(57)【要約】  複数の発熱部品を冷却するためのポンプループ冷却システムであり、複数の第１発熱部品と、第１発熱部品に熱接触する少なくとも１つの熱交換器とを有し、第１熱交換器は、熱交換器を通って流れる冷却剤を介して第１発熱部品からの熱を吸収する。また、このシステムは、複数の第２発熱部品、第２発熱部品を空気冷却するための冷却機、および、熱交換器および冷却機から冷却剤を受け取り凝縮させるための凝縮器を含む。ポンプがシステムを通るように冷却剤を循環させる。ポンプは、凝縮器により凝縮された冷却剤を受け取り、冷却剤を熱交換器および冷却剤にポンプ移送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプループ冷却システムであって、
複数の第１発熱部品、および前記第１発熱部品に熱接触する少なくとも１つの熱交換器を有し、前記熱交換器は、前記熱交換器を通る冷却剤を介して前記第１発熱部品から熱を吸収するためのものであり、
前記システムはさらに、複数の第２発熱部品と、
前記第２発熱部品を空気冷却するための冷却機と、
前記熱交換器および前記冷却機から冷却剤を受け取り、受け取った冷却剤を凝縮させるための凝縮器と、
前記システムを通るように冷却剤を循環させるポンプと、を有し、前記ポンプは、前記凝縮器により凝縮された冷却剤を受け取り、前記冷却剤を前記熱交換器および前記冷却機へポンプ移送する、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記第１発熱部品、前記熱交換器、および前記第２発熱部品は、第１環境内に位置し、前記凝縮器は冷却剤により吸収された熱を第２環境に放出する、システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムであって、前記熱交換器および前記冷却機は互いに並列である、システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステムであって、前記システムは、前記第１発熱部品のそれぞれに熱接触する複数の熱交換器を有する、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記複数の熱交換器は互いに並列である、システム。
【請求項６】
請求項４に記載のシステムであって、前記複数の熱交換器は互いに直列に連結される、システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステムであって、さらに、前記熱交換器および／または前記冷却機への冷却剤の流れを制御する第１流れ制限器を有する、システム。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステムであって、さらに、前記熱交換器への冷却剤の流れを制御する第１流れ制限器、および前記冷却機への冷却剤の流れを制御する第２流れ制限器を有する、システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、前記第１流れ制限器は、前記ポンプと前記熱交換器との間に配置され、前記第２流れ制限器は、前記ポンプと前記冷却機との間に配置される、システム。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか一項に記載のシステムであって、前記流れ制限器の少なくとも１つは可変流れ制限器である、システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のシステムであって、さらに、前記凝縮器から冷却剤を受け取り、前記ポンプへ冷却剤を供給するためのリザーバを有する、システム。
【請求項１２】
請求項２乃至１１のいずれか一項に記載のシステムであって、前記複数の第１発熱部品は、前記第１環境内のハウジング内に配置される、システム。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のシステムであって、前記複数の第１発熱部品は、パワー発生電子部品を有する、システム。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のシステムであって、前記複数の第２発熱部品は、低パワー電子部品を有する、システム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムであって、さらに、前記冷却機により冷却される空気を循環させるファンを有する、システム。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のシステムであって、前記ポンプは前記第１環境内に位置する、システム。
【請求項１７】
ポンプループ冷却システムであって、前記システムは、
複数の電子部品を収容する容器と、前記電子部品と熱接触する熱交換器と、を有し、前記熱交換器は、前記熱交換器を通ってポンプ移送される冷却剤を介して前記電子部品を冷却するためのものであり、前記システムはさらに、空気冷却される電気部品と、前記空気冷却される電気部品を冷却するために前記容器内で空気を冷却するための冷却機と、を有し、
