Sistema de refrigeración de bucle con bomba.

Un sistema de refrigeración de bucle con bomba (10), que comprende:



una pluralidad de primeros componentes generadores de calor (16) y al menos un intercambiador de calor (18) en contacto térmico con los primeros componentes generadores de calor para absorber el calor de los primeros componentes generadores de calor por medio de refrigerante que circula a través del intercambiador de calor,

una pluralidad de segundos componentes generadores de calor (22),

un enfriador (24) para refrigerar con aire los segundos componentes generadores de calor,

un condensador (28) para recibir y condensar el refrigerante recibido desde el intercambiador de calor, y

una bomba (50) para hacer circular el refrigerante a través del sistema, recibiendo la bomba el refrigerante que ha sido condensado por el condensador y bombear el refrigerante al intercambiador de calor,

que se caracteriza porque el condensador (28) es también para recibir y condensar el refrigerante recibido desde el enfriador (24), y la bomba (50) es también para bombear el refrigerante al enfriador.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2012/042176.

Solicitante: Parker-Hannificn Corporation.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 6035 PARKLAND BOULEVARD CLEVELAND, OHIO 44124-4141 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SATHE,ABHIJIT, GILL,SCOTT.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H05K7/20 SECCION H — ELECTRICIDAD.H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05K CIRCUITOS IMPRESOS; ENVOLTURAS O DETALLES DE REALIZACION DE APARATOS ELECTRICOS; FABRICACION DE CONJUNTOS DE COMPONENTES ELECTRICOS (detalles de instrumentos o detalles comparables de otros aparatos no previstos en otro lugar G12B; circuitos de película delgada o de película gruesa H01L 27/01, H01L 27/13; medios no impresos para realizar conexiones con o entre circuitos impresos H01R; envolturas o detalles de realización de tipos particulares de aparatos, ver las subclases apropiadas; procedimientos que sólo comprenden una técnica prevista en otro lugar, p. ej. calefacción, pulverización, ver la subclase apropiada). › H05K 7/00 Detalles constructivos comunes a diferentes tipos de aparatos eléctricos (envolturas, cajas, cajones H05K 5/00). › Modificaciones para facilitar la refrigeración, ventilación o calefacción.

PDF original: ES-2541418_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistema de refrigeración de bucle con bomba La presente invención se refiere a un sistema de refrigeración para la refrigeración de componentes generadores de calor, por ejemplo, los componentes electrónicos y / u otros componentes generadores de calor.

Los dispositivos electrónicos de potencia, tales como los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) , rectificadores controlados por silicio (SCR) , etc., cada vez alcanzan una mayor capacidad de conmutación de potencia en una envoltura más pequeña. La cantidad de calor producido por estos dispositivos también continua creciendo. Los procedimientos de refrigeración convencionales para la componentes electrónicos de potencia incluyen el uso de aire de soplado y / o la circulación de un fluido a base de agua a través de placas frías en contacto térmico con el dispositivo electrónico. Un procedimiento de refrigeración más reciente utiliza un fluido, o refrigerante, de cambio de fase que se evapora para eliminar el calor de un disipador de calor de un dispositivo electrónico y se condensa de nuevo al estado líquido por medio de un proceso de intercambio de calor con un medio frío (aire o agua) . Además, los componentes pueden ser alojados en un recipiente y ser refrigerados por aire y por un sistema DE HVAC que enfría el aire en el recipiente.

El documento US -A -2005/025397 divulga un sistema de refrigeración para un sistema informático que incluye unidades de procesador central generadoras de calor que están fijadas a placas frías. El refrigerante circula a través de las placas frías para absorber el calor y a continuación a un intercambiador de calor. El intercambiador de calor puede ser refrigerado por medio de un refrigerante con un condensador. Los componentes adicionales del sistema informático son refrigerados por medio de una corriente de aire que se hace circular sobre los componentes por medio de ventiladores. Se puede utilizar aire refrigerado.

La presente invención proporciona un sistema de refrigeración con refrigerante de bucle con bomba tal como se define en la reivindicación 1.

El sistema puede ser utilizado para refrigerar componentes electrónicos de potencia y componentes electrónicos periféricos que están alojados en el interior de un recipiente. El sistema de refrigeración de bucle con bomba tiene dos ramas a través de las cuales el refrigerante es con bomba. En una primera rama, el refrigerante es con bomba a través de placas frías que se encuentran en contacto térmico con los elementos electrónicos generadores de potencia. En una segunda rama, el refrigerante es con bomba a través de un enfriador de aire para refrigerar el aire en el interior del recipiente, refrigerando de esta manera los elementos electrónicos periféricos contenidos en el mismo. Ventajosamente, las dos ramas pueden compartir un único condensador situado fuera del recipiente para condensar el refrigerante con bomba a través del sistema.

