CN116390463B - 具有管路防漏功能的液冷散热器及电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有管路防漏功能的液冷散热器及电力变换装置，用于电力变换装置散热，液冷散热器包括散热壳体、液流内管以及液流外管，散热壳体的壳壁上设置液流通孔；散热壳体内设置安装腔，液流内管设置于散热壳体的安装腔内，液流外管设置于散热壳体外；液流外管的管体通过防漏组件与液流内管对接，防漏组件设置于液流外管与液流通孔间，液流外管的一端内接于防漏组件，防漏组件通过多层垫片填充液流外管与液流通孔间的缝隙。本发明所公开的液冷散热器通过在散热壳体外侧与液流外管的连接处设置具有双向连接结构以及多层除缝垫片的防漏组件强化壳体与管道间的连接密闭性，并提升输液管道中防漏结构安装便捷性，使输液管道使用寿命得到提升。

Description

具有管路防漏功能的液冷散热器及电力变换装置

技术领域

本发明涉及电力设备的技术领域，尤其涉及一种具有管路防漏功能的液冷散热器及电力变换装置。

背景技术

目前的电气设备及其自动化的发展进程中，基于半导体变换技术的相关电气设备得到越来越广泛的应用，半导体变换技术应用载体包括变频器、伺服驱动器、光伏和风能逆变器以及各类变流器等电气设备，为提升电气设备在大功率电力电子开关元件进行受控动作时的可靠性，在开关元件的开关和导通过程中，会产生约占主功率的2-5%的关于主功率的发热损耗，100-1000kW级及更大功率的电力变换装置需及时导出损耗发热，大功率电力变换装置在追求更大功率密度和更高运行可靠性的方面，首选液冷式散热设备，液冷式散热设备具有高效传热能力使其得到广泛应用，安装有液冷散热器的电力变换装置，典型的装置为变频器VFD和光伏/风电/牵引等变流装置，其通常需要设置内部带有毛细回路的主散热器，在主散热器的外侧辅之以液体供给回路管道，实现气液间热量交换的冷却形式，而作为变换装置的主进出水管接头在其生命周期内的安全可靠性保证变得极为重要。

发明内容

本发明实施例提供了一种具有管路防漏功能的液冷散热器，旨在解决现有技术方法中应用于电力变换装置的液冷式散热器输液管道连接结构所存在的密闭性差的问题。

第一方面，本发明实施例公开了一种具有管路防漏功能的液冷散热器，用于电力变换装置散热，液冷散热器包括散热壳体、液流内管以及液流外管，散热壳体的壳壁上设置液流通孔；散热壳体内设置安装腔，液流内管设置于散热壳体的安装腔内，液流外管设置于散热壳体外；液流外管的管体通过防漏组件与液流内管对接，防漏组件设置于液流外管与液流通孔间，液流外管的一端内接于防漏组件，防漏组件通过多层垫片填充液流外管与液流通孔间的缝隙。

进一步地，所述防漏组件包括连接件、止转螺钉以及第一平垫片，所述连接件上设置有安装部，所述安装部与设置于所述散热壳体的壳壁上的固定孔对应，所述止转螺钉穿设于所述安装部以及所述固定孔，所述第一平垫片设置于所述安装部与所述散热壳体的壳壁间，所述第一平垫片的外径大于所述固定孔的外径。

进一步地，所述连接件包括第一连接头以及第二连接头，所述第一连接头设置于所述安装部的上端，所述第二连接头设置于所述安装部的下端，所述第一连接头通入所述液流通孔并使设置于所述连接件内的液流通道与所述液流内管连通。

进一步地，所述防漏组件还包括第二平垫片，所述第二平垫片套设于所述第二连接头的管壁外侧，所述液流外管的连接部套接于所述第二连接头上，将所述第二平垫片夹设于所述液流外管与所述第二连接头的接触面上。

进一步地，所述连接部与所述第二连接头的接触面上设置密封胶层，所述密封胶层填充入所述连接部与所述第二连接头间的缝隙中。

进一步地，所述液流外管的管壁上套设有波纹套管，所述波纹套管的内部设置液流通道，外侧壁面上设置波纹凸起，所述波纹套管内部的液流通道设置有管卡舌片，所述管卡舌片设置于所述第二连接头的外侧壁面上。

进一步地，所述波纹套管套设于所述液流外管的主管的管壁上，所述主管的一端与所述连接部焊接并将内部的液流通道导通，所述主管的管径为所述连接部管径的1/2。

第二方面，本发明实施例公开了一种电力变换装置，装置包括上述具有管路防漏功能的液冷散热器以及装置主机，液冷散热器的散热壳体与装置主机的机壳相贴合并对装置主机进行散热，液冷散热器通过液流外管导入冷却液，液流外管与液冷散热器的散热壳体间的设置防漏组件。

