, 제 2 도관들의 전체 단면이 동일하다면 달성가능하다. 모든 제 2 도관들이 각각 그들의 튜브 형상에 의해 정의된 길이 축의 방향으로 연장되는 동일 길이를 갖는다면, 도관들이 서로 동일하기 때문에 증발기를 가장 경제적으로 제작하는 것이 가능하다.
제 1 도관들 및 제 2 도관들을 제작하기 위한 적어도 매우 동일한 종류 및 타입의 프로파일들을 채용하는 것은, 제작 프로세스를 훨씬 더 단순화하기 때문에 더욱 바람직하다. 그 프로파일들은 반가공 제품들, 예를 들어 사출된 (extruded) 알루미늄 프로파일들인 것이 바람직하다.
제 1 도관들의 배향에 대하여, 그들이 다음의 이유로 증발기를 통하여 단면에서 보았을 때 본질적으로 서로 평행으로 진행하도록 증발기 내에 그들을 배열하는 것이 바람직하다 :
· 첫째로, 실질적으로 평탄한 쉘 (shell) 표면 부분들을 갖는 도관들은 원형 단면을 갖는 도관들보다 열 전달 엘리먼트에 더 용이한 기계적 부착을 허용한다. 단순 용어로 표현하면, 실질적으로 평탄한 쉘 표면 부분들을 갖는 도관들은 그 도관들 및 매니폴드들 및/또는 열 전달 엘리먼트의 어셈블링 프로세스를 용이하게 한다;
· 둘째로, 실질적으로 평탄한 쉘 표면 부분들을 갖는 도관들은, 콘택트 표면이 더 크기 때문에 원형 단면을 갖는 도관들보다 더 직접 냉각되도록 전력 전자 컴포넌트 또는 추가적인 이러한 컴포넌트들을 열적으로 부착시키는 것을 허용한다.
제 2 도관들의 배향에 대해, 콘덴서 내의 복수의 제 2 도관들을, 그들이 다음의 이유로 콘덴서를 통해 단면에서 보았을 때 본질적으로 서로 평행으로 진행하도록 배열하는 것이 바람직하다 :
· 첫째로, 공기의 스트림의 압력 강하는, 제 2 도관들의 기다란, 예를 들어 길쭉한 단면이 콘덴서를 통해 공기의 스트림의 흐름 방향에 평행하게 연장되는 것을 가정하여 최소로 유지될 수 있다;
· 둘째로, 실질적으로 평탄한 쉘 표면 부분들을 갖는 도관들은, 원형 단면을 갖는 도관들보다 접속용 인접 매니폴드들에 보다 용이한 기계적 부착을 허용한다.
여러 이유로, 제 1 도관들 및 제 2 도관들에 대해 평탄한, 멀티-포트 튜브들을 이용하는 것이 바람직하다. 이것은 특히 멀티-포트들이 공통 평면에 배열된다면 진실이다. 이러한 평탄한 튜브들, 즉 길쭉한 외부 단면을 갖는 프로파일들은 공통 원통형 라운드 외부 단면을 갖는 튜브들/파이프들과 비교하여 공기 흐름에 더 적은 압력 강하를 도입한다. 멀티-포트 프로파일들은 또한 자동차 냉각기 분야에서 저가의 표준 사출된 알루미늄-기반 프로파일들로 알려져 있는 MPE-프로파일들로도 알려져 있다. 도관들의 멀티-포트 설계는, 하나의 단일 개구부 또는 채널만을 갖는 공통 파이프 또는 프로파일과 비교하여 작용 유체와 접촉하고 있는 그 더 높은 침수 표면 (wetted surface) 으로 인해 내부 열 전달 표면을 증가시킨다는 점에서 바람직하다. 더욱이, 비교적 큰 단면을 갖는 채널들과 비교하여 더 높은 (내부) 기상 압력에 대한 버블-펌핑 효과 및 그 압력 저항을 조장하는 것이 이상적이다. 더욱이, 멀티-포트 프로파일들의 복수의 서브-채널들은 최대 범위까지 대류 비등 효과를 지원한다.
기계적 복잡도가 특히 낮은 기본적인 열사이펀 냉각기들은, 증발기 프로파일들, 즉 제 1 도관들이 틸트 축에 평행하게 연장된다면 달성가능하다.
냉각수의 모션이 열 교환기의 동작 상태에서 중력에 의해 제공되어야 하는 경우, 제 2 도관들이 적어도 부분적으로 지구 중력의 작용 방향의 방향으로 연장되는 그러한 3 차원 공간에서 열 교환기를 설계 및 배열하는 것이 바람직하다. 그 실시형태에 의존하여, 콘덴서 프로파일들은, 증발기가 수평 방향으로 연장되는 경우 틸트 축에 대해 횡단하여 연장될 수도 있다.
특히 냉각수 모션이 주어진 흐름 방향을 갖도록 요구하는 열사이펀 열 교환기의 실시형태들에서, 열 교환기들의 부분들을 비대칭으로 디멘져닝함으로써, 예를 들어, 기상 라이저 매니폴드 (vapour riser manifold) 의 단면을 응축물 리턴 매니폴드 (condensate return manifold) 의 단면보다 크게 디멘져닝함으로써 원하지 않는 방향으로 냉각수의 자연 체크 밸브 거동을 정의하는 것이 가능하다. 수개의 제 1 도관들 및/또는 수개의 제 2 도관들이 그들의 일단에서 매니폴드에 유체 접속되는 열 교한기의 실시형태들에서, 매니폴드가 라운드, 튜브형 단면을 갖는다면 바람직하며, 여기서 도관들을 수용하기 위한 오리피스들이 도입된다. 매니폴드의 원형 내부 단면 때문에, 선형 도관 엘리먼트들에는 단지 사출된 프로파일이 컷아웃되고 각각 오리피스 내로 삽입될 수 있다. 그렇게 함으로써, 매니폴드의 내부 벽은, 삽입된 선형 도관이 매니폴드 내의 내부 공간을 컷 아웃하지 않도록 삽입 동안 도관들의 측면 에지들과 재밍 (jamming) 하는 점에서 선형 도관 엘리먼트들에 대한 자연 블록을 형성할 것이다. 실험들은 하나의 선형 도관의 전체 단면적이 단지 매니폴드의 전체 내부 단면의 약 5% 내지 10% 를 측정한다면 훌륭한 열 성능이 달성가능하다는 것을 보여왔다.
다음의 2 개의 특징들은 모듈의 콤팩트성 및 그에 따른 이러한 모듈과 피팅된 더 높은 엔티티에 실질적으로 기여한다 :
첫째로, 제 1 도관들은, 제 1 도관들이 열 전달 엘리먼트의 최대 두께를 돌출하지 않거나 또는 단지 약간 돌출하도록 열 전달 엘리먼트의 오리피스들 내에 피팅하는, 예를 들어, 길쭉한 단면의 또는 직시각형의 매우 평탄한 것이 바람직한 단면을 포함한다. 따라서, 열 전달 엘리먼트의 최대 두께는 증발기의 평면의 제 2 면에 수직인 방향으로 측정된 전체 증발기 두께의 메인 팩터를 형성하며, 증발기의 제 2 면은 열 전달 엘리먼트의 후방측의 전기/전자 컴포넌트에 대한 열 탑재 표면에 의해 형성된다. 특히 제 2 및 제 3 매니폴드들이 열 전달 엘리먼트의 두께보다 작거나 또는 최대 그 두께 만큼 큰 직경을 갖는 실시형태들에서, 그리고 매니폴드들이 열 전달 엘리먼트에 대한 제 2 메인 법선 방향으로 변위되지 않도록 열 전달 엘리먼트 옆에 배열되는 것을 가정하면, 그것은 마침내 최소 증발기 두께에 책임이 있는 열 전달 엘리먼트이다.
즉, 제 1 도관들은, 증발기가 슬랩형 (slab-like) 패널 형상의 전체 외형을 갖는 그러한 증발기에서 형상화 및 배향되며, 증발기의 평면의 제 2 면에 대해 수직으로 진행하는 제 2 메인 법선 방향으로 연장된 증발기의 최대 두께는, 최대 두께 대 최대 폭 비가 증발기에 대해 평탄한, 플레이트형 전체 외형을 부여하도록 증발기의 제 2 면에서의 제 2 메인 법선 방향에 수직인 측면 방향으로 연장된 증발기의 최대 전체 폭보다 작다.
콤팩트성 및 열 전달 용량에 대한 요구에 의존하여, 증발기의 최대 두께는 증발기의 최대 전체 폭의 50% 미만, 바람직하게는 증발기의 최대 전체 폭의 30% 미만, 더 바람직하게는 증발기의 최대 전체 폭의 20% 미만을 측정한다. 다르게 표현하면, 증발기 (604) 의 최대 두께 대 최대 폭 비는 약 1:2 내지 약 1:a 의 범위에 있으며, 여기서 a 는 적어도 5, 바람직하게는 적어도 10 이다.
용어 "증발기의 폭" 은 제 1 도관들의 길이 플러스 제 2 매니폴드의 두께 플러스 수평 방향으로 연장된 제 3 매니폴드의 두께, 즉 모듈의 깊이에 의해; 또는 측면 방향으로 연장된 복수의 제 1 도관들의 전체 디멘젼, 즉 모듈의 폭에 의해 정의된 최대 디멘젼으로서 이해된다.
열사이펀 내의 전기/전자 컴포넌트로부터 페이즈 변화 냉각수로의 열 전달 수단의 기본적인 기능성을 유지하기 위해, 제 1 도관들의 개수는 증발기의 최대 두께에 의존하여 소정의 범위로 유지되어야 한다. 주어진 양의 열 흐름에 대한 예시적인 예를 주기 위해, 증발기의 제 1 실시형태의 최대 두께는, 더 적은 제 1 도관들을 갖는 증발기의 제 2 실시형태의 최대 두께와 비교하여 많은 제 1 도관들이 있다면 더 낮게 유지될 수 있다.
전기/전자 컴포넌트를 증발기에 열적으로 접속시키기 위해 요구된 최소 탑재 공간이 존재하기 때문에, 증발기의 면적 및 폭의 관점에서 소정의 최소 제 1 임계값이 설정된다. 일측의 콘덴서 및 증발기에 의해 한계가 정해진 공간에서 전기/전자 컴포넌트 및 다른 장비 (예를 들어, 커패시터들) 가 냉각 및/또는 단순히 배열될 것이기 때문에, 그리고 제 2 메인 법선 방향의 모듈의 전체 두께가 콘덴서의 최대 폭을 초과해서는 안된다는 것을 가정하면, 증발기의 제 2 면과 콘덴서의 말단부 사이에서 연장된 최소 제 2 임계값이 설정된다. 최소 제 2 임계값이 작을수록, 증발기의 최대 두께는 커질 수 있다.
둘째로, 제 2 도관들은, 제 2 도관들이, 콘덴서의 (가상의 쉘 표면의) 최대 두께를 돌출하지 않거나 또는 단지 약간 돌출하도록, 열 전달 엘리먼트의 오리피스들 내로 피팅하는, 예를 들어, 직사각형 또는 길쭉한 단면의 매우 평탄한 것이 바람직한 단면을 포함한다. 따라서, 제 2 도관들의 단면의 최대 연장은 콘덴서의 평면의 제 1 면에 수직인 방향으로 측정된 전체 콘덴서 두께의 메인 팩터를 형성하며, 콘덴서의 제 1 면은 틸트 어레인지먼트로 인해 증발기의 제 2 면에 대해 횡단하여 연장되고 있다. 특히 제 1 및 제 5 매니폴드들이 제 2 도관들의 단면의 최대 연장보다 작거나 또는 최대로 그 최대 연장만큼 큰 직경을 갖는 실시형태들에서, 그리고 그 매니폴드들이 제 2 도관들에 대해 제 1 메인 법선 방향으로 변위되지 않도록 제 2 도관들의 세트 옆에 배열되는 것을 가정하면, 그것은 마침내 최소 콘덴서 두께에 책임이 있는 제 2 도관들이다.
