CN113597197A - 一种变流器热管冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变流器热管冷却系统，包括变流器、设于所述变流器外部的压缩机和冷凝器、设于所述变流器内部的内部散热单元，所述压缩机与所述冷凝器管道相连，所述内部散热单元与所述压缩机、所述冷凝器分别管道相连。本发明解决了现有技术存在的装置复杂、空冷冷却效率低、变流器必须开风口，不能有效防水分和盐雾，而水冷容易漏水等问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体是一种变流器热管冷却系统。
背景技术
目前大功率变流器，尤其是直驱风电机组变流器普遍采用水冷。水冷系统复杂，管路冗长，存在漏水风险。若采用风冷方式直接冷却，本身变流器防护等级会降低，另外由于变流器损耗较大，直接风冷效率低，需要很大的风量，导致风冷变流器和冷却风机体积大，装置复杂，无法满足目前项目塔筒或机舱布局设计。
变流器运行时功率模块，电抗器和电子元件都会在运行时发出热量，尤其是功率模块，需要专门冷却装置来进行冷却。空冷系统包含冷却板，散热风扇，利用风扇把冷空气吸入，在散热器把热量带走，从出风口把热空气排出。水冷系统包含冷却板，水泵，水管，外散热器，变流器热量由冷却板传递给冷却水，水泵把含有热量的水传递给外散热器，外散热器的风扇用空气把水冷却后再传递给变流器。
现有技术存在装置复杂、空冷冷却效率低、变流器必须开风口，不能有效防水分和盐雾，而水冷容易漏水等问题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种变流器热管冷却系统，解决现有技术存在的装置复杂、空冷冷却效率低、变流器必须开风口，不能有效防水分和盐雾，而水冷容易漏水等问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种变流器热管冷却系统，包括变流器、设于所述变流器外部的压缩机和冷凝器、设于所述变流器内部的内部散热单元，所述压缩机与所述冷凝器管道相连，所述内部散热单元与所述压缩机、所述冷凝器分别管道相连。
本发明采用气液态转化方式来进行吸热和冷却。本发明采用压缩机、冷凝器、内部散热单元对变流器实施冷却，变流器仅需有管道开口与外界相连即可，较高的性价比，同时由于散热器系统内外分离，可优选柜内完全封闭，实现IP防护等级。由于没有外界杂质空气进入，避免了外界空气将杂质带入变流器内，能适用于高盐雾、高湿度等环境。由于不采用水冷，不会有冷凝水进入变流器内，有效避免了漏水对变流器造成损害。此外，本发明采用压缩机，可以大幅提高散热系统的工作温度，从而提升变流器的运行温度，有利于机组提升散热效率和可利用率。本发明对变流器原设计改动小，容易实施，装置简单。从而解决了现有技术存在的装置复杂、空冷冷却效率低、变流器必须开风口，不能有效防水分和盐雾，而水冷容易漏水等问题。
作为一种优选的技术方案，压缩机、冷凝器、内部散热单元和/或管道内设有冷却介质，所述冷却介质在冷凝器内能液化，所述冷却介质在变流器内能气化。
本发明采用气液态转化方式来进行吸热和冷却，冷却介质进一步提高了冷却效率。
作为一种优选的技术方案，所述内部散热单元包括与功率组件连接的功率组件散热单元，所述功率组件散热单元与所述压缩机、所述冷凝器分别管道相连。
这实现了对功率组件的散热，进一步提高了散热效率。
作为一种优选的技术方案，所述功率组件散热单元包括用于安装功率组件的功率模块散热基板、与所述压缩机管道连接的功率模块进液口、与所述冷凝器管道连接的功率模块出风口。
空气和/或冷却介质依次经功率模块进液口、功率模块散热基板、功率模块出风口实现气化过程，从而高效率带走功率组件的热量。
作为一种优选的技术方案，所述内部散热单元还包括与电抗器连接的电抗器散热单元，所述电抗器散热单元与所述压缩机、所述冷凝器分别管道相连。
这实现了对电抗器的散热，进一步提高了散热效率。
作为一种优选的技术方案，所述电抗器散热单元包括用于安装电抗器的电抗器散热基板、与所述压缩机管道连接的电抗器进液口、与所述冷凝器管道连接的电抗器出风口。
空气和/或冷却介质依次经电抗器进液口、电抗器散热基板、电抗器出风口实现气化过程，从而高效率带走电抗器的热量。
作为一种优选的技术方案，还包括电抗器风扇，所述电抗器风扇的风口朝向电抗器。
电抗器风扇进一步带走电抗器的热量，进一步提高了散热效率。
作为一种优选的技术方案，所述内部散热单元还包括柜体内环境散热单元，所述柜体内环境散热单元与所述压缩机、所述冷凝器分别管道相连。
这实现了对柜体内环境及柜体内元件的散热，进一步提高了散热效率。
