CN220493408U - 一种变流器液冷装置及系统 - Google Patents
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Abstract
一种变流器液冷装置,所述变流器中包含至少一个发热元件;包括:换热器、液冷板、循环管路、循环泵和冷却工质;其中,液冷板中装有冷却工质;液冷板与发热元件表面紧密贴合,或者发热元件部分或全部的浸没在液冷板中;液冷板和换热器通过循环管路相连,形成密闭的循环回路,循环回路中填充有冷却工质;循环泵安装于循环回路中,为液冷装置提供循环动力;液冷板和换热器安装于循环回路任意位置。本申请提供的一种变流器液冷装置,省去了常规液冷方案中的压缩机,结构简单,设备数量少,建设和运行成本低,安全可靠性高,为大容量高功率密度变流器的安全稳定运行提供了一种新的冷却解决方案。
Description
技术领域
本申请属于散热技术领域,具体地,涉及一种变流器液冷装置及系统。
背景技术
随着储能、光伏、风电等领域的快速发展,变流器作为其中的重要组成部分,大容量、高功率趋势越发明显,而设计上却趋于小型化、轻量化。这些因素导致变流器的产热功率和功率密度大幅提升,为保证设备的稳定可靠运行,对散热能力的要求越来越高。
现有技术中,变流器中关键发热元件一般通过风冷或液冷进行冷却。风冷方式结构简单,但存在散热器体积大、散热效率相对较低、风机噪声较大、使用环境要求高等缺陷,已经渐渐无法满足高功率密度散热需求。液冷方式可以满足当前变流器的散热需求,是应用越来越广泛的解决方案。液冷方式一般用过泵为冷却液的流动提供动力,通过压缩机为冷却液降温,通过强迫风冷换热器将热量带走。通常,泵、压缩机、换热器以及散热风扇、流量监测及控制装置等设备集成为冷水机组,需要柜内或者集装箱内预留足够的空间放置,且设备成本较高,设备数量众多也会降低系统的可靠性,增大故障的风险。此外,泵、压缩机、散热风扇等设备在运行过程中消耗电能,降低了冷却系统的经济适用性。
因此,需要开发一种新的变流器冷却系统。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的不足,本实用新型提供一种变流器液冷装置及系统,解决现有变流器冷却方案中存在的占地面积大、系统复杂、经济性差、可靠性低等问题。
本实用新型采用如下的技术方案。
变流器液冷装置包括换热器、液冷板、循环管路、循环泵和冷却工质;变流器中包含至少一个发热元件;液冷板中装有冷却工质;液冷板与发热元件表面紧密贴合,或者发热元件部分或全部的浸没在液冷板中;液冷板和换热器通过循环管路相连,形成密闭的冷却工质循环回路,回路中填充有冷却工质;循环泵安装于循环回路中,为液冷装置提供循环动力;液冷板和换热器安装于循环回路任意位置。
进一步地,变流器中发热元件与液冷板的布置形式包括:
每个发热元件单独使用一个液冷板;
多个或所有发热元件共用一个液冷板;
每个发热元件使用多个液冷板,液冷板之间的连接形式包括串联和/或并联。
进一步地,液冷板和换热器的布置形式包括:
每个液冷板单独连接一台换热器;
每个液冷板同时连接多台换热器,换热器之间的连接形式包括串联和/或并联;
多个液冷板共同连接一台换热器,液冷板之间的连接形式包括串联和/或并联。
进一步地,循环管路至少包含主管路;
当液冷板之间或换热器之间存在并联连接时,循环管路还包括支管路,支管路用于冷却工质的分流。
进一步地,循环泵安装于循环管路的主管路上。
进一步地,变流器液冷装置还包括储液箱;储液箱安装于循环管路的主管路上。
进一步地,液冷板与发热元件表面紧密贴合时,液冷板为密封腔体;
发热元件部分或全部浸没在液冷板中时,液冷板为具有与发热元件伸入位置相匹配的开窗的腔体,开窗通过密封圈或密封胶进行密封后形成密封腔体。
