[發明專利]帶有具有熱虹吸冷卻器組件的模塊的機柜

有效

• 申請號: 201210426484.7
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103096693A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: D.科泰特;F.阿戈斯蒂尼;T.格拉丁格;A.弗格利
• 申請（專利權）人: ABB技術有限公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;嚴志軍

技術領域

本發明涉及從機柜中的電氣和電子構件中移除熱。具體而言，本發明涉及具有機柜的電氣和/或電子系統，機柜包括各自具有熱虹吸冷卻器的至少兩個模塊。

背景技術

在運行中必須冷卻電氣和電子裝置或系統，以便避免裝置(具體而言，具有機柜的電氣和/或電子系統中的電氣和電子裝置)的極端溫度和隨之引起的失效。電氣和電子應用的特征不僅在于裝置有高的發熱速率，而且還在于高的功率密度，即，熱通量。

通過使用大量同樣的單元，可用模塊化的方式建立待插入機柜中的中壓功率電子轉換器，以有利于有柔性和經濟的生產、對顧客而言專有的構造和維護。功率轉換器的一種拓撲可由大量相同的基元(cell)組成，其中，各個基元在功能上由兩個開關和一個電容器組成。開關可為具有反并聯二級管的IGBT。可獲得呈IGBT模塊的形式的兩種開關。可平聯地放置若干個IGBT模塊，以提高電流定額。

用于冷卻機柜中的電氣或電子裝置的空氣冷卻系統可包括從底板延伸的成陣列的翅片，并且可能需要用于強制對流的至少一個風扇，以便通過將熱卸放到遠離電氣或電子裝置的位置來減小電氣或電子裝置的熱負荷。

發明內容

本發明的目標可看作允許從電氣和/或電子構件中進行改進的、高效的熱移除。

此目標由根據獨立權利要求的具有機柜的電氣和/或電子系統實現，機柜包括至少兩個模塊，該至少兩個模塊各自具有熱虹吸冷卻器。根據從屬權利要求，另外的實施例是明顯的。

根據本發明的實施例，提供一種具有機柜的電氣和/或電子系統。機柜的機柜殼體包括用于接收冷卻空氣流的第一孔口，并且包括用于此后在機柜的運行狀態中釋放冷卻空氣的第二孔口。機柜進一步包括至少兩個模塊，各個模塊包括具有入口和出口的引導結構。至少兩個模塊布置在機柜殼體中，使得流過所述機柜殼體的第一孔口的冷卻空氣的主要部分被分成冷卻空氣的分流，引導結構能夠相應地使分流中的至少一些經由入口流到各個模塊中，通過它們的專用模塊到達專用模塊的出口，使得在機柜的運行狀態中，冷卻空氣的分流中的至少兩個彼此并行地連接，以及此后通過機柜殼體的第二孔口共同離開機柜。所述至少兩個模塊中的至少兩個各自包括熱虹吸冷卻器，熱虹吸冷卻器包括用于接收各個模塊的至少一個電氣和/或電子構件在各個模塊的運行狀態中產生的第一熱負荷的蒸發器，并且該熱虹吸冷卻器包括用于在機柜的運行狀態中將所述第一熱負荷的大部分傳遞給所述冷卻空氣的冷凝器。

用語“大部分”可理解為大于50%的量。模塊可為功率模塊。模塊可為單元基元。機柜可為機架。熱虹吸冷卻器可為兩相冷卻器，其中，蒸發器和冷凝器形成環路型熱虹吸器，環路型熱虹吸器包括冷卻劑，在模塊的運行狀態中，當冷卻劑加熱到超過冷卻劑的蒸發點時，冷卻劑至少部分地在液體狀態和氣態狀態之間變相。冷凝器可具有多個第一管道，在模塊的運行狀態中，該多個第一管道沿橫向于地球重力的工作方向延伸的方向延伸，并且在模塊的運行狀態中，呈液體狀態的冷卻劑的重心可位于冷凝器的多個第一管道下方。

換句話說，提供一種具有機柜的電氣和/或電子系統，其中，冷卻空氣通過機柜前側被吸入，通過第一孔口以及通過模塊門或各個模塊的入口，它們可在保護性入口格柵附近包含過濾器，其中，冷卻空氣然后被吸過各個模塊且被吸出模塊出口，以及然后向上，朝向機柜頂側，風扇可位于機柜頂側。這種空氣流布置會產生非常短的空氣流徑，而且節約空間。因而，可充分地冷卻各個模塊的電氣和/或電子構件(諸如IGBT模塊和電容器)，以限制構件溫度，以及達到所需壽命。

上面提到的具有機柜的電氣和/或電子系統使得能夠以簡單且經濟的方式冷卻機柜中的模塊。模塊可包括IGBT和電容器，其中，IGBT可具有較大的損耗密度，從而需要高的冷卻功率。在模塊中使用熱虹吸冷卻器來冷卻IGBT使得能夠實現高的冷卻功率，例如類似于水冷卻，其中，在沒有泵的情況下建立熱虹吸，并且因此它是廉價的，而且可能不需要維護。在熱虹吸冷卻器中，熱可從模塊的內部的電氣和/或電子構件(諸如IGBT和/或電容器(一個或多個))傳遞到蒸發器，然后被兩相流體從蒸發器傳輸到冷凝器，并且進一步從冷凝器傳送到機柜的內部的通道，以及在經過機柜的第二孔口之后，從那里傳送到環境空氣。冷凝器必須位于蒸發器上方，使得浮力可驅動熱虹吸內的流。在模塊內提供從模塊前側處的入口通過模塊到達模塊后側處的出口的冷卻空氣流。