本發(fā)明屬于電氣設(shè)備冷卻技術(shù)，具體涉及一種用于電力設(shè)備密封柜體的換熱裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前高壓變頻器、整流柜、開關(guān)柜等大功率電力設(shè)備(以下稱電力設(shè)備)的功率越來越高，伴隨的是電力設(shè)備柜體內(nèi)部的發(fā)熱量越來越大，如果不能夠及時(shí)將柜體內(nèi)部的熱量散發(fā)，會(huì)導(dǎo)致柜體內(nèi)的電力器件出現(xiàn)故障，因此需要依靠散熱性能優(yōu)良、安全可靠、節(jié)能降耗的高性能散熱系統(tǒng)，保障電力設(shè)備的正常運(yùn)行。

以高壓變頻柜為例，現(xiàn)有電力設(shè)備的冷卻方式主要采取如下的技術(shù)方案：在變頻柜的主要發(fā)熱器件(如IGBT元件)上安裝散熱片，在散熱片周圍安裝高轉(zhuǎn)速的離心風(fēng)扇，通過空氣的強(qiáng)制對流冷卻，用于將IGBT的發(fā)熱量釋放到變頻柜周圍的環(huán)境中去。另外，變頻柜中其他的一些熱耗散功率較小的電子元器件也是通過這種空冷的方式將熱量釋放到周圍的環(huán)境中。而高壓變頻柜對空氣的潔凈度有一定的要求，因此高壓變頻柜需放置于密閉性良好的設(shè)備機(jī)房中，這就造成機(jī)房內(nèi)的空氣無法與機(jī)房外的空氣進(jìn)行熱對流散熱，為了降低機(jī)房的溫度，只能采用空調(diào)等輔助降溫設(shè)備來對機(jī)房進(jìn)行控溫，空調(diào)必須隨電力設(shè)備的運(yùn)行長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，這種方式造成了機(jī)房的巨大的能耗。這就導(dǎo)致變頻器在實(shí)現(xiàn)電氣節(jié)能的同時(shí)，還需要消耗大量的電能用于給變頻器降溫，導(dǎo)致變頻器的節(jié)能效果大打折扣。

申請?zhí)枮?01010148032.8的中國專利文件中公開的新型逆變器中包含一種散熱器，其通過蒸管中的氟利昂等冷卻介質(zhì)對逆變器箱體內(nèi)的熱量進(jìn)行蒸發(fā)、冷凝，實(shí)現(xiàn)熱量的散發(fā)，該種散熱裝置能夠有效地將逆變器(電力設(shè)備)中的熱量帶走，但是不能夠?qū)耋w內(nèi)部復(fù)雜分布的電力器件進(jìn)行均衡散熱，同時(shí)通過冷卻液對蒸管內(nèi)的冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻，容易因冷卻液泄露造成電力設(shè)備故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有的電力設(shè)備換熱裝置存在的技術(shù)缺陷，提供一種新型的用于電力設(shè)備的換熱裝置。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于電力設(shè)備的換熱裝置，包括設(shè)置在電力設(shè)備柜體內(nèi)部的空氣流動(dòng)組件和換熱組件，所述空氣流動(dòng)組件包括柜體內(nèi)部的風(fēng)道，所述風(fēng)道與柜體內(nèi)的發(fā)熱器件串聯(lián)分布；所述換熱組件包括封裝有工質(zhì)的熱管換熱器，所述熱管換熱器的低端伸入柜體內(nèi)形成蒸發(fā)端，所述蒸發(fā)端位于風(fēng)道的流通路徑上；所述熱管換熱器的高端伸出柜體外形成冷凝端，所述冷凝端與冷卻部件連接。

進(jìn)一步的，所述空氣流動(dòng)組件還包括設(shè)置在風(fēng)道中的第一風(fēng)扇，將風(fēng)道中的空氣驅(qū)動(dòng)至熱管換熱器的蒸發(fā)端。

進(jìn)一步的，所述第一風(fēng)扇的出風(fēng)端正對熱管換熱器的蒸發(fā)端設(shè)置。

進(jìn)一步的，若干平行的所述熱管換熱器平行陣列排布，所有熱管換熱器的底部蒸發(fā)端通過一根母管并聯(lián)成一體。

進(jìn)一步的，所述熱管換熱器的外徑為3-20mm，管壁厚度為0.1-2mm，長度是柜體高度的30％-100％。

進(jìn)一步的，所述熱管換熱器的外壁設(shè)有翅片。

優(yōu)選的，所述熱管內(nèi)封裝的工質(zhì)為氟利昂、丙酮、乙醇、水中的至少一種。

在本發(fā)明中，所述冷卻部件為風(fēng)冷部件。

本發(fā)明的換熱組件采用翅片式的熱管換熱器陣列，熱管換熱器按照柜體內(nèi)外分布區(qū)分為蒸發(fā)端和冷凝端，蒸發(fā)端與電力設(shè)備的柜體內(nèi)部直接接觸，用于吸收柜體內(nèi)部發(fā)熱器件所釋放的熱量，熱管換熱器的冷凝端伸出至柜體的外部，用于將熱量釋放給柜體外部的空氣。

柜體內(nèi)設(shè)置與熱管換熱器的蒸發(fā)端上對接的第一風(fēng)扇，通過風(fēng)道收集柜體內(nèi)發(fā)熱器件的熱量并輸送到熱管換熱器的蒸發(fā)端，熱管換熱器內(nèi)部的工質(zhì)吸收熱量后發(fā)生氣液相變，由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵瑲庀嗟墓べ|(zhì)通過蒸騰作用無動(dòng)力地輸送到熱管的冷凝端，在冷凝端凝結(jié)成液相后通過重力的作用重新回流到蒸發(fā)端，冷凝的過程中將工質(zhì)的熱量通過冷凝端散發(fā)到柜體外部。

本發(fā)明還在熱管換熱器的冷凝端外側(cè)安裝有第二風(fēng)扇，將工質(zhì)冷凝釋放的熱量高效的排放到柜體外部的空氣中。由于熱管換熱器內(nèi)部工質(zhì)發(fā)生相變的換熱系數(shù)遠(yuǎn)高于熱管換熱器外部空氣的對流換熱系數(shù)，因此在熱管換熱器蒸發(fā)端和冷凝端的外表面加工有散熱翅片，用于擴(kuò)展熱管外表面的換熱面積。

本發(fā)明將若干根熱管換熱器陣列的底部設(shè)置一根母管，將每根熱管換熱器連接在一起，由此方便熱管的充裝，在換熱過程中，熱管換熱器陣列僅將柜體內(nèi)部產(chǎn)生的熱量傳遞給柜體外側(cè)的空氣，柜體內(nèi)外并沒有發(fā)生空氣的質(zhì)量交換，在控制電力設(shè)備柜體內(nèi)部電子元器件溫度的同時(shí)，從根本上避免了由于電力設(shè)備柜體內(nèi)外空氣發(fā)生交換而帶來的電子器件污染問題。

由上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)㈦娏υO(shè)備柜體內(nèi)部的熱量高效的傳遞到柜體外部，在不產(chǎn)生柜體內(nèi)外空氣交換的條件下，降低電力設(shè)備內(nèi)部電子元器件溫度。由于柜體內(nèi)外的空氣不產(chǎn)生流動(dòng)交換，可以有效保證變頻柜內(nèi)部的潔凈度，更重要的是可以關(guān)閉電力設(shè)備所在機(jī)房空調(diào)的運(yùn)行，節(jié)省空調(diào)的耗電及初投資，尤其是對于潔凈度要求較高的機(jī)房，采用本發(fā)明的方案可將機(jī)柜可以直接放置于戶外，節(jié)省了機(jī)房的建設(shè)和運(yùn)營成本。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為實(shí)施例中的柜體內(nèi)部的空氣流動(dòng)組件和換熱組件的位置關(guān)系示意圖。

圖2為實(shí)施例中的熱管換熱器示意圖。

圖中標(biāo)號：1-高壓變頻柜，11-發(fā)熱器件，2-空氣流動(dòng)組件，21-第一風(fēng)扇，22-風(fēng)道，3-換熱組件，301-蒸發(fā)端，302-冷凝端，31-第二風(fēng)扇，32-熱管換熱器，33-母管，34-翅片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

