FI122741B

FI122741B - Tehomuuttajan tehokomponenttien jäähdytys

Info

Publication number: FI122741B
Application number: FI20060868A
Authority: FI
Inventors: Osmo Miettinen; Juha Norrena
Original assignee: Vacon Oyj
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2012-06-15
Also published as: EP1906447A2; EP1906447A3; FI20060868A0; US20080078529A1; FI20060868A

Description

TEHOMUUTTAJAN TEHOKOMPONENTTIEN JÄÄHDYTYS

Tekniikan ala i 5 Tämän keksinnön kohteena on tehomuuttajan tehokomponenttien jäähdytysjärjestely, jossa on jäähdytin, jossa on metallinen runko, jolle teho-komponentit on sovitettavissa, ja rungon sisään sovitettu jäähdytysputkisto läm-pötehon poistamiseksi tehokomponenteista viilaavan jäähdytysväliaineen avulla, ja jäähdytysputkistoon liitetty lauhdutin, jolla lämpöteho on siirrettävissä pois 10 jäähdytysputkistosta, jossa jäähdyttimessä ja lauhduttimessa on yhtenäinen metallinen runko, jossa toinen osa toimii jäähdytinosana ja toinen osa lauhdu-tinosana.

i \

Tunnettu tekniikka 15

Perinteisesti taajuusmuuttajissa puolijohdetehokomponentit, kuten IGBT:t on sovitettu jäähdytyslevylle, joka siirtää lämpötehon edelleen esimerkiksi jäähdytysputkiston ja siinä virtaavan jäähdytysnesteen avulla edelleen erilliseen lauhduttimeen, jossa lämpöteho voidaan siirtää jäähdytysnesteestä il-20 maan.

Tunnetun tekniikan mukaisissa ilmajäähdytysratkaisuissa puolijoh-dekomponentin pistemäinen häviöteho hävitetään vain pienellä puolijohdekomponentin lähellä olevalla jäähdytyslevyn alueella, jolloin jäähdytys on suhteelli-sen tehotonta (kuvio 1).

25

Keksinnön yhteenveto f ^ Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen oj jäähdytysjärjestely taajuusmuuttajan tehokomponenteille.

i 0 30 Keksinnön mukaisesti rungon sisälle on sovitettu jäähdyttimen ja g lauhduttimen yhteinen jäähdytysputkisto viilaavaa jäähdytysväliainetta varten, 1 joka on nestettä, ja jossa jäähdytysväliaineputkistossa on kanavia suljetun nes- “ tekierron järjestämiseksi, ja jäähdytysjärjestelyssä on pumppu väliaineena ole- g van nesteen kierrättämiseksi, ja kanaviin on järjestetty turbulaattoreita lämmön- § 35 siirron parantamiseksi, o

(M

Runko voi muodostua yhdestä kappaleesta tai sitten useammasta yhteenliitetystä runkokappaleesta.

; 2

Turbulaattori on esim. kierrejousen tapainen lisäosa, joka saa aikaan nestevirtauksen pyörimisen eli turbulenssin kanavassa millä on edullinen vaikutus lämmönsiirtoon. Jäähdytysväliaine voi olla myös alipaineistettua vettä, joka kiehuu jäähdytinosassa ja nesteytyy lauhdutinosassa (lämpöputki), ja jossa 5 neste/höyrykierto osien välillä tapahtuu ilman pumppua. Lauhdutinosaan voi olla liitetty rivasto lämpötehon siirtämiseksi ilmakanavaan esimerkiksi puhaltimella pakotettuna. Lauhdutinosaan voi myös olla liitetty erillinen neste-elementti lämpötehon siirtämiseksi ulkoiseen nestekiertoon.

Jäähdytyslaitteiston runko voi samalla toimia koko muuttajalaitteen 10 runkona.

Yksityiskohtaisesti keksinnön mukaiselle ratkaisulle tunnusomaiset piirteet on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön avulla saadaan erittäin kompakti ja tehokas jäähdytys-järjestely taajuusmuuttajan tehokomponentteja varten. Erityisesti keksinnön 15 avulla voidaan pistemäinen häviöteho haihduttaa koko jäähdytyspinta-ala hyödyntäen, jolloin jäähdytys merkittävästi tehostuu.