前記システムはさらに、前記熱交換器を介して前記電気部品から熱を吸収するための、前記熱交換器を通るように冷却剤を循環させるポンプを有し、それにより、前記電子部品を冷却し、冷却剤を前記冷却機を通るように循環させ、前記冷却機を介して前記容器内の空気から熱を吸収して、前記空気冷却される電気部品を冷却し、
前記システムはさらに、前記熱交換器および前記冷却機内の冷却剤により吸収された熱を放出させる凝縮器を有し、この熱は前記容器の外側の領域に放出される、システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムであって、さらに、前記熱交換器への冷却剤の流れを制御するための第１流れ制限器、および、前記冷却機への冷却剤の流れを制御するための第２流れ制限器、を有するシステム。
【請求項１９】
容器内の複数の第１発熱部品および第２発熱部品を冷却する方法であって、
前記第１発熱部品により発生する熱を吸収するために、前記第１発熱部品に熱接触する少なくとも１つの熱交換器を通るようにポンプで冷却剤をポンプ移送することで、複数の第１発熱部品を冷却することと、
前記容器内の空気から熱を吸収するために、前記ポンプで冷却剤を冷却機を通るようにポンプ移送することで容器内の空気を冷却して、前記容器内に配置される複数の第２発熱部品を空気冷却することと、
前記熱交換器および前記冷却機内の冷却剤により吸収された熱を放出させることと、を含み、この熱は凝縮器を介して前記容器の外側の領域に放出され、
前記方法はさらに、冷却剤を前記凝縮器から前記ポンプへ循環させることを、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、広くは、発熱部品、たとえば電子機器および／または他の発熱部品の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴｓ）、シリコン制御整流子（silicon controlled rectifiers, ＳＣＲｓ）などのパワー電子装置は、小さな包絡線で高パワースイッチング能力を達成し続ける。これらの装置で生成される熱の量も上昇し続ける。パワー電子機器のための従来の冷却方法は、送風の使用および／または電子装置と熱的に接触する冷却プレートを通じて水ベースの流体を循環させることを含む。より最近の冷却方法は相変化流体または冷却剤を使用し、相変化流体等を蒸発させて電子装置の熱シンクから熱を除去し、また、冷却媒体（空気または水）との熱交換プロセスを通じて凝縮させて液体状態に戻す。さらに、部品は、容器内に収容することができ、容器内で空気を冷却するＨＶＡＣシステムにより空冷される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]本発明は、パワー電子装置および容器内に収容される周辺電子部品を冷却するためのポンプループ冷却剤冷却システムを提供する。ポンプループ冷却システムは、冷却剤がポンプされる２つのブランチを備える。第１ブランチにおいて、冷却剤は、パワー生成電子機器と熱接触する冷却プレートを通るようにポンプ移送される。第２ブランチにおいて、冷却剤は、容器内の空気を冷却する空気冷却機を通るようにポンプ移送され、それにより、容器内にある周辺電子機器を空冷する。有利には、システムを通じてポンプされる冷却剤を凝縮させるために、２つのブランチは容器の外に配置される単一の凝縮器を共有することができる。
【０００４】
[0004]本明細書で説明されるポンプループシステムは、容器の内部の空気および発熱部品を冷却するためのＨＶＡＣシステムの必要を取り除くことができる。ＨＶＡＣシステムは、ポンプループ冷却剤冷却システムの運転コストよりも高い運転コストとなり得る。したがって、本明細書で説明されるポンプループ冷却システムは、ポンプループ／ＨＶＡＣの組み合わせのシステムよりも運転が優位に安価となり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]したがって、一実施形態によれば、本発明はポンプループ冷却システムを含み、これは、複数の第１発熱部品および第１発熱部品に熱接触する少なくとも１つの熱交換器を含み、熱交換器は、熱交換器を通って流れる冷却剤を介して第１発熱部品から熱を吸収するためのものである。また、本システムは、複数の第２発熱部品、第２発熱部品を空気冷却するための冷却機、および熱交換器および冷却機から冷却剤を受け取り凝縮させる凝縮器を含む。ポンプは、冷却剤をシステム内に循環させる。ポンプは、凝縮器で凝縮させられた冷却剤を受け取り、冷却剤を熱交換器および冷却機にポンプ移送する。
【０００６】
[0006]他の実施形態によれば、本発明はポンプループ冷却システムを含み、これは、複数の電子部品を収容する容器、電子部品と熱接触する熱交換器を含み、熱交換器は、熱交換を通ってポンプ移送される冷却剤を介して電子部品を冷却するためのものであり、また、本システムは、空冷される電気部品、および空冷される電気部品を冷却させるために容器内の空気を冷却させるための冷却機を含む。本システムは、熱交換器を通して冷却剤を循環させるためのポンプを含み、熱交換器を介して電気部品から熱を吸収させることで、電子部品を冷却し、冷却機を通って冷却剤を循環させ、冷却機を介して容器内の空気から熱を吸収して、空冷される電気部品を冷却する。本システムは、熱交換器および冷却剤内の冷却剤により吸収された熱を放出させるための凝縮器を備える。
【０００７】
