一种具有压力测控和过压保护的水冷散热装置的制作方法

1.本发明属于电力电子变流技术领域，涉及液冷散热技术，具体是一种具有压力测控和过压保护的水冷散热装置。


背景技术：

2.电力电子变流技术通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能使用最佳化。电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方向发展，实现最佳工作效率。但是，电力电子器件工作时的功率损耗会引起电力电子器件发热、升温，而器件温度过高将缩短器件寿命，甚至烧毁器件，这是限制电力电子器件电流电压容量的主要原因。因此，保证电力电子器件工作时产生的热量通过散热器散发到冷却介质中，保证器件温升不超过额定值，是装置设计的关键。
3.电能变换装置的热设计作为大功率变流器设计的关键环节，热设计的合理性直接影响到整个系统的体积、安全性、可靠性、功率容量。保证控制特性，电力电子器件在满功率工况下温升符合要求，才能保证整体装置的开关特性，延长器件使用寿命。目前，基于igct的大功率电能变换装置多采用液冷的散热方式，采用液冷散热的电能变换装置，散热效果的关键在于提高冷却介质与散热器之间的热交换效率，短时间内将电力电子器件导通过程产生的热量经冷却介质传导出去，现有散热结构的热交换效率有限，尚未达到理想的散热效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种具有压力测控和过压保护的水冷散热装置，具有高效液冷散热效果，可用于大功率变频器、功率电源等类似装置结构设计。
5.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
6.一种具有压力测控和过压保护的水冷散热装置，其特征在于：包括散热器主体、进水管、出水管、锥形管以及压力调节结构，散热器主体与电力电子器件以及铜排均通过压接机构进行机械压装固定在一起，散热器主体分别连接有进水管和出水管，在进水管与散热器主体之间、以及出水管与散热器主体之间均安装有一锥形管，锥形管管径较小的一端均连接散热器主体，在进水管与出水管之间安装有一压力调节结构。
7.而且，所述锥形管包括锥形头、圆管以及螺旋导流槽，锥形头管径较小的一端同轴制有圆管，在圆管的内壁制有螺旋导流槽。
8.而且，所述压力调节结构包括出水接口、进水接口、回水管路、单向阀以及泄压阀，进水接口的两端分别连接进水管及进水端的锥形管，出水接口的两端分别连接出水管以及出水端的锥形管，在进水接口与出水接口之间连通有一回水管路，该回水管路上接近进水管的一侧安装有单向阀，在接近出水管的一侧安装有一泄压阀。
9.而且，单向阀以及泄压阀分别通过数据线连接测控装置，测控装置通过数据线连
接水冷散热器的调压阀，调压阀压力值与散热器内部压力相同。
10.而且，所述压力调节结构的工作方法：
11.设置单向阀和泄压阀的参数；
12.测控装置检测调压阀的压力值、单向阀的压力值以及泄压阀的压力值；
13.当检测到调压阀压力值小于散热器正常工作压力值时，水冷散热器正常工作；
14.当检测到调压阀压力值大于预设压力值时，测控装置启动单向阀，单向阀通过回水管路排水释放压力；
15.当检测到泄压阀压力值大于预设的压力值时，测控装置启动泄压阀，经气水分离器泄压。
16.而且，散热器正常工作压力值为3-5bar，泄压阀压力值设定为7.5bar，调压阀压力值设定为5bar。
17.而且，测控装置通过数据线外接水冷循环系统水泵机组。
18.而且，测控装置与水冷循环系统水泵机组之间进行数据通信，依据功率器件耗散功率状态，对水冷机组的运行状态加以控制，适时调整机组的运行功率。
19.本发明的优点和积极效果是：
20.1、本装置散热器进出水口采用锥形管的形式，利用窄管效应增加进出水口的流速，冷却介质为牛顿液体的性质，锥形管内部带有螺旋导流槽结构，采取改变液体的层流特征，变为湍流特征流动，提高热交换效率，同时进水口增加流体速度，出水口减小管道阻力，提高热传导效率，提升散热效果。
