一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其中包括：柜體，柜體內(nèi)部下層底板上布置循環(huán)泵，分離罐和儲液罐，柜體中層布置冷凝器，柜體前側(cè)布置控制盤，柜體的左側(cè)安裝進(jìn)出口法蘭，進(jìn)出口法蘭包括進(jìn)口法蘭和出口法蘭，進(jìn)出口法蘭通過軟連接管外接電力電子設(shè)備散熱器，電力電子設(shè)備散熱器安裝在電力電子設(shè)備上，所述的循環(huán)泵、冷凝器、分離罐、儲液罐和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)，充有具有壓力的R134a介質(zhì)，本實用新型的優(yōu)點是：本實用新型為封閉式冷卻系統(tǒng)，具有良好的絕緣和抗凍性能，同時能使電力電子設(shè)備具有較好的均溫性。
【專利說明】—種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電力電子設(shè)備的冷卻系統(tǒng)，尤其涉及一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]大功率電力電子設(shè)備使用半導(dǎo)體功率器件IGBT等作為電子開關(guān)對交流電源進(jìn)行整流，對直流電源進(jìn)行逆變，并在變換過程中改變幅值、頻率和相角等特征參數(shù)，從而完成特定目的的電能控制，滿足工業(yè)上的使用要求，硅半導(dǎo)體功率器件開關(guān)頻率從幾百赫茲到幾萬赫茲不等，每開關(guān)一次均伴隨有開關(guān)損耗產(chǎn)生熱量；同時功率器件流過電流時自身存在電壓降并轉(zhuǎn)換成熱量，此兩部分的熱量累加構(gòu)成了功率器件的發(fā)熱，功率器件正常工作的前提是PN結(jié)溫度維持在一定范圍以下(通常125攝氏度以下)，要求其產(chǎn)生的熱量必須及時散出，否則造成過燒；傳統(tǒng)冷卻方式采用風(fēng)冷，但是其冷卻功率非常有限，環(huán)境適應(yīng)性差，噪音大，造成其不適用于大功率惡劣環(huán)境和環(huán)評指標(biāo)稍高的場合，水冷系統(tǒng)針對大功率惡劣環(huán)境，具有封閉式冷卻的功能，但是由于水自身的絕緣性能較差，漏水造成的危害巨大，因此在高壓場合可靠性和安全性不高，同時水的抗凍性能很差，使用環(huán)境溫度受限，另一方面使用防凍液又會降低散熱效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種封閉式冷卻系統(tǒng)，具有良好的絕緣和抗凍性能，同時能使電力電子設(shè)備具有較好的均溫性的基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其中包括:柜體，柜體內(nèi)部下層底板上布置循環(huán)泵，，柜體前側(cè)布置控制盤，柜體的左側(cè)安裝進(jìn)出口法蘭，進(jìn)出口法蘭包括進(jìn)口法蘭和出口法蘭，進(jìn)出口法蘭通過軟連接管外接電力電子設(shè)備散熱器，電力電子設(shè)備散熱器安裝在電力電子設(shè)備上，其特點在于:所述的柜體中層布置冷凝器，所述的柜體內(nèi)部下層底板上布置分離罐和儲液罐，分離罐和儲液罐安裝在循環(huán)泵的一側(cè)，所述的循環(huán)泵入口端使用軟連接管連接分離罐下端出口處和儲液罐下端出口處，分離罐上端出口處使用軟連接管與冷凝器的上端連接，分離罐的中間出口位置使用軟連接管與進(jìn)口法蘭連接，儲液罐的上端出口處通過軟連接管與冷凝器的下端連接，所述的循環(huán)泵、冷凝器、分離罐、儲液罐和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)，充有具有壓力的Rl34a介質(zhì)，在壓力作用下保持汽液兩相共存狀態(tài)，其中液態(tài)R134a密度高，主要位于循環(huán)泵、冷凝器、分離罐、儲液罐和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)的下部，氣態(tài)R134a密度小，主要位于循環(huán)泵、冷凝器、分離罐、儲液罐和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)的上部。
[0006]根據(jù)所述的一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特點在于:所述柜體內(nèi)的冷凝器一旁可并聯(lián)配置有副冷凝器。
