一种基于泵驱两相流体回路的散热系统的制作方法

1.本发明属于风电变频器领域，涉及散热技术，具体是一种基于泵驱两相流体回路的散热系统。

背景技术：

2.风电是未来主要新能源之一，我国陆上风能资源丰富的地区主要分布在三北地区(东北、华北、西北)。该区域典型的气候特征是温度较低(冬季极端温度能够达到－40℃以下)。风电大功率发热器件主要为变流器igbt和齿轮箱油，通常分别采用乙二醇和油冷却循环的独立散热系统。
3.齿轮箱油冷系统所采用的润滑油在－40℃时粘度高达0.33m2/s，油管沿程阻力损失非常大，过大的阻力易损坏油泵电机以及管路等部件。温度下降至0℃以下时，润滑油在油管里成凝固状态，油液在管路内流动非常缓慢。低温时泵出口压力非常大，同时噪音也比较大，对泵的运行是非常不利的。一般风电启动运行后，齿轮箱油有一定热容，温度变化较缓，待油箱温度升高到一定后再通常外循环换热。
4.传统变频器冷却系统采用乙二醇工质，工质在低温下粘度大大增加，冬季需要低温预热才能启动，且乙二醇存在一定的腐蚀性，需要经常更换，维护频繁。热流密度较高，相比齿轮箱油冷系统，芯片温度快速上升，其响应速度很快。
5.齿轮箱油冷和风电变频器散热已成为制约行业发展痛点，为此，提出一种基于泵驱两相流体回路散热系统。

技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，该一种基于泵驱两相流体回路的散热系统解决了齿轮箱油冷系统冬季启动时换热器出口过低导致散热差的问题。
7.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，包括齿轮箱散热模块和泵驱两相热传输模块；
8.所述泵驱两相模块包括：两相泵、储液器、风冷换热器、变频器冷板、油冷换热器、液路分配器以及风冷冷凝器；
9.所述齿轮箱油冷模块包括：油泵和油箱；
10.所述储液器的出口与所述两相泵的入口连接；所述两相泵的出口通过管道与所述液路分配器连接；所述液路分配器分别连接所述油冷换热器、所述变频器冷板以及所述风冷换热器；所述油冷换热器通过管道连接所述风冷冷凝器；
11.所述油冷换热器通过管道连接所述油箱，所述油箱通过管道连接所述油泵的入口。
12.优选的，所述泵驱两相模块还包括：第一过滤器：
13.所述储液器的出口通过管道与所述第一过滤器连接，所述第一过滤器通过管道与
所述两相泵的入口连接。
14.优选的，所述齿轮箱油冷模块还包括：第二过滤器；
15.所述油箱通过管道连接所述第二过滤器，所述第二过滤器通过管道连接所述油泵的入口。
16.优选的，所述齿轮箱油冷模块还包括：温控阀；
17.所述油泵的出口通过管道连接所述温控阀。
18.优选的，所述第二储液器内设有加热器。
19.优选的，所述制冷剂采用r134a、r113或r410a。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1、本发明对变频器和齿轮箱进行一体化散热设计，采用风冷冷凝器进行散热，采用泵驱两相模块输送冷热量，变频器冷板、风冷换热器与油冷换热器并联耦合，在同一套系统中，同时解决了齿轮箱和变频器散热问题，空间尺寸紧凑。
22.2、风机发电时，变频器首先工作，工质温度升高后对油冷换热器进行预热，利用变频器的高温废热为油冷换热器预热，避免使用电加热预热，提高了系统能效的同时，系统的可靠性大大提高，故障率相应减小。
23.3、本发明利用工质在循环流动过程中的蒸发吸热和冷凝放热的过程来进行热量收集和运输，相变过程利用液体汽化潜热，比单相液冷(诸如水冷)高两个数量级。因此，所需要的工质流量很小，泵功率和管道尺寸减小，可高效解决大功率散热运输的问题。
24.4、本发明的工质可采用r134a、r113、r410a等无腐蚀性氟利昂工质，系统安全性较高、可靠性高。
附图说明
25.图1为本发明的结构图。
26.图中：1、第一过滤器；2、两相泵；3、温控阀；4、油泵；5、第二过滤器；6、油箱；7、油冷换热器；8、变频器冷板；9、风冷换热器；10、风冷冷凝器；11、液路分配器；12、储液器。
具体实施方式
27.下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1所示，一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，包括齿轮箱散热模块和泵驱两相热传输模块；
29.所述泵驱两相模块包括：两相泵2、储液器12、第一过滤器1、风冷换热器9、变频器冷板8、油冷换热器7、液路分配器11以及风冷冷凝器10；
30.所述齿轮箱油冷模块包括：油泵4、油箱6、第二过滤器5以及温控阀3；
31.储液器12的出口通过管道与第一过滤器1连接，第一过滤器1通过管道与两相泵2的入口连接；两相泵2的出口通过管道与液路分配器11连接；液路分配器11分别连接油冷换热器7、变频器冷板8以及风冷换热器9；油冷换热器7通过管道连接风冷冷凝器10；
32.油冷换热器7通过管道连接油箱6，油箱6通过管道连接第二过滤器5，第二过滤器5通过管道连接油泵4的入口，油泵4的出口通过管道连接温控阀3；
33.整体连接关系如下：风冷冷凝器10安装在室外塔顶，泵驱两相模块安装在塔筒内，两相泵2出口连接到不同的热量收集模块上，各个热量收集模块通过串、并联结构组合在一起；
34.本发明对变频器和齿轮箱进行一体化散热设计，采用风冷冷凝器10进行散热，采用泵驱两相模块输送冷热量，变频器冷板8、风冷换热器9与油冷换热器7并联耦合，在同一套系统中，同时解决了齿轮箱和变频器散热问题，空间尺寸紧凑；风机发电时，变频器首先工作，工质温度升高后对油冷换热器7进行预热，利用变频器的高温废热为油冷换热器7预热，避免使用电加热预热，提高了系统能效的同时，系统的可靠性大大提高，故障率相应减小；本发明利用工质在循环流动过程中的蒸发吸热和冷凝放热的过程来进行热量收集和运输，相变过程利用液体汽化潜热，比单相液冷(诸如水冷)高两个数量级。因此，所需要的工质流量很小，泵功率和管道尺寸减小，可高效解决大功率散热运输的问题；
35.其中，所述储液器12内装有工质，工质采用制冷剂，如r134a、r113、r410a等工质，本实施例中采用氟利昂，储液器12具有控温加工功能；
36.需要进一步说明的是，制冷剂又称制冷工质，是制冷循环的工质介质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却对象的热量气化，在冷凝器内将吸收的热量传递给环境介质，从而达到制冷的目的。目前可作为制冷剂的物质大约有80多种，最常用的是氨、氟利昂类以及水和少数碳氢化合物等；系统安全性较高、可靠性高。
37.本发明的工作原理：
38.首先控制储液器12的温度，使得两相泵2具备开机条件；在两相泵2的作用下，将液态氟利昂运输到蒸发器内；其中，蒸发器包括变频器冷板8、风冷换热器9以及油冷换热器7；对变频器内环境温度进行降温，以及对油箱6进行散热；液态氟利昂通过风冷换热器9之后，变为气液两相态的氟利昂；气液两相态的氟利昂进入到风冷冷凝器10中，变为单相过冷态氟利昂；单相过冷态氟利昂进入两相泵2，完成一个循环；
39.风机发电后，变频器温度快速上升，泵驱两相模块先工作，通过变频器废热将油冷换热器7进行预热到15℃以上；待油箱6温度升至一定温度时，通过油泵4对油进行循环换热，避免了低温环境下油冷换热器7温度过低而导致油粘度增大，两相泵2运输能力不足导致两相泵2损坏及油箱6超温的问题。
40.以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

