EA038466B1 - System and method of forced air cooling for electrical device - Google Patents
System and method of forced air cooling for electrical device Download PDFInfo
- Publication number
- EA038466B1 EA038466B1 EA202090422A EA202090422A EA038466B1 EA 038466 B1 EA038466 B1 EA 038466B1 EA 202090422 A EA202090422 A EA 202090422A EA 202090422 A EA202090422 A EA 202090422A EA 038466 B1 EA038466 B1 EA 038466B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- air
- cooling
- electrical device
- coolers
- electronic components
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 abstract description 10
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
- H05K5/02—Details
- H05K5/0213—Venting apertures; Constructional details thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/38—Cooling arrangements using the Peltier effect
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B1/00—Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
- H02B1/56—Cooling; Ventilation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Drying Of Gases (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к различным электротехническим устройствам шкафного исполнения общего назначения с охлаждением оборудования потоками воздуха посредством принудительной вентиляции, и может быть применено для построения различных электротехнических устройств, в частности станций управления электродвигателями.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to various electrical devices of cabinet design for general purposes with cooling equipment by air flows by means of forced ventilation, and can be used to build various electrical devices, in particular, electric motor control stations.
На данный момент известны способы и системы охлаждения используемые, например, в распределительных шкафах с электрооборудованием, выделяющим значительную рассеваемую энергию в виде тепла, которые обеспечивают отвод, выделяемого тепла посредством как природного, так и принудительного вентилирования.At the moment, methods and cooling systems are known that are used, for example, in distribution cabinets with electrical equipment that emit significant dissipated energy in the form of heat, which provide removal of the generated heat through both natural and forced ventilation.
Природное вентилирование предусматривает наличие большого количества вентиляционных отверстий и непосредственного контакта с внешней средой, что не позволяет использовать подобное оборудование в областях с повышенной влажностью окружающей среды.Natural ventilation provides for the presence of a large number of ventilation holes and direct contact with the external environment, which does not allow the use of such equipment in areas with high environmental humidity.
Принудительное вентилирование позволяет реализовать охлаждение электрооборудования в герметичных шкафах с обеспечением необходимой влагозащиты. Наиболее распространенным способом вентиляции является использование систем с применением воздушного охлаждения, включающего теплообменники с охлаждающей жидкостью либо другими хладагентами. Такие методы охлаждения требуют устройства систем подачи и отвода жидкости, установки дополнительных резервуаров, что приводит к усложнению конструкции, увеличению габаритов и себестоимости такого оборудования.Forced ventilation allows the cooling of electrical equipment in sealed cabinets with the necessary moisture protection. The most common ventilation method is the use of air-cooled systems, which include heat exchangers with a cooling liquid or other refrigerants. Such cooling methods require the arrangement of liquid supply and drainage systems, the installation of additional tanks, which leads to a complication of the design, an increase in the size and cost of such equipment.
Известным вариантом исполнения системы охлаждения является принудительная воздушная вентиляция без применения дополнительных охлаждающих веществ.A known embodiment of the cooling system is forced air ventilation without the use of additional cooling agents.
Из патента на изобретение RU 2239267 от 27.10.2004 МПК H05K 7/20 Шкаф для станции управления электродвигателем известна система теплоотвода, согласно которой электронное устройство содержит воздуховод прямоугольного сечения, одной вертикальной стенкой которого является задняя стенка корпуса, а противоположная ей стенка содержит поверхность радиатора (охладителя), на которой выполнены ребра и места для установки электрооборудования. Воздуховод выполняют между боковыми стенками корпуса. В отверстии, выполненном на задней стенке корпуса напротив центра поверхности радиатора, встроен отсек с блоком вентиляции. Вход отсека и выходы воздуховода, выполненные в виде окон на боковых стенках шкафа, закрыты защитной сеткой.From patent for invention RU 2239267 dated 10/27/2004 IPC H05K 7/20 Cabinet for an electric motor control station, a heat removal system is known, according to which the electronic device contains a rectangular air duct, one vertical wall of which is the rear wall of the case, and the opposite wall contains the surface of the radiator ( cooler), on which ribs and places for the installation of electrical equipment are made. The air duct is made between the side walls of the housing. A compartment with a ventilation unit is built into the hole made on the rear wall of the housing opposite the center of the radiator surface. The inlet of the compartment and the outlets of the air duct, made in the form of windows on the side walls of the cabinet, are covered with a protective mesh.
К недостаткам указанного технического решения можно отнести совместное вентилирование всех отсеков устройства, что может привести к нерациональному использованию ресурса охлаждающих устройств, связанным с тем, что в шкафу устанавливается оборудование разной мощности, имеющее разную степень нагрева. Таким образом, необходимо значительное потребление энергии для обеспечения достаточно охлажденного воздуха, который не является необходимым для всего установленного оборудования.The disadvantages of this technical solution include joint ventilation of all compartments of the device, which can lead to irrational use of the resource of cooling devices, due to the fact that equipment of different power with different degrees of heating is installed in the cabinet. Thus, significant energy consumption is required to provide sufficient cooled air, which is not necessary for all installed equipment.
