本公開內容涉及冷卻系統，并且更具體地涉及能夠通過采用渦流管來使以二維布置的功率轉換器穩定地冷卻的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統。

背景技術：

當功率轉換器被用在工業現場中時，諸如針對電機驅動的逆變器、太陽能逆變器、能量存儲系統(ess)等的設備當其被驅動時產生熱。

由于當功率轉換器被驅動時產生的熱引起設備的性能下降、壽命縮短、中斷、等等，所以存在對開發用于有效地使設備冷卻的系統的持續需求。

因此，已經提出了用于使功率轉換器冷卻的各種冷卻設備。冷卻設備可以被分類成吹氣式和水冷式。

吹氣式是一種使用風扇來強制地使由功率轉換器產生的熱耗散的方法，其也被稱為強制空氣冷卻技術。吹氣式是用于驅動風扇以使空氣在冷卻片之間流通從而將功率轉換器維持在適當溫度的技術。

對于典型的功率轉換器，例如逆變器，多個冷卻片被設置在其中的下部分處，并且多個風扇被設置在殼體的上部分上。

在功率轉換器的操作期間產生的熱通過風扇朝向上部分移動并離開。

由于功率轉換器通過風扇使用相關領域中的吹氣技術來冷卻，所以功率轉換器能夠僅僅水平地采用一維來布置，但是不能夠垂直地采用二維來布置。結果，不能夠有效地利用用于安裝功率轉換器的空間。

技術實現要素：

本公開內容的一方面是要提供一種能夠通過采用渦流管來使采用二維布置的功率轉換器穩定地冷卻的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統。

根據本公開內容的一個方面，一種冷卻系統包括：采用二維布置的多個功率轉換器；壓縮機，其被配置為產生經壓縮的空氣；渦流管，每個渦流管被安裝在各自的功率轉換器中，渦流管被配置為基于來自壓縮機的經壓縮的空氣來產生低溫空氣；閥，其被安裝在壓縮機與渦流管之間；溫度傳感器，每個溫度傳感器被安裝在各自的功率轉換器中以測量功率轉換器內部的溫度；以及控制器，其被配置為基于由溫度傳感器測量的溫度來確定是否要通過使用渦流管來將低溫空氣供應到功率轉換器中，并且被配置為取決于確定的結果來控制閥。

控制器可以將由溫度傳感器測量的溫度與預定溫度進行比較，并且如果由溫度傳感器測量的溫度超過預定溫度則控制器可以將用于打開閥的信號發送到閥，并且如果由溫度傳感器測量的溫度未超過預定溫度則控制器將用于關閉閥的信號發送到閥。

溫度傳感器可以包括：第一溫度傳感器，其被安裝為鄰近功率轉換器中的每個功率轉換器的殼體以測量殼體的溫度；以及第二溫度傳感器，其被安裝為鄰近在功率轉換器中的每個功率轉換器中定位的用于功率轉換的半導體元件以測量半導體元件的溫度。

如果由第一溫度傳感器測量的溫度超過第一預定溫度或者如果由第二溫度傳感器測量的溫度超過第二預定溫度，則控制器可以將用于打開閥的信號發送到閥。

如果由第一溫度傳感器測量的溫度未超過第一預定溫度并且如果由第二溫度傳感器測量的溫度未超過第二預定溫度，則控制器可以將用于關閉閥的信號發送到閥。

渦流管可以包括：第一渦流管，其被安裝為靠近功率轉換器中的每個功率轉換器的殼體并且被配置為供應低溫空氣，以及第二渦流管，其被安裝為靠近功率轉換器中的每個功率轉換器的半導體元件并且被配置為供應低溫空氣。

控制器可以存儲在溫度傳感器與閥之間的匹配信息，確定是否要供應低溫空氣，從多個閥中選擇與在基于匹配信息來確定是否要供應低溫空氣中使用的溫度傳感器相對應的閥，并且控制所選擇的閥的打開/關閉。

