用于電流轉換器模塊的冷卻裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明設及一種用于電流轉換器模塊的冷卻裝置。
【背景技術】
[0002] 在生成電能的系統(例如風能系統或太陽能系統）中，使用將所生成的直流電壓或 交流電壓轉換為具有電網連接點（grid connection point)所需頻率的電壓的電流轉換器 模塊。根據應用情況，運些類型的轉換器可W具有幾千瓦至幾兆瓦的功率傳輸。快速切換功 率半導體(例如帶有絕緣柵雙極晶體管(簡稱IGBT)的雙極型晶體管)位于電流轉換器模塊 內。基于轉換損失產生的熱量由一個或多個散熱器消散。運個熱量必須由相應的冷卻裝置 消散，從而使功率半導體不會因為過熱而被毀壞。
【發明內容】
[0003] 在散熱器消散的熱量優選被直接輸送到熱交換器，冷卻液流經該熱交換器。例如， 使用水/乙醇混合物或者水/乙二醇混合物作為冷卻液來抗蝕或抗凍。
[0004] 冷卻回路中的冷卻液被依次供應到空氣冷卻器并且相應地得到冷卻，在返回之前 依次經由累供應到功率半導體的熱交換器。
[0005] 運種冷卻回路的問題是熱交換器上供應溫度與返回溫度之間的溫度差增加太快。 其結果是在熱交換器上的強溫度梯度，運可能導致損壞或甚至毀壞電子部件。
[0006] 因此，本發明處理的問題是保持電流轉換器模塊的冷卻裝置中的熱交換器上的溫 差盡可能低。
[0007] 運個問題由權利要求1的特征來解決。
[000引附加實施例在從屬權利要求2至8中被公開。
【附圖說明】
[0009]基于W下附圖來解釋本發明的進一步細節和優勢，在附圖中示出：
[0010]圖1是根據本發明的冷卻裝置的簡圖，和
[0011] 圖2是根據圖1使用的熱交換器的簡圖。
【具體實施方式】
[0012] 圖1示出根據本發明的冷卻裝置的簡圖。
[0013] 根據本發明的冷卻裝置整體由采用液體冷卻劑操作的冷卻回路組成。水/乙醇混 合物被用作冷卻劑。另外，腐蝕抑制劑被添加到冷卻劑。抑制劑使水中的氧化巧懸浮在溶劑 中并通過形成保護膜(氧氣擴散)來保護冷卻裝置的鋼、侶和銅材料。
[0014] 作為示例，假設冷卻裝置被設置用于電力網供電的風能系統或太陽能系統的電流 轉換器模塊。運些類型的電流轉換器模塊必須設計用于幾千瓦至高達幾兆瓦的功率并具有 多個功率部件。具體地，在幾兆瓦的頂級功率中，如果功率部件分別與熱交換器和冷卻液通 道聯接則是有利的。
[0015] 作為示例，進一步假設S個IGBT應該在冷卻回路中被冷卻。當然，本發明還適用于 僅冷卻一個IGBT或者任何所需的多個IGBT。
[0016] 為了簡化，3個IGBT中只有一個IGBT與關聯的熱交換器被標記為附圖標記103。所 述IGBT的熱交換器103經由供給線路的冷卻液通道104(即，冷卻器之后、熱交換器之前沿液 體冷卻劑的流動方向觀察)連接到垂直安裝（即，平行于重力矢量)的分配管101。分配管101 的流動截面大于進口和出口冷卻液通道的流動截面。
[0017]在相應方式中，所述IGBT的熱交換器103經由返回線路（即，在熱交換器之后、冷卻 器之前沿液體冷卻劑的流動方向觀察）中的冷卻液通道105連接到同樣垂直安裝（即，平行 于重力矢量）的分配管102。分配管102的流動截面依次大于進口和出口冷卻液通道的流動 截面。
[0018] W下基于圖2進一步具體地解釋熱交換器的功能。在運里，熱交換器的安裝方向也 將參考重力向量來描述。圖1和圖2中的描述示出了平行于重力向量（即，重力向量位于繪圖 平面中）的安裝方向。運個安裝方向出于空間原因常常是必要的（且為了展示目的而選擇運 種情況），但是絕非整體冷卻裝置的功能所強制的。運個安裝方向的缺點實際上在于氣泡可 能聚集在每個熱交換器103的上部的事實。因此，每個熱交換器103的另一可能性是安裝方 向垂直于重力向量，即重力矢量于是垂直于每個熱交換器的平面。在運種情況中，氣泡在熱 交換器中均勻分配且可經由冷卻液再次立即釋放。
[0019] 返回線路的冷卻劑被收集在分配管102中，并且經由冷卻液通道107被引導到空氣 冷卻器109。空氣冷卻器109使冷卻劑的溫度下降到所需程度，并將冷卻劑再次運送到供給 線路中的冷卻回路。
[0020] 沿冷卻劑的流動方向觀察，累108位于空氣冷卻器109后方，且所述累支撐并維持 在冷卻回路內冷卻劑的循環。如果冷卻劑的循環希望利用冷卻液體的自然對流(即，溫的冷 卻液相對于重力矢量上升而冷的冷卻液對于重力矢量下沉），則空氣冷卻器109需要相對于 重力矢量安設在冷卻回路的最高點處。圖1中空氣冷卻器的連接則必須相應地修改。
[0021] 冷卻劑最終再次經由冷卻液通道106W及分配管101到達供給線路，該供給線路將 冷卻液運送到IGBT 103。
[0022] 通風閥110或111位于分配管101或102上方。通風閥110或111通過膜機械地控制， 其中膜在干燥時收縮而在與水接觸時再次擴張。
[0023] 通風閥110或111可W分別安設在兩個分配管101和102中。但是，如果通風閥安設 在分配管101或分配管102中，仍能確保通風閥的機能。W下描述僅設及通風閥110。
[0024] 如果空氣現在進入冷卻回路，則空氣W氣泡的形式經過冷卻回路輸送，直到到達 分配管101。分配管101的流動截面從而大于冷卻液通道104的流動截面。運導致分配管101 中冷卻劑的流速小于冷卻液通道104中冷卻劑的流速，從而使氣泡在分配管101中有足夠的 時間上升到通風閥110。
[0025] 運同樣應用于在分配管102中的通風閥111，其中通風閥111具有凸緣安裝(法蘭安 裝)的冷卻液通道105。
[0026] 如圖1所示，分配管102可相對于重力矢量安裝在與分配管101相同的高度。然而， 運個安裝方法不是強制性的。另一優選安裝方式例如包括將分配管102相對于重力矢量安 裝得比高處安裝的熱交換器更高。通過運種方式，可W使在熱交換器中收集或者在此處形 成的氣泡被有效地輸送到分配管102中，并在此經由通風閥111排出。
[0027] 通風閥的設計有若干種可能性。例如，放氣閥可W由膜控制，膜在干燥的情況下收 縮而因此打開放氣閥，在與水接觸時擴張而使放氣閥閉合。另一種可能性在于將放氣閥連 接到控制單元，一旦分配管內在放氣閥附近的空氣混入量傳感器檢測到空氣數量超出預定 量，控制單元就打開放氣閥來釋放空氣。空氣混入量傳感器例如可W基于浮標尺的信號，其 中浮標尺的標高Q eve 1)被評估。
[0028] 加熱器112位于分配管101或102下方。加熱器112可W包括例如導入分配管110的 加熱線圈，電流按需要相應地施加到加熱線圈。
[0029] 加熱器112的目的是使得熱交換器可W經由冷卻劑的加熱而按需加熱，W及特別 地假如