Также из патента РФ на полезную модель RU 158897, МПК H05K 7/20 Устройство системы охлаждения шкафа инвертора преобразователя частоты известна система принудительного воздушного охлаждения шкафа с силовыми и слаботочными электронными приборами, включающая направляющие воздуховоды, по меньшей мере один нагнетающий вентилятор и характеризирующаяся наличием по меньшей мере двух независимых контуров охлаждения: первый контур для охлаждения силовой части и второй контур для охлаждения слаботочных электронных приборов. Шкаф с силовыми и слаботочными электронными приборами разделен на изолированные секции для разделения потоков воздуха, силовое электротехническое оборудование разделено на отдельные силовые блоки, устанавливаемые на стенке, разделяющей отсеки. Первый контур содержит направляющие воздуховоды, выполненные таким образом, что формируют подачу нагнетаемого воздуха непосредственно на радиаторы силовых электронных приборов силовых блоков, нагнетающие вентиляторы контуров охлаждения имеют разную мощность и устанавливаются раздельно. Подача охлаждающего воздуха в первом контуре охлаждения производится отдельно на каждый вертикальный ряд блоков по общему направляющему воздуховоду, снабженному выходными отверстиями напротив каждого охладителя (радиатора) силового блока.Also from the patent of the Russian Federation for utility model RU 158897, IPC H05K 7/20 The device of the cooling system of the cabinet of the inverter of the frequency converter is known a system of forced air cooling of the cabinet with power and low-current electronic devices, including guide air ducts, at least one blowing fan and characterized by the presence of at least at least two independent cooling circuits: the first circuit for cooling the power section and the second circuit for cooling low-current electronic devices. The cabinet with power and low-current electronic devices is divided into insulated sections for dividing air flows, power electrical equipment is divided into separate power units installed on the wall dividing the compartments. The first circuit contains directing air ducts, made in such a way that they form the supply of forced air directly to the radiators of the power electronic devices of the power units, the blowing fans of the cooling circuits have different powers and are installed separately. Cooling air is supplied in the first cooling circuit separately to each vertical row of units through a common guide air duct equipped with outlet openings opposite each cooler (radiator) of the power unit.
К недостаткам описанного в патенте технического решения можно отнести подачу воздуха из нижней части шкафа, что требует установки воздушных фильтров для каждого из нагнетающих вентиляторов. Также устройство воздуховода в первом контуре с выводами под каждое охлаждаемое устройство может снизить эффективность системы охлаждения за счет разделения потока подаваемого воздуха.The disadvantages of the technical solution described in the patent include the supply of air from the bottom of the cabinet, which requires the installation of air filters for each of the blowing fans. Also, the device of the air duct in the primary circuit with outlets for each cooled device can reduce the efficiency of the cooling system by dividing the flow of the supplied air.
Из патента на изобретение US № 9545037(B2) от 10.01.2017, МПК H05K 7/20 Система и способ охлаждения электрических приводов известен способ принудительного воздушного охлаждения электронного устройства, согласно которому корпус выполняют по меньшей мере с одним герметичным отсеком, защищенным от контакта с внешней средой, в указанный корпус заключают как силовые, так и слаботочные электронные компоненты, а также по меньшей мере один теплообменник, соединенный с герметичным отсеком. Верхний и нижний отсеки выполняют герметичными. Верхний и нижний отсеки содержат наборы электрических элементов. Воздушный канал, смежный с верхним и нижним герметичными отсеками, образует общую стенку с упомянутыми отсеками. Согласно описанному способу система охлаждения включает верхний теплообменник, расположенный в воздушном канале и установленный на общей стенке, с возможностью прохода воздуха из верхнего герметичного отсека, а также нижний теплообменник, расположенный в воздушном канале и установленный на общей стенке, с возможностьюFrom the patent for invention US No. 9545037 (B2) dated 01/10/2017, IPC H05K 7/20 System and method for cooling electric drives, there is a method of forced air cooling of an electronic device, according to which the housing is made with at least one sealed compartment protected from contact with external environment, in the specified housing enclose both power and low-current electronic components, as well as at least one heat exchanger connected to the sealed compartment. The upper and lower compartments are sealed. The upper and lower compartments contain sets of electrical components. The air channel adjacent to the upper and lower sealed compartments forms a common wall with the said compartments. According to the described method, the cooling system includes an upper heat exchanger located in the air channel and mounted on a common wall, with the possibility of air passage from the upper sealed compartment, as well as a lower heat exchanger located in the air channel and mounted on the common wall, with the possibility
- 1 038466 прохода воздуха из нижнего герметичного отсека. Каждый из теплообменников представляет собой воздухо-воздушный перекрестный теплообменник, имеющий множество проходных каналов, образованных между рядами пластин, имеющих по существу плоские параллельные центральные части.- 1 038466 air passage from the lower sealed compartment. Each of the heat exchangers is an air-to-air cross-flow heat exchanger having a plurality of passageways formed between rows of plates having substantially flat parallel central portions.
К недостаткам описанного способа можно отнести размещение силового электрооборудования, такого как реакторы, в отдельном герметичном отсеке, что требует установки дополнительных рециркуляционных вентиляторов, что усложняет конструкцию устройства. Также к недостаткам можно отнести установку основного нагнетающего вентилятора снаружи станции, что может привести к его быстрому износу из-за воздействия песка и пыли, а также разделение потока на две части, что требует увеличения мощности нагнетающего вентилятора.The disadvantages of the described method include the placement of power electrical equipment, such as reactors, in a separate sealed compartment, which requires the installation of additional recirculation fans, which complicates the design of the device. Also, the disadvantages include the installation of the main blowing fan outside the station, which can lead to its rapid wear due to the influence of sand and dust, as well as the separation of the flow into two parts, which requires an increase in the power of the blowing fan.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании системы принудительного воздушного охлаждения упрощенной конструкции и возможности обеспечения эффективного охлаждения как силовых, так и слаботочных электронных компонентов посредством единого направленного потока воздуха, а также способа реализации указанной системы принудительного воздушного охлаждения.The technical problem to be solved by the claimed technical solution consists in creating a forced air cooling system of a simplified design and the possibility of ensuring effective cooling of both power and low-current electronic components by means of a single directional air flow, as well as a method for implementing the specified forced air cooling system.
Технический результат, достигнутый от реализации заявляемого способа, заключается в упрощении конструкции, уменьшении габаритов электронного устройства и повышении эффективности системы охлаждения как силовых, так и слаботочных электронных компонентов, а также в повышении эффективности осушения воздуха герметичного корпуса электротехнического устройства с отводом влаги без нарушения его герметичности.The technical result achieved from the implementation of the proposed method consists in simplifying the design, reducing the size of the electronic device and increasing the efficiency of the cooling system for both power and low-current electronic components, as well as in increasing the efficiency of air dehumidification of the sealed housing of an electrical device with moisture removal without violating its tightness ...
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что система принудительного воздушного охлаждения силовых и слаботочных компонентов электротехнического устройства содержит воздушный теплообменник, силовые электронные компоненты, а также охладители, находящиеся в тепловом контакте со слаботочными электронными компонентами, которые сконфигурированы с возможностью охлаждения единым направленным, от верха корпуса к нижней его части, предварительно очищенным потоком внешнего воздуха. Охладители разнесены по длине воздуховода электронного устройства, образуя зону смешения подогретого и холодного воздуха. Также по меньшей мере над одним охладителем устроен обводной воздушный канал подачи холодного воздуха в зону смешения.The essence of the claimed invention lies in the fact that the forced air cooling system of power and low-current components of an electrical device contains an air heat exchanger, power electronic components, as well as coolers in thermal contact with low-current electronic components, which are configured with the possibility of cooling in a single directional, from the top of the case to the bottom of it, previously cleaned by a stream of external air. Coolers are spaced along the length of the air duct of the electronic device, forming a mixing zone for heated and cold air. Also above at least one cooler there is a bypass air channel for supplying cold air to the mixing zone.
Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения обводной воздушный канал устроен в пределах воздуховода электротехнического устройства и выполнен с возможностью регулирования движения воздушного потока посредством частичного перекрывания входного отверстия регулирующей заслонкой.According to a preferred embodiment of the invention, the bypass air duct is arranged within the air duct of the electrical device and is configured to regulate the movement of the air flow by partially blocking the inlet opening with a control damper.
Также согласно заявляемому изобретению зона смешения воздушных потоков устроена в пространстве между охладителями с частичным использованием их внутреннего объема.Also, according to the claimed invention, the mixing zone of air flows is arranged in the space between the coolers with partial use of their internal volume.
Также в заявляемой системе принудительного воздушного охлаждения электротехнического устройства силовые электронные компоненты представлены в виде по меньшей мере одной катушки индуктивности. Указанная катушка содержит соленоид, охлаждаемый направленным потоком воздуха, сосредоточенным в воздушных каналах, образованных между полимерными кожухами и витками соленоида, посредством исключения движения указанного потока воздуха через центральную часть катушки.Also, in the claimed system of forced air cooling of an electrical device, power electronic components are presented in the form of at least one inductor. The specified coil contains a solenoid cooled by a directed air flow, concentrated in the air channels formed between the polymer casings and the turns of the solenoid, by eliminating the movement of the specified air flow through the central part of the coil.
