浸没冷却箱和浸没冷却变流器

技术领域

本发明涉及变流器中发热器件散热技术领域，更具体地说，涉及一种浸没冷却箱，还涉及一种浸没冷却变流器。

背景技术

变流器是风力发电中电能转换的核心设备，包括箱体和设置在箱体内的功率模组、电感器件12，以及如导电排、熔丝等发热量低的一般发热器件。目前，变流器的内部器件(如功率模组的功率模块13)散热主要为强迫风冷散热和水循环冷却散热两种方式；强迫风冷散热是利用风机11等装置提供冷风吹扫发热器件实现散热，如图1-2所示；水循环冷却散热是使发热器件贴紧液冷板14散热，以及利用液冷换热器15对循环吹过发热器件的风进行冷却散热，如图3所示。

但是，上述强迫风冷散热方式受限于变流器内风道结构设计，水循环冷却散热方式受液冷板14与发热器件的接触面积限制、受液冷换热器15与风之间换热效率的限制，散热效果不佳，难以满足如电感器件12、功率模组中功率模块13等大功率发热器件的散热需求。

因此，如何提高变流器中发热器件的散热效果，尤其满足大功率发热器件的散热需求，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种浸没冷却箱，能将发热器件布置在密封箱体内，并将热量直接传导至流入密封箱体内的绝缘冷却液，再由绝缘冷却液流出密封箱体外散失，相比于现有强迫风冷散热方式，避免由冷风吹扫，散热效果不受变流器内风道结构限制，散热效果更佳；同时相比于现有水循环冷却散热方式，绝缘冷却液为液态，能最大程度地覆盖发热器件的表面，且发热器件的热量无需先传到至空气再传导至液冷换热器，而是直接传导至绝缘冷却液，能显著提高发热器件的散热效果。本发明还提供应用上述浸没冷却箱的浸没冷却变流器，发热器件的散热效果好。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种浸没冷却箱，包括内部用于安装发热器件的密封箱体，所述密封箱体设有进液口和出液口，所述进液口用于将绝缘冷却液输入所述密封箱体内，所述出液口用于将所述绝缘冷却液排出所述密封箱体外；所述密封箱体还设有分别与所述发热器件电连接的输入导体和输出导体；所述输入导体和所述输出导体与所述密封箱体的间隙处分别密封。

优选的，上述浸没冷却箱中，所述发热器件包括功率模块，所述输入导体和所述输出导体分别与所述功率模块电连接。

优选的，上述浸没冷却箱中，所述发热器件还包括PCB板和电容；所述密封箱体还设有接线连接器，用于所述PCB板出线；所述电容安装于所述输出导体。

优选的，上述浸没冷却箱中，所述功率模块为多个，并排列成一排，或者所述功率模块排列成多排，各排所述功率模块的输入端连接至相同的所述输入导体或不同的所述输入导体，各排所述功率模块的输出端连接至相同的所述输出导体或不同的所述输出导体。

优选的，上述浸没冷却箱中，所述发热器件包括电抗器、变压器和/或熔丝。

优选的，上述浸没冷却箱中，所述密封箱体包括设有开口的本体和封盖在所述开口处的盖板；所述本体与所述盖板的连接处密封。

一种浸没冷却变流器，包括：

外壳；

第一换热器，所述第一换热器的液体出口处连接有输送管、液体入口处连接有回流管；所述第一换热器布置在所述外壳内或所述外壳之外；所述输送管和所述回流管两者中至少一个设有驱动泵，用于驱动绝缘冷却液由所述回流管输入所述第一换热器、由所述输送管输出；

浸没冷却箱，所述浸没冷却箱为上述技术方案中任意一项所述的浸没冷却箱，其进液口与所述输送管连通、出液口与所述回流管连通；所述浸没冷却箱安装在所述外壳内。

优选的，上述浸没冷却变流器中，还包括第二换热器，所述第二换热器的入口与所述输送管连通、出口与所述回流管连通；所述外壳内设有密封空间，所述密封空间内安装有发热器件；所述第二换热器安装在所述密封空间内，且所述第二换热器固定有风机，该风机用于驱动所述密封空间内热空气流向所述第二换热器处散热，并驱动换热后的冷空气流向各所述发热器件。

