PILA DE ACCIONAMIENTO DE GRAN POTENCIA MODULAR CON FLUIDO DIELÉCTRICO VAPORIZABLE.

Sistema de pila de accionamiento de gran potencia (10) que comprende:

una estructura de soporte común (20) que incluye:

una fuente de potencia del sistema (112A, 112B), y una pluralidad de receptores (22) situados en lugares predeterminados, en los cuales al menos uno de los receptores tiene al menos dos conectores de receptor (24A, 24B) y los al menos dos conectores de receptor tienen una posición predeterminada en uno de los receptores, y al menos un módulo (30) que incluye:

un componente de potencia (40) y al menos dos conectores de módulo (34) que se disponen en una posición predeterminada y se acoplan eléctricamente a al menos una parte del componente de potencia, acoplándose cada conector de módulo a un conector de receptor correspondiente para formar una conexión eléctrica. caracterizado porque la estructura de soporte común incluye un sistema (110) de enfriamiento por fluido dieléctrico, y el módulo incluye un circuito de enfriamiento por fluido dieléctrico asociado al componente de potencia, acoplándose fluidamente los conectores de módulo al circuito de enfriamiento por fluido dieléctrico, en el cual cada conexión eléctrica entre un conector de módulo y su conector de receptor correspondiente es de forma generalmente cilíndrica, formando el interior cilíndrico de la conexión eléctrica una conexión de fluido entre el módulo y la estructura de soporte común, de manera que el fluido está en contacto con el interior de la conexión eléctrica.

Pila de accionamiento de gran potencia modular con fluido dielectrico vaporizable La invencion descrita en el presente documento se refiere a modulos de electronica de potencia enfriados por un fluido que se pueden conectar juntos para formar una variedad de configuraciones pilas de accionamiento de motor de corriente alterna (CA) o corriente continua (CC) de apilamiento de arrastre riente alterna de electronica de potencia, y mas en general a un sistema y un procedimiento para una pila de accionamiento de motor modular y/o fuentes de alimentacion ininterrumpida que se pueden enchufar y escalar para su uso en varias aplicaciones y en las cuales las conexiones enchufables proporcionan una conexion tanto para la potencia como para el refrigerante.

Los componentes electricos y electronicos (por ejemplo, microprocesadores, transistor bipolar de puerta aislada, semiconductores de potencia, etc.) son la mayoria de las veces enfriados por disipadores de calor enfriados por aire con superficies extendidas, fijados directamente a la superficie a enfriar. Un ventilador o soplador desplaza el aire a traves de las aspas del disipador de calor, eliminando el calor generado por el componente. Aumentando las densidades de potencia, la miniaturizacion de los componentes y reduciendo el empaquetado, a veces no es posible enfriar adecuadamente los componentes electricos y electronicos con disipadores de calor y flujos de aire forzado. Cuando esto ocurre, se deben emplear otros procedimientos para eliminar el calor de los componentes.

Un ejemplo de problema particular de enfriamiento es con pila de accionamiento de gran potencia. Las pilas de accionamiento de gran potencia se usan en una gran variedad de aplicaciones. Tales aplicaciones incluyen por ejemplo, accionar un motor, regenerar la energia de un aerogenerador o devolver otras fuentes de energia renovable a la red de distribucion, sistemas de frenado para objetos de gran inercia (por ejemplo grandes ruedas) , 20 etc. Una pila de accionamiento de alta potencia convencional es una unidad monolitica que incluye tipicamente controles electronicos, componentes de potencia y componentes de enfriamiento. Los componentes de potencia incluyen generalmente un rectificador de entrada modulo puente de transistor bipolar de puerta aislada, y un conmutador de freno dinamico. Los componentes de potencia se acoplan generalmente a los componentes de enfriamiento, que pueden incluir un disipador de calor y/o un ventilador de enfriamiento. Una variacion en el disefo 25 monolitico, mencionado anteriormente, es dividir la pila de accionamiento de gran potencia en diversas unidades diferentes. En tal caso, el accionamiento se puede dividir en tres unidades separadas (por ejemplo unidad rectificadora de entrada, unidad de freno y unidad inversora) . Las unidades se pueden conectar entre si por cables y/o barras colectoras, y se montan en cajas separadas. Un perfeccionamiento adicional a los sistemas anteriores de la tecnica anterior es proporcionar un accionamiento que se divide en diferentes unidades, con los mandos 30 consistentes en dos puntos de conexion electrica comunes (por ejemplo CC+ y CC-) . Ademas, tales unidades pueden tambien disponer que estos puntos de conexion se alineen mecanicamente, lo cual permite que las unidades sean modulares y se conecten entre si usando dos barras colectoras rectas, cuando se conectan entre si una pluralidad de unidades de accionamiento. Ademas de los problemas de enfriamiento adecuado, existe n varios otros inconvenientes asociados a tales dispositivos de la tecnica anterior. Por ejemplo, solo hay dos puntos de conexion electrica comunes. Todas las otras conexiones se han de realizar generalmente por conexion directa por cable al dispositivo. Muchos de tales dispositivos no se pueden enchufar y/o insertar amoviblemente, lo cual dificulta la eliminacion, reparacion e instalacion del dispositivo y requiere mucho tiempo.