В описанной системе слаботочные электронные компоненты преимущественно расположены в герметичном отсеке и включают по меньшей мере одно термоэлектрическое устройство, выполненное с возможностью отвода влаги из герметичного отсека электротехнического устройства. Указанное устройство содержит охлаждаемую и нагреваемую поверхности. Нагреваемая поверхность сконфигурирована в тепловом контакте с охладителями, помещенными внутри воздуховода, на пути движения направленного потока воздуха.In the described system, low-current electronic components are preferably located in a sealed compartment and include at least one thermoelectric device configured to remove moisture from the sealed compartment of the electrical device. The specified device contains cooled and heated surfaces. The heated surface is configured in thermal contact with coolers placed inside the duct in the direction of the directional air flow.
Согласно способу, реализованному на основании описанной системы охлаждения, воздушный теплообменник, а также силовые электронные компоненты и охладители, находящиеся в тепловом контакте со слаботочными электронными компонентами, охлаждают единым направленным от верха корпуса к нижней его части предварительно очищенным потоком внешнего воздуха, направляя его через охладители, разнесенные по длине воздуховода электронного устройства, в зону смешения подогретого и холодного воздуха. Причем холодный воздух подают в зону смешения посредством обводного воздушного канала, установленного по меньшей мере над одним охладителем.According to the method implemented on the basis of the described cooling system, the air heat exchanger, as well as power electronic components and coolers that are in thermal contact with low-current electronic components, are cooled by a single pre-cleaned stream of external air directed from the top of the case to the bottom of it, directing it through the coolers , spaced along the length of the air duct of the electronic device, into the mixing zone of heated and cold air. Moreover, cold air is supplied to the mixing zone by means of a bypass air channel installed above at least one cooler.
Также согласно заявляемому способу герметичный охлаждающий контур выполняют с возможностью отвода влаги и формируют по меньшей мере из одного герметичного отсека с помещенными в нем преимущественно слаботочными электронными компонентами, а также по меньшей мере одного воздушного теплообменника и системы воздушных каналов.Also, according to the claimed method, a sealed cooling circuit is made with the possibility of removing moisture and is formed from at least one sealed compartment with mainly low-current electronic components placed in it, as well as at least one air heat exchanger and a system of air ducts.
Сущность заявляемого изобретения поясняется, но не ограничивается, следующими приведенными графическими материалами:The essence of the claimed invention is illustrated, but not limited, by the following graphic materials:
фиг. 1 - схема размещения отсеков электронного устройства;fig. 1 - layout diagram of the compartments of the electronic device;
фиг. 2 - термоэлектрическое устройство отвода влаги;fig. 2 - thermoelectric device for moisture removal;
фиг. 3 - катушка индуктивности;fig. 3 - inductance coil;
фиг. 4 - воздуховод системы принудительного воздушного охлаждения;fig. 4 - air duct of the forced air cooling system;
фиг. 5 - схема перемещения воздушных потоков.fig. 5 is a diagram of the movement of air flows.
- 2 038466- 2 038466
Заявляемое изобретение может быть реализовано как система и способ принудительного воздушного охлаждения электротехнического устройства шкафного исполнения, которое включает замкнутый корпус 1 (фиг. 1) с помещенными в нем силовыми и слаботочными электронными компонентами, установленными как непосредственно в корпусе, так на поверхности охладителей (радиаторов) 2, 3, помещенных на пути движения направленного потока воздуха, преимущественно в переделах воздуховода 4, оснащенного нагнетающим вентилятором 5.The claimed invention can be implemented as a system and method of forced air cooling of an electrical device of cabinet design, which includes a closed case 1 (Fig. 1) with power and low-current electronic components placed in it, installed both directly in the case and on the surface of coolers (radiators) 2, 3, placed in the path of the directional air flow, mainly in the redistribution of the air duct 4, equipped with a blower 5.
Согласно описанному варианту выполнения система принудительного воздушного охлаждения характеризуется наличием по меньшей мере двух независимых контуров охлаждения 6, 7. По меньшей мере один из указанных охлаждающих контуров 6 выполнен герметичным от смежного с ним охлаждающего контура 7 и защищенным от контакта с внешней средой.According to the described embodiment, the forced air cooling system is characterized by the presence of at least two independent cooling circuits 6, 7. At least one of said cooling circuits 6 is made sealed from the adjacent cooling circuit 7 and protected from contact with the external environment.
