CN112930083A - 一种具有冷却结构的电力电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有冷却结构的电力电子装置，包括电力电子装置和冷却结构，所述冷却结构包括外冷循环结构、主冷循环结构和辅助循环结构，所述外冷循环结构包括换热器、冷却器和冷却塔，所述主冷循环结构包括第一冷凝器、蒸发器和第二冷凝器，所述辅助循环结构包括离子交换器和膨胀罐，外冷循环结构与主冷循环结构相互独立互不影响，并设有控流元件来保持两个循环结构达到工作配合状态，电力电子装置内设有逆变元件、整流元件和电抗元件并分别第一节流元件、第二节流元件和第三节流元件相通，使其根据性能选择最佳的节流元件，能够减小相应设置变流器的体积及元件选型要求，使得主冷循环结构的冷却速度更快，冷却效果更好。

Description

一种具有冷却结构的电力电子装置

技术领域

本发明涉及电力电子装置领域，具体是一种具有冷却结构的电力电子装置。

背景技术

电力电子装置包括稳定式发热的电力电子装置和间歇式发热的电力电子装置，在稳定式发热的电力电子装置和电力电力装置运行中均会产生大量热量，需要设计冷却结构对其冷却，常见的冷却结构包括敞开式和密闭式循环结构两种，敞开式冷却结构易造成循环介质的流失，同时很容易发生管道的堵塞，损坏率比较高，因此，密闭式循环冷却结构逐渐成为了应用主流，对于电力电子装置，也采用密闭式循环冷却结构对其冷却，以保证电力电子装置的正常工作温度。

中国专利（公告号：CN 203840691 U，公告日：2014.09.17）公布了一种适用于电力电子技装置的封闭式循环冷却系统，该冷却系统设置了主循环回路和与之并列连接的并列回路，主循环回路还设有双水泵装置、水风换热器和三通水量调节阀，其原理主要是通过循环介质自然冷却的方式来实现对电力电子装置的降温，具有结构简单，使用方便等优点，但是，该系统需要多次重复自然冷却过程来应对温度过高的场合，冷却效率较低，容易影响电力电子装置的工作使用，因此，实用性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有冷却结构的电力电子装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有冷却结构的电力电子装置，包括电力电子装置和冷却结构，所述冷却结构包括外冷循环结构、主冷循环结构和辅助循环结构，所述外冷循环结构包括换热器、冷却器和冷却塔，所述主冷循环结构包括第一冷凝器、蒸发器和第二冷凝器，所述辅助循环结构包括离子交换器和膨胀罐，所述外冷循环结构按换热器、冷却器和冷却塔顺序互相循环连通，所述主冷循环结构按电力电子装置、第一冷凝器、蒸发器和第二冷凝器顺序互相循环连通，所述辅助循环结构按电力电子装置、换热器、离子交换器和膨胀罐相互循环连通，所述膨胀罐与电力电子装置的部分连通回路和第二冷凝器与电力电子装置的部分连通回路相通，所述电力电子装置内设有逆变元件、整流元件和电抗元件，所述蒸发器与第二冷凝器间连通设置有主节流元件和压缩机，所述电力电子装置与第一冷凝器间连通设置有控流元件。

作为本发明进一步的方案：所述主冷循环结构还包括冷媒泵和从节流元件，所述从节流元件由第一节流元件、第二节流元件和第三节流元件共同组成，所述第一节流元件、第二节流元件和第三节流元件分别与逆变元件、整流元件和电抗元件相通，所述冷媒泵的一端与第二冷凝器相连通，冷媒泵的另一端与从节流元件的一端相连通。

作为本发明再进一步的方案：所述冷媒泵上方设有单向阀，所述单向阀的入口端与第二冷凝器相连通，单向阀的出口端与从节流元件的一端相连通。

作为本发明再进一步的方案：所述换热器的主入口端和主出口端分别与电力电子装置和离子交换器相连通，所述换热器的次入口端和次出口端分别与冷却塔和冷却器相连通。

作为本发明再进一步的方案：所述辅助循环结构还包括水泵和氮气瓶，所述水泵和氮气瓶分别与离子交换器和膨胀罐相连通。

作为本发明再进一步的方案：所述第二冷凝器器身左部上端和右部下端分别设有进液管和出液管，所述第二冷凝器器身内部设有若干个均匀排列分布的细冷凝管。

作为本发明再进一步的方案：所述进液管的下端设有连接罩，所述连接罩下端设有挡流板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该电力电子装置通过设置外冷循环结构、主冷循环结构和辅助循环结构共同配合实现冷却降温功能，外冷结构配设有冷却器和冷却塔，冷却器可用于非过热环境下的向外冷却散热场合，冷却塔还包括喷淋机构和冷却风机，且在环境温度上升至预设数值时启动，外冷循环结构与主冷循环结构相互独立互不影响，又设有控流元件来保持两个循环结构达到工作配合状态，主冷循环结构下段连接设置有辅助循环结构，用于补充离子水来作为冷却介质和通过氮气瓶保持压力恒定，电力电子装置内设有逆变元件、整流元件和电抗元件并分别第一节流元件、第二节流元件和第三节流元件相通，使其根据性能选择最佳的节流元件，能够减小相应设置变流器的体积及元件选型要求，使得主冷循环结构的冷却速度更快，冷却效果更好，整体电力电子装置结构简单，循环冷却效果好，具有更高的实用性。