El sistema de bucle con bomba que se describe en la presente memoria descriptiva puede eliminar la necesidad de un sistema HVAC para refrigerar el aire en el interior del recipiente y cualquiera de los componentes generadores de calor en el mismo. Un sistema de HVAC puede tener costos de operación que son órdenes de magnitud mayor que la de un sistema de refrigeración de refrigerante de bucle con bomba. Por lo tanto, el sistema de bucle con bomba que se describe en la presente memoria descriptiva puede ser significativamente menos caro de operar que un sistema combinado de bucle con bomba / HVAC

El sistema de refrigeración de bucle con bomba puede incluir un recipiente que aloja una pluralidad de componentes electrónicos, en el que el calor que es absorbido por el refrigerante se disipa a un área fuera del recipiente.

La invención proporciona también un procedimiento para refrigerar una pluralidad de primeros componentes generadores de calor y de segundos componentes generadores de calor en un recipiente, tal como se define en la reivindicación 15.

Las realizaciones de esta invención se describirán a continuación con más detalle con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la figura 1 es un diagrama esquemático de una primera realización de un sistema de refrigeración de bucle con bomba de acuerdo con aspectos de la invención; y la figura 2 es un diagrama esquemático de una segunda realización de un sistema de refrigeración de bucle con bomba de acuerdo con aspectos de la invención.

Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, se muestran diagramas esquemáticos ejemplares de un sistema de bucle con bomba 10 para la refrigeración de componentes generadores de calor. En las realizaciones ilustradas, algunos componentes del sistema 10 están dispuestos en un primer entorno 12 y algunos de los componentes del sistema 10 están dispuestos en un segundo entorno 14. El primer entorno 12 puede ser un entorno cerrado, por ejemplo, el interior de un recipiente 13 que aloja los componentes eléctricos, tales como los componentes electrónicos de producción de potencia y / u otros componentes eléctricos, mientras que el segundo entorno 14 puede ser representati

vo de un entorno de aire ambiente en el exterior. Los entornos 12 y 14 puede ser generalmente cerrados uno con respecto al otro, por ejemplo, de tal manera que el aire dentro del primer entorno 12 permanece separado generalmente del aire en el segundo entorno 14.

Como se describe en más detalle a continuación, un fluido es bombeado a través del sistema 10 para refrigerar los componentes generadores de calor por refrigeración de contacto y / o por refrigeración por aire. El fluido puede ser un refrigerante tal como un refrigerante dieléctrico vaporizable. Refrigerantes adecuados incluyen, por ejemplo, HFC -134a, HFO -1234yf.

El primer entorno 12 contiene uno o más primeros componentes generadores de calor 16. Los primeros componentes generadores de calor 16 pueden ser componentes electrónicos generadores de potencia, por ejemplo, los componentes 16 que tienen una tasa de disipación de calor de 1 kW o más. Por ejemplo, los primeros componentes generadores de calor 16 puede ser mandos inversores, módulos IGBT, u otros componentes generadores de alta temperatura. Los primeros componentes generadores de calor 16 puede ser refrigerados por contacto como se describe en más detalle a continuación.

Los primeros componentes generadores de calor 16 están en contacto térmico con intercambiadores de calor respectivos (también conocidos como "placas frías") designados generalmente por el número de referencia 18. Los intercambiadores de calor 18 incluyen un conducto a través del cual circula el refrigerante. Al estar en contacto térmico con los primeros componentes generadores de calor 16, el refrigerante que circula a través de los intercambiadores de calor 18 absorbe el calor generado por los primeros componentes generadores de calor 16. Los primeros componentes generadores de calor 16 y los intercambiadores de calor respectivos 18 pueden estar dispuestas dentro de un alojamiento 20 situado en el primer entorno 12, tal como un armario.

Los intercambiadores de calor 18 pueden estar dispuestos en paralelo como se muestra en la figura 1, o en serie como se muestra en la figura 2, o en cualquier combinación de serie y paralelo. Aunque se ha descrito principalmente con respecto a la figura 1 en la que los intercambiadores de calor están dispuestos en paralelo, se debe apreciar que los principios que se describen en la presente memoria descriptiva son igualmente aplicables al sistema de la figura 2 en el que los intercambiadores de calor están dispuestos en serie o en cualquier realización que tenga intercambiadores de calor dispuestos en serie y / o en paralelo.

