專利名稱：用于電解電容散熱的電容盒以及使用該電容盒的散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容盒以及散熱裝置，更具體地，本發(fā)明涉及一種用于電解電 容散熱的電容盒以及使用該電容盒的散熱裝置。
背景技術(shù)：
電解電容普遍運(yùn)用于變頻器等設(shè)備中，電解電容的工作性能和使用壽命都與其 工作溫度緊密相關(guān)。
電解電容的失效因素有極低的溫度，電容溫升(焊接溫度，環(huán)境溫度，交流 紋波)，過高的電壓，瞬時電壓，甚高頻或反偏壓；其中溫升是對電解電容工作壽命影 響最大的因素。過高的熱量將加速電解液蒸發(fā)，當(dāng)電解液的量減少到一定極限時，電容 壽命也就終止了。
除了非正常失效，電解電容的壽命與溫度成指數(shù)變化關(guān)系。隨著溫度的升高， 電解電容的壽命將加速減少。
變頻器一般會有多個電解電容，利用功率模塊散熱風(fēng)扇的一部分風(fēng)量用于冷卻 這些電解電容，但由于出口處氣流溫度較高，該處電容溫度往往過高，從而影響其使用 安全及壽命。
常規(guī)的改進(jìn)方法有1)改用高耐溫的電容，其缺點(diǎn)是成本高；2、增加通風(fēng)量 或者散熱片，其缺點(diǎn)是加裝散熱片會提高成本，通過提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來提高風(fēng)量會增加噪 聲，降低風(fēng)扇壽命。因此，用于電解電容的散熱裝置需要進(jìn)一步地改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容
為了提升電解電容的散熱效果，尤其是改善出口處電解電容的散熱效果，本發(fā) 明對容納電解電容的電容盒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。通過這種結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在不改變原有散熱 系統(tǒng)和不增加額外部件的情況下，能夠提升氣流下游側(cè)尤其是氣流出口處的電解電容的 散熱效果。
本發(fā)明提供了一種用于電解電容散熱的電容盒，該電容盒在兩個側(cè)面具有分別 用于氣流進(jìn)入和排出的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。電容盒在該進(jìn)風(fēng)口和該出風(fēng)口之間的一對相對 的側(cè)面分別為電容盒背板和相對板，該電容盒用于容納電解電容，在容納電解電容時該 電容盒背板面向該電解電容的頂部并且二者之間有間隙。電容盒背板在氣流上游側(cè)具有 距離該相對板為第一距離的第一部分，在該第一部分的氣流下游側(cè)，該電容盒背板具有 凹入結(jié)構(gòu)，該凹入結(jié)構(gòu)距離該相對板的最小距離為第二距離，且該第二距離小于該第一 距離。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，在該凹入結(jié)構(gòu)的氣流下游側(cè)，該電容盒背板與該相對 板的距離恢復(fù)到該第一距離。
根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，該凹入結(jié)構(gòu)為一斜坡結(jié)構(gòu)，沿著氣流的流向，該斜 坡結(jié)構(gòu)與該相對板的距離從該第一距離逐漸下降到該第二距離，在該斜坡結(jié)構(gòu)的氣流下3游側(cè)，該電容盒背板與該相對板的距離保持為該第二距離。該斜坡結(jié)構(gòu)的斜度為10 40 度。該斜坡結(jié)構(gòu)與該相對板的距離可以以臺階的方式從該第一距離下降到該第二距離， 即，從第一距離階式地逐漸下降到該第二距離。
在本發(fā)明中，該第一距離設(shè)置為使得該電容盒背板的第一部分與該電容盒容納 的電解電容的頂部之間的最小間隙為15 25mm，該第二距離設(shè)置為使得該電容盒背板 的凹入結(jié)構(gòu)與該電容盒容納的電解電容的頂部的最小間隙為3 7_。另外，還可以在 電容盒的外圍設(shè)置散熱片。
本發(fā)明還提供一種用于電解電容散熱的散熱裝置，包括如上所述的任一種電容 盒以及氣流產(chǎn)生部分。該氣流產(chǎn)生部分設(shè)置在該電容盒的進(jìn)風(fēng)口側(cè)，以將氣流經(jīng)由該進(jìn) 風(fēng)口吹入該電容盒內(nèi)。