El documento US-A-2007/258219 divulga un sistema de paquete de accionamiento de gran potencia que incluye una estructura de soporte que tiene un rectificador de entrada y una pluralidad de receptores. Los receptores tienen al menos dos conectores de receptor. Un modulo incluye un componente de potencia y al menos dos conectores de modulo que se conectan al componente de potencia.

La invencion proporciona un sistema de pila de accionamiento de gran potencia como se define en la reivindicacion 1.

La invencion tambien proporciona un procedimiento para enfriar y alimentar un dispositivo de silicio como se define 45 en la reivindicacion 17.

Otras caracteristicas de la invencion se haran evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada cuando se considere junto con los dibujos. Asimismo, aunque se ha descrito una caracteristica particular de la invencion anteriormente respecto a solo una o mas de las varias realizaciones ilustradas, tal caracteristica se puede combinar con una u otras mas caracteristicas de las otras realizaciones, como puede ser deseable y ventajoso para cualquier 50 aplicacion dada o particular.

Las realizaciones de esta invencion se describiran ahora en mayor detalle con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

La figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema de pila electronica de gran potencia segun aspectos de la invencion.

La figura 2 es una vista esquematica de un sistema ejemplar de pila electronica de gran potencia segun aspectos de la invencion.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de despiece ordenado de un conector combinado electrico y de enfriamiento por fluido; y La figura 4 muestra una vista en perspectiva en seccion transversal del conector de la figura 3.

La figura 5 es una vista lateral de un conjunto de placa de circuito impreso que usa dispositivos TO-247.

La figura 6 es una vista superior de una disposicion de modulo dual que usa una oblea de silicio unida directamente a placas de enfriamiento bajo tension;

La figura 7 muestra una representacion del enfriamiento dielectrico vaporizable usado con un disco.

La figura 8 muestra otra representacion de enfriamiento dielectrico vaporizable usado con un disco; y La figura 9 muestra un tipico empaquetado de semiconductores de tipo disco.

Un aspecto de la presente invencion es proporcionar un aparato y un procedimiento para enfriar y alimentar un dispositivo de silicio, tal como los de una pila modular de accionamiento de gran potencia, proporcionando un sistema de enfriamiento que utiliza refrigerante dielectrico vaporizable y que utiliza al menos una parte del sistema de enfriamiento para proporcionar tambien una conexion electrica a una fuente de potencia de manera que los modulos se puedan insertar y retirar simplemente de un armario cuando se necesita sin necesitar un montaje y desmontaje caro de los modulos o dispositivos de conexion. Una realizacion de tal pila modular de accionamiento de gran potencia 10 se muestra en la figura 1. Tal como se usa en el presente documento, la expresion "gran potencia" significa un circuito que tiene una tension superior a 50 V CA o 120 V CC o una corriente superior a 50 Amps. La pila de accionamiento 10 comprende una estructura o bastidor de soporte comun 20, que se muestra en el presente documento como un armario, que aloja una pluralidad de modulos 30 que se deslizan dentro de los receptores (no mostrados) del armario 20. El armario 20 se puede fabricar en acero o aluminio (o cualquier otro material apropiado) y puede incluir opcionalmente carrilles verticales paralelos o carriles de bastidor para almacenar uno o mas modulos 30. El armario 20 se puede fijar al suelo, a la pared y/o al techo para un soporte adicional. Como el experto en la tecnica apreciara facilmente se puede usar cualquier bastidor apropiado para soportar equipos electronicos sobre el mismo segun la presente invencion. Asimismo, aunque el armario 20 se ilustra para almacenar modulos 30 en una orientacion vertical, se apreciara facilmente que se puede usar una estructura de soporte comun 20 para almacenar los componentes en una posicion horizontal. La pila de accionamiento 10 incluye, ademas, un sistema de enfriamiento 110, mostrandose el condensador 120 del mismo fijado a la parte superior de la pila de accionamiento 10.

