CN103486752A - 电力电子器件冷却系统及分布式发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电子器件冷却系统，该冷却系统包括空调机组、冷媒泵、旁路节流元件和冷却器，冷媒泵从空调机组的第一冷凝器取液，液态冷媒经旁路节流元件节流后进入冷却器，在冷却器处低温冷媒为电力电子器件降温，冷媒流出冷却器后进入空调机组的蒸发器，回到空调系统中，完成一个冷却循环。以解决现有技术中电力电子器件风冷散热系统的散热效果差，噪音大的问题，相对于风冷和水冷，冷媒冷却的冷却效果好，冷却效率高；省去风冷系统，使设备体积小，噪声降低；利用空调机组的冷媒完成制冷循环，使电力电子器件可处于密闭环境，避免尘埃影响，内部洁净，运行寿命长。

Description

电力电子器件冷却系统及分布式发电系统

技术领域

本发明涉及制冷技术及电力电子技术领域，特别涉及一种电力电子器件冷却系统及分布式发电系统。

背景技术

电力电子器件的热损耗大，需要对其进行冷却，现有的电力电子器件的冷却方式一般为风冷，通过安装风机、风扇等设施进行散热，但其冷却效果差，存在很多问题：风冷的冷却速度慢，风机体积大，导致设备整体体积偏大；大风量造成风机噪声偏大；积尘问题对电器元器件的可靠性产生影响；冷却风机调节性差，能耗高，不节能；风机排风导致电器安装环境温度升高，需要对机房增加相应空调系统。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种电力电子器件冷却系统，以解决现有技术中电力电子器件冷却效果差的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电力电子器件冷却系统，包括空调机组、冷媒泵、旁路节流元件和冷却器，所述空调机组包括连接成空调制冷循环系统的蒸发器、压缩机、第一冷凝器和主路节流元件，所述第一冷凝器、冷媒泵、旁路节流元件、冷却器及蒸发器依次连通，所述冷媒泵的入口与所述第一冷凝器连通，冷媒泵的出口与所述旁路节流元件的第一端连通旁路节流元件的第二端与冷却器的第一端连通，所述冷却器的第二端与所述蒸发器连通，通过所述冷却器与电力电子器件换热，使电力电子器件降温。

进一步地，冷却系统还包括单向阀，单向阀的入口与第一冷凝器连通，出口与旁路节流元件的第一端连通。

进一步地，冷却系统还包括第二冷凝器，第二冷凝器连接于冷却器与蒸发器之间。

进一步地，冷却系统包括多条冷却支路，每条冷却支路包括旁路节流元件和至少一个冷却器，所述每条冷却支路的入口与所述冷媒泵的出口及所述单向阀的出口连通，所述每条冷却支路的出口与所述第二冷凝器连通。

进一步地，旁路节流元件为毛细管、节流孔板、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的一种，或其中两种或两种以上的组合。

进一步地，空调机组为冷水式空调机组。

进一步地，电力电子器件包括整流模块和逆变模块，所述冷却支路包括第一冷却支路和第二冷却支路，所述第一冷却支路和第二冷却支路分别用于冷却所述整流模块和逆变模块。

进一步地，电力电子器件还包括电抗器，所述冷却支路还包括用于冷却所述电抗器的第三冷却支路。

进一步地，第一冷却支路包括第一支路节流元件、第二冷却支路包括第二支路节流元件、第三冷却支路包括第三支路节流元件，第一节流元件和第二节流元件为可调式节流元件，第三冷却支路为固定比例式节流元件。

本发明还提供了一种分布式发电系统，包括上述的电力电子器件冷却系统和分布式电站，分布式发电系统通过所述电力电子器件向负载供电和/或并网发电，所述负载包括所述空调机组。

进一步地，电力电子器件包括离网逆变器，所述分布式电站与所述离网逆变器连接，通过所述离网逆变器为所述空调机组供电。

进一步地，电力电子器件还包括变流器，所述变流器一端与公共电网连接，另一端与所述分布式电站及离网逆变器连接。

本发明的有益效果是：相对于风冷和水冷，冷媒冷却的冷却效果好，冷却效率高；省去风冷系统，使设备体积小，噪声降低；利用空调机组的冷媒完成制冷循环，使电力电子器件可处于密闭环境，避免尘埃影响，内部洁净，运行寿命长；不受空调机组开停机的影响。

附图说明

图1为本发明实施例一的电力电子器件冷却系统结构框架示意图；

图2为本发明实施例一的带有多路冷却支路的电力电子器件冷却系统结构框架示意图；

图3为本发明实施例二的分布式发电系统系统结构框架示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本实施例的电力电子器件冷却系统包括空调机组部分和电力电子器件冷却循环部分，如图1所示，为本实施例的电力电子器件冷却系统结构示意图。其中空调机组包括蒸发器11、压缩机12、第一冷凝器13和主路节流元件14，压缩机12的吸气口通过吸气管路与蒸发器11的一端连通，压缩机12的排气口通过排气管路与第一冷凝器13的一端连通，蒸发器11的另一端通过主路节流元件14与第一冷凝器13的另一端连通。

