用于冷却水下电气系统的组件的设备技术方案

提出了一种用于冷却水下电气系统的组件的设备。该设备包括填充有介电流体的罐。该罐包括第一部分和第二部分。该设备包括位于第一部分内的至少一个第一电气组件。该设备包括位于第二部分内的至少一个第二电气组件。该设备包括第一热交换器，其位于罐外部并且与罐流体接触并且被布置为在操作期间与海水热接触。该设备包括被布置为迫使所述介电流体的流通过第一热交换器的泵。罐中的介电流体的流是部分地通过自然对流并且是部分地通过由泵产生的强制对流。至少一个第一电气组件产生比至少一个第二电气组件更多的热。在第一部分内，通过自然对流的流的份额比在第二部分内更大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及冷却设备，并且特别涉及用于冷却水下电气系统的组件的设备，并且涉及包括这样的设备的水下电气系统。
技术介绍
一般地，电气水下设施和设备通常需要在操作期间的与耐久性、长期功能性和独立性相关的高标准。需要在操作期间被冷却的电气水下设施(例如水下转换器)要求其组件的自主的且耐久的冷却。已知使用低压缩性的介电液体(例如矿物油)作为冷却流体。介电流体也能够包括自然酯类或合成酯类。一般地，介电流体被用于提供压力补偿环境，并且额外地用作被放置在电气设备中的电气组件的电绝缘介质，例如电容器单元。功率电子水下装备(例如水下转换器)的罐因此通常填充有油，其用作组合的电绝缘和冷却介质。为了改进针对高损耗电气组件(例如功率半导体)的冷却，这些电气组件通常被附接到散热片，油流动通过散热片。油从内部转换器组件接收热并且可以通过罐表面将其传递给海水。一般地，单单罐表面不足以进行冷却并且冷却能力能够由位于罐外部的海水热交换器增强。为了改进针对高损耗电气组件(例如功率半导体)的冷却，这些电气组件通常被附接到散热片，油流动通过散热片。由于针对水下转换器所要求的高可靠性，可以有利的是具有针对水下转换器的被动冷却系统，即无需泵的冷却系统。罐中的和任何油到海水热交换器中的油能够通过自然对流来移动。同样，冷却油到海水热交换器的海水可以通过自然对流来移动。理想地，可以因此期望仅仅通过自然对流来移动油，以消除作为具有有限使用期并且可能发生故障的组件的泵。然而，关于油自然对流的一个问题是有限的效率。一般地，诸如矿物油的介电流体具有高粘性和低导热率。另外，热交换器中的典型介电流体的自然对流流速一般处于层流态。针对水下功率电子装备的典型冷却系统因此受在冷却流体与大的热传递表面必需的壁之间的高热阻力限制。水下热交换器可以优选地由圆形管制造，因为这是半成品形式，其中诸如不锈钢的典型的热交换器材料是可容易获得的。然而，管不能够具有太小的内径。另外，由于需要的壁厚，钢横截面将与油流动横截面相比是大的，使得热交换器笨重且昂贵。然而，鉴于以上所述，足够的内径一般使从油到内部管道壁的热传递变差(由于油的层流和低导热率)。为了保持对自然对流足够低的压降，应当存在足够的油流动横截面(例如，许多平行管)并且管应当不是太长。具体地，不能够使用实现长管道的盘管热交换器。每个管道必须在其两端处(例如通过焊接)被连接到歧管。并行连接的许多管道导致大量连接(通常为焊接)。可能存在针对大型转换器的数千连接。由于提供连接需要人工作业，所以这意味着高成本，跟着保持所有连接紧密的挑战。US 20130056181公开了一种针对电气连接到主电源的电气装备的去离子水冷却系统。该系统包括：主电路，其用于引导并冷却意图在电气装备内循环的去离子水；主泵系统；主电源；去离子电路，其在两个点处连接到主电路并且包括去离子器；次级泵系统，其用于使去离子器中的去离子水循环；以及次级电源，该次级电源具有小于主电源的功率。US 20120189472公开了用于水下使用的液压功率单元。该功率单元包括：壳体，其容纳流体；电机，其安装在壳体中；分配泵；热交换单元，其被提供在壳体的外部；以及至少一个分配电路，其与热交换单元和壳体流体连通。尽管这样的系统可以是热有效的，但是它们要求在组件周围建立进行冷却的油通道或者它们被附接到其的散热片。通道中的油相对于在通道周围的油处于超压下。因此，通道壁需要足够强且紧密以忍受该超压。另外，通道壁必须是热绝缘的以限制从可以变得更热的高损耗组件到更温度敏感的低损耗组件的热传递。这显著地增加了系统的机械复杂性。因此，冷却效率受限制，并且经济的冷却系统的设计可以因此是具有挑战的。因此，存在对水下应用中的电气组件的有效水下冷却的需要。
技术实现思路
本文中的实施例的目的在于提供用于水下应用中的电气组件的水下冷却的有效机制。自然对流没有强制油冷却有效并且受系统中的压降限制。一个主要瓶颈是海水热交换器。罐中的平均温度是高的，导致温度敏感电气组件的过早老化。另外，由于腐蚀，罐壁通常由不锈钢制成，其具有相当低的导热率(大约10W/(m K))。因此，罐将不能够将热很好地从电气组件分散。因此，本文中的实施例的特别目的在于提供用于水下应用中的电气组件的水下冷却而且没有以上指出的缺点的有效机制。具体地，根据第一方面，提出了一种用于冷却水下电气系统的组件的设备。该设备包括填充有介电流体的罐。该罐包括第一部分和第二部分。该设备包括位于第一部分内的至少一个第一电气组件。该设备包括位于第二部分内的至少一个第二电气组件。该设备包括位于罐外部的并且与罐流体接触的并且被布置为在操作期间与海水热接触的第一热交换器。该设备包括被布置为迫使所述介电流体的流通过第一热交换器的泵。罐中的介电流体的流是部分地通过自然对流的并且是部分地通过由泵产生的强制对流的。至少一个第一电气组件产生比至少一个第二电气组件更多的热。