CN112311206A - 换热系统及变频器 - Google Patents

换热系统及变频器 Download PDF

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CN112311206A
CN112311206A CN202011264633.5A CN202011264633A CN112311206A CN 112311206 A CN112311206 A CN 112311206A CN 202011264633 A CN202011264633 A CN 202011264633A CN 112311206 A CN112311206 A CN 112311206A
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heat
cooling
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chamber
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邓小池
李玉相
安普风
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Suzhou Inovance Technology Co Ltd
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Suzhou Inovance Technology Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927Liquid coolant without phase change

Abstract

本发明公开一种换热系统及变频器,其中,变频器包括:箱体,箱体上开设有进风口和出风口,箱体内设有工作腔室和换热空间,换热空间连通进风口和出风口,工作腔室位于换热空间内;水冷循环回路,水冷循环回路设于箱体内,且水冷循环回路的吸热部分位于工作腔室内,水冷循环回路的散热部分位于换热空间内;风扇,风扇设于换热空间内;变频单元,变频单元设于工作腔室内,且变频单元贴附于水冷循环回路的吸热部分上。本发明技术方案结合风扇和水冷循环回路对变频单元进行散热,结构紧凑,变频器体积小,散热效果明显。

Description

换热系统及变频器
技术领域
本发明涉及换热技术领域,特别涉及一种换热系统及变频器。
背景技术
变频器作为一种电能转换装置,内部的电力及电子元器件在运行过程中会产生一定的热量,如果热量不能及时地散发出去,则会导致电力及电子元器件因过热而损坏。现有技术中的变频器通常会采用风冷或水冷的方式进行散热,其中,风冷散热方式是利用风扇搅动空气气流,让风吹过散热器翅片从而带走热量;水冷散热方式则是在散热器中做出水道,冷却水流经散热器时,把热量带走。
传统变频器采用风冷,散热较差,产品体积大,重量大,无法满足产品小型化、轻量化与高功率密度化变化趋势。水冷散热方式的效率较高,因此可以减小变频器的体积。但是,现有的水冷变频器一般都需要客户提供满足产品使用需求的冷却水源,这使得变频器与散热结构不能集成一个完整的系统,增加客户初投资,给应用带来诸多的不便之处,且这种产品目前集中在MW(兆瓦)级别大功率产品上多以机柜级的产品出现,模块级(小功率)的水风散热产品为市场空白。因此,纯风冷散热架构,成本高、体积大,散热能力差;水冷产品,外部换热,对客户送水有特殊要求,增加客户运营成本,推广难。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种变频器,旨在结合风扇和水冷循环回路对变频单元进行散热,结构紧凑,变频器体积小,散热效果明显。
为实现上述目的,本发明提出一种换热系统,包括:水冷板,水冷板内设有冷却通道;换热器,换热器内设有换热通道,换热器上设有连通换热通道的出水管和入水管,出水管和入水管均与水冷板连接,且出水管和入水管均与冷却通道连通,出水管上还设有水泵;风扇,风扇固定设于换热器上。
可选地,出水管和入水管均与水冷板可拆卸连接。
可选地,水冷循环回路还包括:水箱,水箱固定设于换热器上,水箱连接有补液管,补液管与换热器连接并与换热通道连通。
可选地,水冷循环回路还包括:第一密封端盖,第一密封端盖与水冷板的其中一个端部盖合连接,第一密封端盖上设有进水嘴,第一密封端盖内设有第一导液腔,第一导液腔连通进水嘴和冷却通道;第二密封端盖,第二密封端盖与水冷板的另外一个端部盖合连接,第二密封端盖上设有出水嘴,第二密封端盖内设有第二导液腔,第二导液腔连通出水嘴和冷却通道;其中,出水管与进水嘴连接,入水管与出水嘴连接。
可选地,水冷板通过铝挤压工艺一体成型,水冷板上相互背离的两个表面分别形成第一吸热面和第二吸热面。
本发明的技术方案中,可将水冷循环回路的吸热部分贴附在需要散热的发热部件上,当水冷循环回路中的冷却液循环流动时,冷却液能够在水冷循环回路的吸热部分将发热部件的热量吸收,并在水冷循环回路的散热部分将热量散发出来,从而实现对发热部件持续的散热;同时,风扇可以加速发热部件周围的空气流动,从而将发热部件散发的热量带走,实现对发热部件持续的散热,并且,通过风扇设于水冷循环回路的散热部分的旁侧,风扇还可以加速水冷循环回路的散热部分周围的空气流动,将水冷循环回路的散热部分散发的热量带走,从而加快了水冷循环回路的散热部分的散热效率,能够明显提高水冷循环回路的散热效果。
为实现上述目的,本发明还提出一种变频器,包括:箱体,箱体上开设有进风口和出风口,箱体内设有工作腔室和换热空间,换热空间连通进风口和出风口,工作腔室位于换热空间内;水冷循环回路,水冷循环回路设于箱体内,且水冷循环回路的吸热部分位于工作腔室内,水冷循环回路的散热部分位于换热空间内;风扇,风扇设于换热空间内;变频单元,变频单元设于工作腔室内,且变频单元贴附于水冷循环回路的吸热部分上。
可选地,工作腔室包括电容腔室和控制腔室,变频单元包括电容模块和功率模块,电容模块设于电容腔室内,功率模块设于控制腔室内,且电容模块与功率模块电性连接;其中,水冷循环回路的吸热部分位于控制腔室内,功率模块贴附于水冷循环回路的吸热部分上。
可选地,换热空间包括换热腔室和风道,换热腔室与出风口连通,风道连通进风口和换热腔室;其中,风扇位于换热腔室内,电容腔室和控制腔室均位于风道内。
可选地,换热腔室和风道均与电容腔室连通,电容腔室、换热腔室和风道均与控制腔室隔离。
可选地,水冷循环回路包括:水冷板,水冷板设于控制腔室内,功率模块贴附于水冷板上,水冷板内设有冷却通道;换热器,换热器设于换热腔室内,换热器内设有换热通道,换热器上设有连通换热通道的出水管和入水管,出水管和入水管均与水冷板连接,且出水管和入水管均与冷却通道连通,出水管上还设有水泵。
可选地,出水管和入水管均与水冷板可拆卸连接,换热器与箱体可拆卸连接,风扇固定设于换热器上。
可选地,水冷循环回路还包括:水箱,水箱固定设于换热器上,水箱连接有补液管,补液管与换热器连接并与换热通道连通。
可选地,水冷循环回路还包括:第一密封端盖,第一密封端盖与水冷板的其中一个端部盖合连接,第一密封端盖上设有进水嘴,第一密封端盖内设有第一导液腔,第一导液腔连通进水嘴和冷却通道;第二密封端盖,第二密封端盖与水冷板的另外一个端部盖合连接,第二密封端盖上设有出水嘴,第二密封端盖内设有第二导液腔,第二导液腔连通出水嘴和冷却通道;其中,出水管与进水嘴连接,入水管与出水嘴连接。
可选地,出水管和入水管均位于风道内。
可选地,箱体背向风道的表面开设有多个第一进风孔,且多个第一进风孔与风道连通。
可选地,箱体背向电容腔室的表面开设有多个第二进风孔,且多个第二进风孔与电容腔室连通。
可选地,电容腔室位于控制腔室的上方,电容腔室和控制腔室之间设有导向板,导向板自电容模块朝箱体的内壁延伸,且导向板沿延伸方向向下倾斜,第二进风孔靠近导向板。
可选地,水冷板通过铝挤压工艺一体成型,水冷板上相互背离的两个表面分别形成第一吸热面和第二吸热面,功率模块包括整流器件和逆变器件,整流器件贴附于第一吸热面上,逆变器件贴附于第二吸热面上。
本发明的技术方案中,通过将水冷循环回路的散热部分设置在换热空间内,将水冷循环回路的吸热部分设置在工作腔室内,当水冷循环回路中的冷却液循环流动时,冷却液能够在水冷循环回路的吸热部分将变频单元的热量吸收,并在水冷循环回路的散热部分将热量散发至换热空间内,从而实现对变频单元持续的散热;并且,通过在换热空间内设置风扇,风扇可以加速换热空间内的空气流动,使换热空间的内部空气与外界空气循环流动,从而将工作腔室散发的热量带出换热空间内,将外界的低温空气吸入换热空间内,从而实现对变频单元持续的散热;此外,通过合理利用风扇周围空间布置水冷循环回路的散热部分,使得箱体内部结构紧凑,可以大大降低变频器的体积,风扇在将换热空间内的空气吹出箱体外的同时,也将水冷循环回路的散热部分散发的热量带走,从而加快了水冷循环回路的散热部分的散热效率,能够明显提高水冷循环回路的散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明变频器一实施例的结构示意图;
图2为图1变频器移除左侧板后的结构示意图;
图3为图2变频器另一视角的结构示意图;
图4为图1变频器移除左侧板和后侧板后的结构示意图;
图5为图1变频器A-A处的剖视结构示意图;
图6为图1变频器的安装框架的结构示意图;
图7为图1变频器的水冷循环回路和风扇的结构示意图;
图8为图7水冷循环回路和风扇移除水冷板后的结构示意图。
附图标号说明:
标号 名称 标号 名称
1000 变频器 131 进风口
101 前侧板 132 出风口
1011 第一进风孔 133 风道
102 后侧板 134 电容腔室
103 左侧板 135 控制腔室
1031 第二进风孔 136 换热腔室
104 右侧板 21 水冷循环回路
111 顶板 211 水冷板
1111 镂空条 212 换热器
112 底板 213 出水管
113 前隔板 2131 水泵
1131 散热口 214 入水管
114 后隔板 215 第一密封端盖
115 中隔板 2151 进水嘴
1151 导向板 216 第二密封端盖
116 电容支架 217 水箱
121 电容模块 2171 补水管
122 功率模块 2172 注液口
22 风扇
