冷却装置及系统的制作方法

本发明涉及冷却技术领域，尤其涉及一种冷却装置及系统。

背景技术：

机车变流器是机车电传动系统的重要部件，为机车牵引电机提供电源。变流器的整流和逆变功能通过功率器件绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)来实现，igbt的频繁导通和关断会产生大量的能量损耗，使igbt器件的温度升高。因此需要通过一定的冷却方式帮助igbt散热，以便维持变流器的正常工作。

图1为现有技术中一种用于大功率机车变流器的水冷却系统的示意图，

图2为现有技术中一种用于大功率机车变流器的水冷却装置的立体示意图。如图1和图2所示，该用于大功率机车变流器的水冷却装置，包括柜内冷却装置和柜外冷却装置。其中，柜内冷却装置包括：柜内管路、水泵、进水分配器、出水分配器、温度传感器、压力传感器、膨胀水箱以及连接件等；柜外冷却装置包括：柜外管路、截止阀、放气阀、流量计等，冷却装置通过柜外冷却管路和外部复合冷却塔(包括热交换器、风机等)相连。通过柜外管路的进出水口与冷却塔的出水口和进水口进行连接，使冷却液通过管路流经变流器内的功率单元水冷基板，起到给功率器件散热的效果。

然而，这种冷却装置管路设计较复杂，占用空间较大，并且，水泵与进出水管路之间采用分配器进行连接，分配器的成本较高。

技术实现要素：

本发明提供一种冷却装置及系统，相较于现有技术中需采用体积较大、成本较高的大功率机车变流器水冷却装置，本方案增加了便利性，且降低了成本。

第一方面，本发明提供一种冷却装置，包括：柜内冷却装置以及柜外冷却装置；

所述柜内冷却装置包括：进水主管路、出水主管路、水泵、以及至少一个水连接板；所述柜外冷却装置包括：变流器进水管、变流器出水管；

所述变流器进水管与所述水泵的进水管连接，且所述变流器进水管与所述水泵之间设置有第一截止阀，所述水泵的出水管与所述进水主管路的一端连接，所述进水主管路的另一端密封；

所述出水主管路的一端密封，所述出水主管路的另一端与所述变流器出水管连接，且所述出水主管路与所述变流器出水管之间设置有第二截止阀；

每个水连接板连接在所述进水主管路和所述出水主管路之间，且所述进水主管路中的水可以通过任一水连接板流至所述出水主管路；每个水连接板用于对设置在其上的功率模块进行冷却。

在一种具体的实现方式中，每个水连接板的两端通过分支管路分别于所述进水主管路和所述出水主管路连接。

在一种具体的实现方式中，所述柜内冷却装置还包括：膨胀水箱；

所述膨胀水箱位于所述冷却装置的最高处；所述进水主管路和出水主管路分别通过不锈钢管与所述膨胀水箱的底部连接。

在一种具体的实现方式中，所述膨胀水箱与所述水泵的进水管通过橡胶管连接。

在一种具体的实现方式中，在所述水泵的出水管和所述进水主管路之间设置有温度传感器和压力传感器。

在一种具体的实现方式中，所述水泵的出水管和所述进水主管路之间通过法兰连接；

所述变流器进水管与所述水泵的进水管之间通过法兰连接。

在一种具体的实现方式中，所述冷却装置还包括：至少一个功率模块；

其中，每个功率模块包括水冷基板和至少一个功率器件，所述水冷基板用于与水连接板连接，所述至少一个功率器件设置在水冷基板上。

在一种具体的实现方式中，所述水泵的进水管上设置注液接头。

进一步地，所述变流器进水管以及所述变流器出水管为波纹管，所述变流器进水管以及所述变流器出水管设置在所述冷却装置的底端侧面。

第二方面，本发明提供一种冷却系统，包括：第一方面所述的冷却装置、复合冷却塔以及监控装置；

所述冷却装置与所述复合却塔连接，形成冷却循环回路；

所述监控装置用于根据所述冷却装置的检测结果，确定是否发出告警。

本发明实施例提供的一种冷却装置及系统，通过变流器的进水管通过管路的法兰设计连接到水泵的进水管，省去了进水分配器的过渡连接，水泵出水管与管路法兰直接连接，省去了出水分配器的设计，实现了在保证冷却系统性能的同时，省去了水分配器的复杂结构设计，简化了柜外管路的繁杂结构。相较于现有技术中需采用体积较大、成本较高的冷却装置，本方案有效的节省空间、减轻变流器的重量并降低设计成本，同时，冷却系统通过监控装置实现了实时监控及故障告警，提高了冷却系统的可靠性以及便利性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中一种用于大功率机车变流器的水冷却系统的示意图；

