CN107124089B

CN107124089B - 用于电力转换器的冷却装置

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Publication number: CN107124089B
Application number: CN201611045551.5A
Authority: CN
Inventors: 金圣大
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2036-11-24
Also published as: EP3208556B1; KR20170098545A; US10426065B2; JP2017153340A; US20170241676A1; CN107124089A; JP6279058B2; ES2873356T3; EP3208556A1

Abstract

一种冷却装置，包括：压缩机，其被配置为生成压缩空气；第一涡流管和第二涡流管，其被配置为基于从所述压缩机生成的压缩空气而生成冷空气；第一阀，其被安装在所述压缩机和所述第一涡流管之间；第二阀，其被安装在所述压缩机和所述第二涡流管之间；第一温度传感器和第二温度传感器，其被安装在电力转换器中并且被配置为测量所述电力转换器的内部温度；以及控制单元，其被配置为基于由所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别测量的第一温度和第二温度而确定所述第一涡流管和所述第二涡流管是否将所述冷空气供应到所述电力转换器中，并且基于确定的结果将阀打开信号或阀关闭信号发送到所述第一阀和所述第二阀。

Description

用于电力转换器的冷却装置

技术领域

本公开涉及一种冷却装置，并且更具体地，涉及一种用于电力转换器的冷却装置，其包括涡流管以允许冷却装置稳定地冷却电力转换器。

背景技术

作为电力转换器，在工业领域中使用的诸如用于电动机驱动的逆变器、太阳能逆变器、电能存储(EES)等的装置在当其被驱动时生成热量。

由于在当驱动电力转换器时生成的热量导致装置的性能劣化、寿命降低、操作停止等，因此一直需要开发用于以高效率冷却装置的系统。

因此，已经提出了用于冷却电力转换器的各种冷却装置。冷却装置可以被分类为吹风式和水冷式。

吹风式是使用风扇强制驱散从电力转换器生成的热量的方法，其也被称为强制空气冷却技术。吹风式是用于驱动风扇以在散热片之间循环空气从而将电力转换器保持在适当温度处的技术。

然而，现有的吹风式冷却装置在安装环境方面具有限制，这是由于取决于环境情况存在冷却效率降低的可能性，并且由于灰尘而生成电弧。

此外，现有的吹风式冷却装置务必取决于风扇的驱动时间和环境而周期性地更换风扇。然而，这导致在当更换风扇时停止和更换逆变器连接产品组的维护成本。

此外，现有的吹风式冷却装置在应用于需要防爆能力的各种工业方面具有局限性，这是因为它暴露在空气中。

此外，由于现有的吹风式冷却装置需要多个散热片以用于适当的冷却，所以由于对散热片的重量和体积的限制，因此在电力转换器的紧凑性和轻重量的方面存在难度。

发明内容

本公开的一个方面是提供一种用于电力转换器的冷却装置，其包括涡流管，以允许冷却装置稳定地冷却电力转换器。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于电力转换器的冷却装置，包括：压缩机，其被配置为生成压缩空气；第一涡流管和第二涡流管，其被配置为基于从所述压缩机生成的压缩空气而生成冷空气；第一阀，其被安装在所述压缩机和所述第一涡流管之间；第二阀，其被安装在所述压缩机和所述第二涡流管之间；第一温度传感器和第二温度传感器，其被安装在所述电力转换器中并且被配置为测量所述电力转换器的内部温度；以及控制单元，其被配置为基于由所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别测量的第一温度和第二温度而确定所述第一涡流管和所述第二涡流管是否将所述冷空气供应到所述电力转换器中，并且基于确定的结果将阀打开信号或阀关闭信号发送到所述第一阀和所述第二阀。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于电力转换器的冷却装置，包括：多个压缩机，其被配置为生成压缩空气；多个涡流管，其被配置为基于从所述多个压缩机生成的压缩空气而生成冷空气；多个阀，其被安装在所述压缩机和所述涡流管之间；第一温度传感器和第二温度传感器，其被安装在所述电力转换器中并且被配置为测量所述电力转换器的内部温度；以及控制单元，其被配置为基于由所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别测量的第一温度和第二温度而确定所述涡流管是否将所述冷空气供应到所述电力转换器中，并且基于确定的结果将阀打开信号或阀关闭信号发送到所述阀，其中所述多个压缩机、涡流管和阀以一一对应的方式形成。

