CN202043025U - 船用大功率电力变换装置的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供船用大功率电力变换装置的冷却系统，包括并联的整流功率模块、直流变换功率模块、逆变功率模块、主循环水泵、热交换器、主进水管和主回水管，整流功率模块、直流变换功率模块、逆变功率模块均安装水冷散热器，三个水冷散热器通过主进水管和主回水管与热交换器相连形成冷却回路，主循环水泵安装在主进水管中。本实用新型能够有效地节省船舶上的空间，并可实现电力变换装置的高功率密度。不会出现一般水冷系统中出现的因结垢、长菌造成的堵塞，不会造成对热交换器及管道的腐蚀。本实用新型还可以防止在船舶环境下电力变换装置冷却系统出现的结露现象，提高了电力变换装置的可靠性。

Description

船用大功率电力变换装置的冷却系统

技术领域

本实用新型涉及的是一种船舶领域的冷却系统。

背景技术

大功率电力变换装置由大功率元器件组成，为了保证大功率器件可靠运行，应该采用水冷散热器进行散热，这就需要由大量水冷设备组成的水冷系统。对于申请号为200920246733.8、名称为“一种密闭式循环水冷系统”的专利申请提供了一种可以将溶解性气体和游离状态的气体彻底排出的密闭式循环水冷系统，可以在高压大功率电力电子装置的冷却系统中得到广泛的应用。但是，此申请并不能实现船舶上电力变换装置的高功率密度和高可靠性，因此，需要根据船舶环境特点，对水冷系统进行专门的设计。例如，如果在按此专利所述的说明书附图中使用的冷却器是水风换热器，那么对于大功率电力变换装置的冷却，水-风换热器的体积很大，噪声大，不满足现代船舶的需求。如果采用水-水换热器，那么还需要建造一个水冷塔，水冷塔的体积也很大，还需要大量的淡水。如果按此专利所述，只采用一个主循环泵，一旦该主循环泵发生故障，将使整个密闭循环系统停止工作，进而影响电力变换装置的正常工作，减少船舶电力系统的生命力和可靠性。诸如此类问题，在船舶上的大功率电力变换装置的冷却系统中都需要得到解决。

发明内容

本实用新型的目的在于提供既能实现船舶上电力变换装置的高功率密度，又能保证电力变换装置运行的可靠性的船用大功率电力变换装置的冷却系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型船用大功率电力变换装置的冷却系统，包括并联的整流功率模块、直流变换功率模块、逆变功率模块，其特征是：还包括主循环水泵、热交换器、主进水管和主回水管，整流功率模块、直流变换功率模块、逆变功率模块均安装水冷散热器，三个水冷散热器通过主进水管和主回水管与热交换器相连形成冷却回路，主循环水泵安装在主进水管中。

本实用新型还可以包括：

1、主回水管上安装电动三通阀和电加热器。

2、主循环水泵和并联的三个水冷散热器之间依次安装过滤器、离子交换器、补水泵、膨胀水罐。

3、所述的主循环水泵有两个，且并联在一起。

4、热交换器的海水入口处安装海水过滤器。

5、所述的海水过滤器和热交换器间安装高压水泵和反渗透膜装置。

本实用新型的优势在于：整流功率模块、直流变换功率模块、逆变功率模块共用一套水冷系统，所有水冷设备分三层安装在一个机柜内；热交换器的另一侧直接用海水进行换热，省去了冷凝塔；基于以上两个因素，能够有效地节省船舶上的空间，并可实现电力变换装置的高功率密度。水冷系统采用了两个主循环水泵，一备一用，保证了水冷系统的可靠性，提高了船舶电力系统的生命力和可靠性。由于内循环水在完全密闭条件工作，因此工作过程中避免了循环介质的蒸发损失，也不会出现一般水冷系统中出现的因结垢、长菌造成的堵塞，不会造成对热交换器及管道的腐蚀。在主循环冷却水回路内安装了电加热器7，这样可以防止在船舶环境下电力变换装置冷却系统出现的结露现象，提高了电力变换装置的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的水冷回路示意图；

图2为本实用新型的设备组成示意图；

图3为本实用新型的使用普通水-水热交换器时设备组成示意图；

图4为本实用新型的水冷设备机柜三层结构组成示意图；

图5为本实用新型的设备组成和采样仪表布置示意图；

图6为本实用新型的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

实施方式1：

结合图1～6，本具体实施方式的冷却系统是由热交换器4、主循环水泵5、电动三通阀6、电加热器7、离子交换器8、过滤器9、膨胀水罐10、补水泵11和海水过滤器12组成的，并合理安装在如图1所示的右侧水冷设备机柜内。整流功率模块1、直流变换功率模块2和逆变功率模块3的水冷散热器通过软管与主进水管和主回水管相连，形成冷却回路。所述热交换器4流入纯水的一侧是由不锈钢管制成，流入海水的一侧由钛管制成。所述的电动三通阀6和电加热器7安装在主循环冷却水回路内。

船舶上电力变换装置是由整流装置、直流变换装置和逆变装置构成的，三个装置都需要进行水冷散热，如果每个装置都装设一套水冷系统，将使电力变换装置在船上所占的空间增大，并且成本也大幅度增加，难以实现电力变换装置的高功率密度。由于三个装置总是并联在一起运行的，因此本实用新型是对于船舶上大功率电力变换装置采用一套水冷系统，同时对3个装置进行水冷散热。

