一种大功率蒸发冷却电阻器及冷却方法技术

本发明专利技术公开了一种大功率蒸发冷却电阻器，包括电阻组件(1)，其特征在于，还包括机壳(2)和冷凝器(4)；所述电阻组件(1)设于所述机壳(2)内部，所述冷凝器(4)位于所述机壳(2)的上方并与其固定连接；所述机壳(2)内部还设有蒸发冷却工质(3)，所述电阻组件(1)与所述蒸发冷却工质(3)直接接触并完全浸没于所述蒸发冷却工质(3)中，蒸发为气态的所述蒸发冷却工质(3)在所述冷凝器(4)的作用下冷凝为液体返回所述机壳(2)中，实现循环冷却。本发明专利技术还公开了一种大功率蒸发冷却电阻器的冷却方法。电阻组件直接与蒸发冷却工质接触，并进行热量传递，换热效果较传统的空气冷却大幅提高，实现了电阻组件的高效冷却。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率蒸发冷却电阻器及冷却方法
本专利技术属于电阻器
，更具体地，涉及一种大功率蒸发冷却电阻器及冷却方法。
技术介绍
大功率电阻器已经广泛应用于功率电子、负载系统、测试能量消耗、制动保护等领域，随着性能需求的不断提升和技术的发展，电阻器的容量也不断增大，目前已经达到MW量级，并且单元容量还在不断增大。大功率电阻器容量的不断增大，使装置的体积也不断增大，同时对电阻组件的高效冷却提出了更高的要求。传统大功率电阻器更多采用直接空气冷却方式，空冷电阻器结构简单，操作便捷，成本较低。但随着容量的不断增大，空气冷却方式在大功率电阻器上应用的困难主要体现在：装置体积庞大，风扇噪声大，对使用环境的友好性差，另外电阻组件单元阵列冷却效果存在较大差异，使局部单元温升超过限值，给电阻器长期稳定可靠运行带来一定的安全隐患。为了解决空冷电阻器的问题，近年来出现了水冷电阻器的产品，即利用冷却水实现对电阻组件的冷却，该方式使散热能力大幅度提高，大大提升了电阻器的功率密度，并且取消了大功率风机，消除了使用噪声，使环境友好性得到提升。但是由于冷却水具有导电性，直接冷却电阻组件需要去离子净化处理，并且通过独立的循环实现系统内外的热量交换，增加了电阻器的复杂性，同时冷却水在水泵的作用下循环流动，冷却水的泄漏将对系统产生破坏，使电阻器的安全可靠性降低。申请号为201310184904X的专利公开了一种陶瓷电阻器系统，该陶瓷电阻器系统包括呈中空结构的陶瓷电阻器本体和呈中空管状结构的两连接头，分别密封固定于陶瓷电阻器本体的两端。其中冷却工质穿过电阻组件内部与其不直接接触，冷却效果不十分理想；并且主要采用去离子水或者高电压下不电离的制冷剂作为冷却工质制冷剂，冷凝器涉及到风冷和水冷冷凝器两种，但是该专利的工作原理为陶瓷电阻器本体内部的毛细微槽从自身内部取热并驱动冷却工质流动，在高效取热后通过热输运管路将热量传输到冷凝器，冷凝器用于冷却受热的液态冷却工质。申请号为201610152870X的中国专利公开了一种电机冷却系统，包含冷凝冷却器、气体冷却回路和蒸发冷却回路。气体冷却回路和蒸发冷却回路位于密闭的机壳内腔中，两条回路在冷凝冷却器交汇。冷凝冷却器为气体冷却回路和蒸发冷却回路的共用部件，冷凝冷却器置于电机机壳外部，通过进气口和出气口与机壳内腔连通，该专利需要设置循环泵提供动力，流动气体与喷嘴喷出的雾化工质混合后与电机发热体接触，但是电机的定子绕组外表面包裹了绝缘层，相对外侧不导电，绕组的热量需要通过热传导的方式经过绕组绝缘才能传递至冷却工质，电机运行过程中仅有少量能量转换为热量被冷却工质吸收，冷却效率不高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种大功率蒸发冷却电阻器，机壳内采用相变的蒸发冷却工质直接与电阻组件接触并没过电阻组件，与发热的电阻组件热交换而变为气态的蒸发冷却工质通过冷凝器进行冷凝为液态后，重新返回机壳对电阻组件进行保护，实现循环利用。