所述多个阀可以包括：第一阀，其被安装在所述第一涡流管和对应的压缩机之间；以及第二阀，其被安装在所述第二涡流管和对应的压缩机之间。

控制单元可以将所述第一温度与预设的第一设定温度进行比较，当所述第一温度超过所述第一设定温度时，将所述阀打开信号发送到所述第一阀，并且当所述第一温度没有超过所述第一设定温度时，将所述阀关闭信号发送到所述第一阀。

所述控制单元可以将所述第二温度与预设的第二设定温度进行比较，当所述第二温度超过所述第二设定温度时，将所述阀打开信号发送到所述第二阀，并且当所述第二温度没有超过所述第二设定温度时，将所述阀关闭信号发送到所述第二阀。

所述第一温度传感器可以被安装在所述电力转换器的壳体中，并且所述第二温度传感器可以被安装在所述电力转换器的电力转换半导体装置中。

所述多个涡流管可以包括：第一涡流管，其被安装以将所述冷空气供应到所述电力转换器的壳体侧；以及第二涡流管，其被安装以将冷空气供应到所述电力转换器的电力转换半导体装置侧。

[本发明的优点]

根据本发明，可以提供无风扇设计，从而降低风扇更换的成本，并且提供具有半永久耐用性的涡流管，从而降低维护成本。

另外，当应用本公开的冷却系统时，由于可以以密封形式制造电力转换器的壳体，因此可以确保防尘能力和防爆能力，从而允许应用于各种环境。

此外，由于冷空气的温度低，因此可以减小散热片的体积和数量，从而减小电力转换器的体积和重量。

此外，由于电力转换器的壳体可以以密封的无风扇形式制造，因此可以提高防噪声能力，从而允许设计低噪声电力转换器。

附图说明

图1是示出了根据本公开的实施例的用于电力转换器的冷却装置的构造的视图。

图2示出了应用于根据本公开的实施例的电力转换器冷却装置的热交换器的一个示例。

图3示出了应用于根据本公开的实施例的电力转换器冷却装置的热交换器的另一示例。

图4是示出了根据本公开的实施例的电力转换器冷却装置的操作顺序的流程图。

具体实施方式

上面的目的、特征和优点将从下面结合附图的详细描述而变得更显而易见。然而，本公开不限于以下实施例，而是可以以不同的方式来实施。因此，本领域中的那些技术人员可以容易地理解和实践本公开的技术思想。本公开的精神和范围由权利要求限定。贯穿附图，相同或相似的元件由相同的参考标号表示。

在本公开的以下详细描述中，如果认为功能和/或结构可能不必要地掩盖了本公开的要点，则将省略对相关功能或结构的具体描述。本文使用的术语是鉴于实施例中的功能来定义的，并且可以取决于用户或操作者的意图或实践而变化。因此，应基于说明书的内容来做出术语的定义。

在下文中，将参照附图详细描述根据本公开的实施例的用于电力转换器的冷却装置的构造和功能。

参照图1，根据本公开的实施例的用于电力转换器的冷却装置100(以下称为‘冷却系统’)包括但不限于电力转换器110、温度传感器120、压缩机130、第一阀140、第二阀150、第一涡流管160、第二涡流管170和控制单元180。

电力转换器110是用于取决于其在哪里被使用来转换电力形式(例如，电力的电流、电压、频率等)的装置。例如，电力转换器110可以是用于电动机驱动的逆变器、太阳能逆变器、能量存储系统(ESS)、转换器等。

电力转换器110包括被安装在密封壳体111中的多个散热片，以及用于电力转换的半导体装置113。

也就是说，虽然传统的电力转换器由于其具有包括风扇的结构而是开放型，但是本公开的电力转换器110是密封型的。

例如，散热片112可以位于电力转换器110中的最低点处，并且电力转换半导体装置113可以位于散热片112的上方，但不限于此。

此外，多个电力转换半导体装置113可以位于电力转换器110中。被包括在电力转换器110中的电力转换半导体装置113的数量可以被不同地设置。

温度传感器120被安装在电力转换器110中，并测量电力转换器110的内部温度，然后将其提供给控制单元180。

温度传感器120可以包括用于测量电力转换器110的内部温度的第一温度传感器121和用于测量电力转换半导体装置113的温度的第二温度传感器122。第一温度传感器121可以邻近壳体111而安装并且第二温度传感器122可以邻近电力转换半导体装置113而安装。

也就是说，第一温度传感器121可以被安装在电力转换器110的壳体111中，并且可以测量壳体111的温度。第二温度传感器122可以被安装在电力转换半导体装置113中，并且可以测量电力转换半导体装置113的温度。