圖1示出了一種用于電解電容散熱的電容盒的透視圖2A和2B示出安裝在連接器上的一組電解電容器；
圖3為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電容盒的透視圖4為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電容盒的截面圖5A和5B為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電容盒的透視圖6為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電容盒的截面圖7為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電容盒的透視圖8為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電容盒的截面圖9A-9D示出了各個電容盒中電解電容溫度的仿真結(jié)果圖10為各個電容盒中電解電容溫度的比較曲線圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述，根據(jù)這些描述，本發(fā)明 的技術(shù)方案及其所教導(dǎo)的精神將會變得明顯易懂。
眾所周知，電解電容的安裝需要有正確的方向，一般安全閥朝上，這樣熱的電 解液及蒸氣才能在電容失效的情況下，從安全閥順利排出。一般而言，電解電容也是主 要通過其頂部散發(fā)熱量，而不是通過其側(cè)面。本發(fā)明所使用的電解電容為常規(guī)的電解電 容，因此，對電解電容的構(gòu)造等內(nèi)容不作贅述。
圖1為用于電解電容散熱的電容盒1的透視圖。在該電容盒1的上側(cè)具有供冷 卻氣體進(jìn)入電容盒的進(jìn)風(fēng)口 11，在該電容盒的下側(cè)，具有供冷卻氣體排出的出風(fēng)口(圖 未示)。也就是，電容盒的進(jìn)風(fēng)口 11和出風(fēng)口分別設(shè)置于電容盒的兩側(cè)。從電容盒進(jìn)風(fēng) 口 11流入且從出風(fēng)口流出的冷卻氣流對電容盒內(nèi)的電解電容進(jìn)行冷卻，從而，該用于容 納電解電容的電容盒也用于對電解電容散熱的裝置。該進(jìn)風(fēng)口 11和該出風(fēng)口之間的一對 相對的側(cè)面分別為電容盒背板12和相對板。如稍后將要描述的，多個電解電容沿氣流的 方向依次布置。
圖2為安裝在連接器上的一組電解電容器。其中連接器13為一線路板，多個電 解電容14沿連接器的縱向方向依次排列。如以上所述，電解電容14的安裝具有一定的方向性，該多個電解電容14的底部固定在連接器13上，而頂部不加固定，從而使得多個 電解電容14的頂部大致位于同一平面內(nèi)。另外，如果使用不同型號或尺寸的電解電容， 電解電容的頂部也可以不在同一平面內(nèi)。另外，可以選擇的是，在電解電容之間可以設(shè) 置平衡電阻15。
多個電解電容14和連接器13構(gòu)成的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)置于電容盒1內(nèi)，使得連接器 13的縱向方向與從進(jìn)風(fēng)口 11進(jìn)入且從出風(fēng)口排出的氣流方向大致相同，也就是，使得該 多個電解電容14沿從該進(jìn)風(fēng)口 11到該出風(fēng)口的方向依次布置。另外，該電容盒背板12 面對該多個電解電容14的頂部且保持有間隙。
該電容盒背板12為一平面板，電容盒背板12各處與相對板的距離大致相等，使 得電容盒背板與電解電容14的頂部之間的間隙大致為21.7mm。氣流從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，隨 后中途穿過多個電解電容14，最后從出風(fēng)口排出。在穿過多個電解電容14的過程中，氣 流與電解電容14進(jìn)行熱交換，從而使氣體溫度升高，因此，使得到達(dá)出口處的氣體溫度 較高，在接近出口處的電解電容14得不到有效地冷卻。
針對以上結(jié)構(gòu)的缺陷，本發(fā)明對該電容盒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。
第一實施例
