一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)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(chǔ)液罐,柜體中層布置冷凝器,柜體前側(cè)布置控制盤(pán),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(guò)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(chǔ)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(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:本實(shí)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(shí)能使電力電子設(shè)備具有較好的均溫性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)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(kāi)關(guān)對(duì)交流電源進(jìn)行整流,對(duì)直流電源進(jìn)行逆變,并在變換過(guò)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(mǎn)足工業(yè)上的使用要求,硅半導(dǎo)體功率器件開(kāi)關(guān)頻率從幾百赫茲到幾萬(wàn)赫茲不等,每開(kāi)關(guān)一次均伴隨有開(kāi)關(guān)損耗產(chǎn)生熱量;同時(shí)功率器件流過(guò)電流時(shí)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(shí)散出,否則造成過(guò)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(píng)指標(biāo)稍高的場(chǎng)合,水冷系統(tǒng)針對(duì)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(chǎng)合可靠性和安全性不高,同時(shí)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(huì)降低散熱效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)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(pán),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(guò)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(diǎn)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(chǔ)液罐,分離罐和儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)液罐的上端出口處通過(guò)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(mén)。
[0010]根據(jù)所述的一種基于R134a的兩相冷卻系統(tǒng),其特點(diǎn)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(guò)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(diǎn)在于:所述的控制盤(pán)通過(guò)PLC可編程控制器處理,且控制盤(pán)上端安裝人機(jī)界面和控制面板,所述的分離罐和儲(chǔ)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(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:R134a的冰點(diǎn)為-103攝氏度,因此在本實(shí)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(wàn)倍,因此絕緣性能優(yōu)良,同時(shí)R134a常溫常壓下閃發(fā),無(wú)毒無(wú)害,是環(huán)保的冷卻介質(zhì);本實(shí)用新型在使用時(shí),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(guò)傳導(dǎo)和內(nèi)部對(duì)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(shí)要確保液態(tài)R134a不會(huì)完全汽化,以避免形成過(guò)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(chǔ)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(duì)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(shí)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(guò)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(gè)系統(tǒng)的熱平衡狀況,也使得系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化,電力電子設(shè)備散熱器的任意串并聯(lián)不會(huì)造成溫度疊加;冷凝器分為冷凝器和副冷凝器兩個(gè)并聯(lián),可以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)上的左右平衡,同時(shí)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(guò)程中可能夾帶空氣中的水分,因此系統(tǒng)配置了干燥過(guò)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(mén),用于檢修和快速斷開(kāi);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(hào)統(tǒng)一送至PLC可編程控制器處理,使本實(shí)用新型具備自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行功能;綜上,本實(shí)用新型與傳統(tǒng)風(fēng)冷方式相比,具有以下優(yōu)勢(shì):散熱能力強(qiáng),密閉式冷卻,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),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(shì):散熱能力強(qiáng),均溫性好,抗凍性好,絕緣性好,安全性高。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖本I實(shí)用新型主視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2本實(shí)用新型后視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3本實(shí)用新型側(cè)視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖中
[0017]1.儲(chǔ)液罐,2.循環(huán)泵,3.止回閥,4.分離罐,5.柜體,6.控制盤(pán),7.人機(jī)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(guò)濾器,13.旁路閥門(mén),14.進(jìn)出口法蘭。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)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(pán)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(guò)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(chǔ)液罐1,分離罐4和儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)液罐I的上端出口處通過(guò)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)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(shí)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(shí)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(mén)13。
[0023]在本實(shí)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(guò)濾器12。
[0024]在本實(shí)施例中:所述的控制盤(pán)6通過(guò)PLC可編程控制器處理,且控制盤(pán)6上端安裝人機(jī)界面7和控制面板8,所述的分離罐4和儲(chǔ)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(shí)用新型有益效果:R134a的冰點(diǎn)為-103攝氏度,因此在本實(shí)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(wàn)倍,因此絕緣性能優(yōu)良,同時(shí)R134a常溫常壓下閃發(fā),無(wú)毒無(wú)害,是環(huán)保的冷卻介質(zhì);本實(shí)用新型在使用時(shí),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(guò)傳導(dǎo)和內(nèi)部對(duì)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(shí)要確保液態(tài)R134a不會(huì)完全汽化,以避免形成過(guò)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(chǔ)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(duì)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(shí)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(guò)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(gè)系統(tǒng)的熱平衡狀況,也使得系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化,電力電子設(shè)備散熱器的任意串并聯(lián)不會(huì)造成溫度疊加;冷凝器9旁并聯(lián)副冷凝器10,可以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)上的左右平衡,同時(shí)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(guò)程中可能夾帶空氣中的水分,因此系統(tǒng)配置了干燥過(guò)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(mén)13,用于檢修和快速斷開(kāi);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(hào)統(tǒng)一送至PLC可編程控制器處理,使本實(shí)用新型具備自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行功能;綜上,本實(shí)用新型與傳統(tǒng)風(fēng)冷方式相比,具有以下優(yōu)勢(shì):散熱能力強(qiáng),密閉式冷卻,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),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(shì):散熱能力強(qiáng),均溫性好,抗凍性好,絕緣性好,安全性高。
[0026]上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述,并非對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思和保護(hù)范圍進(jìn)行限定,在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下,本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)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(shí)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(pán)¢),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(guò)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(chǔ)液罐(1),分離罐(4)和儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)液罐(I)的上端出口處通過(guò)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(mén)(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(guò)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(pán)(6)通過(guò)PLC可編程控制器處理,且控制盤(pán)(6)上端安裝人機(jī)界面(7)和控制面板(8),所述的分離罐(4)和儲(chǔ)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(hào)】H05K7/20GK204069609SQ201420474232
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海綠凡電力科技有限公司