Герметичный охлаждающий контур 6 преимущественно содержит слаботочные электронные компоненты 8, заключенные в герметичном отсеке 9, а также по меньшей мере один воздушный теплообменник 10, связанный с указанным герметичным отсеком посредством системы воздушных каналов 11. Также охлаждающий контур 6 выполнен с возможностью отвода влаги, которая может конденсироваться из воздуха при перепаде температур, посредством термоэлектрического устройства 12 (фиг. 2), которое содержит охлаждаемую 13 и нагреваемую 14 поверхности, причем нагреваемая поверхность сконфигурирована в тепловом контакте с охладителем 15, помещенным внутри воздуховода 4, на пути движения направленного потока воздуха.The sealed cooling circuit 6 preferably contains low-current electronic components 8, enclosed in a sealed compartment 9, as well as at least one air heat exchanger 10 connected to the specified sealed compartment through a system of air channels 11. Also, the cooling circuit 6 is configured to remove moisture, which can condense from the air at a temperature difference by means of a thermoelectric device 12 (Fig. 2), which contains a cooled 13 and heated 14 surfaces, and the heated surface is configured in thermal contact with a cooler 15 placed inside the air duct 4 in the path of the directed air flow.
Также на пути движения предварительно очищенного, направленного от верха корпуса электротехнического устройства к нижней его части потока воздуха установлены воздушный теплообменник 10 и силовые электронные компоненты. Согласно описанному варианту реализации силовые электронные компоненты, представленные в виде по меньшей мере одной катушки индуктивности 16. Указанная катушка детально изображена на фиг. 3 и содержит соленоид 17, охлаждаемый направленным потоком воздуха, сосредоточенным в воздушных каналах 18, образованных между полимерными кожухами 19, 20 и витками соленоида, посредством исключения движения указанного потока воздуха через центральную часть катушки.Also, an air heat exchanger 10 and power electronic components are installed on the path of movement of the pre-cleaned, directed from the top of the housing of the electrical device to its lower part of the air stream. According to the described embodiment, the power electronic components in the form of at least one inductor 16. This coil is shown in detail in FIG. 3 and contains a solenoid 17 cooled by a directed air flow concentrated in the air channels 18 formed between the polymer casings 19, 20 and the turns of the solenoid, by eliminating the movement of the specified air flow through the central part of the coil.
Воздушный теплообменник 10, помещенный на пути движения направленного потока воздуха, преимущественно выполняют из набора полых трубчатых элементов, которые также обеспечивают дополнительную очистку воздуха от механических примесей. При этом согласно заявляемому варианту реализации изобретения система воздушного охлаждения оснащена устройством 21 (фиг. 1) защиты от песка и пыли.The air heat exchanger 10, placed in the path of the directional air flow, is preferably made of a set of hollow tubular elements, which also provide additional air purification from mechanical impurities. Moreover, according to the claimed embodiment of the invention, the air cooling system is equipped with a device 21 (Fig. 1) for protection from sand and dust.
Согласно заявляемому варианту реализации воздуховод 4 электротехнического устройства является частью охлаждающего контура 7. Указанный воздуховод выполнен в виде вертикального воздушного канала, разделяющего отсеки электротехнического устройства с помещенными в его полости охладителями 2, 3, а также охладитель 15 термоэлектрического устройства 12 отвода влаги.According to the claimed embodiment, the air duct 4 of the electrical device is part of the cooling circuit 7. The specified air duct is made in the form of a vertical air channel separating the compartments of the electrical device with coolers 2, 3 placed in its cavity, as well as the cooler 15 of the thermoelectric device 12 for removing moisture.
Воздуховод 4 детально показан на фиг. 4. Согласно описанному варианту реализации изобретения охладители 2, 3 разнесены по длине воздуховода 4 электронного устройства, образуя зону 22 смешения подогретого 23 и холодного 24 потоков воздуха, при этом по меньшей мере над одним охладителем 2 устроен обводной воздушный канал 25 подачи холодного воздуха в зону смешения 22. Обводной воздушный канал 25 устроен в пределах воздуховода 4 электротехнического устройства и выполнен с возможностью регулирования движения воздушного потока посредством частичного перекрывания входного отверстия регулирующей заслонкой 26. Также согласно предпочтительному варианту реализации зона 22 смешения воздушных потоков устроена в пространстве между охладителями с частичным использованием их внутреннего объема. Такое выполнение позволяет повысить эффективность системы охлаждения и уменьшить размеры воздуховода.The air duct 4 is shown in detail in FIG. 4. According to the described embodiment of the invention, the coolers 2, 3 are spaced along the length of the air duct 4 of the electronic device, forming a zone 22 for mixing heated 23 and cold 24 air streams, while at least one cooler 2 is provided with a bypass air channel 25 for supplying cold air to the zone mixing 22. The bypass air channel 25 is arranged within the air duct 4 of the electrical device and is configured to regulate the movement of the air flow by partially blocking the inlet opening with the control damper 26. Also, according to a preferred embodiment, the zone 22 for mixing air flows is arranged in the space between the coolers with their partial use internal volume. This design improves the efficiency of the cooling system and reduces the size of the air duct.