附图说明

图1为一种具有冷却结构的电力电子装置的整体结构示意图。

图2为一种具有冷却结构的电力电子装置中电力电子技装置结构示意图。

图3为一种具有冷却结构的电力电子装置中第二冷凝器内部结构示意图。

图4为一种具有冷却结构的电力电子装置中进液管连接结构示意图。

其中：电力电子装置-1，换热器-2，冷却器-3，冷却塔-4，第一冷凝器-5，蒸发器-6，第二冷凝器-7，离子交换器-8，水泵-9，膨胀罐-10，氮气瓶-11，控流元件-12，主节流元件-13，压缩机-14，单向阀-15，冷媒泵-16，从节流元件-17，进液管-18，出液管-19，细冷凝管-20，连接罩-21，挡流板-22，逆变元件-23，整流元件-24，电抗元件-25，第一节流元件-26，第二节流元件-27，第三节流元件-28。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

请参阅图1、2，一种具有冷却结构的电力电子装置，包括电力电子装置1和冷却结构，所述冷却结构包括外冷循环结构、主冷循环结构和辅助循环结构，所述外冷循环结构包括换热器2、冷却器3和冷却塔4，所述主冷循环结构包括第一冷凝器5、蒸发器6和第二冷凝器7，所述辅助循环结构包括离子交换器8和膨胀罐10，所述外冷循环结构按换热器2、冷却器3和冷却塔4顺序互相循环连通，所述主冷循环结构按电力电子装置1、第一冷凝器5、蒸发器6和第二冷凝器7顺序互相循环连通，所述辅助循环结构按电力电子装置1、换热器2、离子交换器8和膨胀罐10相互循环连通，所述膨胀罐10与电力电子装置1的部分连通回路和第二冷凝器7与电力电子装置1的部分连通回路相通。

具体的，所述电力电子装置1内设有逆变元件23、整流元件24和电抗元件25，所述蒸发器6与第二冷凝器7间连通设置有主节流元件13和压缩机14，所述电力电子装置1与第一冷凝器5间连通设置有控流元件12，通过控流元件12可控制主冷循环结构的循环量，进而间接控制换热器2的交换量，以控制主冷循环结构和外冷循环结构达到一种平衡的状态，以便更好的对电力电子装置1进行冷却降温处理。

进一步的，所述主冷循环结构还包括冷媒泵16和从节流元件17，所述从节流元件17由第一节流元件26、第二节流元件27和第三节流元件28共同组成，所述第一节流元件26、第二节流元件27和第三节流元件28分别与逆变元件23、整流元件24和电抗元件25相通，根据性能选择最佳的节流元件，能够减小相应设置变流器的体积及元件选型要求，使得主冷循环结构的冷却速度更快，冷却效果更好，所述冷媒泵16的一端与第二冷凝器7相连通，冷媒泵16的另一端与从节流元件17的一端相连通，所述冷媒泵16设置在第二冷凝器7和从节流元件17连接回路相并联的冷媒流通管道上，配合冷凝器中流通的低温冷媒来带走电力电子装置1热量，为电力电子装置1降温。

进一步的，所述冷媒泵16上方设有单向阀15，所述单向阀15的入口端与第二冷凝器7相连通，单向阀15的出口端与从节流元件17的一端相连通，单向阀15的设置使冷媒流通通道短路，并保证有足够多的冷媒流量供电力电子装置1使用。

进一步的，所述换热器2的主入口端和主出口端分别与电力电子装置1和离子交换器8相连通，所述换热器2的次入口端和次出口端分别与冷却塔4和冷却器3相连通，所述换热器2可为板式换热器2，通过换热器2将外冷循环结构和主冷循环结构相隔开，使得两各循环结构间的热交换完成的更加高效，所述冷却器3可用于非过热环境下的向外冷却散热场合，所述冷却塔4还包括喷淋机构和冷却风机，环境温度上升至预设数值时启动。

进一步的，所述辅助循环结构还包括水泵9和氮气瓶11，所述水泵9和氮气瓶11分别与离子交换器8和膨胀罐10相连通，所述水泵9和氮气瓶11均起到补充循环回路、保持整体冷却循环稳定的作用。

整体冷却结构工作原理：由换热器2吸收的部分来自电力电子装置1的热量进入外冷循环结构，将热量排放到空气中或由冷却器3、冷却塔4来吸收热量，控流元件12所调节得部分热量排放至主冷循环结构，通过冷凝器接触或靠近电力电子装置1，再进一步通过冷凝器中流通得低温冷媒带走部分电力电子装置1热量，依次达到为电力电子装置1降温得目的，辅助冷却结构设置在外冷循环结构与主冷循环结构之间，并通过离子交换器8来提供去离子水作为冷却介质，同时通过氮气瓶11来保证主冷循环结构压力恒定。

实施例二

参阅图3、4，在实施例1的基础上，提出一种结构简单且使用效果好的冷凝器，本实施例以第二冷凝器7作举例说明，所述第二冷凝器7器身左部上端和右部下端分别设有进液管18和出液管19，所述第二冷凝器7器身内部设有若干个均匀排列分布的细冷凝管20。

具体的，所述进液管18的下端设有连接罩21，所述连接罩21下端设有挡流板22。

冷却媒介如冷却液由进液管18处进入冷凝器器身内，连接罩21和挡流板22的设置对冷却液起到很好的分流作用，避免过度冲刷细冷凝管20进而导直细冷凝管20损坏，提高了细冷凝管20的使用寿命。

综上所述，该电力电子装置1通过设置外冷循环结构、主冷循环结构和辅助循环结构共同配合实现冷却降温功能，外冷结构配设有冷却器3和冷却塔4，冷却器3可用于非过热环境下的向外冷却散热场合，冷却塔4还包括喷淋机构和冷却风机，且在环境温度上升至预设数值时启动，外冷循环结构与主冷循环结构相互独立互不影响，又设有控流元件12来保持两个循环结构达到工作配合状态，主冷循环结构下段连接设置有辅助循环结构，用于补充离子水来作为冷却介质和通过氮气瓶11保持压力恒定，电力电子装置1内设有逆变元件23、整流元件24和电抗元件25并分别第一节流元件26、第二节流元件27和第三节流元件28相通，使其根据性能选择最佳的节流元件，能够减小相应设置变流器的体积及元件选型要求，使得主冷循环结构的冷却速度更快，冷却效果更好，整体电力电子装置1结构简单，循环冷却效果好，具有更高的实用性。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种具有冷却结构的电力电子装置，包括电力电子装置（1）和冷却结构，其特征在于，所述冷却结构包括外冷循环结构、主冷循环结构和辅助循环结构，所述外冷循环结构包括换热器（2）、冷却器（3）和冷却塔（4），所述主冷循环结构包括第一冷凝器（5）、蒸发器（6）和第二冷凝器（7），所述辅助循环结构包括离子交换器（8）和膨胀罐（10），所述外冷循环结构按换热器（2）、冷却器（3）和冷却塔（4）顺序互相循环连通，所述主冷循环结构按电力电子装置（1）、第一冷凝器（5）、蒸发器（6）和第二冷凝器（7）顺序互相循环连通，所述辅助循环结构按电力电子装置（1）、换热器（2）、离子交换器（8）和膨胀罐（10）相互循环连通，所述膨胀罐（10）与电力电子装置（1）的部分连通回路和第二冷凝器（7）与电力电子装置（1）的部分连通回路相通，所述电力电子装置（1）内设有逆变元件（23）、整流元件（24）和电抗元件（25），所述蒸发器（6）与第二冷凝器（7）间连通设置有主节流元件（13）和压缩机（14），所述电力电子装置（1）与第一冷凝器（5）间连通设置有控流元件（12）。

2.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的电力电子装置，其特征在于，所述主冷循环结构还包括冷媒泵（16）和从节流元件（17），所述从节流元件（17）由第一节流元件（26）、第二节流元件（27）和第三节流元件（28）共同组成，所述第一节流元件（26）、第二节流元件（27）和第三节流元件（28）分别与逆变元件（23）、整流元件（24）和电抗元件（25）相通，所述冷媒泵（16）的一端与第二冷凝器（7）相连通，冷媒泵（16）的另一端与从节流元件（17）的一端相连通。

3.根据权利要求2所述的一种具有冷却结构的电力电子装置，其特征在于，所述冷媒泵（16）上方设有单向阀（15），所述单向阀（15）的入口端与第二冷凝器（7）相连通，单向阀（15）的出口端与从节流元件（17）的一端相连通。

4.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的电力电子装置，其特征在于，所述换热器（2）的主入口端和主出口端分别与电力电子装置（1）和离子交换器（8）相连通，所述换热器（2）的次入口端和次出口端分别与冷却塔（4）和冷却器（3）相连通。

5.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的电力电子装置，其特征在于，所述辅助循环结构还包括水泵（9）和氮气瓶（11），所述水泵（9）和氮气瓶（11）分别与离子交换器（8）和膨胀罐（10）相连通。

6.根据权利要求1所述的一种具有冷却结构的电力电子装置，其特征在于，所述第二冷凝器（7）器身左部上端和右部下端分别设有进液管（18）和出液管（19），所述第二冷凝器（7）器身内部设有若干个均匀排列分布的细冷凝管（20）。

7.根据权利要求6所述的一种具有冷却结构的电力电子装置，其特征在于，所述进液管（18）的下端设有连接罩（21），所述连接罩（21）下端设有挡流板（22）。

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