用于高压变频器的联合冷却装置和冷却系统的制作方法

1.本实用新型涉及通风冷却设备领域，特别涉及一种用于高压变频器的联合冷却装置和冷却系统。


背景技术：

2.高压变频器，是一种利用电力半导体器件的通断功能来转换频率的控制仪器，随着自动化水平的提高，随着人们节能降耗认识的增强，高压变频器在冶金、石油化工和电力能源等行业得到了广泛的应用。
3.高压变频器经常与大功率电机配套使用，由于设备功率大，工作时候产生大量热量，同时变频器对运行环境要求较高，一般变频器运行环境温度的极限为40℃，变频器的故障率随温度升高而成指数上升，使用寿命随温度的升高而成指数下降。因此，需要为高压变频器提供冷却装置，降低其所处环境的温度。常规冷却装置的工作形式有两种。
4.一种形式是在变频器柜顶部安装风扇，将热空气直接排至变频器室内，变频器室安装有多台空调机，热量全部通过空调冷却，但是由于变频器功率越高，产生的热量越多，变频器室内的空调装机功率也就越大，对于安装有多台大功率变频器的场所，空调制冷量高达数百千瓦；并且，由于空调首先将变频器室内环境冷却，然后室内空气再将变频器冷却，能源利用效率低，运行能耗高；此外，空调的初期投资也是一笔不小的费用。
5.另外一种形式是在变频器柜顶部设置排风风管，柜内热空气通过风管直接排至室外，同时设置一套进风系统，将室外空气送入变频器室。例如授权号为cn206099741u的实用新型专利提出了一种变频器通风冷却系统，变频器室内空气采用直流式系统，排风直接排至室外，进风为室外新鲜空气并采用水冷却。这种通风冷却方式的回风不循环使用，并没有配备制冷机，在炎热季节，当室外新风焓值高于排风焓值时，直接使用新风将很不节能；当变频器室外部灰尘大时，长期运行还会造成过滤组件堵塞失效，如不及时检修维护，将影响变频器系统的正常工作；另外，循环冷却水与新风传热温差小，冷却能力不足，导致送风温度不够低，对于大型的变频器室，难以维持室内较低温度。授权号为cn202020502383的实用新型专利提出了另一种高压变频器冷却系统中，变频器的排风引至室外并与循环冷却水换热后返回变频器室，形成闭式循环，仅在冷却装置故障时，排风直接排至室外。这种通风冷却方式的回风循环使用，但也没有配备制冷机。由于该技术中变频器的回风被冷却后循环利用，避免了外部气候的干扰，同时，当变频器室外部灰尘大时，不会影响到冷却系统运行；但是冷却水与回风传热温差小的问题仍然存在，整套系统冷却能力不足，导致送风温度不够低，对于大型的变频器室，难以维持室内较低温度。
6.有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复实验设计出一种用于高压变频器的联合冷却装置和冷却系统，以期解决现有技术存在的问题。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提出一种用于高压变频器的联合冷却装置和冷却系统，既能高效冷却变频器，又能有效节约运行耗能。
8.为达到上述实用新型目的，本实用新型提出一种用于高压变频器的联合冷却装置，其中，所述联合冷却装置包括依次串联的出风管、第一换热器、第二换热器和送风管，所述第一换热器内具有的第一冷却介质，所述第二换热器内具有第二冷却介质，所述第二冷却介质的沸点低于第一冷却介质的沸点。
9.如上所述的用于高压变频器的联合冷却装置，其中，所述第二冷却介质为有机工质。
10.如上所述的用于高压变频器的联合冷却装置，其中，所述第二换热器为有机工质制冷蒸发器。
11.如上所述的用于高压变频器的联合冷却装置，其中，所述联合冷却装置还包括用于为第二冷却介质进行降温的第三换热器。
12.如上所述的用于高压变频器的联合冷却装置，其中，所述第一冷却介质为水。
13.如上所述的用于高压变频器的联合冷却装置，其中，所述第一换热器为板式换热器或管式换热器。
14.如上所述的用于高压变频器的联合冷却装置，其中，所述出风管内设有风机。
15.如上所述的用于高压变频器的联合冷却装置，其中，所述送风管内设有测温仪表。
16.本实用新型还提出一种用于高压变频器的冷却系统，其中，所述冷却系统包括变频器柜、变频器室和如上所述的联合冷却装置，所述变频器柜具有安装变频器的第一容置腔，所述变频器室具有安装所述变频器柜的第二容置腔，所述变频器柜设于所述第二容置腔内，所述出风管密封贯穿所述变频器室的外壁和所述变频器柜的顶板并与所述第一容置腔相连通，所述第一换热器和所述第二换热器均设于所述变频器室外，送风管密封贯穿所述变频器室的外壁并与所述第二容置腔相连通，所述变频器柜的外壁上还开设有连通所述第一容置腔和第二容置腔的多个通风孔。
17.如上所述的高压变频器的冷却系统，其中，所述第二容置腔内设有防静电架空地板，所述送风管的一端密封贯穿所述变频室的外壁并伸入至所述防静电地板的下方，所述防静电架空地板上开设有多个送风口，所述送风管通过各所述送风口与所述第二容置腔相连接。
18.与现有技术相比，本实用新型具有如下特点和优点：
19.本实用新型提出的用于高压变频器的联合冷却装置和冷却系统，变频器柜排出的热空气经过第一换热器和第二换热器进行两级冷却后送回变频器室，可以实现更好的冷却效果，提高了变频器运行的稳定性。
