CN220493409U - 一种变流器蒸发冷却装置及*** - Google Patents

Abstract

一种变流器蒸发冷却装置，所述变流器中包含至少一个发热元件；包括：换热器、储液腔、气体管路、液体管路和蒸发冷却工质；其中，储液腔中装有蒸发冷却工质；储液腔与发热元件表面紧密贴合，或者发热元件部分或全部的浸没在储液腔中；储液腔和换热器通过气体管路和液体管路相连，形成密闭的循环回路，循环回路中填充有蒸发冷却工质。所述循环回路中还可以加装循环泵，为蒸发冷却循环提供动力。本申请提供的一种变流器蒸发冷却装置，结构简单，占用空间小，冷却效率高，安全可靠性高，为大容量高功率密度变流器的安全稳定运行提供了一种新的冷却解决方案。

Description

一种变流器蒸发冷却装置及***

技术领域

本申请属于散热技术领域，具体地，涉及一种变流器蒸发冷却装置及***。

背景技术

随着储能、光伏、风电等领域的快速发展，变流器作为其中的重要组成部分，大容量、高功率趋势越发明显，而设计上却趋于小型化、轻量化。这些因素导致变流器的产热功率和功率密度大幅提升，为保证设备的稳定可靠运行，对散热能力的要求越来越高。

现有技术中，变流器中关键发热元件一般通过风冷或液冷进行冷却。风冷方式结构简单，但存在散热器体积大、散热效率相对较低、风机噪声较大、使用环境要求高等缺陷，已经渐渐无法满足高功率密度散热需求。液冷方式可以满足当前变流器的散热需求，但液冷方式一般采用强迫循环结构，整个***设备种类多，结构复杂，体积和成本较大的同时也降低了***的可靠性。另外，液冷方式使用的冷却工质一般为乙二醇水溶液、去离子水等有限的几种，一旦发生泄漏，冷却工质会对部件产生腐蚀，泄露到带电部位还可能导致短路进而引起元器件烧毁、***，是一个极大的安全隐患。

因此，需要开发一种新的变流器冷却***。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种变流器蒸发冷却装置***，解决现有变流器冷却方案中存在的散热效率低、***复杂、可靠性低等问题。

本实用新型采用如下的技术方案。

一方面本申请提供一种变流器蒸发冷却装置，所述变流器中包括至少一个发热元件；

所述变流器蒸发冷却装置还包括换热器、储液腔、气体管路、液体管路和蒸发冷却工质；储液腔中装有蒸发冷却工质；储液腔与发热元件表面紧密贴合，或者发热元件部分或全部的浸没在储液腔中；储液腔和换热器通过气体管路和液体管路相连，形成密闭的蒸发冷却工质循环回路，回路中填充有蒸发冷却工质。

进一步地，所述循环回路上还可以设置循环泵；

当循环回路设置循环泵时，换热器安装于循环回路任意位置，循环泵为变流器蒸发冷却装置提供循环动力；

当循环回路不设置循环泵时，换热器安装于循环回路上端。

进一步地，储液腔设有至少一个出气接头和至少一个进液接头；出气接头位于进液接头上方；出气接头与气体管路连接；进液接头与液体管路连接。

进一步地，换热器设有至少一个进气接头和至少一个出液接头；进气接头位于出液接头上方；进气接头与气体管路连接；出液接头与液体管路连接；

换热器的结构形式包括管壳式、管翅式、板式和热管式。

进一步地，变流器中发热元件与储液腔的布置形式包括：

每个发热元件使用一个或多个储液腔。

多个发热元件或者所有发热元件共用一个储液腔。

进一步地，储液腔和换热器的布置形式包括：

每个储液腔单独连接一台换热器或同时连接多台换热器；

多个储液腔共同连接一台换热器。

进一步地，储液腔与发热元件表面紧密贴合时，储液腔为密封腔体；

发热元件部分或全部浸没在储液腔中时，储液腔为具有与发热元件伸入位置相匹配的开窗的腔体，开窗通过密封圈或密封胶进行密封后形成密封腔体。

另一方面，本申请还提出了一种变流器蒸发冷却***，包括框架结构、至少一个变流器及至少一套如前任一项所述的变流器蒸发冷却装置；变流器和储液腔安装于框架结构内部；换热器安装于框架结构主体或独立安装于框架结构外部。

