一种大功率户外散热机柜结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种大功率户外散热机柜结构，包括核心散热区和隔离式散热区，模块散热器的翅片风道部分外置于核心散热风道内，模块及单板放置于隔离式散热区；顶棚采用下进风同时增强防水防尘功能，运用离心风机正压鼓风对该风道进行通风冷却，引入整流栅解决离心风机轴向鼓风的不均流问题；隔离式散热区放置防护等级较低的器件，空气热交换器安装于机柜后侧，在内循环的进出风口之间设置风道隔板，将散热路径规划为双“U”形回路，利用柜内热空气与柜外环境温差将热量通过铝箔传递给外界热沉，整机上进下出风，风机置顶后工作温度低可靠性高，核心散热区正压防尘，柜内关键器件不与环境相接触，最大限度规避了风冷的劣势，低成本风道设计提高了户外机环境适应能力。

A High Power Outdoor Radiator Cabinet Structure

The utility model provides a high-power outdoor radiator cabinet structure, which comprises a core radiation area and an isolation radiation area, a fin duct part of a module radiator is externally placed in the core radiation duct, and a module and a veneer are placed in the isolation radiation area; the ceiling adopts a downward air intake while enhancing the waterproof and dust-proof function, and a centrifugal fan positive pressure blast is used to ventilate and cool the duct, and a rectification is introduced. The flow grate solves the problem of non-uniform flow in the axial blower of centrifugal fan; the isolation heat dissipation zone is equipped with devices with lower protection level, the air heat exchanger is installed at the back of the cabinet, and the air duct partition is installed between the inlet and outlet of the internal circulation. The heat dissipation path is planned as a double \U\ loop, and the heat is transferred to the external heat sink through the aluminum foil by using the temperature difference between the internal hot air and the external environment of the cabinet. In and out of the air, the working temperature of the fan is low and reliable after setting the top, the positive pressure and dust-proof of the core radiation area, and the key components in the cabinet are not in contact with the environment, thus avoiding the disadvantage of air cooling to the greatest extent, and the low-cost air duct design improves the environmental adaptability of the outdoor machine.

【技术实现步骤摘要】
一种大功率户外散热机柜结构
本技术涉及一种大功率户外机散热
，尤其涉及一种大功率户外散热机柜结构。
技术介绍