附图说明
20.在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。
21.图1为本实用新型中冷却系统的结构示意图；
22.图2为本实用新型联合冷却装置的局部示意图。
23.附图标记说明：
24.100、联合冷却装置；
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10、出风管；
25.20、第一换热器；
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21、第一换热器壳体；
26.22、第一换热管；
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30、第二换热器；
27.31、第二换热器壳体；
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32、第二换热管；
28.40、送风管；
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50、第三换热器；
29.51、第三换热器壳体；
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52、第三换热管；
30.60、制冷压缩机；
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70、风机；
31.80、测温仪表；
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200、冷却系统；
32.210、变频器柜；
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211、通风孔；
33.220、变频器室；
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222、防静电架空地板；
34.223、送风口。
具体实施方式
35.结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。
36.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。
37.本实用新型提出一种用于高压变频器的联合冷却装置100，该联合冷却装置100包括依次串联的出风管10、第一换热器20、第二换热器30和送风管40，第一换热器20内具有的第一冷却介质，第二换热器30内具有第二冷却介质，第二冷却介质的沸点低于第一冷却介质的沸点。
38.本实用新型还提出一种用于高压变频器的冷却系统200，该冷却系统200包括变频器柜210、变频器室220和如上所述的联合冷却装置100，变频器柜210具有安装变频器的第一容置腔，变频器室220具有安装变频器柜的第二容置腔221，变频器柜210设于第二容置腔221内，出风管10密封贯穿变频器室220的外壁和变频器柜210的顶板并与第一容置腔相连通，第一换热器20和第二换热器30均设于变频器室220外，送风管40密封贯穿变频器室220的外壁并与第二容置腔221相连通，变频器柜210的外壁上还开设有连通所述第一容置腔和第二容置腔221的多个通风孔。
39.本实用新型提出的用于高压变频器的联合冷却装置100和冷却系统200，变频器柜210排出的热空气经过第一换热器20和第二换热器30进行两级冷却后送回变频器室220，可以实现更好的冷却效果，提高了变频器运行的稳定性。
40.本实用新型提出的用于高压变频器的联合冷却装置100和冷却系统200，其第二换热器30内的第二冷却介质的沸点低于第一换热器20内第一冷却介质的沸点，变频器排出的
热空气先通过第一换热器20，由于热空气与第一冷却介质之间存在温差，热空气得到冷却降温，再进入第二换热器30沸点更低的第二冷却介质换热，这样制冷循环的电负荷可大为降低，冷却效果也更好。
41.本实用新型提出的用于高压变频器的联合冷却装置100和冷却系统200，冷却后的空气通过送风管40送回变频器室220，形成冷-热空气的闭环循环，节约了空调机的装机容量，解决了目前变频器室配套空调功率大的问题；同时，由于变频器室内的空气为闭式循环，不与外界空气接触或混合，不易受外部气候条件影响，使得室内空气洁净度得以保证，提高了整套系统运行的稳定性。
42.本实用新型提出的用于高压变频器的联合冷却装置100和冷却系统200，通用性强，还能减小变频器室220空调机的装机容量，从而降低了电耗，节约初投资和运行费用；同时变频器又可免受安装环境、外部气候的影响，变频器室220内的空气洁净度得以保证，采用两级冷却方式后，变频器室220内可以达到较低的室内温度，有利于设备运行，提高了变频器稳定性和使用寿命。
43.在本实用新型一个可选的实施方式中，第一换热器20内的第一冷却介质为水。进一步的，第一冷却介质优选工厂集中的循环冷却水，可以实现更好的冷却效果，提高装置运行的稳定性。
44.在该实施方式一个可选的例子中，第一换热器20为板式换热器或管式换热器。