进一步地，防漏组件包括连接件、止转螺钉、第一平垫片以及第二平垫片，连接件的两端分别连接散热壳体与液流外管，止转螺钉用于将连接件固定于散热壳体的壳壁上，第一平垫片以及第二平垫片分别设置于连接件的两端，用于填充连接件两端接触面的间隙。

进一步地，散热壳体内设置液流内管，液流内管通过设置于散热壳体上的液流通孔以及连接件连通液流外管，液冷散热器内的冷却液通过液流内管循环流动。

上述液冷散热器通过在散热壳体外侧与液流外管的连接处设置具有双向连接结构以及多层除缝垫片的防漏组件强化壳体与管道间的连接密闭性，并提升输液管道中防漏结构安装便捷性，使输液管道的组装效率与使用寿命得到提升，应用上述液冷散热器及其具有防漏功能的输液管路的电力变换设备在生产制造、运行维护、生命周期（通常3-10年）内具有较高安全性与可靠性，显著提升了市场竞争力和用户体验友好性，可被广泛应用在诸如盾构机、船舶等重型机械设备的电力装置中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的液冷散热器的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的液冷散热器的局部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的液冷散热器的局部结构爆炸示意图；

图4为本发明实施例提供的电力变换装置的整体结构示意图。

附图标号：

100、液冷散热器；200、装置主机；1、散热壳体；11、液流通孔；12、安装腔；13、固定孔；2、液流内管；3、液流外管；31、连接部；32、主管；4、防漏组件；41连接件；411、安装部；412、第一连接头；413、第二连接头；42、止转螺钉；43、第一平垫片；44、第二平垫片；6、波纹套管；61、管卡舌片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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做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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1至图3所示，第一方面，本发明实施例公开了一种具有管路防漏功能的液冷散热器100，用于电力变换装置散热，液冷散热器100包括散热壳体1、液流内管2以及液流外管3，散热壳体1的壳壁上设置液流通孔11；散热壳体1内设置安装腔12，液流内管2设置于散热壳体1的安装腔12内，液流外管3设置于散热壳体1外；液流外管3的管体通过防漏组件4与液流内管2对接，防漏组件4设置于液流外管3与液流通孔11间，液流外管3的一端内接于防漏组件4，防漏组件4通过多层垫片填充液流外管3与液流通孔11间的缝隙。

在实际的使用场景中，上述具有管路防漏功能的液冷散热器100通过在散热器壳体的外侧设置一组用于连接壳体内外输液管路的防漏组件4，将连接结构与防漏功能结构相结合，通过构建组件内各零部件的组装形式的同时完成连接结构缝隙的消除，将输液管路以及防漏组件4的组装进行流程化安排，细化管路以及管壳之间的连接与防漏方式；具体地，应用于电力变换设备的液冷散热器100通过防漏组件4进行散热壳体1与壳体外的液流外管3的一体化连接以及连接防漏，散热壳体1在靠近液流外管3的一侧设置液流通孔11，散热壳体1内的安装腔12所设置的液流内管2用于腔内冷却液循环流动，液流带走电力变换装置带功率运行中产生的热量，液流内管2通过液流通孔11与液流外管3实现管路连通以及冷却液流动，在液流内管2与液流内管2间靠近液流通孔11的位置，防漏组件4起辅助连接以及辅助防漏的作用，防漏组件4包括多个可压缩的垫片，呈多层排布状态设置于液流通孔11与液流外管3间的连接结构内，垫片采用具有极高可靠性的聚四氟乙烯制成，将连接结构内的缝隙进行填充，消除结构内的空隙，垫片的安装环节包含于液流外管3以及防漏组件4其他部件与散热壳体1进行对接的装配环节中，层层嵌套实现垫片的嵌入，全面消除了不同结构连接后原有的空隙，防漏组件4的一端套接液流外管3，另一端通过液流通孔11与散热壳体1内的液流内管2连通，作为散热器内外管路的连接部31件进行管道搭接，嵌套连接管路并夹合设置垫片，显著增强了管路间连接的气密性与稳定性，无需从外部加入固定零件。

综上，在电力变换装置的带功率运行过程中，采用上述具有管路防漏功能的散热器进行基于冷却液循环流动的液冷式散热，散热器的散热壳体1通过基于多层垫片以及两端连接结构连通液流内管2与液流内管2，实现冷却液流动管道无缝接通，连接件41的多层垫片将液流外管3与连接件41、散热壳体1间存在的结构间缝隙进行夹合填充消除，避免了传统液冷散热器100直接将外部输液管道通入散热器壳体并外加固定件所产生的缝隙消除不直接、安装效率低且管路使用生命周期过短的问题，将管路连接与缝隙消除的安装环节一体化进行，显著提升了管路连接的效率以及后期使用的可靠性，无需进行多次拆卸重装，优化操作人员的使用便利性，降低散热器的维护成本，提升散热器在电力变换装置中的使用寿命。

进一步地，防漏组件4包括连接件41、止转螺钉42以及第一平垫片43，连接件41上设置有安装部411，安装部411与设置于散热壳体1的壳壁上的固定孔13对应，止转螺钉42穿设于安装部411以及固定孔13，第一平垫片43设置于安装部411与散热壳体1的壳壁间，第一平垫片43的外径大于固定孔13的外径。

具体地，防漏组件4还包括具有两端连接结构的连接件41、用于将连接件41与散热壳体1稳固连接的止转螺钉42以及夹设于安装部411与散热壳体1壳壁间的第一平垫片43，连接件41的两端分别连接散热壳体1的壳壁与液流外管，连接件41内部设置有中空管路通道，管路通道通过散热壳体1壳壁上的液冷通孔插入液流内管2，连接件41上设置安装部411，安装部411设置于连接件41的管道壁上并朝外侧凸起，为止转螺钉42的穿设固定提供连接结构，止转螺钉42将安装部411与固定孔13同时穿设，通过对安装部411进行挤压作用，完成对连接件41与散热壳体1壳壁的固定连接，第一平垫片43为中心设有通孔的圆环式垫片，第一平垫片43的外径大于固定孔13的外径，使第一平垫片43的实体部分与壳体贴合后可完全将液流通孔11与连接件41间存在的空隙盖合并贴紧，实现第一道缝隙的消除作用，止转螺钉42穿设于安装部411的两侧，防止完成对接后的连接件41发生松动旋转。

进一步地，连接件41包括第一连接头412以及第二连接头413，第一连接头412设置于安装部411的上端，第二连接头413设置于安装部411的下端，第一连接头412通入液流通孔11并使设置于连接件41内的液流通道与液流内管2连通。

具体地，连接件41的第一连接头412设置在安装部411的高度方向的上端，第二连接头413设置于安装部411的高度方向下端，分别与液流通孔11以及液流外管3进行套接，液流通孔11的内侧孔壁可设置旋接螺纹，第一连接头412插入后可进行旋转使其与液流通孔11的内侧孔壁旋合连接，同样的，第二连接头413与液流外管3也可以通过设置旋接螺纹的方式强化连接稳定性，在第一连接头412接入液流通孔11之前，先将第一平垫片43套设于第一连接头412上，第一连接头412与液流通孔11完成对接，第一平垫片43即贴合于散热壳体1的壁面上并将缝隙盖合消除。

进一步地，防漏组件4还包括第二平垫片44，第二平垫片44套设于第二连接头413的管壁外侧，液流外管3的连接部31套接于第二连接头413上，将第二平垫片44夹设于液流外管3与第二连接头413的接触面上。

具体地，防漏组件4包括设置于第二连接头413与液流外管3间的第二平垫片44，第二平垫片44套设于第二连接头413的外侧壁面上，在第二平垫片44接入液流外管3之前预先完成套设，第二连接头413的开口端口处设置有阶梯状安装层，第二平垫片44嵌入安装层并与液流外管3的端口直接贴合，受液流外管3的挤压，填充消除二者间的缝隙。

进一步地，连接部31与第二连接头413的接触面上设置密封胶层，密封胶层填充入连接部31与第二连接头413间的缝隙中。

具体地，在液流外管3的连接部31与连接件41的第二连接头413接触面上设置一层密封胶体凝结成的密封胶层，进一步填充消除液流外管3与连接件41间错位安装产生的缝隙。

进一步地，液流外管3的管壁上套设有波纹套管6，波纹套管6的内部设置液流通道，外侧壁面上设置波纹凸起，波纹套管6内部的液流通道设置有管卡舌片61，管卡舌片61设置于第二连接头413的外侧壁面上。

具体地，液流外管3的管壁外侧壁面上套设一个外部壁面设置多层波纹凸起结构的波纹套管6，波纹套管6的外侧壁面上设置的波纹凸起所增加的空气接触面达到平面表面的2倍以上，波纹套管6内部的液流通道管径大于液流外管3的外径，通过在液流通道内设置一组管卡舌片61，使波纹套管6与第二连接头413的外侧壁面接触面上的缝隙得到覆盖消除。