技术特征：

1.一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，其特征在于，包括齿轮箱散热模块和泵驱两相热传输模块；所述泵驱两相模块包括：两相泵(2)、储液器(12)、风冷换热器(9)、变频器冷板(8)、油冷换热器(7)、液路分配器(11)以及风冷冷凝器(10)；所述齿轮箱油冷模块包括：油泵(4)和油箱(6)；所述储液器(12)的出口与所述两相泵(2)的入口连接；所述两相泵(2)的出口通过管道与所述液路分配器(11)连接；所述液路分配器(11)分别连接所述油冷换热器(7)、所述变频器冷板(8)以及所述风冷换热器(9)；所述油冷换热器(7)通过管道连接所述风冷冷凝器(10)；所述油冷换热器(7)通过管道连接所述油箱(6)，所述油箱(6)通过管道连接所述油泵(4)的入口。2.根据权利要求1所述的一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，其特征在于，所述泵驱两相模块还包括：第一过滤器(1)：所述储液器(12)的出口通过管道与所述第一过滤器(1)连接，所述第一过滤器(1)通过管道与所述两相泵(2)的入口连接。3.根据权利要求2所述的一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，其特征在于，所述齿轮箱油冷模块还包括：第二过滤器(5)；所述油箱(6)通过管道连接所述第二过滤器(5)，所述第二过滤器(5)通过管道连接所述油泵(4)的入口。4.根据权利要求3所述的一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，其特征在于，所述齿轮箱油冷模块还包括：温控阀(3)；所述油泵(4)的出口通过管道连接所述温控阀(3)。5.根据权利要求4所述的一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，其特征在于，所述储液器(12)内设有加热器。6.根据权利要求5所述的一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，其特征在于，制冷剂采用r134a、r113或r410a。

技术总结

本发明公开了一种基于泵驱两相流体回路的散热系统，涉及散热技术领域，解决了齿轮箱油冷系统冬季启动时换热器出口过低导致散热差的技术问题；本发明采用风冷冷凝器进行散热，采用泵驱两相模块输送冷热量，变频器冷板、风冷换热器与油冷换热器并联耦合，在同一套系统中，同时解决了齿轮箱和变频器散热问题，空间尺寸紧凑；风机发电时，变频器首先工作，工质温度升高后对油冷换热器进行预热，利用变频器的高温废热为油冷换热器预热，提高了系统能效的同时，系统的可靠性大大提高，故障率相应减小；本发明利用工质在循环流动过程中的蒸发吸热和冷凝放热的过程来进行热量收集和运输，相变过程利用液体汽化潜热，解决大功率散热运输的问题。的问题。的问题。