Se muestra una vista esquematica de una realizacion de la pila 10 de accionamiento de gran potencia en la figura 2. El armario 20 envuelve un sistema de enfriamiento por fluido dielectrico y una pluralidad de modulos 30. El sistema 110 de enfriamiento por fluido dielectrico comprende una pluralidad de conductos de fluido 112, un condensador 120 (fijado a la parte suprior del armario 20 de una manera... [Seguir leyendo]

1. Sistema de pila de accionamiento de gran potencia (10) que comprende:

una estructura de soporte comun (20) que incluye:

una fuente de potencia del sistema (112A, 112B) , y una pluralidad de receptores (22) situados en lugares predeterminados, en los cuales al menos uno de los receptores tiene al menos dos conectores de receptor (24A, 24B) y los al menos dos conectores de receptor tienen una posicion predeterminada en uno de los receptores, y al menos un modulo (30) que incluye:

un componente de potencia (40) y al menos dos conectores de modulo (34) que se disponen en una posicion predeterminada y se acoplan electricamente a al menos una parte del componente de potencia, acoplandose cada conector de modulo a un conector de receptor correspondiente para formar una conexion electrica.

caracterizado porque la estructura de soporte comun incluye un sistema (110) de enfriamiento por fluido dielectrico, y el modulo incluye un circuito de enfriamiento por fluido dielectrico asociado al componente de potencia, acoplandose fluidamente los conectores de modulo al circuito de enfriamiento por fluido dielectrico, en el cual cada conexion electrica entre un conector de modulo y su conector de receptor correspondiente es de forma generalmente cilindrica, formando el interior cilindrico de la conexion electrica una conexion de fluido entre el modulo y la estructura de soporte comun, de manera que el fluido esta en contacto con el interior de la conexion electrica.

2. El sistema segun la reivindicacion 1, en el cual el sistema (110) de enfriamiento por fluido dielectrico y el circuito de enfriamiento por fluido dielectrico utilizan un refrigerante dielectrico vaporizable.

3. Sistema segun la reivindicacion 2, que incluye, ademas, una pluralidad de modulos (30) .

4. Sistema segun la reivindicacion 3, en el cual la pluralidad de modulos (30) se apilan juntos y se fijan a la estructura (20) de soporte comun.

5. Sistema segun la reivindicacion 4, en el cual la estructura (20) de soporte comun es un bastidor o un armario.

6. Sistema segun la reivindicacion 2, en el cual el sistema (110) de enfriamiento por fluido dielectrico comprende una pluralidad de conductos (112) de fluido, un condensador (120) , una bomba (130) , y un evaporador (140) , estando el evaporador posicionado sobre el al menos un modulo (30) .

7. Sistema segun la reivindicacion 2, en el cual la conexion electrica y la conexion de fluido formadas por cada conector de modulo (34) que se acopla a un conector de receptor (24A, 24B) correspondiente es una conexion de ruptura de ruptura en seco, y es preferiblemente una conexion sin bloqueo.

8. Sistema segun la reivindicacion 1, en el cual los conectores de modulo y los conectores de receptor forman una conexion macho-hembra.

9. sistema segun la reivindicacion 8, en el cual la conexion macho-hembra se forma al menos en parte como un tubo hueco, siendo al menos una parte del tubo conductora a lo largo de su longitud y proporcionando los tubos un paso de fluido cuando se inserta la parte macho en el tubo.

10. Sistema segun la reivindicacion 1, en el cual el modulo comprende, ademas, una placa de enfriamiento (702) que funciona a la potencia de un componente de potencia (910) unido directamente a la placa de enfriamiento.

11. Sistema segun la reivindicacion 1, en el cual al menos partes del circuito de enfriamiento por fluido dielectrico de modulo asociado al componente de potencia se usan como barras colectoras portadoras de corriente.

12. Sistema segun la reivindicacion 1, en el cual el componente de potencia del al menos un modulo es un disco (940) u oblea de silicio.

13. Sistema segun la reivindicacion 12, en el cual el al menos un modulo que comprende, ademas, un disipador de calor (904, 906) en ambos lados del disco (940) u oblea de silicio, en el cual el circuito de enfriamiento por fluido dielectrico de modulo pasa a traves de los dos disipadores de calor, proporcionando tambien al menos una parte del circuito de enfriamiento por fluido dielectrico de modulo una conexion electrica al disco u oblea de silicio de potencia.

14. Sistema segun la reivindicacion 1, en el cual el fluido dielectrico del circuito de enfriamiento por fluido dielectrico de modulo esta en contacto directo con al menos una parte del disco (940) u oblea de silicio del modulo (30) , proporcionado al menos una parte del circuito de enfriamiento por fluido dielectrico de modulo tambien una conexion electrica al disco u oblea de silicio de potencia.

15. Procedimiento para enfriar y alimentar un dispositivo de silicio que comprende las etapas de proporcionar un dispositivo de silicio de potencia, proporcionar una fuente de potencia, y enfriar el dispositivo de silicio de potencia proporcionando un sistema de enfriamiento que utiliza un refrigerante dielectrico vaporizable, comprendiendo el sistema una pluralidad de conductos de fluido, una bomba, un condensador, y una placa de enfriamiento, en el cual la placa de enfriamiento se posiciona para enfriar el dispositivo de silicio de potencia favoreciendo la vaporizacion de refrigerante liquido que pasa a traves de la placa de enfriamiento, caracterizado porque el procedimiento incluye la etapa de alimentar el dispositivo de silicio conectando electricamente la fuente de potencia al dispositivo de silicio de potencia que utiliza al menos una parte del conducto de fluido.