进一步地，波纹套管6套设于液流外管3的主管32的管壁上，主管32的一端与连接部31焊接并将内部的液流通道导通，主管32的管径为连接部31管径的1/2。

具体地，液流外管3朝向第二连接头413的一端为连接部31，远离第二连接头413的一端为主管32，波纹套管6套设于主管32的外侧壁面上，主管32的一端与连接部31焊接并将内部的液流通道导通，主管32的管体横截面外径设置为连接部31横截面外径的1/2；

上述实施例中所使用的液流外管3的设计中，为提升管道的极端抗高水压防爆能力，液流外管3优选了不锈钢材质的水管，并在波纹套管6外部增设有防爆金属编织管，提升金属材质的液流外管3同电力变换装置底部进出电缆或铜排间的电气绝缘能力，在液流外管3外部增设有阻燃特性的长耐气候的PA66（尼龙）材质的塑胶波纹套管6，在实际使用时尼龙波纹管具有如下作用：提升水管同周边电缆和铜排的绝缘强度、防止水管爆裂或水管及管接头异常情形下的喷水渗水进水喷溅于外部导电电路上形成致使影响，机理为尼龙管或密封管道具有一定的防水向射流冲击能力，此时水会沿尼龙管在重力作用下流入电力变换装置的机柜柜底，通常柜底设置有漏水在线监测传感器，从而在系统级形成了漏水闭环监测能力。

第二方面，如图4所示，本发明实施例公开了一种电力变换装置，装置包括上述具有管路防漏功能的液冷散热器100以及装置主机200，液冷散热器100的散热壳体1与装置主机200的机壳相贴合并对装置主机200进行散热，液冷散热器100通过液流外管3导入冷却液，液流外管3与液冷散热器100的散热壳体1间的设置防漏组件4。

具体地，本发明实施例还公开了一种电力变换装置，应用上述具有管路防漏功能的液冷散热器100，变换装置还包括装置主机200，装置主机200带功率运行产生的热量通过上述液冷散热器100进行冷却液循环流动带走，该液冷散热器100的散热壳体1在变换装置的装置壳体内部与装置主机200相贴合，使散热壳体1内设置的用于冷却液循环流动的液流内管靠近装置主机200内的功率部件，便于热量的逸散以及气液热量交换，液冷散热器100应用液流外管3以及防漏组件4连通液流内管2，使散热器外的冷却液通入散热器，防漏组件4设置于液流外管3与液流散热器的散热壳体1之间，设置多层平垫片对连接结构内的缝隙进行填充消除。

进一步地，防漏组件4包括连接件41、止转螺钉42、第一平垫片43以及第二平垫片44，连接件41的两端分别连接散热壳体1与液流外管，止转螺钉42用于将连接件41固定于散热壳体1的壳壁上，第一平垫片43以及第二平垫片44分别设置于连接件41的两端，用于填充连接件41两端接触面的间隙。

具体地，防漏组件4具体包括了用于两端连接的连接件41、将连接件41固定于散热壳体1外壁的止转螺钉42以及用于填充消除连接件41两端接触面间隙的第一平垫片43与第二平垫片44，第一平垫片43与第二平垫片44在连接件41的两端分别通过连接件41的连接结构挤压贴合于散热壳体1侧壁以及液流外管3的管体上。

进一步地，散热壳体1内设置液流内管2，液流内管2通过设置于散热壳体1上的液流通孔11以及连接件41连通液流外管3，液冷散热器100内的冷却液通过液流内管循环流动。

具体地，散热壳体1内设置液流内管2，液流内管2通过散热壳体1上的液流通孔11以及防漏组件4的连接件41连通液流外管3并导入液冷散热器100，液冷散热器100内流动的冷却液通过液流内管循环流动于液冷散热器100内。