本实用新型的电力变换装置冷却系统的水循环回路由图1所示。在电力变换装置内三个装置的机柜顶部和底部装设不锈钢水管，底部为主进水管，顶部为主回水管。1、2、3分别是装有水冷散热器的整流功率模块、直流变换功率模块、逆变功率模块。1、2、3的水冷散热器通过软管与主进水管和主回水管相连，形成冷却回路。由于三个功率模块散热功率不同，在软管与主进水管连接处安装可调阀门，来调节流入各个功率模块的流量。

吸收了功率模块耗散热的纯水流入热交换器4内。这时热交换器4采用的是纯水-海水热交换，也就是热交换器4的另一侧通过海水过滤器12(见图2)流入的是海水，海水吸收纯水的热量后又排入大海，因此，为了防止海水的腐蚀，热交换器的这一侧是由钛管制成的。图1中的黑色箭头代表的是密闭纯水循环回路，灰色箭头代表的是海水循环回路。为了满足设计规范和减少占有船舶的空间，所有水冷设备都安装在一个机柜内，如图3所示，机柜可以分为三层，顶层安装控制和监控系统，中层安装离子交换器、膨胀水罐、补水泵等，底层安装主循环泵、热交换器等。为了满足船舶实际航行中可能出现的横倾22.50、横摇22.50、纵倾100和纵摇100情况，各个水冷设备牢固地固定在三层的支架上，并且水冷设备机柜与船体紧紧固定在一起。如图1所示，从左到右四个机柜分别是整流机柜、直流变换机柜、逆变机柜和水冷设备机柜。

采用纯水及乙二醇(防冻)作循环介质，热量最后用热交换器4，通过海水将热量换出。水冷系统的主要设备组成如图2所示。为了保证水冷系统的可靠性，采用了两个主循环水泵5，两泵并联连接，一用一备。如果主循环水泵运行中出现故障或不能提供额定压力或流量，马上切换至备用主循环水泵，并发出报警信号。同时运行的主循环水泵连续运行一段时间后将自动切换，切换时系统流量和压力将保持稳定。电动三通阀6置于主循环冷却水回路，可调节流经热交换器的冷却水流量与不经过热交换器的冷却水流量的比例，用于冷却水温度调节。电加热器7置于主循环冷却水回路内，用于防止水循环系统结露。电加热器7运行时水冷系统正常运行，保持管路内冷却水的流动。出水温度低于250C时电加热器启动加热，水温度高于300C时电加热器自动停止加热。本冷却系统由于在高电压条件下工作，为避免冷却介质中存在杂质离子，导致各元件之间形成漏电流，因此安装了离子交换器8，保证冷却介质的纯度。为防止循环冷却水在快速流动中可能冲刷脱落的刚性颗粒进入各个阀组，设置了过滤器9。膨胀水罐10和补水泵11用于压力补偿。

工作原理：如图1、2、3、5、6所示，装有水冷散热器的整流功率模块1、直流变换功率模块2、逆变功率模块3的耗散热通过内循环系统流到热交换器4内，通过海水将其热量带走。主循环水泵5提供密闭纯水循环系统所需的动力。通过温度变送器、流量变送器、电阻率变送器、压力变送器等采样仪表以及可编程控制器、文体显示器、电磁阀、电动三通阀等设备，可以实现对水冷系统的控制和监测。

实施方式2：如果系统中采用普通的热交换器，可以在海水过滤器12后连接高压水泵13，再连接反渗透膜装置14，来达到海水淡化的目的，流入热交换器4内为淡水。流出的淡水可以根据船舶的需要进行分流和储存。其它组成与实施方式1相同。

实施方式3：为了对水冷系统进行控制和监测，在水冷系统中安装有温度变送器、流量变送器、电阻率变送器、压力变送器等采样仪表。其它组成与实施方式2相同。

水冷设备机柜采用三层结构，如图4所示。顶层安装控制和监控系统，其中包括可编程控制器、文体显示器等；中层安装离子交换器、膨胀水罐、补水泵等，以及温度变送器、流量变送器、电阻率变送器、压力变送器等采样仪表；底层安装主循环泵、热交换器等。

Claims (6)

1.船用大功率电力变换装置的冷却系统，包括并联的整流功率模块、直流变换功率模块、逆变功率模块，其特征是：还包括主循环水泵、热交换器、主进水管和主回水管，整流功率模块、直流变换功率模块、逆变功率模块均安装水冷散热器，三个水冷散热器通过主进水管和主回水管与热交换器相连形成冷却回路，主循环水泵安装在主进水管中。

2.根据权利要求1所述的船用大功率电力变换装置的冷却系统，其特征是：主回水管上安装电动三通阀和电加热器。

3.根据权利要求2所述的船用大功率电力变换装置的冷却系统，其特征是：主循环水泵和并联的三个水冷散热器之间依次安装过滤器、离子交换器、补水泵、膨胀水罐。

4.根据权利要求3所述的船用大功率电力变换装置的冷却系统，其特征是：所述的主循环水泵有两个，且并联在一起。

5.根据权利要求4所述的船用大功率电力变换装置的冷却系统，其特征是：热交换器的海水入口处安装海水过滤器。

6.根据权利要求5所述的船用大功率电力变换装置的冷却系统，其特征是：所述的海水过滤器和热交换器间安装高压水泵和反渗透膜装置。

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