压缩机130被设置成将压缩空气供应到第一涡流管160和第二涡流管170。从涡流管生成的冷空气和热空气的温度可以取决于压缩空气的温度和压力而变化。

因此，可以取决于冷却系统100的使用和安装环境适当地选择由压缩机130供应的压缩空气的温度和压力。

例如，压缩机130可以由用于生成压缩空气的泵和用于储存由该泵生成的压缩空气的压力罐构成，但不限于此。

第一阀140被安装在压缩机130和第一涡流管160之间，并且根据控制单元180的控制通过被打开或关闭来控制压缩空气的流动。

具体地，第一阀140根据控制单元180的控制而打开，使得从压缩机130提供的压缩空气被供应到第一涡流管160。此外，第一阀140根据控制单元180的控制而关闭，使得从压缩机130提供的压缩空气被中断供应到第一涡流管160。

压缩机130和第一涡流管160可以由其上可以安装第一阀140的管而连接。

第二阀150被安装在压缩机130和第二涡流管170之间，并且根据控制单元180的控制通过被打开或关闭来控制压缩空气的流动。

具体地，第二阀150根据控制单元180的控制而打开，使得从压缩机130提供的压缩空气被供应到第二涡流管170。此外，第二阀150根据控制单元180的控制而关闭，使得从压缩机130提供的压缩空气被中断供应到第二涡流管170。

压缩机130和第二涡流管170可以由其上可安装第二阀150的管连接。

被称为‘Ranque-Hilsch涡流管’的第一涡流管160和第二涡流管170分离从压缩机130供应的压缩空气，以生成冷空气和热空气。

关于第一涡流管160和第二涡流管170的形状和设计的事项可以由本领域中的那些技术人员取决于使用目的和安装环境适当地选择。第一涡流管160和第二涡流管170可以选自本领域已知的各种涡流管。

从第一涡流管160和第二涡流管170生成的冷空气被供应到电力转换器110中，并且起到降低电力转换器110的温度的作用。

特别地，第一涡流管160可以被布置在适于降低电力转换器110的壳体111的温度的位置处。另外，第二涡流管170可以被布置在适于降低电力转换器110的电力转换半导体装置113的温度的位置处。

例如，可以安装第一涡流管160，使得从第一涡流管160生成的冷空气指向壳体111。第二涡流管170可以邻近电力转换半导体装置113而布置。

控制单元180接收由温度传感器120测量的温度，并且基于接收到的温度而确定第一涡流管160和第二涡流管170是否务必将冷空气供应到电力转换器110。

控制单元180将由第一温度传感器121测量的第一温度与预设的第一设定温度进行比较。作为比较的结果，如果第一温度超过第一设定温度，则控制单元180确定第一涡流管160务必将冷空气供应到电力转换器110。

另外，控制单元180将由第二温度传感器122测量的第二温度与预设的第二设定温度进行比较。作为比较的结果，如果第二温度超过第二设定温度，则控制单元180确定第二涡流管170务必将冷空气供应到电力转换器110。

第一设定温度和第二设定温度可以由用户考虑到所应用的系统和安装环境来设置。例如，第一设定温度可以被设置为落入80℃至100℃的范围内，并且第二设定温度可以被设置为落入100℃至120℃的范围内。

由涡流管160和涡流管170供应的冷空气的流动速率可以由阀来调节。当确定出由温度传感器120感测到的温度高于预设温度范围并且因此阀140和阀150被控制为打开时，控制单元180可以控制阀140和阀150的打开程度来调节流动速率。此时，可以取决于由温度传感器120感测到的温度超过预设温度的程度来预设引入空气的流动速率。例如，可以预设当由温度传感器120感测到的温度超过预设温度1℃至10℃时的流动速率以及当由温度传感器120感测到的温度超过预设温度11℃至20℃时的流动速率。取决于由温度传感器120感测到的温度超过预设温度的程度，控制单元180控制阀140和阀150，使得可以引入冷空气的设定流动速率。

同时，当控制单元180确定第一涡流管160务必将冷空气供应到电力转换器110时，控制单元180将阀打开信号发送到第一阀140。

另外，当控制单元180确定第二涡流管170务必将冷空气供应到电力转换器110时，控制单元180将阀打开信号发送到第二阀150。

因此，响应于接收到控制单元180的阀打开信号，第一阀140和第二阀150被打开。因此，从压缩机130提供的压缩空气可以经由第一阀140和第二阀150而供应到第一涡流管160和第二涡流管170。

另一方面，如果由第一温度传感器121测量的温度没有超过第一设定温度(即，等于或低于第一设定温度)，则控制单元180确定第一涡流管160不需要将冷空气供应到电力转换器110。