如果由溫度傳感器測量的溫度超過預定溫度，則控制器可以控制閥使得閥被打開的程度取決于由溫度傳感器測量的溫度超過預定溫度多少而被調節。

根據本公開內容的示例性實施例，通過應用使用用于使功率轉換器冷卻的渦流管的冷卻系統，能夠設計無風扇功率轉換器。

這允許功率轉換器被水平地和垂直地布置，并且因此能夠減小功率轉換器的安裝空間。

另外，能夠減少風扇更換的成本并且減少維護的成本，因為渦流管是半永久性的。

另外，由于根據本公開內容的示例性實施例的冷卻系統中的功率轉換器中的每個的殼體能夠采用封閉式來制造，所以能夠實現防塵能力和防爆能力，由此允許應用到各種環境。

另外，由于冷卻空氣的溫度較低，所以能夠減小冷卻片的體積和數量，由此減小功率轉換器的體積和體重。

另外，由于功率轉換器中的每個的殼體能夠采用封閉式和無風扇形式來制造，所以能夠改進防噪能力，由此允許對低噪聲功率轉換器的設計。

附圖說明

圖1是示出了根據本公開內容的示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的配置的示意圖；

圖2是示出了根據本公開內容的示例性實施例的在用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統中采用的功率轉換器的內部配置的示意圖；

圖3是示出了根據本公開內容的示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的變型的示意圖；

圖4是用于示出根據本公開內容的示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的操作序列的流程圖；以及

圖5是示出了根據本公開內容的另一示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的配置的示意圖。

具體實施方式

本公開內容的優點和特征以及實現它們的方法將從本文中下面參考附圖對示例性實施例的描述中變得顯而易見。然而，本公開內容不限于本文中公開的示例性實施例而是可以以各種不同的方式來實現。提供了示例性實施例以使本公開內容的公開徹底并且以將本公開內容的范圍完整地傳達給本領域技術人員。要指出，本公開內容的范圍僅僅由權利要求書限定。類似的附圖標記在說明書中表示類似的元件。

將省略對并入在本文中的公知功能和結構的詳細描述以避免使本公開內容的主題模糊不清。另外，在說明書和權利要求書中使用的術語或詞語不應僅僅以常規的和詞典的定義來理解而是應當基于允許發明人恰當地定義術語的概念以便以最好的方式描述他的或她的發明的原則以與本公開內容的技術構思相對應的意義和概念來理解。因此，諸如在常用的詞典中定義的術語的術語應當被解釋為具有與它們在相關領域和/或本申請的背景中的意義相一致的意義。

在下文中，將參考附圖詳細描述根據本公開內容的示例性實施例的針對二維陣列功率轉換器的冷卻系統的配置和操作。

圖1是示出了根據本公開內容的第一示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的配置的示意圖。

圖2是示出了根據本公開內容的第一示例性實施例的在用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統中采用的功率轉換器的內部配置的示意圖。

參考圖1和圖2，根據第一示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統100(在下文中被稱為“冷卻系統”)包括：采用二維布置的多個功率轉換器110、溫度傳感器120、壓縮機130、閥140、渦流管150以及控制器160。要指出，冷卻系統100的配置不限于圖1和圖2中示出的配置。

根據本公開內容的示例性實施例的冷卻系統100包括功率轉換器110，功率轉換器110是采用二維布置的。在本公開內容的該示例性實施例中，六個功率轉換器110采用2乘3布局來布置。要理解，功率轉換器可以采用不同的布局來布置。

功率轉換器110是根據期望對功率的形式進行轉換的設備。例如，其可以對功率的電流、電壓、頻率、等等進行轉換。例如，功率轉換器110可以為用于電機驅動的逆變器、太陽能逆變器、ess、轉換器、等等。

功率轉換器110中的每個包括被安裝在殼體111中的冷卻片112和用于功率轉換的半導體元件113。殼體111是封閉式的。

在相關領域中，功率轉換器是開放式的，因為它們包括風扇。對比之下，根據本公開內容的示例性實施例的功率轉換器110被制造為封閉式的。

例如，冷卻片112可以被設置在功率轉換器110中的每個的最下部分處，并且半導體元件113可以被設置在冷卻片112上面。

另外，用于功率轉換的多個半導體元件113，在該示例性實施例中四個半導體元件113可以被設置在功率轉換器110中的每個中。要指出，功率轉換器110中的每個中的半導體元件113的數量可以變化。