21.2、整体装置的散热器带有具备数据传输功能的压力可调节单向阀和具备数据传输功能的压力可调节泄压阀，可以本地设置单向调压阀和泄压阀的参数，也可连接数据线通过测控装置设置参数。在一定压力范围内，可以通过压力可调节单向阀调节流经散热器的压力，多余的水流量可以分流到回水管路；异常情况下的压力升高，通过压力可调节泄压阀，经气水分离器泄压，保证管道压力维持在正常值，保护管道不会因压力异常升高导致泄露、破裂。
22.3、本装置的调节过程可通过数据接口，实现与测控装置的数据交换，提供实时参数，并由测控装置调节阀门参数，保持整个管路系统压力动态调节稳定运行。测控装置可与水冷循环系统水泵机组之间进行数据通信，可对水冷机组的运行状态加以控制，适时调整机组的运行功率，起到节能降耗的调节作用。
附图说明
23.图1是装置整体结构示意图；
24.图2是散热器功能结构示意图；
25.图3是锥形管透视结构示意图；
26.图4是压力测控和过压保护框图。
具体实施方式
27.下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
28.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
29.一种具有压力测控和过压保护的水冷散热装置，包括散热器主体4、进水管9、出水管8、锥形管5以及压力调节结构6，散热器主体4与电力电子器件1以及铜排3均通过压接机构2进行机械压装固定在一起，散热器主体分别连接有进水管9和出水管8，在进水管与散热器主体之间、以及出水管与散热器主体之间均安装有一锥形管，锥形管管径较小的一端均连接散热器主体，利用窄管效应增加进出水口的流速。参见附图3所示，锥形管包括锥形头5-1、圆管5-2以及螺旋导流槽5-3，锥形头管径较小的一端同轴连接/制有圆管，在圆管的内壁制有螺旋导流槽，本散热装置内部的冷却介质为牛顿液体的性质，通过改变液体的层流特征，变为湍流特征流动，提高热交换效率，同时进水口增加流体速度，出水口减小管道阻力，提高热传导效率，增加散热效果。
30.在进水管与出水管之间安装有一压力调节结构6，压力调节结构包括出水接口6-1、进水接口6-5、回水管路6-2、单向阀6-4以及泄压阀6-3，进水接口的两端分别连接进水管及进水端的锥形管，出水接口的两端分别连接出水管以及出水端的锥形管，在进水接口与出水接口之间连通有一回水管路，该回水管路上接近进水管的一侧安装有单向阀，在接近出水管的一侧安装有一泄压阀。
31.单向阀以及泄压阀分别通过数据线连接测控装置7，测控装置通过数据线连接水冷散热器的调压阀(图中未示出)，测控装置通过数据线外接水冷循环系统水泵机组。
32.可以本地设置单向调压阀和泄压阀的参数，也可连接数据线通过测控装置设置参数。在一定范围内，可以通过压力可调节的单向阀调节流经散热器的压力，多余的水流量自动分流到回水管路；异常情况下的压力升高，通过压力可调节泄压阀，经气水分离器泄压，保证管道压力维持在正常值，系统运行可靠。测控装置可与水冷循环系统水泵机组之间进行数据通信，依据功率器件耗散功率状态，对水冷机组的运行状态加以控制，适时调整机组的运行功率，起到节能降耗的调节作用。
33.考虑水冷散热系统各组成部分的水阻参数，主要来源于水冷散热器、各种管道、阀体、水接头管径变化产生的水阻。作为系统水循环固有的压力损失，系统流量(压力)存在一定的允许范围。装置正常工作情况下，水冷系统典型参数见表1。
34.流量l(l/min)进水压力p1(bar)回水压力p2(bar)压力差δp(bar)472.810.792.02503.20.92.3533.551.02.55
35.水冷散热器正产工作压力值为3-5bar。因此，泄压阀压力值设定为7.5bar，调压阀压力值设定为5bar。通过测控装置检测调节，系统检测压力参数超出设定值，相应的阀体会触发动作，保证水冷散热器保持在正产压力范围。压力测控和过压保护框图，见图4。
36.尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。