45.在一个可选的例子中，第一换热器20为管式换热器，其包括第一换热器壳体21和第一换热管22，第一换热介质设于第一换热管22内，第一换热器壳体21的顶端具有第一进气口，第一换热器壳体21底端具有第一进气口，第一进气口与出风管10相连接，第一出气口和第二换热器30相连接，第一换热管22的两端分别密封贯穿第一换热器壳体21并分别与工厂中循环冷却水网相连接。采用上述结构，由变频器柜210内的热风由第一进气口进入第一换热器壳体21内与第一换热管22内的循环冷却水进行热交换，从而实现第一次冷却降温。
46.在本实用新型一个可选的实施方式中，第二换热器30内的第二冷却介质为有机工质，其温度更低，与回风传热温差大、换热效率高，采用较小的换热器体积便可实现较大的换热量，并且回风冷却后的温度更低，比只有一级水冷却的换热器有明显优势。
47.在该实施方式一个可选的例子中，第二换热器30为有机工质制冷蒸发器。优
48.在一个可选的例子中，第二换热器30包括第二换热器壳体31和第二换热管32，第二换热介质设于第二换热管32内，第二换热器30的顶端具有第二进气口，第二换热器30的侧壁具有第二出气口，第二换热器30的第二进气口与第一换热器20的第一出气口相连接，第二换热器30的第二出气口与送风管40相连接，经由第一换热器20实现了第一次降温的气体进入第二换热器30内与第二换热管32的第二冷却介质进行第二次降温。
49.在一个可选的例子中，第二换热器30为管束-翅片式换热器。
50.在另一个可选的例子中，第二换热器30为盘管蒸发换热器。
51.在一个可选的例子中，该联合冷却装置100还包括用于为第二冷却介质进行降温的第三换热器50。
52.进一步的，第三换热器50包括第三换热器壳体51和第三换热管52，第三换热器壳体51上开设有第三冷却水进口和第三冷却水出口，第三换热管52设于第三换热器壳体51内，第三换热管52的两端密封贯穿第三换热器壳体51的外壁并分别与第二换热管32的两端
相连接，这样，第二换热管32内的第二冷却介质便可流入第三换热管52内被第三换热器壳体51内的冷却水冷却后再流回第二换热管32。
53.优选的，第三冷却水进口和第三冷却水出口分别与厂区中循环冷却水网相连接。采用上述结构，第三换热器50便可以利用厂区中循环冷却水为第二冷却介质进行降温，运行稳定、安全可靠。
54.进一步的，第三换热器壳体51内还设有制冷压缩机60，以进一步降低第三换热器壳体51中冷却水的温度。第二换热器30、第三换热器50和制冷压缩机60形成制冷循环，以保证第二冷却介质能够持续处于低温状态。
55.在本实用新型一个可选的实施方式中，出风管10内设有风机70，风机70连续运行，用于克服变频器柜210顶部至第一换热器20、第二换热器30及送风管40的气流的阻力损失。
56.在本实用新型一个可选的实施方式中，送风管40内设有测温仪表80。测温仪表80用于检测通过第二换热器30降温后的空气温度，即进入变频器室220的空气温度，当温度过高或过低时，可调节第一换热器20的第一冷却介质(冷却水)流量或第二换热器30的第二冷却介质(有机工质)流量，实现送风温度的可控。
57.在本实用新型一个可选的例子中，变频器室220内设有防静电架空地板222，变频器柜210设于防静电架空地板222的上表面，送风管40的一端密封贯穿变频器室220的外壁后伸入至防静电架空地板222的下方，防静电架空地板222上开设有多个送风口223，送风管40的通过各送风口223与第二容置腔221相连接，变频器柜210的侧壁上开设有多个连通第一容置腔和第二容置腔221的多个通风孔211。
58.请参考图1至图2，现结合一实施例详细说明本实用新型提出的用于高压变频器的联合冷却装置100和冷却系统200的工作原理和使用过程：
59.变频器柜210安装在变频器室220内，联合冷却装置100安装在变频器室220外，变频器柜210顶部排风口与出风管10连接，出风管10上安装有风机70，风机70连续运行，变频器柜210内变频器产生的热空气连续送入联合冷却装置100，联合冷却装置100含有第一换热器20和第二换热器30，热空气经两级冷却后，温度降低，然后经送风管40送至变频器室220的防静电架空地板222下，通过设置在防静电架空地板222上的送风口送至变频器室220的第二容置腔221内，空气在变频器室220-变频器柜210-联合冷却装置100之间形成闭环循环。
60.第二换热器30内部第二换热介质温度低，与回风传热温差大、换热效率高，较小的换热器体积便可实现较大的换热量，回风冷却后的温度更低，比只有一级水冷却的换热器有明显优势，使得变频器室220内可以达到较低的室内温度，有利于设备运行。
61.针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本实用新型进行解释，以便于能够更好地理解本实用新型，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本实用新型的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。