优选的，上述浸没冷却变流器中，所述浸没冷却箱为多个，包括模块冷却箱和电感冷却箱。

优选的，上述浸没冷却变流器中，所述第一换热器安装在所述外壳内由隔板分割而成的独立空间中，所述驱动泵布置在所述独立空间内；

所述第一换热器固定有散热风机，所述外壳中与所述散热风机对应的位置设有出风口，用于将流过所述第一换热器的热风输送至所述出风口外。

优选的，上述浸没冷却变流器中，所述输送管包括依次连通的连接管和入水总管，该连接管与所述第一换热器的液体出口连通；所述回流管包括依次连通的出水总管和连接管，该连接管与所述第一换热器的液体入口连通；所述驱动泵为一个，安装于所述输送管或所述回流罐的连接管；

所述浸没冷却箱的进液口与所述入水总管连通、所述浸没冷却箱的出液口与所述出水总管连通。

本发明提供一种浸没冷却箱，包括内部用于安装发热器件的密封箱体，密封箱体设有进液口和出液口，进液口用于将绝缘冷却液输入密封箱体内，出液口用于将绝缘冷却液排出密封箱体外；密封箱体还设有分别与发热器件电连接的输入导体和输出导体；输入导体和输出导体与密封箱体的间隙处分别密封。

应用上述浸没冷却箱时，可将发热器件装入密封箱体内，并使发热器件分别与输入导体和输出导体连接；利用进液口将绝缘冷却液输入密封箱体内，利用出液口将绝缘冷却液输出密封箱体；绝缘冷却液进入密封箱体后直接最大程度地包裹接触发热器件，使发热器件的热量直接传导至绝缘冷却液，再由绝缘冷却液带出密封箱体外散失。

显然，相比于现有强迫风冷散热方式，本发明提供的浸没冷却箱避免由冷风吹扫，散热效果不受变流器内风道结构限制，对发热器件的散热效果更佳；相比于现有水循环冷却散热方式，本发明提供的浸没冷却箱利用液态的绝缘冷却液散热，能最大程度地覆盖发热器件的表面，且发热器件的热量无需先传到至空气再传导至液冷换热器，而是直接传导至绝缘冷却液，能显著提高发热器件的散热效果。可见，本发明提供的浸没冷却箱对发热器件的散热效果好，能满足如功率模块、电感器件等大功率发热器件的散热需求。

本发明还提供应用上述浸没冷却箱的浸没冷却变流器，功率模块的散热效果好，带载能力高，能节约成本。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中采用强迫风冷散热方式的变流器中功率模块、电感器件的散热示意图；

图2为现有技术中采用强迫风冷散热方式的变流器中一般发热器件的散热示意图；

图3为现有技术中采用水循环冷却散热方式的变流器的散热示意图；

图4为本发明实施例提供的第一种浸没冷却箱的外部结构示意图；

图5为图4所示第一种浸没冷却箱的内部结构示意图；

图6为图4所示第一种浸没冷却箱的另一角度内部结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第一种浸没冷却箱内部充满绝缘冷却液的主视图；

图8为本发明实施例提供的第一种浸没冷却箱内部充满绝缘冷却液的侧视图；

图9为本发明实施例提供的第一种浸没冷却箱与导电排、电容的装配示意图；

图10为本发明实施例提供的第二种浸没冷却箱的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的第三种浸没冷却箱的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的第四种浸没冷却箱的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的第五种浸没冷却箱的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的第六种浸没冷却箱的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的第一种浸没冷却变流器的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的第二种浸没冷却变流器的结构示意图；

其中，图4-图16中：

浸没冷却箱100；密封箱体101；本体1011；盖板1012；出液口102；进液口103；密封件104；接线连接器105；功率模块106；输出导电排107；输入转接导电排108；输入导电排109；PCB板110；输出转接导电排111；绝缘冷却液112；导电排113；电容114；大功率器件115；模块冷却箱1001；电感冷却箱1002；外壳201；出风口2011；发热器件202；第二换热器203；出口231；入口232；风机204；第一换热器205；散热风机206；出口总管207；入口总管208；连接管209；分支接头210；连通管211；驱动泵212；密封空间Ⅰ；剩余空间Ⅱ；独立空间Ⅲ。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种浸没冷却箱，能将发热器件布置在密封箱体内，并将热量直接传导至流入密封箱体内的绝缘冷却液，再由绝缘冷却液流出密封箱体外散失，相比于现有强迫风冷散热方式，避免由冷风吹扫，散热效果不受变流器内风道结构限制，散热效果更佳；同时相比于现有水循环冷却散热方式，绝缘冷却液为液态，能最大程度地覆盖发热器件的表面，且发热器件的热量无需先传到至空气再传导至液冷换热器，而是直接传导至绝缘冷却液，能显著提高发热器件的散热效果。本发明实施例还公开应用上述浸没冷却箱的浸没冷却变流器，发热器件的散热效果好。

