CN220653893U - 冷却系统及光伏逆变器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种冷却系统及光伏逆变器，冷却系统包括功率模块、冷却装置和导流件，冷却装置设有相互连通的蒸发腔和冷凝腔，蒸发腔内设有工质，且多个功率模块沿着预设方向分别安装于蒸发腔的两侧；导流件设于蒸发腔和冷凝腔的连通处，并将蒸发腔和冷凝腔的连通处分隔形成沿着预设方向间隔设置的第一蒸发口和第二蒸发口，以使蒸发腔内的液态工质能够吸热相变为气态工质并分别通过第一蒸发口和第二蒸发口进入冷凝腔。导流件设有连通蒸发腔和冷凝腔的回流口，以使冷凝腔内的工质能够通过回流口回流至蒸发腔。本申请提供的冷却系统及光伏逆变器，解决了热管换热装置存在体积过大，以及，热管换热装置内的蒸发态工质和冷凝态工质容易相互影响的问题。

Description

冷却系统及光伏逆变器

技术领域

本申请涉及热管换热技术领域，特别是涉及一种冷却系统及光伏逆变器。

背景技术

有分析指出，在光伏发电技术领域，IGBT模块的失效分为芯片失效和封装失效。其中，引发IGBT模块(绝缘栅双极型晶体管)发生芯片失效的原因有很多，如电源或负载波动、驱动电路故障、控制电路故障、散热装置战障或者线路短路等，但最终都可归结为电击穿和热击穿两种，其中电击穿失效的本质也是电流热效应导致温度过高而引发的热击穿失效。

进一步地，IGBT模块的封装失效可分为与键合线相关的失效和与焊料层相关的失效。键合线相关的失效主要包括键合点脱落及键合线断裂，随着技术发展，用于IGBT模块键合线的材料特性越来越好，键合线断裂情况很少再发生，因此，键合点脱落成为IGBT模块封装失效的主要模式。键合点脱落主要是因为电流通过产生的热应力及材料间热膨胀系数差异引起。

由以上可知，IGBT模块失效模式主要因素集中于热失效，因此，散热对解决IGBT的失效尤为重要。

当前IGBT模块的冷却主要有水冷板冷却和热管换热装置冷却两种技术路线，其中水冷板冷却通过冷却液单相温度变化将间壁接触的IGBT模块产生的热量带走，当一个冷却回路中有较多IGBT模块时，不同IGBT模块被冷却的程度就会有不同，使得IGBT寿命产生差异。

而热管换热装置技术路线虽然也采用间壁接触式散热，但因热管均温性好，对所接触的IGBT模块都能起到良好的散热效果，从而使得IGBT模块的使用寿命一致性更好一些。当前用于冷却IGBT模块的热管换热装置均存在一定的缺陷，例如，热管换热装置的体积过大，以及，热管换热装置内的蒸发态工质和冷凝态工质容易相互影响。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种冷却系统及光伏逆变器，以解决现有的热管换热装置存在体积过大，以及，热管换热装置内的蒸发态工质和冷凝态工质容易相互影响的问题。

本申请提供的冷却系统包括功率模块、冷却装置和导流件，冷却装置设有相互连通的蒸发腔和冷凝腔，蒸发腔内设有工质，且多个功率模块沿着预设方向分别安装于蒸发腔的两侧；导流件设于蒸发腔和冷凝腔的连通处，并将蒸发腔和冷凝腔的连通处分隔形成沿着预设方向间隔设置的第一蒸发口和第二蒸发口，以使蒸发腔内的液态工质能够吸热相变为气态工质并分别通过第一蒸发口和第二蒸发口进入冷凝腔；并且，导流件设有连通蒸发腔和冷凝腔的回流口，以使冷凝腔内的工质能够通过回流口回流至蒸发腔。