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种换热系统。
在本发明实施例中,如图7至8所示,该换热系统,包括:水冷板211,水冷板211设于控制腔室135内,水冷板211内设有冷却通道;换热器212,换热器212设于换热腔室136内,换热器212内设有换热通道,换热器212上设有连通换热通道的出水管213和入水管214,出水管213和入水管214均与水冷板211连接,且出水管213和入水管214均与冷却通道连通,出水管213上还设有水泵2131;风扇,风扇22固定设于换热器212上。
本发明的技术方案中,将需要散热的发热部件贴附于水冷板211上,换热系统可对发热部件进行散热。具体地,水冷板211内的冷却通道、换热器212内的换热通道以及出水管213和入水管214共同组合构成完整的水冷循环回路21,出水管213上还设有水泵2131为冷却液的循环流动提供水压。水冷循环回路21中流动有冷却液(一般为水),冷却液流经水冷板211内冷却通道时,因为发热部件贴附在水冷板211表面,发热部件产生的热量能够通过水冷板211传递至冷却液,由冷却液吸收热量,冷却液顺着水冷循环回路21的流动方向,从入水管214流入换热器212的换热通道内,换热器212将冷却液的热量散发至空气中,从而使冷却液降温,降温后的冷却液继续顺着水冷循环回路21的流动方向,从出水管213再次流入水冷板211的冷却通道内,并重新吸收发热部件产生的热量,如此,实现对发热部件的循环散热效果。
容易理解地,水冷循环回路21的吸热部分即为水冷板211,水冷循环回路21的散热部分即为换热器212。当水冷循环回路21中的冷却液循环流动时,冷却液能够在水冷循环回路21的吸热部分将发热部件的热量吸收,并在水冷循环回路21的散热部分将热量散发出来,从而实现对发热部件持续的散热;同时,风扇22可以加速发热部件周围的空气流动,从而将发热部件散发的热量带走,实现对发热部件持续的散热,并且,通过风扇22设于水冷循环回路21的散热部分的旁侧,风扇22还可以加速水冷循环回路21的散热部分周围的空气流动,将水冷循环回路21的散热部分散发的热量带走,从而加快了水冷循环回路21的散热部分的散热效率,能够明显提高水冷循环回路21的散热效果。
作为本发明的一种实施方式,请参阅图7至8,出水管213和入水管214均与水冷板211可拆卸连接。
通过上述设置,能够实现换热系统(包括水冷循环回路21和风扇22)中的散热组件(包括换热器212和风扇22)与吸热部分(即水冷板211)的可拆卸分离,从而适应不同的应用场景:包括带液和不带液两种情况。其中,当出水管213和入水管214与水冷板211拆分时,换热器212及风扇22等相关部分与水冷板211分离,此时,单独使用的水冷板211需要用户自行提供配水,即用户将外部的供水管连接到水冷板211的进水嘴2151,将外部的排水管连接到水冷板211的出水嘴,通过供水管从外部不断向水冷板211提供低温的冷却液,再通过排水管将吸热升温的冷却液排放出去。
进一步地,请参阅图7至8,水冷循环回路21还包括:水箱217,水箱217固定设于换热器212上,水箱217连接有补液管,补液管与换热器212连接并与换热通道连通。
本实施例中的水箱217具体为高位膨胀水箱217,水箱217在水冷循环回路21中容纳冷却水的膨胀量,同时还起到定压作用和为水冷循环回路21补水的作用。因为水冷循环回路21中水的热胀冷缩作用,当热水升温时,水冷循环回路21中的水容积增加,当无处容纳水的这部分膨胀量时,水冷循环回路21内的水压增高,将影响正常运行。本实施例中,由水箱217容纳水冷循环回路21的水膨胀量,可减小水冷循环回路21因水的膨胀而造成的水压波动,提高了水冷循环回路21运行的安全、可靠性,当水冷循环回路21由于某种原因漏水或冷却水降温时,水箱217水位下降,为水冷循环回路21补水。水箱217还可以起到稳定系统的压力和排除水在加热过程中所释放出来的空气的作用。可以理解地,水箱217上还设有注液口2172,水箱217内还可设有水位计,当水箱217内的水低于预设液位时,水位计可以感应出来并提醒工作人员及时补水,工作人员通过注液口2172可向水箱217内注水。
进一步地,请参阅图7,水冷循环回路21还包括:第一密封端盖215,第一密封端盖215与水冷板211的其中一个端部盖合连接,第一密封端盖215上设有进水嘴2151,第一密封端盖215内设有第一导液腔,第一导液腔连通进水嘴2151和冷却通道;第二密封端盖216,第二密封端盖216与水冷板211的另外一个端部盖合连接,第二密封端盖216上设有出水嘴(图中未示出),第二密封端盖216内设有第二导液腔,第二导液腔连通出水嘴和冷却通道;其中,出水管213与进水嘴2151连接,入水管214与出水嘴连接。
本实施例中,为增加水冷板211的吸热效果,水冷板211内的冷却通道可以弯曲盘绕设置。顺着水冷循环回路21的流动方向,冷却通道内的冷却液吸热后,沿第二密封端盖216内的第二导液腔、出水嘴、入水管214流入换热器212的换热通道内,换热通道内的冷却液散热后,沿出水管213、第一密封端盖215的进水嘴2151、第一导液腔流回水冷板211的冷却通道内。当然,进水嘴2151和出水嘴可以设置在同一个密封端盖上,以将出水管213和进水管安装在水冷板211的同一侧,此可以根据实际需要进行设置,本发明对此并不进行限定。