电阻组件直接与蒸发冷却工质接触，并进行热量传递，换热效果较传统的空气冷却将有大幅度提高，实现了电阻组件的快速冷却。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种大功率蒸发冷却电阻器，包括电阻组件，还包括机壳和冷凝器；其中，所述电阻组件设于所述机壳内部，所述冷凝器位于所述机壳的上方并与其固定连接；且，所述机壳内部还设有蒸发冷却工质，所述电阻组件与所述蒸发冷却工质直接接触并完全浸没于所述蒸发冷却工质中，蒸发为气态的所述蒸发冷却工质在所述冷凝器的作用下冷凝为液体返回所述机壳中，实现循环冷却。进一步地，所述机壳和所述冷凝器之间通过接面连通，所述接面包括第一接面和第二接面以及设置于所述第一接面和所述第二接面上的通孔；其中，所述第一接面和所述第二接面至少一个面设为从中间向边缘倾斜。进一步地，所述机壳与所述冷凝器之间通过对接边缘设置的腔体法兰固定连接，上下两个所述腔体法兰之间间隔设定距离在对应的位置设置螺栓孔，上下两个所述腔体法兰接缝之间还设有一圈橡胶密封圈。进一步地，所述冷凝器为管壳式结构，至少包括第一端部折流室、第二端部折流室、第三端部折流室、第四端部折流室、第五端部折流室以及进水口、出水口和冷凝器腔体；所述进水口与所述第一端部折流室固定连接，所述出水口与最后一个折流室相连；所述第一端部折流室与所述第二端部折流室，所述第二端部折流室与所述第三端部折流室，所述第三端部折流室与所述第四端部折流室，所述第四端部折流室与所述第五端部折流室之间均设置若干冷凝管。进一步地，所述机壳上设置若干个密封端子，所述密封端子包括导电螺杆、压紧螺母、绝缘垫片、橡胶圈以及绝缘筒，所述导电螺杆通过外部设置的所述绝缘筒与所述机壳固定连接；所述绝缘筒位于所述机壳内部的一端通过所述绝缘垫片和所述压紧螺母实现与所述导电螺杆的固定；且，位于所述机壳外部的所述导电螺杆与所述绝缘筒以及所述绝缘筒与所述机壳之间设置所述橡胶圈。进一步地，所述机壳上方采用出气管与所述冷凝器相连通，所述机壳的另一侧采用回液管与所述冷凝器相连通，所述机壳、所述冷凝器、所述出气管以及所述回液管共同构成密闭空间。进一步地，所述出气管和所述回液管与所述机壳和所述冷凝器之间采用法兰、管螺纹或快装接头固定连接。进一步地，所述冷凝器上设置压力保护装置。按照本专利技术的另一个方面，提供一种大功率蒸发冷却电阻器的冷却方法，所述的一种大功率蒸发冷却电阻器实现，包括如下步骤：S1：电阻器运行过程中所述电阻组件产生热量，并将热量传递给所述蒸发冷却工质，液态的所述蒸发冷却工质获得饱和压力下的汽化潜热后汽化；S2：气态的所述蒸发冷却工质向上流动，进入所述冷凝器进行冷凝，冷凝水从所述进水口依次流经所述第一端部折流室、第二端部折流室、第三端部折流室、第四端部折流室、第五端部折流室以及最后一个折流室，最后从所述出水口流出；S3：在所述冷凝器内冷凝为液体的所述蒸发冷却工质，重新流回所述机壳内部，实现循环作用。进一步地，气态的所述蒸发冷却工质通过所述经过所述接口上的所述通孔进入所述冷凝器，且冷凝为液态的所述蒸发冷却工质再通过所述接口上的所述通孔重新流回所述机壳内；或者，气态的所述蒸发冷却工质通过所述出气管进入所述冷凝器中，且冷凝为液态的所述蒸发冷却工质通过所述回液管再流回所述机壳内。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的大功率蒸发冷却电阻器，机壳内采用相变的蒸发冷却工质直接与电阻组件接触并没过电阻组件，与发热的电阻组件热交换而变为气态的蒸发冷却工质通过冷凝器进行冷凝为液态后，重新返回机壳对电阻组件进行保护，实现循环利用。电阻组件直接与蒸发冷却工质接触，并进行热量传递，换热效果较传统的空气冷却将有大幅度提高，实现了电阻组件的快速冷却。