随着光伏市场的日益壮大，大功率光伏逆变器户外机应运而生，面临复杂多样的外界环境，如盐雾、沙尘、雨水、凝露等特殊使用场合，柜内逆变功率单元、直流断路器、母线电容、交流接触器、交流断路器等低防护器件如何实现高防护条件下的可靠散热，同时器件功率密度不断攀升，功率模块和电抗器损耗占比达90％以上，其中功率模块的散热设计存在抽风和鼓风的差别，抽风方式对风机寿命影响较大，吹风方式需要解决逆变模块均温问题，在更为紧凑的空间内如何实现高效均温散热成为设计关键节点；电抗器具有损耗大发热不集中的特性，难以在密闭腔体内部实现低成本散热。户外机强迫风冷散热在防尘、均温、防水与常规户内机柜存在较大差别，一般地高防护等级必然带来较大的风阻，从而引起风量不足器件温升过高，系统运行的可靠性大大降低。有些厂家把风扇放在柜体底部对散热器吹风，逆变器整体下进风、上出风，这样容易将外部的灰尘带入逆变器内，导致逆变器的工作环境污染等级增加；有些厂家将器件基本都密封在箱体内，导致散热不良。除此之外常规户外机柜散热设计还存在以下问题：1.多散热风道并联情况下，为解决各风道器件均温问题，多采用抽风强迫风冷方案易带来内环境积灰、工作环境温度升高引起的风机寿命缩短，且正压系统对多个热源散热时需解决局部均温散热问题；2.电磁类器件有损耗大发热不集中的特性，难以在密闭腔体内部实现低成本散热；3.利用离心风机的高风压特性，增加导流栅和设置合理风道尺寸解决马达正下方的风量不均问题；4.为解决部分器件对灰尘敏感可靠性不高的问题，对散热区域的风道进行划分，将主要发热源散热通道与外界空气直接风冷散热，利用空气热交换器对灰尘敏感器件置于独立密闭腔体采用间接式空气冷却。综上所述，如何从器件散热特性和防尘特性着手，在满足户外机防水、防尘、防盐雾要求的前提下合理设计各自的散热风道，提高关键器件的散热均温性及系统散热效率是本领域人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本技术的目的在于提供一种大功率户外散热机柜结构，能够有效提高机柜防尘防水防盐雾能力，并有效解决正压通风散热条件下的关键器件不均温问题。为达到上述目的，本技术提供如下技术方案。一种大功率户外散热机柜结构，包括两个独立散热腔体，核心散热区Ⅰ和隔离散热区Ⅱ，所述核心散热区Ⅰ和隔离散热区Ⅱ通过功率模块风道隔板3-1和电抗器风道隔板3-2进行隔离，两种散热分区内的空气流动路径相互独立，互不影响；所述核心散热区Ⅰ位于机柜中间部分，为强化对流散热区，与外界有空气接触，包括顶棚进风结构Ⅰ－1、逆变模块散热器风道Ⅰ－2和电抗器风道Ⅰ－3三个部分；顶棚进风结构Ⅰ－1下部为一段竖直风道结构，竖直风道的上端设置有离心风机1-3，离心风机1-3采用上进风下出风的轴向出风方式，紧邻离心风机1-3下方出风风道处设有一整流栅1-4，整流栅1-4正下方为功率模块散热器1-5，其散热器翅片为竖直方向，散热器仅有翅片部分位于核心散热区Ⅰ内部，功率模块1-11均处于隔离式散热区Ⅱ内部，功率模块散热器1-5正下方为电抗器1-6，电抗器1-6安装于机柜底座之上；所述隔离式散热区Ⅱ布置于一个密闭腔体内，利用内外部腔体的空气温度差，内部空气携带的热量通过空气热交换装置的铝膜传导至外界热沉，实现对灰尘敏感类器件的隔离式散热功能；隔离式散热区Ⅱ包括机柜前后两个腔体，以及整流栅1-4的风道两侧的左上回风区5-1和右上回风区5-3、功率模块散热器1-5所在区域的非翅片风道部分的功率模块中间回风区5-5以及电抗器1-6两侧的前后腔体通风风道部分的左下回风区5-2和右下回风区5-4；隔离式散热区与外界大气环境完全隔离，在机柜后门板安装空气热交换器2-1，空气热交换器2-1所在机柜内部设有出风口和回风口，其出风口位于隔离式散热区后腔体中间位置，回风口位于隔离式散热区的上部空间，且空气热交换器2-1的内循环出风和回风口之间设有“U”形风道前隔板2-3，“U”形风道前隔板2-3上方安装有交流滤波电容2-2，下方放置交流接触器2-4和交流断路器2-5，隔离式散热区的前腔体内部下方放置有直流断路器2-6，功率模块散热器1-5的前方紧邻的隔离式散热区放置有母线电容2-7，母线电容2-7前侧与柜门之间安装有导流板2-8。所述核心散热区Ⅰ仅有功率模块散热器翅片部分与外界大气接触，连接在散热器上的模块及控制单板等均处于隔离式散热区，实现功率模块的低成本高防护散热功能。所述核心散热区Ⅰ的顶棚进风结构Ⅰ－1下方放置离心风机1-3采用轴向出风方式，出风端面与功率模块散热器1-5进风口距离为整流栅一个叶轮直径，并在离心风机轴向出风风道内增加整流栅1-4消除离心风机马达背风侧局部空气流动盲区，用以消除离心风机马达正下方区域功率模块散热器风量不足的影响。核心散热区气流冷却方向设计方面，将离心风机1-3置于柜顶，保证了机柜通风风道内处于正压工作模式，避免电抗器1-6、功率模块散热器1-5所在风道内部背风侧积灰问题；电抗器1-6线圈周围设计有“回”形孔板1-7，强化电抗器线包局部的对流换热效果；另一方面对电抗器1-6表面进行端封处理，最大程度降低盐雾及潮湿环境对电抗器线包绝缘的不利影响。所述顶棚进风结构Ⅰ－1内建双重迷宫，利用下进风通道避免雨水直接冲击进风立面，进风上端面贴附防尘棉或防尘网1-1，配合气流自下而上进风方式，对冷空气实现初级过滤，保证内部冷却气流洁净安全可靠地散热，顶棚进风结构Ⅰ－1内设置迷宫挡板1-2。隔离式散热区Ⅱ内器件属于对灰尘敏感类器件，空气热交换器2-1采用嵌入式挂壁安装于机柜后面板，柜体外部和内部两个冷热循环相互隔离，利用柜内热空气与柜外环境温差将热量通过铝箔传递给外界热沉，冷却气流回路的路径为“U”型，依次经过交流接触器2-4、交流断路器2-5、直流断路器2-6、直流母线电容2-7、交流滤波电容2-2，从而到达循环冷却柜内器件的目的。所述电抗器1-6周边安装有“回”形孔板1-7，电抗器1-6底部安装有出风防护护网1-8，底座前后侧面设有排风格栅1-9。