CN105101748A - 散热器以及用于具有这种散热器的逆变器的壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于冷却布置在壳体中的电力组件的散热器(1)，所述散热器(1)包括具有布置在底座表面(14)上的散热片(16,17)的冷却元件(3)，以及用于吸入周围空气并且用于输送周围空气流经所述冷却元件(3)的散热片(16,17)的风扇(2)，所述冷却元件(3)具有凹部(13)，风扇(2)在所述凹部(13)中布置成与所述冷却元件(3)的底座表面(14)分开，本发明还涉及包括所述散热器(1)的逆变器壳体(24)。为了提高冷却效果并且同时具有最佳空间条件，风扇(2)包括位于背离所述冷却元件(3)的所述底座表面(14)的侧面上的座圈(4)，在所述座圈(4)的底部边缘和所述冷却元件(3)的所述底座表面(14)之间形成中间空间(15)，并且所述风扇(2)由轴流式风扇组成，使得吸入的周围空气撞击所述冷却元件(3)的所述底座表面(14)，偏转基本上90度并且被引导在所述散热片(16,17)之间横向地流经所述中间空间(15)，到达外部。

Description

散热器以及用于具有这种散热器的逆变器的壳体

技术领域

本发明涉及一种用于对布置在壳体中的电力组件进行冷却的散热器，所述散热器包括：具有布置在底座表面上的散热片的冷却元件，以及用于吸入周围空气并且输送周围空气流经冷却元件的散热片的风扇，所述冷却元件包括凹部，所述风扇在所述凹部内布置成与冷却元件的底座表面分开。

而且，本发明涉及用于逆变器特别是光伏逆变器的壳体，所述壳体包括前壳体和后壳体部件。

背景技术

已知现有类型的包括散热器和风扇的组合的散热器具有不同的变体。这些散热器的目的在于将电力组件产生的热损失有效地耗散。

散热器可以用在多种不同的领域，例如，用于冷却光伏系统的逆变器，用于在焊接技术中冷却电源，以及，用于冷却电池充电系统，这些都要求有效的冷却并且同时应当需要占用尽可能小的空间。

例如，DE4231122A1描述了一种冷却元件，其包括其上放置的风扇。风扇吸入周围空气并且以基本上垂直的方式将其输送给冷却元件。在冷却元件中，气流将发生90度的偏转并且被引导分别经由散热片或者冷却肋到达外部。在这个实施方式的变体中，已经发现将风扇直接安装在冷却元件上是特别不利的，这样会必然造成整体高度更高。

其他已知的散热器包括冷却元件，其散热片不是以直线方式而是以弯曲方式朝向外部布置。其他变体包括以单元形式从冷却元件中心开始平行地引导到外部的散热片。例如，US2005/0150637A1示出包括这种冷却元件的散热器。

例如，由US5,522,700A、US5,787,971A、US5,661,638A和US4,715,438A已知这种类型的其他散热器。

发明内容

从现有技术着眼，本发明的目的是提供一种散热器以及具有这种散热器的逆变器壳体，所述散热器使得能够实现改进的冷却效果并且同时具有节省空间和紧凑的设计。避免或者至少减少了已知散热器的任何缺点。

所述目的由上述散热器来实现，其中，风扇具有布置在背离冷却元件的底座表面的侧面上的座圈，在座圈的底部边缘和冷却元件的底座表面之间形成中间空间，并且，风扇由轴流式风扇形成，使得吸入的周围空气撞击冷却元件的底座表面，发生90度的偏转并且被引导在散热片之间横向地穿过中间空间到达外部。所用的风扇不是直接安装在冷却元件上，而是集成在冷却元件中的凹部内并且以距离冷却元件的底座表面特定最小距离将其插入。而且，在风扇的背离冷却元件的底座表面的侧面上设置有座圈，在座圈的底部边缘和冷却元件的底座表面之间形成中间空间。这样产生了流控上最佳的压力比，所述压力比允许最佳地吸入周围空气以及允许气流流经和偏转并且产生最佳的冷却效果。将风扇巧妙地集成在散热器中以及对散热片进行特殊的布置产生了高效的冷却效果并且同时导致总体高度较低或者实现最佳的空间条件。由于这种散热器的设计，其具有广泛的应用范围，所述应用范围基本上覆盖了其中需要或者希望冷却电子组件的所有技术领域。由于这种散热器具有紧凑的设计以及同时非常优良的冷却性能，其在许多领域中的应用都是非常适合的。在已知的将风扇安装在冷却元件上的散热器中，无法实现这种冷却效果，同时无法实现最佳的空间条件或者较低的总体高度。