즉, 제 2 도관들은, 콘덴서가 슬랩형 패널 형상의 전체 외형을 갖는 그러한 콘덴서에서 형상화 및 배향되며, 콘덴서의 제 1 면에 대해 수직으로 진행하는 제 1 메인 법선 방향으로 연장된 콘덴서의 최대 두께는, 최대 두께 대 최대 폭 비가 콘덴서에 대해 평탄한 플레이트형 전체 외형을 부여하도록 콘덴서의 제 2 면에서의 제 1 메인 방향에 수직인 측면 방향으로 연장된 콘덴서의 최대 전체 폭보다 작다. 다르게 표현하면, 콘덴서의 최대 두께 대 최대 폭 비는 약 1:2 내지 약 1:b 의 범위에 있으며, 여기서 b 는 적어도 5, 바람직하게는 적어도 10 이다.
콤팩트성 및 열 전달 용량에 대한 요구에 의존하여, 콘덴서의 최대 두께는 콘덴서의 최대 전체 폭의 50% 미만, 바람직하게는 콘덴서의 최대 전체 폭의 30% 미만, 더 바람직하게는 콘덴서의 최대 전체 폭의 20% 미만을 측정한다.
용어 "콘덴서의 폭" 은, 제 2 도관들의 길이 플러스 제 1 매니폴드의 두께 플러스 수직 방향으로 연장된 제 5 매니폴드의 두께, 즉 예를 들어 모듈의 높이에 의해; 또는 수평 방향으로 연장된 복수의 제 2 도관들의 전체 디멘젼, 즉 예를 들어 모듈의 깊이에 의해 정의된 최대 디멘젼으로서 이해된다. 상기 언급한 방향들은, 제 2 도관들의 배향이 그에 따라 측면 방향 축에 대하여 회전되는 실시형태들에서 변화한다.
일단 열 교환기가 사용되면 열사이펀 내의 페이즈 변화 냉각수로부터 냉각 공기의 스트림으로의 열 전달 수단의 기본적인 기능성을 유지하기 위해, 제 2 도관들의 개수는 콘덴서의 최대 두께에 의존하여 소정의 범위에 유지되어야 한다. 주어진 양의 열 흐름에 대한 예시적인 예를 주기 위해, 콘덴서의 제 1 실시형태의 최대 두께는, 더 적은 제 2 도관들을 갖는 콘덴서의 제 2 실시형태의 최대 두께와 비교하여 많은 제 2 도관들이 있다면 더 낮게 유지될 수 있다.
다시, 증발기에 전기/전자 컴포넌트를 열적으로 접속시키기 위해 요구된 최소 탑재 공간이 있기 때문에, 증발기의 면적 및 폭의 관점에서 소정의 최소 제 1 임계값이 설정된다. 일측의 콘덴서 및 증발기에 의해 한계가 정해진 공간에서 전기/전자 컴포넌트 및 다른 장비 (예를 들어, 커패시터들) 가 냉각 및/또는 단순히 배열될 것이기 때문에, 그리고 제 1 메인 법선 방향의 모듈의 전체 길이가 증발기의 최대 폭을 초과해서는 안된다는 것을 가정하면, 콘덴서의 제 1 면과 증발기의 말단부 사이에서 연장되는 최소 제 3 임계값이 설정된다. 최소 제 3 임계값이 작을수록, 콘덴서의 최대 두께는 커질 수 있다.
특히, 냉각 공기의 스트림이 예를 들어 자연 대류 냉각으로 인해 비교적 약한 시스템의 실시형태들에서, 콘덴서에 대한 압력 강하는, 콘덴서가 냉각 공기의 스트림이 그릴형 콘덴서 내의 공간들을 통하여 콘덴서에 진입하는 것을 저지하거나 심지어는 차단할 수도 있기 때문에 작은 것이 결정적으로 중요하다. 그러나 냉각 공기의 스트림이 강제 대류에 의해 형성되는 시스템들에서도, 콘덴서에 대한 압력 강하가 작은 것이 여전히 매우 중요하다. 그 이유는 압력 강하가 작을수록, 충분한 공기의 스트림을 확립하기 위해 팬이 약해질 수 있다는 점에서 존재한다. 팬이 약할수록, 통상 결국은 디멘젼들이 작아지고 드는 비용이 적어진다. 그래서, 더 작은 팬들은 콤팩트한 시스템들에 기여한다. 더욱이, 더 작은 팬들은, 그들이 사용 시 잡음이 적고 더 적은 에너지를 소비하기 때문에 더 큰 팬들과 비교하여 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 열 소스로부터 열을 제거하기 위한 열사이펀 냉각기가 콘덴서의 제 2 도관들에 유체 접속되는 적어도 하나의 제 1 도관들을 가진 증발기 및 콘덴서를 포함하는 모듈 내부에 제공될 수도 있으며, 콘덴서는 제 1 메인 법선 방향을 가진 평면 형상의 제 1 면을 포함하고, 증발기는 적어도 하나의 열 소스에 열적으로 접속하기 위한 제 2 메인 법선 방향을 가진 평면 형상의 제 2 면을 포함한다. 증발기는 콘덴서에 대해 평행 오프셋으로 연장된 제 1 포지션, 및 제 1 메인 법선 방향과 제 2 메인 법선 방향 사이에서 30°보다 크고 150°보다 작은 틸트 축에 대한 각도로 콘덴서에 대해 각을 이루는 제 2 포지션 중 적어도 하나에 배열된다.
각도는 90°의 각도, 본질적으로 90°의 각도, 예각, 둔각, 및 85° 내지 95°, 60°내지 120°, 45°내지 135°, 60°내지 90°, 90°내지 120°, 45°내지 90°, 90°내지 135°, 0°초과 내지 45°, 135°내지 180°미만의 각도 영역을 포함하는 그룹에서 선택될 수도 있다. 콘덴서들의 제 2 도관은, 냉각수 모션이 열 교환기의 동작 상태에서 중력에 의해 제공되도록 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 콘덴서의 제 1 면은 열사이펀 냉각기의 수직 방향 및 수평 방향에 의해 정의된 제 1 평면에 배열되고, 수평 방향은 수직 방향에 대해 횡단하고 열사이펀 냉각기의 측면 방향에 대해 횡단한다. 증발기의 제 2 포지션은 수평 방향에 대하여 각도만큼 각을 이룬다. 특히 콤팩트한 모듈들은, 각도가 약 90°이면 달성가능하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 콘덴서의 제 1 면은 열사이펀 냉각기의 수직 방향 및 수평 방향에 의해 정의된 제 1 평면에 배열되고, 수평 방향은 수직 방향에 대해 횡단하고 열사이펀 냉각기의 측면 방향에 대해 횡단한다. 제 2 포지션에서, 증발기는 수직 방향에 대하여 각도만큼 각을 이룬다.
모듈/전력 모듈의 사이즈는 전체 디멘젼들의 관점에서 하나의 방향에 제한되지만, 증발기 및/또는 콘덴서의 열 용량이 여기에 개시된 하나의 기본적인 증발기 및/또는 콘덴서의 실현가능한 최대 열 전달 레이트를 초과할 열 전달 레이트를 요구한다면, 하나보다 많은 제 1 도관들의 제 1 세트 또는 하나보다 많은 제 2 도관들의 제 2 세트를 각각 포함하도록 증발기 및/또는 콘덴서를 설계하는 것이 요구될 수도 있으며, 상기 세트들은 예를 들어, EP2246654A1 에 개시한 바와 같이 스택킹될 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이후 설명된 실시형태들로부터 명백해질 것이고 그 실시형태들을 참조하여 설명될 것이다.
본 발명의 요지는 첨부된 도면들에 예시되는 예시적인 실시형태들을 참조하여 다음의 본문에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 2 개의 스위치들 및 하나의 커패시터를 가진 모듈을 개략적으로 도시한 도면.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 캐비닛을 가진 전기 및/또는 전자 시스템의 단면 정면도의 개략도.
도 3 은 도 2 의 전기 및/또는 전자 시스템의 단면 측면도의 개략도.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 열사이펀 냉각기를 가진 전기 및/또는 전자 시스템의 일 모듈의 단면 측면도의 개략도.
도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 열사이펀 냉각기를 가진 전기 및/또는 전자 시스템의 다른 모듈의 단면 측면도의 개략도.
도 6 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 열사이펀 냉각기를 가진 전기 및/또는 전자 시스템의 다른 모듈의 단면 측면도의 개략도.
도 7 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 열사이펀 냉각기를 가진 전기 및/또는 전자 시스템의 다른 모듈의 단면 측면도의 개략도.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 열사이펀 냉각기의 투시 정면도의 개략도.
도 9 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 다른 열사이펀 냉각기의 투시 정면도의 개략도.
도 10 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 다른 열사이펀 냉각기의 투시 측면도의 개략도.
도 11 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 다른 열사이펀 냉각기의 투시 정면도의 개략도.
도 12 는 도 11 의 열사이펀 냉각기의 투시 배면도의 개략도.
도 13 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 다른 열사이펀 냉각기의 투시 정면도의 개략도.
도 14 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 열사이펀 냉각기의 단면 측면도의 개략도.
도 15 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 2 개의 열사이펀 냉각기들을 가진 다른 열사이펀 냉각기의 투시 측면도의 개략도.
도 16 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전기 및/또는 전자 시스템의 일 모듈의 단면 측면도의 개략도.
도 17 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 열사이펀 냉각기를 가진 전기 및/또는 전자 시스템의 다른 모듈의 단면 측면도의 개략도.
도 18 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 열사이펀 냉각기를 가진 전기 및/또는 전자 시스템의 일 모듈의 일부의 투시 정면도의 개략도.
도 19 는 도 18 의 열사이펀 냉각기의 투시 정면도의 개략도.
도 20 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 열사이펀 냉각기를 가진 전기 및/또는 전자 시스템의 일 모듈의 단면 측면도의 개략도.
도 21 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모듈 블록의 투시 정면도의 개략도.
도 22 는 도 21 의 모듈 블록의 단면 측면도의 개략도.
도 23 은 도 21 및 도 22 의 모듈 블록의 단면 배면도의 개략도.
도 24 는 도 21, 도 22 및 도 23 의 모듈 블록의 투시 배면도의 개략도.
도 25 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 모듈 블록의 단면 측면도의 개략도.
도 26 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 다른 모듈 블록의 단면 측면도의 개략도.
도 27 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 다른 모듈 블록의 단면 측면도의 개략도.
도 28 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 다른 모듈 블록의 단면 측면도의 개략도.
도면들에 사용된 참조 부호들 및 그들의 의미는 참조 신호들의 리스트로서 요약 형태로 리스트된다. 원칙적으로, 동일한 부분들에는 도면들과 동일한 참조 심볼들이 제공된다.
도 1 은 2 개의 스위치들 (202) 및 하나의 커패시터 (204) 를 포함하는 모듈 (102) 을 개략적으로 도시한다. 모듈 (102) 은 모듈러식 멀티-레벨 컨버터 (MMLC) 또는 모듈러식 2-레벨 컨버터 (M2LC) 일 수도 있으며, 스위치들 (202) 은 IGBT 모듈들일 수도 있다. 모듈 (102) 은 서랍 (drawer) 과 같은 캐비닛 또는 랙 (rack) 에 삽입될 수도 있는 박스 타입 엘리먼트일 수도 있다. 캐비닛 내에는, 다수의 모듈들이 로우 (row) 들 및 컬럼 (column) 들로 배열될 수도 있다.
