CN103490595A - 一种变流器柜 - Google Patents

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一种变流器柜,包括柜体、安装在柜体内的变流器散热元器件和冷却系统,冷却系统包括风机一、二、通过管路依次连接成封闭回路的蒸发器、压缩机、冷凝器,封闭回路中包括制冷剂;柜体由隔板密闭隔离为腔室一、二;腔室一安装变流器散热元器件、蒸发器、风机一,下部安装变流器散热元器件,上部安装蒸发器,风机一与蒸发器之间设置风腔一,风机一推动腔室一内的空气流动;冷凝器位于腔室二内或作为腔室二腔壁,冷凝器与风机二之间设风腔二,风机二位于腔室二内或之外并由风机二驱动形成外循环;压缩机安装在柜体中或柜体外。本发明同时提高变流器柜防护等级和运行安全性;可恒定调节温度,整机结构布局紧凑合理。

Description

一种变流器柜
技术领域
[0001] 本发明涉及一种与冷却系统一体化的变流器柜。
背景技术
[0002] 现有变流器柜(包括风电变流器柜、光伏逆变器柜)的冷却方式主要有两种,一种是外界空气在风机的推动下进入变流器柜内,形成强制对流冷却,属于开放式冷却系统;另一种是液体在水泵的推动下流经散热器形成一个闭式循环,达到冷却大功率装置的目的,属于闭式冷却系统。
[0003] 如图1所示,采用空气冷却的开放式冷却系统的缺陷是,某些大功率装置(如变频器)属于开口系统,必须允许其与外界有物质和能量的交换,这样,外界的灰尘、沙土难以避免地会随着空气一起进入这些大功率装置内部,会对这些大功率装置内部结构满足安规要求造成巨大影响。为避免灰尘进入装置内部,提升整机防护等级,通常在设备开口处设置迷宫和开孔率较密的防尘棉对进入空气进行过滤,但是,这种防尘结构会对气流的流动产生较大阻力,降低气流流动速度,极大影响散热效果。
[0004] 如图2所示,采用液体冷却的闭式冷却系统,尽管整机的防护等级有明显提升,但是,由于采用液体冷却存在液体渗漏风险,使得设备整机可靠性降低;同时,采用液体冷却,设备结构体型庞大,造价昂贵。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是,提供一种变流器柜,克服现有变流器柜的冷却方式不合理、液体冷却可靠性低、设备结构体型庞大、制造成本高的缺陷。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种变流器柜,包括柜体、安装在柜体内的变流器发热元器件,其特征在于,还包括冷却系统,该冷却系统包括风机一、风机二、通过管路依次连接成封闭回路的蒸发器、压缩机、冷凝器,该封闭回路中包括制冷剂;
[0007] 所述柜体包括隔板,该隔板将柜体密闭隔离为腔室一和腔室二 ;
[0008] 所述变流器发热元器件、蒸发器、风机一安装在该腔室一内,该风机一与蒸发器之间设置风腔一,风机一推动该腔室一内的空气流动;
[0009] 所述冷凝器位于所述腔室二内或作为所述腔室二的腔壁,该冷凝器与所述风机二之间包括风腔二,该风机二位于所述腔室二内或腔室二之外并由该风机二驱动形成外循环;
[0010] 所述压缩机安装在所述柜体中或所述柜体外。
[0011] 在本发明的变流器柜中,所述腔室二位于所述腔室一的上方或位于所述腔室一的上部侧边。
[0012] 在本发明的变流器柜中,所述腔室一包括风道板,该风道板竖直布置并与所述隔板连接、两侧与柜体两侧板内壁连接,该风道板与所述蒸发器、柜体前门板、两侧壁板、底板和所述隔板构成安装所述变流器发热元器件的空间;该风道板与柜体后壁板相间隔并与柜体后壁板、两侧壁板、顶板和底板构成风道,该风道下端包括连通安装所述变流器发热元器件空间的下部通风口 ;该安装所述变流器发热元器件空间经所述蒸发器与该风道上部连通;
