CN204069609U - 一种基于R134a的两相冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种基于R134a的两相冷却系统，其中包括：柜体，柜体内部下层底板上布置循环泵，分离罐和储液罐，柜体中层布置冷凝器，柜体前侧布置控制盘，柜体的左侧安装进出口法兰，进出口法兰包括进口法兰和出口法兰，进出口法兰通过软连接管外接电力电子设备散热器，电力电子设备散热器安装在电力电子设备上，所述的循环泵、冷凝器、分离罐、储液罐和软连接管构成的封闭式空间内，充有具有压力的R134a介质，本实用新型的优点是：本实用新型为封闭式冷却系统，具有良好的绝缘和抗冻性能，同时能使电力电子设备具有较好的均温性。

Description

一种基于R134a的两相冷却系统

技术领域

本实用新型涉及一种电力电子设备的冷却系统，尤其涉及一种基于R134a的两相冷却系统。

背景技术

大功率电力电子设备使用半导体功率器件IGBT等作为电子开关对交流电源进行整流，对直流电源进行逆变，并在变换过程中改变幅值、频率和相角等特征参数，从而完成特定目的的电能控制，满足工业上的使用要求，硅半导体功率器件开关频率从几百赫兹到几万赫兹不等，每开关一次均伴随有开关损耗产生热量；同时功率器件流过电流时自身存在电压降并转换成热量，此两部分的热量累加构成了功率器件的发热，功率器件正常工作的前提是PN结温度维持在一定范围以下(通常125摄氏度以下)，要求其产生的热量必须及时散出，否则造成过烧；传统冷却方式采用风冷，但是其冷却功率非常有限，环境适应性差，噪音大，造成其不适用于大功率恶劣环境和环评指标稍高的场合，水冷系统针对大功率恶劣环境，具有封闭式冷却的功能，但是由于水自身的绝缘性能较差，漏水造成的危害巨大，因此在高压场合可靠性和安全性不高，同时水的抗冻性能很差，使用环境温度受限，另一方面使用防冻液又会降低散热效果。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种封闭式冷却系统，具有良好的绝缘和抗冻性能，同时能使电力电子设备具有较好的均温性的基于R134a的两相冷却系统。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于R134a的两相冷却系统，其中包括：柜体，柜体内部下层底板上布置循环泵，，柜体前侧布置控制盘，柜体的左侧安装进出口法兰，进出口法兰包括进口法兰和出口法兰，进出口法兰通过软连接管外接电力电子设备散热器，电力电子设备散热器安装在电力电子设备上，其特点在于：所述的柜体中层布置冷凝器，所述的柜体内部下层底板上布置分离罐和储液罐，分离罐和储液罐安装在循环泵的一侧，所述的循环泵入口端使用软连接管连接分离罐下端出口处和储液罐下端出口处，分离罐上端出口处使用软连接管与冷凝器的上端连接，分离罐的中间出口位置使用软连接管与进口法兰连接，储液罐的上端出口处通过软连接管与冷凝器的下端连接，所述的循环泵、冷凝器、分离罐、储液罐和软连接管构成的封闭式空间内，充有具有压力的R134a介质，在压力作用下保持汽液两相共存状态，其中液态R134a密度高，主要位于循环泵、冷凝器、分离罐、储液罐和软连接管构成的封闭式空间内的下部，气态R134a密度小，主要位于循环泵、冷凝器、分离罐、储液罐和软连接管构成的封闭式空间内的上部。

根据所述的一种基于R134a的两相冷却系统，其特点在于：所述柜体内的冷凝器一旁可并联配置有副冷凝器。

根据所述的一种基于R134a的两相冷却系统，其特点在于：所述的冷凝器可以为风冷冷凝器或者水氟冷凝器。

根据所述的一种基于R134a的两相冷却系统，其特点在于：所述的循环泵的出口端配置止回阀，止回阀连接出口法兰。

根据所述的一种基于R134a的两相冷却系统，其特点在于：所述柜体内进出口法兰之间并联配置有旁路阀门。

根据所述的一种基于R134a的两相冷却系统，其特点在于：所述柜体内止回阀和出口法兰之间串联配置有干燥过滤器。

根据所述的一种基于R134a的两相冷却系统，其特点在于：所述的控制盘通过PLC可编程控制器处理，且控制盘上端安装人机界面和控制面板，所述的分离罐和储液罐上安装有监控压力表和液位传感器，所述的监控压力表、液位传感器与PLC可编程控制器相连接。