도 2 는 냉각 공기의 스트림을 수용하기 위한 제 1 애퍼처 (502, 미도시, 도 3 참조) 를 갖고, 그 후 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 냉각 공기를 방출하기 위한 제 2 애퍼처 (520, 미도시, 도 3 참조) 를 포함하는 캐비닛 하우징 (406) 을 포함하는 캐비닛 (400) 을 가진 전기 및/또는 전자 시스템 (200) 을 개략적으로 도시한다. 적어도 2 개의 모듈들 (102) 이 존재하는데, 각각의 모듈 (102) 은 입구 및 출구를 가진 가이딩 구조 (615, 미도시, 도 4, 도 7 참조) 를 포함한다. 적어도 2 개의 모듈들 (102) 은, 캐비닛 하우징 (406) 의 제 1 애퍼처를 통하여 흐르는 냉각 공기의 대부분이 가이딩 구조에 의해 각각의 모듈 (102) 을 통해 출구까지 안내된 입구를 통해 각각의 모듈 (102) 내로 흐른 후 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 캐비닛 하우징 (406) 의 제 2 애퍼처로 흐르는 것이 가능하도록 캐비닛 하우징 (406) 에 배열된다. 적어도 2 개의 모듈들 (102) 의 적어도 2 개는 각각의 모듈 (102) 의 동작 상태에서 각각의 모듈 (102) 의 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (202, 도 1 참조, 610, 도 4, 도 7 및 도 16 참조) 에 의해 발생된 제 1 열부하를 수용하기 위한 증발기를 포함하는 열사이펀 냉각기 (600, 미도시, 예를 들어 도 4, 도 16 참조) 를 각각 포함하며, 열사이펀 냉각기는 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 냉각 공기에 제 1 열부하의 대부분을 전달하기 위한 콘덴서를 포함한다.
모듈들 (102) 은 캐비닛 (400) 의 수직 방향 (634) 및 수평 방향 (632) 에 의해 정의된 평면에 배열되며, 수직 방향 (634) 은 수평 방향 (632) 에 대해 횡단한다. 냉각 공기는 캐비닛의 동작 상태에서 평면에 대해 횡단하는 방향으로 흐른다. 적어도 2 개의 모듈들 (102) 은 캐비닛 (400) 의 수직 방향 (634) 을 따라 서로의 위에 배열되고, 냉각 공기는 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 캐비닛 (400) 의 수직 방향 (634) 에 대해 횡단하는 방향으로 흐른다. 적어도 2 개의 모듈들 (102) 은 캐비닛 (400) 의 수평 방향 (632) 을 따라 서로 나란히 배열되고, 수직 방향 (634) 은 수평 방향 (632) 에 대해 횡단한다. 냉각 공기는 캐비닛의 동작 상태에서 캐비닛 (400) 의 수평 방향 (632) 에 대해 횡단하는 방향으로 흐른다.
적어도 2 개의 모듈들 (102) 은 캐비닛 (400) 의 측면 방향 (630) 을 따라 서로 나란히 배열될 수도 있고, 측면 방향 (630) 은 수직 방향 (634) 및 수평 방향 (632) 에 대해 횡단한다. 그 후 냉각 공기는 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 캐비닛 (400) 의 측면 방향 (630) 에 대해 횡단하는 방향으로 흐를 수도 있다.
적어도 2 개의 모듈들 (102) 은 적어도 하나의 모듈 로우 및 적어도 하나의 모듈 컬럼을 가진 매트릭스 형태로 캐비닛 하우징 (406) 에 배열된다. 매트릭스는 캐비닛 (400) 의 수평 방향 (632) 으로 연장된 적어도 하나의 모듈 로우 및 캐비닛 (400) 의 수직 방향 (634) 으로 연장된 적어도 하나의 모듈 컬럼을 가진 직사각형 매트릭스이며, 수직 방향 (634) 은 수평 방향 (632) 에 대해 횡단한다.
적어도 하나의 모듈 블록 (402) 은 적어도 2 개의 모듈들 (102) 중 적어도 2 개의 모듈들 (102), 및 모듈 블록 인클로저 (715) 를 포함하여 제공된다. 적어도 2 개의 모듈들 (102) 은, 전기 모듈 블록 커넥터들의 총 개수가 모듈 블록 (402) 내부의 모듈들 (102) 의 개수와는 관계없이 일정하게 유지될 수도 있도록 모듈 블록 (402) 외부로부터 또는 내부로부터 커넥터 (1402, 미도시, 도 24 참조) 를 통해 전기적으로 접속가능하다. 모듈 블록 인클로저 (715) 는 냉각 공기의 스트림을 수용하기 위한 제 1 포트 (508, 미도시, 도 25 내지 도 28 참조) 를 포함하며, 모듈 블록 인클로저 (715) 는 모듈들 (102) 각각의 입구에 냉각 공기를 안내하기 위한 것이다. 모듈 블록 인클로저 (715) 는 그 후 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 냉각 공기를 방출하기 위한 제 2 포트 (506, 미도시, 도 25 내지 도 28 참조) 를 포함한다. 모듈 블록 인클로저 (715) 는 수직 방향 (634) 으로 연장된 왼쪽 모듈 블록측 (725) 및 오른쪽 모듈 블록측 (723) 은 물론 수평 방향 (632) 으로 연장된 저부 모듈 블록측 (718) 및 최상부 모듈 블록측 (717) 을 포함한다.
도 2 의 각각의 모듈 블록 (402) 은 수평 방향 (632) 으로 연장되어 나란히 배열되는 4 개의 모듈들 (102) 을 포함한다. 모듈 블록들 (402) 은 적어도 하나의 모듈 블록 로우 및 적어도 하나의 모듈 블록 컬럼을 따라 매트릭스 형태로 캐비닛 하우징 (406) 에 배열되며, 매트릭스는 캐비닛 (400) 의 수평 방향 (632) 으로 연장된 적어도 하나의 모듈 블록 로우 및 캐비닛 (400) 의 수직 방향 (634) 으로 연장된 적어도 하나의 모듈 블록 컬럼을 가진 직사각형 매트릭스이다. 특히, 모듈 블록들 (402) 은 6 개의 모듈 블록 로우들 및 3 개의 모듈 블록 컬럼들을 가진 매트릭스로 배열된다. 모듈 블록들 (402) 은 또한 측면 방향 (630) 으로 연장되어 나란히 배열될 수도 있다.
캐비닛 하우징 (406) 은 수직 방향 (634) 으로 연장된 왼쪽 캐비닛측 (409) 및 오른쪽 캐비닛측 (411) 을 포함하고, 수평 방향 (632) 으로 연장된 저부 캐비닛측 (410) 및 최상부 캐비닛측 (408) 을 포함한다. 캐비닛 (400) 은 캐비닛의 제 1 애퍼처에 근접할 수도 있는 캐비닛 (400) 의 최상부 캐비닛측 (408) 에 배열된 제 3 팬 (404) 을 더 포함한다 (예를 들어, 도 3 참조).
도 3 은 도 2 의 전기 및/또는 전자 시스템 (200) 의 단면 측면도를 개략적으로 도시한다. 캐비닛 (400) 의 제 1 애퍼처 (502) 는 수직 방향 (634) 으로 연장된 전방 캐비닛측 (413) 에 배열되고, 캐비닛 하우징 (406) 의 제 2 애퍼처 (520) 는 최상부 캐비닛측 (408) 에 배열된다. 후방 캐비닛측 (412) 은 수직 방향 (634) 으로 연장되어 있고, 제 2 애퍼처 (520) 는 또한 본 발명의 일 양태에 따라 후방 캐비닛측 (412) 에 배열될 수도 있다. 제 3 팬 (404) 은 제 2 애퍼처 (520) 상방에 배열된다. 냉각 공기는 제 1 애퍼처 (502) 를 통하여 흐름 방향 (510) 으로 흐르고, 그로부터 냉각 공기의 대부분은 먼저 모듈 블록 인클로저 (715) 의 제 1 포트 (508) 를 통하여 흘러, 모듈 블록 인클로저 (715) 에 의해 각각의 모듈 (102) 의 입구로 안내되어, 그로부터 모듈 블록 인클로저 (715) 의 제 2 포트 (506) 를 통하여 흐를 수 있으며, 제 2 포트 (506) 는 그 후 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 냉각 공기를 방출하기 위한 것이다. 방출된 냉각 공기는 방출 흐름 방향 (511) 으로 캐비닛 채널 (512) 을 통하여 캐비닛의 제 2 애퍼처 (520) 를 향하여 통과하고, 제 3 팬 (404) 에 의해 안으로 석션되고, 제 3 애퍼처 (504) 를 통하여 주변 (540) 으로 전달되며, 제 3 애퍼처 (504) 는 본질적으로 측면 방향 (630) 으로 방향지정된 주변 흐름 방향 (514) 으로 냉각 공기를 방출한다. 제 1 애퍼처 (502) 로부터 모듈 블록들 (406) 을 통한 냉각 공기의 흐름을 가능하게 하고 각각의 모듈 (102) 을 통하여 제 2 애퍼처 (520) 로의 냉각 공기의 대부분의 흐름을 가능하게 하는 제 3 팬 (404) 은 또한 제 1 애퍼처 (502) 에, 또는 제 1 애퍼처 (502) 와 제 2 애퍼처 (520) 양자에 배열될 수도 있다. 제 1 포트 (508) 는 수직 방향 (634) 으로 연장된 전방 모듈 블록측 (535) 에 배열되고, 제 2 포트 (506) 는 수직 방향 (634) 으로 연장된 후방 모듈 블록측 (536) 에 배열된다.
도 4 는 냉각 공기 또는 다른 열 캐리어를 입구 (614) 를 통해 가이딩 구조 (615) 에 의해 각각의 모듈 (102) 을 통해 출구 (616) 로 안내된 모듈 (102) 내로 흐름 방향 (510) 으로 흐를 수 있게 하는 입구 (614) 및 출구를 포함하는 가이딩 구조 (615) 를 가진 모듈 (102) 을 도시한다. 그 후 방출된 냉각 공기는 도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같이 캐비닛의 동작 상태에서 캐비닛 하우징의 제 2 애퍼처를 향하여 방출 흐름 방향 (511) 으로 흐를 수도 있다. 가이딩 구조 (615) 는 복수의 전기 커패시터들 (612) 각각을 커넥팅 라인 (621) 을 통해 IGBT 와 같은 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 접속시키는 전기 버스 바일 수도 있는 가이딩 부분 (619) 을 포함한다. 커패시터들 (612) 각각은 저부면 (611) 및 최상부면 (613) 을 가진 원통형 바디 (609) 를 갖고, 원통형 커패시터 바디 (609) 는 모듈 (102) 의 수직 방향 (634) 으로 저부면 (611) 으로부터 최상부면 (613) 으로 연장되고, 수직 방향 (634) 은 모듈 (102) 의 측면 방향 (630) 및 수평 방향 (632) 에 대해 횡단하며, 여기서 가이딩 부분 (619) 은 측면 방향 (630) 으로 연장되어 있다. 커패시터 바디 (609) 는 원통형 형상이 아닌 기다란 커패시터 바디일 수도 있다.
전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 는 예를 들어 스크류들과 같은 부착 디바이스들 (608) 에 의해 열사이펀 냉각기 (600) 의 증발기 (604) 에 부착된다. 열사이펀 냉각기 (600) 는 콘덴서 (602) 를 더 포함한다. 열사이펀 냉각기 (600) 는 모듈 (102) 의 동작 상태에서 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 로부터 열을 제거한다. 증발기 (604) 는 각각의 모듈 (102) 의 동작 상태에서 각각의 모듈 (102) 의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 의해 발생된 제 1 열부하를 수용하고, 콘덴서 (602) 는 모듈 (102) 및 캐비닛의 동작 상태에서 흐름 방향 (510) 으로 흐르는 냉각 공기에 제 1 열부하의 대부분을 전달한다. 콘덴서 (602) 는 제 1 메인 법선 방향 (603) 을 가진 평면 형상의 제 1 면 (601) 을 포함하고, 증발기는 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 열적으로 접속하기 위한 제 2 메인 법선 방향 (605) 을 가진 평면 형상의 제 2 면 (606) 을 포함한다. 증발기 (604) 는 콘덴서에 대하여 틸트 축 (622) 을 기준으로 180° 의 각도 (620) 에 배열된다. 제 1 메인 법선 방향 (603) 과 제 2 메인 법선 방향 (605) 사이의 각도는, 메인 법선 방향들 (603, 604) 이 측면 방향 (630) 으로 서로 평행하게 연장되기 때문에 0°이다.