El sistema 10 también incluye una pluralidad de segundos componentes generadores de calor 22, que pueden estar situados en el primer entorno 12 como se muestra en el ejemplo de realización de la figura 1. Los segundos componentes generadores de calor 22 disipan el calor al aire dentro del primer entorno 12. Los segundos componentes generadores de calor 22 pueden ser componentes generadores de calor de baja potencia. Por ejemplo, los segundos componentes generadores de calor 22 pueden ser componentes eléctricos que producen menos calor que los primeros componentes generadores de calor 16, por ejemplo, componentes que tienen una capacidad de disipación de calor de menos de 1 kW. Debido al nivel inferior de generación de calor, los segundos componentes generadores de calor 22 pueden ser componentes refrigerados por aire, por ejemplo, componentes eléctricos que pueden ser refrigerados por exposición al aire. Por ejemplo, los segundos componentes generadores de calor 22 puede ser elementos electrónicos periféricos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de refrigeración de bucle con bomba (10) , que comprende:

una pluralidad de primeros componentes generadores de calor (16) y al menos un intercambiador de calor (18) en contacto térmico con los primeros componentes generadores de calor para absorber el calor de los primeros componentes generadores de calor por medio de refrigerante que circula a través del intercambiador de calor, una pluralidad de segundos componentes generadores de calor (22) , un enfriador (24) para refrigerar con aire los segundos componentes generadores de calor, un condensador (28) para recibir y condensar el refrigerante recibido desde el intercambiador de calor, y una bomba (50) para hacer circular el refrigerante a través del sistema, recibiendo la bomba el refrigerante que ha sido condensado por el condensador y bombear el refrigerante al intercambiador de calor, que se caracteriza porque el condensador (28) es también para recibir y condensar el refrigerante recibido desde el enfriador (24) , y la bomba (50) es también para bombear el refrigerante al enfriador.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que los primeros componentes generadores de calor (16) , el intercam

biador de calor (18) y los segundos componentes generadores de calor (22) están situados en un primer entorno (12) y el condensador (28) disipa el calor absorbido por el refrigerante a un segundo entorno (14) .

3. El sistema de la reivindicación 2, en el que la primera pluralidad de componentes generadores de calor (16) están dispuestos en un alojamiento (13) dentro del primer entorno (12) .

4. El sistema de la reivindicación 2 o de la reivindicación 3, en el que la bomba (50) está situada en el primer en20 torno.

5. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el intercambiador de calor (18) y el enfriador (24) están dispuestos en paralelo uno con el otro.

6. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende una pluralidad de intercambiadores de calor (18) en contacto térmico con los primeros componentes generadores de calor respectivos (16) .

7. El sistema de la reivindicación 6, en el que los varios intercambiadores de calor (18) están dispuestos en paralelo unos con los otros.

8. El sistema de la reivindicación 6, en el que los varios intercambiadores de calor (18) están acoplados unos a los otros en serie.

9. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende, además, un primer restrictor de flujo 30 (60, 62) para controlar el flujo de refrigerante al intercambiador de calor (18) y / o al enfriador (24) .

10. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende, además, un primer restrictor de flujo (60) para controlar el flujo de refrigerante al intercambiador de calor (18) , y un segundo restrictor de flujo (62) para controlar el flujo de refrigerante al enfriador (24) .

11. El sistema de la reivindicación 10, en el que el primer restrictor de flujo (60) está dispuesto entre la bomba (50) y el intercambiador de calor (18) , y el segundo restrictor de flujo (62) está dispuesto entre la bomba (50) y el enfriador ( 24) .

12. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que el o al menos uno de los restrictores de flujo (60, 62) es un restrictor de flujo variable.

13. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende, además, un depósito (52) para 40 recibir refrigerante desde el condensador (28) y para suministrar refrigerante a la bomba (50) .

14. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la primera pluralidad de componentes generadores de calor (16) comprende componentes electrónicos generadores de potencia, y en el que la segunda pluralidad de componentes generadores de calor (22) comprende componentes electrónicos de baja potencia.

15. Un procedimiento de refrigeración de una pluralidad de primeros componentes generadores de calor y de segundos componentes generadores de calor en un recipiente, que comprende:

refrigerar una primera pluralidad de primeros componentes generadores de calor (16) en un recipiente (13) mediante el bombeo de refrigerante con una bomba (50) a través de al menos un intercambiador de calor (18) en contacto térmico con los primeros componentes generadores de calor, para absorber el calor generada por los primeros componentes generadores de calor, refrigerar el aire en el recipiente (13) mediante el bombeo de refrigerante con la bomba a través de un enfriador (24) para absorber el calor del aire en el recipiente, con lo cual se refrigera por aire una pluralidad de segundos componentes generadores de calor (22) situados en el recipiente, disipar el calor absorbido por el refrigerante en el intercambiador de calor y el enfriador, siendo disipado el calor por un condensador (28) a una zona fuera del recipiente, y circular el refrigerante desde el condensador a la bomba.


 

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