Способ, основанный на использовании описанной выше системы принудительного воздушного охлаждения электротехнического устройства, заключается в том, что по меньшей мере один из охлаждающих контуров, выполняют герметичным 6 от смежного контура 7 и защищенным от контакта с внешней средой. В герметичном контуре 6 циркуляцию охлаждающего воздуха выполняют в замкнутом цикле в пределах по меньшей мере одного герметичного отсека 9. Воздух в герметичном контуре 6 охлаждают посредством воздушного теплообменника 10. связанного с герметичным отсеком и установленного в смежном охлаждающем контуре 7. Теплообменник 9, а также силовые электронные компоненты и охладители, находящиеся в тепловом контакте со слаботочными электронными компонентами, охлаждают единым направленным от верха корпуса к нижней его части предварительно очищенным потоком внешнего воздуха. Охладители 2, 3 разносят по длине воздуховода 4 электронного устройства, образуя зону 22 смешения подогретого 23 и холодного 24 потоков воздуха, где холодный воздух подают в зону смешения посредством обводного воздушного канала 25, установленного по меньшей мере над одним охладителем 2.The method based on the use of the above-described forced air cooling system for an electrical device consists in the fact that at least one of the cooling circuits is made sealed 6 from the adjacent circuit 7 and protected from contact with the external environment. In the sealed circuit 6, cooling air is circulated in a closed loop within at least one sealed compartment 9. The air in the sealed circuit 6 is cooled by means of an air heat exchanger 10. associated with the sealed compartment and installed in the adjacent cooling circuit 7. Heat exchanger 9, as well as power electronic components and coolers, which are in thermal contact with low-current electronic components, are cooled by a single pre-cleaned stream of external air directed from the top of the case to the bottom of it. Coolers 2, 3 are spaced along the length of the air duct 4 of the electronic device, forming a mixing zone 22 of heated 23 and cold 24 air streams, where cold air is supplied to the mixing zone by means of a bypass air channel 25 installed above at least one cooler 2.
Герметичный охлаждающий контур 6 выполняют с возможностью отвода влаги и формируют по меньшей мере из одного герметичного отсека 9 с помещенными в нем преимущество слаботочными электронными компонентами 8, а также по меньшей мере одного воздушного теплообменника 10 и системы воздушных каналов 11.The sealed cooling circuit 6 is made with the possibility of removing moisture and is formed from at least one sealed compartment 9 with placed in it the advantage of low-current electronic components 8, as well as at least one air heat exchanger 10 and a system of air channels 11.
- 3 038466- 3 038466
Заявляемая система принудительного воздушного охлаждения работает следующим образом.The inventive forced air cooling system operates as follows.
Схема движения воздушного потока показана на фиг. 5. Воздух из окружающей среды, под воздействием нагнетающего вентилятора 5, через устройство защиты от попадания песка и пыли 21 втягивается в негерметичный охлаждающий контур 7 (выделенный жирной линией). Нагнетаемый воздух проходит, огибая полые трубчатые элементы воздушного теплообменника 10, получая при этом дополнительную очистку, и попадает в воздухопровод 4, обеспечивающий прохождение охлаждающего воздуха через охладители 2, 3, 15, а также охлаждаемые силовые электронные компоненты 16.The air flow pattern is shown in FIG. 5. Air from the environment, under the influence of the blowing fan 5, through the protection device against the ingress of sand and dust 21 is drawn into the leaky cooling circuit 7 (highlighted by the bold line). The forced air passes, bending around the hollow tubular elements of the air heat exchanger 10, while receiving additional cleaning, and enters the air duct 4, which ensures the passage of cooling air through the coolers 2, 3, 15, as well as the cooled power electronic components 16.
Охлаждающий воздух под воздействием нагнетающего вентилятора 5 подается в воздуховод 4 (как это показано на фиг. 4), где поступает на первый охладитель 2, причем часть холодного воздуха попадает в обводной воздушный канал 25, по которому поступает в зону 22 смешивания потоков холодного 24 и подогретого 23 воздуха. После прохождения зоны 22 смешения воздушных потоков охлажденный воздух попадает в следующий по направлению движения воздушного потока охладитель 3 и выводится наружу через отверстия 27 в нижней части корпуса электронного устройства.The cooling air under the influence of the blowing fan 5 is supplied to the air duct 4 (as shown in Fig. 4), where it enters the first cooler 2, and part of the cold air enters the bypass air channel 25, through which it enters the zone 22 for mixing the streams of cold 24 and heated 23 air. After passing through the mixing zone 22 of the air flows, the cooled air enters the cooler 3 following the direction of the air flow and is discharged outside through the holes 27 in the lower part of the housing of the electronic device.