적어도 하나의 전기 커패시터 (612) 는 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 전기적으로 접속되고, 적어도 하나의 전기 커패시터 (612) 에 의해 발생가능한 제 2 열부하의 대부분은 모듈 (102) 및 캐비닛의 동작 상태에서 출구 (616) 를 통해 냉각 공기에 의해 제거가능하다. 가이딩 구조 (615) 는 수직 방향 (634) 으로 연장된 후방 모듈측 (636) 및 전방 모듈측 (635) 을 더 포함하고, 출구 (616) 및 입구 (614) 를 포함한다. 가이딩 구조 (615) 는 측면 방향 (630) 으로 연장된 저부 모듈측 (618) 및 최상부 모듈측 (617) 을 포함한다. 커패시터들 (612) 은, 흐름 방향 (510) 으로 흐르는 인입 냉각 기류가 커패시터들 (612) 을 통과하고 그 후 증발기 (604) 에 의한 편향 또는 방해 없이 콘덴서 (602) 를 통하여 출구 (616) 로 측면 방향 (630) 으로 흐르도록 입구 (614) 에, 그리고 출구 (616) 에 평행한 수직 방향 (634) 으로 연장된 모듈 (102) 의 최상부 부분에서 서로, 그리고 콘덴서 (602) 에 평행하게 배열된다. 증발기 (604) 및 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 는 또한 수직 방향 (634) 으로 연장되고, 커패시터들 (612) 이 차지하지 않는 모듈 공간 (670) 이 존재하도록 모듈 (102) 의 저부 부분에서 콘덴서 (602) 및 커패시터들 (612) 하방에 배열된다.
도 5 는 도 4 에 도시된 모듈과 유사한 컴포넌트들을 가진 모듈 (102) 의 단면도를 개략적으로 도시하며, 여기서 증발기 (604) 는 콘덴서 (602) 에 대하여 틸팅되고, 콘덴서 (602) 는, 냉각 공기의 대부분이 모듈 (102) 의 동작 상태에서 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 의해 발생된 제 1 열부하의 대부분을 각각 모듈 (102) 및 캐비닛의 동작 상태에서 냉각 공기에 전달하기 위해 콘덴서 (602) 를 통하여 콘덴서 (602) 의 평면 형상의 제 1 면 (601) 에 대해 횡단하는 흐름 방향 (510) 으로 흐르도록 입구 (614) 와 출구 (616) 사이에 배열된다. 증발기 (604) 는 모듈 (102) 의 측면 방향 (630) 으로 연장되고 있는 평면 형상의 제 2 면 (606) 을 포함하며, 측면 방향 (630) 은 모듈 (102) 의 수직 방향 (634) 및 수평 방향 (632) 에 대해 횡단한다. 커패시터들 (612) 및 콘덴서 (602) 의 평면 형상의 제 1 면 (601) 은 평행하게 배열되고 수평 방향 (632) 으로 연장된다. 입구 (614) 및 출구 (616) 는 수평 방향 (632) 으로도 연장된다. 모듈 (102) 의 가이딩 구조 (615) 는 왼쪽 모듈측 (625) 및 오른쪽 모듈측 (623) 을 포함한다.
증발기 (604) 는 제 1 메인 법선 방향 (603) 과 제 2 메인 법선 방향 (605) 사이에서 대략 90°의 각도 (620) 만큼 콘덴서 (602) 와 각을 이루어 배열된다. 증발기 (604) 는 수직 방향 (634) 에 대해 틸트 축 (622) 을 기준으로 각도 (620) 만큼 틸팅되거나 또는 각을 이룬다. 콘덴서 (602) 의 제 1 면 (601) 은 열사이펀 냉각기 (600) 의 수직 방향 (634) 및 수평 방향 (632) 에 의해 정의된 제 1 평면에 배열되고, 수평 방향 (632) 은 수직 방향 (634) 에 대해 횡단하고, 각각 열사이펀 냉각기 (600), 및 모듈 (102) 의 측면 방향 (630) 에 대해 횡단한다.
각도 (620) 는 30°보다 크고 150°보다 작은 각도일 수도 있다. 각도 (620) 는 90°의 각도, 예각, 둔각, 및 85°내지 95°, 60°내지 120°, 45°내지 135°, 60°내지 90°, 90°내지 120°, 45°내지 90°, 90°내지 135°, 0°초과 내지 45°, 135°내지 180°미만의 각도 영역을 포함하는 그룹에서 선택될 수도 있다. 콘덴서 (602) 와 증발기 (604) 사이의 냉각수 모션은 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 중력에 의해 제공된다. 가이딩 부분 (619) 은 측면 방향 (630) 으로 연장되고 있고, 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 커패시터들을 전기적으로 접속시키고 있다.
모듈 (102) 은 냉각 공기의 스트림을 수용하기 위한 입구 (614) 를 가지고 그 후 모듈 (102) 의 동작 상태에서 냉각 공기를 방출하기 위한 출구 (616) 를 가지는 가이딩 구조 (615) 를 포함하며, 가이딩 구조 (615) 는 모듈 (102) 의 동작 상태에서 냉각 공기를 입구 (614) 를 통해, 그로부터 모듈 (102) 로, 그 후 출구 (616) 를 통해 안내하기 위한 것이다. 열사이펀 냉각기 (600) 는 모듈 (102) 의 동작 상태에서 모듈 (102) 의 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 의해 발생된 제 1 열부하를 수용하기 위한 증발기 (604) 를 포함한다. 열사이펀 냉각기 (600) 는 모듈 (102) 의 동작 상태에서 냉각 공기에 제 1 열부하의 대부분을 전달하기 위한 콘덴서 (602) 를 포함한다. 냉각 공기의 기류에 개방된 큰 단면적은 이러한 모듈 (102) 을 제공함으로써 달성될 수도 있다. 증발기 (604) 는 본 발명의 추가 실시형태에 따른 콘덴서 (602) 에 오프셋된 포지션에 배열될 수도 있다. 적어도 하나의 전기 커패시터 (612) 는 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 전기적으로 접속되고, 적어도 하나의 전기 커패시터 (612) 에 의해 발생가능한 제 2 열부하의 대부분은 모듈 (102) 의 동작 상태에서 출구 (616) 를 통해 냉각 공기에 의해 제거가능하다.
도 6 은, 도 4 의 모듈과 유사한 모듈 (102) 의 단면도를 개략적으로 도시하며, 차이점은, 냉각 공기가 콘덴서 (602) 다음의 모듈의 상위 영역의 커패시터들 (612) 을 통과하고 모듈 (102) 의 하위 영역의 증발기 (604) 다음의 커패시터들 (612) 을 통과하며 증발기 (604) 가 공기 흐름을 차단하고 모든 냉각 공기가 콘덴서 (602) 및 출구 (616) 를 통해 빠져나가야 하기 때문에 콘덴서 (602) 에서 편향된 흐름 방향 (513) 을 초래하는 측면 방향 (630) 으로의 흐름 방향 (510) 으로 흐를 수도 있도록, 복수의 커패시터들 (612) 이 도 4 의 모듈 공간 (670) 에 배열되고 입구 (614) 가 본질적으로 수직 방향으로 전체 전방 모듈측 (635) 을 따라 연장되어 있다는 것이다. 이것은 콘덴서 (602) 에 대한 높은 공기 속도 및 높은 압력 강하를 야기할 수도 있다.
도 7 은 도 6 과 비교하여 유사한 커패시터들 (612) 의 어레인지먼트를 가진 모듈 (102) 을 개략적으로 도시하며, 증발기 (604) 는 콘덴서 (602) 에 대하여 틸팅되고, 콘덴서 (602) 는, 냉각 공기의 대부분이 모듈 (102) 의 동작 상태에서 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 의해 발생된 제 1 열부하의 대부분을 캐비닛의 동작 상태에서 냉각 공기에 전달하기 위해 콘덴서 (602) 의 평면 형상의 제 1 면 (601) 에 대해 횡단하는 흐름 방향 (510) 으로 흐르도록 입구 (614) 와 출구 사이에 배열된다. 증발기 (604) 의 틸팅은 도 5 에 도시된 틸팅과 유사하지만, 차이점은, 증발기 (604) 가 수평 방향 (632) 에 대하여 틸팅 및 각을 이룬다는 것이다. 전기 커패시터들 (612) 은 모듈 (102) 의 상위 부분 및 하위 부분에 배열되고, 가이딩 부분 (619) 을 통해 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 전기적으로 접속된다. 커패시터 (612) 에 의해 발생가능한 제 2 열부하의 대부분은 각각 모듈 (102) 및 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 출구 (616) 를 통해 흐름 방향 (510) 으로 흐르는 냉각 공기에 의해 제거가능하다. 콘덴서 (602) 의 제 1 면 (601) 은 열사이펀 냉각기 (600) 의 수직 방향 (634) 및 수평 방향 (632) 에 의해 정의된 제 1 평면에 배열된다. 수평 방향 (632) 은 수직 방향 (634) 에 대해 횡단하고, 열사이펀 냉각기 (600) 또는 모듈 (102) 의 측면 방향 (630) 에 대해 횡단한다. 증발기 (604) 는 콘덴서 (602) 에 대하여 제 1 메인 법선 방향 (603) 과 제 2 메인 법선 방향 (605) 사이에서 대략 90°의 각도 (620) 만큼 수평 방향 (632) 에 대해 각을 이룬다. 이러한 모듈 (102) 은, 콘덴서에 대한 냉각 공기의 높은 압력 강하가 생략될 수도 있도록, 높은 콤팩트성을 제공함으로써, 그리고 90°만큼 증발기를 틸팅함으로써 증발기 (604) 에 의한 모듈 (102) 의 기류 단면의 일부를 차단함으로써 커패시터들 (612) 및 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 의 효율적인 냉각을 가능하게 할 수도 있다. 냉각 공기는 콘덴서 (602) 에 대한 최소 압력 강하를 가진 약간 편향된 흐름 방향 (515) 및 흐름 방향 (510) 으로 흐른다.
도 8 은 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 로부터, 그리고 커패시터들로부터 열을 제거하기 위해 도 7 에 따른 열사이펀 냉각기 (600) 의 투시 정면도를 개략적으로 도시한다. 열사이펀 냉각기 (600) 는 콘덴서 (602) 및 콘덴서 (602) 의 복수의 제 2 도관들 (902) 에 유체 접속되는 복수의 제 1 도관들 (912) 을 가진 증발기 (604) 를 포함한다. 복수의 제 1 도관들 (912) 은 열 전달 엘리먼트 (900) 에 기계적으로 접속되고 열 접촉된다. 이것은, 열 전달 엘리먼트 (900) 가 제 1 도관들 (912) 이 연장되는 측면 방향에서 보았을 때 빗살형 단면을 갖는다는 점에서 달성된다. 빗살형 단면은 각각 제 1 도관 (912) 의 섹션을 수용하기 위해 제공된 복수의 그루브들에 의해 전달 엘리먼트 (900) 상에 부여된다. 증발기 (604) 는 콘덴서 (602) 에 대해 오프셋된 제 1 포지션에, 그리고 제 1 메인 법선 방향 (603) 과 제 2 메인 법선 방향 (605) 사이에서 90°의 각도 (620) 만큼 콘덴서 (602) 에 대해 각을 이루는 제 2 포지션에 배열된다. 증발기 (604) 는 각도 (620) 만큼 수평 방향 (632) 에 대해 각을 이룬다. 열사이펀 냉각기 (600) 는 증발기 (604) 로부터 콘덴서 (602) 로 열을 전달하기 위한 냉각수를 포함한다. 제 1 매니폴드 (904) 가 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 콘덴서 (602) 에 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 공급하기 위해 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들 (902) 에 유체 접속된다. 제 2 매니폴드 (914) 는 열사이펀 냉각기의 동작 상태에서 증발기 (604) 에 다시 콘덴싱된 냉각수를 공급하기 위해 증발기 (604) 의 제 1 도관들 (912) 에 유체 접속된다. 제 3 매니폴드 (916) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 증발기 (604) 로부터 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 수집하기 위해 증발기 (604) 의 제 1 도관들 (912) 에 유체 접속되며, 제 3 매니폴드 (916) 는 열사이펀 냉각기의 동작 상태에서 제 1 매니폴드 (904) 에 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 공급하기 위해 제 4 매니폴드 (908) 를 통해 제 1 매니폴드 (904) 에 유체 접속된다. 제 5 매니폴드 (906) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 콘덴서 (602) 로부터 콘덴싱된 냉각수를 수집하기 위해 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들 (902) 에 유체 접속되고, 제 5 매니폴드 (906) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 제 2 매니폴드 (914) 에 콘덴싱된 냉각수를 공급하기 위해 제 6 매니폴드 (910) 를 통해 제 2 매니폴드 (914) 에 유체 접속된다. 제 1 매니폴드 (904) 는, 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서, 콘덴싱된 냉각수가 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들 (902) 을 통하여 제 3 매니폴드 (916) 및 제 2 매니폴드 (914) 로 중력에 의해 이동하게 할 수 있도록 제 3 매니폴드 (916) 및 제 2 매니폴드 (914) 상방에 배열된다.
