CN103648252B - 一种电气设备的冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气设备的冷却系统，包括通过第一管路连接成封闭回路的电气设备、脱气罐、膨胀罐、泵、过滤器以及制冷装置；制冷装置包括通过第二管路依次连接成封闭回路的第一热交换器、压缩机、第二热交换器、节流元件；第一管路内设有冷却液，用于与电气设备进行热量交换；第二管路内设有制冷剂，制冷装置通过制冷剂与第一管路内的冷却液和外界的空气进行热量交换。采用本发明的冷却系统可使得对电气设备的冷却不依赖于环境空气温度，克服了现有技术的缺陷，降低了电气设备的工作环境温度，提高了电气设备内各器件的使用寿命，并因此不需采用耐高温的元器件，还能节省产品成本。

Description

一种电气设备的冷却系统
技术领域
本发明涉及电气技术领域，更具体地说，涉及一种电气设备的冷却系统。
背景技术
随着电力电子技术的发展，大功率电气设备的结构设计越来越紧凑，使得电气设备内部热量越来越集中，而且电气设备内部空间的减小也导致散热更加困难。近年来，水冷散热技术有了飞速的发展，它不仅在散热效果上超过了风冷、热管等散热方式，在噪音控制、应用环境适应性方面也达到了良好的效果。因此，在大功率、高功率密度的电气设备产品(包括变频器、无功补偿装置、风电变流器以及光伏逆变器等产品)的散热上，水冷散热方式得到广泛的运用。
如图1所示，目前电气设备1的水冷散热一般包括：与需要冷却的电气设备1连接的供液装置2、热交换器3，以及连接各部分的管路4。其中，冷却液在供液装置2的驱动下进入电气设备1，电气设备1工作时所产生的热量被转移到冷却液中，吸热后的冷却液在供液装置2的驱使下进入热交换器3，最终通过热交换器3将电气设备1中的热量耗散到大气中。在热交换器3换热的过程中，由于热量最终是通过水和空气的温差传递到大气中的，所以水的温度必定要高于空气的温度。例如，当环境温度45℃的时候，电气设备入水口的温度将高于45℃，甚至更高。
而在某些情况下运用的电气设备会被放置在很少维护的甚至荒凉的地方工作，所以入水口的温度设置一次以后，常年需要处于这样的入水温度下工作，而这个设置的温度必定高于当地的年最高环境温度。即使外界的环境温度已经下降到0℃以下，电气设备也需要在这个设定好的入水口温度下工作。如果电气设备一直处在较高的温度下工作，会使得柜内器件的使用寿命受到很大的影响，如果选用耐高温的元器件，还会造成严重的产品成本负担。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种不依赖于环境空气温度、能降低电气设备工作温度的电气设备的冷却系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种电气设备的冷却系统，其中，包括通过第一管路连接成封闭回路的电气设备、脱气罐、膨胀罐、泵、过滤器以及制冷装置；所述制冷装置包括通过第二管路依次连接成封闭回路的第一热交换器、压缩机、第二热交换器、节流元件；所述第一管路内设有冷却液，用于与所述电气设备进行热量交换；所述第二管路内设有制冷剂，所述制冷装置通过制冷剂与所述第一管路内的冷却液和外界的空气进行热量交换。
本发明所述的冷却系统，其中，所述冷却液为水、乙二醇、丙二醇、乙二醇水溶液、丙二醇水溶液中任意一种。
本发明所述的冷却系统，其中，所述制冷剂包括氨、丙烯、氟利昂、溴化锂中任意一种。
本发明所述的冷却系统，其中，所述第一热交换器为蒸发器，用于与所述第一管路内的冷却液进行热量交换。
本发明所述的冷却系统，其中，所述第二热交换器包括冷凝器和风机，用于与所述外界的空气进行热量交换。
本发明所述的冷却系统，其中，所述脱气罐、膨胀罐、泵以及过滤器设置在所述电气设备与所述制冷装置连接的第一管路上。
本发明所述的冷却系统，其中，所述电气设备、所述脱气罐、所述膨胀罐、所述泵、所述制冷装置以及所述过滤器依次通过所述第一管路连接成封闭回路。
本发明所述的冷却系统，其中，所述膨胀罐连接在所述脱气罐上。
本发明所述的冷却系统，其中，所述冷却系统还包括用于控制所述第一管路中冷却液的流量和温度的压力温度控制装置。