本申请还提出了一种变流器液冷系统,包括框架结构、变流器及如前任一项所述的变流器液冷装置;变流器和液冷板安装于框架结构内部;换热器安装于框架结构主体或独立安装于框架结构外部。
进一步地,变流器之间换热器的布置形式包括:
每个变流器连接其对应的换热器;
多个变流器共同连接公用的换热器。
进一步地,所述框架结构包括机柜、电力集装箱;
机柜之间换热器的布置形式包括:
每个机柜连接其对应的换热器;
多个机柜共同连接公用的换热器。
电力集装箱之间换热器的布置形式包括:
每个电力集装箱连接其对应的换热器;
多个电力集装箱共同连接公用的换热器。
本实用新型的有益效果在于,与现有技术相比:
(1)本申请的变流器液冷装置采用液冷冷却,冷却效率高,能够满足大容量、高功率密度变流器的散热需求,保证变流器的安全可靠运行。
(2)本申请的变流器液冷装置省去了常规液冷系统的核心设备压缩机,结构简单,设备数量少,系统可靠性高。
(3)本申请的变流器液冷装置,体积较大的换热器可灵活布置,可以有效的减小占地面积,提供场地利用率。且设备数量少是的建设成本和运行、运维成本都较低,具有良好的经济适用性。
附图说明
图1是本申请实施例中的一种变流器液冷装置的示意图;
图2是本申请实施例中的一种变流器液冷装置液冷板与变流器发热元件配置方式的示意图,图中一个发热元件使用多个液冷板;
图3是本申请实施例中的一种变流器液冷装置液冷板与变流器发热元件配置方式的示意图,图中多个发热元件使用一个液冷板;
图4是本申请实施例中的一种变流器液冷装置液冷板与换热器布置方式的示意图,图中多个液冷板使用一个换热器;
图5是本申请实施例中的一种变流器液冷装置液冷板与换热器布置方式的示意图,图中一个液冷板使用多个换热器;
图6是本申请实施例中的一种变流器液冷装置液冷板与变流器发热元件连接方式的示意图,图中发热元件部分浸没于液冷板中;
图7是本申请实施例中的一种变流器液冷装置液冷板与变流器发热元件连接方式的示意图,图中发热元件全部浸没于液冷板中;
图8是本申请实施例中的一种变流器液冷系统的示意图,图中换热器位于框架结构上;
图9是本申请实施例中的一种变流器液冷系统的示意图,图中换热器独立安装于框架结构外部;
图10是本申请实施例中的一种变流器液冷系统中变流器和换热器布置方式的示意图,图中多个变流器共用一个换热器;
图11是本申请实施例中的一种变流器液冷系统中换热器布置方式的示意图,图中多个框架结构共用一个换热器。
图1至11的附图标记说明如下:
1-变流器,2-发热元件,3-液冷板;4-循环管路,41-主管路,42-支管路;5-换热器;6-循环泵;7-储液箱;8-冷却工质;9-框架结构;10-换热器支撑架。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例,而不是全部实施例。基于本实用新型精神,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有所其它实施例,都属于本实用新型的保护范围。
如图1所示,本申请提供的一种变流器液冷装置包括换热器5、液冷板3、循环管路4、循环泵6和冷却工质8;变流器1中包含至少一个发热元件2;循环管路4包括主管路41;液冷板3中装有冷却工质8;液冷板3与发热元件2表面紧密贴合,或者发热元件2部分或全部的浸没在液冷板3中;液冷板3和换热器5通过循环管路4相连,形成密闭的冷却工质8循环回路,回路中填充有冷却工质8;循环泵6安装于循环回路中,为液冷装置提供循环动力;液冷板3和换热器5安装于循环回路任意位置。该变流器液冷装置无需常规液冷系统必备的核心部件压缩机,结构简单,设备数量少,成本低,可靠性高。