作为一种优选的技术方案，所述内部散热单元还包括柜体内环境散热单元，所述柜体内环境散热单元包括柜体内环境散热基板、与所述压缩机管道连接的柜体内环境进液口、与所述冷凝器管道连接的柜体内环境出风口。
空气和/或冷却介质依次经柜体内环境进液口、柜体内环境散热基板、柜体内环境出风口实现气化过程，从而高效率带走柜体内环境的热量。
作为一种优选的技术方案，还包括设于柜体内空间的柜体内环境风扇。
柜体内环境风扇进一步带走带走柜体内环境的热量，进一步提高了散热效率。
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本发明本发明采用压缩机、冷凝器、内部散热单元对变流器实施冷却，变流器仅需有管道开口与外界相连即可，较高的性价比，同时由于散热器系统内外分离，可优选柜内完全封闭，实现IP防护等级。由于没有外界杂质空气进入，避免了外界空气将杂质带入变流器内，能适用于高盐雾、高湿度等环境；由于不采用水冷，不会有冷凝水进入变流器内，有效避免了漏水对变流器造成损害。此外，本发明采用压缩机，可以大幅提高散热系统的工作温度，从而提升变流器的运行温度，有利于机组提升散热效率和可利用率。本发明对变流器原设计改动小，容易实施，装置简单；从而解决了现有技术存在的装置复杂、空冷冷却效率低、变流器必须开风口，不能有效防水分和盐雾，而水冷容易漏水等问题；
(2)本发明采用气液态转化方式来进行吸热和冷却，冷却介质进一步提高了冷却效率；
(3)本发明空气和/或冷却介质依次经功率模块进液口、功率模块散热基板、功率模块出风口实现气化过程，从而高效率带走功率组件的热量；
(4)本发明空气和/或冷却介质依次经电抗器进液口、电抗器散热基板、电抗器出风口实现气化过程，从而高效率带走电抗器的热量；
(5)本发明电抗器风扇进一步带走电抗器的热量，进一步提高了散热效率；
(6)本发明空气和/或冷却介质依次经柜体内环境进液口、柜体内环境散热基板、柜体内环境出风口实现气化过程，从而高效率带走柜体内环境的热量；
(7)本发明柜体内环境风扇进一步带走带走柜体内环境的热量，进一步提高了散热效率。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明空气和/或冷却介质的流向图。
附图中标记及相应的零部件名称：1、变流器，2、功率组件散热单元，3、电抗器散热单元，4、柜体内环境散热单元，10、压缩机，11、冷凝器，12、冷凝器风扇，13、金属导管，201、功率模块散热基板，202、功率模块进液口，203、功率模块出风口，301、电抗器散热基板，302、电抗器风扇，303、电抗器进液口，304、电抗器出风口，311、电抗器，401、柜体内环境散热基板，402、柜体内环境风扇，403、柜体内环境进液口，404、柜体内环境出风口，1101、冷凝基板，1102、冷凝器进液口，1103、冷凝器出液口。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图3所示，一种变流器热管冷却系统，包括变流器1、设于所述变流器1外部的压缩机10和冷凝器11、设于所述变流器1内部的内部散热单元，所述压缩机10与所述冷凝器11管道相连，所述内部散热单元与所述压缩机10、所述冷凝器11分别管道相连。
工作时，压缩机10把低压热气态管内空气进行压缩，压缩后的高压热气态管内空气经管道流入冷凝器11，在冷凝器11中，高压热气态管内空气的热量被冷凝器11带走，管内空气由气态转变为低温液态；低温液态管内空气经管道流入变流器1内部的内部散热单元，管内空气在内部散热单元吸收热量后转变为低压热气态，然后经管路流入压缩机10，整个循环不断地把内部散热单元的热量带出，并由冷凝器11传递到外部空气中。本发明采用气液态转化方式来进行吸热和冷却。
本发明采用压缩机10、冷凝器11、内部散热单元对变流器1实施冷却，变流器1仅需有管道开口与外界相连即可，较高的性价比，同时由于散热器系统内外分离，可优选柜内完全封闭，实现IP54防护等级。由于没有外界杂质空气进入，避免了外界空气将杂质带入变流器1内，能适用于高盐雾、高湿度等环境。由于不采用水冷，不会有冷凝水进入变流器1内，有效避免了漏水对变流器1造成损害。此外，本发明采用压缩机10，可以大幅提高散热系统的工作温度，从而提升变流器的运行温度，有利于机组提升散热效率和可利用率。本发明对变流器原设计改动小，容易实施，装置简单。从而解决了现有技术存在的装置复杂、空冷冷却效率低、变流器必须开风口，不能有效防水分和盐雾，而水冷容易漏水等问题。
作为一种优选的技术方案，压缩机10、冷凝器11、内部散热单元和/或管道内设有冷却介质，所述冷却介质在冷凝器11内能液化，所述冷却介质在变流器1内能气化。
