一种用于电力设备的换热装置的制作方法

本发明属于电气设备冷却技术，具体涉及一种用于电力设备密封柜体的换热装置。

背景技术：

当前高压变频器、整流柜、开关柜等大功率电力设备(以下称电力设备)的功率越来越高，伴随的是电力设备柜体内部的发热量越来越大，如果不能够及时将柜体内部的热量散发，会导致柜体内的电力器件出现故障，因此需要依靠散热性能优良、安全可靠、节能降耗的高性能散热系统，保障电力设备的正常运行。

以高压变频柜为例，现有电力设备的冷却方式主要采取如下的技术方案：在变频柜的主要发热器件(如IGBT元件)上安装散热片，在散热片周围安装高转速的离心风扇，通过空气的强制对流冷却，用于将IGBT的发热量释放到变频柜周围的环境中去。另外，变频柜中其他的一些热耗散功率较小的电子元器件也是通过这种空冷的方式将热量释放到周围的环境中。而高压变频柜对空气的洁净度有一定的要求，因此高压变频柜需放置于密闭性良好的设备机房中，这就造成机房内的空气无法与机房外的空气进行热对流散热，为了降低机房的温度，只能采用空调等辅助降温设备来对机房进行控温，空调必须随电力设备的运行长时间运转，这种方式造成了机房的巨大的能耗。这就导致变频器在实现电气节能的同时，还需要消耗大量的电能用于给变频器降温，导致变频器的节能效果大打折扣。

申请号为201010148032.8的中国专利文件中公开的新型逆变器中包含一种散热器，其通过蒸管中的氟利昂等冷却介质对逆变器箱体内的热量进行蒸发、冷凝，实现热量的散发，该种散热装置能够有效地将逆变器(电力设备)中的热量带走，但是不能够对柜体内部复杂分布的电力器件进行均衡散热，同时通过冷却液对蒸管内的冷却介质进行冷却，容易因冷却液泄露造成电力设备故障。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对现有的电力设备换热装置存在的技术缺陷，提供一种新型的用于电力设备的换热装置。

本发明采用如下技术方案实现：

一种用于电力设备的换热装置，包括设置在电力设备柜体内部的空气流动组件和换热组件，所述空气流动组件包括柜体内部的风道，所述风道与柜体内的发热器件串联分布；所述换热组件包括封装有工质的热管换热器，所述热管换热器的低端伸入柜体内形成蒸发端，所述蒸发端位于风道的流通路径上；所述热管换热器的高端伸出柜体外形成冷凝端，所述冷凝端与冷却部件连接。

进一步的，所述空气流动组件还包括设置在风道中的第一风扇，将风道中的空气驱动至热管换热器的蒸发端。

进一步的，所述第一风扇的出风端正对热管换热器的蒸发端设置。

进一步的，若干平行的所述热管换热器平行阵列排布，所有热管换热器的底部蒸发端通过一根母管并联成一体。

进一步的，所述热管换热器的外径为3-20mm，管壁厚度为0.1-2mm，长度是柜体高度的30％-100％。

进一步的，所述热管换热器的外壁设有翅片。

优选的，所述热管内封装的工质为氟利昂、丙酮、乙醇、水中的至少一种。

在本发明中，所述冷却部件为风冷部件。

本发明的换热组件采用翅片式的热管换热器阵列，热管换热器按照柜体内外分布区分为蒸发端和冷凝端，蒸发端与电力设备的柜体内部直接接触，用于吸收柜体内部发热器件所释放的热量，热管换热器的冷凝端伸出至柜体的外部，用于将热量释放给柜体外部的空气。

柜体内设置与热管换热器的蒸发端上对接的第一风扇，通过风道收集柜体内发热器件的热量并输送到热管换热器的蒸发端，热管换热器内部的工质吸收热量后发生气液相变，由液相转变为气相，气相的工质通过蒸腾作用无动力地输送到热管的冷凝端，在冷凝端凝结成液相后通过重力的作用重新回流到蒸发端，冷凝的过程中将工质的热量通过冷凝端散发到柜体外部。

本发明还在热管换热器的冷凝端外侧安装有第二风扇，将工质冷凝释放的热量高效的排放到柜体外部的空气中。由于热管换热器内部工质发生相变的换热系数远高于热管换热器外部空气的对流换热系数，因此在热管换热器蒸发端和冷凝端的外表面加工有散热翅片，用于扩展热管外表面的换热面积。

本发明将若干根热管换热器阵列的底部设置一根母管，将每根热管换热器连接在一起，由此方便热管的充装，在换热过程中，热管换热器阵列仅将柜体内部产生的热量传递给柜体外侧的空气，柜体内外并没有发生空气的质量交换，在控制电力设备柜体内部电子元器件温度的同时，从根本上避免了由于电力设备柜体内外空气发生交换而带来的电子器件污染问题。

由上所述，本发明结构简单，能够将电力设备柜体内部的热量高效的传递到柜体外部，在不产生柜体内外空气交换的条件下，降低电力设备内部电子元器件温度。由于柜体内外的空气不产生流动交换，可以有效保证变频柜内部的洁净度，更重要的是可以关闭电力设备所在机房空调的运行，节省空调的耗电及初投资，尤其是对于洁净度要求较高的机房，采用本发明的方案可将机柜可以直接放置于户外，节省了机房的建设和运营成本。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的柜体内部的空气流动组件和换热组件的位置关系示意图。

