热驱动电气设备的冷媒散热系统的制作方法

本发明属于冷媒散热系统技术领域，具体涉及一种热驱动电气设备的冷媒散热系统。

背景技术：

散热系统是电气设备最重要的辅助系统之一，其稳定运行对电气设备的可靠性影响明显，现有的散热系统主要为传统的水冷系统、油冷系统等，该类系统的散热能力优于自然冷却，但是小于采用逆卡洛制冷循环的冷媒散热系统；冷媒散热系统由压缩机、散热器、冷凝器、节流阀、制冷冷媒和控制系统组成，由于其系统复杂，涉及制冷冷媒泄露、环保、压缩机机故障、控制系统可靠性等众多问题，因此虽然冷媒散热系统的散热能力强、热流密度高，但是在运营环境恶劣的铁路电气设备散热上难以大规模推广。

大功率电器设备存在热损耗，需要进行散热以保证其长期可靠运行，由于功率密度的升高，对散热的要求也越来越高，常规的水冷、油冷却系统由于其单相换热性质，散热能力有限，功率密度一般在10w/cm²左右；采用制冷压缩机驱动循环的冷媒系统，由于其相变换热的性质，换热能力大幅度提升，可达到20w/cm²以上，但是由于系统复杂、可靠性低、成本高，难以适应复杂运营环境特别是铁路环境的要求。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种热驱动电气设备冷媒散热系统，解决采用逆卡诺循环的传统制冷冷媒散热系统过于复杂、可靠性低、成本高，现有的系统技术尚不能适应于复杂运营环境特别是铁路环境要求的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

提供了一种热驱动电气设备冷媒散热系统，包括：

散热组件，其包括多个散热器，大功率器件的下表面与散热器的上表面接触；

冷凝组件，其包括冷凝器；

散热组件的出口与冷凝组件的出口之间连接有冷凝管路，冷凝组件的出口与散热组件的入口之间连接有回流管路；

其中，散热组件位于冷凝组件的下方。

在一个实施例中，散热组件中的多个散热器并联。

在一个实施例中，散热组件中还包括散热支路，散热支路位于大功率器件的上方。

在一个实施例中，冷凝组件还包括冷凝器风扇，冷凝器风扇位于冷凝器的下方。

在一个实施例中，冷凝管路中设有气液分离器。

在一个实施例中，气液分离器与冷凝器之间设有单向阀。

在一个实施例中，单向阀为气体单相截止阀。

在一个实施例中，回流管路中设有气液分离器。

在一个实施例中，气液分离器与散热组件之间设有单向阀。

在一个实施例中，单向阀为液体单相截止阀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)采用大功率器件自身的热损耗做为冷媒散热系统的驱动能源，取消了传统冷媒散热系统的压缩机，节省散热系统的耗能；保证了散热的持续进行。

(2)采用散热热量做为驱动力，驱动冷媒散热系统中的冷媒循环，不仅自适应能力和可靠性高，而且散热量大，冷媒流动快，相变热流密度高，取消了传统冷媒散热系统的控制系统，更是解决传统的水冷散热系统、油冷散热系统散热能力不能满足大散热热流密度的要求，较水冷系统、油冷系统提高1倍。

(3)本发明中取消了压缩机和控制系统后，与你卡诺循环的散热系统相比，系统结构简单、成本低，更加适应铁路的复杂运营环境。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明的热驱动电气设备的冷媒散热系统结构示意图；

在附图中相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。借此对本发明如何应用技术手段解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不存在冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

本实施例中提到的“上方”、“下方”、“顶层”、“底层”等描述是按照通常的意义而定义的，比如，参考重力的方向定义，与重力方向相同是竖直，与重力方向垂直是水平，重力的方向是下方，相反的方向是上方，类似地在上方的是顶层，在下方的是底层，也仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，也当视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种热驱动电气设备冷媒散热系统，如图1所示，包括：散热组件、冷凝组件以及连接散热组件和冷凝组件的管路。

其中，散热组件包括多个散热器1，散热器1内充满液相的冷媒；大功率器件置于散热器1上，具体地，大功率器件2的下表面与散热器1的上表面充分接触。

在一个实施例中，散热组件中的多个散热器1相互并联，且一部分散热器1的上表面上均匀的设有多个大功率器件2，一部分散热器1以散热管的形式直接与需要散热的支路3相连，其中，自身热损耗大的大功率器件2要位于散热支路3的下方，更有利于散热组件中冷媒的受热相变蒸发，在重力和压力作用下形成驱动力。