在其中一个实施例中，导流件包括呈夹角设置的第一导流板和第二导流板，且第一导流板和第二导流板围设形成连通冷凝腔的汇流槽，回流口设于汇流槽的最低位置处。

在其中一个实施例中，导流件的横截面呈V字形，且V字形的尖端朝向蒸发腔。

在其中一个实施例中，第一导流板和第二导流板之间的夹角A满足，30°<A<180°。

在其中一个实施例中，多个回流口沿着导流件的延伸方向间隔排列。

在其中一个实施例中，第一导流板和第二导流板间隔设置形成回流口。

在其中一个实施例中，导流件还包括连接板，第一导流板通过连接板连接第二导流板，且回流口设于连接板。

在其中一个实施例中，回流口的形状为方形、圆形或者三角形。

在其中一个实施例中，冷凝腔设于蒸发腔的上方。

与现有技术相比，本申请提供的冷却系统及光伏逆变器，定义蒸发腔沿着预设方向分为第一端和第二端，由于多个功率模块沿着预设方向分别安装于蒸发腔的两侧，也即，多个功率模块分别安装于蒸发腔的第一端和第二端，又因为第一蒸发口和第二蒸发口沿着预设方向间隔设置，因此，蒸发腔第一端的工质吸收该侧功率模块产生的热量之后能够通过第一蒸发口进入冷凝腔，并且，蒸发腔第二端的工质吸收该侧功率模块产生的热量之后能够通过第二蒸发口进入冷凝腔。之后，气态工质在冷凝腔内重新凝结为液态工质，结合导流件设有连通蒸发腔和冷凝腔的回流口，可知，冷凝腔内的工质能够通过回流口回流至蒸发腔。

由以上可知，蒸发腔和冷凝腔内能够形成两个工质的循环回路，以便于工质能够快速带走分别安装于蒸发腔两侧的功率模块产生的热量。并且，气态的工质从第一蒸发口和第二蒸发口进入冷凝腔，而液态的工质从回流口进入蒸发腔，也即，工质的蒸发通道(包括第一蒸发口和第二蒸发口)和冷凝通道(包括回流口)是分隔开的，如此，能够有效降低蒸发工质和冷凝工质之间的接触，从而确保工质的蒸发过程和回流过程相对独立且互不干涉，进而提高冷却系统的冷却效率。

进一步地，由于冷却系统为蒸发腔和冷凝腔连通的集成式结构，因此，本申请提供的冷却系统的体积较小，有利于冷却系统在光伏逆变器内的安装和布置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请提供的一实施例的冷却系统的侧面结构示意图；

图2为本申请提供的一实施例的冷却系统的正面结构示意图；

图3为本申请提供的另一实施例的冷却系统的正面结构示意图；

图4为本申请提供的一实施例的导流件的结构示意图一；

图5为本申请提供的一实施例的导流件的结构示意图二；

图6为本申请提供的一实施例的导流件的结构示意图三；

图7为本申请提供的一实施例的导流件的结构示意图四；

图8为本申请提供的一实施例的导流件的结构示意图五；

图9为本申请提供的一实施例的导流件的结构示意图六；

图10为本申请提供的一实施例的导流件的结构示意图七；

图11为本申请提供的一实施例的散热带的结构示意图；

图12为本申请提供的一实施例的冷却装置位于冷凝腔部分的结构示意图；

图13为本申请提供的另一实施例的冷却装置位于冷凝腔部分的结构示意图。

附图标记：100、功率模块；200、冷却装置；210、蒸发腔；211、第一蒸发口；212、第二蒸发口；213、回流口；220、冷凝腔；230、散热带；300、导流件；310、第一导流板；320、第二导流板；330、连接板；340、汇流槽。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

当前IGBT模块的冷却主要有水冷板冷却和热管换热装置冷却两种技术路线，其中水冷板冷却通过冷却液单相温度变化将间壁接触的IGBT模块产生的热量带走，当一个冷却回路中有较多IGBT模块时，不同IGBT模块被冷却的程度就会有不同，使得IGBT寿命产生差异。

而热管换热装置技术路线虽然也采用间壁接触式散热，但因热管均温性好，对所接触的IGBT模块都能起到良好的散热效果，从而使得IGBT模块的使用寿命一致性更好一些。当前用于冷却IGBT模块的热管换热装置均存在一定的缺陷，例如，热管换热装置的体积过大，以及，热管换热装置内的蒸发态工质和冷凝态工质容易相互影响。