另外，如果由第二温度传感器122测量的温度没有超过第二设定温度(即，等于或低于第二设定温度)，则控制单元180确定第二涡流管170不需要将冷空气供应到电力转换器110。

当控制单元180确定第一涡流管160不需要将冷空气供应到电力转换器110时，控制单元180将阀关闭信号发送到第一阀140。

另外，当控制单元180确定第二涡流管170不需要将冷空气供应到电力转换器110时，控制单元180将阀关闭信号发送到第二阀150。

第一阀140和第二阀150响应于接收到控制单元180的阀关闭信号而关闭。因此，从压缩机130提供的压缩空气可以被第一阀140和第二阀150中断，以防止压缩空气被供应到第一涡流管160和第二涡流管170。

图2和图3详细地示出了图1的电力转换半导体装置113。图2示出了翅片式热交换器，并且图3示出了管式热交换器。

图2示出了翅片式热交换器的实施例，图2A是侧视图，并且图2B是平面图。参照图2，热交换器210在电力转换半导体装置113上形成并且由电力转换器的壳体111密封。

当热交换器210是翅片式热交换器时，热交换器210可以被配置为包括密封壳体111以及交替地堆叠在密封壳体111中的柱212和盘214。然而，热交换器210的结构不限于此。

具体地，热交换器210具有堆叠结构，其中柱212在密封壳体111的底部上形成，盘214在其上形成，另一个柱212在盘214上形成等。

此时，密封壳体111可以由具有差的热传递性和良好的绝热性的材料制成。

在一个实施例中，多个柱212可以以圆柱形而形成，以提供平滑的空气流。柱212可以垂直于空气流而布置，使得热量可以有效地传递到电力转换半导体装置113。

另外，流动引导件216可以被安装在密封壳体111的内侧中或附近，使得引入密封壳体111的空气可以平滑地移动。

在一个实施例中，流动引导件216在引入密封壳体111中的空气被移动的相同方向上在最外面的柱212和密封壳体111之间形成。

图3示出了管式热交换器的实施例，图3A是侧视图，并且图3B是平面图。

参照图3，当热交换器310是管式热交换器时，热交换器310以延长空气流动长度的方式进行热交换。这样的热交换器310具有高的热交换能力，但是由于流动阻力随着流动管312的长度的增加或流动管312的直径的减小而增加，因此可能对涡流管的效果具有影响。因此，用户有必要适当地调节安装在热交换器310中的流动管312的长度和直径。

取决于流动管312的形状，热交换器310可以是S形热交换器或螺旋型热交换器。在该实施例中，热交换器310被示出为螺旋型热交换器。

如果热交换器310是耳蜗管形而不是S形，则热交换器310的温度分布可能未形成。然而，因为这可能由于增加的流动阻力而导致低效率，所以优选的是流动管312的长度和直径取决于涡流管的性能而确定。

虽然上述实施例已经描述了形成两个涡流管的情况，但是涡流管的数量可以是两个或更多个。当涡流管的数量为两个或更多个时，涡流管可以被分类为被安装以将冷空气供应到壳体侧的第一组涡流管以及被安装在电力转换半导体装置中的第二组第二涡流管。

另外，尽管在上述实施例中描述了在单个压缩机中形成多个涡流管，但是压缩机的数量可以等于涡流管的数量。在这种情况下，压缩机和涡流管可以经由其上形成有相同数量的阀的管道以一一对应的方式连接。

更具体地，当对应地形成多个压缩机、涡流管和阀时，该阀可以包括第一阀和第二阀。第一阀可以被安装在第一涡流管和对应的压缩机之间。第二阀可以被安装在第二涡流管和对应的压缩机之间。

在这种情况下，控制单元可以将阀打开信号和/或阀关闭信号发送到第一阀和/或第二阀。

上面已经描述了用于电力转换器的冷却装置的构造。在下文中，将参考附图详细描述用于电力转换器的冷却装置的操作。

参照图4，控制单元180接收由第一温度传感器121测量的第一温度和由第二温度传感器122测量的第二温度(S200)。控制单元180将接收到的第一温度与第一设定温度进行比较，以确定第一温度是否超过第一设定温度，并将接收到的第二温度与第二设定温度进行比较，以确定第二温度是否超过第二设定温度(S210)。

如果在步骤S210处确定第一温度超过第一设定温度并且第二温度没有超过第二设定温度(即，等于或低于第二设定温度)，则控制单元180将阀打开信号发送到第一阀140，并将阀关闭信号发送到第二阀150(S220)。