进一步地，变流器之间换热器的布置形式包括：

每个变流器连接其对应的换热器；

多个变流器共同连接公用的换热器。

进一步地，框架结构包括机柜、电力集装箱；

机柜之间换热器的布置形式包括：

每个机柜连接其对应的换热器；

多个机柜共同连接公用的换热器。

电力集装箱之间换热器的布置形式包括：

每个电力集装箱连接其对应的换热器；

多个电力集装箱共同连接公用的换热器。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比：

(1)本申请的冷却方案采用相变冷却，冷却效率高，能够满足大容量、高功率密度变流器的散热需求，保证变流器的安全可靠运行。

(2)本申请采用的蒸发冷却工质具有绝缘、防火、沸点低、冷却性能好等优点，不易发生堵塞、泄露等情况，不会对零部件产生腐蚀，且可以有效预防短路以及由此导致的元件烧毁、***等事故的发生，相对于常规的风冷和液冷来说是更为优越的冷却工质。

(3)本申请的变流器蒸发冷却装置结构简单，设备数量少，可以有效的减小占地面积和制造成本，且简单的结构大大降低了***故障发生率，提高***的可靠性。

附图说明

图1是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却装置的示意图；

图2是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却装置的示意图；

图3是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却装置储液腔与变流器发热元件配置方式的示意图，图中一个发热元件使用多个储液腔；

图4是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却装置储液腔与变流器发热元件配置方式的示意图，图中多个发热元件使用一个储液腔；

图5是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却装置储液腔与换热器连接方式的示意图，图中多个储液腔使用一个换热器；

图6是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却装置储液腔与换热器连接方式的示意图，图中一个储液腔使用多个换热器；

图7是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却装置储液腔与变流器发热元件连接方式的示意图，图中发热元件部分浸没于储液腔中；

图8是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却装置储液腔与变流器发热元件连接方式的示意图，图中发热元件全部浸没于储液腔中；

图9是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却***的示意图，图中换热器位于框架结构上；

图10是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却***的示意图，图中换热器独立安装于框架结构外部；

图11是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却***中变流器和换热器连接方式的示意图，图中多个变流器共用一个换热器；

图12是本申请实施例中的一种变流器蒸发冷却***中换热器布置方式的示意图，图中多个框架结构共用一个换热器。

图1至12的附图标记说明如下：

1-变流器，2-发热元件，3-储液腔；31-出气接头；32-进液接头；4-气体管路；5-液体管路；6-换热器，61-进气接头，62-出液接头；7-蒸发冷却工质；8-循环泵；9-框架结构；10-换热器支撑架。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

本申请提供一种变流器蒸发冷却装置，包括换热器6、储液腔3、气体管路4、液体管路5和蒸发冷却工质7；所述变流器1中包括至少一个发热元件2；；储液腔3中装有蒸发冷却工质7；储液腔3与发热元件2表面紧密贴合，或者发热元件2部分或全部的浸没在储液腔3中；储液腔3和换热器6通过气体管路4和液体管路5相连，形成密闭的蒸发冷却工质循环回路，回路中填充有蒸发冷却工质7。

换热器6安装于循环回路的上端或与循环泵8相连安装于循环回路的任意位置。

如图1所示，提供一种自循环式变流器蒸发冷却装置，主要由换热器6、储液腔3、气体管路4、液体管路5和蒸发冷却工质7组成；储液腔3中装有蒸发冷却工质7；储液腔3与发热元件2表面紧密贴合，或者发热元件2部分或全部的浸没在储液腔3中；换热器6安装于蒸发冷却装置最上端；储液腔3和换热器6通过气体管路4和液体管路5相连，形成密闭的循环回路，回路中填充有蒸发冷却工质7。自循环式蒸发冷却不需要额外驱动，节能环保，且能够自适应热源变化。

如图2所示，提供一种强迫循环式变流器蒸发冷却装置，主要由换热器6、储液腔3、气体管路4、液体管路5、循环泵8和蒸发冷却工质7组成；变流器1中包含至少一个发热元件2；储液腔3中装有蒸发冷却工质7；储液腔3与发热元件2表面紧密贴合，或者发热元件2部分或全部的浸没在储液腔3中；储液腔3和换热器6通过气体管路4和液体管路5相连，形成密闭的循环回路，回路中填充有蒸发冷却工质7；循环泵8安装于循环回路中，为蒸发冷却装置提供循环动力；储液腔3和换热器6安装于循环回路任意位置。强迫循环式蒸发冷却由于存在循环泵作为驱动，设备布置位置任意，可以较为灵活的调整，对环境依赖程度低。