图2为现有技术中一种用于大功率机车变流器的水冷却装置的立体示意图；

图3为本发明实施例提供的一种冷却装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种冷却系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

目前变流器的冷却方式主要有自然冷却、强迫风冷、水循环冷却等。对于机车变流器的冷却，国内通常采用水循环冷却方式，即将功率器件安装于水冷基板上，再将水冷基板通过一定的管路与换热装置进行连接，通过水泵的压力将吸收了热量的冷却液进行循环，再通过对换热装置的冷却达到一个热交换的目的，降低冷却液的温度，使冷却后的冷却液再次流过水冷基板，如此循环。

现有技术中，大功率机车变流器的水冷却装置，包括柜内冷却装置和柜外冷却装置。该冷却装置管路设计较复杂，通过柜外管路的进出水口与冷却塔的出水口和进水口进行连接，使冷却液通过管路流经变流器内的功率单元水冷基板，起到给功率器件散热的效果。然而，该种冷却装置管路设计较复杂，占用空间较大。并且水泵与进出水管路之间采用分配器进行连接，分配器的成本较高。

为克服现有技术的问题，本方案在保证冷却系统性能的同时，进行了结构的简化设计，管路与法兰直接相连，省去了水分配器的复杂结构设计，简化了柜外管路的繁杂结构，有效的节省空间、减轻变流器的重量并降低设计成本。

下面通过几个具体实施例对该方案进行详细说明。

图3为本发明实施例提供的一种冷却装置的结构示意图，如图1所示，冷却装置包括：柜内冷却装置以及柜外冷却装置。

在一种具体的实现方式中，柜内冷却装置和柜外冷却装置由变流器柜体隔开，仅通过管路相连。

其中，柜内冷却装置包括：进水主管路3、出水主管路4、水泵1、以及至少一个水连接板16；柜外冷却装置包括：柜外管路10和截止阀9。

柜外管路包括：变流器进水管，以及变流器出水管，其中，变流器进水管位于变流器出水管前方。

进一步地，变流器进水管与水泵1的进水管连接，且变流器进水管与水泵1之间设置有第一截止阀，水泵1的出水管与进水主管路3的一端连接，进水主管路3的另一端密封。

出水主管路4的一端密封，出水主管路4的另一端与变流器出水管连接，且出水主管路与变流器出水管之间设置有第二截止阀。

具体的，截止阀9中，前方的截止阀为第一截止阀，后方的截止阀为第二截止阀。截止阀均安装在柜体外侧，柜外管路10安装截止阀9的设计，保证了变流器未连接冷却塔时可以单独注液，也便于柜外管路与冷却塔之间连接管路的整体拆卸和维护。

每个水连接板16均连接在进水主管路3和出水主管路4之间，且进水主管路3中的冷却液可以通过任一水连接板16，及与之相连的水冷基板，流至出水主管路4，并且，每个水连接板16上有两个接水头，该水接头可与功率模块中的水冷基板相连，用于对设置在其上的功率器件进行冷却。

具体的，每个水连接板16上的两个水接头为快速水接头，具有自密封功能，插拔过程不会漏液。

在一种具体的实现方式中，功率模块包括水冷基板和设置在水冷基板上的功率器件，该水冷基板上的进出水口分别与水连接板的两个水接头连接，以使冷却液流过水冷基板，并对设置在水冷基板上的功率器件进行冷却。

可选的，每个功率模块中的功率器件的数量可以是1至多个。

可选的，在进水主管路3和出水主管路4之间可以设置多个水连接板，每个水连接板连接一个功率模块，可以实现使用一组进水主管路与出水主管路对多个功率模块进行冷却。

在一种具体的实现方式中，进水主管路3上设置有1至多个分支管路4，出水主管路上也设置有1至多个分支管路14，每个水连接板的两端通过分支管路14分别与进水主管路3和出水主管路4连接。

本发明实施例提供的一种冷却装置以及系统，包括：柜内冷却装置以及柜外冷却装置，其中，柜内冷却装置包括：进水主管路、出水主管路、水泵、以及至少一个水连接板，柜外冷却装置包括：变流器进水管、变流器出水管。变流器的进水管通过管路的法兰设计连接到水泵的进水管，省去了进水分配器的过渡连接，水泵出水管与管路法兰直接连接，省去了出水分配器的设计。最终，在保证冷却系统性能的同时，省去了水分配器的复杂结构设计，简化了柜外管路的繁杂结构。相较于现有技术中需采用体积较大、成本较高的冷却装置，本方案有效的节省空间、减轻变流器的重量并降低设计成本。