因此，第一阀140被打开以将压缩空气供应到第一涡流管160，并且第一涡流管160将冷空气供应到电力转换器110(S260)。具体地，在步骤S260处供应的冷空气被供应到电力转换器110的壳体111。

如果在步骤S210处确定第一温度没有超过第一设定温度(即，等于或低于第一设定温度)并且第二温度超过第二设定温度，则控制单元180将阀关闭信号发送到第一阀140，并将阀打开信号发送到第二阀150(S230)。

因此，第二阀150被打开以将压缩空气供应到第二涡流管170，并且第二涡流管170将冷空气供应到电力转换器110(S270)。具体地，在步骤S270处供应的冷空气被供应到电力转换器110的电力转换半导体装置113。

如果在步骤S210处确定第一温度超过第一设定温度并且第二温度超过第二设定温度，则控制单元180将阀打开信号发送到第一阀140和第二阀150(S240)。

因此，第一阀140和第二阀150被打开以将压缩空气供应到第一涡流管160和第二涡流管170，并且第一涡流管160和第二涡流管170将冷空气供应到电力转换器110(S280)。具体地，在步骤S280处供应的冷空气被供应到电力转换器110的壳体111和电力转换半导体装置113。

如果在步骤S210处确定第一温度没有超过第一设定温度(即，等于或低于第一设定温度)并且第二温度没有超过第二设定温度(即，等于或低于第二设定温度)，则控制单元180将阀关闭信号发送到第一阀140和第二阀150(S250)。

因此，第一阀140和第二阀150被关闭以中断压缩空气被供应到第一涡流管160和第二涡流管170，并且中断冷空气从第一涡流管160和第二涡流管170被供应到电力转换器110(S290)。

根据本公开，可以提供无风扇设计，从而降低风扇更换的成本，并且提供具有半永久耐用性的涡流管，从而降低维护成本。

虽然已经参照本公开的示例性实施例具体示出和描述了本公开，但是本领域中的那些技术人员将理解的是，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。提供示例性实施例是为了说明本发明，而不是限制性的。因此，本公开旨在涵盖本发明的修改和变化，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims

1.一种用于电力转换器的冷却装置，用于冷却在包括设置于壳体中的散热片以及电力转换半导体装置的所述电力转换器被驱动时生成的热量，所述冷却装置包括：

压缩机，其被配置为生成压缩空气；

第一涡流管和第二涡流管，其被配置为基于从所述压缩机生成的压缩空气而生成冷空气；

第一阀，其被安装在所述压缩机和所述第一涡流管之间；

第二阀，其被安装在所述压缩机和所述第二涡流管之间；

第一温度传感器和第二温度传感器，其被安装在所述电力转换器中并且被配置为测量所述电力转换器的内部温度；以及

控制单元，其被配置为基于由所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别测量的第一温度和第二温度而确定所述第一涡流管和所述第二涡流管是否将冷空气供应到所述电力转换器中，并且基于确定的结果将阀打开信号或阀关闭信号发送到所述第一阀和所述第二阀，

以密封的方式形成所述壳体，

在所述电力转换半导体装置的上方形成热交换器，并且所述热交换器由所述壳体密封，

所述热交换器具有多个柱和圆盘，所述柱和所述圆盘具有彼此交替地堆叠的堆叠结构，

在所述壳体的内侧附近设置有流动引导件，

所述流动引导件沿着与引入所述壳体中的空气移动的方向相同的方向形成，所述流动引导件位于多个所述柱中与所述壳体的内侧相邻的柱与所述壳体之间。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，

其中，所述控制单元将所述第一温度与预设的第一设定温度进行比较，

当所述第一温度超过所述第一设定温度时，所述控制单元将所述阀打开信号发送到所述第一阀，

当所述第一温度没有超过所述第一设定温度时，所述控制单元将所述阀关闭信号发送到所述第一阀，

其中，所述控制单元将所述第二温度与预设的第二设定温度进行比较，

当所述第二温度超过所述第二设定温度时，所述控制单元将所述阀打开信号发送到所述第二阀，并且

当所述第二温度没有超过所述第二设定温度时，所述控制单元将所述阀关闭信号发送到所述第二阀。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，

其中，所述第一温度传感器被安装在所述电力转换器的壳体中，并且

所述第二温度传感器被安装在所述电力转换器的电力转换半导体装置中。

4.根据权利要求1所述的冷却装置，

其中，所述第一涡流管被安装以将所述冷空气供应到所述电力转换器的壳体侧，并且

所述第二涡流管被安装以将所述冷空气供应到所述电力转换器的电力转换半导体装置侧。