В это же время охлаждение электронных компонентов, помещенных в пределах герметичного отсека 9, осуществляется беспрерывной циркуляцией охлаждающего воздуха в замкнутом охлаждающем контуре посредством по меньшей мере одного рециркуляционного вентилятора 28. Поток охлаждающего воздуха подается на блоки с электрооборудованием, после прохождения которых подогретый воздух поступает в воздушный теплообменник 10, охлаждаемый посредством нагнетаемого внешнего воздуха 5. После прохождения теплообменника охлажденный воздух повторно используется для охлаждения электронных компонентов по меньшей мере одного герметичного отсека.At the same time, the cooling of electronic components placed within the sealed compartment 9 is carried out by continuous circulation of cooling air in a closed cooling circuit by means of at least one recirculation fan 28. The flow of cooling air is supplied to the units with electrical equipment, after which the heated air enters the air heat exchanger 10 cooled by forced external air 5. After passing through the heat exchanger, the cooled air is reused to cool the electronic components of at least one sealed compartment.
При этом в ходе непрерывной циркуляции воздуха в замкнутом контуре 6 выполняют отбор влаги посредством термоэлектрического устройства 12. Сконденсированную влагу отводят за пределы корпуса электротехнического устройства без нарушения его герметичности с применением по меньшей мере одного частично проницаемого дренажного элемента 29, посредством которого пропускают влагу наружу и препятствуют доступу влаги внутрь корпуса электротехнического устройства. Собранную на поверхности термоэлектрического устройства влагу направляют в область приемного отверстия дренажного элемента 29, при этом по меньшей мере один дренажный элемент устанавливают в нижней части корпуса и совмещают в плане с помещенным над ним элементом 30 отвода влаги, соединенным с термоэлектрическим устройством.In this case, in the course of continuous air circulation in a closed loop 6, moisture is taken by means of a thermoelectric device 12. The condensed moisture is removed from the body of the electrical device without breaking its tightness using at least one partially permeable drainage element 29, through which moisture is passed outside and prevented access of moisture to the inside of the housing of the electrical device. The moisture collected on the surface of the thermoelectric device is directed to the area of the receiving opening of the drainage element 29, while at least one drainage element is installed in the lower part of the housing and aligned in plan with the moisture removal element 30 placed above it and connected to the thermoelectric device.
Реализация заявляемого изобретения способствует достижению указанного технического результата, обеспечивая упрощение конструкции системы охлаждения, уменьшение габаритов электротехнического устройства и повышение эффективности системы охлаждения как силовых, так и слаботочных электронных компонентов единым неправленым потоком воздуха. Также реализация описанных системы и способа принудительного воздушного охлаждения приводит к повышению эффективности осушения воздуха герметичного корпуса электротехнического устройства, с отводом влаги без нарушения его герметичности.The implementation of the claimed invention contributes to the achievement of the specified technical result, providing a simplified design of the cooling system, reducing the size of the electrical device and increasing the efficiency of the cooling system for both power and low-current electronic components with a single uncorrected air flow. Also, the implementation of the described system and method of forced air cooling leads to an increase in the efficiency of air dehumidification of the sealed housing of an electrical device, with moisture removal without violating its tightness.
Заявляемое изобретение предусматривает различные варианты и альтернативные формы реализации. Конкретный вариант осуществления раскрыт в описании и показан посредством приведенных графических материалов. Описанные система и способ не ограничиваются конкретной раскрытой формой и могут охватывать все возможные варианты исполнения, эквиваленты и альтернативы в рамках существенных признаков, раскрытых в формуле изобретения.The claimed invention provides various options and alternative forms of implementation. A specific embodiment is disclosed in the description and shown by means of the accompanying drawings. The described system and method are not limited to the specific form disclosed, and may encompass all possible embodiments, equivalents, and alternatives within the essential features disclosed in the claims.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201709265 | 2017-09-21 | ||
| PCT/UA2018/000071 WO2019045668A1 (en) | 2017-08-28 | 2018-07-11 | System and method of forced air cooling for electrical device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA202090422A1 EA202090422A1 (en) | 2020-06-10 |
| EA038466B1 true EA038466B1 (en) | 2021-09-01 |
Family
ID=66792979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA202090422A EA038466B1 (en) | 2017-09-21 | 2018-07-11 | System and method of forced air cooling for electrical device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA038466B1 (en) |