Piirustusten lyhyt kuvaus 20 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää häviötehon siirtymistä tunnetun tekniikan mukaiseen ilmajäähdyttimeen f kuvio 2 esittää keksinnön mukaista häviötehon siirtymistä ilma-25 jäähdyttimeen kuvio 3 esittää perspektiivikuvana keksinnön mukaista teho-muuttajan jäähdytyslaitteistoa, ja o kuvio 4 esittää toista keksinnön mukaista tehomuuttajan jäähdytys- r-L laitteistoa.

o § 30

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus ϋ O.

Kuviossa 1 on esitetty kuinka häviöteho siirtyy jäähdyttimeen tunne- o tun tekniikan mukaisessa ilmajäähdyttimessä 1. Häviöteho syntyy teho- o 35 moduulin 2 sisältämässä tehopuolijohdepalassa 3, josta se tunnetusti siirtyy C\l jäähdyttimen sisällä tietyssä kulmassa kohti jäähdytysripoja. Näinollen vain tietty osa jäähdyttimen rivoituksesta toimii tehokkaasti (varjostettu osa 4).

[ ? j j l : t .

3

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisen jäähdytysratkaisun periaate. Siinä tehomoduulin alla olevaan yhtenäiseen metallirunkoon 1 on sijoitettu nestettä sisältävä putki 4, joka siirtää tehopuolijohdepalan 3 häviötehon lauhdutinosaan 5, jonka koko jäähdytyspinta-ala tulee hyödynnetyksi koko rivoi-5 tusalueelle ulottuvan nesteputken ansiosta.

Kuvio 3 esittää erästä käytännön sovellusmuotoa keksinnön mukaisesta taajuusmuuttajan jäähdytyslaitteistosta taajuusmuuttajan tehoasteen te-hokomponenttien 10, tyypillisesti tehopuolijohdekytkimien, esim. IGBT, jäähdyttämiseksi. Laitteistossa jäähdytysratkaisun runko-osa on yhtenäinen suorakul-10 mainen metalliosa 11, jossa on päällipinnat 111, joista toiselle puolijohdekytki-met on sijoitettu, päätypinnat 112, ja sivupinnat 113, ja jossa toinen puoli toimii jäähdyttimenä 12, jolla aikaansaadaan lämpötehon siirto tehokomponenteista nesteeseen, ja toinen puoli lauhduttimena 13, jonka avulla aikaansaadaan lämpötehon siirto nesteestä ilmaan (ns. ensiöjäähdytys I. primary cooling), ja jonka 15 sisällä on tabulaattorilla 14 varustettuja yhdensuuntaisia ja pitkittäissuuntaisia (ks. nuoli jäähdytinosan ja lauhdutinosan välillä) kanavia 15 suljetun jäähdytys-nestekierron järjestämiseksi päiden välille, jolloin saadaan aikaan jäähdyttimen sisäinen nestekierto. Kanavien lisäksi voi olla paisuntasäiliö esim. lauhduttimen päässä. Neste voi olla vettä, jota kierrätetään pumpulla 16, jossa on runko-osa 20 17, joka on sivupinnastaan liitetty laitteiston metallirunkoon 11 sen sivulle.

Neste voi olla myös alipaineistettua vettä, joka kiehuu jäähdy- tinosassa ja nesteytyy lauhdutinosassa lämpöputkien ja lämmityslaitteiston avulla, ja jossa neste/höyrykierto osien välillä tapahtuu ilman pumppua. Neste- /höyrykierto voidaan toteuttaa myös muulla tarkoitukseen sopivalla tavalla.