本发明实施例所公开的具有管路防漏功能的液冷散热器100以及应用该散热器的电力变换装置，液冷散热器100包括散热壳体1、液流内管2以及液流外管3，散热壳体1的壳壁上设置液流通孔11；散热壳体1内设置安装腔12，液流内管2设置于散热壳体1的安装腔12内，液流外管3设置于散热壳体1外；液流外管3的管体通过防漏组件4与液流内管2对接，防漏组件4设置于液流外管3与液流通孔11间，液流外管3的一端内接于防漏组件4，防漏组件4通过多层垫片填充液流外管3与液流通孔11间的缝隙，应用上述液冷散热器100的电力变换装置包括上述具有管路防漏功能的液冷散热器100以及装置主机200，液冷散热器100的散热壳体1与装置主机200的机壳相贴合并对装置主机200进行散热，液冷散热器100通过液流外管3导入冷却液，液流外管3与液冷散热器100的散热壳体1间的设置防漏组件4。散热器的散热壳体1通过基于多层平垫片以及两端连接结构连通液流内管2与液流内管2，实现冷却液流动管道无缝接通，连接件41的多层垫片将液流外管3与连接件41、散热壳体1间存在的结构间缝隙进行夹合填充消除，避免了传统液冷散热器100直接将外部输液管道通入散热器壳体并外加固定件所产生的缝隙消除不直接、安装效率低且管路使用生命周期过短的问题，将管路连接与缝隙消除的安装环节一体化进行，显著提升了管路连接的效率以及后期使用的可靠性，无需进行多次拆卸重装，优化操作人员的使用便利性，降低散热器的维护成本，提升散热器在电力变换装置中的使用寿命，防止发生因管道连接结构缝隙造成的冷却液溢漏问题，有效降低电力变换装置整体的运维成本。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种具有管路防漏功能的液冷散热器，用于电力变换装置带功率运行过程散热，其特征在于，所述液冷散热器包括：散热壳体、液流内管以及液流外管，所述散热壳体的壳壁上设置液流通孔；

所述散热壳体内设置安装腔，所述液流内管设置于所述散热壳体的安装腔内，所述液流外管设置于所述散热壳体外；

所述液流外管的管体通过防漏组件与所述液流内管对接，所述防漏组件设置于所述液流外管与所述液流通孔间，所述液流外管的一端内接于所述防漏组件，所述防漏组件通过多层垫片填充所述液流外管与所述液流通孔间的缝隙；

所述防漏组件包括连接件、止转螺钉以及第一平垫片，所述连接件上设置有安装部，所述安装部与设置于所述散热壳体的壳壁上的固定孔对应，所述止转螺钉穿设于所述安装部以及所述固定孔，所述第一平垫片设置于所述安装部与所述散热壳体的壳壁间，所述第一平垫片的外径大于所述固定孔的外径；

所述连接件包括第一连接头以及第二连接头，所述第一连接头设置于所述安装部的上端，所述第二连接头设置于所述安装部的下端，所述第一连接头通入所述液流通孔并使设置于所述连接件内的液流通道与所述液流内管连通；

所述防漏组件还包括第二平垫片，所述第二平垫片套设于所述第二连接头的管壁外侧，所述液流外管的连接部套接于所述第二连接头上，将所述第二平垫片夹设于所述液流外管与所述第二连接头的接触面上。

2.根据权利要求1所述的具有管路防漏功能的液冷散热器，其特征在于，所述连接部与所述第二连接头的接触面上设置密封胶层，所述密封胶层填充入所述连接部与所述第二连接头间的缝隙中。

3.根据权利要求2所述的具有管路防漏功能的液冷散热器，其特征在于，所述液流外管的管壁上套设有波纹套管，所述波纹套管的内部设置液流通道，外侧壁面上设置波纹凸起，所述波纹套管内部的液流通道设置有管卡舌片，所述管卡舌片设置于所述第二连接头的外侧壁面上。

4.根据权利要求3所述的具有管路防漏功能的液冷散热器，其特征在于，所述波纹套管套设于所述液流外管的主管的管壁上，所述主管的一端与所述连接部焊接并将内部的液流通道导通，所述主管的管径为所述连接部管径的1/2。

5.一种电力变换装置，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的具有管路防漏功能的液冷散热器以及装置主机，所述液冷散热器的散热壳体与所述装置主机的机壳相贴合并对所述装置主机进行散热，所述液冷散热器通过液流外管导入冷却液，所述液流外管与所述液冷散热器的散热壳体间的设置防漏组件。

6.根据权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，所述防漏组件包括连接件、止转螺钉、第一平垫片以及第二平垫片，所述连接件的两端分别连接所述散热壳体与所述液流外管，所述止转螺钉用于将所述连接件固定于所述散热壳体的壳壁上，所述第一平垫片以及所述第二平垫片分别设置于所述连接件的两端，用于填充所述连接件两端接触面的间隙。

7.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，所述散热壳体内设置液流内管，所述液流内管通过设置于所述散热壳体上的液流通孔以及所述连接件连通所述液流外管，所述液冷散热器内的冷却液通过所述液流内管进行循环流动。