參見圖1，圖示中的高壓變頻柜1采用了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，包括設(shè)置在柜體內(nèi)的空氣流動(dòng)組件2和換熱組件3。

具體的，空氣流動(dòng)組件2包括設(shè)置在高壓變頻柜1的柜體內(nèi)部的風(fēng)道22和第一風(fēng)扇21，風(fēng)道22按照高壓變頻柜1的柜體內(nèi)部設(shè)置的發(fā)熱器件11進(jìn)行布置，將所有發(fā)熱器件11串聯(lián)22在一個(gè)風(fēng)道路徑(圖示中的箭頭路徑)上，風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口位于柜體1內(nèi)部發(fā)熱器件11的外表面處，風(fēng)道22的出風(fēng)口對準(zhǔn)換熱組件3的蒸發(fā)端，風(fēng)道22中流通的空氣能夠?qū)⑺邪l(fā)熱器件11表面產(chǎn)生的熱量進(jìn)行傳遞至換熱組件3進(jìn)行散熱，風(fēng)道22的出風(fēng)端正對換熱組件3的蒸發(fā)端301，熱空氣沿風(fēng)道22的路徑流動(dòng)到此，熱量與熱管換熱器內(nèi)部的工質(zhì)發(fā)生熱交換后，冷卻的空氣從風(fēng)道22的出風(fēng)口繼續(xù)在柜體內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。風(fēng)道22能夠高效地組織柜體1內(nèi)的空氣流動(dòng)，確保柜體內(nèi)部的每個(gè)元器件都能夠獲得有效的溫度控制，并且有效地將熱空氣組織輸送至熱管換熱器進(jìn)行熱交換。

風(fēng)道22中設(shè)置第一風(fēng)扇21作為空氣流動(dòng)的動(dòng)力器件，驅(qū)動(dòng)柜體內(nèi)部的空氣沿風(fēng)道22循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱空氣的循環(huán)流動(dòng)。如圖1所示，本實(shí)施例中的第一風(fēng)扇21采用軸流風(fēng)扇，第一風(fēng)扇21的出風(fēng)端正對熱管換熱器的蒸發(fā)端301。

如圖2所示，本實(shí)施例中的換熱組件3采用包括一根母管33和若干根熱管換熱器32，其中熱管換熱器32采用傳熱良好的管道，如銅管，在熱管換熱器32內(nèi)填裝一定容量的工質(zhì)，工質(zhì)可根據(jù)變頻柜的功率大小采用氟利昂、丙酮、乙醇、水中的至少一種，熱管換熱器32的兩端封閉，將工質(zhì)封裝在熱管換熱器32內(nèi)，熱管換熱器32非水平的布置在變頻柜的柜體1內(nèi)，其中熱管換熱器32的低端位于柜體1內(nèi)，形成換熱組件3的蒸發(fā)端301，蒸發(fā)端301位于柜體內(nèi)風(fēng)道22中，正對第一風(fēng)扇21設(shè)置，保證風(fēng)道22中的流動(dòng)熱空氣能夠與熱管換熱器接觸；熱管換熱器32的高端伸出柜體1外部，形成換熱組件3的冷凝端302，在冷凝端302設(shè)置冷卻部件，輔助加速熱管換熱器32內(nèi)的工質(zhì)快速冷凝。

在本實(shí)施例中，熱管換熱器32安裝于高壓變頻柜1的柜體的某一側(cè)面，為保證變頻柜內(nèi)部空氣的潔凈度，要求將熱管換熱器32和柜體1之間密封固連，隔絕柜體內(nèi)部空氣和外部空氣之間的交互，保持變頻柜柜體的密封性的同時(shí)，有效隔絕柜體外部空氣中的粉塵雜質(zhì)進(jìn)入到柜體1內(nèi)。兩根以上的熱管換熱器32平行陣列排布，并在低端與母管33一體并聯(lián)連接，將所有的熱管換熱器32及母管33形成一個(gè)整體部件，便于換熱組件的安裝檢修。母管33采用與熱管換熱器32相同的傳熱效果良好的材質(zhì)管道，如銅管，母管33和熱管換熱器32之間可焊接固連。