필링 매니폴드 (918) 가 열사이펀 냉각기 (600) 에 냉각수를 공급하기 위해 제 1 매니폴드 (904) 에 제공된다. 콘덴서 (602) 는 제 1 도관들 (912) 사이에 배열되는 냉각 핀들 (922) 을 포함한다. 제 1 매니폴드 (904), 제 5 매니폴드 (906) 및 제 1 도관들 (912) 은 본질적으로 수평 방향 (632) 으로 연장된다. 제 4 매니폴드 (908), 제 6 매니폴드 (910), 필링 매니폴드 (918), 및 제 2 도관들 (902) 은 본질적으로 수직 방향 (634) 으로 연장된다. 제 2 매니폴드 (914) 및 제 3 매니폴드 (916) 는 본질적으로 측면 방향 (630) 으로 연장된다.
콘덴서의 배향은, 제 2 도관들 (902) 이 도 8 에 도시된 것과 비교하여 열사이펀 열 교환기 (600) 의 대안의 실시형태에서 틸트 축 (622) 에 평행하게 연장되도록 측면 축 (630) 을 기준으로 한 방향으로 회전되는 것을 생각할 수 있다.
도 9 는 증발기 (604) 가 대략 90°의 각도 (620) 만큼 수평 방향 (632) 에 대해 각을 이루도록 수직 방향 (634) 으로 연장된 콘덴서 (602) 와 측면 방향 (630) 으로 연장된 증발기 (604) 를 가진 다른 열사이펀 냉각기 (600) 의 투시 정면도를 도시한다. 하나의 전기 또는 전자 컴포넌트 (610) 는 증발기에, 즉 증발기 (604) 의 제 2 페이즈 (606) 에 부착 디바이스들 (608) 에 의해 부착된다. 제 1 매니폴드 (904) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 증발기 (604) 로부터 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 수집하기 위해 제 3 매니폴드 (916) 를 통해 증발기 (604) 의 제 1 도관들 (912) 에 유체 접속된다. 제 1 매니폴드 (904) 는 열사이펀 냉각기의 동작 상태에서 콘덴서 (602) 에 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 공급하기 위해 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들 (902) 에 유체 접속된다. 제 2 매니폴드 (914) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 콘덴서 (602) 로부터 콘덴싱된 냉각수를 수집하기 위해 제 1 도관 (912) 의 적어도 하나의 응축물 채널 (913) 및 제 3 매니폴드 (916) 를 통해 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들 (902) 에 유체 접속된다. 제 2 매니폴드 (914) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 증발기 (604) 에 다시 콘덴싱된 냉각수를 공급하기 위해 증발기 (604) 의 제 1 도관들 (912) 에 유체 접속된다. 제 1 매니폴드 (904) 는, 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서, 콘덴싱된 냉각수가 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들을 통해 제 2 매니폴드 (914) 로 중력에 의해 이동하게 할 수 있도록 제 2 매니폴드 (914) 상방에 배열된다. 제 1 매니폴드 (904) 는 제 3 매니폴드 (916) 상방에 배열된다. 제 1 매니폴드 (904), 제 2 매니폴드 (914), 및 제 3 매니폴드 (916) 는 수평 방향 (632) 으로 연장되고, 본질적으로 서로 평행하게 배열된다.
도 10 은 도 9 의 열사이펀 냉각기 (900) 와 유사한 다른 열사이펀 냉각기 (600) 의 투시 측면도를 개략적으로 도시하며, 차이점은, 제 3 매니폴드 (916) 근방에 배열된 추가적인 제 5 매니폴드 (906) 가 있다는 것이며, 제 3 매니폴드 (916) 는, 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 증발기 (604) 로부터 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 수집하기 위해 증발기 (604) 의 제 1 도관들 (912) 에 유체 접속되며, 제 3 매니폴드 (916) 는 열사이펀 냉각기의 동작 상태에서 제 1 매니폴드 (904) 에 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 공급하기 위해 제 1 매니폴드 (904) 에 유체 접속된다. 제 5 매니폴드 (906) 는 열사이펀 냉각기의 동작 상태에서 콘덴서 (602) 로부터 콘덴싱된 냉각수를 수집하기 위해 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들 (902) 에 유체 접속되며, 제 5 매니폴드 (906) 는 열사이펀 냉각기의 동작 상태에서 제 2 매니폴드 (914) 에 콘덴싱된 냉각수를 공급하기 위해 적어도 하나의 응축물 채널 (913) 을 통해 제 2 매니폴드 (914) 에 유체 접속된다.
도 11 은, 냉각기 (600) 가 서로의 다음에 배열된 2 개의 증발기들 (604) 및 2 개의 콘덴서들 (602), 즉 서로의 상방에 배열된 2 개의 열사이펀 냉각기들을 포함한다는 점에서 도 9 의 열사이펀 냉각기 (600) 와 상이한 다른 열사이펀 냉각기 (600) 의 투시 정면도를 개략적으로 도시한다. 하나의 증발기 (604) 는 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 로부터 제 1 열부하를 수용하고, 이 증발기 (604) 하방에 배열되는 다른 증발기는, 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 가 부착되고 열적으로 접속되는 증발기 (604) 를 통해 그 제 1 열부하의 일부를 수용하고 있다. 제 7 매니폴드 (915) 는 도 9 의 제 2 매니폴드 (914) 와 유사하게 동작하는 다른 콘덴서 및 다른 증발기에 대해 제공되며, 제 8 매니폴드 (903) 는 도 9 의 제 1 매니폴드 (904) 와 유사하게 동작하는 다른 콘덴서 및 다른 증발기에 대해 제공된다. 제 5 매니폴드 (906) 는 도 9 의 제 3 매니폴드 (916) 와 유사하게 동작하는 다른 콘덴서 및 다른 증발기에 대해 제공된다. 모든 매니폴드들은 본질적으로 수평 방향 (632) 으로 연장된다.
도 12 는 도 11 의 열사이펀 냉각기 (600) 의 투시 배면도를 개략적으로 도시한다.
도 13 은 다른 열사이펀 냉각기 (600) 의 투시 정면도를 개략적으로 도시하며, 증발기 (604) 는 제 1 메인 법선 방향 (603) 과 제 2 메인 법선 방향 (605) 사이에서 수평 방향 (632) 에 대해 대략 90°의 각도 (620) 로 각진 콘덴서 (602) 에 대해 오프셋 배열되거나 또는 콘덴서 (602) 와 각을 이루고 배열된다. 열사이펀 냉각기 (600) 는 도 8 의 열사이펀 냉각기 (600) 와 유사한 컴포넌트들을 갖고 유사한 방식으로 동작하며, 차이점은, 제 1 도관들 (912) 이 본질적으로 측면 방향 (630) 으로 연장되고, 제 2 매니폴드 (914), 제 3 매니폴드 (916), 및 제 5 매니폴드 (906) 가 본질적으로 수평 방향 (632) 으로 연장되며, 제 6 매니폴드 (910) 가 본질적으로 증발기 (604) 로부터 그 증발기 (604) 상방에 배열되는 콘덴서 (602) 로 기울어진 수직 방향 (634) 및 측면 방향 (630) 에 의해 정의된 평면으로 연장된다는 것이다.
증발기 (604) 의 배향은, 제 1 도관들 (912) 이 도 13 에 도시된 것과 비교하여 열사이펀 열 교환기 (600) 의 대안의 실시형태에서 측면 방향 (630) 으로 연장되도록 수직 축 (634) 을 기준으로 한 방향으로 회전되는 것을 생각할 수 있다.
도 14 는 다음에 설명된 차이점을 가진 도 9 에 도시된 열사이펀 냉각기 (600) 와 유사한 다른 열사이펀 냉각기 (600) 의 단면 측면도를 개략적으로 도시한다. 제 1 매니폴드 (904) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 증발기 (604) 로부터 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 수집하기 위해 틸팅된 기상 채널 (905) 을 통해 증발기 (604) 의 제 1 도관들에 유체 접속된다. 제 1 매니폴드 (904) 는 열사이펀 냉각기의 동작 상태에서 콘덴서 (602) 에 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 공급하기 위해 틸팅된 응축물 채널 (907) 일 수도 있는 콘덴서의 제 2 도관들에 유체 접속된다. 제 2 매니폴드 (914) 는 열사이펀 냉각기의 동작 상태에서 콘덴서 (602) 로부터 콘덴싱된 냉각수를 수집하기 위해 틸팅된 응축물 채널 (907) 일 수도 있는, 콘덴서의 제 2 도관들에 유체 접속된다. 제 2 매니폴드 (914) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 증발기 (604) 에 다시 콘덴싱된 냉각수를 공급하기 위해 증발기 (604) 의 제 1 도관들에 유체 접속된다. 제 1 매니폴드 (904) 는, 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서, 콘덴싱된 냉각수가 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들을 통해 제 2 매니폴드 (914) 로 중력에 의해 이동하게 할 수 있도록 제 2 매니폴드 (914) 상방에 배열된다. 제 1 매니폴드 (904) 및 제 2 매니폴드 (914) 는 수평 방향 (632) 으로 연장되고, 증발기 (604) 는 측면 방향 (630) 으로 연장되며, 콘덴서 (602) 는 수직 방향 (634) 으로 연장된다.
