專利名稱：船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種船舶領(lǐng)域的冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大功率電力變換裝置由大功率元器件組成，為了保證大功率器件可靠運(yùn)行，應(yīng)該采用水冷散熱器進(jìn)行散熱，這就需要由大量水冷設(shè)備組成的水冷系統(tǒng)。對于申請?zhí)枮?200920246733. 8、名稱為“一種密閉式循環(huán)水冷系統(tǒng)”的專利申請?zhí)峁┝艘环N可以將溶解性氣體和游離狀態(tài)的氣體徹底排出的密閉式循環(huán)水冷系統(tǒng)，可以在高壓大功率電力電子裝置的冷卻系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。但是，此申請并不能實現(xiàn)船舶上電力變換裝置的高功率密度和高可靠性，因此，需要根據(jù)船舶環(huán)境特點，對水冷系統(tǒng)進(jìn)行專門的設(shè)計。例如，如果在按此專利所述的說明書附圖中使用的冷卻器是水風(fēng)換熱器，那么對于大功率電力變換裝置的冷卻，水-風(fēng)換熱器的體積很大，噪聲大，不滿足現(xiàn)代船舶的需求。如果采用水-水換熱器， 那么還需要建造一個水冷塔，水冷塔的體積也很大，還需要大量的淡水。如果按此專利所述，只采用一個主循環(huán)泵，一旦該主循環(huán)泵發(fā)生故障，將使整個密閉循環(huán)系統(tǒng)停止工作，進(jìn)而影響電力變換裝置的正常工作，減少船舶電力系統(tǒng)的生命力和可靠性。諸如此類問題，在船舶上的大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)中都需要得到解決。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供既能實現(xiàn)船舶上電力變換裝置的高功率密度，又能保證電力變換裝置運(yùn)行的可靠性的船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)，包括并聯(lián)的整流功率模塊、直流變換功率模塊、逆變功率模塊，其特征是還包括主循環(huán)水泵、熱交換器、主進(jìn)水管和主回水管，整流功率模塊、直流變換功率模塊、逆變功率模塊均安裝水冷散熱器，三個水冷散熱器通過主進(jìn)水管和主回水管與熱交換器相連形成冷卻回路，主循環(huán)水泵安裝在主進(jìn)水管中。本實用新型還可以包括1、主回水管上安裝電動三通閥和電加熱器。2、主循環(huán)水泵和并聯(lián)的三個水冷散熱器之間依次安裝過濾器、離子交換器、補(bǔ)水泵、膨脹水罐。3、所述的主循環(huán)水泵有兩個，且并聯(lián)在一起。4、熱交換器的海水入口處安裝海水過濾器。5、所述的海水過濾器和熱交換器間安裝高壓水泵和反滲透膜裝置。本實用新型的優(yōu)勢在于整流功率模塊、直流變換功率模塊、逆變功率模塊共用一套水冷系統(tǒng)，所有水冷設(shè)備分三層安裝在一個機(jī)柜內(nèi)；熱交換器的另一側(cè)直接用海水進(jìn)行換熱，省去了冷凝塔；基于以上兩個因素，能夠有效地節(jié)省船舶上的空間，并可實現(xiàn)電力變換裝置的高功率密度。水冷系統(tǒng)采用了兩個主循環(huán)水泵，一備一用，保證了水冷系統(tǒng)的可靠性，提高了船舶電力系統(tǒng)的生命力和可靠性。由于內(nèi)循環(huán)水在完全密閉條件工作，因此工作過程中避免了循環(huán)介質(zhì)的蒸發(fā)損失，也不會出現(xiàn)一般水冷系統(tǒng)中出現(xiàn)的因結(jié)垢、長菌造成的堵塞，不會造成對熱交換器及管道的腐蝕。在主循環(huán)冷卻水回路內(nèi)安裝了電加熱器7，這樣可以防止在船舶環(huán)境下電力變換裝置冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)的結(jié)露現(xiàn)象，提高了電力變換裝置的可靠性。

圖1為本實用新型的水冷回路示意圖；圖2為本實用新型的設(shè)備組成示意圖；圖3為本實用新型的使用普通水-水熱交換器時設(shè)備組成示意圖；圖4為本實用新型的水冷設(shè)備機(jī)柜三層結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖5為本實用新型的設(shè)備組成和采樣儀表布置示意圖；圖6為本實用新型的工作原理示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖舉例對本實用新型做更詳細(xì)地描述實施方式1 結(jié)合圖1 6，本具體實施方式
