一种带散热结构的变流器柜
技术领域
本实用新型涉及一种与冷却系统一体化的变流器柜。
背景技术
现有变流器柜(包括风电变流器柜、光伏逆变器柜)的冷却方式主要有两种,一种是外界空气在风机的推动下进入变流器柜内,形成强制对流冷却,属于开放式冷却系统;另一种是液体在水泵的推动下流经散热器形成一个闭式循环,达到冷却大功率装置的目的,属于闭式冷却系统。
如图1所示,采用空气冷却的开放式冷却系统的缺陷是,某些大功率装置(如变频器)属于开口系统,必须允许其与外界有物质和能量的交换,这样,外界的灰尘、沙土难以避免地会随着空气一起进入这些大功率装置内部,会对这些大功率装置内部结构满足安规要求造成巨大影响。为避免灰尘进入装置内部,提升整机防护等级,通常在设备开口处设置迷宫和开孔率较密的防尘棉对进入空气进行过滤,但是,这种防尘结构会对气流的流动产生较大阻力,降低气流流动速度,极大影响散热效果。
如图2所示,采用液体冷却的闭式冷却系统,尽管整机的防护等级有明显提升,但是,由于采用液体冷却存在液体渗漏风险,使得设备整机可靠性降低;同时,采用液体冷却,设备结构体型庞大,造价昂贵。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是,提供一种带散热结构的变流器柜,克服现有变流器柜的冷却方式不合理、液体冷却可靠性低、设备结构体型庞大、制造成本高的缺陷。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种带散热结构的变流器柜,包括相连的功率柜和功能柜;
该功率柜包括柜体A和安装在该柜体A内的变流器发热元器件;该功能柜包括柜体I和安装在该柜体I内的变流器配电元件和并网元件;
其特征在于,所述带散热结构的变流器柜还包括冷却系统,该冷却系统包括蒸发器风机、冷凝器风机、通过管路依次连接成封闭回路的蒸发器、压缩机、冷凝器,该封闭回路中包括制冷剂,所述蒸发器风机包括蒸发器风机I和蒸发器风机II;
所述柜体A包括隔板A,该隔板A将该柜体A密闭隔离为腔室A1和腔室A2,所述腔室A2位于所述腔室A1的上方或位于所述腔室A1的上部侧边;
所述变流器发热元器件、蒸发器、蒸发器风机I安装在该腔室A1内;该蒸发器风机I与蒸发器之间设置风腔I,蒸发器风机I推动该腔室A1内的空气流动;
所述蒸发器风机II与所述蒸发器相邻,该蒸发器风机II通过风腔II与该蒸发器通风口相连通,该蒸发器风机II的出风口与所述功能柜的柜体上部连通;所述功能柜的柜体下部与所述柜体A相邻接侧壁的下部连通;
所述冷凝器位于所述腔室A2内或作为所述腔室A2的腔壁,该冷凝器与所述冷凝器风机之间包括风腔III,该冷凝器风机位于所述腔室A2内或腔室A2之外并由该冷凝器风机驱动形成外循环;
所述压缩机安装在所述带散热结构的变流器柜的柜体中或柜体外。
在本实用新型的带散热结构的变流器柜中,所述腔室A1包括风道板,该风道板竖直布置并与所述隔板连接、两侧与柜体A两侧板内壁连接,所述蒸发器竖直布置,该风道板与所述蒸发器密闭连接,该风道板与所述蒸发器、柜体前门板、两侧壁板、底板和所述隔板构成安装所述变流器发热元器件的空间;该风道板与柜体A后壁板相间隔并与柜体A后壁板、两侧壁板、顶板和底板构成风道,该风道下端包括连通安装所述变流器发热元器件空间的下部通风口;该安装所述变流器发热元器件空间经所述蒸发器与该风道上部连通。