由于风扇是由轴流式风扇形成的，因此被吸入的周围空气在中间空间中偏转90度并且被横向地从冷却元件的散热片之间排出，排到外部。借助轴流式风扇可以实现最佳的冷却能力，同时所需的空间非常小。将平的轴流式风扇集成在冷却元件的凹部能够实现高的空气输送体积以及最小的空间要求。

根据本发明的一个特征，风扇逐点地连接到冷却元件上。因此，冷却气流不会明显地受到固定位点的削弱。

座圈的高度优选地相当于风扇整体高度的一半。由于这样，冷却气流可以以最佳方式在座圈的下边缘和冷却元件的底座表面之间经过。

可以在风扇的座圈上设置朝向吸入侧的径向环绕的圆环形凸起。

优选地，风扇是与冷却元件的散热片的上边缘齐平的或者将风扇布置成延伸超过散热片的上边缘。

可以同样地在冷却元件的凹部设置比围绕凹部布置的散热片的高度更低的散热片。借助这些位于风扇转子叶片下方的散热片可以进一步提高冷却效果，因为在已经位于风扇下方的凹部发生了非常好的热耗散。可以将放置在凹部中的散热片布置成特殊的角度并且使其适于流出方向，使得气流能够采取流控上优先的路径并且冷却空气能够实现最佳的分布。

至少大部分散热片以以下方式布置：优选从凹部延伸出来并且径向向外延伸或者以星形图案围绕凹部向外延伸。而且，可以至少部分地以平行延伸的方式布置散热片。

散热片可以以直线和/或曲线形式实现。径向并且同时曲线形状的散热片产生特殊的优点，因为存在于散热片弯曲部位的冷却空气将被引导到散热片的表面，由此在散热片的整个长度上发生改进的热耗散。

本发明的目的还由上述逆变器壳体实现，关于这一点，上述散热器设置在前壳体后面，并且在前壳体中布置用于吸入周围空气的孔。在经常暴露在太阳辐射下的光伏逆变器的壳体中，容纳在所述壳体内的逆变器的电力组件实现了最佳的冷却效果并且防止了由于太阳辐射引起的逆变器壳体的加热。

前壳体上的孔优选布置在散热器风扇的上方。

附图说明

下面将参考附图详细描述本发明，其中：

图1示出具有集成风扇的冷却元件的散热器的实施方式的斜视图；

图2示出根据图1的具有集成风扇的散热器的截面图；

图3示出根据本发明穿过风扇的截面图；

图4示出风扇的斜视图；

图5示出没有风扇的散热器的冷却元件的斜视俯视图；以及

图6示出集成有散热器的逆变器的壳体的示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的散热器1的实施方式的斜视图。散热器1包括冷却元件3和由轴流式风扇形成的集成风扇2的组合。风扇2集成在冷却元件3内，位于凹部13中。冷却元件3包括多个散热片16、17，所述多个散热片16、17基本上径向布置或者以星形图案围绕凹部13布置。在示出的实施方式中，在每种情况下，短的散热片17都布置在两个长的散热片16之间。除了增加表面以外，这种布置引起气流分开并因此产生改进的冷却效果。优选地，将风扇2放置在冷却元件3的中心位置，从而实现吸入的周围空气在冷却元件3的整个表面上的均匀分布。

图2示出根据本发明的散热器1的侧视截面图。风扇2由轴流式风扇形成，因此允许整个散热器1的特别平直的构造。轴流式风扇提供大的空气输送体积并且同时需要很小的空间。风扇2不是直接放置在冷却元件3的底座表面14上，而是与底座表面14分开。风扇2包括座圈4，在冷却元件3的底部边缘和底座表面14之间形成中间空间15。所述中间空间15使得能够横向地排出从上方吸入的气流。为了在冷却元件3的底座表面14和风扇2的座圈4的底部边缘5之间提供最佳的压力比，设置中间空间15是必要的。当风扇2工作时，从上侧吸入周围空气并且流经风扇2，在那里冷却空气垂直地撞击冷却元件3的底座表面14。随后，气流偏转基本上90度并且经过中间空间15流向散热片16、17，最后朝向外部横向排出。在这一点上，必要的是：向前撞击冷却元件3的气流是所谓的撞击气流，该气流随后必然横向偏转90度并且横向排出。