如图1和图2所示，储液腔3设有至少一个出气接头31和至少一个进液接头32；出气接头31位于进液接头32上方；出气接头31与气体管路4连接；进液接头32与液体管路5连接。

储液腔3的材质包括铝合金或铜质材料，其导热系数高，便于更高效的将发热元件2的功耗传导出去，降低发热元件2温度，保障发热元件2安全平稳运行。

发热元件2的种类包括IGBT，电感，变压器。

换热器6设有至少一个进气接头61和至少一个出液接头62；进气接头61位于出液接头62上方；进气接头61与气体管路4连接；出液接头62与液体管路5连接。

图1和图2所示为每个发热元件2使用一个储液腔3。

优选的，如图3所示，一个发热元件2使用多个储液腔3。

优选的，如图4所示，多个发热元件2或者所有发热元件2共用一个储液腔3。

图1和图2所示为每个储液腔3单独连接一台换热器6。

优选的，如图5所示，多个储液腔3共同连接一台换热器6。

优选的，如图6所示，一个储液腔3同时连接多台换热器6。

如图1至图6所示的储液腔3与发热元件2表面紧密贴合，此时储液腔3为密封腔体，这种方式下蒸发冷却工质与发热元件完全隔离，整体结构简单，泄露风险更低。

图7所示为发热元件2部分浸没在储液腔3中，图8所示为发热元件2全部浸没在储液腔3中，此时储液腔3为具有与发热元件2伸入位置相匹配的开窗的腔体，开窗通过密封圈或密封胶进行密封后形成密封腔体。这种结构形式下热源与蒸发冷却工质7直接接触，接触面积大，换热效率更高，散热效果更好。

发热元件2可以如图1-图2所示的位于变流器1内部，也可以如图7所示的部分位于变流器1外部，还可以如图8所示的全部位于变流器1外部。

换热器6的散热方式包括自然冷却、强迫风冷以及液冷。自然冷却不需要额外设备，能耗和成本较低，强迫风冷额外加装风扇，散热效果更好的同时成本增加不多。液冷方式额外成本较高但散热效果好，容易满足高功率密度散热需求。

换热器6的结构形式包括管壳式、管翅式、板式和热管式。

蒸发冷却工质7为沸点位于30℃～70℃之间的高蒸发潜热的绝缘、不可燃液体，材质包括碳氟类化合物。这类工质能够很好的满足电气绝缘、化学稳定性、不可燃、无毒环保等要求，在长期工作过程中即使发生泄漏也不会对设备及工作人员造成伤害。

气体管路4和液体管路5为绝缘阻燃材料，确保不为***带来绝缘问题以及引入新的可燃物。

如图9所示，如图本申请还提出了一种变流器蒸发冷却***，包括框架结构9、至少一个变流器1及至少一套如前任一项所述的变流器蒸发冷却装置。变流器1和储液腔3安装于框架结构9内部；换热器6安装于框架结构9主体上，包括内部和外部，优选安装于框架结构9主体顶上，不额外占用场地空间，提高场地利用率。

优选的，换热器6独立安装于框架结构9外部，如图10所示，此时换热器6通过换热器支撑架10安装。这种布置形式便于全站或局域共用大型换热器，简化管路连接，减小设备数量。

框架结构9包括机柜、电力集装箱。

如图1、图2、图9、图10所示，变流器蒸发冷却***中，每个变流器1连接其对应的换热器6，这种形式可灵活配置，适用于不同需求，且易于形成标准化产品。

优选的，如图11所示，多个变流器1共同连接公用的换热器6，这种形式下冷却***管路连接更加简单，设别数量少，可以有效的降低设备投入，提高空间利用率。

如图9至图10所示的框架结构9之间换热器的连接形式为每个框架结构9连接其对应的换热器6，这种配置形式配置灵活，便于在各种地形下灵活布置冷却***。

优选的，如图12所示，多个框架结构9可共同连接公用的换热器6。此时便于全站或局域统筹换热器配置，简化全站冷却网络结构，减少设备数量，降低成本，提高场地利用率。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比：

