[发明专利]用于电流转换器模块的冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电流转换器模块的冷却装置。

背景技术

在生成电能的系统(例如风能系统或太阳能系统)中，使用将所生成的直流电压或交流电压转换为具有电网连接点(gridconnectionpoint)所需频率的电压的电流转换器模块。根据应用情况，这些类型的转换器可以具有几千瓦至几兆瓦的功率传输。快速切换功率半导体(例如带有绝缘栅双极晶体管(简称IGBT)的双极型晶体管)位于电流转换器模块内。基于转换损失产生的热量由一个或多个散热器消散。这个热量必须由相应的冷却装置消散，从而使功率半导体不会因为过热而被毁坏。

发明内容

在散热器消散的热量优选被直接输送到热交换器，冷却液流经该热交换器。例如，使用水/乙醇混合物或者水/乙二醇混合物作为冷却液来抗蚀或抗冻。

冷却回路中的冷却液被依次供应到空气冷却器并且相应地得到冷却，在返回之前依次经由泵供应到功率半导体的热交换器。

这种冷却回路的问题是热交换器上供应温度与返回温度之间的温度差增加太快。其结果是在热交换器上的强温度梯度，这可能导致损坏或甚至毁坏电子部件。

因此，本发明处理的问题是保持电流转换器模块的冷却装置中的热交换器上的温差尽可能低。

这个问题由权利要求1的特征来解决。

附加实施例在从属权利要求2至8中被公开。

附图说明

基于以下附图来解释本发明的进一步细节和优势，在附图中示出：

图1是根据本发明的冷却装置的简图，和

图2是根据图1使用的热交换器的简图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的冷却装置的简图。

根据本发明的冷却装置整体由采用液体冷却剂操作的冷却回路组成。水/乙醇混合物被用作冷却剂。另外，腐蚀抑制剂被添加到冷却剂。抑制剂使水中的氧化钙悬浮在溶剂中并通过形成保护膜(氧气扩散)来保护冷却装置的钢、铝和铜材料。

作为示例，假设冷却装置被设置用于电力网供电的风能系统或太阳能系统的电流转换器模块。这些类型的电流转换器模块必须设计用于几千瓦至高达几兆瓦的功率并具有多个功率部件。具体地，在几兆瓦的顶级功率中，如果功率部件分别与热交换器和冷却液通道联接则是有利的。

作为示例，进一步假设三个IGBT应该在冷却回路中被冷却。当然，本发明还适用于仅冷却一个IGBT或者任何所需的多个IGBT。

为了简化，3个IGBT中只有一个IGBT与关联的热交换器被标记为附图标记103。所述IGBT的热交换器103经由供给线路的冷却液通道104(即，冷却器之后、热交换器之前沿液体冷却剂的流动方向观察)连接到垂直安装(即，平行于重力矢量)的分配管101。分配管101的流动截面大于进口和出口冷却液通道的流动截面。

在相应方式中，所述IGBT的热交换器103经由返回线路(即，在热交换器之后、冷却器之前沿液体冷却剂的流动方向观察)中的冷却液通道105连接到同样垂直安装(即，平行于重力矢量)的分配管102。分配管102的流动截面依次大于进口和出口冷却液通道的流动截面。

以下基于图2进一步具体地解释热交换器的功能。在这里，热交换器的安装方向也将参考重力向量来描述。图1和图2中的描述示出了平行于重力向量(即，重力向量位于绘图平面中)的安装方向。这个安装方向出于空间原因常常是必要的(且为了展示目的而选择这种情况)，但是绝非整体冷却装置的功能所强制的。这个安装方向的缺点实际上在于气泡可能聚集在每个热交换器103的上部的事实。因此，每个热交换器103的另一可能性是安装方向垂直于重力向量，即重力矢量于是垂直于每个热交换器的平面。在这种情况中，气泡在热交换器中均匀分配且可经由冷却液再次立即释放。

返回线路的冷却剂被收集在分配管102中，并且经由冷却液通道107被引导到空气冷却器109。空气冷却器109使冷却剂的温度下降到所需程度，并将冷却剂再次运送到供给线路中的冷却回路。

沿冷却剂的流动方向观察，泵108位于空气冷却器109后方，且所述泵支撑并维持在冷却回路内冷却剂的循环。如果冷却剂的循环希望利用冷却液体的自然对流(即，温的冷却液相对于重力矢量上升而冷的冷却液对于重力矢量下沉)，则空气冷却器109需要相对于重力矢量安设在冷却回路的最高点处。图1中空气冷却器的连接则必须相应地修改。

冷却剂最终再次经由冷却液通道106以及分配管101到达供给线路，该供给线路将冷却液运送到IGBT103。