基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型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)金屬散熱器包括設置在其內部空腔中的液態(tài)金屬管道；第一換熱器包括設置在其內部空腔中的第一管道和第二管道；第二換熱器包括設置在其內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)有技術相比，本實用新型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)金屬具有極強的導熱能力，可以迅速將換流閥的熱量帶走，再通過外部的換熱器將熱量最終擴散到空氣中，可以減少熱量在熱源處的累積，從而降低熱源處的溫度。
【專利說明】
基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及電力半導體器件技術領域，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】
[0002]近年來，國內外特高壓直流輸電市場發(fā)展迅速，市場前景十分廣闊。換流閥作為特高壓直流輸電工程的核心設備，是實現(xiàn)交直流電轉換的核心功能單元，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使該元件過熱損毀，嚴重時還會導致直流系統(tǒng)停運。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，需要非常高的可靠性。
[0003]去離子水由于具有高比熱、高熱導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试絹碓酱?，換流閥的功率密度也將大大增加，形成的大熱流密度對冷卻系統(tǒng)提出了更高的散熱要求。因此，如何在一定結構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，對于提高功率器件及換流閥的可靠性尤為重要，所以需要開發(fā)一種更為高效的散熱方式。
【發(fā)明內容】
[0004]為了滿足現(xiàn)有技術的需要，開發(fā)一種更為高效的散熱方式，本實用新型提供了一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的技術方案是:
[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)金屬散熱器包括設置在其內部空腔中的液態(tài)金屬管道；
[0008]所述第一換熱器包括設置在其內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置在其內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電磁栗與液態(tài)金屬管道的入口連接，所述電磁栗驅動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水栗與第一管道的入口連接，所述水栗驅動第二管道輸出的低溫去離子水傳輸至第一管道，所述高溫的液態(tài)金屬與所述低溫去離子水進行熱量交換。
[0015]優(yōu)選的，
[0016]所述第二換熱器為冷卻水塔；
[0017]所述第一管道內去離子水的熱量通過冷卻水塔傳遞至空氣中。
[0018]優(yōu)選的，
[0019]所述第二換熱器為設置有散熱翅片的金屬塊；
[0020]所述第一管道內去離子水的熱量通過散熱翅片傳遞至空氣中。
[0021]優(yōu)選的，所述液態(tài)金屬采用鎵基合金，其熔點不高于30°C。
[0022]與最接近的現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)異效果是:
[0023]1、本實用新型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)金屬具有極強的導熱能力，可以迅速將換流閥的熱量帶走，再通過外部的換熱器將熱量最終擴散到空氣中，可以減少熱量在熱源處的累積，從而降低熱源處的溫度；
[0024]2、本實用新型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；
[0025]3、本實用新型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。
【附圖說明】
[0026]下面結合附圖對本實用新型進一步說明。
[0027]圖1:本實用新型實施例中一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)結構示意圖；
[0028]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。
【具體實施方式】
[0029]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中，自始至終相同的標號表示相同的元件或具有相同功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0030]本實用新型提供的一種基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)的實施例如圖1所示，具體為:
[0031]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，
[0032]①:液態(tài)金屬散熱器I包括設置在其內部空腔中的液態(tài)金屬管道。
[0033]②:第一換熱器2包括設置在其內部空腔中的第一管道和第二管道。
[0034]③:第二換熱器3包括設置在其內部空腔中的第三管道。
[0035]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
[0036]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電磁栗與液態(tài)金屬管道的入口連接，電磁栗4驅動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水栗9與第一管道的入口連接，水栗驅動第二管道輸出的低溫去離子水8傳輸至第一管道。本實施例中高溫的液態(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進行熱交換后溫度降低的液態(tài)金屬。
[0037]①:通過改變電磁栗4輸出的磁場強度或者電流值，調整低溫的液態(tài)金屬的傳輸速度。電磁栗對液態(tài)金屬提供一對垂直相交的磁場和電流，使得管道中的液態(tài)金屬受到沿管道方向的電磁力，從而推動液態(tài)金屬在管道內流動，并且通過改變磁場強度或者電流的大小調整液態(tài)金屬所受力的大小，進而調整液態(tài)金屬的流速，達到調整散熱效果的目的。
[0038]②:通過改變水栗9的轉速，調整低溫去離子水的傳輸速度，從而達到不同的散熱效果。
[0039]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)金屬與第一管道內的去離子水進行熱量交換，從而將高溫的液態(tài)金屬6進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。本實施例中高溫去離子水7指的是與高溫的液態(tài)金屬6進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行熱交換后溫度降低的去離子水。
[0040]2、第二管道與第三管道連接，形成去離子水循環(huán)回路
[0041]該循環(huán)回路用于將高溫去離子水7進行熱交換為低溫去離子水8流回第一換熱器。
[0042]本實施例中第二換熱器采用冷卻水塔時:
[0043]去離子水的熱量通過冷卻水塔傳遞至空氣中。
[0044]本實施例中第二換熱器采用設置有散熱翅片的金屬塊時:
[0045]內去離子水的熱量通過散熱翅片傳遞至空氣中。
[0046]本實用新型中基于液態(tài)金屬的換流閥冷卻系統(tǒng)的工作過程為:
[0047]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)其內部空腔，從而將熱量帶走，液態(tài)金屬的溫度升高，然后進入第一換熱器，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)金屬散熱器進行下一次的循環(huán)散熱。同時，與液態(tài)金屬進行熱交換以后的去離子水溫度升高，其通過第二換熱器與外界進行熱交換，去離子水溫度降低，之后重新流回第一換熱器進行下一次的循環(huán)散熱，從而實現(xiàn)了整個冷卻系統(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。
[0048]最后應當說明的是:所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
【主權項】
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)金屬散熱器包括設置在其內部空腔中的液態(tài)金屬管道； 所述第一換熱器包括設置在其內部空腔中的第一管道和第二管道； 所述第二換熱器包括設置在其內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電磁栗與液態(tài)金屬管道的入口連接，所述電磁栗驅動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水栗與第一管道的入口連接，所述水栗驅動第二管道輸出的低溫去離子水傳輸至第一管道，所述高溫的液態(tài)金屬與所述低溫去離子水進行熱量交換。3.如權利要求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； 所述第一管道內去離子水的熱量通過冷卻水塔傳遞至空氣中。4.如權利要求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置有散熱翅片的金屬塊； 所述第一管道內去離子水的熱量通過散熱翅片傳遞至空氣中。5.如權利要求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，其熔點不高于30°C。
【文檔編號】H01L23/473GK205544884SQ201620035191
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月14日
【發(fā)明人】劉文廣, 溫家良
【申請人】國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國家電網(wǎng)公司