所述整流栅1-4左右各三片叶片，叶片角度45度，单叶片宽度90mm，布置间距50mm，安装高度位于离心风机1-3与功率模块散热器1-5进风口距离的中间高度处。与现有技术相比,本技术的优点在于:第一,顶棚进风结构的下进风过滤以及双重迷宫结构设计显著提高机柜的防雨水冲击的能力，且结构更为紧凑合理；第二，通过增加整流栅、优化风机出风口与散热器距离等手段，创新性解决了离心风机轴向出风应用条件下的正压鼓风冷却多个风道流量不均问题，采用数值仿真结论表明：以三个散热器出风为例，中间散热器出风量低于两侧风机出风量从优化前的12.6％减小至1.4％，理论上实现了多个模块的均温最优化设计；第三，从器件使用寿命上，首先是位于进风口附近的风机相比传统的抽风方案，工作环境温度大大降低，轴承润滑寿命更长；其次核心功率器件及单板驱动部分位于密闭腔体内，同时对灰尘敏感的开关类器件、单板器件、电容类器件均位于密闭腔隔离式散热区，其工作环境独立于外界环境而不受恶劣影响；电抗器采用端封处理后，对外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率户外散热机柜结构，其特征在于：包括两个独立散热腔体，核心散热区(Ⅰ)和隔离散热区(Ⅱ)，所述核心散热区(Ⅰ)和隔离散热区(Ⅱ)通过功率模块风道隔板(3‑1)和电抗器风道隔板(3‑2)进行隔离，两种散热分区内的空气流动路径相互独立，互不影响；所述核心散热区(Ⅰ)位于机柜中间部分，为强化对流散热区，与外界有空气接触，包括顶棚进风结构(Ⅰ－1)、逆变模块散热器风道(Ⅰ－2)和电抗器风道(Ⅰ－3)三个部分；顶棚进风结构(Ⅰ－1)下部为一段竖直风道结构，竖直风道的上端设置有离心风机(1‑3)，离心风机(1‑3)采用上进风下出风的轴向出风方式，紧邻离心风机(1‑3)下方出风风道处设有一整流栅(1‑4)，整流栅(1‑4)正下方为功率模块散热器(1‑5)，其散热器翅片为竖直方向，散热器仅有翅片部分位于核心散热区(Ⅰ)内部，功率模块(1‑11)均处于隔离式散热区(Ⅱ)内部，功率模块散热器(1‑5)正下方为电抗器(1‑6)，电抗器(1‑6)安装于机柜底座之上；所述隔离式散热区(Ⅱ)布置于一个密闭腔体内，包括机柜前后两个腔体，以及整流栅(1‑4)的风道两侧的左上回风区(5‑1)和右上回风区(5‑3)、功率模块散热器(1‑5)所在区域的非翅片风道部分的功率模块中间回风区(5‑5)以及电抗器(1‑6)两侧的前后腔体通风风道部分的左下回风区(5‑2)和右下回风区(5‑4)；隔离式散热区与外界大气环境完全隔离，在机柜后门板安装空气热交换器(2‑1)，空气热交换器(2‑1)所在机柜内部设有出风口和回风口，其出风口位于隔离式散热区后腔体中间位置，回风口位于隔离式散热区的上部空间，且空气热交换器(2‑1)的内循环出风和回风口之间设有“U”形风道前隔板(2‑3)，“U”形风道前隔板(2‑3)上方安装有交流滤波电容(2‑2)，下方放置交流接触器(2‑4)和交流断路器(2‑5)，隔离式散热区的前腔体内部下方放置有直流断路器(2‑6)，功率模块散热器(1‑5)的前方紧邻的隔离式散热区放置有母线电容(2‑7)，母线电容(2‑7)前侧与柜门之间安装有导流板(2‑8)。...

【技术特征摘要】
1.一种大功率户外散热机柜结构，其特征在于：包括两个独立散热腔体，核心散热区(Ⅰ)和隔离散热区(Ⅱ)，所述核心散热区(Ⅰ)和隔离散热区(Ⅱ)通过功率模块风道隔板(3-1)和电抗器风道隔板(3-2)进行隔离，两种散热分区内的空气流动路径相互独立，互不影响；所述核心散热区(Ⅰ)位于机柜中间部分，为强化对流散热区，与外界有空气接触，包括顶棚进风结构(Ⅰ－1)、逆变模块散热器风道(Ⅰ－2)和电抗器风道(Ⅰ－3)三个部分；顶棚进风结构(Ⅰ－1)下部为一段竖直风道结构，竖直风道的上端设置有离心风机(1-3)，离心风机(1-3)采用上进风下出风的轴向出风方式，紧邻离心风机(1-3)下方出风风道处设有一整流栅(1-4)，整流栅(1-4)正下方为功率模块散热器(1-5)，其散热器翅片为竖直方向，散热器仅有翅片部分位于核心散热区(Ⅰ)内部，功率模块(1-11)均处于隔离式散热区(Ⅱ)内部，功率模块散热器(1-5)正下方为电抗器(1-6)，电抗器(1-6)安装于机柜底座之上；所述隔离式散热区(Ⅱ)布置于一个密闭腔体内，包括机柜前后两个腔体，以及整流栅(1-4)的风道两侧的左上回风区(5-1)和右上回风区(5-3)、功率模块散热器(1-5)所在区域的非翅片风道部分的功率模块中间回风区(5-5)以及电抗器(1-6)两侧的前后腔体通风风道部分的左下回风区(5-2)和右下回风区(5-4)；隔离式散热区与外界大气环境完全隔离，在机柜后门板安装空气热交换器(2-1)，空气热交换器(2-1)所在机柜内部设有出风口和回风口，其出风口位于隔离式散热区后腔体中间位置，回风口位于隔离式散热区的上部空间，且空气热交换器(2-1)的内循环出风和回风口之间设有“U”形风道前隔板(2-3)，“U”...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓东，景争科，田兴，陈伟，
申请(专利权)人：特变电工西安电气科技有限公司，特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61