電力電子器件冷卻系統(tǒng)及分布式發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電力電子器件冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括空調機組、冷媒泵、旁路節(jié)流元件和冷卻器，冷媒泵從空調機組的第一冷凝器取液，液態(tài)冷媒經旁路節(jié)流元件節(jié)流后進入冷卻器，在冷卻器處低溫冷媒為電力電子器件降溫，冷媒流出冷卻器后進入空調機組的蒸發(fā)器，回到空調系統(tǒng)中，完成一個冷卻循環(huán)。本實用新型用以解決現(xiàn)有技術中電力電子器件風冷散熱系統(tǒng)的散熱效果差，噪音大的問題。相對于風冷和水冷，本實用新型提供的方案冷卻效果好，冷卻效率高；省去風冷系統(tǒng)，使設備體積小，噪聲降低；利用空調機組的冷媒完成制冷循環(huán)，使電力電子器件可處于密閉環(huán)境，避免塵埃影響，內部潔凈，運行壽命長。
【專利說明】電力電子器件冷卻系統(tǒng)及分布式發(fā)電系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及制冷技術及電力電子【技術領域】，特別涉及一種電力電子器件冷卻系統(tǒng)及分布式發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]電力電子器件的熱損耗大，需要對其進行冷卻，現(xiàn)有的電力電子器件的冷卻方式一般為風冷，通過安裝風機、風扇等設施進行散熱，但其冷卻效果差，存在很多問題:風冷的冷卻速度慢，風機體積大，導致設備整體體積偏大；大風量造成風機噪聲偏大；積塵問題對電器元器件的可靠性產生影響；冷卻風機調節(jié)性差，能耗高，不節(jié)能；風機排風導致電器安裝環(huán)境溫度升高，需要對機房增加相應空調系統(tǒng)。
實用新型內容
[0003]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種電力電子器件冷卻系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中電力電子器件冷卻效果差的問題。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0005]一種電力電子器件冷卻系統(tǒng)，包括空調機組、冷媒泵、旁路節(jié)流元件和冷卻器，所述空調機組包括連接成空調制冷循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器、壓縮機、第一冷凝器和主路節(jié)流元件，所述第一冷凝器、冷媒泵、旁路節(jié)流元件、冷卻器及蒸發(fā)器依次連通，所述冷媒泵的入口與所述第一冷凝器連通，冷媒泵的出口與所述旁路節(jié)流元件的第一端連通旁路節(jié)流元件的第二端與冷卻器的第一端連通，所述冷卻器的第二端與所述蒸發(fā)器連通，通過所述冷卻器與電力電子器件換熱，使電力電子器件降溫。
[0006]進一步地，冷卻系統(tǒng)還包括單向閥，單向閥的入口與第一冷凝器連通，出口與旁路節(jié)流元件的第一端連通。
[0007]進一步地，冷卻系統(tǒng)還包括第二冷凝器，第二冷凝器連接于冷卻器與蒸發(fā)器之間。
[0008]進一步地，冷卻系統(tǒng)包括多條冷卻支路，每條冷卻支路包括旁路節(jié)流元件和至少一個冷卻器，所述每條冷卻支路的入口與所述冷媒泵的出口及所述單向閥的出口連通，所述每條冷卻支路的出口與所述第二冷凝器連通。
[0009]進一步地，旁路節(jié)流元件為毛細管、節(jié)流孔板、熱力膨脹閥、電子膨脹閥中的一種，或其中兩種或兩種以上的組合。
[0010]進一步地，空調機組為冷水式空調機組。
[0011]進一步地，電力電子器件包括整流模塊和逆變模塊，所述冷卻支路包括第一冷卻支路和第二冷卻支路，所述第一冷卻支路和第二冷卻支路分別用于冷卻所述整流模塊和逆變模塊。
[0012]進一步地，電力電子器件還包括電抗器，所述冷卻支路還包括用于冷卻所述電抗器的第三冷卻支路。
[0013]進一步地，第一冷卻支路包括第一支路節(jié)流元件、第二冷卻支路包括第二支路節(jié)流元件、第三冷卻支路包括第三支路節(jié)流元件，第一節(jié)流元件和第二節(jié)流元件為可調式節(jié)流元件，第三冷卻支路為固定比例式節(jié)流元件。