本实用新型的优点是：R134a的冰点为-103摄氏度，因此在本实用新型应用中完全不需要防冻措施，R134a的绝缘性能接近空气，是水的电阻率的100万倍，因此绝缘性能优良，同时R134a常温常压下闪发，无毒无害，是环保的冷却介质；本实用新型在使用时，液态R134a在循环泵的压力作用下送至电力电子设备散热器内部，通过传导和内部对流作用将电力电子设备热量传递给液态R134a，液态R134a吸收热量后汽化形成R134a汽液两相混合物，在电力电子设备散热器内部冷却电力电子设备时要确保液态R134a不会完全汽化，以避免形成过热气体，冷凝器的前端设置有分离罐，用于分离汽液两相R134a，仅使得气态R134a上升进入冷凝管道，液态R134a直接回流，气态R134a进入冷凝器使进行冷却，在循环泵的进口和冷凝器之间设置有储液罐，收集冷凝器流出的液态R134a，最终液态R134a回流至循环泵入口处，完成一次循环，由于两相冷却属于相变冷却的范围，而传统散热方式均为对流换热，在相同体积流量的情况下，两相冷却的散热能力是水冷却的8倍，是空气冷却的28000倍以上，因此两相冷却的流量小，噪音小，能耗低，同时由于在电力电子设备热源处，液态R134a不完全汽化，且汽化换热过程中，R134a温度维持恒定，这样可以确保所有电力电子设备散热器表面温度一致，极大地优化了整个系统的热平衡状况，也使得系统散热设计简化，电力电子设备散热器的任意串并联不会造成温度叠加；冷凝器分为冷凝器和副冷凝器两个并联，可以满足结构上的左右平衡，同时减小系统的流阻；由于R134a具有亲水性，在管道组装和充液过程中可能夹带空气中的水分，因此系统配置了干燥过滤器，用于保持液态R134a干燥；进出口法兰旁边并联旁路阀门，用于检修和快速断开；所述的循环泵的出口端配置止回阀，止回阀连接出口法兰，可防止R134a倒流，进而影响电力电子设备散热性能；监控压力表和液位传感器将信号统一送至PLC可编程控制器处理，使本实用新型具备自动监控运行功能；综上，本实用新型与传统风冷方式相比，具有以下优势：散热能力强，密闭式冷却，环境适应性强，流量小，噪音和能耗低，均温性好，占地面积小；而本使用新型与传统水冷方式相比，具有以下优势：散热能力强，均温性好，抗冻性好，绝缘性好，安全性高。

附图说明

图本1实用新型主视图结构示意图。

图2本实用新型后视图结构示意图。

图3本实用新型侧视图结构示意图。

附图中

1.储液罐，2.循环泵，3.止回阀，4.分离罐，5.柜体，6.控制盘，7.人机界面，8.控制面板，9.冷凝器，10.副冷凝器，11.监控压力表，12.干燥过滤器，13.旁路阀门，14.进出口法兰。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步描述：

一种基于R134a的两相冷却系统，如图1、2、3所示，其中包括：柜体5，柜体5内部下层底板上布置循环泵2，柜体5前侧布置控制盘6，柜体5的左侧安装进出口法兰14，进出口法兰14包括进口法兰和出口法兰，进出口法兰14通过软连接管外接电力电子设备散热器，电力电子设备散热器安装在电力电子设备上，所述的柜体5中层布置冷凝器9，所述的柜体5内部下层底板上布置分离罐4和储液罐1，分离罐4和储液罐1安装在循环泵2的一侧，所述的循环泵2入口端使用软连接管连接分离罐4下端出口处和储液罐1下端出口处，分离罐4上端出口处使用软连接管与冷凝器9的上端连接，分离罐9的中间出口位置使用软连接管与进口法兰连接，储液罐1的上端出口处通过软连接管与冷凝器9的下端连接，所述的循环泵2、冷凝器9、分离罐4、储液罐1和软连接管构成的封闭式空间内，充有具有压力的R134a介质，在压力作用下保持汽液两相共存状态，其中液态R134a密度高，主要位于循环泵2、冷凝器9、分离罐4、储液罐1和软连接管构成的封闭式空间内的下部，气态R134a密度小，主要位于循环泵2、冷凝器9、分离罐4、储液罐1和软连接管构成的封闭式空间内的上部。

在本实施例中：所述柜体5内的冷凝器9一旁可并联配置有副冷凝器10。

在本实施例中：所述的冷凝器9和副冷凝器10可以为风冷冷凝器或者水氟冷凝器。

在本实施例中：所述柜体5内进出口法兰14之间并联配置有旁路阀门13。

在本实施例中：所述柜体5内止回阀3和出口法兰之间串联配置有干燥过滤器12。

在本实施例中：所述的控制盘6通过PLC可编程控制器处理，且控制盘6上端安装人机界面7和控制面板8，所述的分离罐4和储液罐1上安装有监控压力表11和液位传感器，所述的监控压力表11、液位传感器与PLC可编程控制器相连接。

