CN218784039U - 一种单元化相变散热器及变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单元化相变散热器及变流器，所述单元化相变散热器包括相连接的相变散热基板和冷凝器，所述相变散热基板安装有功率模块，所述相变散热基板的内部设有蒸发腔体以及连通所述蒸发腔体的集气通道和集液通道，所述集气通道连接所述冷凝器的集气管，所述集液通道连接所述冷凝器的集液管。该单元化相变散热器能够解决散热器尺寸过大和可靠性不足的缺陷，实现在有限的尺寸空间内对功率模块进行散热的目的，而且，可消除因功率差异带来的局部热点，缩小功率模块间的温差，提高不同工况下功率模块的温度均匀性。

Description

一种单元化相变散热器及变流器

技术领域

本实用新型涉及变流器散热技术领域，尤其涉及变流器的单元化相变散热器。本实用新型还涉及设有所述单元化相变散热器的变流器。

背景技术

变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。

变流器是风电机组不可缺少的核心电力电子转换设备，是整个电气系统的控制中枢，直接影响着发电效率、低电压穿越等电气参数和功能，并且与风机主控制器实时交互多种数据。

随着风电行业所需变流器的器件功率不断提高，传统铲齿散热器配合风冷的散热系统已无法满足对电力电子器件的冷却需求，而相变散热器凭借优秀的散热表现越来越多的应用于电力电子行业散热。

但是，由于结构设计不合理，导致散热器存在尺寸过大、可靠性差、散热不够均匀、会存在局部热点等不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种单元化相变散热器，以解决上述技术问题

本实用新型的另一目的在于提供一种设有所述单元化相变散热器的变流器。

为实现上述目的，本实用新型提供一种单元化相变散热器，包括相连接的相变散热基板和冷凝器，所述相变散热基板安装有功率模块，所述相变散热基板的内部设有蒸发腔体以及连通所述蒸发腔体的集气通道和集液通道，所述集气通道连接所述冷凝器的集气管，所述集液通道连接所述冷凝器的集液管

可选地，所述蒸发腔体包括至少两个以分区的方式对应于所述功率模块的蒸发子腔体，各所述蒸发子腔体分别具有集气通道和集液通道。

可选地，各所述蒸发子腔体的内部分布有多道相互平行的隔板，所述隔板之间以及所述隔板与其腔体的侧壁之间形成竖向的流道。

可选地，各所述蒸发子腔体内充注有相变散热所需的制冷剂，所述制冷剂的充注液面高于所述蒸发子腔体所对应的功率模块。

可选地，所述冷凝器为平行流冷凝器，其包括集气管、集液管和设于所述集气管与集液管之间的微通道换热扁管。

可选地，所述集气管包括位于两边的竖向集气管和位于上方的第一横向集气管，所述第一横向集气管平行于所述集液管，所述微通道换热扁管竖向布置于所述第一横向集气管与集液管之间。

可选地，所述集气管还包括位于下方的第二横向集气管，所述第二横向集气管从所述相变散热基板顶部的侧面连通所述集气通道和竖向集气管，所述冷凝器的宽度大于所述相变散热基板。

可选地，所述集液管设有多个管口，各所述管口分别连接对应的所述集液通道。

可选地，多个所述管口在所述集液管上居中设置。

可选地，所述蒸发子腔体包括第一蒸发子腔体、第二蒸发子腔体和第三蒸发子腔体；所述第一蒸发子腔体和第二蒸发子腔体位于所述相变散热基板的左半部分，且上下间隔设置；所述第三蒸发子腔体位于所述相变散热基板的右半部分，其高度大于所述第一蒸发子腔体或第二蒸发子腔体。

可选地，所述蒸发子腔体包括第一蒸发子腔体和第二蒸发子腔体；所述第一蒸发子腔体位于所述相变散热基板的左半部分，所述第二蒸发子腔体位于所述相变散热基板的右半部分，所述第一蒸发子腔体的高度大于或等于所述第二蒸发子腔体的高度。

可选地，所述冷凝器为双排冷凝器。

为实现上述另一目的，本实用新型提供一种变流器，所述变流器设有上述任一项所述的单元化相变散热器，多个所述单元化相变散热器在所述变流器内部并排布置。

可选地，所述变流器的一侧在接近底部的位置设有进风口，所述变流器的另一侧在接近顶部的位置设有出风口。

本实用新型所提供的单元化相变散热器，其相变散热基板的内部形成有蒸发腔体，并在内部形成有集气通道和集液通道，与管路完全外置的方案相比，通过将集气通道和集液通道内置于相变散热基板内部，能够解决散热器尺寸过大和可靠性不足的缺陷，实现在有限的尺寸空间内对功率模块进行散热的目的。

在一种优选方案中，针对功率模块热损耗分布不均匀、区域热流密度存在较大差异的特点，将相变散热基板的内部腔体划分为多个蒸发子腔体，每一个蒸发子腔体分别通过相变吸热对相应区域的功率模块进行散热，可消除因功率差异带来的局部热点，缩小功率模块间的温差，提高不同工况下功率模块的温度均匀性；

本实用新型所提供的的变流器设有所述单元化相变散热器，由于所述单元化相变散热器具有上述技术效果，则设有该单元化相变散热器的变流器也应具有相应的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例所提供的单元化相变散热器的结构示意图；

图2为图1中所示冷凝器的正面示意图；

图3为图1中所示相变散热基板的内部结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例所提供的单元化相变散热器的冷凝器正面示意图；

图5为本实用新型第二实施例所提供的单元化相变散热器的相变散热基板内部结构示意图；

图6为本实用新型第三实施例所提供的单元化相变散热器的轴侧图；

图7为图6所示单元化相变散热器的正面示意图；

图8为本实用新型第四实施例所提供的单元化相变散热器的轴侧图；

图9为本实用新型实施例所提供的一种变流器的结构示意图。

图中：

10.相变散热基板11.第一蒸发子腔体12.第二蒸发子腔体13.第三蒸发子腔体14.隔板15.流道16.集气通道17.集液通道20.冷凝器21.集气管210.竖向集气管211.第一横向集气管212.第二横向集气管22.集液管23.微通道换热扁管30.功率模块100.变流器101.进风口102.出风口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1、图2、图3，图1为本实用新型第一实施例所提供的单元化相变散热器的结构示意图；图2为图1中所示冷凝器的正面示意图；图3为图1中所示相变散热基板的内部结构示意图。

在一种具体实施例中，本实用新型所提供的单元化相变散热器，主要由相连接的相变散热基板10和冷凝器20，其中相变散热基板1用作蒸发器，其内部充注有制冷剂，相变散热基板1竖向设置，其一侧或两侧安装有各种不同的功率模块30。

由于不同的功率模块30热损耗分布不均匀，而且不同区域的功率模块30的热流密度存在较大差异。对此，本实施例在相变散热基板10内部设有蒸发腔体，并将蒸发腔体划分为三个蒸发子腔体，每一个蒸发子腔体分别通过相变吸热对相应区域的功率模块30进行散热，可消除因功率差异带来的局部热点，缩小功率模块30之间的温差，提高不同工况下功率模块30的温度均匀性。

具体地，相变散热基板10左半部分的功率模块30数量较多且分布比较密集，右半部分的功率模块30数量较少且分布比较稀疏，因此，蒸发子腔体分为第一蒸发子腔体11、第二蒸发子腔体12和第三蒸发子腔体13，第一蒸发子腔体11和第二蒸发子腔体12位于相变散热基板10的左半部分，且上下间隔设置，用于对左侧上半部分和左侧下半部分两个区域内的功率模块30进行散热，第三蒸发子腔体13位于相变散热基板10的右半部分，其高度分别大于第一蒸发子腔体11和第二蒸发子腔体12，用于对右侧区域的功率模块30进行散热。

各蒸发子腔体的内部分布有多道相互平行的隔板14，隔板14之间以及隔板14与其腔体的侧壁之间形成竖向且相互平行的流道15。

各蒸发子腔体内充注有相变散热所需的制冷剂，制冷剂的充注液面高于蒸发子腔体所对应的功率模块30，也就是说，制冷剂要没过相应区域内功率模块30的顶部。

冷凝器20为平行流冷凝器，其主要由集气管21、集液管22和设于集气管与集液管之间的微通道换热扁管23组成，集气管21进一步分为位于两边的竖向集气管210和位于上方的第一横向集气管211，第一横向集气管211平行于集液管22，微通道换热扁管23竖向布置于第一横向集气管211与集液管22之间，相邻的微通道换热扁管23之间形成气流通道。为提高散热效果，还可以在微通道换热扁管23之间加装散热翅片。