[0014]本實用新型還提供了一種分布式發(fā)電系統(tǒng)，包括上述的電子電子器件冷卻系統(tǒng)和分布式電站，分布式發(fā)電系統(tǒng)通過所述電力電子器件向負載供電和/或并網發(fā)電，所述負載包括所述空調機組。
[0015]進一步地，電力電子器件包括離網逆變器，所述分布式電站與所述離網逆變器連接，通過所述離網逆變器為所述空調機組供電。
[0016]進一步地，電力電子器件還包括變流器，所述變流器一端與公共電網連接，另一端與所述分布式電站及離網逆變器連接。
[0017]本實用新型的有益效果是:相對于風冷和水冷，冷媒冷卻的冷卻效果好，冷卻效率高；省去風冷系統(tǒng)，使設備體積小，噪聲降低；利用空調機組的冷媒完成制冷循環(huán)，使電力電子器件可處于密閉環(huán)境，避免塵埃影響，內部潔凈，運行壽命長；不受空調機組開停機的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型實施例一的電力電子器件冷卻系統(tǒng)結構框架示意圖；
[0019]圖2為本實用新型實施例一的帶有多路冷卻支路的電力電子器件冷卻系統(tǒng)結構框架示意圖；
[0020]圖3為本實用新型實施例二的分布式發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)結構框架示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0022]實施例一
[0023]本實施例的電力電子器件冷卻系統(tǒng)包括空調機組部分和電力電子器件冷卻循環(huán)部分，如圖1所示，為本實施例的電力電子器件冷卻系統(tǒng)結構示意圖。其中空調機組包括蒸發(fā)器11、壓縮機12、第一冷凝器13和主路節(jié)流元件14，壓縮機12的吸氣口通過吸氣管路與蒸發(fā)器11的一端連通，壓縮機12的排氣口通過排氣管路與第一冷凝器13的一端連通，蒸發(fā)器11的另一端通過主路節(jié)流元件14與第一冷凝器13的另一端連通。
[0024]電力電子器件冷卻循環(huán)部分包括冷媒泵31、旁路節(jié)流元件32和冷卻器(圖中未示出)。冷媒泵31的進口與第一冷凝器13的出液管連通，冷媒泵31的出口與旁路節(jié)流元件32的第一端連通，旁路節(jié)流元件32的第二端與冷卻器的第一端連通，冷卻器的第二端與蒸發(fā)器11連通。冷卻器接觸或靠近電力電子器件，通過冷卻器中流通的低溫冷媒帶走電力電子器件的熱量，為電力電子器件降溫。
[0025]當空調機組停機時，冷媒泵31啟動，為冷媒循環(huán)提供動力。冷媒泵31將第一冷凝器13中的液態(tài)冷媒泵送至旁路節(jié)流元件32，冷媒經過節(jié)流，吸熱蒸發(fā)后，最終流入蒸發(fā)器11，完成一個冷卻循環(huán)。通過上述方案實現(xiàn)了空調機組停機時對電力電子器件的冷卻。
[0026]為了實現(xiàn)在空調機組開機時對電力電子器件的冷卻。在第一冷凝器13與旁路節(jié)流元件32之間還設有與冷媒泵31并聯(lián)的冷媒流通管道。優(yōu)選的，在該冷媒流通管道上設置有單向閥34，單向閥34的入口端與第一冷凝器13連通，出口端與旁路節(jié)流元件32的第一端連通。單向閥34可有效防止冷媒旁通短路，保證冷卻電力電子器件有足夠的冷媒流量。
[0027]當空調機組開機運轉時，由于冷凝側壓力遠大于蒸發(fā)側壓力，受空調機組內部冷媒壓力作用，第一冷凝器13中的液態(tài)冷媒經旁路節(jié)流元件32節(jié)流，在冷卻器處吸熱蒸發(fā)，最終流入蒸發(fā)器11中，完成一個冷卻循環(huán)。
[0028]冷媒流經電力電子器件后，會吸收大量的熱能，若不釋放掉，最終都會累積到空調機組的冷媒中，造成停機狀態(tài)下的空調機組的系統(tǒng)溫度和系統(tǒng)壓力不斷上升。若冷卻系統(tǒng)在空調機組停機狀態(tài)下長期工作，系統(tǒng)溫度持續(xù)上升，則會影響對電力電子器件的冷卻效果，系統(tǒng)壓力不斷升高，則會影響整個制冷循環(huán)系統(tǒng)的安全性。優(yōu)選地，在冷卻器與蒸發(fā)器11之間設有第二冷凝器33，從旁路節(jié)流元件32流出的低溫冷媒在冷卻器處吸收電力電子器件散發(fā)的熱量而蒸發(fā)，變成溫度較高的冷媒蒸汽，冷媒蒸汽流至第二冷凝器33時，與空氣或水換熱，放熱冷凝，再次變?yōu)橐簯B(tài)冷媒，進入蒸發(fā)器11，回到空調機組中，完成一個冷卻循環(huán)。