本实用新型有益效果：R134a的冰点为-103摄氏度，因此在本实用新型应用中完全不需要防冻措施，R134a的绝缘性能接近空气，是水的电阻率的100万倍，因此绝缘性能优良，同时R134a常温常压下闪发，无毒无害，是环保的冷却介质；本实用新型在使用时，液态R134a在循环泵的压力作用下送至电力电子设备散热器内部，通过传导和内部对流作用将电力电子设备热量传递给液态R134a，液态R134a吸收热量后汽化形成R134a汽液两相混合物，在电力电子设备散热器内部冷却电力电子设备时要确保液态R134a不会完全汽化，以避免形成过热气体，冷凝器9的前端设置有分离罐4，用于分离汽液两相R134a，仅使得气态R134a上升进入冷凝管道，液态R134a直接回流，气态R134a进入冷凝器9进行冷却，在循环泵2的进口和冷凝器9之间设置有储液罐1，收集冷凝器9流出的液态R134a，最终液态R134a回流至循环泵2入口处，完成一次循环，由于两相冷却属于相变冷却的范围，而传统散热方式均为对流换热，在相同体积流量的情况下，两相冷却的散热能力是水冷却的8倍，是空气冷却的28000倍以上，因此两相冷却的流量小，噪音小，能耗低，同时由于在电力电子设备热源处，液态R134a不完全汽化，且汽化换热过程中，R134a温度维持恒定，这样可以确保所有电力电子设备散热器表面温度一致，极大地优化了整个系统的热平衡状况，也使得系统散热设计简化，电力电子设备散热器的任意串并联不会造成温度叠加；冷凝器9旁并联副冷凝器10，可以满足结构上的左右平衡，同时减小系统的流阻；由于R134a具有亲水性，在管道组装和充液过程中可能夹带空气中的水分，因此系统配置了干燥过滤器12，用于保持液态R134a干燥；进出口法兰14旁边并联旁路阀门13，用于检修和快速断开；所述的循环泵2的出口端配置止回阀3，止回阀3连接出口法兰，可防止R134a倒流，进而影响电力电子设备散热性能；监控压力表11和液位传感器将信号统一送至PLC可编程控制器处理，使本实用新型具备自动监控运行功能；综上，本实用新型与传统风冷方式相比，具有以下优势：散热能力强，密闭式冷却，环境适应性强，流量小，噪音和能耗低，均温性好，占地面积小；而本使用新型与传统水冷方式相比，具有以下优势：散热能力强，均温性好，抗冻性好，绝缘性好，安全性高。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和保护范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于R134a的两相冷却系统，其中包括：柜体(5)，柜体(5)内部下层底板上布置循环泵(2)，柜体(5)前侧布置控制盘(6)，柜体(5)的左侧安装进出口法兰(14)，进出口法兰(14)包括进口法兰和出口法兰，进出口法兰(14)通过软连接管外接电力电子设备散热器，电力电子设备散热器安装在电力电子设备上，其特征在于：所述的柜体(5)中层布置冷凝器(9)，所述的柜体(5)内部下层底板上布置分离罐(4)和储液罐(1)，分离罐(4)和储液罐(1)安装在循环泵(2)的一侧，所述的循环泵(2)入口端使用软连接管连接分离罐(4)下端出口处和储液罐(1)下端出口处，分离罐(4)上端出口处使用软连接管与冷凝器(9)的上端连接，分离罐(9)的中间出口位置使用软连接管与进口法兰连接，储液罐(1)的上端出口处通过软连接管与冷凝器(9)的下端连接，所述的循环泵(2)、冷凝器(9)、分离罐(4)、储液罐(1)和软连接管构成的封闭式空间内，充有具有压力的R134a介质，在压力作用下保持汽液两相共存状态，其中液态R134a密度高，主要位于循环泵(2)、冷凝器(9)、分离罐(4)、储液罐(1)和软连接管构成的封闭式空间内的下部，气态R134a密度小，主要位于循环泵(2)、冷凝器(9)、分离罐(4)、储液罐(1)和软连接管构成的封闭式空间内的上部。

2.根据权利要求1所述的基于R134a的两相冷却系统，其特征在于：所述柜体(5)内的冷凝器(9)一旁可并联配置有副冷凝器(10)。

3.根据权利要求1所述的基于R134a的两相冷却系统，其特征在于：所述的冷凝器(9)和副冷凝器(10)可以为风冷冷凝器或者水氟冷凝器。

4.根据权利要求1所述的基于R134a的两相冷却系统，其特征在于：所述柜体(5)内进出口法兰(14)之间并联配置有旁路阀门(13)。

5.根据权利要求1所述的基于R134a的两相冷却系统，其特征在于：所述柜体(5)内止回阀(3)和出口法兰之间串联配置有干燥过滤器(12)。

6.根据权利要求1所述的基于R134a的两相冷却系统，其特征在于：所述的控制盘(6)通过PLC可编程控制器处理，且控制盘(6)上端安装人机界面(7)和控制面板(8)，所述的分离罐(4)和储液罐(1)上安装有监控压力表(11)和液位传感器，所述的监控压力表(11)、液位传感器与PLC可编程控制器相连接。