用于二维阵列功率转换器的冷却系统的制作方法

本公开内容涉及冷却系统，并且更具体地涉及能够通过采用涡流管来使以二维布置的功率转换器稳定地冷却的用于二维阵列功率转换器的冷却系统。

背景技术：

当功率转换器被用在工业现场中时，诸如针对电机驱动的逆变器、太阳能逆变器、能量存储系统(ess)等的设备当其被驱动时产生热。

由于当功率转换器被驱动时产生的热引起设备的性能下降、寿命缩短、中断、等等，所以存在对开发用于有效地使设备冷却的系统的持续需求。

因此，已经提出了用于使功率转换器冷却的各种冷却设备。冷却设备可以被分类成吹气式和水冷式。

吹气式是一种使用风扇来强制地使由功率转换器产生的热耗散的方法，其也被称为强制空气冷却技术。吹气式是用于驱动风扇以使空气在冷却片之间流通从而将功率转换器维持在适当温度的技术。

对于典型的功率转换器，例如逆变器，多个冷却片被设置在其中的下部分处，并且多个风扇被设置在壳体的上部分上。

在功率转换器的操作期间产生的热通过风扇朝向上部分移动并离开。

由于功率转换器通过风扇使用相关领域中的吹气技术来冷却，所以功率转换器能够仅仅水平地采用一维来布置，但是不能够垂直地采用二维来布置。结果，不能够有效地利用用于安装功率转换器的空间。

技术实现要素：

本公开内容的一方面是要提供一种能够通过采用涡流管来使采用二维布置的功率转换器稳定地冷却的用于二维阵列功率转换器的冷却系统。

根据本公开内容的一个方面，一种冷却系统包括：采用二维布置的多个功率转换器；压缩机，其被配置为产生经压缩的空气；涡流管，每个涡流管被安装在各自的功率转换器中，涡流管被配置为基于来自压缩机的经压缩的空气来产生低温空气；阀，其被安装在压缩机与涡流管之间；温度传感器，每个温度传感器被安装在各自的功率转换器中以测量功率转换器内部的温度；以及控制器，其被配置为基于由温度传感器测量的温度来确定是否要通过使用涡流管来将低温空气供应到功率转换器中，并且被配置为取决于确定的结果来控制阀。

控制器可以将由温度传感器测量的温度与预定温度进行比较，并且如果由温度传感器测量的温度超过预定温度则控制器可以将用于打开阀的信号发送到阀，并且如果由温度传感器测量的温度未超过预定温度则控制器将用于关闭阀的信号发送到阀。

温度传感器可以包括：第一温度传感器，其被安装为邻近功率转换器中的每个功率转换器的壳体以测量壳体的温度；以及第二温度传感器，其被安装为邻近在功率转换器中的每个功率转换器中定位的用于功率转换的半导体元件以测量半导体元件的温度。

如果由第一温度传感器测量的温度超过第一预定温度或者如果由第二温度传感器测量的温度超过第二预定温度，则控制器可以将用于打开阀的信号发送到阀。

如果由第一温度传感器测量的温度未超过第一预定温度并且如果由第二温度传感器测量的温度未超过第二预定温度，则控制器可以将用于关闭阀的信号发送到阀。

涡流管可以包括：第一涡流管，其被安装为靠近功率转换器中的每个功率转换器的壳体并且被配置为供应低温空气，以及第二涡流管，其被安装为靠近功率转换器中的每个功率转换器的半导体元件并且被配置为供应低温空气。

控制器可以存储在温度传感器与阀之间的匹配信息，确定是否要供应低温空气，从多个阀中选择与在基于匹配信息来确定是否要供应低温空气中使用的温度传感器相对应的阀，并且控制所选择的阀的打开/关闭。

如果由温度传感器测量的温度超过预定温度，则控制器可以控制阀使得阀被打开的程度取决于由温度传感器测量的温度超过预定温度多少而被调节。

根据本公开内容的示例性实施例，通过应用使用用于使功率转换器冷却的涡流管的冷却系统，能够设计无风扇功率转换器。

这允许功率转换器被水平地和垂直地布置，并且因此能够减小功率转换器的安装空间。

另外，能够减少风扇更换的成本并且减少维护的成本，因为涡流管是半永久性的。

另外，由于根据本公开内容的示例性实施例的冷却系统中的功率转换器中的每个的壳体能够采用封闭式来制造，所以能够实现防尘能力和防爆能力，由此允许应用到各种环境。

另外，由于冷却空气的温度较低，所以能够减小冷却片的体积和数量，由此减小功率转换器的体积和体重。

另外，由于功率转换器中的每个的壳体能够采用封闭式和无风扇形式来制造，所以能够改进防噪能力，由此允许对低噪声功率转换器的设计。

附图说明

图1是示出了根据本公开内容的示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的配置的示意图；

图2是示出了根据本公开内容的示例性实施例的在用于二维阵列功率转换器的冷却系统中采用的功率转换器的内部配置的示意图；

图3是示出了根据本公开内容的示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的变型的示意图；

图4是用于示出根据本公开内容的示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的操作序列的流程图；以及