[0029]第二冷凝器33的作用就是提高系統(tǒng)的可靠性，使冷卻系統(tǒng)在空調機組停機狀態(tài)下可以長期正常運轉。此外在空調機組開機工作時，第二冷凝器33還可以防止大量的熱能進入蒸發(fā)器11中而造成空調能效下降。第二冷凝器33—般選用翅片管式換熱器或板式換熱器。
[0030]其中，冷卻器為內部嵌有制冷劑流道的金屬冷板，金屬冷板與電力電子器件相接觸，也可以根據現(xiàn)場環(huán)境情況、電力電子器件的形狀、冷卻需求等因素，選擇適當的冷卻器類型，例如對于不能接觸換熱或對冷卻要求不高的器件，可選用翅片管式換熱器、板翅式換熱器等作為冷卻器。
[0031]根據需要冷卻的電力電子器件的數量較多，或受結構限制，無法通過一個冷卻器完成冷卻的，則在旁路節(jié)流元件32與第二冷凝器33之間的管路上串聯(lián)多個冷卻器或在冷媒泵31與第二冷凝器33之間設置多條并聯(lián)的冷卻支路，每條冷卻支路上設有旁路節(jié)流元件32和至少一個冷卻器。旁路節(jié)流元件32可采用不同形式的節(jié)流閥，如毛細管、節(jié)流孔板(固定的或可變的)、熱力膨脹閥或電子膨脹閥，以及其中兩種或兩種以上節(jié)流閥的組合。
[0032]如圖2所示，為多路冷卻的電力電子器件冷卻系統(tǒng)結構示意圖。經冷媒泵31和/或單向閥34輸出的冷媒，經過分流裝置分流后，進入三路冷卻支路，每條支路上均設有旁路節(jié)流元件32和至少一個冷卻器。具體該電力電子器件為變流器20，包括整流模塊、逆變模塊和電抗器。由于整流模塊和逆變模塊的散熱要求較高，則在兩條支路上的第一旁路節(jié)流元件32a和第二旁路節(jié)流元件32b為可調節(jié)式節(jié)流元件，如電子膨脹閥，根據整流模塊和逆變模塊的實際溫度調節(jié)電子膨脹閥的開度，以獲得合適的冷媒流量。位于另一條支路上的第三旁路節(jié)流元件32c則可采用固定式節(jié)流元件，如固定孔板或毛細管，根據系統(tǒng)性能匹配最佳的節(jié)流元件。其中用于冷卻整流模塊和逆變模塊的冷卻器為帶有冷媒流通管路的金屬冷板結構，整流模塊和逆變模塊與金屬冷板相接觸，這種散熱方式相對風冷散熱的冷卻效果更好，冷卻速度快、冷卻效率高，可以極大減小變流器的體積及元件的選型要求。
[0033]其中整流模塊與逆變模塊可以通過一條冷卻支路冷卻，即整流模塊與逆變模塊設置在同一塊冷卻器上或者在一條支路上設置串聯(lián)的兩個冷卻器，分別為整流模塊和逆變模塊冷卻。這樣可以減少對一路節(jié)流元件的控制，簡化控制并且節(jié)省元器件、降低成本。
[0034]空調機組優(yōu)選的為中央空調機組，中央空調機組的冷媒存量大，足夠滿足冷卻需求，進一步為冷水式空調機組，更進一步的為離心式冷水機組或螺桿式冷水機組。
[0035]本實施例中的電力電子器件可以是維持空調機組本身正常運轉的電力電子器件，也可以是其他設備中的電力電子器件。
[0036]綜上，根據本實用新型提供的冷卻系統(tǒng)可以很好的解決電力電子器件的冷卻問題，且冷媒的冷卻能力強于風冷和水冷；本方案不受空調機組的開關機影響，空調機組關機時同樣能夠滿足冷卻的需要；還能夠按照冷卻需求，調節(jié)各支路冷媒的流量；冷媒為絕緣體，不會有短路或者漏電隱患，安全性高，利用空調機組的冷媒完成制冷循環(huán)，使電力電子器件可處于密閉環(huán)境，避免塵埃影響，內部潔凈，運行壽命長。
[0037]實施例二
[0038]本實用新型還提供了一種分布式發(fā)電系統(tǒng)，如圖3所示，該分布式發(fā)電系統(tǒng)包括上述的電力電子器件冷卻系統(tǒng)(圖中未示出)和分布式電站40，分布式電站40通過電力電子器件向負載50供電和/或向公共電網60并網發(fā)電。負載50包括上述的空調機組，還可以包括其他電器設備。該電力電子器件包括變流器20、離網逆變器21等。離網逆變器21連接于分布式電站40與空調機組或其他負載之間，通過所述離網逆變器21，分布式電站40向空調機組或其他負載供電。變流器20 —端連接公共電網60，另一端連接分布式電站40和/或離網逆變器21，分布式電站40通過變流器20向公共電網60并網發(fā)電，空調機組或其他負載可以通過變流器20從公共電網取電。
[0039]具體地，分布式電站可以是光伏電站、風力發(fā)電電站、風光互補電站、生物質發(fā)電電站等，優(yōu)選地為光伏電站。
