一种变流器柜散热结构的制作方法
【专利摘要】一种变流器柜散热结构，包括相连的功率柜和功能柜及安装在功率柜和功能柜中的冷却系统，功率柜包括柜体A和安装在柜体A内的变流器发热元器件，功能柜包括柜体B和安装在该柜体B内的变流器配电元件和并网元件，冷却系统包括蒸发器风机、冷凝器风机、依次连接成封闭回路的蒸发器、压缩机、冷凝器，封闭回路中包括制冷剂，蒸发器风机包括蒸发器风机A和蒸发器风机B，蒸发器风机A驱动功率柜气流内循环，蒸发器风机B连通蒸发器通风面与功能柜上部形成功能柜内气流内循环。本发明提高了变流器整机冷却效率和整机防护等级，有效降低变流器散热结构凝露的发生，实现冷却系统与变流器主机一体化，结构合理，整机体积更小。
【专利说明】一种变流器柜散热结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种与冷却系统一体化的变流器柜散热结构。
【背景技术】
[0002]现有变流器柜(包括风电变流器柜、光伏逆变器柜)的冷却方式主要有两种，一种是外界空气在风机的推动下进入变流器柜内，形成强制对流冷却，属于开放式冷却系统；另一种是液体在水泵的推动下流经散热器形成一个闭式循环，达到冷却大功率装置的目的，属于闭式冷却系统。
[0003]如图1所示，采用空气冷却的开放式冷却系统的缺陷是，某些大功率装置(如变频器)属于开口系统，必须允许其与外界有物质和能量的交换，这样，外界的灰尘、沙土难以避免地会随着空气一起进入这些大功率装置内部，会对这些大功率装置内部结构满足安规要求造成巨大影响。为避免灰尘进入装置内部，提升整机防护等级，通常在设备开口处设置迷宫和开孔率较密的防尘棉对进入空气进行过滤，但是，这种防尘结构会对气流的流动产生较大阻力，降低气流流动速度,极大影响散热效果。
[0004]如图2所示，采用液体冷却的闭式冷却系统，尽管整机的防护等级有明显提升，但是，由于采用液体冷却存在液体渗漏风险，使得设备整机可靠性降低；同时，采用液体冷却，设备结构体型庞大，造价昂贵。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，提供一种变流器柜散热结构，克服现有变流器柜的冷却方式不合理、液体冷却可靠性低、设备结构体型庞大、制造成本高的缺陷。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种变流器柜散热结构，包括依次相连的功率柜、功能柜一和功能柜二，该功率柜包括柜体A和安装在该柜体A内的变流器发热元器件，该功能柜一包括柜体B和安装在该柜体B内的变流器配电元件，该功能柜二包括柜体C和安装在该柜体C中的变流器并网元件；或该功能柜一包括柜体B和安装在该柜体B内的变流器并网元件，该功能柜二包括柜体C和安装在该柜体C中的变流器配电元件;
[0007]其特征在于，所述变流器柜散热结构还包括冷却系统，该冷却系统包括蒸发器风机、冷凝器风机、通过管路依次连接成封闭回路的蒸发器、压缩机、冷凝器，该封闭回路中包括制冷剂，所述蒸发器风机包括蒸发器风机A和蒸发器风机B ；
[0008]所述柜体A包括隔板A，该隔板A将该柜体A密闭隔离为腔室Al和腔室A2，腔室Al位于腔室A2下方；所述蒸发器、蒸发器风机A、变流器发热元器件安装在所述腔室Al内；该蒸发器风机A与蒸发器之间设置风腔A，蒸发器风机A推动该腔室Al内的空气流动；
[0009]所述柜体B包括隔板B,该隔板B将该柜体B密闭隔离为腔室BI和腔室B2,腔室BI位于腔室B2下方；所述蒸发器、蒸发器风机B、变流器配电元件或并网元件安装在所述腔室BI内；所述蒸发器风机B与所述蒸发器风机A相邻，该蒸发器风机B通过风腔B与该蒸发器相连通，该蒸发器风机B的出风口与所述柜体C的上部连通；
[0010]所述柜体C下部与所述柜体B下部连通；