水冷板211上的冷却液通道可通过铝挤压工艺加工而成,相应地,水冷板211可采用铝或铝合金材料制成。由于水冷板211上的冷却液通道通过铝挤压工艺一体成型,不仅可简化工艺、节约人力、节约成本,并且可根据需要将冷却液通道加工成任意所需形状。第一密封端盖215和第二密封端盖216采用塑胶或压铸开模件。相较于传统水冷板211采用深钻孔、焊接、压管等加工工艺,本实施例中将出水管213和进水管通过第一密封端盖215和第二密封端盖216与水冷板211连接,可以降低水冷板211的生产制造及装配工艺的门槛以及生产成本,提高水冷板211的生产效率。
进一步地,水冷板211上相互背离的两个表面分别形成第一吸热面和第二吸热面。
本实施例中,水冷板211的正反两个表面均可对发热部件进行吸热,因此,可以将发热部件分开散热,即将发热部件分成两个部分并分别贴附在第一吸热面和第二吸热面上,如此,能够增大发热部件与水冷板211之间的接触面积,加快水冷板211对发热部件的吸热,从而提高换热系统整体的换热效率,有效保护发热部件。
本发明还提出一种变频器1000,该变频器1000是上述换热系统在具体产品中的应用。
在本发明实施例中,如图1和4所示,该变频器1000,包括:箱体,箱体上开设有进风口131和出风口132,箱体内设有工作腔室和换热空间,换热空间连通进风口131和出风口132,工作腔室位于换热空间内;水冷循环回路21,水冷循环回路21设于箱体内,且水冷循环回路21的吸热部分位于工作腔室内,水冷循环回路21的散热部分位于换热空间内;风扇22,风扇22设于换热空间内;变频单元,变频单元设于工作腔室内,且变频单元贴附于水冷循环回路21的吸热部分上。
本领域公知的,变频单元主要包括整流单元、高容量电容、逆变器和控制器四部分,整流单元主要用于将工作频率固定的交流电转换为直流电;高容量电容主要用于存储转换后的电能;逆变器主要用于将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波;控制器主要用于控制输出方波的幅度与脉宽,使之叠加为近似正弦波的交流电,驱动交流电动机。本发明实施例中,变频单元的具体结构及连接设置可采用现有技术,此处不再赘述。
需要说明的是,图1中X方向为前后方向,Y方向为左右方向,Z方向为上下方向,下面关于方向和坐标的描述可参照图1所示。其中,图中箭头所指方向为风扇22运转时空气流入箱体和流出箱体的流动方向。
具体地,箱体由四个侧板围合而成,包括依次垂直连接的前侧板101、左侧板103、后侧板102和右侧板104,使得箱体的内部整体形成一换热空间,箱体的顶端和的底端则分别形成连通换热空间的出风口132和进风口131,箱体内部还包括一位于换热空间内的安装框架,该安装框架的内部即为工作腔室。工作腔室内安装有变频单元,换热空间内安装有换热系统。变频单元工作时,会产生大量的热量,换热系统能够对变频单元进行散热,从而避免变频单元温度过高而影响其性能或造成损坏。本发明实施例中,变频器1000的换热系统包括水冷循环回路21和风扇22,即由水冷和风冷两种方式相结合来实现散热。
其中,水冷散热的具体过程如下:水冷循环回路21中循环流动着冷却液(一般为水),因为变频单元贴附于水冷循环回路21的吸热部分上,当冷却液流经水冷循环回路21的吸热部分时,由于变频单元的表面温度高于冷却液的温度,根据热传递原理(热量由高温物体传递至低温物体),冷却液会吸收与之接触的变频单元产生的热量,吸收热量后的高温冷却液顺着水冷循环回路21的流动方向,由水冷循环回路21的吸热部分流动至水冷循环回路21散热部分,因为水冷循环回路21的散热部分位于换热空间内,同时由于冷却液的温度高于换热空间内的空气温度,根据热传递原理,冷却液会将热量散发至空气中,冷却液散热后逐渐降温,并顺着水冷循环回路21的流动方向重新流动至水冷循环回路21的吸热部分,再次对变频单元进行吸热,如此循环,从而实现对变频单元持续的散热。
其中,风冷散热的具体过程如下:风扇22运转时,风扇22能够加快换热空间内的空气流动,使外界的空气从箱体的进风口131吸入换热空间内,并将换热空间内的空气从箱体的出风口132吹出,达到箱体内部空气与外界空气的循环流动。根据热传递原理,变频单元产生的热量会向外扩散,以致工作腔室内的空气升温,而工作腔室又会将热量散发至换热空间内。根据热传递原理,换热空间内的低温空气能够将工作腔室散发的热量吸收,吸收热量后空气升温,在风扇22的吹动作用下,高温空气会顺着换热空间内的空气流动方向,快速地从出风口132流动至箱体外,从而将换热空间内的热量带走,而箱体外的低温空气也能够快速地从进风口131流入换热空间内,重新吸收工作腔室散发的热量,从而实现对变频单元持续的散热。
并且,因为水冷循环回路21的散热部分散发的热量也散发至换热空间内,而风扇22运转能够加速换热空间内的空气流动,在风扇22将换热空间内的空气吹出箱体外的同时,也将水冷循环回路21的散热部分散发的热量带走,从而加快了水冷循环回路21的散热部分的散热效率,能够明显提高水冷循环回路21的散热效果。通过合理利用风扇22周围空间布置水冷循环回路21的散热部分,结构紧凑,可以有效降低换热系统的体积,使变频器1000形成一个机箱式的结构,不再是机柜式的结构,大大降低产品的体积。