(1)本申请的冷却方案采用相变冷却，冷却效率高，能够满足大容量、高功率密度变流器的散热需求，保证变流器的安全可靠运行。

(2)本申请采用的蒸发冷却工质具有绝缘、防火、沸点低、冷却性能好等优点，不易发生堵塞、泄露等情况，不会对零部件产生腐蚀，且可以有效预防短路以及由此导致的元件烧毁、***等事故的发生，相对于常规的风冷和液冷来说是更为优越的冷却工质。

(3)本申请的变流器蒸发冷却装置结构简单，设备数量少，可以有效的减小占地面积和制造成本，且简单的结构大大降低了***故障发生率，提高***的可靠性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变流器蒸发冷却装置，所述变流器(1)中包括至少一个发热元件(2)，其特征在于：

所述变流器蒸发冷却装置还包括换热器(6)、储液腔(3)、气体管路(4)、液体管路(5)和蒸发冷却工质(7)；

储液腔(3)中装有蒸发冷却工质(7)；储液腔(3)与发热元件(2)表面紧密贴合，或者发热元件(2)部分或全部地浸没在储液腔(3)中；

储液腔(3)和换热器(6)通过气体管路(4)和液体管路(5)相连，形成密闭的循环回路，循环回路中填充有蒸发冷却工质(7)。

2.根据权利要求1所述的一种变流器蒸发冷却装置，其特征在于：

所述循环回路上还设置循环泵(8)；

当循环回路设置循环泵(8)时，换热器(6)安装于循环回路任意位置，循环泵(8)为变流器蒸发冷却装置提供循环动力；

当循环回路不设置循环泵(8)时，换热器(6)安装于循环回路上端。

3.根据权利要求1所述的一种变流器蒸发冷却装置，其特征在于：

储液腔(3)设有至少一个出气接头(31)和至少一个进液接头(32)；出气接头(31)位于进液接头(32)上方；出气接头(31)与气体管路(4)连接；进液接头(32)与液体管路(5)连接。

4.根据权利要求1所述的一种变流器蒸发冷却装置，其特征在于：

换热器(6)设有至少一个进气接头(61)和至少一个出液接头(62)；进气接头(61)位于出液接头(62)上方；进气接头(61)与气体管路(4)连接；出液接头(62)与液体管路(5)连接；

换热器(6)的结构形式包括管壳式、管翅式、板式和热管式。

5.根据权利要求1所述的一种变流器蒸发冷却装置，其特征在于：

变流器(1)中发热元件(2)与储液腔(3)的布置形式包括：

每个发热元件(2)使用一个或多个储液腔(3)；

或多个发热元件(2)或者所有发热元件(2)共用一个储液腔(3)。

6.根据权利要求1所述的一种变流器蒸发冷却装置，其特征在于：

储液腔(3)和换热器(6)的布置形式包括：

每个储液腔(3)单独连接一台换热器(6)或同时连接多台换热器(6)；

或多个储液腔(3)共同连接一台换热器(6)。

7.根据权利要求1所述的一种变流器蒸发冷却装置，其特征在于：

储液腔(3)与发热元件(2)表面紧密贴合时，储液腔(3)为密封腔体；

发热元件(2)部分或全部浸没在储液腔(3)中时，储液腔(3)为具有与发热元件(2)伸入位置相匹配的开窗的腔体，开窗通过密封圈或密封胶进行密封后形成密封腔体。

8.一种变流器蒸发冷却***，其特征在于：

包括框架结构(9)、至少一个变流器(1)及至少一套如权利要求1-7中任一项所述的变流器蒸发冷却装置；

变流器(1)和储液腔(3)安装于框架结构(9)内部；换热器安装于框架结构(9)主体或通过换热器支撑架(10)独立安装于框架结构(9)外部。

9.根据权利要求8所述的一种变流器蒸发冷却***，其特征在于：

变流器(1)之间换热器(6)的布置形式包括：

每个变流器(1)连接其对应的换热器(6)；

或多个变流器(1)共同连接公用的换热器(6)。

10.根据权利要求8所述的一种变流器蒸发冷却***，其特征在于：

所述框架结构(9)包括机柜、电力集装箱；

机柜之间换热器(6)的布置形式包括：

每个机柜连接其对应的换热器(6)；

或多个机柜共同连接公用的换热器(6)；

电力集装箱之间换热器(6)的布置形式包括：

每个电力集装箱连接其对应的换热器(6)；

或多个电力集装箱共同连接公用的换热器(6)。