溫度傳感器120被安裝在功率轉換器110中的每個中并且測量功率轉換器110內部的溫度以將其提供到控制器160。

溫度傳感器120可以包括：第一溫度傳感器121，其被安裝為鄰近殼體111以測量功率轉換器110內部的溫度；以及第二溫度傳感器122，其被安裝為鄰近用于功率轉換的半導體元件113。

具體地，第一溫度傳感器121可以被安裝在功率轉換器110中的每個中的殼體111中以測量殼體111的溫度。第二溫度傳感器122可以被安裝為鄰近用于功率轉換的半導體元件113以測量用于功率轉換的半導體元件113的溫度。

壓縮機130要用于將經壓縮的空氣供應到渦流管150。從渦流管150產生的低溫空氣和高溫空氣的溫度可以取決于經壓縮的空氣的溫度和壓力而變化。

因此，由壓縮機130供應的經壓縮的空氣的溫度和壓力可以取決于冷卻系統100的使用和安裝環境而被合適地確定。

例如，壓縮機130可以包括產生經壓縮的空氣的泵以及存儲由泵產生的經壓縮的空氣的壓力罐。

閥140被安裝在壓縮機130與渦流管150之間并且在控制器160的控制下被打開或被關閉以控制經壓縮的空氣的流動。

具體地，閥140在控制器160的控制下被打開以允許從壓縮機130供應的經壓縮的空氣被供應到渦流管150。或者，閥140在控制器160的控制下被關閉以阻擋從壓縮機130供應的經壓縮的空氣被供應到渦流管150。

壓縮機130經由管道被連接到渦流管150。閥140可以被設置在管道上。

如果僅僅存在一個閥，則經壓縮的空氣經由該閥被供應到所有渦流管150，并且因此經壓縮的空氣可以甚至被供應到不需要被冷卻的功率轉換器的渦流管。

因此，期望閥的數量等于在功率轉換器110中設置的渦流管150的數量。

另外，多個管道被設置為將多個閥140連接到多個渦流管150。

渦流管150(其還被稱為ranque-hilsch渦流管)將從壓縮機130供應的經壓縮的空氣分離成高溫空氣和低溫空氣。

在根據本公開內容的示例性實施例的冷卻系統100中，一個渦流管被設置在每個功率轉換器中。然而，這僅僅是說明性的。

關于渦流管150的形狀和設計的細節是本領域中公知的，并且可以由本領域技術人員取決于使用目的和安裝環境而合適地選擇已知渦流管中的任何。

從渦流管150產生的低溫空氣被供應到功率轉換器110中以降低功率轉換器110的溫度。

具體地，渦流管150中的每個被設置在適于降低功率轉換器110的殼體111和半導體元件113的溫度的位置上。

盡管在本公開內容的該示例性實施例中一個渦流管150被設置在每個功率轉換器110中，但是多于一個渦流管150可以被設置在每個功率轉換器110中。

圖3是示出了根據本公開內容的示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的變型的示意圖。

參考圖3，功率轉換器110中的每個可以包括多個渦流管150。將不再描述與圖1和圖2中示出的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的元件相同的元件。

在圖3中，功率轉換器110中的每個包括兩個渦流管150。然而，這僅僅是說明性的。例如，功率轉換器110中的每個可以包括三個或更多個渦流管。在下面的描述中，假定功率轉換器110中的每個包括兩個渦流管150。

兩個渦流管150可以包括第一渦流管151和第二渦流管152。第一渦流管151可以被安裝使得從第一渦流管151產生的低溫空氣流向殼體111。第二渦流管152可以被安裝為靠近用于功率轉換的半導體元件113使得半導體元件113的溫度被降低。閥140的數量當然隨著渦流管150的數量增加而增加。

控制器160接收由溫度傳感器120測量的溫度并且基于接收到的溫度來確定是否要通過使用渦流管150將低溫空氣供應到功率轉換器110。

即，控制器160將由第一溫度傳感器121測量的溫度(在下文中被稱為第一溫度)與第一預定溫度進行比較。第一預定溫度是指功率轉換器中的每個的殼體111的合適溫度并且可以具有特定范圍。