在示出的实施方式中，风扇2伸出到散热片16、17或其上边缘以外。在散热片的最上方区域，没有冷却空气流经或者围绕散热片16、17，由于这个原因还可以将散热片16、17布置在比风扇2更深的水平面上。这还造成节省一定量的材料。但是，也可以将风扇2放置在与散热片16、17齐平的深度水平面上，或者，可以将其放置在甚至稍微更深的水平面上。吸入空气的流动方向用箭头示出。风扇2吸入空气，于是空气以垂直方式撞击冷却元件3的底座表面14并且偏转90度。接下来，吸入的空气流经中间空间15，然后流到散热片16、17上，由此产生热消散。

图3示出设计成轴流式风扇的风扇2的侧视截面图。风扇2的转子9与座圈4和支撑板11一起形成单元。需要使用特定的紧固元件6来安装风扇2。如果借助风扇2的马达来安装风扇2，则单个的紧固元件6就是足够的。优选地，使用至少两个紧固元件6将风扇2固定在座圈4上。这样导致产生上述中间空间15，气流被引导通过所述中间空间15。中间空间15的高度由冷却元件3的底座表面14直到座圈4的下边缘5来决定。原则上来说，这个距离或者高度是可以变化的。从只有特定高度的中间空间15可以提供最佳的压力比从而实现最佳可能的冷却空气流速上来看，这一点是重要的。如果这个距离太短，将会造成产生的空气输送体积不足。作为这种情况的进一步的结果，冷却元件3无法获得足够的冷却效果。座圈4的下边缘5和冷却元件3的底座表面14之间的高度是至关重要的，并用于最佳比例。

风扇2的座圈4可以包括位于吸入侧上的环绕的圆环形凸起12，由于它的存在，可以实现在流体力学上有利的周围空气的吸入而没有任何干扰边缘，并且可以实现均匀分布。如果凸出边缘要形成座圈4的上方终点，则这将会破坏气流的均匀性，进而导致产生不希望的漩涡。圆环形的凸起12产生的作用是吸入的周围空气显示出均匀的进气量。也可以使用例如锥形或圆锥形式来代替圆环形的凸起12。

图4示出具有相应的安装区域8的风扇的底侧，安装区域8靠在冷却元件3的安装位点7上(参见图5)。这构成一种可能的安装变体。基本上，将风扇2螺栓连接在冷却元件3上的位置可以位于不同的地方。基本上，将安装位点7放置在冷却元件3上的方式使得安装位点7位于流体力学上的非临界位置。不去显著破坏最佳气流是重要的。风扇2的紧固元件6彼此连接并且连接到支撑板11上，支撑板11借助连接柱10居中布置。转子9的驱动马达或者用于风扇2的转子9的支撑体被支承在支撑板11上。而且，连接柱10有助于增加风扇2的刚性。与风扇2的驱动马达的电气连接也可以布置在这些连接柱10的其中一个中。由此，例如，连接柱10的其中一个可以包括凹部，电气连接被导入所述凹部(未示出)。

图5最后示出具有凹部13的冷却元件3，其不带插入的风扇2。在该图中也很好地示出了散热片16、17的布置。基本上，布置了长的散热片16和短的散热片17。当冷却元件3具有相应的尺寸时使用短的散热片17。根据图5，每个长的散热片16都跟随着至少一个短的散热片17。随着冷却元件3的尺寸的增大，短的散热片17的数量增加。散热片也可以布置在凹部13的区域中，它们构成所描述的已布置的散热片16、17的延长部。但是，布置在凹部13中的这些散热片具有比较小的高度并且可以以彼此之间移置特定角度的方式进行布置。这种相对彼此的偏移允许被吸入并且流经风扇2的空气以均匀的方式被引导到相邻的散热片16、17，并且是流体力学上有利的。这样，吸入的周围空气的流出方向已经被调整并且将产生流控上最佳的气流路径。凹部13的区域中的散热片导致这个区域中的表面额外地增加，由于这个原因，可以带走更多的热量。

长的散热片16上的加宽部18基本上是与生产相关的，但是也可以对冷却空气的流动模式产生积极的影响。事实上，加宽部18导致这些位置之间的气流以流体力学上有利的方式被引导到散热片17上，由此可以实现改进的热耗散。在示出的实施方式中，选择散热片16、17的布置，使得气流特别地流经那些位置，即：流经这些位置能够排出大部分热量。最后，加宽部18有助于将气流分配到流经其能够排出大部分热量的那些区域。

当然，所描述的散热片16、17和加宽部18的布置仅仅是示例性的并且可以变化。根据所需的热传递以及可能的空间条件，不同的散热片16、17的布置是可能的。也可以是这种情况，即：散热片16、17本身布置成不是必定曲线延伸而是直线地延伸到外部。同样地，可以是这种情况，即：使用单独的销来代替连续的散热片。这将导致冷却元件3的表面相应地增大。如上所述，存在大量可能的散热片布置和设计，因此不再就这一点进行进一步地讨论。