[0007]他の実施形態によれば、本発明は容器内の複数の第１発熱部品および第２発熱部品を冷却する方法を含む。本方法は、第１発熱部品により生成した熱を吸収するために、第１発熱部品と熱接触する少なくとも１つの熱交換器を通るように冷却剤をポンプでポンプ移送するとこで第１発熱部品を冷却することを含む。本方法はさらに、容器内の空気から熱を吸収するために冷却機を通じてポンプで冷却剤をポンプ移送することにより、容器内の空気を冷却することを含み、容器内に配置される複数の第２発熱部品を空気冷却する。吸収された熱は、凝縮器を介して容器の外側の領域に放出され、冷却剤は、その後、凝縮器からポンプに戻るように循環する。
【０００８】
[0008]本発明のさらなる特徴は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することで明らかになるであろう。
【０００９】
[0009]本発明の実施形態が添付図面とともに更に詳細に説明される。添付図面は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一側面によるポンプループ冷却システムの第１実施形態の概略図である。
【図２】本発明の一側面によるポンプループ冷却システムの第２実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0012]図１、２を参照すると、発熱部品を冷却するためのポンプループシステム１０の例示的な概略図が示される。図示の実施形態において、システム１０のいくつかの部品が第１環境１２内に配置され、システム１０のいくつかの部品が第２環境１４内に配置される。第１環境１２は閉じられた環境とすることができ、たとえばパワー生成電子機器および／または他の電気部品のような電気部品を収容する容器１３の内部とすることができ、また、第２環境１４は、外側の周囲空気の環境を代表するものとすることができる。環境１２、１４は、たとえば、第１環境１２内の空気が全体として第２環境１４内の空気から分離されたままであるように、全体的に他から閉鎖されたものとすることができる。
【００１２】
[0013]以下でより詳細に説明するように、発熱部品を接触冷却および／または空気冷却により冷却するために、流体がシステム１０を通じてポンプ移送される。流体は、蒸発可能な誘電性冷却剤のような冷却剤とすることができる。好適な冷却剤は、たとえばＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆを含む。
【００１３】
[0014]第１環境１２は、１つ以上の第１発熱部品１６を収容する。第１発熱部品１６は、パワー発生電子部品とすることができ、たとえば、部品１６は、１ｋＷ以上の熱発生率を備えるものとすることができる。たとえば、第１発熱部品１６は、インバータドライブ、ＩＧＢＴモジュール、または他の高発熱部品とすることができる。第１発熱部品１６は、以下で詳細に説明されるように接触冷却することができる。
【００１４】
[0015]第１発熱部品１６は、参照符号１８で全体的に示されるそれぞれの熱交換器（「冷却プレート」とも称される）に熱接触する。熱交換器１８は、冷却剤が流れる通路を含む。第１発熱部品１６と熱接触させることにより、熱交換器１８を通って流れる冷却剤は、第１発熱部品１６により発生した熱を吸収する。第１発熱部品１６およびそれぞれの熱交換器１８は、キャビネットのような第１環境１２内に位置するハウジング２０内に配置することができる。
【００１５】
[0016]熱交換器１８は、図１に示されるように並列に配置することができ、また、図２に示されるように直列に配置することができ、あるいは並列と直列を任意に組み合わせて配置することができる。主に熱交換器が並列に配置される図１を参照して説明されるが、本明細書で説明される原理は等しく熱交換器が直接に配置される図２のシステムにも適用でき、また、熱交換器が直列および／または並列に配置される任意の実施形態にも適用できることを理解されたい。
【００１６】
[0017]システム１０は複数の第２発生部品２２を含み、これは、図１の実施形態に例示的に示されるように第１環境１２内に配置することができる。第２発熱部品２２は、第１環境１２内の空気に熱を放出する。第２発熱部品２２は、低パワー発熱部品とすることができる。たとえば、第２発熱部品２２は、第１発熱部品１６よりも小さい熱を生成する電気部品とすることができ、たとえば、１ｋＷより小さい熱発生率を備える部品である。低レベルの熱発生により、第２発熱部品２２を空冷される部品とすることができ、たとえば、空気にさらすことで冷却できる電気部品とすることができる。たとえば、第２発熱部品２２は、変圧器、抵抗器、チョーク、ダイオード、キャパシタ。インダクタなどの部品とすることができる。
【００１７】
[0018]システム１０は、第２発熱部品２２を空気冷却するための冷却機２４を含む。冷却機は、第１環境１２内の空気から熱を吸収することで、空気およびそこに収容されている部品を冷却する。冷却機は、容器内に収容された空気だけを受け取り冷却するように、容器内に完全に収容するようにすることができる。これは、ごみ粒子および汚染物がシールされた容器に入ることを防止する。また、冷却機はファン２６に関連付けられ、第１環境１２内の空気を循環させ、第２発熱部品２２の空気冷却を支援する。ファン２６は冷却機２４により冷却された空気を第２発熱部品２２に直接的に吹きつけで冷却を促進する。