도 15 는 응축물 수집 매니폴드 (917) (도 9 의 제 2 매니폴드 (914)) 의 형태로 제 2 매니폴드를 공유하는 그러한 방식으로, 그리고 증발기들 (604, 1604) 이 측면 방향 (630) 으로 연장되고 콘덴서들 (602, 1602) 이 서로 대향하는 서로의 반대편의 수직 방향 (634) 으로 연장되도록 서로에 부착되는 도 9 의 2 개의 열사이펀 냉각기들을 포함하는 열사이펀 냉각기 (600) 를 개략적으로 도시한다. 증발기 (604) 및 콘덴서 (602) 는 도 9 의 증발기 (604) 및 콘덴서 (602) 에 따라 동작한다. 다른 증발기 (1604) 및 다른 콘덴서 (1602) 는 유사한 방식으로 동작한다. 냉각수는 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (610) 에 의해 발생가능한 제 1 열부하일 수도 있는 열을 다른 증발기 (1604) 로부터 다른 콘덴서 (1602) 로 전달하고 있다. 제 11 매니폴드 (1004) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 다른 콘덴서 (1602) 에 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 공급하기 위해 다른 콘덴서 (1602) 의 적어도 하나의 제 4 도관 (1002) 에 유체 접속된다. 응축물 수집 매니폴드 (917) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 다른 증발기 (1604) 에 다시 콘덴싱된 냉각수를 공급하기 위해 다른 증발기 (1604) 의 제 3 도관들 (1012) 에 유체 접속된다. 제 13 매니폴드 (1016) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 다른 증발기 (1604) 로부터 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 수집하기 위해 다른 증발기 (1604) 의 제 3 도관들 (1012) 에 유체 접속된다. 제 13 매니폴드 (1016) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 제 11 매니폴드 (904) 에 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 공급하기 위해 제 11 매니폴드 (1004) 에 유체 접속된다. 제 13 매니폴드 (1016) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 다른 콘덴서 (1602) 로부터 콘덴싱된 냉각수를 수집하기 위해 다른 콘덴서 (1602) 의 제 4 도관들 (1002) 에 유체 접속된다. 제 13 매니폴드 (1016) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 응축물 수집 매니폴드 (917) 에 콘덴싱된 냉각수를 공급하기 위해 응축물 수집 매니폴드 (917) 에 유체 접속된다. 제 11 매니폴드 (904) 는, 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서, 콘덴싱된 냉각수가 다른 콘덴서 (1602) 의 제 4 도관들 (1002) 을 통하여 제 13 매니폴드 (1016) 로, 그리고 응축물 수집 매니폴드 (917) 로 중력에 의해 이동할 수 있게 하도록 제 13 매니폴드 (1016) 및 응축물 수집 매니폴드 (917) 상방에 배열된다. 다른 콘덴서 (1602) 는 콘덴서 (602) 의 제 1 면 (601) 과 유사한 제 5 면 (1601) 은 물론 다른 콘덴서 (1602) 의 제 4 도관들 (1002) 간에 배열되는 다른 냉각 핀들 (1022) 을 포함한다. 다른 증발기 (1604) 는 증발기 (604) 의 제 2 면 (606) 과 유사한 제 4 면 (1606) 을 포함한다.
도 16 은, 커패시터들 (612) 또는 커패시터 바디들이 수평 방향 (632) 대신에 모듈 (102) 의 수직 방향 (634) 으로 연장된다는 점에서 도 5 의 모듈 (102) 과 상이한 모듈 (102) 을 개략적으로 도시한다. 전기 커패시터들 (612) 은 입구 (614) 와 콘덴서 (602) 의 평면 형상의 제 1 면 (601) 과 증발기 (604) 의 평면 형상의 제 2 면 (606) 사이에 배열된다.
도 17 은, 입구 (614) 와 콘덴서 (602) 사이에 적어도 부분적으로 배열되는 제 1 커패시터들 (682) 이 제공되고, 제 2 커패시터들 (684) 이 콘덴서 (602) 와 출구 (616) 사이에 적어도 부분적으로 배열되는 점에서 도 16 의 모듈과 상이한 모듈 (102) 을 개략적으로 도시한다.
도 18 은 도 5 의 모듈의 투시 정면도를 개략적으로 도시하며, 커패시터들은 수평 방향 (632) 으로 연장되고, 가이딩 부분 (619), 예를 들어 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트에 커패시터들을 전기적으로 접속하기 위한 버스 바에 부착된다. 증발기 (604) 는 수직 방향 (634) 으로 연장되고, 제 1 메인 법선 방향과 제 2 메인 법선 방향 사이에서 수직 방향 (634) 에 대하여 약 90°의 각도만큼 콘덴서 (602) 에 대하여 각진다. 콘덴서 (602) 의 제 1 면은 열사이펀 냉각기의 수직 방향 (634) 및 수평 방향 (632) 에 의해 정의된 제 1 평면에 배열되고, 수평 방향 (632) 은 수직 방향 (634) 에 대해 횡단하고, 열사이펀 냉각기의 측면 방향 (630) 에 대해 횡단한다. 증발기 (604) 의 제 2 면은 수직 방향 (634) 및 측면 방향 (630) 에 의해 정의된 평면에 배열된다.
모듈 (102) 은 모듈 (102) 을 예를 들어 전력 컨버터와 같은 상위 엔티티의 안밖으로 삽입 및 교환하는 것을 용이하게 하기 위한 제 1 가이딩 수단 (1320) 을 갖는다. 그 목적으로, 전력 컨버터 캐비닛과 같은 상위 엔티티는, 모듈 (102) 이 예를 들어 도 2 에 도시된 캐비닛 (400) 과 같은 전술한 전력 컨버터 캐비닛의 안밖으로 서랍형 방식으로 삽입가능 및 전개가능하도록 제 1 가이딩 수단 (1320) 과 협력하기 위한 제 2 가이딩 수단 (1321) 을 포함한다. 모듈 (102) 의 기본적인 실시형태에서, 제 1 가이딩 수단 (1320) 은 모듈 (102) 을 통하여 냉매를 안내하기 위해 제공된 가이딩 부분 (619) 의 측면 에지들에 의해 형성된다. 캐비닛 (400) 의 기본적인 실시형태에서, 제 2 가이딩 수단 (1321) 은 캐비닛 (400) 의 시트-금속 구조로 슬롯들에 의해 형성되며, 그 슬롯들은, 그들이 가이딩 부분 (619) 의 제 1 가이딩 수단 (1320) 을 안전하게 삽입 및 전개하기에 단지 충분한 공간만을 제공하도록 디멘져닝된다. 그러나, 롤러들 등을 포함하는 가이딩 시스템은 요구시 마찰을 줄이고 조작을 개선하기 위해 채용될 수도 있다.
도 19 는 도 18 의 열사이펀 냉각기 (600) 의 투시 정면도를 개략적으로 도시한다. 냉각수로 열사이펀 냉각기 (600) 를 필링하기 위한 필링 매니폴드 (918) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 콘덴서 (602) 에 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 공급하기 위해 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들 (902) 에 유체 접속되는 제 1 매니폴드 (904) 에 제공된다. 제 2 매니폴드 (914) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 증발기 (604) 에 다시 콘덴싱된 냉각수를 공급하기 위해 제 1 도관들 (912, 미도시) 에 유체 접속된다. 제 3 매니폴드 (916) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 증발기 (604) 로부터 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 수집하기 위해 증발기 (604) 의 제 1 도관들에 유체 접속된다. 제 3 매니폴드 (916) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 제 1 매니폴드 (904) 에 적어도 부분적으로 기화된 냉각수를 공급하기 위해 제 4 매니폴드 (908) 를 통해 제 1 매니폴드 (904) 에 유체 접속된다.
제 5 매니폴드 (906) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 콘덴서 (602) 로부터 콘덴싱된 냉각수를 수집하기 위해 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들 (902) 에 유체 접속되고, 제 5 매니폴드 (906) 는 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서 제 2 매니폴드 (914) 에 콘덴싱된 냉각수를 공급하기 위해 제 2 매니폴드 (914) 에 유체 접속된다. 제 1 매니폴드 (904) 는, 열사이펀 냉각기 (600) 의 동작 상태에서, 콘덴싱된 냉각수가 콘덴서 (602) 의 제 2 도관들 (902) 을 통해, 제 5 매니폴드 (906) 및 제 2 매니폴드 (914) 로 중력에 의해 이동하게 할 수 있도록 제 5 매니폴드 (906) 및 제 2 매니폴드 (914) 상방에 배열된다. 제 6 매니폴드 (910) 는 제 2 매니폴드 (914) 를 제 5 매니폴드 (906) 에 유체 접속하기 위해 제공된다. 제 1 도관들, 제 4 도관들 (908), 및 제 6 매니폴드 (910) 는 본질적으로 수직 방향 (934) 으로 연장되고, 제 2 매니폴드 (914) 및 제 3 매니폴드 (916) 는 본질적으로 측면 방향 (630) 으로 연장되며, 제 1 매니폴드 (904) 및 제 5 매니폴드 (906) 는 본질적으로 수평 방향 (632) 으로 연장된다.
도 19 의 콘덴서 (602) 의 열 용량이 너무 제한된다면, 사용자는 추가적인 제 2 도관들 (902) 의 커플에 의해 콘덴서를 수평 방향 (632) 으로 연장시키도록 선택할 수도 있다.
도 19 에 대하여 도시 및 설명된 것과 유사한 또 다른 대안의 실시형태에서, 제 1 매니폴드 (904) 는, 중간의 제 4 매니폴드 (908) 가 생략될 수 있도록 제 3 매니폴드 (916) 에 바로 접속된다. 실시형태에 의존하여, 제 2 매니폴드 (914) 는, 중간의 제 6 매니폴드 (910) 가 생략될 수 있도록 제 5 매니폴드 (906) 에 바로 접속가능하다. 훨씬 더 단순화된 실시형태에서, 제 1 매니폴드 (904) 및 제 3 매니폴드 (916) 는 벤딩에 의해 파이프로부터 형성된다. 마찬가지로, 제 2 매니폴드 (914) 및 제 5 매니폴드 (906) 또한 벤딩에 의해 다른 파이프로부터 형성된다. 이러한 실시형태에서, 열사이펀의 최대 디멘젼들은 매니폴드들 (904, 916, 914, 906) 용 파이프의 최소 벤딩 반경에 의존한다.
도 20 은, 점선에 의해 추가적으로 표시되고, 콘덴서 (602) 가 모듈 (102) 의 높이 (수평 화살표 1203 으로 표시) 를 증가시키는 수평 방향 (632) 으로 연장될 수도 있고, 증발기 (604) 가 더 높은 냉각 필요성을 고려하기 위해 측면 방향 (630) (측면 화살표 1206 으로 표시) 으로 모듈 (102) 의 현존 디멘젼들 내의 길이로 연장될 수도 있는 도 16 에 따른 열사이펀 냉각기 (600) 를 개략적으로 도시하며, 여기서 엑스트라 모듈 콘덴서 길이는 추가적인 전기 커패시터들 (612) 에 대해 이용되고 필요로 될 수도 있다. 모듈의 깊이들 및 길이들 및 기본적인 설계는 동일하게 유지될 수도 있다. 따라서, 모듈 (102) 의 전력 스케일링은, 모듈 (102) 의 기본적인 설계 및 모듈러 캐릭터를 변경하지 않고 달성될 수도 있다.
도 21 은 도 2 및 도 3 에 도시되는, 모듈 블록 (402) 의 투시 정면도를 개략적으로 도시한다. 열사이펀 냉각기 (600) 에는 모듈 블록 (402) 의 수직 방향 (634) 으로 연장된 증발기 (604) 및 콘덴서 (602) 가 제공된다. 수개의 전기 또는 전자 컴포넌트들 (610, 607) 은 증발기 (604) 에 부착된다. 복수의 전기 및 전자 컴포넌트들 (610) 은 복수의 전기 커패시터들 (612) 에 대향하는 증발기 (604) 의 평면 형상의 제 1 면 (606) 에 열적으로 접속된다. 적어도 하나의 추가 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (607) 는 증발기 (604) 의 평면 형상의 제 2 면 (606) 에 반대인 증발기 (604) 의 평면 형상의 제 3 면 (677, 미도시, 예를 들어 도 2 참조) 에 열적으로 접속된다. 각각의 커패시터 (612) 는 수평 방향 (632) 으로 커패시터 바디 (609) 의 저부면 (611) 으로부터 최상부면 (613) 으로 연장된 기다란 커패시터 바디 (609) 를 갖는다.