如果第一溫度超過第一預定溫度，則控制器160確定低溫空氣必須通過使用第一渦流管151而被供應到功率轉換器110。

另外，控制器160將由第二溫度傳感器122測量的溫度(在下文中被稱為第二溫度)與第二預定溫度進行比較。第二預定溫度是指功率轉換器中的每個的半導體元件113的合適溫度并且可以具有特定范圍。

如果第二溫度超過第二預定溫度，則控制器160確定低溫空氣必須通過使用第二渦流管152而被供應到功率轉換器110。

第一預定溫度和第二預定溫度可以由本領域技術人員考慮采用它們的系統、安裝環境、等等來確定。例如，第一預定溫度可以被設置在80℃與100℃之間，并且第二預定溫度可以被設置在100℃與120℃之間。

控制器160關于基于由安裝在功率轉換器110中的每個中的溫度傳感器120測量的溫度來確定的是否要供應低溫空氣單個地控制閥140。

即，控制器160存儲在溫度傳感器120與閥140之間的匹配信息并且基于由溫度傳感器120測量的溫度來確定是否要供應低溫空氣?？刂破?60基于確定來控制閥140中的與在通過參考匹配信息來確定是否要供應低溫空氣中使用的溫度傳感器120相匹配的閥。

如果確定低溫空氣必須通過使用渦流管150而被供應到功率轉換器110，則控制器160將用于打開閥的信號發送到閥140。

因此，閥140在它們從控制器160接收到用于打開閥的信號時被打開，并且從壓縮機供應的經壓縮的空氣經由閥140被供應到渦流管150。

由渦流管150供應的低溫空氣的速率可以通過閥來調節。如果確定由溫度傳感器120感測到的溫度高于預定溫度范圍并且因此閥140必須被打開，則控制器160可以通過控制閥140被打開的程度來調節速率。所引入的空氣的速率可以取決于由溫度傳感器120感測的溫度超過預定溫度多少而提前設置。例如，當由溫度傳感器120感測的溫度超過預定溫度1℃到10℃時的速率和當由溫度傳感器120感測的溫度超過預定溫度11℃到20℃時的速率可以提前被設置?？刂破?60控制閥140使得經壓縮的空氣以取決于由溫度傳感器120感測的溫度超過預定溫度多少的期望的速率被引入。

另一方面，如果由第一溫度傳感器121測量的溫度未超過第一預定溫度(低于第一預定溫度)，則控制器160確定無需通過使用第一渦流管151將低溫供應到功率轉換器110。

另外，如果由第二溫度傳感器122測量的溫度未超過第二預定溫度(低于第二預定溫度)，則控制器160確定無需通過使用第二渦流管152將低溫供應到功率轉換器110。

如果確定無需通過使用渦流管150將低溫空氣供應到功率轉換器110，則控制器160將用于關閉閥的信號發送到閥140。

因此，閥140當它們從控制器160接收到用于關閉閥的信號時被關閉，并且從壓縮機供應的經壓縮的空氣被閥140阻擋并且不被供應到渦流管150。

在本公開內容的該示例性實施例中，控制器160基于由第一溫度傳感器121和第二溫度傳感器122測量的溫度來確定是否要通過使用渦流管150來將低溫空氣供應到功率轉換器110。

然而，將理解，本公開內容的示例性實施例可以利用第一溫度傳感器121和第二溫度傳感器122中的僅僅一個來實踐。

具體地，如果冷卻系統100包括僅僅第一溫度傳感器121，則控制器160僅僅基于由第一溫度傳感器121測量的溫度來確定是否要通過使用渦流管150來將低溫空氣供應到功率轉換器110。

類似地，如果冷卻系統100包括僅僅第二溫度傳感器122，則控制器160僅僅基于由第二溫度傳感器122測量的溫度來確定是否要通過使用渦流管150來將低溫空氣供應到功率轉換器110。

因此，當功率轉換器110通過冷卻系統使用渦流管150來冷卻時，功率轉換器110不需要風扇。這允許功率轉換器110被水平地和垂直地布置，并且因此能夠減小功率轉換器的安裝空間。

即，在相關領域中，由于由風扇產生的空氣的流動而不能夠垂直地布置功率轉換器。當風扇被驅動時，從功率轉換器的下部分中引入的空氣通過其上部分離開，并且因此不能夠將另一功率轉換器設置在功率轉換器上面。

對比之下，當根據本公開內容的示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統不包括風扇時，功率轉換器可以采用二維來布置。

在前面的描述中，已經描述了根據本公開內容的示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的配置。在下文中，將參考附圖詳細描述用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的操作。

圖4是用于圖示根據本公開內容的示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的操作序列的流程圖。

將參考圖4描述根據本公開內容的示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的操作。假定冷卻系統100被驅動，并且溫度傳感器120和壓縮機130正常地操作。另外，假定溫度傳感器120包括第一溫度傳感器121和第二溫度傳感器122。假定第一溫度傳感器121被設置為鄰近冷卻片112，并且第二溫度傳感器122被設置為鄰近半導體元件113。

參考圖4，控制器160分別接收由第一溫度傳感器121和第二溫度傳感器122測量的第一溫度和第二溫度(步驟s310)?？刂破?60分別將接收到的第一溫度和接收到的第二溫度與第一預定溫度和第二預定溫度進行比較以確定第一溫度和第二溫度是否超過第一預定溫度和第二預定溫度(步驟s320)。

如果確定接收到的第一溫度超過第一預定溫度或接收到的第二溫度超過第二預定溫度(步驟s320中的是)，則控制器160將用于打開閥的信號發送到閥140(步驟s330)。如果確定接收到的第一溫度未超過第一預定溫度并且接收到的第二溫度未超過第二預定溫度(步驟s320中的否)，則控制器160將用于關閉閥的信號發送到閥140(步驟s340)。

一旦閥140在步驟s330中接收到用于打開閥的信號，閥140就被打開使得經壓縮的空氣被供應到渦流管150(步驟s350)，并且渦流管150將低溫空氣供應到各自的功率轉換器110(步驟s360)。

另一方面，一旦閥140在步驟s340中接收到用于關閉閥的信號，閥140就被關閉使得經壓縮的空氣被阻擋并且不被供應到渦流管150(步驟s370)，并且渦流管150不將低溫空氣供應到各自的功率轉換器110(步驟s380)。

當在步驟s300中發送用于打開閥的信號或在步驟s340中發送用于關閉閥的信號時，控制器160將用于打開閥的信號或用于關閉閥的信號發送到與已經發送了第一溫度或第二溫度的溫度傳感器120相匹配的閥。

控制器160可以基于在溫度傳感器120與閥140之間的匹配信息來選擇與溫度傳感器120匹配的閥140。

圖5是示出了根據本公開內容的第二示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統的配置的示意圖。

參考圖5，根據第二示例性實施例的用于二維陣列功率轉換器的冷卻系統200包括采用二維布置的多個功率轉換器210、溫度傳感器220、壓縮機230、閥240、渦流管250以及控制器260。要指出，冷卻系統200的配置不限于圖5中示出的配置。

根據第一示例性實施例，多個功率轉換器中的每個包括至少一個渦流管。對比之下，根據第二示例性實施例，一個渦流管250被安裝在多個功率轉換器外部，并且多個閥240被設置在渦流管250與多個功率轉換器210之間。

冷卻系統200包括多個功率轉換器210，多個功率轉換器210是采用二維布置的。在本公開內容的該示例性實施例中，六個功率轉換器210采用2乘3布局來布置。然而，要理解，功率轉換器可以采用不同的布局來布置。

功率轉換器210是根據期望對功率的形式進行轉換的設備。例如，其可以對功率的電流、電壓、頻率、等等進行轉換。例如，功率轉換器210可以為用于電機驅動的逆變器、太陽能逆變器、ess、轉換器等。