因此,本发明的技术方案中,通过将水冷循环回路21的散热部分设置在换热空间内,将水冷循环回路21的吸热部分设置在工作腔室内,当水冷循环回路21中的冷却液循环流动时,冷却液能够在水冷循环回路21的吸热部分将变频单元的热量吸收,并在水冷循环回路21的散热部分将热量散发至换热空间内,从而实现对变频单元持续的散热;并且,通过在换热空间内设置风扇22,风扇22可以加速换热空间内的空气流动,使换热空间的内部空气与外界空气循环流动,从而将工作腔室散发的热量带出换热空间内,将外界的低温空气吸入换热空间内,从而实现对变频单元持续的散热;此外,通过合理利用风扇22周围空间布置水冷循环回路21的散热部分,使得箱体内部结构紧凑,可以大大降低变频器1000的体积,风扇22在将换热空间内的空气吹出箱体外的同时,也将水冷循环回路21的散热部分散发的热量带走,从而加快了水冷循环回路21的散热部分的散热效率,能够明显提高水冷循环回路21的散热效果。
在本发明的一实施例中,请参阅图6,工作腔室包括电容腔室134和控制腔室135,变频单元包括电容模块121和功率模块122,电容模块121设于电容腔室134内,功率模块122设于控制腔室135内,且电容模块121与功率模块122电性连接;其中,水冷循环回路21的吸热部分位于控制腔室135内,功率模块122贴附于水冷循环回路21的吸热部分上。
具体地,安装框架具体包括上下相对设置的顶板111和底板112、竖直相对设置的前隔板113和后隔板114,以及横向设置的中隔板115,其中,顶板111/底板112/前隔板113/后隔板114的左右两个侧边分别与左侧板103和右侧板104固定连接,顶板111/底板112的前后两个侧边分别与前隔板113和后隔板114固定连接,中隔板115将工作腔室分隔为上下排布的电容腔室134和控制腔室135。本实施例中,变频单元设置成两个相对独立的模块,包括功率模块122(包括IGBT和整流桥等)和电容模块121,并分别安装在控制腔室135和电容腔室134内。
其中,变频单元工作时,功率模块122将产生较多的热量,因此,本实施例的水冷循环回路21主要对功率模块122进行散热,而且,功率模块122贴附于水冷循环回路21的吸热部分上,水冷水冷循环回路21的吸热部分能够直接将功率模块122的热量吸收,散热效率高,有利于功率模块122的快速散热。而风扇22配合换热空间形成的风冷散热方式,可以同时对电容腔室134和控制腔室135进行散热。
进一步地,请参阅图2至4,换热空间包括换热腔室136和风道133,换热腔室136与出风口132连通,风道133连通进风口131和换热腔室136;其中,风扇22位于换热腔室136内,电容腔室134和控制腔室135均位于风道133内。
本实施例中,安装框架的顶板111与箱体的顶端出风口132之间预留有间距,箱体在顶端出风口132和顶板111之间形成换热腔室136,前隔板113与前侧板101之间预留有间距,后隔板114与后侧板102之间预留有间距,相应地,箱体底端的进风口131分为前隔板113底端与前侧板101底端之间的前部进风口131以及后隔板114底端与后侧板102底端之间的后部进风口131,前隔板113和前侧板101之间形成前部风道133,且后隔板114和后侧板102之间形成后部风道133。也即换热腔室136、电容腔室134和控制腔室135在箱体内由上至下依次排布,风道133位于电容腔室134和控制腔室135的侧方。
如此设置,风扇22运转时,外部的低温空气从箱体底端的进风口131进入到风道133内,吸收电容腔室134和控制腔室135散发的热量后,流动至换热腔室136,再吸收水冷循环回路21的散热部分散发的热量,最后从箱体顶端的出风口132输送至外部空间,从而将变频单元的热量带走。
进一步地,请参阅图5,换热腔室136和风道133均与电容腔室134连通,电容腔室134、换热腔室136和风道133均与控制腔室135隔离。
本实施例中,顶板111上开设有多个镂空条1111,镂空条1111连通换热腔室136和电容腔室134,前隔板113和后隔板114对应电容腔室134的部分开设有散热口1131,散热口1131连通风道133和电容腔室134;而底板112以及前隔板113和后隔板114对应控制腔室135的部分则密封连接。
具体地,风扇22运转时,从箱体底端的进风口131进入的空气,在风道133内向上输送的过程中,部分空气会穿过散热口1131进入到电容腔室134内,直接与电容模块121接触,吸收电容模块121的热量后,从顶板111的镂空条1111进入换热腔室136内,再从箱体顶端的出风口132流出,从而可以将电容模块121产生的热量大幅吸收,因此,风扇22尤其可以加快电容腔室134内的空气流动,从而能够有效地对电容模块121进行散热,进一步加强风扇22对电容腔室134内电容模块121的散热作用,有效提高电容模块121的散热效率。