请参阅图1-图13，为了解决现有的热管换热装置存在体积过大，以及，热管换热装置内的蒸发态工质和冷凝态工质容易相互影响的问题，本申请提供一种冷却系统及光伏逆变器，该冷却系统包括功率模块100、冷却装置200和导流件300。冷却装置200设有连通的蒸发腔210和冷凝腔220，蒸发腔210内设有工质，且多个功率模块100沿着预设方向分别安装于蒸发腔210的两侧。导流件300设于蒸发腔210和冷凝腔220的连通处，并将蒸发腔210和冷凝腔220的连通处分隔形成沿着预设方向间隔设置的第一蒸发口211和第二蒸发口212，以使蒸发腔210内的液态工质能够吸热相变为气态工质并分别通过第一蒸发口211和第二蒸发口212进入冷凝腔220。并且，导流件300设有连通蒸发腔210和冷凝腔220的回流口213，以使冷凝腔220内的工质能够通过回流口213回流至蒸发腔210。

需要说明的是，功率模块100包括但不限于IGBT模块。并且，功率模块100可以横向设置，也可以竖向设置。

需要注意的是，功率模块100一般安装于蒸发腔210的外侧，并且，蒸发腔210内液态工质的液位高于功率模块100的水平高度。

定义蒸发腔210沿着预设方向分为第一端和第二端，由于多个功率模块100沿着预设方向分别安装于蒸发腔210的两侧，也即，多个功率模块100分别安装于蒸发腔210的第一端和第二端，又因为第一蒸发口211和第二蒸发口212沿着预设方向间隔设置，因此，蒸发腔210第一端的工质吸收该侧功率模块100产生的热量之后能够通过第一蒸发口211进入冷凝腔220，并且，蒸发腔210第二端的工质吸收该侧功率模块100产生的热量之后能够通过第二蒸发口212进入冷凝腔220。之后，气态工质在冷凝腔220内重新凝结为液态工质，结合导流件300设有连通蒸发腔210和冷凝腔220的回流口213，可知，冷凝腔220内的工质能够通过回流口213回流至蒸发腔210。

由以上可知，蒸发腔210和冷凝腔220内能够形成两个工质的循环回路，以便于工质能够快速带走分别安装于蒸发腔210两侧的功率模块100产生的热量。并且，气态的工质从第一蒸发口211和第二蒸发口212进入冷凝腔220，而液态的工质从回流口213进入蒸发腔210，也即，工质的蒸发通道(包括第一蒸发口211和第二蒸发口212)和冷凝通道(包括回流口213)是分隔开的，如此，能够有效降低蒸发工质和冷凝工质之间的接触，从而确保工质的蒸发过程和回流过程相对独立且互不干涉，进而提高冷却系统的冷却效率。

进一步地，由于冷却系统为蒸发腔210和冷凝腔220连通的集成式结构，因此，本申请提供的冷却系统的体积较小，有利于冷却系统在光伏逆变器内的安装和布置。

具体的，为了提高工质的循环效率，在一实施例中，如图1-图3所示，冷凝腔220设于蒸发腔210的上方，优选地，冷凝腔220设于蒸发腔210的正上方。

由此，工质蒸发之后能够在浮力作用下快速上升至冷凝腔220内，并且，工质凝结之后还能在重力作用下快速下降至蒸发腔210内。

在一实施例中，如图1以及图4-图10所示，导流件300包括呈夹角设置的第一导流板310和第二导流板320，且第一导流板310和第二导流板320围设形成连通冷凝腔220的汇流槽340，回流口213设于汇流槽340的最低位置处。

如此，有利于导流件300对凝结的工质起到一定的汇聚作用，便于工质延伸回流口213回流至蒸发腔210内。

具体地，在一实施例中，第一导流板310一端连接第二导流板320，另一端向斜上方延伸至第一蒸发口211处，第二导流板320一端连接第一导流板310，另一端向斜上方延伸至第二蒸发口212处。