25 Lauhdutinosaan 13 on liitetty toiseen päällipintaan tai molempiin päällipintoihin (ylä- ja alapinnat) metallinen rivasto 17 lämpötehon siirtämiseksi ilmakanavaan puhaltimella pakotettuna.. Lauhdutinosaan voi vaihtoehtoisesti ^ olla liitetty esimerkiksi erillinen neste-elementti lämpötehon siirtämiseksi ulkoi- o cv seen nestekiertoon.

o 30 Kuviossa 4 on esitetty toinen keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston § sovellutusmuoto, jossa on kaksi suorakulmaista runko-osaa 21 ja 31, joissa on x päällipinnat 211, 311, päätypinnat 212, 312 ja sivupinnat 213, 313, ja jossa run ko-osat on liitetty tiiviisti yhteen toisen osan päätypinnasta 212 ja toisen osan 00 <g päällipinnasta 311, ja jossa kummassakin runko-osassa on sisällä jäähdytyskö 35 putkisto siten, että ne yhteenliitettyinä muodostavat yhtenäisen jäähdytysputkis- ° ton. Toisen runko-osan päällipintaan on järjestetty IGBT:t, joka toimii jäähdytti menä, ja toisen runko-osan toiseen päällipintaan jäähdytysrivasto, joka voi ' : ' i \ 4 koostua kahdesta erillisestä rivasto-osasta 27, 37, ja joka siis toimii lauhdutti-mena.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyyn esimerkkiin, vaan ne voivat vaihdella 5 jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa. Jäähdytysrivaston sijasta voidaan käyttää myös muita lauhdutinratkaisuja (ns. toisiojäähdytys I. secondary cooling). Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaakin toisiojäähdytyslaitteis-ton varioinnin sovellutuksesta ja käyttökohteesta riippuen mahdollisimman myöhäisessä vaiheessa, eikä keksinnön mukaisessa ratkaisussa tarvita erilaisia 10 rakenteita toisiojäähdytystä varten.

: : δ c\j o

CD

O

X

en

CL

00

CD

00

O

CD

O

(M

Claims

1. Tehomuuttajan tehokomponenttien (10) jäähdytysjärjestely, jossa on jäähdytin (12), jossa on metallinen runko, jolle tehokomponentit on sovitetta-5 vissa, ja rungon sisään sovitettu jäähdytysputkisto lämpötehon poistamiseksi tehokomponenteista virtaavan jäähdytysväliaineen avulla, ja jäähdytysputkis-toon liitetty lauhdutin (13), jolla lämpöteho on siirrettävissä pois jäähdytysputkis-tosta, jossa jäähdyttimessä ja lauhduttimessa on yhtenäinen metallinen 10 runko (11,21,31), jossa toinen osa toimii jäähdytinosana ja toinen osa lauhdu-tinosana, tunnettu siitä, että rungon sisälle on sovitettu jäähdyttimen ja lauhduttimen yhteinen jäähdytysputkisto virtaavaa jäähdytysväliainetta varten, 15 jäähdytysväliaine on nestettä, jäähdytysväliaineputkistossa on kanavia (15) suljetun nestekierron järjestämiseksi, jäähdytysjärjestelyssä on pumppu (16) väliaineena olevan nesteen kierrättämiseksi, ja 20 kanaviin on järjestetty turbulaattoreita (14) lämmönsiirron paranta miseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytysjärjestely, tunnettu siitä, että lauhdutinosaan on liitetty rivasto (17, 27, 25 37) lämpötehon siirtämiseksi ilmakanavaan esimerkiksi puhaltimella pakotettu na. ___

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytysjärjestely, o tunnettu siitä, että lauhdutinosaan on liitetty erillinen neste en ^ elementti lämpötehon siirtämiseksi ulkoiseen nestekiertoon. i oo 30 (M

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jäähdytysjärjes tely, 00 3 oo tunnettu siitä, että jäähdytysjärjestelyn runko on samalla koko o § muuttajalaitteen runko tai osa sitä. o ^ 35

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen jäähdytysjärjes- tely, tunnettu siitä, että runko muodostuu kahdesta tai useammasta yhteen liitetystä runko-osasta (21, 31), jotka on liitetty kiinni toisiinsa vastepin-5 noista ja joissa on toisiinsa sovitetut jäähdytysputkisto-osat.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen jäähdytysjärjestely, tunnettu siitä, että runko muodostuu yhdestä runkokappaleesta. δ (M i (M 00 (M X en CL 00 CD 00 O CD O O (M