另外,因为换热腔室136、电容腔室134和风道133均与控制腔室135隔离,即控制腔室135与外界相对隔离,外界的灰尘、水分等杂质不会进入到控制腔室135内,能够避免外界的灰尘、水分等杂质影响功率模块122的正常工作和使用寿命,从而实现对功率模块122的有效防护;同时,由于功率腔室内设有水冷板211对功率模块122进行高效散热,功率模块122并不会因为控制腔室135的密闭而造成工作温度过高,因而可以同步保证功率模块122具有稳定的工作性能。
具体地,请参阅图3、4和7,水冷循环回路21包括:水冷板211,水冷板211设于控制腔室135内,功率模块122贴附于所述水冷板211上,水冷板211内设有冷却通道;换热器212,换热器212设于换热腔室136内,换热器212内设有换热通道,换热器212上设有连通换热通道的出水管213和入水管214,出水管213和入水管214均与水冷板211连接,且出水管213和入水管214均与冷却通道连通,出水管213上还设有水泵2131。
容易理解地,水冷循环回路21的吸热部分即为水冷板211,水冷循环回路21的散热部分即为换热器212。水冷板211内的冷却通道、换热器212内的换热通道以及出水管213和入水管214共同组合构成完整的水冷循环回路21,出水管213上还设有水泵2131为冷却液的循环流动提供水压。水冷循环回路21中流动有冷却液(一般为水),冷却液流经水冷板211内冷却通道时,因为功率模块122贴附在水冷板211表面,功率模块122产生的热量能够通过水冷板211传递至冷却液,由冷却液吸收热量,冷却液顺着水冷循环回路21的流动方向,从入水管214流入换热器212的换热通道内,换热器212将冷却液的热量散发至空气中,从而使冷却液降温,降温后的冷却液继续顺着水冷循环回路21的流动方向,从出水管213再次流入水冷板211的冷却通道内,并重新吸收功率模块122产生的热量,如此,实现对功率模块122的循环散热效果。
需要说明的是,换热器212除包括换热通道外,还包括多个间隔设置在换热通道上的散热翅片,散热翅片可以增大换热通道与空气的接触面积,从而加快换热通道与空气的热量交换,换热器212的具体结构可以采用现有技术,此处不再赘述。当然,换热器212可以根据实际需要自行确定管排数和齿密度,本发明对此并不进行限定,其中,采用百叶齿可以提升换热效率,并有效减小换热器212尺寸。
作为本发明的一种实施方式,请参阅图7至8,出水管213和入水管214均与水冷板211可拆卸连接,换热器212与箱体可拆卸连接,风扇22固定设于换热器212上。
通过上述设置,能够实现换热系统(包括水冷循环回路21和风扇22)中的散热组件(包括换热器212和风扇22)与变频单元的可拆卸分离,从而适应不同的应用场景:包括带液和不带液两种情况。其中,当出水管213和入水管214与水冷板211拆分、换热器212与箱体拆分时,换热器212及风扇22等相关部分可以从箱体上取下,此时的变频器1000为不带液产品,需要用户自行提供配水,即用户将外部的供水管连接到水冷板211的进水嘴2151,将外部的排水管连接到水冷板211的出水嘴,通过供水管从外部不断向水冷板211提供低温的冷却液,再通过排水管将吸热升温的冷却液排放出去。
因此,换热系统中的散热组件和水冷板211通过进出水管213能实现快速对接,灌液密封后,可实现任意摆放方式的带液运输。换热热组件中的散热组件模块化定制结构,可实现换热系统与变频单元的快速分体,从而提高市场适应性,实现变频器1000快速切换状态:在带液情况下,不改变客户使用习惯,无需客户配水;或者在客户可提供配水情况下,变形为纯水冷的不带液产品。通过合理利用风扇22周围空间布置换热器212和水箱217,可以有效降低换热系统体积,使换热系统组合成一个方便安装和拆卸的模块化结构。
同时,本发明的变频器1000还支持并机换热系统重组。具体地,可以将多个变频器1000的换热系统中的散热组件取出,将多个变频器1000箱体并排放置在一起,在多个变频器1000的顶端出风口132处安装一个大型风扇22,由该大型风扇22同时对多个变频器1000进行散热,通过一个大型风扇22更容易集中出风,可以解决多个风扇22相互之间的散热影响以及出风困难的问题,有利于每一变频器1000的箱体内部的通风,还可以克服多个独立风扇22产生的噪音较大的问题。
进一步地,请参阅图7至8,水冷循环回路21还包括:水箱217,水箱217固定设于换热器212上,水箱217连接有补液管,补液管与换热器212连接并与换热通道连通。
本实施例中的水箱217具体为高位膨胀水箱217,水箱217在水冷循环回路21中容纳冷却水的膨胀量,同时还起到定压作用和为水冷循环回路21补水的作用。因为水冷循环回路21中水的热胀冷缩作用,当热水升温时,水冷循环回路21中的水容积增加,当无处容纳水的这部分膨胀量时,水冷循环回路21内的水压增高,将影响正常运行。本实施例中,由水箱217容纳水冷循环回路21的水膨胀量,可减小水冷循环回路21因水的膨胀而造成的水压波动,提高了水冷循环回路21运行的安全、可靠性,当水冷循环回路21由于某种原因漏水或冷却水降温时,水箱217水位下降,为水冷循环回路21补水。水箱217还可以起到稳定系统的压力和排除水在加热过程中所释放出来的空气的作用。可以理解地,水箱217上还设有注液口2172,水箱217内还可设有水位计,当水箱217内的水低于预设液位时,水位计可以感应出来并提醒工作人员及时补水,工作人员通过注液口2172可向水箱217内注水。
