一種變流器用散熱系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種變流器用散熱系統，包括散熱柜體、蒸發器及內循環風機，蒸發器和內循環風機安裝于變流器柜體內，散熱柜體內安裝有主冷凝器和壓縮機，主冷凝器與壓縮機通過管路相連；壓縮機將制冷劑壓縮成高溫高壓蒸汽經主冷凝器后送入變流器柜體，通過管路接入變流器中各功率模塊上；流經各功率模塊后的制冷劑通過管路送入蒸發器，經蒸發器后送回至壓縮機中；內循環風機朝向蒸發器布置，用來對變流器柜體內腔吹冷風。本實用新型具有能夠提高變流器整體換熱效率、降低外界環境溫度影響等優點。
【專利說明】一種變流器用散熱系統
【技術領域】
[0001]本實用新型主要涉及到電力電子設備的散熱【技術領域】，特指一種適用于變流器的散熱系統。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的高速發展以及電力電子器件的不斷革新，現在的電力電子裝置的功率等級越來越大，而結構也更加緊湊，因此散熱密度越來越大，隨之帶來的問題逐漸凸顯。工作溫度及其波動對電力電子器件的壽命和可靠性有非常大的影響，另外工作溫度對某些器件的通過電流也有直接關系，在這個領域，各種散熱技術層出不窮，各有優缺點，但是現有的設計中已經存在一些瓶頸。
[0003]現有的風冷、水冷、熱管技術，已經非常成熟，但是其換熱效率和能提供的器件工作溫度已經到了極限，在環溫較高的時候無法滿足要求，同時需要巨大的外部散熱器將其熱量帶走。上述傳統方式由于最終換熱形式還是由空氣帶走熱量，且變流器的工作溫度是在環溫基礎上的正疊加，溫差只能為正數，且決定于每個環節的效率，因此在環溫達到某一個值時，工作溫度會達到并超過允許值；換言之，采用對流換熱的形式，依靠氣體和液體的熱容帶走熱量，已經無法滿足一些特定情況下的散熱需求。而且，采用上述傳統方式時，被冷卻器件的工作溫度會受到不同工況的發熱功率以及環溫波動的影響，實際上是不穩定的，在長期溫度波動下，器件會因為熱應力產生疲勞老化；同時，其換熱面積與溫差和換熱效率有關，而溫差又不宜過大，換熱效率也有極限，因此導致風冷或水冷換熱器的體積較大。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題就在于:針對現有技術存在的技術問題，本實用新型提供一種能夠提高變流器整體換熱效率、降低外界環境溫度影響的變流器用散熱系統。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案:
[0006]一種變流器用散熱系統，包括散熱柜體、蒸發器及內循環風機，所述蒸發器和內循環風機安裝于變流器柜體內，所述散熱柜體內安裝有主冷凝器和壓縮機，所述主冷凝器與壓縮機通過管路相連；所述壓縮機將制冷劑壓縮成高溫高壓蒸汽經主冷凝器后送入變流器柜體，通過管路接入變流器中各功率模塊上；流經各功率模塊后的制冷劑通過管路送入所述蒸發器，經所述蒸發器后送回至壓縮機中；所述內循環風機朝向蒸發器布置，用來對變流器柜體內腔吹冷風。
[0007]作為本實用新型的進一步改進:所述內循環風機布置于蒸發器與壓縮機之間，所述內循環風機的吹風朝向蒸發器。
[0008]作為本實用新型的進一步改進:所述變流器柜體內設置有副冷凝器，所述副冷凝器通過管路與主冷凝器形成回路，所述蒸發器位于副冷凝器與內循環風機之間。
[0009]作為本實用新型的進一步改進:所述功率模板上設置有冷板，所述制冷劑通入冷板內流動；或者所述功率模板上開設制冷劑流道，所述制冷劑直接通入功率模塊上的制冷劑流道內。
[0010]作為本實用新型的進一步改進:所述散熱柜體上設有一臺以上的冷凝風機。