在本实用新型的带散热结构的变流器柜中,所述蒸发器与所述风道板密闭连接并位于安装所述变流器发热元器件内,所述蒸发器风机I、所述蒸发器风机II设置在所述风道内;
或所述蒸发器与所述风道板密闭连接并位于所述风道内,所述蒸发器风机I、所述蒸发器风机II设置在所述风道内。
在本实用新型的带散热结构的变流器柜中,所述蒸发器与所述变流器发热元器件之间设置风腔Ⅳ。
在本实用新型的带散热结构的变流器柜中,所述蒸发器风机I为轴流风机,该蒸发器风机I周边与所述风道的下部进风口周边密闭连接;或所述蒸发器风机I为离心风机;
所述蒸发器风机II为轴流风机或离心风机。
在本实用新型的带散热结构的变流器柜中,包括蒸发器托盘,该蒸发器托盘连接在所述柜体A的腔室A1内的安装结构上,所述蒸发器底部安装在该蒸发器托盘中,该蒸发器托盘包括通向所述柜体A外的排水口。
在本实用新型的带散热结构的变流器柜中,包括冷凝器托盘,该冷凝器托盘连接在所述柜体A的腔室A2内的安装结构上,所述冷凝器竖直布置,该冷凝器底部安装在该冷凝器托盘中,该冷凝器托盘包括通向所述柜体A外一侧或两侧的排水口。
在本实用新型的带散热结构的变流器柜中,所述柜体I为一个柜体;
或所述柜体I包括相邻接的柜体II和柜体III,所述变流器配电元件安装在该柜体II内,所述变流器并网元件安装在该柜体III内,该柜体II与该柜体III间的壁板包括连通孔,该连通孔在该壁板上由上至下分布;所述柜体III与所述柜体A相邻接,所述蒸发器风机II的出风口与所述柜体II上部连通或与所述柜体II上部及所述柜体III上部连通;或所述柜体II与所述柜体A相邻接,所述蒸发器风机II的出风口与所述柜体III上部连通或与所述柜体II上部及所述柜体III上部连通;
或所述柜体I包括柜体IV和柜体V,该柜体IV安装变流器配电元件和并网元件,该柜体V安装变流器配电元件和并网元件;或该柜体IV安装变流器配电元件,该柜体V安装变流器并网元件,该柜体IV和柜体V分别与所述柜体A相邻接,该柜体IV和柜体V与该柜体A之间的侧壁下部连通;所述蒸发器风机II包括蒸发器风机II-1和蒸发器风机II-2,该蒸发器风机II-1与该柜体IV上部连通,该蒸发器风机II-2与该柜体V上部连通。
在本实用新型的带散热结构的变流器柜中,所述蒸发器包括蒸发器I和蒸发器II,该蒸发器I沿所述柜体A的宽度方向设置,所述蒸发器II沿所述柜体A的厚度方向设置并临近所述柜体I,所述蒸发器风机II为轴流风机。
在本实用新型的带散热结构的变流器柜中,所述蒸发器沿所述柜体A的宽度方向设置;所述蒸发器风机II为离心风机。
实施本实用新型的带散热结构的变流器柜,与现有技术比较,其有益效果是:
1.由于采用冷却系统对封闭气流进行冷却,不但提高了变流器柜对发热功率器件及配电、并网元件的冷却效率,同时也提高了变流器柜的整机防护等级,提高了变流器柜的运行安全性;
2.通过对冷却系统的控制,可以控制冷却循环气流的入口温度恒定在25度左右,有效降低带散热结构的变流器柜系统凝露风险的发生;
3.将冷却系统与变流器主机系统一体化,整机结构更加合理,体积更小。
附图说明
图1是现有大功率装置采用开放式冷却系统的原理图。
图2是现有大功率装置采用闭式冷却系统的原理图。
图3是本实用新型的变流器柜结构的工作原理图。
图4是本实用新型带散热结构的变流器柜实施例一的正面结构示意图。