进一步地,请参阅图7,水冷循环回路21还包括:第一密封端盖215,第一密封端盖215与水冷板211的其中一个端部盖合连接,第一密封端盖215上设有进水嘴2151,第一密封端盖215内设有第一导液腔,第一导液腔连通进水嘴2151和冷却通道;第二密封端盖216,第二密封端盖216与水冷板211的另外一个端部盖合连接,第二密封端盖216上设有出水嘴(图中未示出),第二密封端盖216内设有第二导液腔,第二导液腔连通出水嘴和冷却通道;其中,出水管213与进水嘴2151连接,入水管214与出水嘴连接。
本实施例中,为增加水冷板211的吸热效果,水冷板211内的冷却通道可以弯曲盘绕设置。顺着水冷循环回路21的流动方向,冷却通道内的冷却液吸热后,沿第二密封端盖216内的第二导液腔、出水嘴、入水管214流入换热器212的换热通道内,换热通道内的冷却液散热后,沿出水管213、第一密封端盖215的进水嘴2151、第一导液腔流回水冷板211的冷却通道内。当然,进水嘴2151和出水嘴可以设置在同一个密封端盖上,以将出水管213和进水管安装在水冷板211的同一侧,此可以根据实际需要进行设置,本发明对此并不进行限定。
水冷板211上的冷却液通道可通过铝挤压工艺加工而成,相应地,水冷板211可采用铝或铝合金材料制成。由于水冷板211上的冷却液通道通过铝挤压工艺一体成型,不仅可简化工艺、节约人力、节约成本,并且可根据需要将冷却液通道加工成任意所需形状。第一密封端盖215和第二密封端盖216采用塑胶或压铸开模件。相较于传统水冷板211采用深钻孔、焊接、压管等加工工艺,本实施例中将出水管213和进水管通过第一密封端盖215和第二密封端盖216与水冷板211连接,可以降低水冷板211的生产制造及装配工艺的门槛以及生产成本,提高水冷板211的生产效率。
进一步地,请参阅图2至7,水冷板211上相互背离的两个表面分别形成第一吸热面和第二吸热面,功率模块122包括整流器件和逆变器件,整流器件贴附于第一吸热面上,逆变器件贴附于第二吸热面上。
本实施例中,水冷板211的正反两个表面均可对功率模块122进行吸热,因此,可以将功率模块122分开散热,即将功率模块122分成两个部分并分别贴附在第一吸热面和第二吸热面上,如此,能够增大功率模块与水冷板211之间的接触面积,加快水冷板211对功率模块的吸热,从而提高换热系统整体的换热效率,有效保护功率模块。
在本发明的一实施例中,请参阅图3,出水管213和入水管214均位于风道133内。
本实施例中,通过将出水管213和入水管214设置在电容腔室134和控制腔室135侧方的风道133内,可以避免在出水管213和入水管214漏水的情况下水分进入到导电容腔室134和控制腔室135内,避免水冷循环回路21的泄露风险对变频单元造成伤害,实现水电在物理上分离,在漏水故障时最大程度防护变频电路绝缘,从而到达对控制腔室135内功率模块122的高防护的目的。
进一步地,请参阅图1至3及5,箱体背向风道133的表面开设有多个第一进风孔1011,且多个第一进风孔1011与风道133连通。
本实施例中,前侧板101和后侧板102上开设有第一进风孔1011,多个第一进风孔1011在前侧板101和后侧板102上呈矩阵形式排布,多个第一进风孔1011可以加大前部风道133和后部风道133的进风量,从而提高风扇22的散热效率,提升风冷的散热效果。
进一步地,请参阅图5,箱体背向电容腔室134的表面开设有多个第二进风孔1031,且多个第二进风孔1031与电容腔室134连通。
本实施例中,左侧板103和右侧板104上对应电容腔室134的部分开设有第二进风孔1031,多个第二进风孔1031在前侧板101和后侧板102上呈矩阵形式排布,多个第二进风孔1031可以加大风扇22在散热时电容腔室134的进风量,从而提高风扇22对电容模块121的散热效率,提升风冷的散热效果。
在本发明的一实施例中,请参阅图2、4和5,电容腔室134位于控制腔室135的上方,电容腔室134和控制腔室135之间设有导向板1151,导向板1151自电容模块121朝箱体的内壁延伸,且导向板1151沿延伸方向向下倾斜,第二进风孔1031靠近导向板1151。
需要说明的是,本发明对中隔板115的具体形状并不进行限定,中隔板115可以不是一块平整结构,中隔板115可以变形为实际所需的任意形状,只要达到分隔电容腔室134和控制腔室135的目的即可,比如,本实施例中,电容腔室134的内部安装有竖向延伸的电容支架116,电容模组固定在电容支架116上,电容支架116的顶端与顶板111连接,且顶板111上的镂空条1111位于电容支架116的两侧,中隔板115分设为两块,分别位于电容支架116的两侧并与电容支架116的底端相连,因此,通过中隔板115、电容支架116、以及顶板111的镂空条1111中间部分的配合,可以实现控制腔室135与电容腔室134及换热腔室136之间的隔离。