圖3為本發(fā)明的電容盒的改進(jìn)結(jié)構(gòu)2。其中，與上述結(jié)構(gòu)的不同之處在于電容盒 背板22具有凹入結(jié)構(gòu)221，而不是如圖1中所示的平面狀電容盒背板。圖4為該散熱結(jié) 構(gòu)的截面圖。從圖中可以看到，電容盒背板22在起始的部分，也就是氣流的上游側(cè)，距 離相對板為第一距離，使得該起始部分與電解電容頂部之間的間隙大致為21.7mm，在下 文將該起始部分稱為第一部分。而在電容盒背板22的沿氣流方向的中部，該電容盒背板 22具有一凹入結(jié)構(gòu)221。在該凹入結(jié)構(gòu)221處該電容盒背板與相對板的距離縮小到第二 距離，使得該電容盒背板與電解電容的頂部的最小間隙縮小到5mm。在凹入結(jié)構(gòu)221的 氣流下游側(cè)，電容盒背板22與相對板的距離恢復(fù)到第一距離。
根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，由于本實施例中的電容盒背板22具有凹入結(jié)構(gòu)221，且凹入結(jié) 構(gòu)221使得電容盒背板與電解電容的頂部的距離減小，因此，氣流會在該凹入結(jié)構(gòu)處加 速。從而，位于氣流下游側(cè)的電解電容會得到更好地冷卻效果。
第二實施例
圖5A為本發(fā)明的電容盒的又一改進(jìn)結(jié)構(gòu)3，圖5B為從另一個角度觀察該電容盒 的視圖，在該視圖中示出了出風(fēng)口 33。其中與第一實施例不同的是，本發(fā)明的電容盒背 板32的凹入結(jié)構(gòu)321為一斜坡結(jié)構(gòu)。圖6為該散熱結(jié)構(gòu)的截面圖。從距離相對板為第 一距離(設(shè)置為使得電容盒背板距離電解電容的頂部的最小間隙為21.7mm)的第一部分 開始，該斜坡結(jié)構(gòu)321與相對板的距離隨著向氣流的下游側(cè)而逐漸減小并最終達(dá)到第二 距離(設(shè)置為使得電容盒背板與電解電容的頂部的最小間隙為5mm)，并使得該斜坡結(jié)構(gòu) 的坡度為20度。另外，與第一實施例不同的是，在該斜坡結(jié)構(gòu)321的下游側(cè)，該電容盒 背板32與相對板保持在上述第二距離，而不是如第一實施例恢復(fù)到第一距離。
根據(jù)第二實施例的電容盒，由于具有斜坡結(jié)構(gòu)321，因此，也可以對氣流進(jìn)行 限制，從而加速氣流下游側(cè)的氣流速度，使得氣流上下游的各個電解電容的冷卻更為均 一。另外，由于該實施例利用了斜坡結(jié)構(gòu)的設(shè)計，因此可以對電解電容頂部上的氣體進(jìn) 行導(dǎo)向，并產(chǎn)生文氏管效應(yīng)(venturi effect)。該斜坡結(jié)構(gòu)321并沒有引入大的氣流阻力。
第三實施例
圖7為本發(fā)明的電容盒的再一改進(jìn)結(jié)構(gòu)3，圖8為該散熱結(jié)構(gòu)的截面圖。其中與 第二實施例不同的是，該斜坡結(jié)構(gòu)421更加緩和，其坡度達(dá)到15度。其它的結(jié)構(gòu)與第二 實施例的結(jié)構(gòu)相同，因此，重復(fù)的部分不再贅述。
由于該斜坡結(jié)構(gòu)421延伸到電解電容排列方向的更下游處，因此，使得各個電 解電容的冷卻效果更加均一化，氣體出口處的電解電容能夠更好地冷卻。
試驗結(jié)果與分析
對本發(fā)明中上述各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，從而可以對比各種電容盒對電解電容 的冷卻效果。如上所述，由于電解電容主要通過其頂部散熱，因此，通過對比各個電解 電容頂部的溫度，可以有效地評價各種電容盒的冷卻效果。
圖9A-9D分別示出了對比例電容盒1以及第一至第三實施例的電容盒2_4的溫 度分布圖。
從圖9A可以看到，圖1中采用平面電容盒背板的電容盒1從上游側(cè)的76.85°C 變化到下游側(cè)的88.32°C ；從圖9B可以看到，第一實施例的電容盒2從上游側(cè)的78.64°C 變化到下游側(cè)的86.51°C ；從圖9C可以看到，第二實施例的電容盒3從上游側(cè)的77.72°C 變化到下游側(cè)的85.03°C ；從圖9D可以看到，第三實施例的電容盒4從上游側(cè)的77.44°C 變化到下游側(cè)的84.09°C。圖10對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總并制作了曲線圖，從圖中可以看 到，電容盒上游側(cè)(進(jìn)風(fēng)口處)的電解電容的溫度大致相同，而下游側(cè)(出風(fēng)口處)電解 電容的溫度以及上游側(cè)與下游側(cè)電解電容的溫度差在各種電容盒中有下列關(guān)系電容盒 4 <電容盒3 <電容盒2 <電容盒1。由此，可以知道在電容盒背板上設(shè)置凹入結(jié)構(gòu)，能 夠改善電解電容的冷卻效果。其中利用斜坡結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到更好的冷卻效果。