在第一部分内，通过自然对流的流的份额比在第二部分内更大。有利地，这样的设备实现对水下应用中的电气组件的有效水下冷却。有利地，这样的设备实现温度敏感电气组件的减轻的老化。冷却是有效的，因为泵补偿介电流体的流中的最大压降，即其中介电流体被传递通过第一热交换器。有利地，这样的设备因此允许廉价的、轻型的且紧凑的第一热交换器。根据第二方面，提出了一种包括根据第一方面的设备的水下功率电子转换器单元。有利地，水下功率电子转换器单元能够具有最大额定功率。要指出，第一方面或第二方面的任何特征可以在任何合适的情况下被应用到任何其他方面。同样地，第一方面的任何优点可以同样适用于第二方面，并且反之亦然。随附的实施例的其他目的、特征和优点将从下面的详细公开内容中、从所附从属权利要求以及从附图中变得显而易见。一般地，在权利要求中使用的所有术语应当根据它们在
中的普通意义来理解，除非本文另外明确定义。对“一/一个/该元件、设备、组件、装置、步骤、等等”的所有引用应当被开放式地理解为指代元件、设备、组件、装置、步骤、等等的至少一个实例，除非另外明确陈述。本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序来执行，除非明确陈述。附图说明现在参考附图通过举例的方式来描述本专利技术，在附图中：图1、图2、图3和图4示意性地图示了根据实施例的用于冷却水下电气系统的组件的设备；图5示意性地图示了盘管的热交换器。图6示意性地图示了螺旋静态混合器；以及图7示意性地图示了图1中的用于冷却水箱功率电子转换器单元的组件的设备的冷却性能。具体实施方式现在将在后文中参考附图更完整地描述本专利技术，其中示出了本专利技术的某些实施例。然而，本专利技术可以以许多不同的形式来实现并且不应当被理解为限于本文阐述的实施例；相反，这些实施例通过举例的方式来提供使得本公开内容将是透彻的且完整的，并且将本专利技术的范围完整地传达给本领域技术人员。类似的附图标记在说明书中指代类似的元件。针对电气装备的并且尤其是针对水下电气系统的冷却系统被用于冷却电气组件，例如功率电子构件、半导体模块、连接器以及电容器单元。这样的电气组件产生需要由冷却系统耗散的热。水下功率电子转换器单元的冷却系统通常以简单的方式来设计以避免任何不必要的部件和机构。一般地，期望具有被动冷却系统，因此没有任何驱动或供电部件(例如没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冷却水下电气系统的组件的设备(la、lb、1c、1d)，包括：罐(2)，其被填充有介电流体(3)，所述罐(2)包括第一部分(2a)和第二部分(2b)；至少一个第一电气组件(4a)，其位于所述第一部分(2a)内；至少一个第二电气组件(4c)，其位于所述第二部分(2b)内；第一热交换器(5a)，其位于所述罐外部并且与所述罐流体接触，并且被布置为在操作期间与海水(6)热接触；以及泵(7a)，其被布置为迫使所述介电流体的流通过所述第一热交换器；其中所述罐中的所述介电流体的流部分地是通过自然对流并且部分地是通过由所述泵(7a)产生的强制对流，其特征在于所述至少一个第一电气组件(4a)产生比所述至少一个第二电气组件(4c)更多的热，并且在所述第一部分(2a)内，通过所述自然对流的所述流的份额比在所述第二部分(2b)内更大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.04 EP 14163566.41.一种用于冷却水下电气系统的组件的设备(la、lb、1c、1d)，包括：罐(2)，其被填充有介电流体(3)，所述罐(2)包括第一部分(2a)和第二部分(2b)；至少一个第一电气组件(4a)，其位于所述第一部分(2a)内；至少一个第二电气组件(4c)，其位于所述第二部分(2b)内；第一热交换器(5a)，其位于所述罐外部并且与所述罐流体接触，并且被布置为在操作期间与海水(6)热接触；以及泵(7a)，其被布置为迫使所述介电流体的流通过所述第一热交换器；其中所述罐中的所述介电流体的流部分地是通过自然对流并且部分地是通过由所述泵(7a)产生的强制对流，其特征在于所述至少一个第一电气组件(4a)产生比所述至少一个第二电气组件(4c)更多的热，并且在所述第一部分(2a)内，通过所述自然对流的所述流的份额比在所述第二部分(2b)内更大。2.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个另外的第一热交换器(5b)，所述至少一个另外的第一热交换器(5b)位于所述罐外部并且与所述罐流体接触，并且被布置为在操作期间与海水热接触。3.根据权利要求2所述的设备，其中至少一个另外的第一热交换器均设有相应的另外的泵(7b)，所述相应的另外的泵(7b)被布置为迫使所述介电流体的流通过其相应的第一热交换器。4.根据权利要求1所述的设备，还包括位于所述罐内并且与所述电气组件中的至少一个热连接的至少一个第二热交换器(8)。5.根据权利要求4所述的设备，其中介电流体通过所述至少一个第二热交换器的所述流是通过自然对流。6.根据权利要求4或5所述的设备，其中所述至少一个第二热交换器是散热片，例如翅式散热片。7.根据权利要求1所述的设备，其中至少两个第一产生高损耗电气组件(4a、4b)被提供在所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·格拉丁格，T·拉内里德，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH