CN222547348U - 一种空水混合冷却变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空水混合冷却变频器，包括控制柜、功率柜和并网柜，功率柜内部分为功率模组区域、电容区域和电抗器区域，电容区域和电抗器区域采用风冷方式进行散热，功率模组区域采用液冷和风冷混合方式进行散热；其中，将第一水冷换热器和第一风扇作为第一组合体拉至整机柜体外部放置，通过管道与功率模组区域内液冷散热系统中的液冷集成模块连接进行换热，电容区域和/或功率模组区域内设置用于内循环的第二组合体，与液冷集成模块连接进行换热。与现有技术相比，本实用新型功率中整个功率柜除电抗区域以外，仅通过管道中的水侧与外界环境风进行换热，与外界环境风完全隔离，适用于高湿、高腐蚀、高风沙等恶劣环境。

Description

一种空水混合冷却变频器

技术领域

本实用新型涉及变频器技术领域，尤其是涉及一种空水混合冷却变频器。

背景技术

目前，关于混合冷却变频器已有相关研究。经过检索，中国发明专利申请CN117498652A公开了一种混合冷却变频器，该变频器采用分柜分区设计，包括依次连接的控制柜、功率柜和并网柜，功率柜依据内部元器件发热情况以及元器件特性进行分区，变频器整机对外采用风冷方式进行散热，功率柜中的特定分区采用液冷方式进行散热。

然而，上述混合冷却变频器中，尤其是功率柜各个区域直接与外界接触进行风冷，难以适用于高湿、高腐蚀、高风沙等恶劣环境。

发明内容

本实用新型的目的就是为了提供一种适用于高湿、高腐蚀、高风沙等恶劣环境的空水混合冷却变频器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种空水混合冷却变频器，包括控制柜、功率柜和并网柜，所述功率柜内部分为功率模组区域、电容区域和电抗器区域，所述电容区域和电抗器区域采用风冷方式进行散热，所述功率模组区域采用液冷和风冷混合方式进行散热，所述功率模组区域通过液冷散热系统进行液冷散热，所述液冷散热系统包括设置在所述功率模组区域侧的冷板，以及用于给所述冷板进行换热的液冷集成模块，

将第一水冷换热器和第一风扇作为第一组合体拉至整机柜体外部放置，所述第一组合体与所述液冷集成模块管道连接，所述液冷集成模块输出的热液经通过管道接至所述第一水冷换热器的水侧入口，经所述第一水冷换热器与所述第一风扇带入的环境冷风换热变为冷液后，由所述第一水冷换热器的水侧出口通过管道输送回所述液冷集成模块；

所述电容区域和/或功率模组区域内设置有用于内循环的第二组合体，包括第二水冷换热器和第二风扇；所述液冷集成模块输出的冷液经过管道连接至所述第二水冷换热器的水侧入口，由所述第二水冷换热器的水侧出口输出并经管道接回至所述液冷集成模块，所述第二风扇将所述电容区域和功率模组区域的热气流吹入至所述第二水冷换热器的风侧，与水侧的冷液换热后，输出冷气流。

优选地，所述功率柜除电抗器区域外，整体密闭设置，仅通过管道连接至所述第一水冷换热器与外部换热接触。

优选地，所述功率柜中的电抗器区域采用对外直接风冷方式进行散热。

优选地，所述电抗器区域内部采用器件本体防腐防护加强处理。

优选地，所述功率柜整体全密闭热设置，所述电抗器区域中设置有用作内循环的第四组合体，所述第四组合体包括第四换热器和第四风扇；

所述第四换热器的冷端输入接所述液冷集成模块的冷端输出，所述第四换热器的冷端输出接所述液冷集成模块的冷端输入；

所述第四风扇工作后在所述电抗器区域中形成的热气流经所述第四换热器与冷端水体换热后输出冷气流。

优选地，所述并网柜内设置有用作内循环的第三组合体，所述第三组合体包括第三换热器和第三风扇；

所述第三换热器的冷端输入接所述液冷集成模块的冷端输出，所述第三换热器的冷端输出接所述液冷集成模块的冷端输入；

所述第三风扇工作后在所述并网柜中形成的热气流经所述第三换热器与冷端水体换热后输出冷气流。

优选地，所述并网柜内设置有用作内循环的第三组合体，所述第三组合体包括第三换热器和第三风扇；

所述第三换热器的冷端输入接所述液冷集成模块的冷端输出，所述第三换热器的冷端输出接所述液冷集成模块的冷端输入；

所述第三风扇工作后在所述并网柜中形成的热气流经所述第三换热器与冷端水体换热后输出冷气流。

优选地，所述并网柜整体全密闭热设置，仅通过管道连接至所述液冷集成模块进行换热。

优选地，所述控制柜内采用全密闭热设置，其内设置风道，仅与所述功率模组区域打通进行风冷散热。

优选地，所述第一组合体视应用场景实际需求设置在整机柜体对应位置。

优选地，所述第一组合体的外壳设置有器件防腐防护设计。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1)将第一水冷换热器和第一风扇作为第一组合体拉至整柜外部放置，整个功率柜除电抗区域以外，仅通过管道中的水侧与外界环境风进行换热，与外界环境风完全隔离，适用于高湿高腐蚀高风沙等恶劣环境。

2)在功率柜除电抗区域以外增设用于内循环的第二组合体，借用已有的液冷集成模块的设计提供的水侧换热，结构简单，成本低。

3)功率柜电抗器区域易做防腐和防护加强设计，因此保持对外直接风冷方式，降低成本、安装难度和运维难度；或功率柜电抗器区域也采用换热器+风扇内循环方式，即整个功率柜为全封闭式设置，环境隔离效果更好。视实际环境需求而选择对应的方式。

4)柜体采用全封闭热设计方案，隔离性能好。

5)并网柜发热量大(≥10KW)且器件分散，如采用器件防腐防护加强的方式，难度极高且成本贵，本实用新型中并网柜中也采用换热器+风扇内循环方式，仅通过将水冷换热器的水侧连接至液冷集成区域进行换热，最合理且成本低，整体与外界环境风无接触，适用于高湿高腐蚀高风沙等恶劣环境。

6)第一组合体是应用场景空间需求设置在整柜外部对应位置，适用性更高。

7)第一组合体的外壳设置有器件防腐和防护设计，更加适用于高湿、高腐蚀、高风沙等恶劣环境。

附图说明

图1为实施例1中的空水混合变频器整体结构示意图；

图2为实施例1中的功率柜侧视图；

图3为实施例2中的空水混合变频器整体结构示意图

附图标记：

1-控制柜；2-功率柜，21-电容区域，22-功率模组区域，23-电抗器区域，24-液冷集成模块，25-第一组合体，26-第二组合体，27-第四组合体；3-并网柜，31-第三组合体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步的定义和解释。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

如图1所示，本实施例提供了一种空水混合冷却变频器，包括控制柜1、功率柜2和并网柜3，功率柜2内部分为功率模组区域22、电容区域21和电抗器区域23，电容区域21和电抗器区域23采用风冷方式进行散热，功率模组区域22采用液冷和风冷混合方式进行散热，功率模组区域22通过液冷散热系统进行液冷散热；

液冷散热系统包括设置在功率模组区域22侧的冷板，以及用于给冷板进行换热的液冷集成模块24，将第一水冷换热器和第一风扇作为第一组合体25拉至整机柜体外部放置，第一组合体25与液冷集成模块24管道连接，液冷集成模块24输出的热液经通过管道接至第一水冷换热器的水侧入口，经第一水冷换热器与第一风扇带入的环境冷风换热变为冷液后，由第一水冷换热器的水侧出口通过管道输送回液冷集成模块24；

电容区域21和/或功率模组区域22内设置有用于内循环的第二组合体26，包括第二水冷换热器和第二风扇；液冷集成模块24输出的冷液经过管道连接至第二水冷换热器的水侧入口，由第二水冷换热器的水侧出口输出并经管道接回至液冷集成模块24，第二风扇将电容区域21和功率模组区域22的热气流吹入至第二水冷换热器的风侧，与水侧的冷液换热后，输出冷气流。