제 1 커패시터 부분 (1310) 은 수직 방향 (634) 및 측면 방향 (630) 으로 연장된 제 1 가이딩 부분 (1311) 을 포함하여 제공되며, 수평 방향 (632) 으로 연장된 복수의 커패시터들 (612) 은 제 1 가이딩 부분 (1311) 에 부착된다. 제 2 커패시터 부분 (1308) 에는 제 1 커패시터 부분 (1310) 의 커패시터들과 유사하게 배열된 커패시터들 및 제 2 가이딩 부분 (1309) 이 제공된다. 제 2 커패시터 부분 (1308) 은 수평 방향 (632) 으로 제 1 커패시터 부분 (1310) 다음에 배열된다. 제 1 커패시터 부분 (1310) 과 유사한 제 3 가이딩 부분 (1307) 을 가진 제 3 커패시터 부분 (1306) 및 제 4 가이딩 부분 (1305) 을 가진 제 4 커패시터 부분 (1304) 이 수평 방향 (632) 으로 제 2 커패시터 부분 (1308) 다음에 제공 및 배열된다. 가이딩 부분들 (1311, 1309, 1307 및 1305) 은 전기 및/또는 전자 컴포넌트들 (610, 677) 에 커패시터들을 전기적으로 접속시키기 위해 제공될 수도 있다. 냉각 공기는 먼저 커패시터들 (612) 을 통과한 후 콘덴서 (602) 를 통과하는 측면 방향 (630) 에 평행한 흐름 방향으로 흐른다. 커패시터 부분들 (1310, 1308, 1306, 1304) 각각은 도 2 에 도시한 바와 같이, 하나의 모듈 (102) 에 대응할 수도 있으며, 열사이펀 냉각기 (600) 는 커패시터 부분들 또는 모듈들에 의해 공유된다. 베이스 플레이트 (1302) 는 가이딩 부분들 (1311, 1309, 1307, 1305) 및 열사이펀 냉각기 (600) 는 물론 커넥터들 (1402, 미도시, 도 22 내지 도 24 참조) 을 부착시키기 위해 제공된다. 모듈 블록 (402) 은 2 개의 로우들의 모듈들을 가진 모듈 블록들 (402) 의 표준 디멘져닝된 컨테이너 통합을 허용하는 풀브리지 구성일 수도 있다. 상기 설명된 커패시터 부분들은 커패시터 블록들일 수도 있다.
모듈 블록 (402) 은 모듈 블록 (402) 을 예를 들어 전력 컨버터와 같은 상위 엔티티의 안밖으로 삽입 및 교환하는 것을 용이하게 하기 위해 제 1 가이딩 수단 (1320) 을 갖는다. 그 목적으로, 전력 컨버터 캐비닛과 같은 상위 엔티티는, 모듈 블록 (402) 이 예를 들어 도 2 에 도시된 캐비닛과 같은 전술된 전력 컨버터 캐비닛의 안밖으로 서랍형 방식으로 삽입가능 및 전개가능하도록 제 1 가이딩 수단 (1320) 과 협력하기 위한 제 2 가이딩 수단 (1321) 을 포함한다. 모듈 블록 (402) 의 기본적인 실시형태에서, 제 1 가이딩 수단 (1320) 은 모듈 블록 (402) 을 통한 냉매의 안내를 돕기 위해 제공되는 베이스 플레이트 (1302) 의 측면 에지들에 의해 형성된다. 캐비닛 (400) 의 기본적인 실시형태에서, 제 2 가이딩 수단 (1321) 은 캐비닛 (400) 의 시트-금속 구조로 슬롯들에 의해 형성되며, 그 슬롯들은 모듈 블록 (402) 의 제 1 가이딩 수단 (1320) 을 안전하게 삽입 및 전개하기에 단지 충분한 공간만을 제공하도록 디멘져닝된다.
도 22 는, 커패시터 부분들 또는 모듈들 각각이 커넥터 (1402) 를 통해 모듈 블록 (402) 의 외부로부터, 그리고 내부로부터 전기적으로 접속가능한 도 21 의 모듈 블록 (402) 의 단면 측면도를 개략적으로 도시한다. 차가운 냉각 공기 흡입은 모듈 블록 (402) 의 우측으로부터 발생할 것이며, 그 후 측면 방향 (630) 으로 콘덴서들 (612) 을 통과하고, 좌측에서 콘덴서 (602) 를 통과한다. 냉각 공기 흐름은 또한 구리 링크들과 같은 다른 패시브들을 냉각시키고 버스 바들 내의 상위 전류 밀도들을 단순히 허용하기 위해 이용될 수도 있다. 버스 바들 및 레일 단자들은 단자들에 대한 링크를 형성하기 위해 냉각기 (600) 를 둘러쌀 수도 있다.
도 23 은 2 개의 커넥터들 (1402) 을 가진, 도 21 및 도 22 의 모듈 블록 (402) 의 단면 배면도를 개략적으로 도시한다.
도 24 는 도 21, 도 22, 도 23 에 따른 모듈 블록 (402) 의 투시 배면도를 개략적으로 도시한다.
도 25 는, 예를 들어, 각각의 모듈 (102) 이 예를 들어 도 7 에 따라 설계되는 복수의 모듈들 (102) 이 수직 방향 (634) 으로 서로의 상방에 배열되는, 도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같은 모듈 블록 (402) 의 단면 측면도를 개략적으로 도시한다. 도 25 및 다음의 도 26, 도 27 및 도 28 에서, 모듈들 (102) 은 전술한 도면들, 실시형태들 및 양태들 및 첨부된 특허청구의 범위에 따라 설명된 임의의 실시형태들에 따라 제공될 수도 있다. 모듈 블록 (402) 은 흐름 방향 (510) 으로 흐르는 냉각 공기의 스트림을 수용하기 위한 제 1 포트 (508) 를 가진 모듈 블록 인클로저 (715) 를 포함하며, 모듈 블록 인클로저 (715) 는 모듈들 (102) 각각의 입구 (614) 에 냉각 공기를 안내하도록 구성되고, 모듈 블록 인클로저 (715) 는 그 후 각각 모듈 블록 (402), 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 냉각 공기를 방출하기 위한 제 2 포트 (506) 를 포함한다. 제 1 포트 (508) 는 수직 방향 (634) 으로 연장된 오른쪽 모듈 블록측 (535) 에 배열되고, 제 2 포트 (506) 는 측면 방향 (630) 으로 연장된 최상부 모듈 블록측 (713) 에 배열된다. 모듈 블록 인클로저 (715) 는 최상부 모듈 블록측 (713) 하방의 측면 방향으로 연장된 저부 모듈 블록측 (718) 및 전방 모듈 블록측 (535) 의 반대의 수직 방향 (634) 으로 연장된 후방 모듈 블록측 (536) 을 더 포함한다. 냉각 공기는 모듈 블록의 상위 부분을 향하여, 그리고 제 2 포트 (506) 를 통하여 캐비닛 인클로저로 각각의 모듈을 통과한 후 방출 흐름 방향 (511) 으로 흐른다.
도 26 은 도 25 에 따른 모듈 블록 (402) 의 단면 측면도를 개략적으로 도시하며, 차이점은, 제 2 팬 (1900) 이 모듈 블록 (402) 의 제 2 포트 (506) 에 배열된다는 것이다.
도 27 은 도 25 의 모듈 블록 (402) 의 단면 측면도를 개략적으로 도시하며, 차이점은, 다른 제 2 팬 (1902) 이 모듈 블록 (502) 의 제 1 포트 (508) 에 배열된다는 것이다.
도 28 은 도 25 의 모듈 블록 (402) 의 단면 측면도를 개략적으로 도시하며, 차이점은, 제 1 팬 (1202) 이 각각의 모듈 (102) 의 입구에 배열된다는 것이다.
도 26 내지 도 28, 그리고 또한 도 2 및 도 3 에 설명한 바와 같은 팬들을 제공함으로써, 냉각 효율 및 용량이 캐비닛 (400) 을 냉각시키기 위한 냉각 공기의 강제 대류를 제공함으로써 향상될 수도 있다. 모듈 블록 (402) 은 일반적으로 모듈들 (102) 중 적어도 하나의 입구 (614) 및 제 1 포트 (508), 및 모듈들 (102) 중 적어도 하나의 출구 (616) 및 제 2 포트 (506) 중 적어도 하나에 배열되는 적어도 하나의 제 2 팬 (1900, 1902) 을 포함할 수도 있다.
적어도 2 개의 모듈들 (102) 중 적어도 하나는 입구 (614) 와 출구 (616) 중 적어도 하나에 배열되는 적어도 하나의 제 1 팬 (2002) 을 포함할 수도 있다. 캐비닛들 (400) 은 제 1 애퍼처 (502) 및 제 2 애퍼처 (520) 중 적어도 하나에 배열된 적어도 하나의 제 3 팬 (404) 을 포함할 수도 있다.
본 발명은 도면들 및 전술한 설명에서 상세하게 예시 및 설명되었지만, 이러한 예시들 및 설명들은 제한이 아닌 설명 또는 예시인 것으로 간주되며, 본 발명은 상기 개시된 실시형태들에 제한되지 않는다.
상기 개시된 실시형태들에 대한 다른 변형들이 도면들, 개시물 및 첨부된 특허청구의 범위의 검토로부터 청구된 본 발명을 실시 시에 당업자에 의해 이해 및 달성될 수도 있다.