[0013] 或所述腔室一包括风道板,该风道板竖直布置,其上侧与所述隔板、柜体顶板连接、两侧与柜体前后门板连接,该风道板与所述蒸发器、柜体前门板、后门板、侧壁板一、底板、顶板和所述隔板构成安装所述变流器发热元器件的空间;该风道板与所述蒸发器、柜体前门板、后门板、侧壁板二、底板、顶板和所述隔板构成风道,该风道下端包括连通安装所述变流器发热元器件空间的下部通风口 ;该安装所述变流器发热元器件空间经所述蒸发器与该风道上部连通。
[0014] 在本发明的变流器柜中,所述蒸发器与所述风道板密闭连接并位于安装所述变流器发热元器件侧,所述风机一设置在所述风道内;
[0015] 或所述蒸发器与所述风道板密闭连接并位于所述风道侧,所述风机一设置在所述风道内。
[0016] 在本发明的变流器柜中,所述蒸发器与所述变流器发热元器件之间设置风腔三。
[0017] 在本发明的变流器柜中,所述风机一为轴流风机,该风机周边与所述风道的下部进风口周边密闭连接;或所述风机一为离心风机。
[0018] 在本发明的变流器柜中,包括蒸发器托盘,该蒸发器托盘连接在所述柜体的腔室一内的安装结构上,所述蒸发器竖直布置,该蒸发器底部安装在该蒸发器托盘中,该蒸发器托盘包括通向所述柜体外的排水口。
[0019] 在本发明的变流器柜中,所述风腔二由所述柜体的腔室二构成,所述冷凝器和风
机二安装在该腔室二的壁上。
[0020] 在本发明的变流器柜中,所述风机二为轴流风机,该风机二连接在所述腔室二的顶壁外侧。
[0021] 在本发明的变流器柜中,包括冷凝器托盘,该冷凝器托盘连接在所述柜体内腔室二内的安装结构上,所述冷凝器竖直布置,该冷凝器底部安装在该冷凝器托盘中,该冷凝器托盘包括通向所述柜体外一侧或两侧的排水口。
[0022] 实施本发明的变流器柜,与现有技术比较,其有益效果是:
[0023] 1.由于采用冷却系统对封闭气流进行冷却,不但提高了变流器柜对发热元器件的冷却效率,同时也提高了变流器柜的整机防护等级,提高了变流器柜的运行安全性;
[0024] 2.通过对冷却系统的控制,可以控制冷却循环气流的入口温度恒定在25度左右,有效降低变流器柜系统凝露风险的发生;
[0025] 3.将冷却系统与变流器主机系统一体化,整机结构布局紧凑合理。
附图说明
[0026] 图1是现有大功率装置采用开放式冷却系统的原理图。
[0027] 图2是现有大功率装置采用闭式冷却系统的原理图。
[0028] 图3是本发明变流器柜的原理图。
[0029] 图4是本发明的变流器柜实施例一沿柜体厚度方向的剖面结构示意图。[0030] 图5是本发明的变流器柜实施例二沿柜体厚度方向的剖面结构示意图。
[0031] 图6是本发明的变流器柜实施例三沿柜体厚度方向的剖面结构示意图。
[0032] 图7本发明的变流器柜实施例四的正面结构示意图。
[0033] 图8本发明的变流器柜实施例四的沿柜体厚度方向的剖面结构示意图。
具体实施方式
[0034] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0035] 实施例一
[0036] 如图3、图4所示,本发明的变流器柜包括柜体1、安装在柜体I内的变流器发热元器件和冷却系统。冷却系统包括风机一 4、风机二 13、通过管路依次连接成封闭回路的蒸发器2、压缩机15、冷凝器11,该管路包括膨胀阀等管路组件,该封闭回路中加注制冷剂,使冷却系统实现制冷。