(2)本专利技术的大功率蒸发冷却电阻器，冷凝器与机壳的接面包括第一接面和第二接面两部分，其中至少一面从中间向边缘倾斜，有利于经冷凝器冷凝后的蒸发冷却工质沿倾斜的面流动，从而快速返回到机壳中，使机壳中蒸发冷却工质的液面始终在电阻组件之上。(3)本专利技术的大功率蒸发冷却电阻器，冷凝器高于机壳腔体，两部分具有的高度差保证了气液分离和冷却工质的自动循环方式流动，而不需要循环泵来驱动冷却液体的循环流动，使冷却系统简化，降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率蒸发冷却电阻器，包括电阻组件(1)，其特征在于，还包括机壳(2)和冷凝器(4)；其中，所述电阻组件(1)设于所述机壳(2)内部，所述冷凝器(4)位于所述机壳(2)的上方并与其固定连接；且，所述机壳(2)内部还设有蒸发冷却工质(3)，所述电阻组件(1)与所述蒸发冷却工质(3)直接接触并完全浸没于所述蒸发冷却工质(3)中，蒸发为气态的所述蒸发冷却工质(3)在所述冷凝器(4)的作用下冷凝为液体返回所述机壳(2)中，实现循环冷却。

【技术特征摘要】
1.一种大功率蒸发冷却电阻器，包括电阻组件(1)，其特征在于，还包括机壳(2)和冷凝器(4)；其中，所述电阻组件(1)设于所述机壳(2)内部，所述冷凝器(4)位于所述机壳(2)的上方并与其固定连接；且，所述机壳(2)内部还设有蒸发冷却工质(3)，所述电阻组件(1)与所述蒸发冷却工质(3)直接接触并完全浸没于所述蒸发冷却工质(3)中，蒸发为气态的所述蒸发冷却工质(3)在所述冷凝器(4)的作用下冷凝为液体返回所述机壳(2)中，实现循环冷却。2.根据权利要求1所述的一种大功率蒸发冷却电阻器，其特征在于，所述机壳(2)和所述冷凝器(4)之间通过接面(8)连通，所述接面(8)包括第一接面(801)和第二接面(802)以及设置于所述第一接面(801)和所述第二接面(802)上的通孔(803)；其中，所述第一接面(801)和所述第二接面(802)至少一个面设为从中间向边缘倾斜。3.根据权利要求1或2所述的一种大功率蒸发冷却电阻器，其特征在于，所述机壳(2)与所述冷凝器(4)之间通过对接边缘设置的腔体法兰(12)固定连接，上下两个所述腔体法兰(12)之间间隔设定距离在对应的位置设置螺栓孔，上下两个所述腔体法兰(12)接缝之间还设有一圈橡胶密封圈(11)。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种大功率蒸发冷却电阻器，其特征在于，所述冷凝器(4)为管壳式结构，至少包括第一端部折流室(401)、第二端部折流室(402)、第三端部折流室(403)、第四端部折流室(404)、第五端部折流室(405)以及进水口(406)、出水口(407)和冷凝器腔体(408)；所述进水口(406)与所述第一端部折流室(401)固定连接，所述出水口(407)与最后一个折流室相连；所述第一端部折流室(401)与所述第二端部折流室(402)，所述第二端部折流室(402)与所述第三端部折流室(403)，所述第三端部折流室(403)与所述第四端部折流室(404)，所述第四端部折流室(404)与所述第五端部折流室(405)之间均设置若干冷凝管。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种大功率蒸发冷却电阻器，其特征在于，所述机壳(2)上设置若干个密封端子(9)，所述密封端子(9)包括导电螺杆(901)、压紧螺母(902)、绝缘垫片(903)、橡胶圈(904)以及绝缘筒(905)，所述导电螺杆(901)通过外部设置的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊义勇，孙兆龙，吴旭升，李玉梅，熊斌，何笠，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42