[0011]所述冷凝器位于所述腔室A2腔壁上和腔室B2腔壁上，该腔室A2与该腔室B2相密闭分隔；该冷凝器风机位于所述腔室A2的顶壁内或顶壁外、位于所述腔室B2顶壁内或顶壁外并由该冷凝器风机驱动形成外循环；
[0012]或所述冷凝器位于所述腔室A2腔壁上和腔室B2腔壁上，该腔室A2与该腔室B2相连通，该冷凝器风机位于所述腔室A2顶壁内或顶壁外和位于所述腔室B2顶壁内或顶壁外并由该冷凝器风机驱动形成外循环，或该冷凝器风机位于所述腔室A2顶壁内或顶壁外或位于所述腔室B2顶壁内或顶壁外并由该冷凝器风机驱动形成外循环；
[0013]所述压缩机安装在所述变流器柜散热结构的柜体中或柜体外。
[0014]在本发明的变流器柜散热结构中，所述腔室Al包括风道板，该风道板竖直布置、两侧与柜体A两侧板内壁连接，该风道板与所述蒸发器、柜体A前门板、两侧壁板、底板和所述隔板A构成安装所述变流器发热元器件的空间；该风道板与柜体A后壁板相间隔并与柜体A后壁板、两侧壁板、顶板和底板构成风道，该风道下端包括连通安装所述变流器发热元器件空间的下部通风口 ；该安装所述变流器发热元器件空间经所述蒸发器与该风道上部连通。
[0015]在本发明的变流器柜散热结构中，所述蒸发器与所述风道板密闭连接并位于安装所述变流器发热元器件内，所述蒸发器风机A设置在所述风道内。
[0016]在本发明的变流器柜散热结构中，该蒸发器风机A为离心风机，该蒸发器风机A出风口向下；或所述蒸发器风机A为轴流风机，该蒸发器风机A位于所述风道下部，其出风口或进风口为所述风道下端的下部通风口。
[0017]在本发明的变流器柜散热结构中，包括蒸发器托盘，该蒸发器托盘连接在所述柜体A的腔室Al内的安装结构上和柜体B的腔室BI内的安装结构上，所述蒸发器底部安装在该蒸发器托盘中，该蒸发器托盘包括通向所述柜体A、柜体B外的排水口。
[0018]在本发明的变流器柜散热结构中，包括冷凝器托盘，该冷凝器托盘连接在所述柜体A的腔室A2内的安装结构上和柜体B的腔室B2内的安装结构上，所述冷凝器竖直布置，该冷凝器底部安装在该冷凝器托盘中，该冷凝器托盘包括通向所述柜体A、柜体B外一侧或两侧的排水口。
[0019]在本发明的变流器柜散热结构中，所述蒸发器数量为一个，该蒸发器位于所述腔室Al内和腔室BI内。
[0020]在本发明的变流器柜散热结构中，所述蒸发器数量为两个，分别位于所述腔室Al内和腔室BI内。
[0021]在本发明的变流器柜散热结构中，所述冷凝器数量为一个，该冷凝器位于所述腔室A2上和腔室B2上。
[0022]在本发明的变流器柜散热结构中，所述冷凝器数量为两个，分别位于所述腔室A2上和腔室B2上。
[0023]实施本发明的变流器柜散热结构，与现有技术比较，其有益效果是:
[0024]1.由于采用冷却系统对封闭气流进行冷却，不但提高了变流器柜散热结构对发热功率器件及配电、并网元件的冷却效率，同时也提高了变流器柜散热结构的整机防护等级，提高了变流器柜散热结构的运行安全性；
[0025]2.通过对冷却系统的控制，可以控制冷却循环气流的入口温度恒定在25度左右，有效降低变流器柜散热结构系统凝露风险的发生；
[0026]3.将冷却系统与变流器主机系统一体化，整机结构更加合理，体积更小。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是现有大功率装置采用开放式冷却系统的原理图。
[0028]图2是现有大功率装置采用闭式冷却系统的原理图。
[0029]图3是本发明变流器柜散热结构实施例中功率柜的散热工作原理图。
[0030]图4是本发明变流器柜散热结构实施例的正面结构示意图。
[0031]图5是本发明变流器柜散热结构实施例的功率柜剖面结构示意图。
[0032]图6是本发明变流器柜散热结构实施例的配电柜剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0034]如图3至图6所示，本发明的变流器柜散热结构包括依次相连的功率柜300、配电柜200和并网柜100，功率柜300包括柜体I和安装在该柜体I内的变流器发热元器件，配电柜200包括柜体B和安装在该柜体B内的变流器配电元件，并网柜100包括柜体C和安装在该柜体C中的变流器并网元件。
[0035]本发明所称变流器发热元器件是指变流器工作时能够发热的变流器元器件，包括但不限于电抗器、电阻、功率单元、电容、接触器、断路器、继电器、变压器、霍尔传感器、电流互感器和电压互感器、UPS (不间断电源)、加热器、铜排；变流器配电元件包括但不限于接触器、断路器、继电器、变压器；变流器并网元件是包括但不限于断路器、接触器、UPS (不间断电源)、加热器。
[0036]本发明的变流器柜散热结构还包括冷却系统，该冷却系统包括蒸发器风机、冷凝器风机13、通过管路依次连接成封闭回路的蒸发器2、压缩机15、冷凝器11，该管路包括膨胀阀等管路组件，封闭回路中填充制冷剂，实现制冷，蒸发器风机包括蒸发器风机4和蒸发器风机4-1。
[0037]柜体I包括隔板14，该隔板14将该柜体I密闭隔离为腔室Al和腔室A2，腔室Al位于腔室A2下方。其中，腔室Al包括风道板6，该风道板6竖直布置、两侧与柜体I两侧板内壁连接，风道板6与蒸发器2密闭连接(可以是蒸发器2的端面与风道板6的开孔密闭连接，也可以是蒸发器2的外周与风道板6上的开孔密闭连接或蒸发器2通过一结构件与风道板6的开孔密闭连接)，该风道板6与蒸发器2、柜体I的前门板(从左至右的方向)、两侧壁板、底板和隔板14构成安装变流器发热元器件的空间。该风道板6与柜体I后壁板相间隔并与柜体I的后壁板、两侧壁板、顶板和底板构成风道5，该风道5下端设置连通安装变流器发热元器件空间的下部通风口。该安装变流器发热元器件空间经蒸发器2与该风道5上部连通。在本实施例中，蒸发器风机4采用离心风机，该蒸发器风机4位于风道5内并与蒸发器2相邻，蒸发器风机4通过风腔3与蒸发器2相连通，蒸发器风机4出风口向下。在其他实施例中，蒸发器风机4可采用轴流风机，将蒸发器风机4设置在风道5的下部，蒸发器风机4的出风口或进风口为风道5下端的下部通风口(此时风道5成为蒸发器2与蒸发器风机4之间的风腔)，也能够实现本发明目的。
[0038]上述“安装变流器发热元器件的空间”包括:柜体I安装变流器发热元器件的物理空间和该物理空间至蒸发器2进风面的导风风腔空间。
[0039]上述“风道”是指:连通“安装变流器发热元器件的空间”的下部通风口至蒸发器2后侧出风口的导风风腔空间。蒸发器2的后侧风口可以是蒸发器2自身的风口(当风机一4安装在风道下部通风口时)，也可以是风机一 4的风口(当风机一 4经风腔一 3连接蒸发器2时)。
[0040]在本实施例中，蒸发器2竖直布置(即冷凝器的进风面竖直布置)，在蒸发器2与功率单元9之间包括风腔10。在其他实施例中，根据需要，可以将蒸发器水平布置(即冷凝器的进风面水平布置)，也能够实现本发明目的。
[0041]在本实施例中，变流器发热元器件包括由下而上安装在柜体I结构上的电抗器7、chopper电阻8和功率单元9，其中功率单元9由多个功率模块竖直并列安装在柜体I中。在其他实施例中，根据变流器的设计需要，变流器发热元器件可以包括由下而上安装在柜体I结构上的电抗器7和功率单元8，或变流器发热元器件只包括功率单元8，也可以采用其他变流器发热元器件的组合和布置顺序。