[0037] 如图4所示,柜体I设置隔板14,该隔板14将柜体I密闭隔离成腔室一和腔室二,
腔室一位于腔室二下方。
[0038] 隔板14可以由一个结构件构成,也可由多个结构件组合构成。柜体I可以是变流器柜,或者是变流器组合柜中的其中的一个柜。
[0039] 变流器发热元器件、蒸发器2、风机一 4安装在腔室一内,变流器发热元器件位于腔室一的下部,蒸发器2位于变流器发热元器件的上部,风机一 4与蒸发器2之间设置风腔一 3,风机一 4推动腔室一内的空气流动,对变流器发热元器件进行冷却。
[0040] 在实施例中,变流器发热元器件包括由下而上安装在柜体I结构上的电抗器7、chopper电阻8和功率单元9,其中功率单元9由多个功率模块竖直并列安装在柜体I中。在其他实施例中,根据变流器的设计需要,变流器发热元器件可以包括由下而上安装在柜体I结构上的电抗器7和功率单元8,或变流器发热元器件只包括功率单元8,也可以采用其他变流器发热元器件的组合和布置顺序,例如:变流器的配电元件、并网元件等等。
[0041] 本发明所称变流器发热元器件是指变流器工作时能够发热的变流器元器件,包括但不限于电抗器、电阻、功率单元、电容、接触器、断路器、继电器、变压器、霍尔传感器、电流互感器和电压互感器、UPS (不间断电源)、加热器、铜排;变流器配电元件包括但不限于接触器、断路器、继电器、变压器;变流器并网元件是包括但不限于断路器、接触器、UPS (不间断电源)、加热器。
[0042] 在本实施例中,为实现腔室一内的气流内循环,提高冷却效率,采用如下结构:腔室一包括风道板6,该风道板6竖直布置并与隔板14连接、两侧与柜体I两侧板内壁连接,风道板6与蒸发器2密闭连接(可以是蒸发器2的端面与风道板6的开孔密闭连接,也可以是蒸发器2的外周与风道板6上的开孔密闭连接或蒸发器2通过一结构件与风道板6的开孔密闭连接),风道板6与蒸发器2、柜体前门板、两侧壁板、底板和隔板14构成安装变流器发热元器件的空间。风道板6与柜体后壁板相间隔并与柜体后壁板、两侧壁板、顶板和底板构成风道5,该风道5的下端包括连通安装变流器发热元器件空间的下部通风口。该安装变流器发热元器件空间经蒸发器2 (风道板6开设通风孔)与风道5上部连通。上述结构构成的风道充分利用了柜体结构,保证柜体结构简单、紧凑,尺寸小,制造成本低。
[0043] 上述“安装变流器发热元器件的空间”包括:柜体I安装变流器发热元器件的物理空间和该物理空间至蒸发器2进风面的导风风腔空间。
[0044] 上述“风道”是指:连通“安装变流器发热元器件的空间”的下部通风口至蒸发器2后侧出风口的导风风腔空间。蒸发器2的后侧风口可以是蒸发器2自身的风口(当风机一4安装在风道下部通风口时),也可以是风机一 4的风口(当风机一 4经风腔一 3连接蒸发器2时)。
[0045] 在本实施例中,变流器发热元器件位于安装变流器发热元器件的空间的下部,蒸发器2位于安装变流器发热元器件的空间的上部。具体地,蒸发器2竖直布置(即冷凝器的进风面竖直布置)并与风道板6密闭连接。在其他实施例中,根据需要,可以将蒸发器水平布置(即冷凝器的进风面水平布置),也能够实现本发明目的。
[0046] 在本实施例中,在蒸发器2与功率单元9之间设置风腔10,将风流导入蒸发器2的通风口。同时风腔10也可确保风流从竖直并列安装在柜体I中的多个功率模块之间穿过,使功率单元9的降温效果更好。
[0047] 在本实施例中,风机一 4采用离心风机,该风机一 4位于风道5内并与蒸发器2相邻,风机一 4与蒸发器2通过风腔一 3连接,风机一 4出风口向下,风流在风机一 4的推动下,在风道5内向下运动,在安装变流器发热元器件空间内向上运动,经蒸发器进入风道5,形成内循环(即图4顺时针循环)。在其他实施例中,风机一 4出风口可通向风腔一 3,风流在风机一 4的推动下,在风道5内向上运动,在发热元器件安装空间内向下运动,经风道5进入蒸发器,形成内循环。
