带有具有热虹吸冷却器组件的模块的机柜制造技术

本发明专利技术涉及带有具有热虹吸冷却器组件的模块的机柜。本发明专利技术涉及冷却电气和/或电子构件，具体而言，涉及具有机柜的电气和/或电子系统，机柜包括机柜壳体，机柜壳体包括用于接收冷却空气流的第一孔口。机柜壳体包括用于此后在机柜的运行状态中释放冷却空气的第二孔口。在机柜提供至少两个模块，它们各自包括具有入口和出口的引导结构。该至少两个模块布置在机柜壳体中，使得流过所述机柜壳体的第一孔口的冷却空气的主要部分的分支能够在引导结构的引导下经由入口流到各个模块中，通过专用模块到达出口，以及此后通过第二孔口离开机柜壳体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从机柜中的电气和电子构件中移除热。具体而言，本专利技术涉及具有机柜的电气和/或电子系统，机柜包括各自具有热虹吸冷却器的至少两个模块。
技术介绍
在运行中必须冷却电气和电子装置或系统，以便避免装置(具体而言，具有机柜的电气和/或电子系统中的电气和电子装置)的极端温度和随之引起的失效。电气和电子应用的特征不仅在于装置有高的发热速率，而且还在于高的功率密度，即，热通量。通过使用大量同样的单元，可用模块化的方式建立待插入机柜中的中压功率电子转换器，以有利于有柔性和经济的生产、对顾客而言专有的构造和维护。功率转换器的一种拓扑可由大量相同的基元(cell)组成，其中，各个基元在功能上由两个开关和一个电容器组成。开关可为具有反并联二级管的IGBT。可获得呈IGBT模块的形式的两种开关。可平联地放置若干个IGBT模块，以提高电流定额。用于冷却机柜中的电气或电子装置的空气冷却系统可包括从底板延伸的成阵列的翅片，并且可能需要用于强制对流的至少一个风扇，以便通过将热卸放到远离电气或电子装置的位置来减小电气或电子装置的热负荷。
技术实现思路
本专利技术的目标可看作允许从电气和/或电子构件中进行改进的、高效的热移除。此目标由根据独立权利要求的具有机柜的电气和/或电子系统实现，机柜包括至少两个模块，该至少两个模块各自具有热虹吸冷却器。根据从属权利要求，另外的实施例是明显的。根据本专利技术的实施例，提供一种具有机柜的电气和/或电子系统。机柜的机柜壳体包括用于接收冷却空气流的第一孔口，并且包括用于此后在机柜的运行状态中释放冷却空气的第二孔口。机柜进一步包括至少两个模块，各个模块包括具有入口和出口的引导结构。至少两个模块布置在机柜壳体中，使得流过所述机柜壳体的第一孔口的冷却空气的主要部分被分成冷却空气的分流，引导结构能够相应地使分流中的至少一些经由入口流到各个模块中，通过它们的专用模块到达专用模块的出口，使得在机柜的运行状态中，冷却空气的分流中的至少两个彼此并行地连接，以及此后通过机柜壳体的第二孔口共同离开机柜。所述至少两个模块中的至少两个各自包括热虹吸冷却器，热虹吸冷却器包括用于接收各个模块的至少一个电气和/或电子构件在各个模块的运行状态中产生的第一热负荷的蒸发器，并且该热虹吸冷却器包括用于在机柜的运行状态中将所述第一热负荷的大部分传递给所述冷却空气的冷凝器。用语“大部分”可理解为大于50%的量。模块可为功率模块。模块可为单元基元。机柜可为机架。热虹吸冷却器可为两相冷却器，其中，蒸发器和冷凝器形成环路型热虹吸器，环路型热虹吸器包括冷却剂，在模块的运行状态中，当冷却剂加热到超过冷却剂的蒸发点时，冷却剂至少部分地在液体状态和气态状态之间变相。冷凝器可具有多个第一管道，在模块的运行状态中，该多个第一管道沿横向于地球重力的工作方向延伸的方向延伸，并且在模块的运行状态中，呈液体状态的冷却剂的重心可位于冷凝器的多个第一管道下方。换句话说，提供一种具有机柜的电气和/或电子系统，其中，冷却空气通过机柜前侧被吸入，通过第一孔口以及通过模块门或各个模块的入口，它们可在保护性入口格栅附近包含过滤器，其中，冷却空气然后被吸过各个模块且被吸出模块出口，以及然后向上，朝向机柜顶侧，风扇可位于机柜顶侧。这种空气流布置会产生非常短的空气流径，而且节约空间。因而，可充分地冷却各个模块的电气和/或电子构件(诸如IGBT模块和电容器)，以限制构件温度，以及达到所需寿命。上面提到的具有机柜的电气和/或电子系统使得能够以简单且经济的方式冷却机柜中的模块。模块可包括IGBT和电容器，其中，IGBT可具有较大的损耗密度，从而需要高的冷却功率。在模块中使用热虹吸冷却器来冷却IGBT使得能够实现高的冷却功率，例如类似于水冷却，其中，在没有泵的情况下建立热虹吸，并且因此它是廉价的，而且可能不需要维护。在热虹吸冷却器中，热可从模块的内部的电气和/或电子构件(诸如IGBT和/或电容器(一个或多个))传递到蒸发器，然后被两相流体从蒸发器传输到冷凝器，并且进一步从冷凝器传送到机柜的内部的通道，以及在经过机柜的第二孔口之后，从那里传送到环境空气。