其中,两块中隔板115分别靠近的左侧板103和右侧板104的部分分别形成倾斜的导向板1151,导向板1151具有引风导水作用。具体地,因为第二进风孔1031靠近导向板1151,从第二进风孔1031进入风道133的空气,在导向板1151的倾斜导向作用下,空气顺着导向板1151向上流入电容模组处,并顺势流入换热腔室136内,最终在风扇22的作用下从箱体的出风口132流出;从电容腔室134上方的换热器212及水箱217泄露的水分通过顶板111的镂空条1111进入到电容腔室134并落在中隔板115上时,在导向板1151的倾斜导向作用下,水分顺着导向板1151向电容模组的外侧流动,并最终可从第二进风孔1031流出,从而将水分引导至箱体外,防止水分沉积在箱体内部,保障变频器1000的使用安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (16)

1.一种换热系统,其特征在于,包括:
水冷板,所述水冷板内设有冷却通道;
换热器,所述换热器内设有换热通道,所述换热器上设有连通所述换热通道的出水管和入水管,所述出水管和所述入水管均与所述水冷板连接,且所述出水管和所述入水管均与所述冷却通道连通,所述出水管上还设有水泵;
风扇,所述风扇固定设于所述换热器上。
2.如权利要求1所述的换热系统,其特征在于,所述出水管和所述入水管均与所述水冷板可拆卸连接。
3.如权利要求1所述的换热系统,其特征在于,所述水冷循环回路还包括:
水箱,所述水箱固定设于所述换热器上,所述水箱连接有补液管,所述补液管与所述换热器连接并与所述换热通道连通。
4.如权利要求1所述的换热系统,其特征在于,所述水冷循环回路还包括:
第一密封端盖,所述第一密封端盖与所述水冷板的其中一个端部盖合连接,所述第一密封端盖上设有进水嘴,所述第一密封端盖内设有第一导液腔,所述第一导液腔连通所述进水嘴和所述冷却通道;
第二密封端盖,所述第二密封端盖与所述水冷板的另外一个端部盖合连接,所述第二密封端盖上设有出水嘴,所述第二密封端盖内设有第二导液腔,所述第二导液腔连通所述出水嘴和所述冷却通道;
其中,所述出水管与所述进水嘴连接,所述入水管与所述出水嘴连接。
5.如权利要求1所述的换热系统,其特征在于,所述水冷板通过铝挤压工艺一体成型,所述水冷板上相互背离的两个表面分别形成第一吸热面和第二吸热面。
6.一种变频器,其特征在于,包括:
箱体,所述箱体上开设有进风口和出风口,所述箱体内设有工作腔室和换热空间,所述换热空间连通所述进风口和出风口,所述工作腔室位于所述换热空间内;
水冷循环回路,所述水冷循环回路设于所述箱体内,且所述水冷循环回路的吸热部分位于所述工作腔室内,所述水冷循环回路的散热部分位于所述换热空间内;
风扇,所述风扇设于所述换热空间内;
变频单元,所述变频单元设于所述工作腔室内,且所述变频单元贴附于所述水冷循环回路的吸热部分上。
7.如权利要求6所述的变频器,其特征在于,所述工作腔室包括电容腔室和控制腔室,所述变频单元包括电容模块和功率模块,所述电容模块设于所述电容腔室内,所述功率模块设于所述控制腔室内,且所述电容模块与所述功率模块电性连接;
其中,所述水冷循环回路的吸热部分位于所述控制腔室内,所述功率模块贴附于所述水冷循环回路的吸热部分上。
8.如权利要求7所述的变频器,其特征在于,所述换热空间包括换热腔室和风道,所述换热腔室与所述出风口连通,所述风道连通所述进风口和所述换热腔室;
其中,所述风扇位于所述换热腔室内,所述电容腔室和所述控制腔室均位于所述风道内。
9.如权利要求8所述的变频器,其特征在于,所述换热腔室和所述风道均与所述电容腔室连通,所述电容腔室、所述换热腔室和所述风道均与所述控制腔室隔离。
10.如权利要求8所述的变频器,其特征在于,所述水冷循环回路包括:
水冷板,所述水冷板设于所述控制腔室内,所述功率模块贴附于所述水冷板上,所述水冷板内设有冷却通道;
换热器,所述换热器设于所述换热腔室内,所述换热器内设有换热通道,所述换热器上设有连通所述换热通道的出水管和入水管,所述出水管和所述入水管均与所述水冷板连接,且所述出水管和所述入水管均与所述冷却通道连通,所述出水管上还设有水泵。
11.如权利要求10所述的变频器,其特征在于,所述出水管和所述入水管均与所述水冷板可拆卸连接,所述换热器与所述箱体可拆卸连接,所述风扇固定设于所述换热器上。
12.如权利要求10所述的变频器,其特征在于,所述出水管和所述入水管均位于所述风道内。
13.如权利要求8所述的变频器,其特征在于,所述箱体背向所述风道的表面开设有多个第一进风孔,且多个所述第一进风孔与所述风道连通。
14.如权利要求9所述的变频器,其特征在于,所述箱体背向所述电容腔室的表面开设有多个第二进风孔,且多个所述第二进风孔与所述电容腔室连通。
15.如权利要求14所述的变频器,其特征在于,所述电容腔室位于所述控制腔室的上方,所述电容腔室和所述控制腔室之间设有导向板,所述导向板自所述电容模块朝所述箱体的内壁延伸,且所述导向板沿延伸方向向下倾斜,所述第二进风孔靠近所述导向板。
16.如权利要求10所述的变频器,其特征在于,所述水冷板通过铝挤压工艺一体成型,所述水冷板上相互背离的两个表面分别形成第一吸热面和第二吸热面,所述功率模块包括整流器件和逆变器件,所述整流器件贴附于所述第一吸热面上,所述逆变器件贴附于所述第二吸热面上。
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