一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外特高壓直流輸電市場(chǎng)發(fā)展迅速，市場(chǎng)前景十分廣闊。換流閥作為特高壓直流輸電工程的核心設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)交直流電轉(zhuǎn)換的核心功能單元，而閥體中的冷卻系統(tǒng)冷卻效果的好壞將直接影響換流閥換流性能的發(fā)揮。換流閥元件散熱不良不僅會(huì)使該元件過(guò)熱損毀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致直流系統(tǒng)停運(yùn)。因此，換流閥冷卻系統(tǒng)在直流輸電系統(tǒng)中具有重要的作用，需要有非常高的可靠性。
[0003]去離子水由于具有高比熱、高熱導(dǎo)率和高電阻率等良好的特性，被廣泛作為直流輸電工程換流閥冷卻劑。雖然水冷系統(tǒng)的應(yīng)用已比較廣泛，但其散熱能力有限，典型的水冷系統(tǒng)散熱能力為30W/cm2?50W/cm2，而隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)的興起，電網(wǎng)傳輸?shù)墓β试絹?lái)越大，換流閥的功率密度也將大大增加，形成的大熱流密度對(duì)冷卻系統(tǒng)提出了更高的散熱要求。因此，如何在一定結(jié)構(gòu)條件下降低功率器件的溫度，提升換流閥冷卻系統(tǒng)的散熱性能，對(duì)于提高功率器件及換流閥的可靠性尤為重要，所以需要開(kāi)發(fā)一種更為高效的散熱方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要，開(kāi)發(fā)一種更為高效的散熱方式，本發(fā)明提供了一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]所述系統(tǒng)包括依次連接的液態(tài)金屬散熱器、第一換熱器和第二換熱器；
[0007]所述液態(tài)金屬散熱器包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的液態(tài)金屬管道；
[0008]所述第一換熱器包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的第一管道和第二管道；
[0009]所述第二換熱器包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的第三管道；
[0010]所述液態(tài)金屬管道與第一管道連接，形成液態(tài)金屬的循壞回路;所述第二管道與第三管道連接，形成去離子水循環(huán)回路。
[0011]優(yōu)選的，
[0012]所述液態(tài)金屬管道的出口與所述第一管道的入口直接連接，液態(tài)金屬管道輸出的高溫的液態(tài)金屬傳輸至第一管道；
[0013]所述第一管道的出口通過(guò)電磁栗與液態(tài)金屬管道的入口連接，所述電磁栗驅(qū)動(dòng)第一管道輸出的低溫的液態(tài)金屬傳輸至液態(tài)金屬管道；
[0014]所述第二管道的出口通過(guò)水栗與第一管道的入口連接，所述水栗驅(qū)動(dòng)第二管道輸出的低溫去離子水傳輸至第一管道。
[0015]優(yōu)選的，
[0016]通過(guò)改變所述電磁栗輸出的磁場(chǎng)強(qiáng)度和電流值，調(diào)整所述低溫的液態(tài)金屬的傳輸速度；
[0017]通過(guò)改變所述水栗的轉(zhuǎn)速，調(diào)整所述低溫去離子水的傳輸速度。
[0018]優(yōu)選的，
[0019]所述液態(tài)金屬散熱器，用于吸收換流閥產(chǎn)生的熱量;所述液態(tài)金屬管道內(nèi)的液態(tài)金屬與第一管道內(nèi)的去離子水進(jìn)行熱量交換。
[0020]優(yōu)選的，
[0021 ]所述第二換熱器為冷卻水塔；
[0022]所述第一管道內(nèi)去離子水的熱量通過(guò)冷卻水塔傳遞至空氣中。
[0023]優(yōu)選的，
[0024]所述第二換熱器為設(shè)置有散熱翅片的金屬塊；
[0025]所述第一管道內(nèi)去離子水的熱量通過(guò)散熱翅片傳遞至空氣中。
[0026]優(yōu)選的，所述液態(tài)金屬采用鎵基合金，其熔點(diǎn)不高于30°C。
[0027]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是:
[0028]1、本發(fā)明提供的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，由于液態(tài)金屬具有極強(qiáng)的導(dǎo)熱能力，可以迅速將換流閥的熱量帶走，再通過(guò)外部的換熱器將熱量最終擴(kuò)散到空氣中，可以減少熱量在熱源處的累積，從而降低熱源處的溫度；
[0029]2、本發(fā)明提供的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，相比于水冷系統(tǒng)可以有效降低電力電子器件的工作溫度，提高了散熱系統(tǒng)的可靠性；