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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅4-16，本发明实施例提供一种浸没冷却箱100，包括内部用于安装发热器件的密封箱体101，密封箱体101设有进液口103和出液口102，进液口103用于将绝缘冷却液112输入密封箱体101内，出液口102用于将绝缘冷却液112排出密封箱体101外；密封箱体101还设有分别与发热器件电连接的输入导体和输出导体；输入导体和输出导体与密封箱体101的间隙处分别密封。

应用上述浸没冷却箱100时，可将功率模块106作为发热器件装入密封箱体101内，并使功率模块106分别与输入导体和输出导体连接；利用进液口103将绝缘冷却液112输入密封箱体101内，利用出液口102将绝缘冷却液112输出密封箱体101；绝缘冷却液112进入密封箱体101后直接最大程度地包裹接触功率模块106，使功率模块106的热量直接传导至绝缘冷却液112，再由绝缘冷却液112带出密封箱体101外散失。

显然，相比于现有强迫风冷散热方式，本实施例提供的浸没冷却箱100避免由冷风吹扫，散热效果不受变流器内风道结构限制，对发热器件的散热效果更佳；相比于现有水循环冷却散热方式，本实施例提供的浸没冷却箱100利用液态的绝缘冷却液112散热，能最大程度地覆盖发热器件的表面，且发热器件的热量无需先传到至空气再传导至液冷换热器，而是直接传导至绝缘冷却液112，能显著提高发热器件的散热效果。可见，本实施例提供的浸没冷却箱100对发热器件的散热效果好，能满足如功率模块106、电感器件等大功率发热器件的散热需求。

另外，本领域技术人员可以理解的是，现有强迫风冷散热方式和水循环冷却散热方式中热量通过间接传导方式散失，亦影响散热效果。如在现有强迫风冷散热方式中，功率模块固定于翅片散热器，热量先传导至翅片散热器再由进入变流器内部的冷气流带走；在现有水循环冷却散热的方式中，功率模块固定于液冷板，热量先传导至热冷板再由液冷板内部流过的冷却液带走；两种现有散热方式中功率模块的热量分别通过翅片散热器和液冷板间接传导至散热介质(即气流、冷却液)，散热效果差，影响功率模块的带载能力。而本实施例提供的浸没冷却箱100中，发热器件的热量直接传导至绝缘冷却液112，传导效率高，利于提高散热效率。

再者，本实施例提供的浸没冷却箱100能将发热器件布置在密封箱体101内，并由绝缘冷却液112包裹，提高了电气安全性，避免发热器件完全裸露在变流器的内部空气中，杜绝发热器件产生凝露问题，且发热器件的防尘、防腐效果好，提高发热器件运行的可靠性以及使用寿命。

具体的，上述发热器件可设置为包括功率模块106，输入导体和输出导体分别与功率模块106电连接。输入导体包括插装并固定于密封箱体101的输入转接导电排108和与输入转接导电排108固定连接的输入导电排109；输入导电排109位于密封箱体101内，并且输入导电排109与功率模块106电连接。输出导体包括插装并固定于密封箱体101的输出转接导电排111和与输出转接导电排111固定连接的输出导电排107；输出导电排107位于密封箱体101内，并且输出导电排107与功率模块106电连接。

现有强迫风冷散热和水循环冷却散热的方式中，功率模块仅单面贴附接触翅片散热器或液冷板，单面传递热量，散热效率有限，而本发明实施例提供的浸没冷却箱100利用绝缘冷却液112接触功率模块106，通过对功率模块106选用合适的安装于密封箱体101的方式，能使绝缘冷却液112全包裹功率模块106，增大功率模块106的散热面积，进一步提高散热效果，进一步提升功率模块106的带载能力。具体的，功率模块106可设置为通过支架固定在密封箱体101内，优选设置为通过输入导体和输出导体固定于密封箱体101，本实施例不做限定，仅需确保功率模块106能够裸露更多面积用于接触绝缘冷却液112即可。

