CN103066802A - 防爆变频器及其冷却装置 - Google Patents

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戴晶晶
朱霁皓
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Abstract

本发明提供一种用于防爆变频器及其冷却装置。冷却装置包括：可产生沿第一方向流动的气体的风机，沿第一方向位于风机一侧的气-液换热部件，其内部设有液体通过的冷却管，和与气-液换热部件的冷却管的两端分别密封连接的输入管道和输出管道。通过采用上述结构，气体成为防爆变频器冷却装置与待冷却的变频器之间的冷却媒介。变频器及其部件的具体形状无需根据本发明的防爆变频器冷却装置作调整。提高了产品性能和可靠性。由于绝缘和导热的矛盾得以解决。此外，冷却液无须具备纯净、去离子等严格要求。

Description

防爆变频器及其冷却装置
技术领域
本发明涉及防爆变频器，更具体地说，涉及防爆变频器的冷却装置。
背景技术
目前低压大功率防爆变频器多数采用热管散热器，利用热管的快速导热特性，直接将功率模块的热量传出隔爆箱体。但是热管散热需要特制的散热基板，基板的一侧用于埋焊热管的热端，另一侧用于安装功率模块，基板作为隔爆箱围板的一部分需要与隔爆箱法兰连接。因此安装防爆变频器时，需要将变频器芯拆散，换下原装散热器，依次在散热基板上安装功率模块、直流母排、滤波电容和主控触发板。受散热基板安装结构和形式的影响，改装后的变频器芯与原型机存在差异，往往导致产品性能下降、可靠性降低。由于绝缘和导热的矛盾难于解决，热管散热器只适用于模块式功率元件，不适用紧压包装式(press-pack)功率元件；此外热管散热器存在体积较大、外伸热管强度低易损坏、散热翅片容易吸附灰尘降低热传导性能等缺点，给煤矿井下运用带来诸多麻烦。
水冷散热器在800kW以上大功率防爆变频器也有应用，多数用于紧压包装式功率元件，因此冷却液必须具备纯净、去离子等严格要求，必须处在一个高度封闭的内循环系统中，还需要配置一个外循环冷却装置，为其配套换热；同时换液、补液、拆装管路都要求在隔离状态下进行，还必须进行去离子处理。稍有不慎就会引发漏电、短路故障，如果是中、高压设备，还可能引发严重事故。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种用于防爆变频器的冷却装置，包括：可产生沿第一方向流动的气体的风机，沿第一方向位于风机一侧的气-液换热部件，其内部设有液体通过的冷却管，和与气-液换热部件的冷却管的两端分别密封连接的输入管道和输出管道。通过采用上述结构，气体成为防爆变频器冷却装置与待冷却的变频器之间的冷却媒介。由此，变频器及其部件的具体形状无需根据本发明的防爆变频器冷却装置作调整。提高了产品性能和可靠性。由于绝缘和导热的矛盾得以解决，其适用紧压包装式(press-pack)功率元件。此外，由于气体作为防爆变频器冷却装置与待冷却的变频器之间的冷却媒介，冷却液无须具备纯净、去离子等严格要求；同时换液、补液、拆装管路无需在隔离状态下进行，且无需进行去离子处理；不需提供纯净、去离子的冷却水及其庞大的水冷散热器、去离子装置和内外两套循环冷却系统。
根据本发明的另一个方面，提供一种包括上述冷却装置的防爆变频器，其包括：隔爆箱体，位于隔爆箱体内的变频器；和位于隔爆箱体内并且布置在变频器一侧的冷却装置，其与变频器之间形成热交换气道。通过采用上述结构，气体成为防爆变频器冷却装置与待冷却的变频器之间的冷却媒介。由此，变频器及其部件的具体形状无需根据本发明的防爆变频器冷却装置作调整。提高了产品性能和可靠性。由于绝缘和导热的矛盾得以解决，其适用紧压包装式(press-pack)功率元件。此外，由于气体作为防爆变频器冷却装置与待冷却的变频器之间的冷却媒介，冷却液无须具备纯净、去离子等严格要求；同时换液、补液、拆装管路无需在隔离状态下进行，且无需进行去离子处理；不需提供纯净、去离子的冷却水及其庞大的水冷散热器、去离子装置和内外两套循环冷却系统。散热器内置于隔爆箱体，安全性高，使用寿命长；结构简单紧凑、体积较小，成本较低。