图5是本实用新型带散热结构的变流器柜实施例一的功率柜剖面结构示意图。
图6是本实用新型带散热结构的变流器柜实施例一的功率柜剖面另一种实施方式。
图7是本实用新型带散热结构的变流器柜实施例一的功率柜剖面另一种实施方式。
图8是本实用新型带散热结构的变流器柜实施例二的正面结构示意图。
图9是本实用新型带散热结构的变流器柜实施例二的功率柜剖面结构示意图。
图10是本实用新型带散热结构的变流器柜实施例二的俯视图。
图11是本实用新型带散热结构的变流器柜实施例三的正面结构示意图。
图12是本实用新型带散热结构的变流器柜实施例三的功率柜剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例一
如图3、图4所示,本实用新型的带散热结构的变流器柜包括相连的功率柜300和功能柜400。功率柜300包括柜体1和安装在该柜体1内的变流器发热元器件,功能柜400包括柜体I和安装在柜体I内的变流器配电元件和并网元件。
本实用新型的带散热结构的变流器柜还包括冷却系统,该冷却系统包括蒸发器风机、冷凝器风机13、通过管路依次连接成封闭回路的蒸发器2、压缩机15、冷凝器11,该管路包括膨胀阀等管路组件,封闭回路中填充制冷剂,实现制冷,蒸发器风机包括蒸发器风机4和蒸发器风机4-1。
本实用新型所称变流器发热元器件是指变流器工作时能够发热的变流器元器件,包括但不限于电抗器、电阻、功率单元、电容、接触器、断路器、继电器、变压器、霍尔传感器、电流互感器和电压互感器、UPS(不间断电源)、加热器、铜排;变流器配电元件包括但不限于接触器、断路器、继电器、变压器;变流器并网元件是包括但不限于断路器、接触器、UPS(不间断电源)、加热器。
如图5所示,柜体1包括隔板14,该隔板14将该柜体1密闭隔离为腔室A1和腔室A2,腔室A1位于腔室A2下方。隔板14可以由一个结构件构成,也可由多个结构件组合构成。
变流器发热元器件、蒸发器2、蒸发器风机4安装在腔室A1内,蒸发器风机4与蒸发器2之间设置风腔一3,蒸发器风机4推动腔室一内的空气流动,对变流器发热元器件进行冷却。
在本实施例中,蒸发器风机4、蒸发器风机4-1同时安装在腔室A1内,并与蒸发器2相邻;蒸发器风机4-1与蒸发器2之间设置风腔二(图中未示出)。蒸发器风机4-1的出风口与功能柜400的柜体上部连通,功能柜400的柜体下部与柜体A的腔室A1相邻接侧壁的下部连通。在其他实施例中蒸发器风机4-1也可安装在功能柜400中与腔室A1相邻的地方(具体地,可安装在与蒸发器2、蒸发器风机4相邻的地方)。
在本实施例中,变流器发热元器件包括由下而上安装在柜体1结构上的电抗器7、chopper电阻8和功率单元9,其中功率单元9由多个功率模块竖直并列安装在柜体1中。在其他实施例中,根据变流器的设计需要,变流器发热元器件可以包括由下而上安装在柜体1结构上的电抗器7和功率单元8,或变流器发热元器件只包括功率单元8,也可以采用其他变流器发热元器件的组合和布置顺序。