整体来说，如图1以及图4-图6所示，导流件300的横截面呈V字形，且V字形的尖端朝向蒸发腔210。

如此，不仅能够对冷凝腔220内的工质起到汇聚回流作用，还能够对蒸发腔210内上升的气态工质起到快速分流的作用。

进一步地，在一实施例中，第一导流板310和第二导流板320之间的夹角A满足，30°<A<180°。优选地，60°<A<150°。

在一实施例中，多个回流口213沿着导流件300的延伸方向间隔排列。

具体地，多个回流口213沿着第一导流板310和第二导流板320的连接处间隔排列。

如此，有利于冷凝腔220各处的液态工质都能够迅速落入汇流槽340内，并通过对应位置处的回流口213快速回流至蒸发腔210。

可以理解的是，回流口213的形状可以是方形、圆形或者三角形等任意形状，在此不一一列举。

在另一实施例中，如图10所示，第一导流板310和第二导流板320间隔设置形成回流口213。

如此，可提高回流口213的流通面积，从而降低第一导流板310和第二导流板320对回流的工质阻碍作用，有利于液态工质的快速回流。

在一实施例中，如图7-图9所示，导流件300还包括连接板330，第一导流板310通过连接板330连接第二导流板320，且回流口213设于连接板330。

如此，有利于回流口213的加工。

进一步地，连接板330可以为水平设置。

在一实施例中，如图12和图13所示，冷凝腔220可以是多个微通道并列设置的结构，还可以是口琴管式结构。两者的区别在于，口琴管式结构的内壁设有凸起，以便于扩大工质和冷凝腔220内壁的接触面积。

进一步地，在一实施例中，如图11所示，冷凝腔220内设有多个封闭设置的散热带230。具体地，散热带230可以是折叠状的结构，还可以是错齿形的结构，并且，散热带230所在空间不与冷凝腔220连通，散热带230通过风冷等方式带走冷凝腔220的热量。

本申请还提供一种光伏逆变器，该光伏逆变器包括以上任意一个实施例所述的冷却系统。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种冷却系统，其特征在于，包括功率模块(100)、冷却装置(200)和导流件(300)，所述冷却装置(200)设有相互连通的蒸发腔(210)和冷凝腔(220)，所述蒸发腔(210)内设有工质，且多个所述功率模块(100)沿着预设方向分别安装于所述蒸发腔(210)的两侧；所述导流件(300)设于所述蒸发腔(210)和所述冷凝腔(220)的连通处，并将所述蒸发腔(210)和所述冷凝腔(220)的连通处分隔形成沿着所述预设方向间隔设置的第一蒸发口(211)和第二蒸发口(212)，以使所述蒸发腔(210)内的液态工质能够吸热相变为气态工质并分别通过所述第一蒸发口(211)和所述第二蒸发口(212)进入所述冷凝腔(220)；并且，所述导流件(300)设有连通所述蒸发腔(210)和所述冷凝腔(220)的回流口(213)，以使所述冷凝腔(220)内的工质能够通过所述回流口(213)回流至所述蒸发腔(210)。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述导流件(300)包括呈夹角设置的第一导流板(310)和第二导流板(320)，且所述第一导流板(310)和所述第二导流板(320)围设形成连通所述冷凝腔(220)的汇流槽(340)，所述回流口(213)设于所述汇流槽(340)的最低位置处。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述导流件(300)的横截面呈V字形，且V字形的尖端朝向所述蒸发腔(210)。

4.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述第一导流板(310)和所述第二导流板(320)之间的夹角A满足，30°<A<180°。

5.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，多个所述回流口(213)沿着所述导流件(300)的延伸方向间隔排列。

6.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述第一导流板(310)和所述第二导流板(320)间隔设置形成所述回流口(213)。

7.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述导流件(300)还包括连接板(330)，所述第一导流板(310)通过所述连接板(330)连接所述第二导流板(320)，且所述回流口(213)设于所述连接板(330)。

8.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述回流口(213)的形状为方形、圆形或者三角形。

9.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷凝腔(220)设于所述蒸发腔(210)的上方。

10.一种光伏逆变器，其特征在于，包括如权利要求1-权利要求9任意一项所述的冷却系统。