的冷卻系統(tǒng)是由熱交換器4、主循環(huán)水泵5、電動三通閥6、電加熱器7、離子交換器8、過濾器9、膨脹水罐10、補(bǔ)水泵11和海水過濾器12組成的，并合理安裝在如圖1所示的右側(cè)水冷設(shè)備機(jī)柜內(nèi)。整流功率模塊1、直流變換功率模塊 2和逆變功率模塊3的水冷散熱器通過軟管與主進(jìn)水管和主回水管相連，形成冷卻回路。所述熱交換器4流入純水的一側(cè)是由不銹鋼管制成，流入海水的一側(cè)由鈦管制成。所述的電動三通閥6和電加熱器7安裝在主循環(huán)冷卻水回路內(nèi)。船舶上電力變換裝置是由整流裝置、直流變換裝置和逆變裝置構(gòu)成的，三個裝置都需要進(jìn)行水冷散熱，如果每個裝置都裝設(shè)一套水冷系統(tǒng)，將使電力變換裝置在船上所占的空間增大，并且成本也大幅度增加，難以實現(xiàn)電力變換裝置的高功率密度。由于三個裝置總是并聯(lián)在一起運(yùn)行的，因此本實用新型是對于船舶上大功率電力變換裝置采用一套水冷系統(tǒng)，同時對3個裝置進(jìn)行水冷散熱。本實用新型的電力變換裝置冷卻系統(tǒng)的水循環(huán)回路由圖1所示。在電力變換裝置內(nèi)三個裝置的機(jī)柜頂部和底部裝設(shè)不銹鋼水管，底部為主進(jìn)水管，頂部為主回水管。1、2、3 分別是裝有水冷散熱器的整流功率模塊、直流變換功率模塊、逆變功率模塊。1、2、3的水冷散熱器通過軟管與主進(jìn)水管和主回水管相連，形成冷卻回路。由于三個功率模塊散熱功率不同，在軟管與主進(jìn)水管連接處安裝可調(diào)閥門，來調(diào)節(jié)流入各個功率模塊的流量。吸收了功率模塊耗散熱的純水流入熱交換器4內(nèi)。這時熱交換器4采用的是純水-海水熱交換，也就是熱交換器4的另一側(cè)通過海水過濾器12 (見圖幻流入的是海水， 海水吸收純水的熱量后又排入大海，因此，為了防止海水的腐蝕，熱交換器的這一側(cè)是由鈦管制成的。圖1中的黑色箭頭代表的是密閉純水循環(huán)回路，灰色箭頭代表的是海水循環(huán)回路。為了滿足設(shè)計規(guī)范和減少占有船舶的空間，所有水冷設(shè)備都安裝在一個機(jī)柜內(nèi)，如圖3所示，機(jī)柜可以分為三層，頂層安裝控制和監(jiān)控系統(tǒng)，中層安裝離子交換器、膨脹水罐、補(bǔ)水泵等，底層安裝主循環(huán)泵、熱交換器等。為了滿足船舶實際航行中可能出現(xiàn)的橫傾22. 50、橫搖22. 50、縱傾100和縱搖100情況，各個水冷設(shè)備牢固地固定在三層的支架上，并且水冷設(shè)備機(jī)柜與船體緊緊固定在一起。如圖1所示，從左到右四個機(jī)柜分別是整流機(jī)柜、直流變換機(jī)柜、逆變機(jī)柜和水冷設(shè)備機(jī)柜。采用純水及乙二醇(防凍)作循環(huán)介質(zhì)，熱量最后用熱交換器4，通過海水將熱量換出。水冷系統(tǒng)的主要設(shè)備組成如圖2所示。為了保證水冷系統(tǒng)的可靠性，采用了兩個主循環(huán)水泵5，兩泵并聯(lián)連接，一用一備。如果主循環(huán)水泵運(yùn)行中出現(xiàn)故障或不能提供額定壓力或流量，馬上切換至備用主循環(huán)水泵，并發(fā)出報警信號。同時運(yùn)行的主循環(huán)水泵連續(xù)運(yùn)行一段時間后將自動切換，切換時系統(tǒng)流量和壓力將保持穩(wěn)定。電動三通閥6置于主循環(huán)冷卻水回路，可調(diào)節(jié)流經(jīng)熱交換器的冷卻水流量與不經(jīng)過熱交換器的冷卻水流量的比例，用于冷卻水溫度調(diào)節(jié)。電加熱器7置于主循環(huán)冷卻水回路內(nèi)，用于防止水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)露。電加熱器7運(yùn)行時水冷系統(tǒng)正常運(yùn)行，保持管路內(nèi)冷卻水的流動。出水溫度低于250C時電加熱器啟動加熱，水溫度高于300C時電加熱器自動停止加熱。本冷卻系統(tǒng)由于在高電壓條件下工作，為避免冷卻介質(zhì)中存在雜質(zhì)離子，導(dǎo)致各元件之間形成漏電流，因此安裝了離子交換器8，保證冷卻介質(zhì)的純度。