【００１８】
[0019]システム１０は、熱交換器１８および冷却機２４から冷却剤を受け取り凝縮させるための凝縮器２８を含む。凝縮器２８は熱交換器１８および冷却機２４により少なくとも部分的に気化した冷却剤を入口４０を介して受け取る。部分的に気化した冷却剤は、凝縮器により液体状態に凝縮され、対応する出口４２を介して凝縮器から出る。図１に示されるように、凝縮器２８は、たとえば容器の外側の第２環境１４内に位置させることができ、熱はシステムから第１環境１２の外側の領域に放出される。
【００１９】
[0020]凝縮器２８はポンプ５０と流体連通しており、流体を熱交換器１８および冷却機２４に循環させる前に凝縮器により凝縮された冷却剤を受け取る。
【００２０】
[0021]また、システム１０は凝縮器２８から冷却剤を受け取る冷却剤をポンプ５０に供給するためのリザーバ５２を含むことができる。リザーバは、システム内の余分な冷却剤を貯蔵することができ、凝縮器２８で凝縮されなかった冷却剤をリザーバ５２内で凝縮させることができる。図１に示されるように、ポンプおよびリザーバは第１環境１２内に配置するようにすることができるが、ポンプおよび／またはリザーバは第２環境または他の環境に配置するようにすることもできる。
【００２１】
[0022]図示のように、システムの様々な部品は、導管５４を介してシステム１０の第１ブランチに位置する熱交換器１８、およびシステムの第２ブランチに位置する冷却機に連結させることができる。ポンプは、第１ブランチ５６および第２ブランチを通して冷却剤を循環させる。それぞれのブランチへの冷却剤の流れは、１つ以上の流れ制限器により制御することができる。たとえば、図１に示されるように、冷却剤の第１ブランチ５６への流れを制御するために、第１流れ制限器６０はポンプ５０と熱交換器１８との間に配置することができる。冷却剤の第１回路５８への流れを制御するために、第２流れ制限器６２は、ポンプ５０と冷却機２４との間に配置することができる。追加的に、たとえば、図１に示されるように熱交換器が並列に配置される場合、冷却剤の個別の熱交換器または熱交換器のグループへの流れを制御するために流れ制限器を統合することができる。流れ制限器は、固定オリフィス流れ制限器または可変流れ調整器とすることができる。電子式またはソレノイド式の流れ調整器を使用することができる。
【００２２】
[0023]また、システム１０は、通信ライン８２を介して流れ制限器６０、６２を制御するコントローラ８０を含むことができる。コントローラは、流れ制限器６０、６２に統合され得る１つ以上の圧力フィードバック装置と連絡することができる。背圧が大きくなると、可変流れ調整器は背圧が許容できるレベルに小さくなるまで通路を閉じる。
【００２３】
[0024] 熱交換器１８および冷却機２４が互いに並列な図１を参照しながら電気部品を冷却する例示的な方法を説明する。第１発熱部品１６の冷却は、液体冷却剤をポンプ５０で第１ブランチ５６を通るようにポンプ移送することで達成することができる。第１発熱部品１６からの熱は熱交換器１８を通る冷却剤により吸収され、これは冷却剤の少なくとも部分的な気化を生じさせる。冷却剤は、その後、熱交換器１８から凝縮器２８に循環され、ここで冷却剤は液体状態に凝縮されて、熱を第２環境１４に放出する。冷却剤はその後、凝縮器２８からポンプ５０へ循環され、または、システム１０がリザーバ５２を含む場合、リザーバ５２で蓄積された後に冷却剤は凝縮器からポンプ５０へ循環される。このようにして、システム１０は第１発熱部品１８を冷却する。
【００２４】
[0025]第２発熱部品２２の冷却は、液体冷却剤を第２ブランチを通るようにポンプ５０でポンプ移送することにより達成することができる。第１環境１２からの熱は冷却機１２４内で冷却剤により吸収され、冷却剤の少なくとも部分的な気化を生じさせる。このようにして、システム１０は第１環境１２内の空気を冷却する。冷却された空気は、その後、第２発熱部品２２の空気冷却に用いることができる。冷却剤はその後、冷却機２４から凝縮器２８へ循環され、ここで冷却剤は液体状態へ凝縮され、第２環境１４へ熱を放出する。冷却剤はその後、凝縮器２８からポンプ５０へ循環され、または、システム１０がリザーバ５２を含む場合、冷却剤は凝縮器から、リザーバ５２に蓄積された後にポンプ５０へ循環される。上述したように、冷却された空気を第１環境内１２で循環させるように送風機２６を配置することができ、第２発熱部品２２の冷却を促進することができる。
【００２５】
[0026]上述の事項および関連する細部を達成するために、本発明は、本明細書で完全に説明される特徴および、請求項で特に言及される特徴を有する。本明細書および添付図面は、本発明のいくつかの説明的な実施形態を説明する。これらの実施形態は、本発明の原理を採用できる様々な方法のいくつかの説明である。本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、図面とともに発明の詳細な説明を参照することで明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2014518453.tif 000005
2014518453.tif 000006