在一个实施例中，冷凝组件包括冷凝器8和冷凝器风扇7，冷凝器风扇7位于冷凝器8的下方，从而有利于冷凝器8中下方的气体优先冷却，并在重力的作用下流向散热组件。

优选地，散热组件位于冷凝组件的下方。具体地，散热组件的空间位置应尽量低，如置于电气柜体的底层，而位置越低，再加之散热组件中的冷媒受热相变时，散热组件中的气体的压力增大，气相冷媒的上升力大，对管路循环的驱动也就越大大。冷凝组件的空间位置也应尽量高，如置于电气柜体的顶层。冷凝器8中的冷媒通过散热降温，由气相变为液相后，而位置越高，则由重力势能转化为动力势能就大，冷却后的液体在压力及重力的共同驱动作用下，更有利于向散热组件的方向循环。此外，冷凝组件与散热组件的空间位置距离大，则管路就越长，则在散热组件中的冷媒由液相变为气相往冷凝组件循环时，管路越长，散热时间也就越长，利用管路冷凝，使气相的冷凝提前在管路中液化，减少进入冷凝组件的气相冷媒，从而减轻冷凝器8的冷凝总负担，此外，在冷凝器8中若有未冷凝的气相冷媒，也会在流向散热组件的管路中，继续散热降温冷凝，避免未液化的冷媒进入散热组件，降低散热组件的散热功能。

在一个实施例中，散热组件的出口与冷凝组件的出口之间连接有冷凝管路41，冷凝组件的出口与散热组件的入口之间连接有回流管路42。

具体地，在冷凝管路41中设有第一气液分离器51和第一单向阀，其中，在冷凝管路41中的第一单向阀为气体单相截止阀6，即只允许气体通过的阀门，此外，在本实施例中，气体单相截止阀6位于第一气液分离器51与冷凝器8之间。由散热组件吸热汽化后的冷媒在第一气液分离器51中进行气液分离，气体上升进入冷凝器8，液体则在气体单相截止阀6的作用下留在气液分离器中，并回流到散热组件中。

而在回流管路42中设于第二气液分离器52和第二单向阀，其中，在回流管路42中的第二单向阀为液体单相截止阀9，即只允许液体通过的阀门，此外，在本实施例中，液体单相截止阀9位于第二气液分离器52和散热组件之间，有冷凝器8散热液化后的冷媒在第二气液分离器52中进行气液分离，液体通过液体单相截止阀9，在重力和管路压力的作用下流入散热组件，而气体则在液体单相截止阀9的作用下，滞留在第二气液分离中继续液化，直到液化为液体后在重力和液体单相截止阀9的作用下，流向散热组件内。

在实际运行中，当散热组件中的大功率器件2不工作时，则不散发热量，冷媒散热系统内的冷媒处于静止状态，液相的冷媒在重力作用下位于最底层的散热组件内，而少量的气相冷媒位于顶层的冷凝器8中；而当大功率器件2工作时，由于散发热量，导致最底层的散热器1内的冷媒吸热温度升高，并发生相变，由液相变为气相，导致冷凝管路41中的压力升高，且大于回流管路42中的压力，因此，在管路压力和气体单相截止阀6的单向导通作用下，驱使冷媒按图1中所示箭头的方向流动，冷媒经过第一气液分离器51分离后，气体进入冷凝器8内，通过散热降温后成为液体，冷凝器8位置高，其内部冷却后的液体在压力及重力的驱动下，流入第二气液分离器52内，液体在所述的压力及重力作用下通过液体单相截止阀9，流入散热组件内，完成一个散热循环。

由此可见，本发明采用散热设备的本身散热需要带走的热量做为驱动能量，促使散热系统的循环运行。由于该系统的驱动来源于需要散热的大功率器件2的热损耗，不消耗其他能量，并且具有很好的自适应能力，散热量大，则热驱动冷媒流动加快，散热量小，冷媒流动速度降低。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)采用大功率器件自身的热损耗做为冷媒散热系统的驱动能源，取消了传统冷媒散热系统的压缩机，节省散热系统的耗能；保证了散热的持续进行。

(2)采用散热热量做为驱动力，驱动冷媒散热系统中的冷媒循环，不仅自适应能力和可靠性高，而且散热量大，冷媒流动快，相变热流密度高，取消了传统冷媒散热系统的控制系统，更是解决传统的水冷散热系统、油冷散热系统散热能力不能满足大散热热流密度的要求，较水冷系统、油冷系统提高1倍。

(3)本发明中取消了压缩机和控制系统后，与你卡诺循环的散热系统相比，系统结构简单、成本低，更加适应铁路的复杂运营环境。

虽然已经参考如上优选实施例对本发明进行了描述，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。