下面采用几个具体的实施例，对图1所示方法实施例的技术方案进行详细说明。

在一种具体的实现方式中，柜内冷却装置还包括：膨胀水箱5。膨胀水箱5安装在整个管路的最高点，具有显示冷却液水位、吸收液体容量的变化和排压、排气的功能。由膨胀水箱容纳管路内的水膨胀量，可减小管路因水的膨胀而造成的水压波动，当管路由于某种原因漏水或管路内降温时，膨胀水箱水位下降，为管路补水。膨胀水箱还可以起到稳定管路内的压力和排除水在加热过程中所释放出来的空气。

具体的，冷却液水位可以通过膨胀水箱的超声波液位仪、雷达液位仪、电极式液位传感器等设备进行液位显示，也可以通过使用透明或者半透明箱体的膨胀水箱直接观察膨胀水箱内的液面高度读取液位，本方案对此不做要求。

进水主管路3和出水主管路4分别通过不锈钢管6和膨胀水箱5的底部进行连接，可以将冷却液在管路中循环时产生的气泡排出到膨胀水箱5中，再通过膨胀水箱5的调压功能排出管路系统外。

进一步地，膨胀水箱5的顶部设置有溢水阀，溢水阀预先设置有压力值的范围，当压力值超出预设压力值的范围时，则溢水阀将对膨胀水箱内的压力进行调节。当管路内冷却液过多时，可以通过膨胀水箱的溢水阀溢出，其中，溢水阀与溢水管11连接，使溢出的冷却液直接排出柜外，避免柜内电气部件的损坏。

可选的，在溢水管11可以通过一个穿墙端子伸出变流器柜体外，溢水管与柜体接触面可以设置密封接头12，保证变流器处于密封的状态。

可选的，进水主管路与出水主管路上均设置有排气阀，用于排出管道内的气体。

在一种具体的实现方式中，膨胀水箱5与水泵1的进水管通过橡胶管15连接。通过橡胶管15的连接设计，可以给水泵1提供压力，调节膨胀水箱与水泵进水管处的压力差，维持管路整体压力的稳定。

在一种具体的实现方式中，在水泵1的出水管和进水主管路3之间设置有温度传感器7和压力传感器8。

具体的，在进水主管路3上设置有温度传感器和压力传感器安装接口，用来安装温度传感器7和压力传感器8。温度传感器7和压力传感器8可对管路中的冷却液的压力和温度进行实时测量。

本发明实施例提供的一种冷却装置，通过膨胀水箱与进水主管路、出水主管路，以及水泵的连接，提供了显示冷却液水位、容纳管路内的水膨胀量、以及稳定管路内的压力的作用；通过在水泵的出水管和进水主管路之间设置温度传感器和压力传感器，实现了对管路内的温度和压力的实时监测。

在一种具体的实现方式中，水泵1的出水管和进水主管路3之间通过法兰连接；

进一步地，变流器进水管与水泵1的进水管之间通过法兰连接。

具体的，水泵1出水管和进水主管路3法兰直接连接，省去了出水分配器的设计。变流器的进水管通过管路的法兰设计连接到水泵1的进水口，省去了进水分配器的过渡连接，简化了柜外管路的繁杂结构。

在一种具体的实现方式中，冷却装置还包括：至少一个功率模块；

其中，每个功率模块包括水冷基板和至少一个功率器件，水冷基板用于与水连接板16连接，至少一个功率器件设置在水冷基板上。

具体的，水连接板16与功率器件的水冷基板相连。冷却液通过水连接板进入功率器件的水冷基板，对设置在水冷基板上的功率器件进行冷却。将功率器件产生的热量吸收后，冷却液通过功率器件水冷基板的出水端到达水连接板16。

在一种具体的实现方式中，水泵的进水管上设置有注液接头。

具体的，水泵的进水管13上设计有注液接头安装接口，用来安装注液接头2。将注液接头2安装接口直接设计在进水管路3上，可以通过注液接头2将冷却液注入到冷却装置的管路中，该设计的结构简单，同时满足了变流器注液的功能要求。其中，注液接头2可快速插拔，不注液时，接头是密封的，不会漏液。

进一步地，变流器进水管以及变流器出水管为波纹管，并且带有连接法兰的截至阀，变流器进水管以及变流器出水管设置在冷却装置的底端侧面。

具体的，柜外管路10设计有截止阀，在变流器未连接冷却塔时可以进行单独注液。柜外管路10为两根尽可能短的波纹管，长度仅为变流器与冷却塔的间距，实现了变流器与冷却塔的连接，故而，不需要额外配置变流器到冷却塔之间的连接管路，减少了整车系统配件，降低成本。避免了柜外管路的复杂结构设计带来的占用空间大、重量大及成本高的缺点，而且，由于柜外管路设计位置没有高出柜内管路，省去了排气阀的设计，降低了成本、减少了故障点。