熱管換熱器32的數(shù)量需要根據(jù)變頻柜的功率確定，可以由一根到多根組成，多根熱管通過底部的母管33并聯(lián)在一起封裝，熱管換熱器32采用頂端封口的管道，底端直接與母管焊接封閉，實(shí)現(xiàn)熱管換熱器封裝的便利性，減少封裝成本，也可形成多排熱管陣列，增加系統(tǒng)的傳熱量。熱管換熱器32的管道外徑在3-20mm，管道壁厚0.1-2mm，長度根據(jù)變頻柜的高度和功率確定，長度是柜體高度的30％-100％，這種尺寸的熱管有利于實(shí)現(xiàn)最佳的傳熱性能。

換熱組件3還包括設(shè)置在柜體外部的冷卻部件，本實(shí)施例的冷卻部件采用風(fēng)冷部件，如圖2中所示的第二風(fēng)扇31，第二風(fēng)扇31的出風(fēng)口正對熱管換熱器32，對熱管內(nèi)部形成氣相的工質(zhì)進(jìn)行快速冷凝。第二風(fēng)扇31和第一風(fēng)扇的不同之處在于，第一風(fēng)扇是將柜體內(nèi)的熱空氣推動(dòng)至換熱組件3的蒸發(fā)端301，輔助熱管內(nèi)的工質(zhì)快速吸熱進(jìn)行氣相相變，而第二風(fēng)扇31則是將柜體外的冷空氣與換熱組件3的冷凝端302進(jìn)行換熱，輔助熱管內(nèi)的工質(zhì)快速冷凝液相相變。

為了提高換熱組件的換熱效率，在熱管換熱器32的外表面分別設(shè)有翅片34，翅片34通過焊接或其他固定方式將所有的熱管換熱器32外表面連接，提高熱管換熱器32的換熱面積的同時(shí)，還可提高多根熱管換熱器32之間一體連接的可靠性。翅片按照柜體內(nèi)外的位置分為兩個(gè)區(qū)域，其作用也相反，其中，靠近蒸發(fā)端的翅片的作用是為了加快柜體內(nèi)部的熱空氣向熱管內(nèi)部工質(zhì)傳遞熱量，而靠近冷凝端的翅片作用是為了加快熱管內(nèi)部的氣相工質(zhì)向外部傳遞熱量。

熱管表面的翅片34的數(shù)量和翅片尺寸也是根據(jù)變頻柜的功率確定，在實(shí)際應(yīng)用中，第一風(fēng)扇和第二風(fēng)扇的風(fēng)量及風(fēng)壓的選擇亦需要根據(jù)變頻柜的實(shí)際工作情況確定。

在應(yīng)用本實(shí)施例的變頻柜進(jìn)入工作狀態(tài)后，柜體內(nèi)部的IGBT等元器件開始發(fā)熱，第一風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)變頻柜內(nèi)的空氣在IGBT等元器件表面流動(dòng)，沿風(fēng)道帶走IGBT等元器件產(chǎn)生的熱量，此時(shí)風(fēng)道中流動(dòng)的空氣溫度升高，高溫空氣在流經(jīng)熱管換熱器32的蒸發(fā)端301后將熱量釋放給熱管內(nèi)部的工質(zhì)，溫度降低并重新循環(huán)流動(dòng)到變頻柜的柜體內(nèi)部其他區(qū)域。熱管換熱器32的蒸發(fā)端301吸收熱量后，其內(nèi)部的工質(zhì)發(fā)生氣液相變，將吸收熱量氣相后的工質(zhì)無動(dòng)力的蒸騰到熱管換熱器32的冷凝端302，在冷凝端的氣相工質(zhì)冷凝后變成液體在自身重力的作用下重新回流到熱管換熱器23的蒸發(fā)端。在冷凝端的外側(cè)安裝的第二風(fēng)扇31，將冷凝端302的熱量及時(shí)傳遞到周圍的空氣中。

以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的具體工作原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。