CN112292011A - 一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置 - Google Patents

一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于散热装置，特别涉及一种用于风力发电机组变流器IGBT模块的散热装置，机构主体包括：变流器定位板、变流器密封装置、相变材料、水冷板和二次冷却系统五部分。变流器定位板包括定位孔、螺纹孔、用于固定和定位变流器IGBT模块。变流器密封装置包括绝缘密封层、用于密封变流器IGBT模块，防止相变材料与其接触而漏电。相变材料由石蜡和酸化石墨按一定比例构成，水冷板包括铝板、流道、扰流片、液体入口、液体出口等，用于带走相变材料吸收的热量。二次冷却系统包括风扇、换热器、水泵、水管。

Description

一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置
技术领域
本发明涉及散热冷却设备领域，尤其涉及一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置。
背景技术
变流器在风力发电机组中具有不可或缺的作用，机侧变流器将电机定子输出的三相交流整流为直流，实现电机在不同的风速和转速条件下稳定的直流电压输出。网侧变流器将直流电流转换成三相交流电送入电网，实现全功率风电机组的可靠并网运行。但由于风力的波动性，风电中所使用的IGBT模块用于高电压、大电流、高频率的场所，所以它也面临着过流、过压、过热的问题，一周内IGBT最高温度普遍在45-55℃范围内波动，现有的变流器冷却设备存在着散热效率低下，以及散热均匀性差的问题。本发明为解决现有技术中存在的问题，设计了一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置。它可以快速的带走风电变流器IGBT模块工作时产生的热量，高效的降低变流器表面的温度。同时散热均匀性好，减小变流器表面不同部位之间的温度差。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用以下方案：本发明提供一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置。包括变流器定位板、变流器密封装置、相变材料、水冷板。变流器定位板包括定位孔、螺纹孔、用于固定和定位变流器IGBT模块。变流器密封装置包括绝缘密封层、用于密封变流器IGBT模块，防止相变材料与其接触而漏电。相变材料吸收和储存变流器IGBT模块产生的热量，水冷板包括铝板、流道、扰流片、液体入口、液体出口等，用于带走相变材料吸收的热量，水流经水冷板吸收热量温度升高以后，进入二次冷却系统，通过风扇和换热器进行冷却后，再次进入水冷板吸收变流器IGBT模块的热量，如此循环往复，将变流器IGBT模块的温度维持在安全温度以下。
进一步的，所述变流器定位板中，包括4个尺寸相同的定位孔和4个相同的螺纹孔、定位孔用于安装定位变流器IGBT模块，螺纹孔用于将定位板和水冷板连接固定。
进一步的，所述变流器密封装置中，包括变流器IGBT模块和绝缘密封层，绝缘密封层上有增大其散热面积的散热槽。
进一步的，所述相变材料是由80%的石蜡和20%的酸化石墨组成的混合物。石蜡在融化的时候可以吸收存储热量，而酸化石墨可以增大石蜡的热导率。
进一步的，所述水冷板中，包括铝板、流道、扰流片、液体入口、液体出口、螺纹孔和侧板。铝板上开有流道，在流道上布置了若干组扰流片。
进一步的，所述二次冷却系统中，包括风扇、换热器、水泵、水管。
有益效果：
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）该相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置可以进一步提高散热系统的散热效率，可将变流器表面温度维持在27摄氏度以下，进一步降低温度达12摄氏度以上。
（2）该相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置可以提高散热系统的均匀性，该装置引入吸热效果更好的相变材料作为中间储热介质。可显著降低变流器不同单体之间的温度差。使变流器不同部位的温度差减小到3℃。
（3）该相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置可以提高散热系统的安全性和可靠性。通过在散热装置中引入储热的相变材料，起热缓冲的作用，在变流器过载时可提高其安全性。
附图说明
图1示出了实施例提供的散热装置整体结构
图2示出了实施例提供的变流器和水冷板总成
图3示出了实施例提供的变流器定位板结构
图4示出了实施例提供的变流器密封装置结构
图5示出了实施例提供的水冷板内部结构
图6示出了实施例提供的二次冷却系统
主要组件符号说明：
(1)变流器定位板、(2)变流器密封装置、(3)相变材料、(4)水冷板
(1-1)定位孔、(1-2)螺纹孔
(2-1)变流器IGBT模块、(2-2)绝缘密封层、(2-2-1)散热槽
(4-1)铝板、(4-2)流道、(4-3)扰流片、(4-4)液体入口、(4-5)液体出口、(4-6)螺纹孔、(4-7)侧板