本发明实施例，通过变流器的进水管通过管路的法兰设计连接到水泵的进水管，省去了进水分配器的过渡连接，水泵的出水管与管路法兰直接连接，省去了出水分配器的设计，实现了在保证冷却系统性能的同时，省去了水分配器的复杂结构设计，在水泵的进水管上设计了注液接头、温度传感器和压力传感器接口，简化了柜外管路的结构设计，节省了变流器空间、减轻了变流器重量、节约了变流器的设计成本。

图4为本发明实施例提供的一种冷却系统示意图。如图2所示，冷却系统100包括：图1所示实施例中的冷却装置101、复合冷却塔102以及监控装置103。

在一种具体的实现方式中，冷却装置101与复合冷却塔102连接，形成冷却循环回路，监控装置分别与冷却装置101和复合冷却塔102电性连接。

其中，复合冷却塔包括热交换器和风机，冷却装置的柜外管路与复合冷却塔的接口连接，具体的，通过变流器的进水管和变流器的出水管与复合冷却塔的热交换器连接，形成冷却循环回路。

可选的，变流器的进水管和变流器的出水管可以是波纹软管。

具体的，冷却装置通过两根波纹软管直接将截止阀外侧与冷却塔接口相连，波纹管长度可以是冷却装置与冷却塔的间距，此处应理解，波纹管应设置的尽量短。截止阀保证了在冷却装置未连接冷却塔时，变流器可以单独注液，也便于柜外管路的整体拆卸和维护，冷却液在冷却装置内对功率器件进行冷却后，通过冷却装置的变流器出水管进入复合冷却塔，在复合冷却塔内进行冷却后，通过冷却装置的变流器进水管进入冷却装置，形成冷却循环回路。

本实施例的冷却装置101，包括图1所示实施例的任一技术方案。

如上所述，在一种具体的实现方式中，该冷却装置101包括柜内冷却装置和柜外冷却装置，柜内冷却装置和柜外冷却装置由变流器柜体隔开，仅通过管路相连。

其中，柜内冷却装置包括：进水主管路、出水主管路、水泵、以及至少一个水连接板，柜外冷却装置包括：柜外管路和截止阀。

柜外管路包括：变流器进水管，以及变流器出水管，其中，变流器进水管位于变流器出水管前方。

在上述方案中，应理解，变流器的进水管通过管路的法兰设计连接到水泵的进水管，省去了进水分配器的过渡连接，水泵出水管与管路法兰直接连接，省去了出水分配器的设计。在保证冷却系统性能的同时，省去了水分配器的复杂结构设计，并简化了柜外管路的繁杂结构。

在冷却装置101中还包括膨胀水箱、温度传感器以及压力传感器，通过膨胀水箱与进水主管路、出水主管路，以及水泵的连接，提供了显示冷却液水位、容纳管路内的水膨胀量、以及稳定管路内的压力的作用，并通过在水泵的出水管和进水主管路之间设置温度传感器和压力传感器，实现了对管路内的温度和压力的实时监测。

此外，冷却装置101还包括图1所示实施例的其他技术方案，其实现原理与技术效果类似，此处不再赘述。

其中，监控装置103用于获取冷却装置的检测结果，并判断冷却装置的检测结果是否正常，若检测结果不正常，则发出告警。

在一种具体的实现方式中，冷却装置中安装有压力传感器、以及温度传感器，可对冷却液的压力和温度进行实时检测。当冷却系统中的管路内的压力和/或温度异常时，监控装置将发出告警。

其中，监控装置103用于获取冷却装置中温度传感器、压力传感器的测量结果，根据预设的温度范围和压力范围，判断获取到的测量结果是否正常，若温度的测量结果和/或压力的测量结果不正常，则生成告警信息，并发出告警，提示用户对系统进行检修。

可选的，在温度的测量结果大于预设温度范围的最大值时，监控装置103可以控制冷却塔提高冷却塔的冷却程度；在温度的测量结果小于预设温度范围的最小值时，监控装置103可以控制冷却塔降低冷却塔的冷却程度。

可选的，在压力的测量结果超出预设压力范围时，监控装置103可以控制变流器进行相应的保护动作。

可选的，在液位的测量结果高于预设的最大液位时，即管道内冷却液过多时，冷却装置可通过膨胀水箱的溢水阀排出多余的气体或冷却液；在液位较低时，即管道内冷却液过少时，可通过膨胀水箱的溢水阀吸入气体，补充膨胀水箱内的气体压力；在液位的测量结果低于预设的最小液位时，可采用人工的方式通过注液接头补充冷却液。

本发明实施例提供的一种冷却系统，包括冷却装置、复合冷却塔以及检测装置，其中，冷却装置与复合却塔连接，形成冷却循环回路，监控装置用于根据所述冷却装置的检测结果，确定是否发出告警，提高了冷却系统的可靠性以及便利性。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。