附图说明
图1示出根据本发明的一个实施例的防爆变频器冷却装置的立体图；
图2示出根据本发明的一个实施例的风筒装配关系图；
图3示出根据本发明的一个实施例的气-液换热部件11的立面图；
图4A和4B示出根据本发明的一个实施例的防爆变频器的剖视图和立面图；
图5A所示的防爆变频器适用于对高度有限制的情况；和
图5B和5C为图5A的剖面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一个实施例的防爆变频器冷却装置的立体图；如图1所示，防爆变频器冷却装置1包括可产生沿第一方向(箭头所示方向)流动的气体的风机10，沿第一方向位于风机一侧的气-液换热部件11，其内部设有液体通过的冷却管，和与气-液换热部件的冷却管的两端分别连接的输入管道12和输出管道13。根据相对于气-液换热部件11而言风机10产生的负压/正压，气-液换热部件11可布置在沿第一方向相对于风机10而言的进风侧/出风侧。图1示出气-液换热部件11布置在沿第一方向相对于风机10而言的进风侧，并且相对于气-液换热部件11而言风机10产生的负压。如果将风机10反向安装，气-液换热部件11则布置在沿第一方向相对于风机10而言的出风侧，并且相对于气-液换热部件11而言风机10产生的正压。无论风机10正转或反转，气-液换热部件11都位于相对于第一方向而言为正向或负向的风道中。
风机10可采用轴流风机(见图5B)或离心风机(见图5C)，可在气-液换热部件附近产生所需的正压或负压。离心风机的进风方向与出风方向呈90°。
通过采用上述结构，气体成为防爆变频器冷却装置与待冷却的变频器之间的冷却媒介。由此，变频器及其部件的具体形状无需根据本发明的防爆变频器冷却装置作调整。提高了产品性能和可靠性。由于绝缘和导热的矛盾得以解决，其适用紧压包装式(press-pack)功率元件。此外，由于气体作为防爆变频器冷却装置与待冷却的变频器之间的冷却媒介，冷却液无须具备纯净、去离子等严格要求；同时换液、补液、拆装管路无需在隔离状态下进行，且无需进行去离子处理；不需提供纯净、去离子的冷却水及其庞大的水冷散热器、去离子装置和内外两套循环冷却系统。
为了提高风冷的效率，如图1所示，冷却装置1还包括位于风机10和气-液换热部件11之间的风筒14。风筒14的一端与风机10的外壳无缝连接，风筒14的另一端与和气-液换热部件11的外壳无缝连接，从而使得风机10所产生的气流基本上流过和气-液换热部件11。
图2示出根据本发明的一个实施例的风筒装配关系图。风筒14包括风筒体140，风筒第一端141和风筒第二端142。当风机10的外壳为圆形时，风筒第一端141为同样尺寸的圆形，以便与之无缝连接。当和气-液换热部件11的外壳为矩形时，风筒第二端142为同样尺寸的矩形，以便与之无缝连接。
图3示出根据本发明的一个实施例的气-液换热部件11的立面图；气-液换热部件11为固定管板式结构。气-液换热部件11包括冷却液端盖110a、110b、管板111、冷却管112、翅片115、侧边板113和密封垫片114组成。冷却管112与两管板111采用过盈方法连接，冷却液端盖110与管板111之间加密封垫片114分别用螺栓116紧固连。
冷却液端盖110与输入管道12和输出管道13连接，内设分液筋板将输入液与输出液分开，以便对于冷却管112区分进水和出水通路，形成回水通路。因此，冷却液通过输入管道12、冷却液端盖110a、冷却管112、冷却液端盖110b、冷却管112、冷却液端盖110a、和输出管道13循坏，将热量带出。
冷却管112采用双层结构，由两根直径不同、紧密贴合套接的圆紫铜管组成，由于两根紫铜管在同一位置出现应力腐蚀或金相腐蚀的几率很小，该结构可以减小冷却液渗漏的可能性，大大提高冷却管路的可靠性；翅片115为桥环形破口翅片，从气-液换热部件的冷却管的表面向外伸出并沿第一方向X排布。在翅片横向(空冷器的宽度方向)设有扰动破口，翅片两侧(气流方向上)设计波形初始扰动结构，该型翅片元件传热能力大，空气阻力小，可靠性高，外形美观。
加压流入气-液换热部件内的冷却液在冷却芯组冷却管的管内流动，并通过冷却液端盖内的分程隔肋形成回路；流入气-液换热部件内的热空气通过管板111和侧边板113构成的风道，在冷却管112管外流动，空气的热量由翅片115收集通过冷却管112传给冷却液，再由冷却液将热量带出空气冷却器。
图4A和4B示出根据本发明的一个实施例的防爆变频器的剖视图和立面图。防爆变频器包括隔爆箱体40，位于隔爆箱体内的变频器41和位于隔爆箱体内并且布置在变频器41一侧的冷却装置1。通过采用上述结构，在冷却装置与变频器之间形成热交换气道；冷却装置能够提供密闭风道，并且在冷却装置附近形成完整的负压或正压。冷却装置1与变频器41通过隔爆箱体内的气体进行热交换并且经伸出隔爆箱体的输入管道12和输出管道13通过液体与外部进行热交换。
图5A所示的防爆变频器适用于对高度有限制的情况，变频器41和冷却装置1的放置形式，气流直接吹过功率器件进行冷却；图5B和5C为图5A沿垂直于风机轴方向剖切的剖面图，其中图5B所示冷却装置1采用轴流式风机，图5C所示冷却装置1采用离心式风机。其共同的特征在于变频器41和冷却装置1位于冷却气体的循环通道中。
通过采用上述结构，气体成为防爆变频器冷却装置与待冷却的变频器之间的冷却媒介。由此，变频器及其部件的具体形状无需根据本发明的防爆变频器冷却装置作调整。提高了产品性能和可靠性。由于绝缘和导热的矛盾得以解决，其适用紧压包装式(press-pack)功率元件。此外，由于气体作为防爆变频器冷却装置与待冷却的变频器之间的冷却媒介，冷却液无须具备纯净、去离子等严格要求；同时换液、补液、拆装管路无需在隔离状态下进行，且无需进行去离子处理；不需提供纯净、去离子的冷却水及其庞大的水冷散热器、去离子装置和内外两套循环冷却系统。散热器内置于隔爆箱体，安全性高，使用寿命长；结构简单紧凑、体积较小，成本较低。
如图4A和4B所示，防爆变频器4还包括位于隔爆箱体内的导流板42来减小风损，其与第一方向成40至50度夹角。
虽然已参照本发明的某些优选实施例示出并描述了本发明，但本领域技术人员应当明白，在不背离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上对其做出各种变化。

Claims (7)

1.一种用于防爆变频器的冷却装置，其特征在于包括：
可产生沿第一方向流动的气体的风机；
沿第一方向位于风机一侧的气-液换热部件，其内部设有液体通过的冷却管；和
与气-液换热部件的冷却管的两端分别密封连接的输入管道和输出管道。
2.如权利要求1所述的冷却装置，还包括：
分别与风机外壳和气-液换热部件外壳无缝连接的风筒。
3.如权利要求1所述的冷却装置，还包括：
从气-液换热部件的冷却管的表面向外伸出并沿第一方向排布的翅片。
4.如权利要求3所述的冷却装置，其中：
翅片沿第一方向为扰动结构。
5.如权利要求1所述的冷却装置，其中：
气-液换热部件的冷却管包括：
彼此套接的第一冷却管和第二冷却管。
6.一种包括如权利要求1至5之一所述冷却装置的防爆变频器，其特征在于包括：
隔爆箱体；
位于隔爆箱体内的变频器；
位于隔爆箱体内并且布置在变频器一侧的冷却装置，其与变频器之间形成热交换气道。
7.如权利要求6所述的防爆变频器，还包括：
位于隔爆箱体内的导流板，其与第一方向成40至50度夹角。
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