上述功率模块106可设置为IGBT模块或IGCT模块，本实施例不做限定。

进一步的，发热器件还包括PCB板110，密封箱体101还设有接线连接器105，用于PCB板110出线。PCB板110与功率模块106重叠设置，并相互分离，如图7、8、11-14所示，即充分利用密封箱体101的内部空间，又避免两者相互接触而影响两者分别由绝缘冷却液112包裹散热。

发热器件还包括电容114；电容114安装于输出导体，具体安装于输出导体的输出导电排107，如图10、14所示。当然，电容114还可设置为布置在密封箱体101外，如图9、13所示，电容114安装于导电排113，导电排113布置在密封箱体101外，并与输出导体(具体为输出导体的输出转接导电排111)电连接。

上述浸没冷却箱100中，功率模块106为多个，并排列成一排，或者功率模块106排列成多排，各排功率模块106的输入端可连接至相同的输入导体或不同的输入导体、各排功率模块106的输出端可连接至相同的输出导体或不同的输出导体。如图11所示，两排功率模块106分别连接至不同的输入导体和不同的输出导体；如图12-14所示，两排功率模块106连接至相同的输入导体和不同的输出导体。

除了用于对功率模块106进行散热外，上述浸没冷却箱100还可用于对变流器的其他大功率器件115进行散热，相应的，上述发热器件设置为包括电抗器、变压器和/或熔丝。本实施例对布置在密封箱体101内的发热器件种类和数量不做限定。

上述密封箱体101包括设有开口的本体1011和封盖在开口处的盖板1012；本体1011与盖板1012的连接处密封。密封箱体101中本体1011设置开口，便于用户将发热器件装配到本体1011内，然后将盖板1012固定于本体1011。

输入转接导电排108、输出转接导电排111、接线连接器105与密封箱体101之间的间隙处分别设有密封结构，该密封结构可设置为相互配合的螺纹，或者密封结构设置为集成于输入转接导电排108、输出转接导电排111、接线连接器105的密封件104，或者密封结构设置为集成于密封箱体101的密封件104，或者密封结构设置为独立的密封件104(如密封垫圈)，或者密封结构可设置为密封胶、密封法兰等，或者密封结构设置为上述密封手段中的多种混合密封，本实施例对密封结构的种类不做限定，仅需确保实现密封功能即可。

密封箱体101上设置的进液口103、出液口102的数量分别设置为至少一个；进液口103、出液口102可设置为分别与密封箱体101为一体成型，或者分别与密封箱体101相互分体，并且进液口103、出液口102与密封箱体101的连接处需分别设置密封结构。输入转接导电排108、输出转接导电排111、接线连接器105的数量可设置为一个或多个，且各器件在密封箱体101上的位置可调，本实施均不做限定。

根据密封箱体101内发热器件的散热需求，绝缘冷却液112可设置为不断通过进液口103流入密封箱体101、不断通过出液口102流出密封箱体101；或者绝缘冷却液112设置为能够每间隔第一预设时间通过进液口103流入密封箱体101达第二预设时间，相应的，进液口103进液时出液口102同时向外排液，进液口103停止进液时出液口102停止向外排液。

密封箱体101内部用于充满绝缘冷却液112，以最大限度包裹内部的发热器件，不仅散热效果，还提高了密封箱体101内部各发热器件的电气安全性。绝缘冷却液112可设置为氟化液。

本实施例提供的浸没冷却箱100外观简洁、体积小，结构简单，密封壳体101可以一体成型，能开模大批量生产，生产成本低，且产品一致性高。

本发明实施例还提供一种浸没冷却变流器，包括：

外壳201；

第一换热器205，第一换热器205的液体出口处连接有输送管、液体入口处连接有回流管；第一换热器205布置在外壳201内或布置在外壳201之外；输送管和回流管两者中至少一个设有驱动泵212，用于驱动绝缘冷却液112由回流管输入第一换热器205、由输送管输出；

浸没冷却箱100，浸没冷却箱100为上述实施例提供的浸没冷却箱100；浸没冷却箱100的进液口103与输送管连通、出液口102与回流管连通；浸没冷却箱100安装在外壳201内。

上述浸没冷却变流器中，还包括第二换热器203，第二换热器203的入口232与输送管连通、出口231与回流管连通；外壳201内设有密封空间Ⅰ，密封空间Ⅰ内安装有发热量低的发热器件202；第二换热器203安装在密封空间Ⅰ内，且第二换热器203固定有风机204，该风机204用于驱动密封空间Ⅰ内热空气流向第二换热器203处散热，并驱动换热后的冷空气流向各发热器件202，如图15-16所示。发热器件202包括但不限于功率导电排，电容，PCB板，熔丝等。