冷凝器必须位于蒸发器上方，使得浮力可驱动热虹吸内的流。在模块内提供从模块前侧处的入口通过模块到达模块后侧处的出口的冷却空气流。在机柜的运行状态中，冷却空气可流过模块的顶部部分，其中，电容器布置在空气流中的顶部部分处，热虹吸的冷凝器也是如此，并且电气和/或电子构件(一个或多个)(诸如IGBT)与蒸发器一起布置在模块的底部部分处，蒸发器冷却在冷却空气流的外部的构件(一个或多个)。因而冷却空气流可不被蒸发器打扰，并且可高效地冷却电容器和冷凝器。由于模块的底部部分的大部分都是空的，所以可限制或降低模块紧凑性和机柜紧凑性。可通过使用总的模块高度来容纳电容器而改进模块紧凑性和机柜紧凑性，从而使得与仅在模块的顶部部分中的电容器的布置相比，模块能够不那么宽或不那么深，并且从而减小模块体积，以及提高相同数量的电容器的紧凑性。根据本专利技术的一方面，至少两个模块的投影布置在由机柜的竖向方向和水平方向限定的平面上的后部面上，竖向方向横向于水平方向。投影要理解为至少两个模块在由机柜的竖向方向和水平方向限定的投影平面上的图案。因此，至少两个模块可沿水平方向的方向相对于彼此移位，而不偏离本专利技术的要点。在机柜的运行状态中，冷却空气沿横向于所述平面的方向流动。如果期望在具有至少两个模块的机柜的内部有紧凑和高效的冷却，则可通过提供这种电气和/或系统来实现此目标，其中，该至少两个模块布置在一平面上，并且冷却空气横向于该平面或朝向该平面流动，使得冷却空气的主要部分(例如大于50%)可传送通过模块，从各个模块的前部通过模块，并且经由出口到达模块的后部，并且在空气对流的作用下到达机柜的第二孔口以及到达周围环境。根据本专利技术的另一方面，至少两个模块沿着机柜的竖向方向布置成一个在另一个顶上，并且在机柜的运行状态中，冷却空气沿横向于机柜的竖向方向的方向流动。如果期望实现具有可高效地冷却的机柜的紧凑式电气和/或电子系统，则可通过以下方式来实现这一点，即，在机柜的内部沿着竖向方向将至少两个模块布置成一个在另一个顶上，以及使得流过机柜的第一孔口的冷却空气沿横向于竖向方向的方向朝着模块流动，使得冷却空气的主要部分流过各个模块。因而，模块可以节约空间的方式布置在机柜壳体的内部，同时允许流过第一孔口的冷却空气的主要部分流过各个模块。如有需要，可一个在另一个顶上地添加额外的模块，以提高机柜的性能，同时为各个模块提供高效冷却。根据本专利技术的另一方面，至少两个模块沿着机柜的水平方向彼此并排地布置，其中，竖向方向横向于水平方向。在机柜的运行状态中，冷却空气沿横向于机柜的水平方向的方向流动。通过在机柜的内部对模块提供这种布置，可实现下者:流过机柜的入口的冷却空气可高效地冷却各个模块，并且同时在机柜的内部实现模块的紧凑布置。如果期望机柜的内部具有柔性的模块布置，同时提供经济的冷却，则至少两个模块可沿着机柜的横向方向彼此并排地布置，其中，横向方向横向于竖向方向和水平方向，其中，在机柜的运行状态中，冷却空气沿横向于机柜的横向方向的方向流动。根据本专利技术的另一方面，至少两个模块以具有至少一个模块排和至少一个模块列的矩阵形式布置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有机柜(400)的电气和/或电子系统(200)，所述机柜(400)包括：机柜壳体(406)，其包括用于接收冷却空气的流的第一孔口(502)，并且包括用于此后在所述机柜(400)的运行状态中释放所述冷却空气的流的第二孔口(520)；至少两个模块(102)，各个模块(102)包括具有入口(614)和出口(616)的引导结构(615)；其中，所述至少两个模块(102)布置在所述机柜壳体(406)中，使得流过所述机柜壳体(406)的第一孔口(502)的冷却空气的流的主要部分被分成冷却空气的分流，所述引导结构(615)相应地使得所述分流中的至少一些能够经由所述入口(614)流到它们的专用模块(102)中，通过专用模块(102)到达专用模块(102)的出口(616)，使得在所述机柜(400)的运行状态中，所述冷却空气的分流中的至少两个彼此并行地连接，以及此后通过所述机柜壳体(406)的第二孔口(520)共同离开所述机柜；其中，所述至少两个模块(102)中的至少两个各自包括热虹吸冷却器(600)，所述热虹吸冷却器(600)包括用于在各个模块(102)的运行状态中接收由各个模块(102)的至少一个电气和/或电子构件(202，610)产生的第一热负荷的蒸发器(604)，并且所述热虹吸冷却器(600)包括用于在所述机柜(400)的运行状态中将所述第一热负荷的大部分传递给所述冷却空气的流的冷凝器(602)。...