各蒸发子腔体分别具有集气通道16和集液通道17，集气通道16连接冷凝器20的集气管21，集液通道17连接冷凝器20的集液管22，而且，各蒸发子腔体的集气通道16在其腔体顶部的一侧与之相连通，各蒸发子腔体的集液通道17在其腔体底部的另一侧与之相连通。

由于相变散热基板10的内部设有三个蒸发子腔体，因此其三个集液通道17集中设置在中央位置，并在顶部的中间位置形成三个接口，冷凝器20的集液管22设有三个管口，三个管口在集液管22上居中设置，各管口分别连接对应的集液通道17。

当功率模块30发热时，制冷剂液体吸走功率模块30产生的热量，在此过程中不断吸热蒸发为制冷剂气体，气体通过相变散热基板10内的集气通道16收集进入冷凝器20的集气管21，在冷凝器20中通过微通道换热扁管23和散热翅片将热量传递给空气，制冷剂气体温度降低，不断液化收集至集液管22中，并经过集液通道17重新回到各蒸发子腔体，完成循环。

请参考图4、图5，图4为本实用新型第二实施例所提供的单元化相变散热器的冷凝器正面示意图；图5为本实用新型第二实施例所提供的单元化相变散热器的相变散热基板内部结构示意图。

在第二实施例中，为了保证不同功率模块30之间的温度均匀性，根据功率模块30损耗差异，将相变散热基板10的内腔划分为两个蒸发子腔体。

具体地，蒸发子腔体分为第一蒸发子腔体11和第二蒸发子腔体12，第一蒸发子腔体11位于相变散热基板10的左半部分，用于对左侧区域内的功率模块30进行散热，第二蒸发子腔体12位于相变散热基板10的右半部分，用于对右侧区域内的功率模块30进行散热。

考虑到左侧区域内的功率模块30数量较多，且分布较为密集，右侧区域内的功率模块30数量较少，且分布较为稀疏，本实施例将第一蒸发子腔体11的高度设计为大于第二蒸发子腔体12的高度。

本实施例与第一种单元化相变散热器相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

请参考图6、图7，图6为本实用新型第三实施例所提供的单元化相变散热器的轴侧图；图7为图6所示单元化相变散热器的正面示意图。

本实施例在第二实施例的基础上又作了进一步改进，其冷凝器20依然为平行流冷凝器，主要由集气管21、集液管22和设于集气管与集液管之间的微通道换热扁管23组成，集气管21进一步分为位于两边的竖向集气管210和位于上方的第一横向集气管211，第一横向集气管211平行于集液管22，微通道换热扁管23竖向布置于第一横向集气管211与集液管22之间，相邻的微通道换热扁管23之间形成气流通道。为提高散热效果，还可以在微通道换热扁管23之间加装散热翅片。

不同之处在于，本实施例的冷凝器20的宽度大于相变散热基板10，其集气管还具有位于下方的第二横向集气管212，冷凝器20的竖向集气管210通过第二横向集气管212从相变散热基板10顶部的侧面与两个蒸发子腔体的集气通道16连通，从而使冷凝器20的面积横向拓宽，充分满足散热需求。

本实施例与第二种单元化相变散热器相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

请参考图8，图8为本实用新型第四实施例所提供的单元化相变散热器的轴侧图。

当相变散热基板10上的功率模块30的发热等级更高，且通过横向拓宽冷凝器20也无法满足散热需求时，可采用双排冷凝器20来增加散热面积，提高散热效果，也就是在第一实施例的基础上，将冷凝器20的微通道换热扁管23设计为重叠的两层。

本实施例与第一种单元化相变散热器相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

上述实施例仅是本实用新型的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，对蒸发子腔体的数量作出调整，或者，蒸发子腔体采用其他方式进行分布，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本实用新型所提供的单元化相变散热器，针对风电模组变流器的结构特性，将相变散热基板10的内腔划分为多个蒸发子腔体，并在相变散热基板10的内部设置集气通道16和集液通道17，可消除因功率差异带来的局部热点，缩小功率模块30间的温差，提高不同工况下功率模块30的温度均匀性，能够解决散热器尺寸过大和可靠性不足的缺陷，实现在有限的尺寸空间内对功率模块30进行散热的目的。