发热元件2的种类包括IGBT、电感和变压器。
图1所示为每个发热元件2使用一个液冷板3。
优选的,如图2所示,一个发热元件2使用多个液冷板3;液冷板3之间的连接形式包括串联和/或并联。
优选的,如图3所示,多个发热元件2或者所有发热元件2共用一个液冷板3。
图1所示为每个液冷板3单独连接一台换热器5。
优选的,如图4所示,多个液冷板3共同连接一台换热器5;液冷板3之间的连接形式包括串联和/或并联。
优选的,如图5所示,一个液冷板3同时连接多台换热器5;换热器5之间的连接形式包括串联和/或并联。
进一步的,当液冷板3之间或换热器5之间存在并联连接时,所述循环管路4还包括支管路42,如图4所示,此时循环管路4包括主管路41和支管路42。
循环泵6安装于主管路41上。
支管路42用于冷却工质的分流,保证各并联支路的冷却效果。
变流器液冷装置还包括储液箱7;储液箱7安装于循环管路4的主管路41上。
液冷板3的材质包括铝合金或铜质材料,其导热系数高,便于更高效的将发热元件2的功耗传导出去,降低发热元件2温度,保障发热元件2安全平稳运行。
如图1至图5所示的液冷板3与发热元件2表面紧密贴合,此时液冷板3为密封腔体,这种方式下冷却工质8与发热元件2完全隔离,整体结构简单,泄露风险更低。
图6所示为发热元件2部分浸没在液冷板3中,图7所示为发热元件2全部浸没在液冷板3中,此时液冷板3为具有与发热元件2伸入位置相匹配的开窗的腔体,开窗通过密封圈或密封胶进行密封后形成密封腔体。这种结构形式下热源与冷却工质8直接接触,接触面积大,换热效率更高,散热效果更好。
发热元件2可以如图1所示位于变流器1的内部,也可以如图6所示部分位于变流器1的外部,还可以如图7所示全部位于变流器1的外部。
换热器5的散热方式包括自然冷却、强迫风冷以及液冷。自然冷却不需要额外设备,能耗和成本较低,且系统噪声水平低;强迫风冷额外加装风扇,散热效果更好的同时成本增加不多;液冷方式额外成本较高但散热效果好,容易满足高功率密度散热需求。
换热器5的结构形式包括管壳式、管翅式、板式和热管式。
冷却工质8包括水、乙二醇水溶液、氟化液和矿物油。
循环管路4为绝缘阻燃材料,确保不为系统带来绝缘问题以及引入新的可燃物。
如图8所示,本申请还提出了一种变流器液冷系统,包括框架结构9、至少一个变流器1及至少一套如前任一项所述的变流器液冷装置。变流器1和液冷板3安装于框架结构9内部;换热器5安装于框架结构9本体上,包括内部和外部,优选安装于框架结构9本体顶上,不额外占用场地空间,提高场地利用率。优选的,换热器5独立安装于框架结构9外部,如图9所示,此时换热器5通过换热器支撑架10安装。这种布置形式便于全站或局域共用大型换热器5,简化管路连接,减小设备数量。
框架结构9包括机柜、电力集装箱。
如图1、图8、图9所示,变流器液冷系统中,每个变流器1连接其对应的换热器5,这种形式可灵活配置,适用于不同需求,且易于形成标准化产品。
优选的,如图10所示,多个变流器1共同连接公用的换热器5,这种形式下冷却系统管路连接更简单,设别数量少,可有效的降低设备投入,提高空间利用率。
如图8至图9所示的框架结构9之间换热器5的连接形式为每个框架结构9连接其对应的换热器5,这种配置形式配置灵活,便于在各种地形下灵活布置冷却系统。
优选的,如图11所示,多个框架结构9可共同连接公用的换热器5。此时便于全站或局域统筹换热器配置,简化全站冷却网络结构,减少设备数量,降低成本,提高场地利用率。
本实用新型的有益效果在于,与现有技术相比:
(1)本申请的变流器液冷装置采用液冷冷却,冷却效率高,能够满足大容量、高功率密度变流器的散热需求,保证变流器的安全可靠运行。