本发明所述的冷却系统，其中，所述电气设备包括变频器、无功补偿装置、风电变流器、光伏逆变器中任意一种。
本发明的有益效果在于：先通过冷却液与电气设备进行热交换，再通过制冷剂与第一管路内的冷却液和外界的空气进行热量交换，使得对电气设备的冷却不依赖于环境空气温度，克服了现有技术的缺陷，降低了电气设备的工作环境温度，提高了电气设备内各器件的使用寿命及可靠性，并因此不需采用耐高温的元器件，能节省产品成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术的电气设备的水冷散热原理示意图；
图2是本发明较佳实施例的电气设备的冷却系统详细原理框图一；
图3是本发明较佳实施例的电气设备的冷却系统详细原理框图二。
具体实施方式
本发明较佳实施例的电气设备的冷却系统原理如图2和图3所示，包括通过第一管路30连接成封闭回路的电气设备10、脱气罐21、膨胀罐22、泵23、过滤器24以及制冷装置40；制冷装置40包括通过第二管路50依次连接成封闭回路的第一热交换器、压缩机、第二热交换器、节流元件；第一管路30内设有冷却液，用于与电气设备10进行热量交换；第二管路50内设有制冷剂，制冷装置40通过制冷剂与第一管路30内的冷却液和外界的空气进行热量交换。这样先通过冷却液与电气设备10进行热交换，再通过制冷剂与第一管路30内的冷却液和外界的空气进行热量交换，由于其中包括两次冷却过程：即制冷剂对第一管路30内冷却液的冷却过程和第二管路50内制冷剂本身的冷却过程，使得对电气设备10的冷却不依赖于环境空气温度，克服了现有技术的缺陷，降低了电气设备10的工作环境温度，提高了电气设备10内各器件的使用寿命及可靠性，并因此不需采用耐高温的元器件，能节省产品成本。
上述实施例中，制冷装置40中节流元件包括：毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等。
上述实施例中，第一管路30内的冷却液为水、乙二醇、丙二醇、乙二醇水溶液、丙二醇水溶液中任意一种。
上述实施例中，第二管路50内的制冷剂包括氨、丙烯、氟利昂、溴化锂中任意一种。
上述实施例中，第一热交换器用于与第一管路30内的冷却液进行热量交换，优选采用蒸发器；第二热交换器用于与外界的空气进行热量交换，优选采用冷凝器和风机。
上述实施例中的制冷装置40在工作时，第一热交换器(蒸发器)内的液态制冷剂吸收第一管路30内冷却液的热量后开始蒸发，最终第二管路50内的制冷剂与第一管路30内冷却液之间形成一定的温度差，使得第一管路30内的冷却液被冷却，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态，完成第一次热交换过程；然后气态制冷剂被压缩机吸入并压缩，使其压力和温度增加，气态制冷剂通过第二热交换器(冷凝器)释放热量，凝结成液体，完成第二次热交换过程；然后液态制冷剂通过节流元件(膨胀阀或毛细管)节流后，变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。
上述实施例中，泵23负责将第一管路30内的冷却液驱动在电气设备10和制冷装置40之间循环流动，进入电气设备10内的冷却液吸收电气设备10内热量，温度升高，再由泵23泵入制冷装置40内冷却，被冷却后再送回到电气设备10中，如此往复循环，实现对电气设备10的冷却。
进一步地，如图2所示，上述实施例中，脱气罐21、膨胀罐22和泵23以及过滤器24设置在电气设备10与制冷装置40连接的第一管路30上，脱气罐21、膨胀罐22、泵23以及过滤器24在电气设备10与制冷装置40之间的连接顺序可以是任意的，根据需要设置即可。
优选地，如图2所示，上述冷却系统的电气设备10、脱气罐21、膨胀罐22、泵23、制冷装置40以及过滤器24依次通过第一管路30连接成封闭回路。脱气罐21可除去第一管路30中气体，使其中液体能顺畅流转；膨胀罐22用于对冷却系统进行自动补液；过滤器24可滤除第一管路30中杂质，保证冷却系统正常运转。
更优选地，上述膨胀罐22直接连接在脱气罐21上。
进一步地，如图3所示，上述冷却系统还包括用于控制第一管路30中冷却液的流量和温度的压力温度控制装置60，具体可包括电源部分和自动控制部分。其中，自动控制部分可以实现对制冷装置40制冷过程的温度控制、对冷凝器及风机运转的控制，以及可实现对第一管路30中冷却液流量的控制等。
上述实施例中，脱气罐21、膨胀罐22、泵23以及过滤器24、制冷装置40和压力温度控制装置60可根据需要集成或分立设置。例如：在方案一中，可将脱气罐21、膨胀罐22、泵23以及过滤器24、制冷装置40和压力温度控制装置60集成于同一壳体内，集成后再与需要冷却的电气设备10通过第一管路30连接，实现对电气设备10的冷却。
在方案二中，可将制冷装置40和压力温度控制装置60集成于同一壳体内，脱气罐21、膨胀罐22、泵23以及过滤器24作为供液装置与集成后的制冷装置40和压力温度控制装置60分开设置，即由过滤器24、脱气罐21、膨胀罐22(自动补水装置)和泵23形成独立的供液装置，通过该供液装置与需要冷却的电气设备10连接，实现对电气设备10的冷却。
上述各实施例中，电气设备10包括变频器、无功补偿装置、风电变流器、光伏逆变器等中任意一种。
综上，本发明先通过冷却液与电气设备10进行热交换，再通过制冷剂与第一管路30内的冷却液和外界的空气进行热量交换，使得对电气设备10的冷却不依赖于环境空气温度，克服了现有技术的缺陷，降低了电气设备10的工作环境温度，提高了电气设备10内各器件的使用寿命，并因此不需采用耐高温的元器件，还能节省产品成本。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种电气设备的冷却系统，其特征在于，包括通过第一管路(30)连接成封闭回路的电气设备(10)、脱气罐(21)、膨胀罐(22)、泵(23)、过滤器(24)以及制冷装置(40)；所述制冷装置(40)包括通过第二管路(50)依次连接成封闭回路的第一热交换器、压缩机、第二热交换器、节流元件；所述第一管路(30)内设有冷却液，用于与所述电气设备(10)进行热量交换；所述第二管路(50)内设有制冷剂，所述制冷装置(40)通过制冷剂与所述第一管路(30)内的冷却液和外界的空气进行热量交换；
其中，所述第一热交换器为蒸发器，用于与所述第一管路(30)内的冷却液进行热量交换；所述第二热交换器包括冷凝器和风机，用于与所述外界的空气进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却液为水、乙二醇、丙二醇、乙二醇水溶液、丙二醇水溶液中任意一种。
3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述制冷剂包括氨、丙烯、氟利昂、溴化锂中任意一种。
4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述脱气罐(21)、膨胀罐(22)、泵(23)以及过滤器(24)设置在所述电气设备(10)与所述制冷装置(40)连接的第一管路(30)上。
5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述电气设备(10)、所述脱气罐(21)、所述膨胀罐(22)、所述泵(23)、所述制冷装置(40)以及所述过滤器(24)依次通过所述第一管路(30)连接成封闭回路。
6.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述膨胀罐(22)连2接在所述脱气罐(21)上。
7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括用于控制所述第一管路(30)中冷却液的流量和温度的压力温度控制装置(60)。
8.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述电气设备(10)包括变频器、无功补偿装置、风电变流器、光伏逆变器中任意一种。
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