图5是示出了根据本公开内容的另一示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的配置的示意图。

具体实施方式

本公开内容的优点和特征以及实现它们的方法将从本文中下面参考附图对示例性实施例的描述中变得显而易见。然而，本公开内容不限于本文中公开的示例性实施例而是可以以各种不同的方式来实现。提供了示例性实施例以使本公开内容的公开彻底并且以将本公开内容的范围完整地传达给本领域技术人员。要指出，本公开内容的范围仅仅由权利要求书限定。类似的附图标记在说明书中表示类似的元件。

将省略对并入在本文中的公知功能和结构的详细描述以避免使本公开内容的主题模糊不清。另外，在说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应仅仅以常规的和词典的定义来理解而是应当基于允许发明人恰当地定义术语的概念以便以最好的方式描述他的或她的发明的原则以与本公开内容的技术构思相对应的意义和概念来理解。因此，诸如在常用的词典中定义的术语的术语应当被解释为具有与它们在相关领域和/或本申请的背景中的意义相一致的意义。

在下文中，将参考附图详细描述根据本公开内容的示例性实施例的针对二维阵列功率转换器的冷却系统的配置和操作。

图1是示出了根据本公开内容的第一示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的配置的示意图。

图2是示出了根据本公开内容的第一示例性实施例的在用于二维阵列功率转换器的冷却系统中采用的功率转换器的内部配置的示意图。

参考图1和图2，根据第一示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统100(在下文中被称为“冷却系统”)包括：采用二维布置的多个功率转换器110、温度传感器120、压缩机130、阀140、涡流管150以及控制器160。要指出，冷却系统100的配置不限于图1和图2中示出的配置。

根据本公开内容的示例性实施例的冷却系统100包括功率转换器110，功率转换器110是采用二维布置的。在本公开内容的该示例性实施例中，六个功率转换器110采用2乘3布局来布置。要理解，功率转换器可以采用不同的布局来布置。

功率转换器110是根据期望对功率的形式进行转换的设备。例如，其可以对功率的电流、电压、频率、等等进行转换。例如，功率转换器110可以为用于电机驱动的逆变器、太阳能逆变器、ess、转换器、等等。

功率转换器110中的每个包括被安装在壳体111中的冷却片112和用于功率转换的半导体元件113。壳体111是封闭式的。

在相关领域中，功率转换器是开放式的，因为它们包括风扇。对比之下，根据本公开内容的示例性实施例的功率转换器110被制造为封闭式的。

例如，冷却片112可以被设置在功率转换器110中的每个的最下部分处，并且半导体元件113可以被设置在冷却片112上面。

另外，用于功率转换的多个半导体元件113，在该示例性实施例中四个半导体元件113可以被设置在功率转换器110中的每个中。要指出，功率转换器110中的每个中的半导体元件113的数量可以变化。

温度传感器120被安装在功率转换器110中的每个中并且测量功率转换器110内部的温度以将其提供到控制器160。

温度传感器120可以包括：第一温度传感器121，其被安装为邻近壳体111以测量功率转换器110内部的温度；以及第二温度传感器122，其被安装为邻近用于功率转换的半导体元件113。

具体地，第一温度传感器121可以被安装在功率转换器110中的每个中的壳体111中以测量壳体111的温度。第二温度传感器122可以被安装为邻近用于功率转换的半导体元件113以测量用于功率转换的半导体元件113的温度。

压缩机130要用于将经压缩的空气供应到涡流管150。从涡流管150产生的低温空气和高温空气的温度可以取决于经压缩的空气的温度和压力而变化。

因此，由压缩机130供应的经压缩的空气的温度和压力可以取决于冷却系统100的使用和安装环境而被合适地确定。

例如，压缩机130可以包括产生经压缩的空气的泵以及存储由泵产生的经压缩的空气的压力罐。

阀140被安装在压缩机130与涡流管150之间并且在控制器160的控制下被打开或被关闭以控制经压缩的空气的流动。

具体地，阀140在控制器160的控制下被打开以允许从压缩机130供应的经压缩的空气被供应到涡流管150。或者，阀140在控制器160的控制下被关闭以阻挡从压缩机130供应的经压缩的空气被供应到涡流管150。

压缩机130经由管道被连接到涡流管150。阀140可以被设置在管道上。

如果仅仅存在一个阀，则经压缩的空气经由该阀被供应到所有涡流管150，并且因此经压缩的空气可以甚至被供应到不需要被冷却的功率转换器的涡流管。

因此，期望阀的数量等于在功率转换器110中设置的涡流管150的数量。

另外，多个管道被设置为将多个阀140连接到多个涡流管150。

涡流管150(其还被称为ranque-hilsch涡流管)将从压缩机130供应的经压缩的空气分离成高温空气和低温空气。

在根据本公开内容的示例性实施例的冷却系统100中，一个涡流管被设置在每个功率转换器中。然而，这仅仅是说明性的。

关于涡流管150的形状和设计的细节是本领域中公知的，并且可以由本领域技术人员取决于使用目的和安装环境而合适地选择已知涡流管中的任何。

从涡流管150产生的低温空气被供应到功率转换器110中以降低功率转换器110的温度。

具体地，涡流管150中的每个被设置在适于降低功率转换器110的壳体111和半导体元件113的温度的位置上。

尽管在本公开内容的该示例性实施例中一个涡流管150被设置在每个功率转换器110中，但是多于一个涡流管150可以被设置在每个功率转换器110中。

图3是示出了根据本公开内容的示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的变型的示意图。

参考图3，功率转换器110中的每个可以包括多个涡流管150。将不再描述与图1和图2中示出的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的元件相同的元件。

在图3中，功率转换器110中的每个包括两个涡流管150。然而，这仅仅是说明性的。例如，功率转换器110中的每个可以包括三个或更多个涡流管。在下面的描述中，假定功率转换器110中的每个包括两个涡流管150。

两个涡流管150可以包括第一涡流管151和第二涡流管152。第一涡流管151可以被安装使得从第一涡流管151产生的低温空气流向壳体111。第二涡流管152可以被安装为靠近用于功率转换的半导体元件113使得半导体元件113的温度被降低。阀140的数量当然随着涡流管150的数量增加而增加。

控制器160接收由温度传感器120测量的温度并且基于接收到的温度来确定是否要通过使用涡流管150将低温空气供应到功率转换器110。

即，控制器160将由第一温度传感器121测量的温度(在下文中被称为第一温度)与第一预定温度进行比较。第一预定温度是指功率转换器中的每个的壳体111的合适温度并且可以具有特定范围。

如果第一温度超过第一预定温度，则控制器160确定低温空气必须通过使用第一涡流管151而被供应到功率转换器110。

另外，控制器160将由第二温度传感器122测量的温度(在下文中被称为第二温度)与第二预定温度进行比较。第二预定温度是指功率转换器中的每个的半导体元件113的合适温度并且可以具有特定范围。

如果第二温度超过第二预定温度，则控制器160确定低温空气必须通过使用第二涡流管152而被供应到功率转换器110。

第一预定温度和第二预定温度可以由本领域技术人员考虑采用它们的系统、安装环境、等等来确定。例如，第一预定温度可以被设置在80℃与100℃之间，并且第二预定温度可以被设置在100℃与120℃之间。

控制器160关于基于由安装在功率转换器110中的每个中的温度传感器120测量的温度来确定的是否要供应低温空气单个地控制阀140。

即，控制器160存储在温度传感器120与阀140之间的匹配信息并且基于由温度传感器120测量的温度来确定是否要供应低温空气。控制器160基于确定来控制阀140中的与在通过参考匹配信息来确定是否要供应低温空气中使用的温度传感器120相匹配的阀。

如果确定低温空气必须通过使用涡流管150而被供应到功率转换器110，则控制器160将用于打开阀的信号发送到阀140。

因此，阀140在它们从控制器160接收到用于打开阀的信号时被打开，并且从压缩机供应的经压缩的空气经由阀140被供应到涡流管150。

由涡流管150供应的低温空气的速率可以通过阀来调节。如果确定由温度传感器120感测到的温度高于预定温度范围并且因此阀140必须被打开，则控制器160可以通过控制阀140被打开的程度来调节速率。所引入的空气的速率可以取决于由温度传感器120感测的温度超过预定温度多少而提前设置。例如，当由温度传感器120感测的温度超过预定温度1℃到10℃时的速率和当由温度传感器120感测的温度超过预定温度11℃到20℃时的速率可以提前被设置。控制器160控制阀140使得经压缩的空气以取决于由温度传感器120感测的温度超过预定温度多少的期望的速率被引入。

另一方面，如果由第一温度传感器121测量的温度未超过第一预定温度(低于第一预定温度)，则控制器160确定无需通过使用第一涡流管151将低温供应到功率转换器110。

另外，如果由第二温度传感器122测量的温度未超过第二预定温度(低于第二预定温度)，则控制器160确定无需通过使用第二涡流管152将低温供应到功率转换器110。

如果确定无需通过使用涡流管150将低温空气供应到功率转换器110，则控制器160将用于关闭阀的信号发送到阀140。

因此，阀140当它们从控制器160接收到用于关闭阀的信号时被关闭，并且从压缩机供应的经压缩的空气被阀140阻挡并且不被供应到涡流管150。

在本公开内容的该示例性实施例中，控制器160基于由第一温度传感器121和第二温度传感器122测量的温度来确定是否要通过使用涡流管150来将低温空气供应到功率转换器110。

然而，将理解，本公开内容的示例性实施例可以利用第一温度传感器121和第二温度传感器122中的仅仅一个来实践。

具体地，如果冷却系统100包括仅仅第一温度传感器121，则控制器160仅仅基于由第一温度传感器121测量的温度来确定是否要通过使用涡流管150来将低温空气供应到功率转换器110。

类似地，如果冷却系统100包括仅仅第二温度传感器122，则控制器160仅仅基于由第二温度传感器122测量的温度来确定是否要通过使用涡流管150来将低温空气供应到功率转换器110。

因此，当功率转换器110通过冷却系统使用涡流管150来冷却时，功率转换器110不需要风扇。这允许功率转换器110被水平地和垂直地布置，并且因此能够减小功率转换器的安装空间。

即，在相关领域中，由于由风扇产生的空气的流动而不能够垂直地布置功率转换器。当风扇被驱动时，从功率转换器的下部分中引入的空气通过其上部分离开，并且因此不能够将另一功率转换器设置在功率转换器上面。

对比之下，当根据本公开内容的示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统不包括风扇时，功率转换器可以采用二维来布置。

在前面的描述中，已经描述了根据本公开内容的示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的配置。在下文中，将参考附图详细描述用于二维阵列功率转换器的冷却系统的操作。

图4是用于图示根据本公开内容的示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的操作序列的流程图。

将参考图4描述根据本公开内容的示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的操作。假定冷却系统100被驱动，并且温度传感器120和压缩机130正常地操作。另外，假定温度传感器120包括第一温度传感器121和第二温度传感器122。假定第一温度传感器121被设置为邻近冷却片112，并且第二温度传感器122被设置为邻近半导体元件113。

参考图4，控制器160分别接收由第一温度传感器121和第二温度传感器122测量的第一温度和第二温度(步骤s310)。控制器160分别将接收到的第一温度和接收到的第二温度与第一预定温度和第二预定温度进行比较以确定第一温度和第二温度是否超过第一预定温度和第二预定温度(步骤s320)。

如果确定接收到的第一温度超过第一预定温度或接收到的第二温度超过第二预定温度(步骤s320中的是)，则控制器160将用于打开阀的信号发送到阀140(步骤s330)。如果确定接收到的第一温度未超过第一预定温度并且接收到的第二温度未超过第二预定温度(步骤s320中的否)，则控制器160将用于关闭阀的信号发送到阀140(步骤s340)。

一旦阀140在步骤s330中接收到用于打开阀的信号，阀140就被打开使得经压缩的空气被供应到涡流管150(步骤s350)，并且涡流管150将低温空气供应到各自的功率转换器110(步骤s360)。

另一方面，一旦阀140在步骤s340中接收到用于关闭阀的信号，阀140就被关闭使得经压缩的空气被阻挡并且不被供应到涡流管150(步骤s370)，并且涡流管150不将低温空气供应到各自的功率转换器110(步骤s380)。

当在步骤s300中发送用于打开阀的信号或在步骤s340中发送用于关闭阀的信号时，控制器160将用于打开阀的信号或用于关闭阀的信号发送到与已经发送了第一温度或第二温度的温度传感器120相匹配的阀。

控制器160可以基于在温度传感器120与阀140之间的匹配信息来选择与温度传感器120匹配的阀140。

图5是示出了根据本公开内容的第二示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统的配置的示意图。

参考图5，根据第二示例性实施例的用于二维阵列功率转换器的冷却系统200包括采用二维布置的多个功率转换器210、温度传感器220、压缩机230、阀240、涡流管250以及控制器260。要指出，冷却系统200的配置不限于图5中示出的配置。