[0042]柜体B包括隔板14-1,该隔板B将该柜体B密闭隔离为腔室BI和腔室B2,腔室BI位于腔室B2下方；蒸发器2竖直布置，隔板14-1与蒸发器2、柜体B的前门板、两侧壁板、后壁板、底板和顶板构成安装变流器配电元件的空间。蒸发器风机4-1位于蒸发器2的后部，蒸发器风机4-1的进风口(或出风口)与该蒸发器2之间设置风腔3-1，该蒸发器风机4-1采用离心风机，该蒸发器风机4-1的出风口(或进风口)与柜体C的上部连通。在其他实施例中，蒸发器风机4可采用轴流风机。
[0043]柜体C下部与柜体B下部连通，使柜体B与柜体C的风流构成内循环。
[0044]在其他实施例中，可以按照功率柜300、并网柜100和配电柜200依次相连的顺序布置变流器结构。此时，并网柜100的柜体采用柜体B的结构(此时柜体B安装变流器并网元件)，配电柜200的柜体采用柜体C的结构(此时柜体C安装变流器配电元件)。
[0045]在本实施例中，采用一个蒸发器。在其他实施例中，根据需要可以采用两个独立的蒸发器，分别位于腔室Al内和腔室BI内。
[0046]冷凝器2设置在腔室A2腔壁上和腔室B2腔壁上，腔室A2与腔室B2可以相互相密闭分隔、也可以相互连通，在相互连通的情形下，隔板14和隔板14-1可设置为连接在一起的一个隔板，也可为不连接在一起的两个隔板。冷凝器风机13位于腔室A2的顶壁内或顶壁外、冷凝器风机13-1位于腔室B2的顶壁内或顶壁外并由该冷凝器风机13、13-1驱动形成外循环。
[0047]在本实施例中，采用一个冷凝器。在其他实施例中，根据需要，可以采用两个独立的冷凝器，分别位于腔室A2上和腔室B2上。
[0048]在其他实施例中，冷凝器2设置在腔室A2腔壁上和腔室B2腔壁上，腔室A2与腔室B2相连通，冷凝器风机13位于腔室A2顶壁内或顶壁外、冷凝器风机13-1位于腔室B2顶壁内或顶壁外，并由该冷凝器风机13、13-1驱动形成外循环。也可采用将一个冷凝器风机设置在腔室A2顶壁内或顶壁外或设置在腔室B2顶壁内或顶壁外并由该冷凝器风机驱动形成外循环，也能够实现本发明目的。
[0049]压缩机15可以设置变流器柜散热结构的柜体中或柜体外，均能够实现本发明目的。
[0050]为了避免蒸发器2的冷凝水漏入柜体内，设置蒸发器托盘(图中未示出)，将蒸发器托盘连接在柜体I的腔室Al内的安装结构上和柜体B的腔室BI内的安装结构上，蒸发器2的底部安装在蒸发器托盘中，蒸发器托盘设置通向柜体1、柜体B之外的排水口。在其他实施例中，不设置蒸发器托盘，不影响本发明基本发明目的的实现。
[0051]为了避免冷凝器11的冷凝水漏入柜体内，设置冷凝器托盘(图中未示出)，将冷凝器托盘连接在柜体I的腔室A2内的安装结构上和柜体B的腔室B2内的安装结构上，冷凝器11竖直布置，该冷凝器11的底部安装在该冷凝器托盘中，该冷凝器托盘包括通向柜体1、柜体B之外一侧或两侧的排水口。在其他实施例中，不设置冷凝器托盘，不影响本发明基本发明目的的实现。
[0052]在其他实施例中，可以不设置风道板6和风道5，将变流器发热元器件、蒸发器、蒸发器风机安装在功率柜300柜体I的腔室Al内，将变流器发热元器件设置在腔室Al的下部，将蒸发器设置在变流器发热元器件的上部，蒸发器风机4与蒸发器2之间设置风腔3，蒸发器风机4推动该腔室Al内的空气流动，也能够实现本发明目的。
【权利要求】
1.一种变流器柜散热结构，包括依次相连的功率柜、功能柜一和功能柜二，该功率柜包括柜体A和安装在该柜体A内的变流器发热元器件，该功能柜一包括柜体B和安装在该柜体B内的变流器配电元件，该功能柜二包括柜体C和安装在该柜体C中的变流器并网元件；或该功能柜一包括柜体B和安装在该柜体B内的变流器并网元件,该功能柜二包括柜体C和安装在该柜体C中的变流器配电元件； 其特征在于，所述变流器柜散热结构还包括冷却系统，该冷却系统包括蒸发器风机、冷凝器风机、通过管路依次连接成封闭回路的蒸发器、压缩机、冷凝器，该封闭回路中包括制冷剂，所述蒸发器风机包括蒸发器风机A和蒸发器风机B ； 所述柜体A包括隔板A，该隔板A将该柜体A密闭隔离为腔室Al和腔室A2，腔室Al位于腔室A2下方；所述蒸发器、蒸发器风机A、变流器发热元器件安装在所述腔室Al内；该蒸发器风机A与蒸发器之间设置风腔A，蒸发器风机A推动该腔室Al内的空气流动； 所述柜体B包括隔板B，该隔板B将该柜体B密闭隔离为腔室BI和腔室B2，腔室BI位于腔室B2下方；所述蒸发器、蒸发器风机B、变流器配电元件或并网元件安装在所述腔室BI内；所述蒸发器风机B与所述蒸发器风机A相邻，该蒸发器风机B通过风腔B与该蒸发器相连通，该蒸发器风机B的出风口与所述柜体C的上部连通； 所述柜体C下部与所述柜体B下部连通； 所述冷凝器位于所述腔室A2腔壁上和腔室B2腔壁上，该腔室A2与该腔室B2相密闭分隔；该冷凝器风机位于所述腔室A2的顶壁内或顶壁外、位于所述腔室B2顶壁内或顶壁外并由该冷凝器风机驱动形成外循环； 或所述冷凝器位于所述腔室A2腔壁上和腔室B2腔壁上，该腔室A2与该腔室B2相连通，该冷凝器风机位于所述腔室A2顶壁内或顶壁外和位于所述腔室B2顶壁内或顶壁外并由该冷凝器风机驱动形成外循环，或该冷凝器风机位于所述腔室A2顶壁内或顶壁外或位于所述腔室B2顶壁内或顶壁外并由该冷凝器风机驱动形成外循环； 所述压缩机安装在所述变流器柜散热结构的柜体中或柜体外。
2.如权利要求1所述的变流器柜散热结构，其特征在于，所述腔室Al包括风道板，该风道板竖直布置、两侧与柜体A两侧板内壁连接，该风道板与所述蒸发器、柜体A前门板、两侧壁板、底板和所述隔板A构成安装所述变流器发热元器件的空间；该风道板与柜体A后壁板相间隔并与柜体A后壁板、两侧壁板、顶板和底板构成风道，该风道下端包括连通安装所述变流器发热元器件空间的下部通风口 ；该安装所述变流器发热元器件空间经所述蒸发器与该风道上部连通。
3.如权利要求2所述的变流器柜散热结构，其特征在于，所述蒸发器与所述风道板密闭连接并位于安装所述变流器发热元器件内，所述蒸发器风机A设置在所述风道内。
4.如权利要求3所述的变流器柜散热结构，其特征在于，该蒸发器风机A为离心风机，该蒸发器风机A出风口向下；或所述蒸发器风机A为轴流风机，该蒸发器风机A位于所述风道下部，其出风口或进风口为所述风道下端的下部通风口。
5.如权利要求4所述的变流器柜散热结构，其特征在于，包括蒸发器托盘，该蒸发器托盘连接在所述柜体A的腔室Al内的安装结构上和柜体B的腔室BI内的安装结构上，所述蒸发器底部安装在该蒸发器托盘中，该蒸发器托盘包括通向所述柜体A、柜体B外的排水口。
6.如权利要求1所述的变流器柜散热结构，其特征在于，包括冷凝器托盘，该冷凝器托盘连接在所述柜体A的腔室A2内的安装结构上和柜体B的腔室B2内的安装结构上，所述冷凝器竖直布置，该冷凝器底部安装在该冷凝器托盘中，该冷凝器托盘包括通向所述柜体A、柜体B外一侧或两侧的排水口。
7.如权利要求1至6之一所述的变流器柜散热结构，其特征在于，所述蒸发器数量为一个，该蒸发器位于所述腔室Al内和腔室BI内。
8.如权利要求1至6之一所述的变流器柜散热结构，其特征在于，所述蒸发器数量为两个，分别位于所述腔室Al内和腔室BI内。
9.如权利要求1至6之一所述的变流器柜散热结构，其特征在于，所述冷凝器数量为一个，该冷凝器位于所述腔室A2上和腔室B2上。
10.如权利要求1至6之一所述的变流器柜散热结构，其特征在于，所述冷凝器数量为两个，分别位于所述腔室 A2上和腔室B2上。
【文档编号】H05K7/20GK103501105SQ201310450252
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】周泽平, 盛小军, 周党生, 黄载尧, 杨林丰 申请人:深圳市禾望电气有限公司