接下来，对各个部分进行详细介绍。

1、功率柜

如图1所示，本实施例中电容区域21、功率模组区域22、电抗器区域23自上而下依次设置在功率柜内，此处仅对各个区域其中一种相对位置布设说明，上述分区也可视实际需求进行相应调整，例如电容区域21布设也可如图2中的22-1、22-2所示。

功率模组区域22进行液冷和风冷混合方式进行散热。本实施例引入冷板对发热量高且温度敏感的电子器件实现强迫液冷，既满足了功率器件高热流密度散热需求，也满足了其均温性要求。本区域布局采用冷板并联形式，集中并列排布在功率柜中上部。本实施例中的功率模组区域22的元器件包括但不限于交流铜排、IGBT叠排、以及电容叠排等。

本实施例中功率模组区域22通过液冷散热系统进行液冷散热；液冷散热系统包括设置在功率模组区域22侧的冷板，以及设置在功率柜体内的水冷换热器和液冷集成模块24，液冷集成模块24包括给冷板供液的动力源(本实施例中为水泵)和管路子系统；液冷集成模块24的动力源驱动换热流，将功率模组区域22内的元器件热量传导至冷板，冷板热量由柜体外设置的第一水冷换热器带至外部大气环境。

液冷集成模块24为冷板供液(冷却液不限于水，水和乙二醇混合液，多相流体，制冷剂等)的水泵和管路子系统，布置在功率柜中部即功率模组正下方(本实施例设置在功率柜22中部，但液冷集成模块24因设计集成度高所以位置较灵活，还可以布置在功率柜22底部、甚至控制柜21、并网柜23)，这种布局使得液冷集成模块24设计紧凑，安装和运维方便；同时液冷集成模块24特殊的注液、排液、排气及集液设计基本规避了液冷变频器/变流器柜内冷却液泄漏问题导致的电气安全风险，冷板的换热量最终需要靠第一水冷换热器带入大气环境中。

此外，液冷集成模块24内嵌有水管道加热器。低温环境时(如-40℃)，可保证关键器件工作温度满足要求。此外，水管道加热器还接有湿度控制装置，可以满足低温加热需求外，还能对柜内湿度进行控制，保证了关键器件工作湿度满足要求。

本实施例中将第一水冷换热器和第一风扇作为第一组合体拉至整机柜体外部放置，第一组合体视应用场景实际需求设置在整机柜体上方或整机柜体后方，安装和运维均较方便。第一组合体的外壳设置有器件防腐和防护设计(例如涂防腐蚀涂料层，柜体安装处设置密封垫等)，更加适用于高湿、高腐蚀、高风沙等恶劣环境。

功率柜除电抗器区域外，整体全密闭热设置，仅通过管道连接至第一水冷换热器与外部换热接触，内部设计风道，防护等级不低于IP65。功率柜中的电抗器区域易做防腐和防护加强设计，因此保持对外直接风冷方式，进一步降低了整机成本。

本实施例中，第一组合体25视应用场景实际需求设置在整机柜体上方或整机柜体后方，第一组合体25的外壳设置有器件防腐和防护设计。

2、并网柜

本实施例考虑柜内的发热器件为断路器、接触器、铜排和线缆等发热量高且耐温能力较强的器件，依然采用了散热效果佳、成本低的强迫风冷散热方式。

作为另一优选的实施例，并网柜3内设置有用作内循环的第三组合体31，第三组合体包括第三换热器和第三风扇；第三换热器的冷端输入接液冷集成模块24的冷端输出，第三换热器的冷端输出接液冷集成模块24的冷端输入；第三风扇工作后在并网柜中形成的热气流经第三换热器与冷端水体换热后输出冷气流。并网柜3整体全密闭热设置，仅通过管道连接至液冷集成模块24进行换热。

3、控制柜

本实施例考虑柜内均为控制类器件，总发热量小，使用低成本自然散热方式即可满足需求。或，控制柜1内采用全密闭热设置，其内设置风道，仅与功率模组区域22或电容区域21打通进行风冷散热，散热性能更好。

