CN203675519U - 一种电力变换器及其散热风道 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电力变换器及其散热风道，通过将元器件按发热量、外形尺寸、热流密度、材料组成、结构形式等进行综合分类，并放置在不同的并行风道内，进行有针对性的散热。该方案充分利用机箱空间，改进风道的结构，针对不同的发热元件进行有针对性的、合理的散热，提高散热效果，平衡不同发热量的元件，避免风机风量的浪费。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力变换器技术领域，特别涉及一种电力变换器及其散热风道。
背景技术
逆变器系统作为一种高热流密度系统，通常可容纳逆变模块、电抗器、接触器、滤波模块等逆变所需的元件，散热不良、冷却效果不足都影响机器的正常工作。随着逆变器技术的发展，逆变器尺寸越来越小，结构越来越紧凑，热流密度越来越大，如何在低成本条件下，实现更高热流密度逆变器的散热，给热设计提出了严峻的挑战。
以光伏逆变器为例，目前热设计一般采用集中式散热方式，即整个系统的散热依赖于单个统一的风道，所有发热元件均放置在该风道内，需要通过改善机构风道、增设进风口，或者选择更强能力的风扇等措施来满足系统散热需要。
就逆变器整机系统而言，不同发热元件的发热量及温度要求均不相同。目前针对不同发热元件均采用相同的散热策略，即所有元件都放置在单一风道内，此策略对于机柜内所有分散的热点（例如电抗器、功率模块、空开、铜排等），散热需求不同元件所得到的散热风量相同，这会导致发热量小的元件散热设计过度，而发热量大的元件散热需求无法满足，这种结构不利于器件正常工作，风道内阻力大，系统散热情况复杂，不利于散热的分析与风扇效率的利用，从而导致局部散热不足，出现过温现象。为了解决局部区域散热不足的问题，甚至需要额外增加轴流风机进行局部散热，这种设计策略，既增加成本，又提高系统复杂度，不利于系统结构化设计。
因此，针对上述情况，如何妥善解决现有技术中散热技术的不足，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种电力变换器的散热风道，通过将发热元件放置在不同的并行风道内，充分利用机箱空间，改进风道的结构，针对不同的发热元件进行有针对性的、合理的散热，提高散热效果，平衡不同发热量的元件，避免风机风量的浪费。
本实用新型还提供了一种应用上述散热风道的电力变换器。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种电力变换器的散热风道，包括风道壳体，所述风道壳体的前端为进风口，后端的出风口处设置有驱动装置，所述散热风道还包括设置在所述风道壳体内的隔板，所述风道壳体内的散热风道由所述隔板分隔成为多个并行风道，且所述风道壳体的后端具有贯通的汇流腔，多个所述并行风道的后端均连通于所述汇流腔。
优选的，风道壳体的前端具有贯通的等压腔，多个所述并行风道的前端均连通于所述等压腔。
优选的，所述风道壳体内的散热风道由所述隔板分隔成为至少两个通风面积不同的所述并行风道，其中通风面积较大的所述并行风道用于同发热量大的发热元件配合，通风面积较小的所述并行风道用于同发热量小的发热元件配合。
优选的，所述并行风道的前段和后段的通风面积不同。
优选的，发热元件通过单独的支架安装在所述并行风道内，和/或利用所述隔板作为支架安装在所述并行风道内，且所述隔板采用导热材料，所述发热元件直接贴合安装在所述隔板上。
优选的，所述驱动装置为轴流或离心风机。
一种电力变换器，包括发热元件和散热风道，所述散热风道为上述的散热风道。
优选的，所述风道壳体内的散热风道由所述隔板分隔成为至少两个通风面积不同的所述并行风道，所述电力变换器的发热元件中发热量大的设置在通风面积较大的所述并行风道中，发热量小的设置在通风面积较小的所述并行风道中。
优选的，所述电力变换器采用其机箱作为散热风道的风道壳体。