在本实施例中,为实现腔室A1内的气流内循环,提高冷却效率,采用如下结构:腔室A1包括风道板6,该风道板6竖直布置、两侧与柜体1两侧板内壁连接,蒸发器2竖直布置,风道板6与蒸发器2密闭连接(可以是蒸发器2的端面与风道板6的开孔密闭连接,也可以是蒸发器2的外周与风道板6上的开孔密闭连接或蒸发器2通过一结构件与风道板6的开孔密闭连接),该风道板6与蒸发器2、柜体1的前门板、两侧壁板、底板和隔板14构成安装变流器发热元器件的空间。该风道板6与柜体1后壁板相间隔并与柜体1的后壁板、两侧壁板、顶板和底板构成风道5,该风道5下端设置连通安装变流器发热元器件空间的下部通风口。该安装变流器发热元器件空间经蒸发器2(风道板6开设通风孔)与该风道5上部连通。上述结构构成的风道充分利用了柜体结构,保证柜体结构简单、紧凑,尺寸小,制造成本低。
上述“安装变流器发热元器件的空间”包括:柜体1安装变流器发热元器件的物理空间和该物理空间至蒸发器2进风面的导风风腔空间。
上述“风道”是指:连通“安装变流器发热元器件的空间”的下部通风口至蒸发器2后侧出风口的导风风腔空间。蒸发器2的后侧风口可以是蒸发器2自身的风口(当风机一4安装在风道下部通风口时),也可以是风机一4的风口(当风机一4经风腔一3连接蒸发器2时)。
在本实施例中,变流器发热元器件位于安装变流器发热元器件的空间的下部,蒸发器2位于安装变流器发热元器件的空间的上部。具体地,蒸发器2竖直布置(即冷凝器的进风面竖直布置)并与风道板6密闭连接。在其他实施例中,根据需要,可以将蒸发器水平布置(即冷凝器的进风面水平布置),也能够实现本发明目的。
在本实施例中,在蒸发器2与功率单元9之间设置风腔四10,将风流导入蒸发器2的通风口。同时风腔10也可确保风流从竖直并列安装在柜体1中的多个功率模块之间穿过,使功率单元9的降温效果更好。
在本实施例中,蒸发器风机4采用离心风机,该蒸发器风机4位于风道5内并与蒸发器2相邻,蒸发器风机4通过风腔一3与蒸发器2相连通,蒸发器风机4出风口向下。风流在蒸发器风机4的推动下,在风道5内向下运动,在安装变流器发热元器件空间内向上运动,经蒸发器进入风道5,形成内循环。在其他实施例中,蒸发器风机4可采用轴流风机,将蒸发器风机4设置在风道5的下部,蒸发器风机4的出风口或进风口为风道5下端的下部通风口(此时风道5成为蒸发器2与蒸发器风机4之间的风腔一3),也能够实现本发明目的。
在本实施例中,蒸发器风机4-1采用离心风机,该蒸发器风机4-1位于风道5内并与蒸发器2相邻,蒸发器风机4-1通过风腔二(图中未示出)与蒸发器2相连通,蒸发器风机4-1的出风口与功能柜400的柜体上部连通。风流在蒸发器风机4-1的推动下通向功能柜400的柜体上部,功能柜400的柜体下部与柜体A的腔室A1相邻接侧壁的下部连通,风流经过功能柜400从下部连通处进入腔室A1的下部,在腔室A1的安装变流器发热元器件空间内向上运动,经蒸发器进入风道5,形成内循环。
在其他实施例中,不设置风道5,不影响本实用新型基本发明目的的实现。
如图6、图7所示,腔室A2可位于所述腔室A1的上方,也可位于所述腔室A1的上部侧边,蒸发器2设置在风道5内,蒸发器风机4、蒸发器风机4-1也设置在风道5内。
在本实施例中,采用一个蒸发器。在其他实施例中,根据需要可以采用两个独立的蒸发器,均设置在腔室A1内。
为了避免蒸发器2的冷凝水漏入柜体内,设置蒸发器托盘(图中未示出),蒸发器竖直布置,将蒸发器托盘连接在柜体1的腔室A1内的安装结构上,蒸发器2的底部安装在蒸发器托盘中,蒸发器托盘设置通向柜体1之外的排水口。在其他实施例中,不设置蒸发器托盘,不影响本实用新型基本发明目的的实现。