【技术特征摘要】
2011.10.31 EP 11187277.61.一种具有机柜(400)的电气和/或电子系统(200),所述机柜(400)包括: 机柜壳体(406)，其包括用于接收冷却空气的流的第一孔口(502)，并且包括用于此后在所述机柜(400)的运行状态中释放所述冷却空气的流的第二孔口(520)； 至少两个模块(102)，各个模块(102)包括具有入口(614)和出口(616)的引导结构(615)； 其中，所述至少两个模块(102)布置在所述机柜壳体(406)中，使得流过所述机柜壳体(406)的第一孔口(502)的冷却空气的流的主要部分被分成冷却空气的分流，所述引导结构(615)相应地使得所述分流中的至少一些能够经由所述入口(614)流到它们的专用模块(102)中，通过专用模块(102)到达专用模块(102)的出口(616)，使得在所述机柜(400)的运行状态中，所述冷却空气的分流中的至少两个彼此并行地连接，以及此后通过所述机柜壳体(406)的第二孔口(520)共同离开所述机柜； 其中，所述至少两个模块(102)中的至少两个各自包括热虹吸冷却器(600)，所述热虹吸冷却器(600)包括用于在各个模块(102)的运行状态中接收由各个模块(102)的至少一个电气和/或电子构件(202,610)产生的第一热负荷的蒸发器(604),并且所述热虹吸冷却器(600)包括用于在所述机柜(400)的运行状态中将所述第一热负荷的大部分传递给所述冷却空气的流的冷凝器(602)。2.根据权利要求1所述的电气和/或电子系统(200)， 其中，所述至少两个模块(1 02)的投影各自布置在由所述机柜(400)的竖向方向(634)和水平方向(632)限定的平面上的后部面上，所述竖向方向(634)横向于所述水平方向(632);以及 其中，在所述机柜(400)的运行状态中，所述冷却空气沿横向于所述平面的方向流动。3.根据权利要求1或2所述的电气和/或电子系统(200)， 其中，所述至少两个模块(102)沿着所述机柜(400)的竖向方向(634)布置成一个在另一个顶上；以及 其中，在所述机柜(400)的运行状态中，所述冷却空气沿横向于所述机柜(400)的竖向方向(634)的方向流过所述模块(102)。4.根据前述权利要求中的任一项所述的电气和/或电子系统(200)， 其中，所述至少两个模块(102)沿着所述机柜(400)的水平方向(632)彼此并排地布置；所述竖向方向(634)横向于所述水平方向(632);以及 其中，在所述机柜(400)的运行状态中，所述冷却空气沿横向于所述机柜(400)的水平方向(632)的方向流动。5.根据前述权利要求中的任一项所述的电气和/或电子系统(200)， 其中，至少三个模块(102)以具有至少一个模块排和至少一个模块列的矩阵形式布置在所述机柜壳体(406)中。6.根据前述权利要求中的任一项所述的电气和/或电子系统(200)，其特征在于，所述机柜(400)进一步包括: 至少一个模块块(402)，其包括所述至少两个模块(102)中的至少一个模块(102)，在实施例中为所述至少两个模块(102)中的至少两个模块(102)，以及模块块封罩(715)； 其中，所述至少两个模块(102)能够通过在所述模块块(402)的内侧或外侧中的至少一侧的连接器(1402)而电连接；以及 其中，所述模块块封罩(715)包括用于接收所述冷却空气的流的第一端口(508)，所述模块块封罩(715)用于将所述冷却空气引导到所述模块(102)中的各个的入口(614)，以及其中，所述模块块封罩(715)包括用于此后在所述机柜(400)的运行状态中释放所述冷却空气的第二端口(506)。7.根据权利要求6所述的电气和/或电子系统(200)， 其中，所述至少一个模块块(402)以及所述至少两个模块(102)各自具有第一引导器件(1320)，以及其中，所述机柜具有第二引导器件(1321)，所述第一引导器件(1320)和所述第二引导器件(1321)形成为使得所述至少一个模块块(402)和所述至少两个模块(102)能够以类似抽屉的方式插入和伸出所述机柜(400)。8.根据权利要求6或7所述的电气和/或电子系统(200)， 其中，至少三个模块块(402)以具有至少一个模块块排和至少一个模块块列的矩阵形式布置在所述机柜壳体(406)中。9.根据权利要求6至8中的任一项所述的电气和/或电子系统(200)， 其中，所述模块块(4 02)包括布置在下者中的至少一个处的至少一个第二风扇(1900，1902): a)所述第一端口(508)和所述至少两个模块(102)中的至少一个的入口(614)； b)所述第二端口(506)和所述至少两个模块(102)中的至少一个的出口(616)。10.根据前述权利要求中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：D科泰特，F阿戈斯蒂尼，T格拉丁格，A弗格利，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：