请参考图9，图9为本实用新型实施例所提供的一种变流器的结构示意图。

除了上述单元化相变散热器，本实用新型还提供一种变流器100，该变流器100设有上文所描述的单元化相变散热器，由于风电变流器100的功率模块30具有单元性、集中性的特点，而且机组结构紧凑，因此，多个单元化相变散热器在变流器100内部可并排布置，以减少整机尺寸，并在减少散热器的尺寸同时还能完成对高热流密度功率模块30的散热。

相邻的单元化相变散热器之间形成风道，变流器100的壳体一侧在接近底部的位置设有进风口101，变流器100的壳体另一侧在接近顶部的位置设有出风口102，出风口102的位置高于进风口101，利用两者之间的高度差，可形成“Z”字形气流通路，从而对多排单元化相变散热器进行更为充分的散热。

以上对本实用新型所提供的单元化相变散热器及变流器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.一种单元化相变散热器，包括相连接的相变散热基板和冷凝器，所述相变散热基板安装有功率模块，其特征在于，所述相变散热基板的内部设有蒸发腔体以及连通所述蒸发腔体的集气通道和集液通道，所述集气通道连接所述冷凝器的集气管，所述集液通道连接所述冷凝器的集液管。

2.根据权利要求1所述的单元化相变散热器，其特征在于，所述蒸发腔体包括至少两个以分区的方式对应于所述功率模块的蒸发子腔体，各所述蒸发子腔体分别具有集气通道和集液通道。

3.根据权利要求2所述的单元化相变散热器，其特征在于，各所述蒸发子腔体的集气通道在其腔体顶部的一侧与之相连通，各所述蒸发子腔体的集液通道在其腔体底部的另一侧与之相连通。

4.根据权利要求3所述的单元化相变散热器，其特征在于，各所述蒸发子腔体的内部分布有多道相互平行的隔板，所述隔板之间以及所述隔板与其腔体的侧壁之间形成竖向的流道。

5.根据权利要求4所述的单元化相变散热器，其特征在于，各所述蒸发子腔体内充注有相变散热所需的制冷剂，所述制冷剂的充注液面高于所述蒸发子腔体所对应的功率模块。

6.根据权利要求1所述的单元化相变散热器，其特征在于，所述冷凝器为平行流冷凝器，其包括集气管、集液管和设于所述集气管与集液管之间的微通道换热扁管。

7.根据权利要求6所述的单元化相变散热器，其特征在于，所述集气管包括位于两边的竖向集气管和位于上方的第一横向集气管，所述第一横向集气管平行于所述集液管，所述微通道换热扁管竖向布置于所述第一横向集气管与集液管之间。

8.根据权利要求7所述的单元化相变散热器，其特征在于，所述集气管还包括位于下方的第二横向集气管，所述第二横向集气管从所述相变散热基板顶部的侧面连通所述集气通道和竖向集气管，所述冷凝器的宽度大于所述相变散热基板。

9.根据权利要求6所述的单元化相变散热器，其特征在于，所述集液管设有多个管口，各所述管口分别连接对应的所述集液通道。

10.根据权利要求9所述的单元化相变散热器，其特征在于，多个所述管口在所述集液管上居中设置。

11.根据权利要求2所述的单元化相变散热器，其特征在于，所述蒸发子腔体包括第一蒸发子腔体、第二蒸发子腔体和第三蒸发子腔体；所述第一蒸发子腔体和第二蒸发子腔体位于所述相变散热基板的左半部分，且上下间隔设置；所述第三蒸发子腔体位于所述相变散热基板的右半部分，其高度大于所述第一蒸发子腔体或第二蒸发子腔体。

12.根据权利要求2所述的单元化相变散热器，其特征在于，所述蒸发子腔体包括第一蒸发子腔体和第二蒸发子腔体；所述第一蒸发子腔体位于所述相变散热基板的左半部分，所述第二蒸发子腔体位于所述相变散热基板的右半部分，所述第一蒸发子腔体的高度大于或等于所述第二蒸发子腔体的高度。

13.根据权利要求3所述的单元化相变散热器，其特征在于，所述冷凝器为双排冷凝器。

14.一种变流器，其特征在于，所述变流器设有上述权利要求1至13中任一项所述的单元化相变散热器，多个所述单元化相变散热器在所述变流器内部并排布置。

15.根据权利要求14所述的变流器，其特征在于，所述变流器的一侧在接近底部的位置设有进风口，所述变流器的另一侧在接近顶部的位置设有出风口。

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