如图5、图6所示,冷凝器11可以设置在腔室A2内,也可以作为腔室A2的腔壁,冷凝器11与冷凝器风机13之间设置风腔三12,冷凝器风机13设置在腔室A2内或腔室A2之外并由冷凝器风机13驱动形成外循环。
如图7所示,可以将腔室A2设置在风道5上方及安装变流器散热元器件空间的侧边。
为了避免冷凝器11的冷凝水漏入柜体内,设置冷凝器托盘(图中未示出),将冷凝器托盘连接在柜体1的腔室A2内的安装结构上,冷凝器11竖直布置,该冷凝器11的底部安装在该冷凝器托盘中,该冷凝器托盘包括通向柜体1之外一侧或两侧的排水口。在其他实施例中,不设置冷凝器托盘,不影响本实用新型基本发明目的的实现。
压缩机15可以设置在带散热结构的变流器柜的柜体中或柜体外,均能够实现本发明目的。
在其他实施例中,可以不设置风道板6和风道5,将变流器发热元器件、蒸发器、蒸发器风机安装在功率柜300柜体1的腔室A1内,将变流器发热元器件设置在腔室A1的下部,将蒸发器设置在变流器发热元器件的上部,蒸发器风机4与蒸发器2之间设置风腔3,蒸发器风机4推动该腔室A1内的空气流动,也能够实现本发明目的。
实施例二
如图8至图10所示,本实用新型的带散热结构的变流器柜包括功率柜300、配电柜200和并网柜100。
功率柜300如实施例一所述,配电柜200包括柜体B和安装在该柜体B内的变流器配电元件,并网柜100包括柜体C和安装在该柜体C中的变流器并网元件。其中,根据需要,功率柜300的柜体1中的腔室A2可延伸至与所述柜体1相邻接的柜体上方。
并网柜100与配电柜200相邻接,并网柜柜体与配电柜柜体间的壁板包括连通孔,该连通孔在该壁板上由上至下分布。将配电柜柜体与功率柜柜体相邻接,蒸发器风机4-1的出风口与并网柜柜体上部连通或蒸发器风机4-1的出风口与配电柜柜体上部及并网柜柜体上部连通。或将并网柜柜体与功率柜柜体相邻接,蒸发器风机4-1的出风口与配电柜柜体上部连通或蒸发器风机4-1的出风口与并网柜柜体上部及配电柜柜体上部连通。
冷却系统及冷凝器11、冷凝器风机13、13-1、压缩机15的设置与实施例一相同,在此不再赘述。
实施例三
如图11、图12所示,本实用新型的带散热结构的变流器柜包括功率柜300、功能柜500和功能柜600。
功率柜300包括柜体1和安装在该柜体1内的变流器发热元器件,结构与实施例一相同,在此不再赘述。
功能柜500包括柜体IV和安装在柜体IV中的变流器配电元件和并网元件,功能柜600包括柜体V和安装在柜体V中的变流器配电元件和并网元件;或者功能柜500包括柜体IV和安装在柜体IV中的变流器配电元件,功能柜600包括柜体V和安装在柜体V中的变流器并网元件。柜体IV和柜体V分别与功率柜300的柜体1相邻接,柜体IV和柜体V与该柜体1之间的侧壁下部连通。
蒸发器风机包括蒸发器风机4、蒸发器风机4-1和蒸发器风机4-2。蒸发器风机4-1与该柜体IV上部连通,蒸发器风机4-2与该柜体V上部连通。
冷凝器11、冷凝器风机13、压缩机15的设置与实施例一相同,在此不再赘述。
实施例四
本实施例与实施例一基本相同,区别在于:
蒸发器2采用两个蒸发器――蒸发器I和蒸发器II。其中,蒸发器I沿柜体1的宽度方向设置,蒸发器II沿柜体1的厚度方向设置并临近柜体1,蒸发器风机II采用轴流风机,该蒸发器风机II一端通过风腔连接蒸发器II的通风面、另一端连通与功率柜柜体相邻的柜体上部。