[0040]根據本實用新型提供的分布式發(fā)電系統(tǒng)帶有電力電子器件冷卻單元，可以提高分布式發(fā)電系統(tǒng)的可靠性及使用壽命，降低電力電子器件的選型要求。
[0041]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種電力電子器件冷卻系統(tǒng)，其特征在于: 包括空調機組、冷媒泵、旁路節(jié)流元件和冷卻器， 所述空調機組包括連接成空調制冷循環(huán)系統(tǒng)的蒸發(fā)器、壓縮機、第一冷凝器和主路節(jié)流元件， 所述第一冷凝器、冷媒泵、旁路節(jié)流元件、冷卻器及蒸發(fā)器依次連通， 所述冷媒泵的入口與所述第一冷凝器連通，冷媒泵的出口與所述旁路節(jié)流元件的第一端連通，所述旁路節(jié)流元件的第二端與所述冷卻器的第一端連通，所述冷卻器的第二端與所述蒸發(fā)器連通，通過所述冷卻器與所述電力電子器件換熱，使所述電力電子器件降溫。
2.根據權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括單向閥，所述單向閥的入口與第一冷凝器連通，出口與所述旁路節(jié)流元件的第一端連通。
3.根據權利要求1或2所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)還包括第二冷凝器，所述第二冷凝器連接于所述冷卻器與所述蒸發(fā)器之間。
4.根據權利要求3所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括多條冷卻支路，每條冷卻支路包括旁路節(jié)流元件和至少一個冷卻器，所述每條冷卻支路的入口與所述冷媒泵的出口及所述單向閥的出口連通，所述每條冷卻支路的出口與所述第二冷凝器連通。
5.根據權利要求3所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述旁路節(jié)流元件為毛細管、節(jié)流孔板、熱力膨脹閥、電子膨脹閥中的一種，或其中兩種或兩種以上的組合。
6.根據權利要求3所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述空調機組為冷水式空調機組。
7.根據權利要求4所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子器件包括整流模塊和逆變模塊，所述冷卻支路包括第一冷卻支路和第二冷卻支路，所述第一冷卻支路和第二冷卻支路分別用于冷卻所述整流模塊和逆變模塊。
8.根據權利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子器件還包括電抗器，所述冷卻支路還包括用于冷卻所述電抗器的第三冷卻支路。
9.根據權利要求8所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述第一冷卻支路包括第一支路節(jié)流元件、第二冷卻支路包括第二支路節(jié)流元件、第三冷卻支路分包括第三支路節(jié)流元件，所述第一節(jié)流元件和第二節(jié)流元件為可調式節(jié)流元件，所述第三冷卻支路為固定比例式節(jié)流元件。
10.一種分布式發(fā)電系統(tǒng)，包括如權利要求1至9任一項所述的電力電子器件冷卻系統(tǒng)和分布式電站，所述分布式發(fā)電系統(tǒng)通過所述電力電子器件向負載供電和/或并網發(fā)電，所述負載包括所述空調機組。
11.根據權利要求10所述的分布式發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子器件包括離網逆變器，所述分布式電站與所述離網逆變器連接，通過所述離網逆變器為所述空調機組供電。
12.根據權利要求11所述的分布式發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子器件還包括變流器，所述變流器一端與公共電網連接，另一端與所述分布式電站及離網逆變器連接。
【文檔編號】H02M1/00GK203518304SQ201320594913
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權日:2013年9月25日
【發(fā)明者】李宏波, 劉華, 張治平, 周宇, 劉懷燦 申請人:珠海格力電器股份有限公司