[0011]作為本實用新型的進一步改進:所述冷凝風機安裝于散熱柜體的頂部。
[0012]作為本實用新型的進一步改進:所述主冷凝器與每個功率器件之間分別設置有制冷劑支路，所述制冷劑支路上設置有電子膨脹閥。
[0013]作為本實用新型的進一步改進:每一個所述制冷劑支路上均設有快換接頭。
[0014]作為本實用新型的進一步改進:所有功率器件中的制冷劑在出口端進行匯流，匯流后通過管路導入蒸發器內。
[0015]作為本實用新型的進一步改進:所述蒸發器與壓縮機之間的管路上還設有背壓閥。
[0016]與現有技術相比，本實用新型的優點在于:
[0017]1、本實用新型的變流器用散熱系統，采用獨立的制冷系統，可使用較小功率的制冷系統，具有成本較低、節能、響應迅速等優點。整個散熱系統幾乎不受外界環境溫度的影響，能夠應用到較高環溫的工況下，使得變流器的環境適應性更強。
[0018]2、本實用新型的變流器用散熱系統，由于采用獨立的制冷系統，因此可通過提高冷凝溫差來增大換熱效率，因此必要時可設計出更小型的變流器散熱系統。
[0019]3、本實用新型的變流器用散熱系統，散熱器所貼大功率器件發熱量迅速變化時，可通過電子膨脹閥的控制迅速增大制冷劑流量，從而提高散熱容量；通過蒸發器出口和散熱器表面溫度的采集，由控制單元完成相應閥門的調節，從而起到穩定各個器件工作溫度的作用，可大大提高器件壽命和可靠性。
[0020]4、本實用新型的變流器用散熱系統，通過蒸發器除濕，并通過副冷凝器支路對內循環風加熱，大大降低柜內空氣相對濕度，可大大提高器件壽命，降低故障率；副冷凝器支路可在冷啟動時起到加熱器的作用，以提高變流器內溫度，保護器件不受低溫影響。
[0021]5、本實用新型的變流器用散熱系統，快換接頭的使用可提高維護效率，使得變流器可靈活組合，提高其擴展性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型實施例1的結構原理示意圖。
[0023]圖2是本實用新型實施例2的結構原理示意圖。
[0024]圖例說明:
[0025]1、斬波電阻；2、電力電子電容；3、變壓器；4、電抗器；5、冷凝風機；6、壓縮機；7、主冷凝器；8、整流模塊；9、內循環風機；10、逆變模塊；11、蒸發器；13、斬波模塊；14、電子膨脹閥；15、快換接頭；16、背壓閥；17、副冷凝器；18、散熱柜體；19、變流器柜體。
【具體實施方式】
[0026]以下將結合說明書附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
[0027]實施例1:如圖1所示，本實用新型的一種變流器用散熱系統，包括散熱柜體18、蒸發器11及內循環風機9，蒸發器11和內循環風機9安裝于變流器柜體19內，散熱柜體18內安裝有主冷凝器7和壓縮機6，主冷凝器7與壓縮機6通過管路相連。由壓縮機6將系統中的制冷劑壓縮成高溫高壓蒸汽，通過主冷凝器7將制冷劑的熱量散到環境中，此時制冷劑變成常溫高壓液體送入變流器柜體19。進入變流器柜體19后，制冷劑通過管路接入變流器中各功率模塊(發熱器件)上，變成低溫低壓氣液混合態吸收其熱量，完成熱交換，功率模板包括整流模塊8、一個以上的逆變模塊10及斬波模塊13。流經各功率模塊后的制冷劑通過管路送入蒸發器11，經蒸發器11后送回至壓縮機6中。內循環風機9朝向蒸發器11布置，用來對變流器柜體19的內腔吹冷風，以帶走其他未通制冷劑部件的熱量，例如:位于變流器柜體19中的斬波電阻1、電力電子電容2、變壓器3和電抗器4。
[0028]本實施例中，內循環風機9布置于蒸發器11與壓縮機6之間，且內循環風機9的吹風朝向蒸發器11。
[0029]本實施例中，功率模板(發熱器件)上設置有冷板，制冷劑通入冷板內流動以實現對功率模塊的冷卻。當然，也可以在功率模板(發熱器件)上開設制冷劑流道，將制冷劑直接通入功率模塊上進行換熱作業即可。
[0030]本實施例中，在散熱柜體18上設有冷凝風機5，用來提高主冷凝器7的換熱效率。本實例中冷凝風機5設置于散熱柜體18的頂部，可以理解，在其他實例中根據實際需要，還可以設置于散熱柜體18的其他部位，也可以安裝多臺冷凝風機5。
[0031]本實施例中，散熱柜體18可與變流器柜體19連接緊固合為一體，也可單獨放置。變流器柜體19可有一個或者多個，當為多個時，可以通過快速接頭將多個變流器柜體19連接并柜。
[0032]實施例2:本實用新型的一種變流器用散熱系統，包括散熱柜體18、蒸發器11及內循環風機9，蒸發器11和內循環風機9安裝于變流器柜體19內，散熱柜體18內安裝有主冷凝器7和壓縮機6，主冷凝器7與壓縮機6通過管路相連。由壓縮機6將系統中的制冷劑壓縮成高溫高壓蒸汽，通過主冷凝器7將制冷劑的熱量散到環境中，此時制冷劑變成常溫高壓液體送入變流器柜體19。進入變流器柜體19后，制冷劑通過管路接入變流器中各功率模塊(發熱器件)上，變成低溫低壓氣液混合態吸收其熱量，完成熱交換，功率模板包括整流模塊8、一個以上的逆變模塊10及斬波模塊13。流經各功率模塊后的制冷劑通過管路送入蒸發器11，經蒸發器11后送回至壓縮機6中。內循環風機9朝向蒸發器11布置，用來對變流器柜體19內腔吹冷風，以帶走其他未通制冷劑部件的熱量，例如:位于變流器柜體19中的斬波電阻1、電力電子電容2、變壓器3和電抗器4。
[0033]本實施例中，內循環風機9布置于蒸發器11與壓縮機6之間，且內循環風機9的吹風朝向蒸發器11。
[0034]本實施例中，功率模板(發熱器件)上設置有冷板，制冷劑通入冷板內流動以實現對功率模塊的冷卻。當然，也可以在功率模板(發熱器件)上開設制冷劑流道，將制冷劑直接通入功率模塊上進行換熱作業即可。
[0035]本實施例中，在散熱柜體18上設有冷凝風機5，用來提高主冷凝器7的換熱效率。本實例中冷凝風機5設置于散熱柜體18的頂部，可以理解，在其他實例中根據實際需要，還可以設置于散熱柜體18的其他部位，也可以安裝多臺冷凝風機5。
[0036]本實施例中，主冷凝器7與每個功率器件之間分別設置有制冷劑支路，該制冷劑支路上設置有電子膨脹閥14，利用電子膨脹閥14對制冷劑進行節流，使得壓力降到合適的值，變成低溫低壓液體，以確保蒸發溫度為器件所需要的，同時也保證了節能。由于經過電子膨脹閥14后進入數個電力電子模塊，在其安裝了發熱元件的冷板內蒸發吸熱，其蒸發溫度可根據柜內的溫濕度調整，以確保不會在冷板上發生凝露現象。
[0037]本實施例中，在每一個制冷劑支路上均設有快換接頭15，例如可以采用扣壓軟管來安裝快換接頭15，方便其在柜內布局，同時維護和更換時可帶壓拆開。
[0038]本實施例中，所有功率器件中的制冷劑在出口端進行匯流，匯流后通過管路導入蒸發器11內，由內循環風機9對其吹風進行熱交換，使得制冷劑進一步蒸發，同時壓力繼續降低，直到降至壓縮機6可接受的吸氣壓力，以保證壓縮機6的運行安全。
[0039]本實施例中，在蒸發器11與壓縮機6之間的管路上還設有背壓閥16，利用背壓閥16可以進一步將壓力降低至壓縮機6允許的吸氣壓力，以保證其安全運行。
[0040]本實施例中，在變流器柜體19內還設置有副冷凝器17，副冷凝器17直接通過管路與主冷凝器7形成回路，用來與內循環風機9配合，提高風冷的效率和風冷的質量。本實例中，將副冷凝器17放在蒸發器11的后端，即蒸發器11位于副冷凝器17與內循環風機9之間，使得內循環風先經過蒸發器11降溫，將空氣中的水蒸氣凝結排出，然后經過副冷凝器17加熱，降低其相對濕度，使得供給變流器柜體19內風冷器件的空氣為低溫干燥的空氣。同時，副冷凝器17也可通過控制，以充分調節送風的溫濕度。