為防止循環(huán)冷卻水在快速流動中可能沖刷脫落的剛性顆粒進(jìn)入各個閥組，設(shè)置了過濾器9。膨脹水罐10和補(bǔ)水泵11用于壓力補(bǔ)償。工作原理如圖1、2、3、5、6所示，裝有水冷散熱器的整流功率模塊1、直流變換功率模塊2、逆變功率模塊3的耗散熱通過內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)流到熱交換器4內(nèi)，通過海水將其熱量帶走。主循環(huán)水泵5提供密閉純水循環(huán)系統(tǒng)所需的動力。通過溫度變送器、流量變送器、電阻率變送器、壓力變送器等采樣儀表以及可編程控制器、文體顯示器、電磁閥、電動三通閥等設(shè)備，可以實現(xiàn)對水冷系統(tǒng)的控制和監(jiān)測。實施方式2 如果系統(tǒng)中采用普通的熱交換器，可以在海水過濾器12后連接高壓水泵13，再連接反滲透膜裝置14，來達(dá)到海水淡化的目的，流入熱交換器4內(nèi)為淡水。流出的淡水可以根據(jù)船舶的需要進(jìn)行分流和儲存。其它組成與實施方式1相同。實施方式3 為了對水冷系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)測，在水冷系統(tǒng)中安裝有溫度變送器、 流量變送器、電阻率變送器、壓力變送器等采樣儀表。其它組成與實施方式2相同。水冷設(shè)備機(jī)柜采用三層結(jié)構(gòu)，如圖4所示。頂層安裝控制和監(jiān)控系統(tǒng)，其中包括可編程控制器、文體顯示器等；中層安裝離子交換器、膨脹水罐、補(bǔ)水泵等，以及溫度變送器、 流量變送器、電阻率變送器、壓力變送器等采樣儀表；底層安裝主循環(huán)泵、熱交換器等。
權(quán)利要求1.船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)，包括并聯(lián)的整流功率模塊、直流變換功率模塊、逆變功率模塊，其特征是還包括主循環(huán)水泵、熱交換器、主進(jìn)水管和主回水管，整流功率模塊、直流變換功率模塊、逆變功率模塊均安裝水冷散熱器，三個水冷散熱器通過主進(jìn)水管和主回水管與熱交換器相連形成冷卻回路，主循環(huán)水泵安裝在主進(jìn)水管中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)，其特征是主回水管上安裝電動三通閥和電加熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)，其特征是主循環(huán)水泵和并聯(lián)的三個水冷散熱器之間依次安裝過濾器、離子交換器、補(bǔ)水泵、膨脹水罐。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)，其特征是所述的主循環(huán)水泵有兩個，且并聯(lián)在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)，其特征是熱交換器的海水入口處安裝海水過濾器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)，其特征是所述的海水過濾器和熱交換器間安裝高壓水泵和反滲透膜裝置。
專利摘要本實用新型的目的在于提供船用大功率電力變換裝置的冷卻系統(tǒng)，包括并聯(lián)的整流功率模塊、直流變換功率模塊、逆變功率模塊、主循環(huán)水泵、熱交換器、主進(jìn)水管和主回水管，整流功率模塊、直流變換功率模塊、逆變功率模塊均安裝水冷散熱器，三個水冷散熱器通過主進(jìn)水管和主回水管與熱交換器相連形成冷卻回路，主循環(huán)水泵安裝在主進(jìn)水管中。本實用新型能夠有效地節(jié)省船舶上的空間，并可實現(xiàn)電力變換裝置的高功率密度。不會出現(xiàn)一般水冷系統(tǒng)中出現(xiàn)的因結(jié)垢、長菌造成的堵塞，不會造成對熱交換器及管道的腐蝕。本實用新型還可以防止在船舶環(huán)境下電力變換裝置冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)的結(jié)露現(xiàn)象，提高了電力變換裝置的可靠性。
文檔編號H02M1/00GK202043025SQ201120136429
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者于大泳, 蘭海, 劉宏達(dá), 盧芳, 徐濱海, 李軍, 田凱, 程鵬, 趙凱岐, 黃曼磊 申請人:哈爾濱工程大學(xué)