浸没冷却箱100为多个，包括模块冷却箱1001和电感冷却箱1002；模块冷却箱1001的内部设有功率模块106、导电排，PCB板110等功率模组的常用器件；电感冷却箱1002的内部设有电抗器，变压器和/或熔丝等。模块冷却箱1001和电感冷却箱1002可分别设置为一个或多个；不同模块冷却箱1001内所布置的发热器件可设置为相同或不同，不同电感冷却箱1002内所布置的发热器件可设置为相同或不同。

各浸没冷却箱100以及第二换热器203分别通过连通管211与输送管、回流管连通，并分别与第一换热器205构成封闭的绝缘冷却液循环回路，如图15、16所示。

请参阅图15，第一换热器205安装在外壳201内由隔板分割而成的独立空间Ⅲ中，驱动泵212布置在独立空间Ⅲ内；第一换热器205固定有散热风机206，外壳201中与散热风机206对应的位置设有出风口2011，用于将流过第一换热器205的热风输送至出风口2011外。本实施例中，浸没冷却箱100布置在外壳201的剩余空间Ⅱ内。

当然，第一换热器205还可布置在外壳201之外，如图16所示，该方案中第一换热器205可固定装配风机204，还可根据现场温度环境省去该风机204，本实施例不做限定。

输送管包括依次连通的连接管209和入水总管208，该连接管209与第一换热器205的液体出口连通；回流管包括依次连通的出水总管207和连接管209，该连接管209与第一换热器205的液体入口连通；驱动泵212为一个，安装于输送管或回流罐的连接管209。

浸没冷却箱100的进液口103通过连通管211与入水总管208连通、浸没冷却箱100的出液口102通过连通管211与出水总管207连通。第二换热器203的入口通过连通管211与入水总管208连通、第二换热器203的出口通过连通管211与出水总管207连通。

入水总管208、出水总管207上设有分别与连通管211配合的若干分支接头210。入水总管208、出水总管207可根据浸没冷却箱100和第二换热器203的数量设置为一个或多个，各入水总管208、出水总管207中分支接头210的数量亦可根据需求设置为一个或多个，本实施例不做限定。

本实施例提供的浸没冷却变流器工作原理如下：

运行时，驱动泵212转动，带动整个封闭回路内的绝缘冷却液112循环流动。首先温度较低的绝缘冷却液112通过入水总管208，经过各个分支接头210进入到各个部分，如进入模块冷却箱1001，此时功率模块106运行产生的热量直接与绝缘冷却液112进行热交换，低温度的绝缘冷却液112形成高温度的绝缘冷却液112；同步的，电感冷却箱1002同时进行着发热器件115与低温度绝缘冷却液112进行热交换，形成高温度绝缘冷却液112；同步的，在密封空间Ⅰ中，因发热器件202在运行，对密封空间Ⅰ中的空气进行了热传导，导致空气温度上升，风机204转动，将密封空间Ⅰ的高温气流从第二换热器203的一面抽进，经过第二换热器203的翅片，高温气体与翅片进行热交换，使得高温气流变成较低温度的气流甩出，同时第二换热器203内部绝缘冷却液112吸热，温度增加，如此循环，对密封空间Ⅰ的发热器件202起到了降温作用；最终带走各个部分热量的高温绝缘冷却液112回流到出水总管207，再经过第一换热器205，因第一换热器205配套的风机206转动，带动周围低温气流与翅片产生热交换，高温气流被风机排除外壳201。由以上的循环往复，实现对变流器冷却散热。

本实施例提供的浸没冷却变流器中电感冷却箱1002对内部电感器件的散热效率高，能减小电感器件的尺寸，进一步低降低了整体体积及成本。该浸没冷却变流器对驱动泵212的功率要求低，进一步降低了成本。该浸没冷却变流器换热效率高，第一换热器205可以减小散热功率，缩小体积，便于内置于外壳201中，从而降低了电站中风机的建设成本。

本实施例提供的浸没冷却变流器应用上述实施例提供的浸没冷却箱100，发热器件的散热效果好。当然，本实施例提供的浸没冷却变流器还具有上述实施例提供的有关浸没冷却箱100的其他效果，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。