[0041]本實施例中，散熱柜體18可與變流器柜體19連接緊固合為一體，也可單獨放置。變流柜體可有一個或者多個，當為多個時，可以通過快速接頭將多個變流柜體連接并柜。
[0042]由上可知，本實用新型針對變流器中不同的電力電子器件，在變流器柜體19分成兩種散熱模式:直接接觸散熱和風冷散熱，對于功率模塊(大功率半導體器件，如IGBT)，采用與冷板直接接觸散熱的方式，其他的器件通過內循環風機9和蒸發器11共同實現供冷風實現散熱。
[0043]在較佳的實施例中，本實用新型還可以進一步根據系統的實際負荷，可設置相關傳感器采集溫度壓力參數提供給控制系統，由控制系統對節流裝置和壓縮機6進行調節，以保證系統的穩定運行和節能。
[0044]以上僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種變流器用散熱系統，其特征在于，包括散熱柜體(18)、蒸發器(11)及內循環風機(9)，所述蒸發器(11)和內循環風機(9)安裝于變流器柜體(19)內，所述散熱柜體(18)內安裝有主冷凝器(7)和壓縮機(6)，所述主冷凝器(7)與壓縮機(6)通過管路相連；所述壓縮機(6)將制冷劑壓縮成高溫高壓蒸汽經主冷凝器(7)后送入變流器柜體(19)，通過管路接入變流器中各功率模塊上；流經各功率模塊后的制冷劑通過管路送入所述蒸發器(11)，經所述蒸發器(11)后送回至壓縮機(6)中；所述內循環風機(9)朝向蒸發器(11)布置，用來對變流器柜體(19)內腔吹冷風。
2.根據權利要求1所述的變流器用散熱系統，其特征在于，所述內循環風機(9)布置于蒸發器(11)與壓縮機(6)之間，所述內循環風機(9)的吹風朝向蒸發器(11)。
3.根據權利要求2所述的變流器用散熱系統，其特征在于，所述變流器柜體(19)內設置有副冷凝器(17)，所述副冷凝器(17)通過管路與主冷凝器(7)形成回路，所述蒸發器(11)位于副冷凝器(17 )與內循環風機(9 )之間。
4.根據權利要求1或2或3所述的變流器用散熱系統，其特征在于，所述功率模板上設置有冷板，所述制冷劑通入冷板內流動；或者所述功率模板上開設制冷劑流道，所述制冷劑直接通入功率模塊上的制冷劑流道內。
5.根據權利要求1或2或3所述的變流器用散熱系統，其特征在于，所述散熱柜體(18)上設有一臺以上的冷凝風機(5 )。
6.根據權利要求5所述的變流器用散熱系統，其特征在于，所述冷凝風機(5)安裝于散熱柜體(18)的頂部。
7.根據權利要求1或2或3所述的變流器用散熱系統，其特征在于，所述主冷凝器(7)與每個功率器件之間分別設置有制冷劑支路，所述制冷劑支路上設置有電子膨脹閥(14)。
8.根據權利要求7所述的變流器用散熱系統，其特征在于，每一個所述制冷劑支路上均設有快換接頭(15)。
9.根據權利要求7所述的變流器用散熱系統，其特征在于，所有功率器件中的制冷劑在出口端進行匯流，匯流后通過管路導入蒸發器(11)內。
10.根據權利要求7所述的變流器用散熱系統，其特征在于，所述蒸發器(11)與壓縮機(6)之間的管路上還設有背壓閥(16)。
【文檔編號】H05K7/20GK204216773SQ201420713896
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】馮江華, 胡家喜, 姚磊, 尚敬, 李彥涌, 黃華坤, 王翱岸 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司