根据第一示例性实施例，多个功率转换器中的每个包括至少一个涡流管。对比之下，根据第二示例性实施例，一个涡流管250被安装在多个功率转换器外部，并且多个阀240被设置在涡流管250与多个功率转换器210之间。

冷却系统200包括多个功率转换器210，多个功率转换器210是采用二维布置的。在本公开内容的该示例性实施例中，六个功率转换器210采用2乘3布局来布置。然而，要理解，功率转换器可以采用不同的布局来布置。

功率转换器210是根据期望对功率的形式进行转换的设备。例如，其可以对功率的电流、电压、频率、等等进行转换。例如，功率转换器210可以为用于电机驱动的逆变器、太阳能逆变器、ess、转换器等。

功率转换器210中的每个包括被安装在壳体211中的冷却片212和用于功率转换的半导体元件213。壳体211是封闭式的。

在相关领域中，功率转换器是开放式的，因为它们包括风扇。对比之下，根据本公开内容的示例性实施例的功率转换器210被制造为封闭式的。

例如，冷却片212可以被设置在功率转换器210中的每个的最下部分处，并且半导体元件213可以被设置在冷却片212上面。

另外，用于功率转换的多个半导体元件213，在该示例性实施例中四个半导体元件213可以被设置在功率转换器210中的每个中。要指出，功率转换器210中的每个中的半导体元件213的数量可以变化。

温度传感器220被安装在功率转换器210中的每个中并且测量功率转换器210内部的温度以将其提供到控制器260。

温度传感器220可以包括：第一温度传感器221，其被安装为邻近壳体211以测量功率转换器210内部的温度；以及第二温度传感器222，其被安装为邻近用于功率转换的半导体元件213。

具体地，第一温度传感器221可以被安装在功率转换器210中的每个中的壳体211中以测量壳体211的温度。第二温度传感器222可以被安装为邻近用于功率转换的半导体元件213以测量用于功率转换的半导体元件213的温度。

压缩机230要用于将经压缩的空气供应到涡流管250。从涡流管250产生的低温空气和高温空气的温度可以取决于经压缩的空气的温度和压力而变化。

因此，由压缩机230供应的经压缩的空气的温度和压力可以取决于冷却系统200的使用和安装环境而被合适地确定。

压缩机230可以包括但不限于产生经压缩的空气的泵以及存储由泵产生的经压缩的空气的压力罐。

阀240被安装在涡流管250与多个功率转换器之间并且在控制器260的控制下被打开或被关闭以控制经压缩的空气的流动。

具体地，阀240在控制器260的控制下被打开以允许从涡流管250供应的低温空气被供应到功率转换器210中的每个。或者，阀240在控制器260的控制下被关闭以阻挡从涡流管250供应的低温空气被供应到功率转换器210中的每个。

压缩机230、涡流管250和功率转换器经由管道被连接到彼此。阀240可以被设置在管道上。阀240的数量等于功率转换器210的数量

涡流管250可以将从压缩机230供应的经压缩的空气分离成高温空气和低温空气。

在涡流管250中产生的低温空气经由管道被供应到功率转换器210中。管道中的每个的出口被设置在适于降低壳体211和半导体元件213的温度的位置处。即，出口可以被设置为邻近壳体211或半导体元件213。

根据本公开内容的示例性实施例，通过应用使用用于使功率转换器冷却的涡流管的冷却系统，能够设计无风扇功率转换器。

这允许功率转换器被水平地和垂直地布置，并且因此能够减小功率转换器的安装空间。

另外，能够减少风扇更换的成本并且减少维护的成本，因为涡流管是半永久性的。

另外，由于根据本公开内容的示例性实施例的冷却系统中的功率转换器中的每个的壳体能够采用封闭式来制造，所以能够实现防尘能力和防爆能力，由此允许应用到各种环境。

另外，由于冷却空气的温度较低，所以能够减小冷却片的体积和数量，由此减小功率转换器的体积和体重。

另外，由于功率转换器中的每个的壳体能够采用封闭式和无风扇形式来制造，所以能够改进防噪能力，由此允许对低噪声功率转换器的设计。

尽管已经参考用于二维阵列布置的功率转换器的冷却系统描述了本公开内容的示例性实施例，但是本公开内容的范围不限于这些示例性实施例。本领域技术人员将理解能够在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下进行各种改变、替代和修改。

因此，本文中描述的示例性实施例仅仅是说明性的并且不旨在限制本公开内容的范围。本公开内容的技术构思不受示例性实施例限制。由本公开内容寻求的保护的范围由随附权利要求限定并且其所有等价要件被理解为处于本公开内容的真实范围内。