图1和图2中，红色箭头表示热风流，绿色箭头表示冷分流，浅绿色箭头表示温度略高的冷风流。

实施例2

如图3所示，本实施例中将整个功率柜2整体全密闭热设置，整体腐蚀风沙隔离能力更强，即在电抗器区域23也设置用作内循环的第四组合体27，第四组合体27包括第四换热器和第四风扇，第四换热器的冷端输入接液冷集成模块的冷端输出，第四换热器的冷端输出接液冷集成模块的冷端输入，第四风扇工作后在电抗器区域23中形成的热气流经第四换热器与冷端水体换热后输出冷气流。

控制柜1内采用全密闭热设置，其内设置风道，仅与功率模组区域22或电容区域21或电抗器区域打通进行风冷散热，散热性能更好。

本实施例的方案设置，尤其适用于高湿、高腐蚀、高风沙场景。

本实施例中的其他设置与实施例1相同。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空水混合冷却变频器，包括控制柜、功率柜和并网柜，所述功率柜内部分为功率模组区域、电容区域和电抗器区域，所述电容区域和电抗器区域采用风冷方式进行散热，所述功率模组区域采用液冷和风冷混合方式进行散热，所述功率模组区域通过液冷散热系统进行液冷散热，所述液冷散热系统包括设置在所述功率模组区域侧的冷板，以及用于给所述冷板进行换热的液冷集成模块，其特征在于，

将第一水冷换热器和第一风扇作为第一组合体拉至整机柜体外部放置，所述第一组合体与所述液冷集成模块管道连接，所述液冷集成模块输出的热液经通过管道接至所述第一水冷换热器的水侧入口，经所述第一水冷换热器与所述第一风扇带入的环境冷风换热变为冷液后，由所述第一水冷换热器的水侧出口通过管道输送回所述液冷集成模块；

所述电容区域和/或功率模组区域内设置有用于内循环的第二组合体，包括第二水冷换热器和第二风扇；所述液冷集成模块输出的冷液经过管道连接至所述第二水冷换热器的水侧入口，由所述第二水冷换热器的水侧出口输出并经管道接回至所述液冷集成模块，所述第二风扇将所述电容区域和功率模组区域的热气流吹入至所述第二水冷换热器的风侧，与水侧的冷液换热后，输出冷气流。

2.根据权利要求1所述的一种空水混合冷却变频器，其特征在于，所述功率柜除电抗器区域外，整体全密闭热设置，仅通过管道连接至所述第一水冷换热器与外部换热接触。

3.根据权利要求2所述的一种空水混合冷却变频器，其特征在于，所述功率柜中的电抗器区域采用对外直接风冷方式进行散热。

4.根据权利要求3所述的一种空水混合冷却变频器，其特征在于，所述电抗器区域内部采用器件本体防腐防护加强处理。

5.根据权利要求1所述的一种空水混合冷却变频器，其特征在于，所述功率柜整体全密闭热设置，所述电抗器区域中设置有用作内循环的第四组合体，所述第四组合体包括第四换热器和第四风扇；

所述第四换热器的冷端输入接所述液冷集成模块的冷端输出，所述第四换热器的冷端输出接所述液冷集成模块的冷端输入；

所述第四风扇工作后在所述电抗器区域中形成的热气流经所述第四换热器与冷端水体换热后输出冷气流。

6.根据权利要求1所述的一种空水混合冷却变频器，其特征在于，所述并网柜内设置有用作内循环的第三组合体，所述第三组合体包括第三换热器和第三风扇；

所述第三换热器的冷端输入接所述液冷集成模块的冷端输出，所述第三换热器的冷端输出接所述液冷集成模块的冷端输入；

所述第三风扇工作后在所述并网柜中形成的热气流经所述第三换热器与冷端水体换热后输出冷气流。

7.根据权利要求6所述的一种空水混合冷却变频器，其特征在于，所述并网柜整体全密闭热设置，仅通过管道连接至所述液冷集成模块进行换热。

8.根据权利要求1所述的一种空水混合冷却变频器，其特征在于，所述控制柜内采用全密闭热设置，其内设置风道，仅与所述功率模组区域打通进行风冷散热。

9.根据权利要求1所述的一种空水混合冷却变频器，其特征在于，所述第一组合体视应用场景实际需求设置在整机柜体对应位置。

10.根据权利要求1所述的一种空水混合冷却变频器，其特征在于，所述第一组合体的外壳设置有器件防腐防护设计。