[0007]根據(jù)所述的一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特點在于:所述的冷凝器可以為風(fēng)冷冷凝器或者水氟冷凝器。
[0008]根據(jù)所述的一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特點在于:所述的循環(huán)泵的出口端配置止回閥，止回閥連接出口法蘭。
[0009]根據(jù)所述的一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特點在于:所述柜體內(nèi)進(jìn)出口法蘭之間并聯(lián)配置有旁路閥門。
[0010]根據(jù)所述的一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特點在于:所述柜體內(nèi)止回閥和出口法蘭之間串聯(lián)配置有干燥過濾器。
[0011 ] 根據(jù)所述的一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特點在于:所述的控制盤通過PLC可編程控制器處理，且控制盤上端安裝人機界面和控制面板，所述的分離罐和儲液罐上安裝有監(jiān)控壓力表和液位傳感器，所述的監(jiān)控壓力表、液位傳感器與PLC可編程控制器相連接。
[0012]本實用新型的優(yōu)點是:R134a的冰點為-103攝氏度，因此在本實用新型應(yīng)用中完全不需要防凍措施，R134a的絕緣性能接近空氣，是水的電阻率的100萬倍，因此絕緣性能優(yōu)良，同時R134a常溫常壓下閃發(fā)，無毒無害，是環(huán)保的冷卻介質(zhì)；本實用新型在使用時，液態(tài)R134a在循環(huán)泵的壓力作用下送至電力電子設(shè)備散熱器內(nèi)部，通過傳導(dǎo)和內(nèi)部對流作用將電力電子設(shè)備熱量傳遞給液態(tài)R134a，液態(tài)R134a吸收熱量后汽化形成R134a汽液兩相混合物，在電力電子設(shè)備散熱器內(nèi)部冷卻電力電子設(shè)備時要確保液態(tài)R134a不會完全汽化，以避免形成過熱氣體，冷凝器的前端設(shè)置有分離罐，用于分離汽液兩相R134a，僅使得氣態(tài)Rl34a上升進(jìn)入冷凝管道，液態(tài)Rl34a直接回流，氣態(tài)Rl34a進(jìn)入冷凝器使進(jìn)行冷卻，在循環(huán)泵的進(jìn)口和冷凝器之間設(shè)置有儲液罐，收集冷凝器流出的液態(tài)R134a，最終液態(tài)R134a回流至循環(huán)泵入口處，完成一次循環(huán)，由于兩相冷卻屬于相變冷卻的范圍，而傳統(tǒng)散熱方式均為對流換熱，在相同體積流量的情況下，兩相冷卻的散熱能力是水冷卻的8倍，是空氣冷卻的28000倍以上，因此兩相冷卻的流量小，噪音小，能耗低，同時由于在電力電子設(shè)備熱源處，液態(tài)R134a不完全汽化，且汽化換熱過程中，R134a溫度維持恒定，這樣可以確保所有電力電子設(shè)備散熱器表面溫度一致，極大地優(yōu)化了整個系統(tǒng)的熱平衡狀況，也使得系統(tǒng)散熱設(shè)計簡化，電力電子設(shè)備散熱器的任意串并聯(lián)不會造成溫度疊加；冷凝器分為冷凝器和副冷凝器兩個并聯(lián)，可以滿足結(jié)構(gòu)上的左右平衡，同時減小系統(tǒng)的流阻；由于R134a具有親水性，在管道組裝和充液過程中可能夾帶空氣中的水分，因此系統(tǒng)配置了干燥過濾器，用于保持液態(tài)R134a干燥；進(jìn)出口法蘭旁邊并聯(lián)旁路閥門，用于檢修和快速斷開；所述的循環(huán)泵的出口端配置止回閥，止回閥連接出口法蘭，可防止R134a倒流，進(jìn)而影響電力電子設(shè)備散熱性能；監(jiān)控壓力表和液位傳感器將信號統(tǒng)一送至PLC可編程控制器處理，使本實用新型具備自動監(jiān)控運行功能；綜上，本實用新型與傳統(tǒng)風(fēng)冷方式相比，具有以下優(yōu)勢:散熱能力強，密閉式冷卻，環(huán)境適應(yīng)性強，流量小，噪音和能耗低，均溫性好，占地面積小；而本使用新型與傳統(tǒng)水冷方式相比，具有以下優(yōu)勢:散熱能力強，均溫性好，抗凍性好，絕緣性好，安全性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖本I實用新型主視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2本實用新型后視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3本實用新型側(cè)視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖中