功率轉換器210中的每個包括被安裝在殼體211中的冷卻片212和用于功率轉換的半導體元件213。殼體211是封閉式的。

在相關領域中，功率轉換器是開放式的，因為它們包括風扇。對比之下，根據本公開內容的示例性實施例的功率轉換器210被制造為封閉式的。

例如，冷卻片212可以被設置在功率轉換器210中的每個的最下部分處，并且半導體元件213可以被設置在冷卻片212上面。

另外，用于功率轉換的多個半導體元件213，在該示例性實施例中四個半導體元件213可以被設置在功率轉換器210中的每個中。要指出，功率轉換器210中的每個中的半導體元件213的數量可以變化。

溫度傳感器220被安裝在功率轉換器210中的每個中并且測量功率轉換器210內部的溫度以將其提供到控制器260。

溫度傳感器220可以包括：第一溫度傳感器221，其被安裝為鄰近殼體211以測量功率轉換器210內部的溫度；以及第二溫度傳感器222，其被安裝為鄰近用于功率轉換的半導體元件213。

具體地，第一溫度傳感器221可以被安裝在功率轉換器210中的每個中的殼體211中以測量殼體211的溫度。第二溫度傳感器222可以被安裝為鄰近用于功率轉換的半導體元件213以測量用于功率轉換的半導體元件213的溫度。

壓縮機230要用于將經壓縮的空氣供應到渦流管250。從渦流管250產生的低溫空氣和高溫空氣的溫度可以取決于經壓縮的空氣的溫度和壓力而變化。

因此，由壓縮機230供應的經壓縮的空氣的溫度和壓力可以取決于冷卻系統200的使用和安裝環境而被合適地確定。

壓縮機230可以包括但不限于產生經壓縮的空氣的泵以及存儲由泵產生的經壓縮的空氣的壓力罐。

閥240被安裝在渦流管250與多個功率轉換器之間并且在控制器260的控制下被打開或被關閉以控制經壓縮的空氣的流動。

具體地，閥240在控制器260的控制下被打開以允許從渦流管250供應的低溫空氣被供應到功率轉換器210中的每個?；蛘?，閥240在控制器260的控制下被關閉以阻擋從渦流管250供應的低溫空氣被供應到功率轉換器210中的每個。

壓縮機230、渦流管250和功率轉換器經由管道被連接到彼此。閥240可以被設置在管道上。閥240的數量等于功率轉換器210的數量

渦流管250可以將從壓縮機230供應的經壓縮的空氣分離成高溫空氣和低溫空氣。

在渦流管250中產生的低溫空氣經由管道被供應到功率轉換器210中。管道中的每個的出口被設置在適于降低殼體211和半導體元件213的溫度的位置處。即，出口可以被設置為鄰近殼體211或半導體元件213。

根據本公開內容的示例性實施例，通過應用使用用于使功率轉換器冷卻的渦流管的冷卻系統，能夠設計無風扇功率轉換器。

這允許功率轉換器被水平地和垂直地布置，并且因此能夠減小功率轉換器的安裝空間。

另外，能夠減少風扇更換的成本并且減少維護的成本，因為渦流管是半永久性的。

另外，由于根據本公開內容的示例性實施例的冷卻系統中的功率轉換器中的每個的殼體能夠采用封閉式來制造，所以能夠實現防塵能力和防爆能力，由此允許應用到各種環境。

另外，由于冷卻空氣的溫度較低，所以能夠減小冷卻片的體積和數量，由此減小功率轉換器的體積和體重。

另外，由于功率轉換器中的每個的殼體能夠采用封閉式和無風扇形式來制造，所以能夠改進防噪能力，由此允許對低噪聲功率轉換器的設計。

盡管已經參考用于二維陣列布置的功率轉換器的冷卻系統描述了本公開內容的示例性實施例，但是本公開內容的范圍不限于這些示例性實施例。本領域技術人員將理解能夠在不脫離本公開內容的精神和范圍的情況下進行各種改變、替代和修改。

因此，本文中描述的示例性實施例僅僅是說明性的并且不旨在限制本公開內容的范圍。本公開內容的技術構思不受示例性實施例限制。由本公開內容尋求的保護的范圍由隨附權利要求限定并且其所有等價要件被理解為處于本公開內容的真實范圍內。