图2为实施例中的热管换热器示意图。

图中标号：1-高压变频柜，11-发热器件，2-空气流动组件，21-第一风扇，22-风道，3-换热组件，301-蒸发端，302-冷凝端，31-第二风扇，32-热管换热器，33-母管，34-翅片。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的高压变频柜1采用了本发明的优选实施方案，包括设置在柜体内的空气流动组件2和换热组件3。

具体的，空气流动组件2包括设置在高压变频柜1的柜体内部的风道22和第一风扇21，风道22按照高压变频柜1的柜体内部设置的发热器件11进行布置，将所有发热器件11串联22在一个风道路径(图示中的箭头路径)上，风道的进风口位于柜体1内部发热器件11的外表面处，风道22的出风口对准换热组件3的蒸发端，风道22中流通的空气能够将所有发热器件11表面产生的热量进行传递至换热组件3进行散热，风道22的出风端正对换热组件3的蒸发端301，热空气沿风道22的路径流动到此，热量与热管换热器内部的工质发生热交换后，冷却的空气从风道22的出风口继续在柜体内循环流动。风道22能够高效地组织柜体1内的空气流动，确保柜体内部的每个元器件都能够获得有效的温度控制，并且有效地将热空气组织输送至热管换热器进行热交换。

风道22中设置第一风扇21作为空气流动的动力器件，驱动柜体内部的空气沿风道22循环流动，实现热空气的循环流动。如图1所示，本实施例中的第一风扇21采用轴流风扇，第一风扇21的出风端正对热管换热器的蒸发端301。

如图2所示，本实施例中的换热组件3采用包括一根母管33和若干根热管换热器32，其中热管换热器32采用传热良好的管道，如铜管，在热管换热器32内填装一定容量的工质，工质可根据变频柜的功率大小采用氟利昂、丙酮、乙醇、水中的至少一种，热管换热器32的两端封闭，将工质封装在热管换热器32内，热管换热器32非水平的布置在变频柜的柜体1内，其中热管换热器32的低端位于柜体1内，形成换热组件3的蒸发端301，蒸发端301位于柜体内风道22中，正对第一风扇21设置，保证风道22中的流动热空气能够与热管换热器接触；热管换热器32的高端伸出柜体1外部，形成换热组件3的冷凝端302，在冷凝端302设置冷却部件，辅助加速热管换热器32内的工质快速冷凝。

在本实施例中，热管换热器32安装于高压变频柜1的柜体的某一侧面，为保证变频柜内部空气的洁净度，要求将热管换热器32和柜体1之间密封固连，隔绝柜体内部空气和外部空气之间的交互，保持变频柜柜体的密封性的同时，有效隔绝柜体外部空气中的粉尘杂质进入到柜体1内。两根以上的热管换热器32平行阵列排布，并在低端与母管33一体并联连接，将所有的热管换热器32及母管33形成一个整体部件，便于换热组件的安装检修。母管33采用与热管换热器32相同的传热效果良好的材质管道，如铜管，母管33和热管换热器32之间可焊接固连。

热管换热器32的数量需要根据变频柜的功率确定，可以由一根到多根组成，多根热管通过底部的母管33并联在一起封装，热管换热器32采用顶端封口的管道，底端直接与母管焊接封闭，实现热管换热器封装的便利性，减少封装成本，也可形成多排热管阵列，增加系统的传热量。热管换热器32的管道外径在3-20mm，管道壁厚0.1-2mm，长度根据变频柜的高度和功率确定，长度是柜体高度的30％-100％，这种尺寸的热管有利于实现最佳的传热性能。

换热组件3还包括设置在柜体外部的冷却部件，本实施例的冷却部件采用风冷部件，如图2中所示的第二风扇31，第二风扇31的出风口正对热管换热器32，对热管内部形成气相的工质进行快速冷凝。第二风扇31和第一风扇的不同之处在于，第一风扇是将柜体内的热空气推动至换热组件3的蒸发端301，辅助热管内的工质快速吸热进行气相相变，而第二风扇31则是将柜体外的冷空气与换热组件3的冷凝端302进行换热，辅助热管内的工质快速冷凝液相相变。

为了提高换热组件的换热效率，在热管换热器32的外表面分别设有翅片34，翅片34通过焊接或其他固定方式将所有的热管换热器32外表面连接，提高热管换热器32的换热面积的同时，还可提高多根热管换热器32之间一体连接的可靠性。翅片按照柜体内外的位置分为两个区域，其作用也相反，其中，靠近蒸发端的翅片的作用是为了加快柜体内部的热空气向热管内部工质传递热量，而靠近冷凝端的翅片作用是为了加快热管内部的气相工质向外部传递热量。

热管表面的翅片34的数量和翅片尺寸也是根据变频柜的功率确定，在实际应用中，第一风扇和第二风扇的风量及风压的选择亦需要根据变频柜的实际工作情况确定。

在应用本实施例的变频柜进入工作状态后，柜体内部的IGBT等元器件开始发热，第一风扇驱动变频柜内的空气在IGBT等元器件表面流动，沿风道带走IGBT等元器件产生的热量，此时风道中流动的空气温度升高，高温空气在流经热管换热器32的蒸发端301后将热量释放给热管内部的工质，温度降低并重新循环流动到变频柜的柜体内部其他区域。热管换热器32的蒸发端301吸收热量后，其内部的工质发生气液相变，将吸收热量气相后的工质无动力的蒸腾到热管换热器32的冷凝端302，在冷凝端的气相工质冷凝后变成液体在自身重力的作用下重新回流到热管换热器23的蒸发端。在冷凝端的外侧安装的第二风扇31，将冷凝端302的热量及时传递到周围的空气中。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。