(5-1)包括风扇、(5-2)换热器、(5-3)水泵、(5-4)水管。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1—图6所示，本发明所述一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置，其基本组成包括变流器定位板、变流器密封装置、相变材料、水冷板、二次冷却系统。
进一步的，如图3所示：所述变流器定位板1中，包括4个尺寸相同的定位孔(1-1)和4个相同的螺纹孔(1-2)、定位孔(1-1)用于安装定位变流器IGBT模块(2-1)，螺纹孔(1-2)用于将定位板1和水冷板4连接固定。
进一步的，如图4所示：所述变流器密封装置2中，包括变流器IGBT模块(2-1)和绝缘密封层(2-2)，绝缘密封层(2-2)上有增大其散热面积的散热槽(2-2-1)。
进一步的，如图5所示，所述水冷板(4)中，包括铝板(4-1)、流道(4-2)、扰流片(4-3)、液体入口(4-4)、液体出口(4-5)、螺纹孔(4-6)、侧板(4-7)，铝板(4-1)上开有流道(4-2)，在流道(4-2)上布置了若干组扰流片(4-3)。
进一步的，如图6所示，所述二次冷却系统(5)中，包括风扇(5-1)、换热器(5-2)、水泵(5-3)、水管(5-4)。
一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置，工作原理及工作过程如下：
变流器IGBT模块(2-1)通过绝缘密封层(2-2)密封后浸入到相变材料(3)中，相变材料(3)填充在由前后两块两块相同的水冷板(4)及左右两块侧板(4-7)成的空腔里，水冷板(4)和侧板(4-7)焊接在一起。当变流器IGBT模块在波动的工况下产生大量的热时，热量被相变材料吸收储存起来，这些热量最后被流经水冷板的水带走。相变材料通过相变过程吸收存储热量可以起到热缓冲的作用，水冷板流道中设计扰流板使流体扰动和接触面积增大，流体速度发生变化，流体的运动状态也发生了变化，换热系数提高，水冷板换热性能也就相应提高。水流经水冷板吸收热量温度升高以后，进入二次冷却系统，通过风扇和换热器进行冷却后，再次进入水冷板吸收变流器IGBT模块的热量，如此循环往复，将变流器IGBT模块的温度维持在安全温度以下。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.本发明所述的一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置，其基本组成包括变流器定位板(1) 、变流器密封装置(2)、相变材料(3)、水冷板(4)和二次冷却系统(5) ，所述变流器定位板(1)包括定位孔(1-1)、螺纹孔(1-2)、所述变流器密封装置(2)包括变流器IGBT模块(2-1)和绝缘密封层(2-2)、所述相变材料(3)是由80%的石蜡和20%的酸化石墨组成的混合物，所述水冷板(4)包括铝板(4-1)、流道(4-2)、扰流片(4-3)、液体入口(4-4)、液体出口(4-5)、螺纹孔(4-6)、侧板(4-7)，所述变流器IGBT模块(2-1)用绝缘密封层(2-2)封装，通过定位孔(1-1)安装固定在定位板(1)上，相变材料(3)装在由前后两块水冷板(4)组成的腔体中，变流器密封装置(2)埋在相变材料(3)中，所述二次冷却系统(5)中，包括风扇(5-1)、换热器(5-2)、水泵(5-3)、水管(5-4)。
2.如权利要求1所述的一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置，其特征在于：所述变流器定位板(1)中，包括4个尺寸相同的定位孔(1-1)和4个相同的螺纹孔(1-2)、定位孔(1-1)用于安装定位变流器IGBT模块(2-1)，螺纹孔(1-2)用于将定位板(1)和水冷板(4)连接固定。
3.如权利要求1所述的一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置，其特征在于：所述变流器密封装置(2)中，包括变流器IGBT模块(2-1)和绝缘密封层(2-2)，绝缘密封层(2-2)上有增大其散热面积的散热槽(2-2-1)。
4.如权利要求1所述的一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置，其特征在于：所述相变材料(3)是由80%的石蜡和20%的酸化石墨组成的混合物，石蜡在融化的时候可以吸收存储热量，而酸化石墨可以增大石蜡的热导率。
5.如权利要求1所述的一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置，其特征在于：所述水冷板(4)中，包括铝板(4-1)、流道(4-2)、扰流片(4-3)、液体入口(4-4)、液体出口(4-5)，螺纹孔(4-6)、侧板(4-7)，铝板(4-1)上开有流道(4-2)，在流道(4-2)上布置了若干组扰流片(4-3)。
6.如权利要求1所述的一种相变材料-水冷板耦合式风力发电机组变流器散热装置，其特征在于：所述二次冷却系统(5)中，包括风扇(5-1)、换热器(5-2)、水泵(5-3)、水管(5-4)。
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