电力电子器件冷却循环部分包括冷媒泵31、旁路节流元件32和冷却器（图中未示出）。冷媒泵31的进口与第一冷凝器13的出液管连通，冷媒泵31的出口与旁路节流元件32的第一端连通，旁路节流元件32的第二端与冷却器的第一端连通，冷却器的第二端与蒸发器11连通。冷却器接触或靠近电力电子器件，通过冷却器中流通的低温冷媒带走电力电子器件的热量，为电力电子器件降温。

当空调机组停机时，冷媒泵31启动，为冷媒循环提供动力。冷媒泵31将第一冷凝器13中的液态冷媒泵送至旁路节流元件32，冷媒经过节流，吸热蒸发后，最终流入蒸发器11，完成一个冷却循环。通过上述方案实现了空调机组停机时对电力电子器件的冷却。

为了实现在空调机组开机时对电力电子器件的冷却。在第一冷凝器13与旁路节流元件32之间还设有与冷媒泵31并联的冷媒流通管道。优选的，在该冷媒流通管道上设置有单向阀34，单向阀34的入口端与第一冷凝器13连通，出口端与旁路节流元件32的第一端连通。单向阀34可有效防止冷媒旁通短路，保证冷却电力电子器件有足够的冷媒流量。

当空调机组开机运转时，由于冷凝侧压力远大于蒸发侧压力，受空调机组内部冷媒压力作用，第一冷凝器13中的液态冷媒经旁路节流元件32节流，在冷却器处吸热蒸发，最终流入蒸发器11中，完成一个冷却循环。

冷媒流经电力电子器件后，会吸收大量的热能，若不释放掉，最终都会累积到空调机组的冷媒中，造成停机状态下的空调机组的系统温度和系统压力不断上升。若冷却系统在空调机组停机状态下长期工作，系统温度持续上升，则会影响对电力电子器件的冷却效果，系统压力不断升高，则会影响整个制冷循环系统的安全性。优选地，在冷却器与蒸发器11之间设有第二冷凝器33，从旁路节流元件32流出的低温冷媒在冷却器处吸收电力电子器件散发的热量而蒸发，变成温度较高的冷媒蒸汽，冷媒蒸汽流至第二冷凝器33时，与空气或水换热，放热冷凝，再次变为液态冷媒，进入蒸发器11，回到空调机组中，完成一个冷却循环。

第二冷凝器33的作用就是提高系统的可靠性，使冷却系统在空调机组停机状态下可以长期正常运转。此外在空调机组开机工作时，第二冷凝器33还可以防止大量的热能进入蒸发器11中而造成空调能效下降。第二冷凝器33一般选用翅片管式换热器或板式换热器。

其中，冷却器为内部嵌有制冷剂流道的金属冷板，金属冷板与电力电子器件相接触，也可以根据现场环境情况、电力电子器件的形状、冷却需求等因素，选择适当的冷却器类型，例如对于不能接触换热或对冷却要求不高的器件，可选用翅片管式换热器、板翅式换热器等作为冷却器。

根据需要冷却的电力电子器件的数量较多，或受结构限制，无法通过一个冷却器完成冷却的，则在旁路节流元件32与第二冷凝器33之间的管路上串联多个冷却器或在冷媒泵31与第二冷凝器33之间设置多条并联的冷却支路，每条冷却支路上设有旁路节流元件32和至少一个冷却器。旁路节流元件32可采用不同形式的节流阀，如毛细管、节流孔板（固定的或可变的）、热力膨胀阀或电子膨胀阀，以及其中两种或两种以上节流阀的组合。

如图2所示，为多路冷却的电力电子器件冷却系统结构示意图。经冷媒泵31和/或单向阀34输出的冷媒，经过分流装置分流后，进入三路冷却支路，每条支路上均设有旁路节流元件32和至少一个冷却器。具体该电力电子器件为变流器20，包括整流模块、逆变模块和电抗器。由于整流模块和逆变模块的散热要求较高，则在两条支路上的第一旁路节流元件32a和第二旁路节流元件32b为可调节式节流元件，如电子膨胀阀，根据整流模块和逆变模块的实际温度调节电子膨胀阀的开度，以获得合适的冷媒流量。位于另一条支路上的第三旁路节流元件32c则可采用固定式节流元件，如固定孔板或毛细管，根据系统性能匹配最佳的节流元件。其中用于冷却整流模块和逆变模块的冷却器为带有冷媒流通管路的金属冷板结构，整流模块和逆变模块与金属冷板相接触，这种散热方式相对风冷散热的冷却效果更好，冷却速度快、冷却效率高，可以极大减小变流器的体积及元件的选型要求。