[0030]3、本發(fā)明提供的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，基于其高效的散熱效率，換流閥可以工作在更高的電壓、電流等級(jí)下，使得不增加電力電子器件數(shù)量的前提下能夠提升電力傳輸裝置的工作容量。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]圖1:本發(fā)明實(shí)施例中一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]其中，1:液態(tài)金屬散熱器;2:第一換熱器;3:第二換熱器;4:電磁栗;5:低溫的液態(tài)金屬;6:高溫的液態(tài)金屬;7:高溫去離子水;8:低溫去離子水;9:水栗。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中，自始至終相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件或具有相同功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0035]本發(fā)明提供的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)的實(shí)施例如圖1所示，具體為:
[0036]該冷卻系統(tǒng)包括依次連接的液態(tài)金屬散熱器1、第一換熱器2和第二換熱器3。其中，
[0037]①:液態(tài)金屬散熱器I包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的液態(tài)金屬管道。
[0038]②:第一換熱器2包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的第一管道和第二管道。
[0039]③:第二換熱器3包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的第三管道。
[0040]1、液態(tài)金屬管道與第一管道連接，形成液態(tài)金屬的循壞回路
[0041]液態(tài)金屬管道的出口與第一管道的入口直接連接，液態(tài)金屬管道輸出的高溫的液態(tài)金屬6傳輸至第一管道，第一管道的出口通過(guò)電磁栗4與液態(tài)金屬管道的入口連接，電磁栗4驅(qū)動(dòng)第一管道輸出的低溫的液態(tài)金屬5傳輸至液態(tài)金屬管道;第二管道的出口通過(guò)水栗9與第一管道的入口連接，水栗9驅(qū)動(dòng)第二管道輸出的低溫去離子水8傳輸至第一管道。本實(shí)施例中高溫的液態(tài)金屬6是指吸收了換流閥散發(fā)的熱量后，溫度升高的液態(tài)金屬，低溫的液態(tài)金屬5指的是上述高溫的液態(tài)金屬與低溫去離子水8進(jìn)行熱交換后溫度降低的液態(tài)金屬。
[0042]①:通過(guò)改變電磁栗4輸出的磁場(chǎng)強(qiáng)度或者電流值，調(diào)整低溫的液態(tài)金屬5的傳輸速度。電磁栗對(duì)液態(tài)金屬提供一對(duì)垂直相交的磁場(chǎng)和電流，使得管道中的液態(tài)金屬受到沿管道方向的電磁力，從而推動(dòng)液態(tài)金屬在管道內(nèi)流動(dòng)，并且通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度或者電流的大小調(diào)整液態(tài)金屬所受力的大小，進(jìn)而調(diào)整液態(tài)金屬的流速，達(dá)到調(diào)整散熱效果的目的。
[0043]②:通過(guò)改變水栗9的轉(zhuǎn)速，調(diào)整低溫去離子水的傳輸速度，從而達(dá)到不同的散熱效果。
[0044]液態(tài)金屬散熱器I，用于吸收換流閥產(chǎn)生的熱量，液態(tài)金屬與第一管道內(nèi)的去離子水進(jìn)行熱量交換，從而將高溫的液態(tài)金屬6進(jìn)行熱交換為低溫的液態(tài)金屬5重新流回液態(tài)金屬散熱器。
[0045]2、第二管道與第三管道連接，形成去離子水循環(huán)回路
[0046]該循環(huán)回路用于將高溫去離子水7進(jìn)行熱交換為低溫去離子水8流回第一換熱器。本實(shí)施例中高溫去離子水7指的是與高溫的液態(tài)金屬6進(jìn)行熱交換后溫度升高的去離子水，低溫去離子水8是指與第二換熱器進(jìn)行熱交換后溫度降低的去離子水。
[0047]本實(shí)施例中第二換熱器采用冷卻水塔時(shí):
[0048]去離子水的熱量通過(guò)冷卻水塔傳遞至空氣中。
[0049]本實(shí)施例中第二換熱器采用設(shè)置有散熱翅片的金屬塊時(shí):
[0050]內(nèi)去離子水的熱量通過(guò)散熱翅片傳遞至空氣中。
[0051 ]本發(fā)明中基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)的工作過(guò)程為:
[0052]換流閥工作產(chǎn)生的熱量傳遞給與之接觸的液態(tài)金屬散熱器，液態(tài)金屬流經(jīng)其內(nèi)部空腔，從而將熱量帶走，液態(tài)金屬的溫度升高，然后進(jìn)入第一換熱器，在第一換熱器中液態(tài)金屬與溫度較低的去離子水進(jìn)行熱交換使其溫度下降，之后重新流回到液態(tài)金屬散熱器進(jìn)行下一次的循環(huán)散熱。同時(shí)，與液態(tài)金屬進(jìn)行熱交換以后的去離子水溫度升高，其通過(guò)第二換熱器與外界進(jìn)行熱交換，去離子水溫度降低，之后重新流回第一換熱器進(jìn)行下一次的循環(huán)散熱，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)冷卻系統(tǒng)的熱量交換，將換流閥工作產(chǎn)生的熱量傳遞至外部環(huán)境中。
[0053]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括依次連接的液態(tài)金屬散熱器、第一換熱器和第二換熱器； 所述液態(tài)金屬散熱器包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的液態(tài)金屬管道； 所述第一換熱器包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的第一管道和第二管道； 所述第二換熱器包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的第三管道； 所述液態(tài)金屬管道與第一管道連接，形成液態(tài)金屬的循壞回路;所述第二管道與第三管道連接，形成去離子水循環(huán)回路。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述液態(tài)金屬管道的出口與所述第一管道的入口直接連接，液態(tài)金屬管道輸出的高溫的液態(tài)金屬傳輸至第一管道； 所述第一管道的出口通過(guò)電磁栗與液態(tài)金屬管道的入口連接，所述電磁栗驅(qū)動(dòng)第一管道輸出的低溫的液態(tài)金屬傳輸至液態(tài)金屬管道； 所述第二管道的出口通過(guò)水栗與第一管道的入口連接，所述水栗驅(qū)動(dòng)第二管道輸出的低溫去離子水傳輸至第一管道。3.如權(quán)利要求2所述的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 通過(guò)改變所述電磁栗輸出的磁場(chǎng)強(qiáng)度和電流值，調(diào)整所述低溫的液態(tài)金屬的傳輸速度； 通過(guò)改變所述水栗的轉(zhuǎn)速，調(diào)整所述低溫去離子水的傳輸速度。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述液態(tài)金屬散熱器，用于吸收換流閥產(chǎn)生的熱量;所述液態(tài)金屬管道內(nèi)的液態(tài)金屬與第一管道內(nèi)的去離子水進(jìn)行熱量交換。5.如權(quán)利要求1所述的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二換熱器為冷卻水塔； 所述第一管道內(nèi)去離子水的熱量通過(guò)冷卻水塔傳遞至空氣中。6.如權(quán)利要求1所述的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，其特征在于， 所述第二換熱器為設(shè)置有散熱翅片的金屬塊； 所述第一管道內(nèi)去離子水的熱量通過(guò)散熱翅片傳遞至空氣中。7.如權(quán)利要求1所述的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述液態(tài)金屬采用鎵基合金，其熔點(diǎn)不高于30°C。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，包括依次連接的液態(tài)金屬散熱器、第一換熱器和第二換熱器；液態(tài)金屬散熱器包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的液態(tài)金屬管道；第一換熱器包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的第一管道和第二管道；第二換熱器包括設(shè)置在其內(nèi)部空腔中的第三管道；液態(tài)金屬管道與第一管道連接，形成液態(tài)金屬的循壞回路；第二管道與第三管道連接，形成去離子水循環(huán)回路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)，由于液態(tài)金屬具有極強(qiáng)的導(dǎo)熱能力，可以迅速將換流閥的熱量帶走，再通過(guò)外部的換熱器將熱量最終擴(kuò)散到空氣中，可以減少熱量在熱源處的累積，從而降低熱源處的溫度。
【IPC分類】H02M1/00, H05K7/20, H01L23/473, H02J3/36
【公開(kāi)號(hào)】CN105529906
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610024186
【發(fā)明人】劉文廣, 溫家良
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2016年1月14日