(2)本申请的变流器液冷装置省去了常规液冷系统的核心设备压缩机,结构简单,设备数量少,系统可靠性高。
(3)本申请的变流器液冷装置,体积较大的换热器可灵活布置,可以有效的减小占地面积,提供场地利用率。且设备数量少是的建设成本和运行、运维成本都较低,具有良好的经济适用性。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变流器液冷装置,所述变流器(1)中包括至少一个发热元件(2),其特征在于:
所述变流器液冷装置还包括换热器(5)、液冷板(3)、循环管路(4)、循环泵(6)和冷却工质(8);
液冷板(3)中装有冷却工质(8);液冷板(3)与发热元件(2)表面紧密贴合,或者发热元件(2)部分或全部地浸没在液冷板(3)中;
液冷板(3)和换热器(5)通过循环管路(4)相连,形成密闭的循环回路,循环回路中填充有冷却工质(8);
循环泵(6)安装于循环回路中,为液冷装置提供循环动力;
液冷板(3)和换热器(5)安装于循环回路任意位置。
2.根据权利要求1所述的一种变流器液冷装置,其特征在于:
变流器(1)中发热元件(2)与液冷板(3)的布置形式包括:
每个发热元件(2)单独使用一个液冷板(3);
或多个或所有发热元件(2)共用一个液冷板(3);
或每个发热元件(2)使用多个液冷板(3);
液冷板(3)之间的连接形式包括串联和/或并联。
3.根据权利要求1所述的一种变流器液冷装置,其特征在于:
液冷板(3)和换热器(5)的布置形式包括:
每个液冷板(3)单独连接一台换热器(5);
或每个液冷板(3)同时连接多台换热器(5),换热器(5)之间的连接形式包括串联和/或并联;
或多个液冷板(3)共同连接一台换热器(5),液冷板(3)之间的连接形式包括串联和/或并联。
4.根据权利要求1所述的一种变流器液冷装置,其特征在于:
循环管路(4)包含主管路(41);
当液冷板(3)之间或换热器(5)之间存在并联连接时,所述循环管路(4)还包括支管路(42),所述支管路(42)用于冷却工质(8)的分流。
5.根据权利要求4所述的一种变流器液冷装置,其特征在于:
循环泵(6)安装于循环管路(4)的主管路(41)上。
6.根据权利要求1所述的一种变流器液冷装置,其特征在于:
所述变流器液冷装置还包括储液箱(7);储液箱(7)安装于循环管路(4)的主管路(41)上。
7.根据权利要求1所述的一种变流器液冷装置,其特征在于:
液冷板(3)与发热元件(2)表面紧密贴合时,液冷板(3)为密封腔体;
发热元件(2)部分或全部浸没在液冷板(3)中时,液冷板(3)为具有与发热元件(2)伸入位置相匹配的开窗的腔体,开窗通过密封圈或密封胶进行密封后形成密封腔体。
8.一种变流器液冷系统,其特征在于:
包括框架结构(9)、变流器(1)及如权利要求1-7中任一项所述的变流器液冷装置;
变流器(1)和液冷板(3)安装于框架结构(9)内部;换热器(5)安装于框架结构(9)本体或通过换热器支撑架(10)独立安装于框架结构(9)外部。
9.根据权利要求8所述的一种变流器液冷系统,其特征在于:
变流器(1)之间换热器(5)的布置形式包括:
每个变流器(1)连接其对应的换热器(5);
或多个变流器(1)共同连接公用的换热器(5)。
10.根据权利要求8所述的一种变流器液冷系统,其特征在于:
所述框架结构(9)包括机柜、电力集装箱;
机柜之间换热器的布置形式包括:
每个机柜连接其对应的换热器(5);
或多个机柜共同连接公用的换热器(5);
电力集装箱之间换热器的布置形式包括:
每个电力集装箱连接其对应的换热器(5);
或多个电力集装箱共同连接公用的换热器(5)。
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