其中整流模块与逆变模块可以通过一条冷却支路冷却，即整流模块与逆变模块设置在同一块冷却器上或者在一条支路上设置串联的两个冷却器，分别为整流模块和逆变模块冷却。这样可以减少对一路节流元件的控制，简化控制并且节省元器件、降低成本。

空调机组优选的为中央空调机组，中央空调机组的冷媒存量大，足够满足冷却需求，进一步为冷水式空调机组，更进一步的为离心式冷水机组或螺杆式冷水机组。

本实施例中的电力电子器件是驱动空调机组本身正常运转的电力电子器件，或是其他设备中的电力电子器件。

综上，根据本发明提供的冷却系统可以很好的解决电力电子器件的冷却问题，且冷媒的冷却能力强于风冷和水冷；本方案不受空调机组的开关机影响，空调机组关机时同样能够满足冷却的需要；还能够按照冷却需求，调节各支路冷媒的流量；冷媒为绝缘体，不会有短路或者漏电隐患，安全性高，利用空调机组的冷媒完成制冷循环，使电力电子器件可处于密闭环境，避免尘埃影响，内部洁净，运行寿命长。

实施例二

本发明还提供了一种分布式发电系统，如图3所示，该分布式发电系统包括上述的电力电子器件冷却系统（图中未示出）和分布式电站40，分布式电站40通过电力电子器件向负载50供电和/或向公共电网60并网发电。负载50包括上述的空调机组，还可以包括其他电器设备。该电力电子器件包括变流器20、离网逆变器21等。离网逆变器21连接于分布式电站40与空调机组或其他负载之间，通过所述离网逆变器21，分布式电站40向空调机组或其他负载供电。变流器20一端连接公共电网60，另一端连接分布式电站40和/或离网逆变器21，分布式电站40通过变流器20向公共电网60并网发电，空调机组或其他负载可以通过变流器20从公共电网取电。

具体地，分布式电站可以是光伏电站、风力发电电站、风光互补电站、生物质发电电站等，优选地为光伏电站。

根据本发明提供的分布式发电系统带有电力电子器件冷却单元，可以提高分布式发电系统的可靠性及使用寿命，降低电力电子器件的选型要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种电力电子器件冷却系统，其特征在于：

包括空调机组、冷媒泵、旁路节流元件和冷却器，

所述空调机组包括连接成空调制冷循环系统的蒸发器、压缩机、第一冷凝器和主路节流元件，

所述第一冷凝器、冷媒泵、旁路节流元件、冷却器及蒸发器依次连通，

所述冷媒泵的入口与所述第一冷凝器连通，冷媒泵的出口与所述旁路节流元件的第一端连通，所述旁路节流元件的第二端与所述冷却器的第一端连通，所述冷却器的第二端与所述蒸发器连通，通过所述冷却器与所述电力电子器件换热，使所述电力电子器件降温。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括单向阀，所述单向阀的入口与第一冷凝器连通，出口与所述旁路节流元件的第一端连通。

3.根据权利要求1或2所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括第二冷凝器，所述第二冷凝器连接于所述冷却器与所述蒸发器之间。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括多条冷却支路，每条冷却支路包括旁路节流元件和至少一个冷却器，所述每条冷却支路的入口与所述冷媒泵的出口及所述单向阀的出口连通，所述每条冷却支路的出口与所述第二冷凝器连通。

5.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述旁路节流元件为毛细管、节流孔板、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的一种，或其中两种或两种以上的组合。

6.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述空调机组为冷水式空调机组。

7.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述电力电子器件包括整流模块和逆变模块，所述冷却支路包括第一冷却支路和第二冷却支路，所述第一冷却支路和第二冷却支路分别用于冷却所述整流模块和逆变模块。

8.根据权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述电力电子器件还包括电抗器，所述冷却支路还包括用于冷却所述电抗器的第三冷却支路。

9.根据权利要求8所述的冷却系统，其特征在于，所述第一冷却支路包括第一支路节流元件、第二冷却支路包括第二支路节流元件、第三冷却支路分包括第三支路节流元件，所述第一节流元件和第二节流元件为可调式节流元件，所述第三冷却支路为固定比例式节流元件。

10.一种分布式发电系统，包括如权利要求1至9任一项所述的电力电子器件冷却系统和分布式电站，所述分布式发电系统通过所述电力电子器件向负载供电和/或并网发电，所述负载包括所述空调机组。

11.根据权利要求10所述的分布式发电系统，其特征在于，所述电力电子器件包括离网逆变器，所述分布式电站与所述离网逆变器连接，通过所述离网逆变器为所述空调机组供电。

12.根据权利要求11所述的分布式发电系统，其特征在于，所述电力电子器件还包括变流器，所述变流器一端与公共电网连接，另一端与所述分布式电站及离网逆变器连接。

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