특허청구의 범위에서, 단어 "포함하는" 은 다른 엘리먼트들을 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an" 은 복수를 배제하지 않는다. 단일 전기 및/또는 전자 시스템 또는 단일 캐비닛 또는 모듈 블록 또는 모듈은 특허청구의 범위에 인용된 여러 아이템들의 기능을 수행할 수도 있다. 소정의 측정들이 서로 상이하게 인용되는 단순 사실은, 이들 측정들의 조합이 이롭게 이용되지 않을 수도 있다는 것을 나타내지 않는다, 특허청구의 범위의 임의의 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
102 : 모듈 610 : 전기 및/또는 전자 컴포넌트
200 : 전기 및/또는 전자 시스템 611 : 저부면
202 : 스위치, IGBT 612 : 전기 커패시터
204 : 커패시터 613 : 최상부면
402 : 모듈 블록 614 : 입구
404 : 제 3 팬 615 : 가이딩 구조
406 : 캐비닛 하우징 616 : 출구
408 : 최상부 캐비닛측 617 : 최상부 모듈측
409 : 왼쪽 캐비닛측 618 : 저부 모듈측
410 : 저부 캐비닛측 619 : 가이딩 부분
411 : 오른쪽 캐비닛측 620 : 각도, 틸트 각도
412 : 후방 캐비닛측 621 : 커넥팅 라인
413 : 전방 캐비닛측 622 : 틸트 축/틸팅 축
502 : 제 1 애퍼처 623 : 오른쪽 모듈측
504 : 제 3 애퍼처 625 : 왼쪽 모듈측
506 : 제 2 포트 630 : 측면 방향
508 : 제 1 포트 632 : 수평 방향
510 : 흐름 방향 634 : 수직 방향
511 : 방출 흐름 방향 635 : 전방 모듈측
512 : 캐비닛 채널 636 : 후방 모듈측
513 : 편향된 흐름 방향 670 : 모듈 공간
514 : 주변 흐름 방향 677 : 제 3 면
515 : 약간 편향된 흐름 방향 682 : 제 1 커패시터
520 : 제 2 애퍼처 684 : 제 2 커패시터
535 : 전방 모듈 블록측 715 : 모듈 블록 인클로저
536 : 후방 모듈 블록측 717 : 최상부 모듈 블록측
540 : 주변 718 : 저부 모듈 블록측
600 : 열사이펀 냉각기 723 : 오른쪽 모듈 블록측
601 : 제 1 면 725 : 왼쪽 모듈 블록측
602 : 콘덴서 900 : 열 전달 엘리먼트
603 : 제 1 메인 법선 방향 902 : 제 2 도관
604 : 증발기 903 : 제 8 매니폴드
605 : 제 2 메인 법선 방향 904 : 제 1 매니폴드
606 : 제 2 면 905 : 틸팅된 기상 채널
607 : 추가 전기 및/또는 전자 906 : 제 5 매니폴드
컴포넌트
608 : 부착 디바이스(들) 907 : 틸팅된 응축물 채널
609 : 커패시터 바디 908 : 제 4 매니폴드
910 : 제 6 매니폴드
912 : 제 1 도관
913 : 응축물 채널
914 : 제 2 매니폴드
915 : 제 7 매니폴드
916 : 제 3 매니폴드
917 : 응축물 수집 매니폴드
918 : 필링 매니폴드
922 : 냉각 핀(들)
1002 : 제 4 도관
1004 : 제 11 매니폴드
1012 : 제 3 도관
1016 : 제 13 매니폴드
1022 : 다른 냉각 핀들
1203 : 수평 화살표
1206 : 측면 화살표
1302 : 베이스 플레이트
1304 : 제 4 커패시터 부분
1305 : 제 4 가이딩 부분
1306 : 제 3 커패시터 부분
1307 : 제 3 가이딩 부분
1308 : 제 2 커패시터 부분
1309 : 제 2 가이딩 부분
1310 : 제 1 커패시터 부분
1311 : 제 1 가이딩 부분
1320 : 제 1 가이딩 수단
1321 : 제 2 가이딩 수단 (1402)
1601 : 제 5 면
1602 : 다른 콘덴서
1603 : 제 3 메인 법선 방향
1604 : 다른 증발기
1606 : 제 4 면
1900 : 제 2 팬
1902 : 다른 제 2 팬
2002 : 제 1 팬

Claims (21)

  1. 캐비닛 (400) 을 가진 전기 및/또는 전자 시스템 (200) 으로서,
    상기 캐비닛 (400) 은 :
    냉각 공기의 스트림을 수용하기 위한 제 1 애퍼처 (502) 를 포함하고, 그 후 상기 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 상기 냉각 공기의 스트림을 방출하기 위한 제 2 애퍼처 (520) 를 포함하는 캐비닛 하우징 (406); 및
    각각이 입구 (614) 및 출구 (616) 를 가진 가이딩 구조 (615) 를 포함하는 적어도 2 개의 모듈들 (102) 을 포함하며,
    상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 은, 상기 캐비닛 하우징 (406) 의 상기 제 1 애퍼처 (502) 를 통하여 흐르는 상기 냉각 공기의 스트림의 대부분이 냉각 공기의 부분적인 스트림들로 분할되도록 상기 캐비닛 하우징 (406) 에 배열되고, 상기 부분적인 스트림들의 적어도 일부는, 상기 냉각 공기의 부분적인 스트림들 중 적어도 2 개의 스트림들이 서로 병렬로 접속된 후 상기 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 상기 캐비닛 하우징 (406) 의 상기 제 2 애퍼처 (520) 를 통하여 함께 상기 캐비닛을 떠나도록 각각 상기 가이딩 구조 (615) 에 의해, 상기 입구 (614) 를 통해 그들의 전용 모듈 (102) 내로 흘러, 상기 전용 모듈 (102) 을 관통하여 상기 전용 모듈 (102) 의 상기 출구 (616) 로 흐를 수 있게 되며;
    상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 중 적어도 2 개의 모듈들은 각각의 모듈 (102) 의 동작 상태에서 각각의 모듈 (102) 의 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (202, 610) 에 의해 발생된 제 1 열부하를 수용하기 위한 증발기 (604) 를 포함하는 열사이펀 냉각기 (600) 를 각각 포함하며, 여기서 상기 열사이펀 냉각기 (600) 는 상기 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 상기 냉각 공기의 스트림에 상기 제 1 열부하의 대부분을 전달하기 위한 콘덴서 (602) 를 포함하는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 의 프로젝션은 각각 상기 캐비닛 (400) 의 수직 방향 (634) 및 수평 방향 (632) 에 의해 정의된 평면에서 배면 상에 배열되고, 상기 수직 방향 (634) 은 상기 수평 방향 (632) 에 대해 횡단하고;
    상기 냉각 공기는 상기 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 상기 평면에 대해 횡단하는 방향으로 흐르는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 은 상기 캐비닛 (400) 의 수직 방향 (634) 을 따라 서로의 위에 배열되고;
    상기 냉각 공기는 상기 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 상기 모듈들 (102) 을 통하여 상기 캐비닛 (400) 의 상기 수직 방향 (634) 에 대해 횡단하는 방향으로 흐르는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 은 상기 캐비닛 (400) 의 수평 방향 (632) 을 따라 서로 나란히 배열되고; 상기 수직 방향 (634) 은 상기 수평 방향 (632) 에 대해 횡단하고;
    상기 냉각 공기는 상기 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 상기 캐비닛 (400) 의 상기 수평 방향 (632) 에 대해 횡단하는 방향으로 흐르는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 3 개의 모듈들 (102) 은 적어도 하나의 모듈 로우 (row) 및 적어도 하나의 모듈 컬럼 (column) 을 가진 매트릭스 형태로 상기 캐비닛 하우징 (406) 에 배열되는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비닛 (400) 은 :
    상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 중 적어도 하나의 모듈 (102), 실시형태들에서는 적어도 2 개의 모듈들 (102) 및 모듈 블록 인클로저 (715) 를 포함하는 적어도 하나의 모듈 블록 (402) 을 더 포함하며;
    상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 은 커넥터 (1402) 를 통해 상기 적어도 하나의 모듈 블록 (402) 의 내부 또는 외부 중 적어도 하나로부터 전기적으로 접속가능하며;
    상기 모듈 블록 인클로저 (715) 는 상기 냉각 공기의 스트림을 수용하기 위한 제 1 포트 (508) 를 포함하고, 상기 모듈 블록 인클로저 (715) 는 상기 모듈들 (102) 각각의 상기 입구 (614) 에 상기 냉각 공기를 안내하기 위한 것이며, 상기 모듈 블록 인클로저 (715) 는 그 후 상기 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 상기 냉각 공기를 방출하기 위한 제 2 포트 (506) 를 포함하는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 모듈 블록 (402) 은 상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 과 함께 각각 제 1 가이딩 수단 (1320) 을 가지며, 상기 캐비닛은 제 2 가이딩 수단 (1321) 을 가지며, 상기 제 1 가이딩 수단 (1320) 및 상기 제 2 가이딩 수단 (1321) 은, 상기 적어도 하나의 모듈 블록 (402) 및 상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 이 상기 캐비닛 (400) 의 안밖으로 서랍형 (drawer-like) 방식으로 삽입가능 및 전개가능하도록 형성되는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 3 개의 모듈 블록들 (402) 은, 적어도 하나의 모듈 블록 로우 및 적어도 하나의 모듈 블록 컬럼을 가진 매트릭스 형태로 상기 캐비닛 하우징 (406) 에 배열되는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 모듈 블록 (402) 은 :
    a) 상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 중 적어도 하나의 모듈의 상기 입구 (614) 및 상기 제 1 포트 (508);
    b) 상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 중 적어도 하나의 모듈의 상기 출구 (616) 및 상기 제 2 포트 (506)
    중 적어도 하나에 배열되는 적어도 하나의 제 2 팬 (1900, 1902) 을 포함하는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 중 적어도 하나의 모듈은 :
    a) 상기 입구 (614), 및
    b) 상기 출구 (616)
    중 적어도 하나에 배열되는 적어도 하나의 제 1 팬 (2002) 을 포함하는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비닛 (400) 은 :
    a) 상기 제 1 애퍼처 (502), 및
    b) 상기 제 2 애퍼처 (520)
    중 적어도 하나에 배열된 적어도 하나의 제 3 팬 (404) 을 더 포함하는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기 (604) 는 상기 콘덴서 (602) 에 대하여 틸트 축 (622) 을 기준으로 대략 각도 (620), 특히 약 90도의 각도 (620) 틸팅되며, 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (607) 는, 상기 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (607) 가 상기 입구 (614) 와 상기 출구 (616) 사이에 위치하도록 상기 증발기 (604) 의 평면 형상의 제 2 면 (606) 에 열적으로 접속가능하며;
    상기 증발기 (604) 는 상기 증발기 (604) 의 상기 평면 형상의 제 2 면 (606) 의 하방 및 옆으로 연장된 복수의 제 1 도관들 (912) 을 포함하며;
    상기 콘덴서 (602) 는, 상기 냉각 공기의 대부분이 상기 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 상기 냉각 공기에 상기 제 1 열부하의 대부분을 전달하기 위해 상기 콘덴서 (602) 를 통하여 상기 콘덴서 (602) 의 평면 형상의 제 1 면 (601) 에 대해 횡단하는 흐름 방향 (510) 으로 흐르도록 상기 입구 (614) 와 상기 출구 (616) 사이에 배열되는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 중 적어도 하나의 모듈은 상기 적어도 하나의 전기 및/또는 전자 컴포넌트 (202, 610) 에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 전기 커패시터 (612) 를 포함하고;
    상기 적어도 하나의 전기 커패시터 (612) 에 의해 발생가능한 제 2 열부하의 대부분은 상기 캐비닛 (400) 의 동작 상태에서 상기 출구 (616) 를 통해 상기 냉각 공기에 의해 제거가능한, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기 커패시터 (612) 는 저부면 (611) 및 최상부면 (613) 을 가진 원통형 커패시터 바디 (609) 를 갖고, 상기 원통형 커패시터 바디 (609) 는 상기 저부면 (611) 으로부터 상기 최상부면 (613) 으로,
    a) 상기 모듈 (102) 의, 측면 방향 (630) 에 대해 횡단하는 수직 방향 (634) 으로, 또는
    b) 상기 적어도 2 개의 모듈들 (102) 각각의, 상기 측면 방향 (630) 에 대해 횡단하는 수평 방향 (632) 으로 연장되는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기 커패시터 (612) 는 상기 입구 (614) 와 :
    a) 상기 콘덴서 (602) 의 평면 형상의 제 1 면 (610), 및
    b) 상기 증발기 (604) 의 평면 형상의 제 2 면 (606)
    중 적어도 하나 사이에 배열되는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기 (604) 는 상기 증발기의 상기 평면 형상의 제 2 면 (606) 에 대해 수직으로 진행하는 제 2 메인 법선 방향 (605) 으로 연장된 최대 두께를 갖고, 여기서 상기 증발기 (604) 의 최대 두께는, 최대 두께 대 최대 폭 비가 상기 증발기 (604) 에 대해 평탄한 플레이트형 전체 외형을 부여하도록 상기 제 2 메인 법선 방향 (605) 에 대해 수직으로 진행하는 측면 방향으로 연장된 상기 증발기 (604) 의 최대 전체 폭보다 작은, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 증발기 (604) 의 상기 최대 두께 대 최대 폭 비는 약 1:2 내지 약 1:a 의 범위에 있으며, 여기서 a 는 적어도 5, 바람직하게는 적어도 10 인, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콘덴서 (602) 는 상기 콘덴서 (602) 의 상기 평면 형상의 제 1 면 (601) 에 대해 수직으로 진행하는 제 1 메인 법선 방향 (603) 으로 연장된 최대 두께를 갖고, 여기서 상기 콘덴서 (602) 의 최대 두께는, 최대 두께 대 최대 폭 비가 상기 콘덴서 (602) 에 대해 평탄한 플레이트형 전체 외형을 부여하도록 상기 제 1 메인 법선 방향 (603) 에 대해 수직으로 진행하는 측면 방향으로 연장된 상기 콘덴서 (602) 의 최대 전체 폭보다 작은, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 콘덴서 (602) 의 상기 최대 두께 대 최대 폭 비는 약 1:2 내지 약 1:b 의 범위에 있으며, 여기서 b 는 적어도 5, 바람직하게는 적어도 10 인, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기 (604) 의 상기 복수의 제 1 도관들 (912) 은, 냉각수가 대류 비등 (convection boiling) 에 의해 기화가능하도록 디멘져닝되는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발기 (604) 는 상기 복수의 제 1 도관들 (912) 에 기계적으로 및 열적으로 접속되는 열 전달 엘리먼트 (900) 를 포함하며;
    상기 평면 형상의 제 2 면 (606) 은 상기 열 전달 엘리먼트 (900) 상에 제공되는, 전기 및/또는 전자 시스템 (200).
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