另外，除了以上提升電解電容的散熱效果外，由于本發(fā)明是通過在面對電解電 容頂部的電容盒背板上設(shè)置凹入結(jié)構(gòu)，并通過優(yōu)化這種凹入結(jié)構(gòu)得到較好的冷卻效果。 因此，相較于常規(guī)改進(jìn)技術(shù)中的增加散熱片或使用高耐溫的電容等方法可以有效地節(jié)約 成本。
以上結(jié)合描述了本發(fā)明的幾個具體實施例，然而，上述實施例僅是為更好地理 解本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明所教導(dǎo)的精神。例如，以上電容盒背板的第一部分 與相對板的距離設(shè)置為第一距離而使得電容盒背板與電解電容頂部之間的最小間隙為 21.7mm,而凹入結(jié)構(gòu)的電容盒背板與相對板的距離設(shè)置為第二距離而使得電容盒背板與 電解電容頂部的最小間隙為5mm，然而，本發(fā)明不限于這些具體的數(shù)值，而是可以有其 它的數(shù)值。對于應(yīng)用于變頻器的電解電容的散熱裝置，上述第一部分與電解電容的頂 部之間的間隙可以為15 25mm，凹入結(jié)構(gòu)與電解電容的頂部之間的間隙可以為3 7mm。從上面的描述可以看出，上述電容盒背板與相對板之間的第一距離和第二距離與 電容盒所需容納的電解電容的高度有關(guān)，并且第一距離大于第二距離。以上描述的電容 盒分別在上下兩側(cè)具有出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口，然而，電容盒的出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口可以根據(jù)實際 需要靈活設(shè)置，只要使得從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入并從出風(fēng)口排出的氣流依次經(jīng)過設(shè)置在電容盒背 板和相對板之間的電解電容。另外，本發(fā)明主要針對變頻器中的電解電容散熱而設(shè)計， 可以使功率模塊散熱風(fēng)扇的一部分風(fēng)量從電容盒的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入到電容盒，從而對其中的 多個電解電容進(jìn)行冷卻。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以了解，本發(fā)明的電容盒可以應(yīng)用6于其它設(shè)備，只需根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)參數(shù)并使氣流能夠從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入就可以達(dá)到改善冷 卻效果的目的。以上僅給出斜度為15度以及20度的斜坡結(jié)構(gòu)，然而，該斜度不限于這 些具體數(shù)值，而是可以根據(jù)具體情況而設(shè)定，例如可以為10 40度，這里優(yōu)選15 20 度。圖6和圖8中所示的斜坡結(jié)構(gòu)使得電容盒背板與相對板的距離從第一距離平滑地或 線性地下降到第二距離，然而也可以是以臺階的方式逐漸下降。另外，還可以在電容盒 的外圍增加散熱片等部件以提升散熱效果。另外，還可以在電解電容之間增加其它的部 件，比如圖1中所示的平衡電阻。以上描述電容盒容納電解電容時電容的頂部朝上豎直 放置，然而，該電容盒不限于這種設(shè)置方式，也可以使電解電容傾斜或水平放置等，只 要不影響電解電容的使用。
第四實施例
另外，本發(fā)明還提供了一種用于電解電容散熱的散熱裝置，該散熱裝置使用上 述實施例中任一種電容盒。該散熱裝置在電容盒的進(jìn)風(fēng)口側(cè)設(shè)置氣流產(chǎn)生部分，例如風(fēng) 扇，該氣流產(chǎn)生部分將氣流經(jīng)由進(jìn)風(fēng)口吹入電容盒，吹入的氣流順次經(jīng)過電容盒內(nèi)的多 個電解電容，從而對電解電容進(jìn)行冷卻，并從出風(fēng)口排出。