这样，工作时，压缩机10把低压热气态管内空气和/或冷却介质进行压缩，压缩后的高压热气态管内空气和/或冷却介质经管道流入冷凝器11，在冷凝器11中，高压热气态管内空气和/或冷却介质的热量被冷凝器11带走，管内空气和/或冷却介质由气态转变为低温液态；低温液态管内空气和/或冷却介质经管道流入变流器1内部的内部散热单元，管内空气和/或冷却介质在内部散热单元吸收热量后转变为低压热气态，然后经管路流入压缩机10，整个循环不断地把内部散热单元的热量带出，并由冷凝器11传递到外部空气中。本发明采用气液态转化方式来进行吸热和冷却，冷却介质进一步提高了冷却效率。
作为一种优选的技术方案，所述内部散热单元包括与功率组件连接的功率组件散热单元2，所述功率组件散热单元2与所述压缩机10、所述冷凝器11分别管道相连。
这实现了对功率组件的散热，进一步提高了散热效率。
作为一种优选的技术方案，所述功率组件散热单元2包括用于安装功率组件的功率模块散热基板201、与所述压缩机10管道连接的功率模块进液口202、与所述冷凝器11管道连接的功率模块出风口203。
空气和/或冷却介质依次经功率模块进液口202、功率模块散热基板201、功率模块出风口203实现气化过程，从而高效率带走功率组件的热量。
作为一种优选的技术方案，所述内部散热单元还包括与电抗器连接的电抗器散热单元3，所述电抗器散热单元3与所述压缩机10、所述冷凝器11分别管道相连。
这实现了对电抗器的散热，进一步提高了散热效率。
作为一种优选的技术方案，所述电抗器散热单元3包括用于安装电抗器的电抗器散热基板301、与所述压缩机10管道连接的电抗器进液口303、与所述冷凝器11管道连接的电抗器出风口304。
空气和/或冷却介质依次经电抗器进液口303、电抗器散热基板301、电抗器出风口304实现气化过程，从而高效率带走电抗器的热量。
作为一种优选的技术方案，还包括电抗器风扇302，所述电抗器风扇302的风口朝向电抗器。
电抗器风扇302进一步带走电抗器的热量，进一步提高了散热效率。
实施例2
如图1至图3所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：
作为一种优选的技术方案，所述内部散热单元还包括柜体内环境散热单元4，所述柜体内环境散热单元4与所述压缩机10、所述冷凝器11分别管道相连。
这实现了对柜体内环境及柜体内元件的散热，进一步提高了散热效率。
作为一种优选的技术方案，所述内部散热单元还包括柜体内环境散热单元4，所述柜体内环境散热单元4包括柜体内环境散热基板401、与所述压缩机10管道连接的柜体内环境进液口403、与所述冷凝器11管道连接的柜体内环境出风口404。
空气和/或冷却介质依次经柜体内环境进液口403、柜体内环境散热基板401、柜体内环境出风口404实现气化过程，从而高效率带走柜体内环境的热量。
作为一种优选的技术方案，还包括设于柜体内空间的柜体内环境风扇402。
柜体内环境风扇402进一步带走带走柜体内环境的热量，进一步提高了散热效率。
实施例3
如图1至图3所示，本实施例包含实施例1、实施例2的全部技术特征，本实施例在实施例1、实施例2的基础上，提供更细化的实施方式。
一种变流器热管冷却系统，包括变流器1内部各散热单元，外部压缩机10，冷凝器11，金属导管13和冷却介质。外部压缩机10通过金属导管13连接变流器1内部散热单元出风口，另一端连接至冷凝器11；冷凝器11包括冷凝基板1101、冷凝器进液口1102和冷凝器出液口1103，可选的散热的冷凝器风扇12。其中：
变流器1内部散热单元包含在变流器1柜体内部，包含功率组件散热单元2，电抗器散热单元3，柜体内环境散热单元4。其中：
功率组件是指变流器1内部功率器件及母线电容、叠层母排等其他相关的组成部件，是变流器1中最主要的发热体。功率模块散热单元2包括功率模块散热基板201。功率组件安装在功率模块散热基板201上。功率组件产生的热量由功率模块散热基板201传递给冷却介质，冷却介质由冷液态蒸发变为低压热气态带走热量。冷却介质由功率模块散热基板201的功率模块进液口202流入，功率模块出风口203流出。附图中所示的功率模块进液口202和功率模块出风口203位置仅为示例，可以根据实际情况调整。
电抗器一般为铜绕组或铝绕组，也是变流器1中较为主要的发热体。电抗器散热单元3包括电抗器散热基板301和电抗器风扇302。电抗器散热基板301安装在电抗器上部，电抗器风扇302安装在电抗器散热基板301上部，冷却介质在电抗器散热基板301内部。电抗器发出的热量通过电抗器风扇302向上吸走，由电抗器散热基板301传给冷却介质，冷却介质由冷液态蒸发变为低压热气态带走热量。冷却介质由电抗器散热基板301的电抗器进液口303流入，电抗器出风口304流出。附图中所示的电抗器311进液口303和电抗器出风口304位置仅为示例，可以根据实际情况调整。
柜体内环境是指由柜体内空气温度，柜内元器件如开关、导线、铜排等带电工作产生热量导致柜体内空气温度上升。柜体内环境散热单元4包括柜体内环境散热基板401和柜体内环境风扇402。柜体内环境散热基板401安装在柜体热空气循环回路上，柜体内环境风扇402安装在柜体内环境散热基板401上部，冷却介质在柜体内环境散热基板401内部。柜体内元件发出的热量通过柜体内环境风扇402向上吸走，由柜体内环境散热基板401传给冷却介质，冷却介质由冷液态蒸发变为低压热气态带走热量。冷却介质由柜体内环境散热基板401的柜体内环境进液口403流入，柜体内环境出风口404流出。附图中所示的柜体内环境进液口403和柜体内环境出风口404位置仅为示例，可以根据实际情况调整。
所述的外部压缩机10包括压缩机进风口1001和压缩机出风口1002。低压热气态冷却介质通过金属导管13由压缩机进风口1001传入压缩机，经过压缩机加压后变成高压热气态冷却介质，由压缩机出风口1002输出。
所述的冷凝器11包括冷凝基板1101、冷凝器进液口1102和冷凝器出液口1103。高压热气态冷却介质通过金属导管13传入冷凝器11散热端，热量由冷却介质传递到冷凝基板1101，并由冷凝基板1101传递到外面空气。热气态冷却介质经过冷凝基板1101后变成冷液态，循环进入变流器1。
可选的，当有特殊要求时，可增加冷凝器风扇12强迫散热。
如上所述，可较好地实现本发明。
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变流器热管冷却系统，其特征在于，包括变流器(1)、设于所述变流器(1)外部的压缩机(10)和冷凝器(11)、设于所述变流器(1)内部的内部散热单元，所述压缩机(10)与所述冷凝器(11)管道相连，所述内部散热单元与所述压缩机(10)、所述冷凝器(11)分别管道相连。
2.根据权利要求1所述的一种变流器热管冷却系统，其特征在于，压缩机(10)、冷凝器(11)、内部散热单元和/或管道内设有冷却介质，所述冷却介质在冷凝器(11)内能液化，所述冷却介质在变流器(1)内能气化。
3.根据权利要求1或2所述的一种变流器热管冷却系统，其特征在于，所述内部散热单元包括与功率组件连接的功率组件散热单元(2)，所述功率组件散热单元(2)与所述压缩机(10)、所述冷凝器(11)分别管道相连。
4.根据权利要求3所述的一种变流器热管冷却系统，其特征在于，所述功率组件散热单元(2)包括用于安装功率组件的功率模块散热基板(201)、与所述压缩机(10)管道连接的功率模块进液口(202)、与所述冷凝器(11)管道连接的功率模块出风口(203)。
5.根据权利要求4所述的一种变流器热管冷却系统，其特征在于，所述内部散热单元还包括与电抗器连接的电抗器散热单元(3)，所述电抗器散热单元(3)与所述压缩机(10)、所述冷凝器(11)分别管道相连。
6.根据权利要求5所述的一种变流器热管冷却系统，其特征在于，所述电抗器散热单元(3)包括用于安装电抗器的电抗器散热基板(301)、与所述压缩机(10)管道连接的电抗器进液口(303)、与所述冷凝器(11)管道连接的电抗器出风口(304)。
7.根据权利要求6所述的一种变流器热管冷却系统，其特征在于，还包括电抗器风扇(302)，所述电抗器风扇(302)的风口朝向电抗器。
8.根据权利要求7所述的一种变流器热管冷却系统，其特征在于，所述内部散热单元还包括柜体内环境散热单元(4)，所述柜体内环境散热单元(4)与所述压缩机(10)、所述冷凝器(11)分别管道相连。
9.根据权利要求8所述的一种变流器热管冷却系统，其特征在于，所述内部散热单元还包括柜体内环境散热单元(4)，所述柜体内环境散热单元(4)包括柜体内环境散热基板(401)、与所述压缩机(10)管道连接的柜体内环境进液口(403)、与所述冷凝器(11)管道连接的柜体内环境出风口(404)。
10.根据权利要求9所述的一种变流器热管冷却系统，其特征在于，还包括设于柜体内空间的柜体内环境风扇(402)。
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2021
- 2021-06-17 CN CN202110672915.7A patent/CN113597197A/zh active Pending
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