[0017]1.儲液罐，2.循環(huán)泵，3.止回閥，4.分離罐，5.柜體，6.控制盤，7.人機界面，8.控制面板，9.冷凝器，10.副冷凝器，11.監(jiān)控壓力表，12.干燥過濾器，13.旁路閥門，14.進(jìn)出口法蘭。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述:
[0019]一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，如圖1、2、3所示，其中包括:柜體5，柜體5內(nèi)部下層底板上布置循環(huán)泵2，柜體5前側(cè)布置控制盤6，柜體5的左側(cè)安裝進(jìn)出口法蘭14，進(jìn)出口法蘭14包括進(jìn)口法蘭和出口法蘭，進(jìn)出口法蘭14通過軟連接管外接電力電子設(shè)備散熱器，電力電子設(shè)備散熱器安裝在電力電子設(shè)備上，所述的柜體5中層布置冷凝器9，所述的柜體5內(nèi)部下層底板上布置分離罐4和儲液罐1，分離罐4和儲液罐I安裝在循環(huán)泵2的一側(cè)，所述的循環(huán)泵2入口端使用軟連接管連接分離罐4下端出口處和儲液罐I下端出口處，分離罐4上端出口處使用軟連接管與冷凝器9的上端連接，分離罐9的中間出口位置使用軟連接管與進(jìn)口法蘭連接，儲液罐I的上端出口處通過軟連接管與冷凝器9的下端連接，所述的循環(huán)泵2、冷凝器9、分離罐4、儲液罐I和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)，充有具有壓力的R134a介質(zhì)，在壓力作用下保持汽液兩相共存狀態(tài)，其中液態(tài)R134a密度高，主要位于循環(huán)泵2、冷凝器9、分離罐4、儲液罐I和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)的下部，氣態(tài)R134a密度小，主要位于循環(huán)泵2、冷凝器9、分離罐4、儲液罐I和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)的上部。
[0020]在本實施例中:所述柜體5內(nèi)的冷凝器9 一旁可并聯(lián)配置有副冷凝器10。
[0021]在本實施例中:所述的冷凝器9和副冷凝器10可以為風(fēng)冷冷凝器或者水氟冷凝器。
[0022]在本實施例中:所述柜體5內(nèi)進(jìn)出口法蘭14之間并聯(lián)配置有旁路閥門13。
[0023]在本實施例中:所述柜體5內(nèi)止回閥3和出口法蘭之間串聯(lián)配置有干燥過濾器12。
[0024]在本實施例中:所述的控制盤6通過PLC可編程控制器處理，且控制盤6上端安裝人機界面7和控制面板8，所述的分離罐4和儲液罐I上安裝有監(jiān)控壓力表11和液位傳感器，所述的監(jiān)控壓力表11、液位傳感器與PLC可編程控制器相連接。
[0025]本實用新型有益效果:R134a的冰點為-103攝氏度，因此在本實用新型應(yīng)用中完全不需要防凍措施，R134a的絕緣性能接近空氣，是水的電阻率的100萬倍，因此絕緣性能優(yōu)良，同時R134a常溫常壓下閃發(fā)，無毒無害，是環(huán)保的冷卻介質(zhì)；本實用新型在使用時，液態(tài)Rl34a在循環(huán)泵的壓力作用下送至電力電子設(shè)備散熱器內(nèi)部，通過傳導(dǎo)和內(nèi)部對流作用將電力電子設(shè)備熱量傳遞給液態(tài)R134a，液態(tài)R134a吸收熱量后汽化形成R134a汽液兩相混合物，在電力電子設(shè)備散熱器內(nèi)部冷卻電力電子設(shè)備時要確保液態(tài)R134a不會完全汽化，以避免形成過熱氣體，冷凝器9的前端設(shè)置有分離罐4，用于分離汽液兩相R134a，僅使得氣態(tài)R134a上升進(jìn)入冷凝管道，液態(tài)R134a直接回流，氣態(tài)R134a進(jìn)入冷凝器9進(jìn)行冷卻，在循環(huán)泵2的進(jìn)口和冷凝器9之間設(shè)置有儲液罐1，收集冷凝器9流出的液態(tài)R134a，最終液態(tài)R134a回流至循環(huán)泵2入口處，完成一次循環(huán)，由于兩相冷卻屬于相變冷卻的范圍，而傳統(tǒng)散熱方式均為對流換熱，在相同體積流量的情況下，兩相冷卻的散熱能力是水冷卻的8倍，是空氣冷卻的28000倍以上，因此兩相冷卻的流量小，噪音小，能耗低，同時由于在電力電子設(shè)備熱源處，液態(tài)R134a不完全汽化，且汽化換熱過程中，R134a溫度維持恒定，這樣可以確保所有電力電子設(shè)備散熱器表面溫度一致，極大地優(yōu)化了整個系統(tǒng)的熱平衡狀況，也使得系統(tǒng)散熱設(shè)計簡化，電力電子設(shè)備散熱器的任意串并聯(lián)不會造成溫度疊加；冷凝器9旁并聯(lián)副冷凝器10，可以滿足結(jié)構(gòu)上的左右平衡，同時減小系統(tǒng)的流阻；由于R134a具有親水性，在管道組裝和充液過程中可能夾帶空氣中的水分，因此系統(tǒng)配置了干燥過濾器12，用于保持液態(tài)R134a干燥；進(jìn)出口法蘭14旁邊并聯(lián)旁路閥門13，用于檢修和快速斷開；所述的循環(huán)泵2的出口端配置止回閥3，止回閥3連接出口法蘭，可防止R134a倒流，進(jìn)而影響電力電子設(shè)備散熱性能；監(jiān)控壓力表11和液位傳感器將信號統(tǒng)一送至PLC可編程控制器處理，使本實用新型具備自動監(jiān)控運行功能；綜上，本實用新型與傳統(tǒng)風(fēng)冷方式相比，具有以下優(yōu)勢:散熱能力強，密閉式冷卻，環(huán)境適應(yīng)性強，流量小，噪音和能耗低，均溫性好，占地面積??；而本使用新型與傳統(tǒng)水冷方式相比，具有以下優(yōu)勢:散熱能力強，均溫性好，抗凍性好,絕緣性好,安全性高。
[0026]上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本實用新型的構(gòu)思和保護(hù)范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng),其中包括:柜體(5),柜體(5)內(nèi)部下層底板上布置循環(huán)泵(2)，柜體(5)前側(cè)布置控制盤￠)，柜體(5)的左側(cè)安裝進(jìn)出口法蘭(14)，進(jìn)出口法蘭(14)包括進(jìn)口法蘭和出口法蘭，進(jìn)出口法蘭(14)通過軟連接管外接電力電子設(shè)備散熱器，電力電子設(shè)備散熱器安裝在電力電子設(shè)備上，其特征在于:所述的柜體(5)中層布置冷凝器(9)，所述的柜體(5)內(nèi)部下層底板上布置分離罐(4)和儲液罐(1)，分離罐(4)和儲液罐(I)安裝在循環(huán)泵(2)的一側(cè)，所述的循環(huán)泵(2)入口端使用軟連接管連接分離罐(4)下端出口處和儲液罐(I)下端出口處，分離罐(4)上端出口處使用軟連接管與冷凝器(9)的上端連接，分離罐(9)的中間出口位置使用軟連接管與進(jìn)口法蘭連接，儲液罐(I)的上端出口處通過軟連接管與冷凝器(9)的下端連接，所述的循環(huán)泵(2)、冷凝器(9)、分離罐(4)、儲液罐(I)和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)，充有具有壓力的R134a介質(zhì)，在壓力作用下保持汽液兩相共存狀態(tài)，其中液態(tài)R134a密度高，主要位于循環(huán)泵(2)、冷凝器(9)、分離罐(4)、儲液罐(I)和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)的下部，氣態(tài)R134a密度小，主要位于循環(huán)泵(2)、冷凝器(9)、分離罐(4)、儲液罐(I)和軟連接管構(gòu)成的封閉式空間內(nèi)的上部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述柜體(5)內(nèi)的冷凝器(9) 一旁可并聯(lián)配置有副冷凝器(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述的冷凝器(9)和副冷凝器(10)可以為風(fēng)冷冷凝器或者水氟冷凝器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述柜體(5)內(nèi)進(jìn)出口法蘭(14)之間并聯(lián)配置有旁路閥門(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述柜體(5)內(nèi)止回閥(3)和出口法蘭之間串聯(lián)配置有干燥過濾器(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制盤(6)通過PLC可編程控制器處理，且控制盤(6)上端安裝人機界面(7)和控制面板(8)，所述的分離罐(4)和儲液罐(I)上安裝有監(jiān)控壓力表(11)和液位傳感器，所述的監(jiān)控壓力表(11)、液位傳感器與PLC可編程控制器相連接。
【文檔編號】H05K7/20GK204069609SQ201420474232
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】王學(xué)奎, 李磊 申請人:上海綠凡電力科技有限公司