优选的，所述电力变换器具体为光伏逆变器。
从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的电力变换器及其散热风道，通过在风道壳体内道由隔板分隔成为多个并行风道，兼顾各个热点的散热要求，同时也避免各热点产生相互热干扰；汇流腔汇集来自各并行风道的气流，并进行混合，以使得来自不同并行风道的气流温度趋于平均，避免局部气流高温对风机产生不利影响。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的电力变换器的散热风道的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的光伏逆变器的结构示意图。
其中，1为进风口，2为风道壳体，3为轴流或离心风机，4为第一并行风道，5为第二并行风道，6为第三并行风道，7为隔板，8-16均为热点；
21为进风口，22为隔板，23为轴流或离心风机，24为控制电路PCB，25为热点，26为单项电抗器，27为三相电抗器，28为机箱。
具体实施方式
本实用新型公开了一种电力变换器及其散热风道，通过将发热元件放置在不同的并行风道内，充分利用机箱空间，改进风道的结构，针对不同的发热元件进行有针对性的、合理的散热，提高散热效果，平衡不同发热量的元件，避免风机风量的浪费。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1和图2，图1为本实用新型实施例提供的电力变换器的散热风道的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的光伏逆变器的结构示意图。
本实用新型实施例提供的电力变换器的散热风道，包括风道壳体2，该风道壳体2的前端为进风口1，后端的出风口处设置有驱动装置，为风道提供驱动力；
其核心改进点在于，散热风道还包括设置在风道壳体内的隔板7，风道壳体内2的散热风道由隔板7分隔成为多个并行风道，且风道壳体2的后端具有贯通的汇流腔，多个并行风道的后端均连通于汇流腔。
按照整机系统风道气流方向，将并行风道分为三段：并行风道前端，并行风道和并行风道后端，其结构可以参照图1所示。气流通过进风口进入等压腔，之后分别进入各个并行风道，在并行风道后端的汇流腔进行混合，之后进入风机，再进入其他散热设备或直接排出到大气环境。
从上述的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的电力变换器的散热风道，通过在风道壳体2内由隔板7分隔成为多个并行风道，有利于将发热元件分区管理，既可防止发热元件之间相互影响，又可避免流场相互干扰，同时还可降低风道沿程阻力；汇流腔汇集来自各并行风道的气流，并进行混合，以使得来自不同并行风道的高低温气流混合，避免局部气流高温对风机产生不利影响，一定程度上可以提高风机的寿命，降低故障率。
作为优选，驱动装置具体采用轴流或离心风机3为风道提供驱动力。根据各元件的热耗及机箱内允许的温度限值，选择合适的轴流或离心风机作为系统风道的驱动力。通过测试或仿真初步估计整机系统风道的阻力曲线，并与风机性能曲线比较，确定离心风机工作点，若风机工作点对应的风量不满足系统散热要求，则重新选取风机，直至满足为止。
为了进一步优化上述的技术方案，风道壳体2的前端具有贯通的等压腔，多个并行风道的前端均连通于等压腔。等压腔内压力分布均匀，有利于并行风道的风量分配，使得并行风道风量的分配可以通过调整风道尺寸来调节，满足方案实施的可操作性。
在将散热风道隔离成多个并行风道的基础上，对各个热点进行分类，根据电气和结构要求，将热点合理放置在适当的并行风道内，使不同散热需求的元件得到相应风量，以充分利用系统资源，避免不必要的浪费。
具体的，风道壳体内的散热风道由隔板7分隔成为至少两个通风面积不同的并行风道，其中通风面积较大的并行风道用于同发热量大的发热元件配合，通风面积较小的并行风道用于同发热量小的发热元件配合。
对于散热风道，根据并行风道内元件的散热要求及风道阻力，确定并行风道的尺寸，通过隔板实现不同风道的隔离。元件的散热要求可以根据元件手册确定，包括热阻、温升、以及器件工作的环境温度等。
并行风道内总热耗与并行风道通风面积满足如下关系式：
Q1:Q2:…=A1:A2:… （1）
式中，Q1，Q2…分别代表各并行风道内发热元件的总热耗；A1，A2…分别代表各并行风道的通风面积大小。
从式（1）可以看出，并行风道内总热耗与并行风道通风面积成正比例关系。也即，风道内热耗越大，则并行风道的气流流通面积越大。其中气流流通面积是指并行风道内净通风面积。
以本方案图1中提供的具体实施方式为例，风道壳体2内被两个隔板7分隔为三个并行风道，即第一并行风道4、第二并行风道5和第三并行风道6，其中第三并行风道6的通风面积要大于第一并行风道4和第二并行风道5，适合放置发热量大的发热元件。
进一步的，并行风道的前段和后段的通风面积不同，从而有针对性的对各个热点进行冲刷散热，从而满足各个不同热点的散热需求，即可避免风机风量的浪费，提高风机利用率，又可降低结构设计和热设计难度，其结构可以参照图1中的第二并行风道5和第三并行风道6所示。
本领域技术人员可以根据元器件按发热量、外形尺寸、热流密度、材料组成、结构形式、电气特性等进行分类，并放置在不同的并行风道内，满足不同元件的散热需求，使各元件“各得其所”，避免局部散热过度或散热不足，充分利用风机资源，提高整机散热效率；同时使得并行风道内的阻力最小，以提高风机利用率，避免不必要的浪费。根据流体力学原理，对并行风道进行优化设计，降低并行风道内沿程阻力和局部阻力，从而使气流速度增加，对并行风道各元件形成射流冲刷作用，散热效果增强。其原因在于在射流冲刷流速大、湍流扰动大，元件散热面附近气流边界层和温度边界层厚度降低，热阻减小，散热效果提高。
并行风道的隔板7，除了用作隔离并行风道，还可以作为发热元件的支架，安装在风道壳体内，以减少系统的结构件的数量，又提高机箱的空间利用率、降低机箱外形尺寸。另外，隔板还可以隔离元件之间的热干扰和电磁干扰，以及气流干扰等。但也可根据强度、电气等要求，采用单独的支架，并将元件安装在单独的支架上，将支架和元件整体放置在并行风道内。
隔板7可以是金属材料或者隔热材料，根据实际散热需求进行选择。为了进一步优化上述的技术方案，隔板7采用导热材料，发热元件直接贴合安装在隔板7上。这样一来，隔板7就还可以用作发热元件的散热板（图1中热点8和热点15），可以将热量分摊到隔板7上，利用并行风道内的气流将热量带走，提高发热量较大元件的散热效果。进一步提高了整个系统的散热效率。本实用新型实施例还提供了一种电力变换器，包括发热元件和散热风道，其核心改进点在于，散热风道为上述的散热风道。本方案在现有机箱空间内实施，不改变机箱的外形尺寸，合理有效的利用现有机箱空间；设置多个并行风道，将不同发热元件分类后放置在并行风道内，独立进行散热。并行风道内的空气流动方向不会交叉影响，阻力小，有利于系统散热，避免局部增加轴流风机，降低结构复杂度，节约成本。
并行风道，可在同一个机柜内同时实施数个并行风道系统，各并行风道系统之间通过挡板隔开，形成各自独立的并行风道系统，并行风道系统之间的气流相互不干扰。从而，可提高整机系统的集成度，有利于减小机箱的外形尺寸。
针对具体的发热元件散热需求，通过改变风道尺寸调节风量大小，避免风机风量的浪费，充分利用系统风量资源。具体的，风道壳体内的散热风道由隔板分隔成为至少两个通风面积不同的并行风道，电力变换器的发热元件中发热量大的设置在通风面积较大的并行风道中，发热量小的设置在通风面积较小的并行风道中。相互独立的并行风道彼此隔离，每个风道针对特定的发热元件，采用各自独立的散热风道以满足不同发热元件的散热需求，提高风机资源利用率，节约系统资源。