如上所述，由于電解電容盒背板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，強(qiáng)化電容頂面空氣對流散熱，在 不改變原有散熱系統(tǒng)和不增加額外部件的情況下，有效降低出口處電容溫度，提高電容壽命ο
另外，上述氣流產(chǎn)生部分并不限于以上所述的風(fēng)扇，該散熱裝置也可以利用上 游設(shè)備的其它部分所產(chǎn)生的氣流，只要該氣流能夠通過進(jìn)風(fēng)口引入電容盒。例如，對于 變頻器，可以利用功率模塊的散熱風(fēng)扇的一部分風(fēng)量用于冷卻電解電容。
最后應(yīng)說明的是，以上示例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制。 盡管參照所給出示例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可根據(jù)需要 對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于電解電容散熱的電容盒，該電容盒在兩個側(cè)面具有分別用于氣流進(jìn)入和 排出的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，其中該電容盒在該進(jìn)風(fēng)口和該出風(fēng)口之間的一對相對的側(cè)面分別為電容盒背板和相對 板，該電容盒用于容納電解電容，在容納電解電容時該電容盒背板面向該電解電容的頂 部并且二者之間有間隙，該電容盒背板在氣流上游側(cè)具有距離該相對板為第一距離的第一部分，在該第一部 分的氣流下游側(cè)，該電容盒背板具有凹入結(jié)構(gòu)，該凹入結(jié)構(gòu)距離該相對板的最小距離為 第二距離，且該第二距離小于該第一距離。
2.如權(quán)利要求1所述的電容盒，其中在該凹入結(jié)構(gòu)的氣流下游側(cè)，該電容盒背板與該相對板的距離恢復(fù)到該第一距離。
3.如權(quán)利要求1所述的電容盒，該凹入結(jié)構(gòu)為一斜坡結(jié)構(gòu)，沿著氣流的流向，該斜坡結(jié)構(gòu)與該相對板的距離從該第 一距離逐漸下降到該第二距離，在該斜坡結(jié)構(gòu)的氣流下游側(cè)，該電容盒背板與該相對板 的距離保持為該第二距離。
4.如權(quán)利要求3所述的電容盒， 該斜坡結(jié)構(gòu)的斜度為10 40度。
5.如權(quán)利要求3所述的電容盒，該斜坡結(jié)構(gòu)與該相對板的距離從該第一距離階式地逐漸下降到該第二距離。
6.如權(quán)利要求1-5任一項所述電容盒，該第一距離設(shè)置為使得該電容盒背板的第一部分與該電容盒容納的電解電容的頂部 之間的最小間隙為15 25mm，該第二距離設(shè)置為使得該電容盒背板的凹入結(jié)構(gòu)與該電 容盒容納的電解電容的頂部的最小間隙為3 7mm。
7.如權(quán)利要求1所述的電容盒，其中在電容盒的外圍設(shè)置有散熱片。
8.—種用于電解電容散熱的散熱裝置，包括 如權(quán)利要求1-7任一項所述的電容盒；氣流產(chǎn)生部分，設(shè)置在該電容盒的進(jìn)風(fēng)口側(cè)，以將氣流經(jīng)由該進(jìn)風(fēng)口吹入該電容盒內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于電解電容散熱的電容盒以及使用該電容盒的散熱裝置，該電容盒在兩個側(cè)面具有分別用于氣流進(jìn)入和排出的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口。電容盒在該進(jìn)風(fēng)口和該出風(fēng)口之間的一對相對的側(cè)面分別為電容盒背板和相對板，該電容盒用于容納電解電容，在容納電解電容時該電容盒背板面向該電解電容的頂部并且二者之間有間隙。電容盒背板在氣流上游側(cè)具有距離該相對板為第一距離的第一部分，在該第一部分的氣流下游側(cè)，該電容盒背板具有凹入結(jié)構(gòu)，該凹入結(jié)構(gòu)距離該相對板的最小距離為第二距離，且該第二距離小于該第一距離。該電容盒有效降低冷卻氣流出口處的電容溫度，提高電容壽命。
文檔編號H01G2/02GK102024560SQ20091017754
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者菲利普·柏德松 申請人:施耐德電器工業(yè)公司