当然，也可以采用与图3和图4中所描述的不同的方式来安装风扇2。因此，例如，可以借助粘接方法来安装风扇2或者可以改变图4中所示的安装位点7的数量。而且，不需要将风扇2直接附接在冷却元件3上，而是还可以将风扇2和/或风扇2的部件安装到外部壳体上，并且，仅在组装外部壳体时，可以将风扇2放置在冷却元件3的凹部13中。

图6示出根据本发明的散热器1在逆变器特别是光伏逆变器的壳体24中的应用。散热器1的形状适合于逆变器。因此，也可以将风扇2布置在中心外侧，例如，布置在散热器1的冷却元件3的下边缘上。逆变器壳体24由前部件、前壳体19和后壳体部件20组成。在前壳体19上布置用于空气流入的孔21，藉此孔21的位置相应地适合于布置在前壳体19后面的散热器1。特别地，散热器1的风扇2布置在孔21后面。在示出的实施例中，孔21居中布置在前壳体19上。孔21上可以设置有通风格栅，出于安全原因考虑可能需要通风格栅并且通风格栅防止或者减少了风扇2和位于其后面的组件发生污染。印刷电路板23位于散热器1的冷却元件3后面，印刷电路板23包括布置在其上的待冷却的电力组件22。因此，能够实现对于电力组件22的最佳的冷却效果。

通过从前壳体19一侧吸入冷却空气并且优选地横向释放废气，也可以将这种逆变器壳体24部分地构建或者集成到壁面上，由此进一步减小了所需空间。

当然，除了这里作为例子引用的逆变器特别是光伏逆变器，也可以将散热器1集成到包括电力组件的其他系统中。已经以示例性的方式在说明书的背景技术部分对此进行了描述。

Claims (11)

1.一种用于冷却布置在壳体中的电力组件的散热器(1)，其包括具有布置在底座表面(14)上的散热片(16,17)的冷却元件(3)以及用于吸入周围空气并且输送周围空气流经所述冷却元件(3)的所述散热片(16,17)的风扇(2)，所述冷却元件(3)具有凹部(13)，所述风扇(2)以与所述冷却元件(3)的所述底座表面(14)分开的方式布置在所述凹部(13)中，其特征在于，所述风扇(2)包括位于背离所述冷却元件(3)的所述底座表面(14)的侧面上的座圈(4)，在所述座圈(4)的底部边缘和所述冷却元件(3)的所述底座表面(14)之间形成中间空间(15)，并且所述风扇(2)由轴流式风扇组成，使得吸入的周围空气撞击所述冷却元件(3)的所述底座表面(14)，偏转基本上90度，并且在所述散热片(16,17)之间被引导横向地通过所述中间空间(15)，到达外部。

2.根据权利要求1所述的散热器(1)，其特征在于，所述风扇(2)逐点地连接至所述冷却元件(3)。

3.根据权利要求1或2所述的散热器(1)，其特征在于，所述座圈(4)的高度相当于所述风扇(2)的整体高度的一半。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的散热器(1)，其特征在于，在所述风扇(2)的所述座圈(4)上朝向吸入侧设置径向环绕的圆环形凸起(12)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的散热器(1)，其特征在于，所述风扇(2)与所述散热片(16,17)的上边缘齐平或者布置成延伸超过所述散热片(16,17)的所述上边缘。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的散热器(1)，其特征在于，在所述冷却元件(3)的所述凹部(13)中布置有散热片，所述散热片的高度小于围绕所述凹部(13)布置的散热片(16,17)的高度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的散热器(1)，其特征在于，至少所述散热片(16,17)的大部分朝向外部远离所述凹部(13)径向地布置。

8.根据权利要求7所述的散热器(1)，其特征在于，所述散热片(16,17)沿直线设置。

9.根据权利要求7或8所述的散热器(1)，其特征在于，所述散热片(16,17)沿曲线设置。

10.一种用于逆变器特别是光伏逆变器的壳体(24)，包括前壳体(19)和后壳体部件(20)，其特征在于，在所述前壳体(19)后面设置有根据权利要求1至9中任一项所述的散热器(1)，在所述前壳体(19)中布置有用于吸入周围空气的孔(21)。

11.根据权利要求10所述的逆变器壳体(24)，其特征在于，所述孔(21)布置在所述散热器(1)的所述风扇(2)的上方。