| RU (1) | RU2707443C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2347651C2 (en) * | 2006-12-14 | 2009-02-27 | Федеральное государственное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГУ ТИСНУМ) | Method for binding of diamond single crystal with metal |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4538131A (en) * | 1983-01-27 | 1985-08-27 | Bbc Brown, Boveri & Company, Ltd. | Air-core choke coil |
| US5077601A (en) * | 1988-09-09 | 1991-12-31 | Hitachi, Ltd. | Cooling system for cooling an electronic device and heat radiation fin for use in the cooling system |
| US5297005A (en) * | 1992-09-28 | 1994-03-22 | Energy Innovations, Inc. | Apparatus and method for cooling heat generating electronic components in a cabinet |
| US5912802A (en) * | 1994-06-30 | 1999-06-15 | Intel Corporation | Ducted opposing bonded fin heat sink blower multi-microprocessor cooling system |
| US20140216069A1 (en) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | Abb Oy | Cooling assembly and dehumidification method |
| RU158897U1 (en) * | 2015-07-16 | 2016-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" | FREQUENCY CONVERTER INVERTER COOLING COOLING SYSTEM DEVICE |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1320616A1 (en) * | 1985-08-07 | 1987-06-30 | Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения | Thermoelectric air drier |
| NL8802637A (en) * | 1988-10-26 | 1990-05-16 | Holec Syst & Componenten | HUMIDITY LOWERING DEVICE FOR ELECTRICAL INSTALLATION CABINETS AND THE LIKE. |
| JP3018213B2 (en) * | 1992-04-02 | 2000-03-13 | ファナック株式会社 | Heat exchanger |
| JP2000093730A (en) * | 1998-09-22 | 2000-04-04 | Aisin Seiki Co Ltd | Dehumidification cooling device in switchboard |
| RU2372757C2 (en) * | 2006-02-13 | 2009-11-10 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Sealed radioelectronic unit |
-
2017
- 2017-12-01 RU RU2017142040A patent/RU2707443C2/en active
-
2018
- 2018-07-11 EA EA202090422A patent/EA038466B1/en unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4538131A (en) * | 1983-01-27 | 1985-08-27 | Bbc Brown, Boveri & Company, Ltd. | Air-core choke coil |
| US5077601A (en) * | 1988-09-09 | 1991-12-31 | Hitachi, Ltd. | Cooling system for cooling an electronic device and heat radiation fin for use in the cooling system |
| US5297005A (en) * | 1992-09-28 | 1994-03-22 | Energy Innovations, Inc. | Apparatus and method for cooling heat generating electronic components in a cabinet |
| US5912802A (en) * | 1994-06-30 | 1999-06-15 | Intel Corporation | Ducted opposing bonded fin heat sink blower multi-microprocessor cooling system |
| US20140216069A1 (en) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | Abb Oy | Cooling assembly and dehumidification method |
| RU158897U1 (en) * | 2015-07-16 | 2016-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" | FREQUENCY CONVERTER INVERTER COOLING COOLING SYSTEM DEVICE |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DULNEV G.N. et al. Teploobmen v radioelektronnykh apparatakh. "Energiya", Leningrad, 1968, p. 343-345 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017142040A (en) | 2019-06-03 |
| EA202090422A1 (en) | 2020-06-10 |
| RU2707443C2 (en) | 2019-11-26 |
| RU2017142040A3 (en) | 2019-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10524382B2 (en) | System and method for forced air cooling of electrical device | |
| EP3017255B1 (en) | Air conditioner | |
| US8413461B2 (en) | Auxiliary cooling system | |
| JP6578011B2 (en) | Electronic housing apparatus comprising an electronic housing line and a cooler connected to the electronic housing line | |
| CN210808085U (en) | Electric control cabinet and air conditioner | |
| JP4498367B2 (en) | Power panel | |
| RU158897U1 (en) | FREQUENCY CONVERTER INVERTER COOLING COOLING SYSTEM DEVICE | |
| US20140177170A1 (en) | Electronic Control Cabinet with Cooling | |
| US10015914B2 (en) | Enclosures and methods of managing heat in heat generating modules | |
| US20200392952A1 (en) | Variable frequency drive and method of its air cooling | |
| WO2019045668A1 (en) | System and method of forced air cooling for electrical device | |
| EA038466B1 (en) | System and method of forced air cooling for electrical device | |
| US20220039292A1 (en) | Sub-module cooling device of power transmission system | |
| JP5869093B1 (en) | control panel | |
| CN206273047U (en) | Heat exchange dehumidification device and system | |
| RU2729203C1 (en) | Frequency converter and air cooling method of air cooling | |
| UA119907C2 (en) | METHOD OF FORCED AIR COOLING OF ELECTRONIC DEVICE | |
| CN209861451U (en) | Frequency converter heat dissipation system | |
| RU208219U1 (en) | Sealed enclosure of an electrical device | |
| CN207082759U (en) | A kind of switch cubicle | |
| RU2812271C1 (en) | Air-cooled radio-electronic unit | |
| SU1288947A1 (en) | Cabinet for cooling electronic equipment | |
| CN218352962U (en) | Air cooling and liquid cooling combined refrigerating system and data center | |
| JPH0195599A (en) | Control panel | |
| RU129702U1 (en) | AIR COOLING SYSTEM FOR POWER ELECTRONICS |