本实用新型提供的具体实施例如附图2所示，电力变换器具体为光伏逆变器。并行风道包括三个并行风道：并行风道①、并行风道②、并行风道③。根据元件发热量、外形尺寸、热流密度、材料组成、结构形式、电气特性等进行分类，并放置在相应的并行风道内。并行风道①内，放置熔丝（图中未示出）、空开（图中未示出）及控制电路PCB 24，这些元件散热需求相对较小，风道尺寸要求不大。并行风道②内，放置接触器、以及接触器上部的接线铜排等，相对并行风道①内的元件，接触器及铜排热负荷大，风道尺寸相应大一些。并行风道③内，放置三相电抗器27、单相电抗器26、负载电阻（图中未示出），并按照流阻最小化进行合理布置，该风道散热负荷较大，风道尺寸也相应增大，以满足该风道内各个元件的散热需求。
为了进一步优化上述的技术方案，光伏逆变器采用其机箱28作为散热风道的风道壳体，简化了整个装置的结构。
可以理解的是，本方案的实质内容与电力变换器的类型无关，尽管这里仅仅给出光伏逆变器的实施例，但本方案可以适用于任何一种电力变换器。
测试结果和仿真结果均显示，未实施本实用新型，即采用单一风道的通风散热方式，电抗器没有得到所需要的风量，因此电抗器温度比较高，最高达到160.01℃，未能满足散热要求；而其他元件所得到风量过大，造成散热余量过度，使得整机气流利用率低，系统散热效果差。
| 项目 | 未实施本方案 | 实施本方案 | 温度降幅 |
| 满载时电抗器最高温度 | 160.01℃ | 138.98℃ | 21.03℃ |
综上所述，本实用新型实施例提供的电力变换器及其散热风道，通过将元器件按发热量、外形尺寸、热流密度、材料组成、结构形式等进行综合分类，并放置在不同的并行风道内，进行有针对性的散热。该方案合理利用机箱空间，改进风道的结构，针对不同的发热元件进行有针对性的、合理的散热，提高散热效果，平衡不同发热量的元件，避免风机风量的浪费。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种电力变换器的散热风道，包括风道壳体，所述风道壳体的前端为进风口，后端的出风口处设置有驱动装置，其特征在于，所述散热风道还包括设置在所述风道壳体内的隔板，所述风道壳体内的散热风道由所述隔板分隔成为多个并行风道，且所述风道壳体的后端具有贯通的汇流腔，多个所述并行风道的后端均连通于所述汇流腔。
2.根据权利要求1所述的电力变换器的散热风道，其特征在于，风道壳体的前端具有贯通的等压腔，多个所述并行风道的前端均连通于所述等压腔。
3.根据权利要求2所述的电力变换器的散热风道，其特征在于，所述风道壳体内的散热风道由所述隔板分隔成为至少两个通风面积不同的所述并行风道，其中通风面积较大的所述并行风道用于同发热量大的发热元件配合，通风面积较小的所述并行风道用于同发热量小的发热元件配合。
4.根据权利要求3所述的电力变换器的散热风道，其特征在于，所述并行风道的前段和后段的通风面积不同。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的电力变换器的散热风道，其特征在于，发热元件通过单独的支架安装在所述并行风道内，和/或利用所述隔板作为支架安装在所述并行风道内，且所述隔板采用导热材料，所述发热元件直接贴合安装在所述隔板上。
6.根据权利要求1所述的电力变换器的散热风道，其特征在于，所述驱动装置为轴流或离心风机。
7.一种电力变换器，包括发热元件和散热风道，其特征在于，所述散热风道为如权利要求1-6任意一项所述的散热风道。
8.根据权利要求7所述的电力变换器，其特征在于，所述风道壳体内的散热风道由所述隔板分隔成为至少两个通风面积不同的所述并行风道，所述电力变换器的发热元件中发热量大的设置在通风面积较大的所述并行风道中，发热量小的设置在通风面积较小的所述并行风道中。
9.根据权利要求8所述的电力变换器，其特征在于，所述电力变换器采用其机箱作为散热风道的风道壳体。
10.根据权利要求9所述的电力变换器，其特征在于，所述电力变换器具体为光伏逆变器。
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