[发明专利]一种大功率制动电阻浸没式冷却装置及其冷却方法

说明书

本发明公开一种大功率制动电阻浸没式冷却装置及其冷却方法，该冷却装置包括制动电阻组件、冷凝器组件和液冷箱，制动电阻组件和冷凝器组件置于液冷箱中，制动电阻组件位于液冷箱的下部，冷凝器组件置于冷箱的中上部，且冷凝器组件底部高于制动电阻组件顶部；液冷箱中加有绝缘工质液体，其完全浸没冷凝器组件；还包括液冷箱盖板，其与液冷箱匹配密封。和现有技术相比，本发明电阻热交换效率高，体积小，成本低。

技术领域

本发明涉及一种大功率制动电阻浸没式冷却装置及其冷却方法。

背景技术

在舰载电磁弹射、电磁武器等变频器放电或制动领域，制动电阻在运行过程中，瞬时产生大量热量(兆焦级)，常规风冷散热很难将此高功耗和高热流密度的热量吸收并散失掉，这会对相应电器元件使用安全和寿命产生巨大的隐患。所以现有舰载设备散热多以水冷散热为主。

由于舰载应用环境的特殊性，常规舰载设备水冷散热器多以净化海水做水冷散热器的冷却介质，以现有的一舰载3MJ大功率制动电阻水冷散热方案为例，其主要结构分为功能组件、水冷组件和结构组件，功能组件包括：电阻片、电极、电极板、矽胶片；水冷组件由水冷板、汇流管、分流管、管接头、液冷快换接头等组成；结构组件包括：绝缘板、底座、上盖板及锁合螺柱等组成；功能组件由8并12串电阻片连接和电极板、矽胶片、电极集成而成，电组片分成12层，每层由8个分两排排列而成，并在电阻片上、下两侧紧贴电极板内侧，电极板外侧贴矽胶片，矽胶片包裹在水冷板上，起热绝缘作用(水电分离)。13块水冷板将12层电阻片夹在中间，以将电阻片产生的热量通过水冷介质带走。水冷组件由13块水冷板和与之连接的分流管、汇流管及管接头和液冷快换接头密封连接而成，水冷板流道以深孔加工工艺制作如图四，由于冷却介质为海水，水冷组件材料与工质的相容性和防腐性要求非常高，均采用钛或钛合金材料。

由于钛或钛合金材料导热系数低：7.8W/m.K～15.0W/m.K，水冷板的深孔流道结构简单，所以水冷板与电阻片间的热交换性能较差，在电阻片与冷板之间生成形成较高的温度梯度和热阻，不利于电阻的温度控制和散热性能提升。所以散热需要更大的体积空间，这与舰载设备更小体积要求背道而驰；且大量钛或钛合金材料的应用使散热成本大幅提升；且结构复杂，装配难度高都大大提升了制作成本。

发明内容

为了解决以上问题，提升电阻热交换效率，减小散热体积，降低装配难度和制作成本，本发明提出一种大功率制动电阻浸没式冷却装置及其冷却方法。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

一种大功率制动电阻浸没式冷却装置，包括制动电阻组件、冷凝器组件和液冷箱，所述制动电阻组件和冷凝器组件置于液冷箱中，所述制动电阻组件位于液冷箱的下部，所述冷凝器组件置于冷箱的中上部，且所述冷凝器组件底部高于制动电阻组件顶部；所述液冷箱中加有绝缘工质液体，其完全浸没所述冷凝器组件；还包括液冷箱盖板，其与所述液冷箱匹配密封。

进一步地，冷凝器组件底部与制动电阻组件顶部的高度差≥200mm。

进一步地，所述液冷箱中绝缘工质液体的高度比冷凝器顶部高≥100mm。

进一步地，所述冷凝器组件包括净化海水出入口、进出水管、总分流管、总汇流管、分流管、汇流管、冷凝管和冷凝翅片组成，净化海水由净化海水入口进入，流经所述总分流管，将流入的净化海水均匀分配流进每层分流管，再分配流入每层的各冷凝管，流经冷凝管的海水与冷凝管外部的冷凝翅片进行热交换后注入各层汇流管，之后流入总汇流管，再经出水管流出系统外。

进一步地，所述冷凝器组件结构从上到下多层排列，每层均布压制冷凝翅片的冷凝管，冷凝翅片间隙b为1.0mm～25.0mm，每层冷凝管的数量3～15条，通过TIG、大功率激光或电子束焊接工艺将压制冷凝翅片的冷凝管与每层的分流管和汇流管密封焊接为单层冷凝器。