[0048] 在其他实施例中,风机一 4采用轴流风机,并将风机一 4设置在风道5下部,风机一 4出风口或进风口为风道下端的下部通风口(此时,风道5成为蒸发器2与风机一 4之间的风腔),也能够实现本发明目的。
[0049] 在其他实施例中,不设置风道5,不影响本发明基本发明目的的实现。
[0050] 当蒸发器2竖直布置时,为了避免蒸发器2的冷凝水漏入柜体内,设置蒸发器托盘(图中未示出)。蒸发器托盘连接在柜体I的腔室一内的安装结构上,将蒸发器2的底部安装在该蒸发器托盘中,该蒸发器托盘设置通向柜体I之外的排水口。
[0051] 如图4所示,将冷凝器11设置为腔室二的腔壁,将风机二 13设置在腔室二的顶壁外侧(此时风机二 13可采用离心风机或轴流风机),腔室二作为风机二 13与冷凝器11之间的风腔12,在风机二 13的驱动下形成外循环。
[0052] 在其他实施例中,可以将风机二 13设置在腔室二的侧壁外侧或侧壁内侧,也可以设置在腔室二的顶壁内侧。
[0053] 在其他实施例中,可以将冷凝器11与风机二 13均设置在腔室二内,冷凝器11与风机二 13之间设置风腔。
[0054] 压缩机15安装在柜体I之中或安装在柜体I之外。
[0055] 冷凝器11可以竖直布置(即进风面竖直)、也可以水平布置(即进风面水平)。当冷凝器11竖直布置时,为了避免冷凝器11的冷凝水漏入柜体内,设置冷凝器托盘(图中未示出),该冷凝器托盘连接在柜体内腔室二内的安装结构上,该冷凝器11的底部安装在冷凝器托盘中,该冷凝器托盘包括通向柜体外一侧或两侧的排水口。
[0056] 实施例二
[0057] 如图5所示,本实施例与实施例一大体相同,区别在于:[0058] 1、柜体I由隔板14密闭分隔成腔室一和腔室二,腔室一位于腔室二之下,隔板14构成安装变流器散热元器件空间的顶板。
[0059] 2、腔室一设置风道板6,风道板6竖直布置并与隔板14连接、两侧与柜体I两侧板内壁连接,风道板6与柜体I的前门板、两侧壁板、底板和隔板14构成安装变流器散热元器件的空间;风道板6与柜体后壁板相间隔并与柜体后壁板、两侧壁板、隔板14和底板构成风道5。
[0060] 3、在本实施例中,蒸发器2竖直布置在风道5内,其周边与风道板6密闭连接(可以是蒸发器2的端面与风道板6的开孔密闭连接,也可以是蒸发器2的外周与风道板6上的开孔密闭连接或蒸发器2通过一结构件与风道板6的开孔密闭连接)。风道板6设置连接通风孔与功率单元9侧表面的风腔三10。在其他实施例中,蒸发器2可水平布置在风道5内。
[0061] 4、在本实施例中,风机一 4采用离心风机,该风机一 4位于风道5内且其出风口向下;或风机一 4采用轴流风机,该风机一 4的周边与风道5的下部进风口周边密闭连接。
[0062] 5、在本实施例中,冷凝器11、风机二 13及风腔二 12位于腔室二内,风机二 13采用离心风机、出风口向上,风机二 13驱动风流实现外循环。在其他实施例中,风腔二 12由腔室二构成,冷凝器11和风机二 13安装在该腔室二的壁上。
[0063] 实施例三
[0064] 如图6所示,本实施例与实施例二基本相同,区别在于:腔室二位于风道5上方及安装变流器散热元器件空间的侧边。
[0065] 实施例四
[0066] 如图7、图8所示,本实施例与实施例一基本相同,区别在于:风道板6竖直布置,上侧与隔板14、柜体顶板连接、两侧与柜体前后门板连接,风道板6与蒸发器2、柜体前门板、后门板、侧壁板一 101、底板、顶板和隔板14构成安装变流器发热元器件的空间;风道板6与蒸发器2、柜体前门板、后门板、侧壁板二 102、底板、顶板和隔板14构成风道5,风道5下端包括连通安装变流器发热元器件空间的下部通风口 ;该安装变流器发热元器件空间经蒸发器2与该风道5上部连通。

Claims (10)

1.一种变流器柜,包括柜体、安装在柜体内的变流器发热元器件,其特征在于,还包括冷却系统,该冷却系统包括风机一、风机二、通过管路依次连接成封闭回路的蒸发器、压缩机、冷凝器,该封闭回路中包括制冷剂; 所述柜体包括隔板,该隔板将柜体密闭隔离为腔室一和腔室二 ; 所述变流器发热元器件、蒸发器、风机一安装在该腔室一内,该风机一与蒸发器之间设置风腔一,风机一推动该腔室一内的空气流动; 所述冷凝器位于所述腔室二内或作为所述腔室二的腔壁,该冷凝器与所述风机二之间包括风腔二,该风机二位于所述腔室二内或腔室二之外并由该风机二驱动形成外循环; 所述压缩机安装在所述柜体中或所述柜体外。
2.如权利要求1所述的变流器柜,其特征在于,所述腔室二位于所述腔室一的上方或位于所述腔室一的上部侧边。
3.如权利要求2所述的变流器柜,其特征在于,所述腔室一包括风道板,该风道板竖直布置并与所述隔板连接、两侧与柜体两侧板内壁连接,该风道板与所述蒸发器、柜体前门板、两侧壁板、底板和所述隔板构成安装所述变流器发热元器件的空间;该风道板与柜体后壁板相间隔并与柜体后壁板、两侧壁板、顶板和底板构成风道,该风道下端包括连通安装所述变流器发热元器件空间的下部通风口 ;该安装所述变流器发热元器件空间经所述蒸发器与该风道上部连通; 或所述腔室一包括风道板,该风道板竖直布置,其上侧与所述隔板、柜体顶板连接、两侧与柜体前后门板连接,该风道板与所述蒸发器、柜体前门板、后门板、侧壁板一、底板、顶板和所述隔板构成安装所述变流器发热元器件的空间;该风道板与所述蒸发器、柜体前门板、后门板、侧壁板二、底板、顶板和所述隔板构成风道,该风道下端包括连通安装所述变流器发热元器件空间的下部通风口 ;该安装所述变流器发热元器件空间经所述蒸发器与该风道上部连通。`
4.如权利要求3所述的变流器柜,其特征在于,所述蒸发器与所述风道板密闭连接并位于安装所述变流器发热元器件侧,所述风机一设置在所述风道内; 或所述蒸发器与所述风道板密闭连接并位于所述风道侧,所述风机一设置在所述风道内。
5.如权利要求4所述的变流器柜,其特征在于,所述蒸发器与所述变流器发热元器件之间设置风腔三。
6.如权利要求4所述的变流器柜,其特征在于,所述风机一为轴流风机,该风机周边与所述风道的下部进风口周边密闭连接;或所述风机一为离心风机。
7.如权利要求5所述的变流器柜,其特征在于,包括蒸发器托盘,该蒸发器托盘连接在所述柜体的腔室一内的安装结构上,所述蒸发器竖直布置,该蒸发器底部安装在该蒸发器托盘中,该蒸发器托盘包括通向所述柜体外的排水口。
8.如权利要求1至6之一所述的变流器柜,其特征在于,所述风腔二由所述柜体的腔室二构成,所述冷凝器和风机二安装在该腔室二的壁上。
9.如权利要求8所述的变流器柜,其特征在于,所述风机二为轴流风机,该风机二连接在所述腔室二的顶壁外侧。
10.如权利要求1至6之一所述的变流器柜,其特征在于,包括冷凝器托盘,该冷凝器托盘连接在所述柜体内腔室二内的安装结构上,所述冷凝器竖直布置,该冷凝器底部安装在该冷凝器托盘中,该冷凝器托 盘包括通向所述柜体外一侧或两侧的排水口。
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