基于液態金屬的換流閥冷卻系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于液態金屬的換流閥冷卻系統，包括依次連接的液態金屬散熱器、第一換熱器和第二換熱器；液態金屬散熱器包括設置在其內部空腔中的液態金屬管道；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；液態金屬管道與第一管道連接，形成液態金屬的循壞回路；第二管道與第三管道連接，形成去離子水循環回路。與現有技術相比，本實用新型提供的一種基于液態金屬的換流閥冷卻系統，由于液態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】
基于液態金屬的換流閥冷卻系統
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金屬的換流閥冷卻系統。
【背景技術】
[0002]近年來，國內外特高壓直流輸電市場發展迅速，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，是實現交直流電轉換的核心功能單元，而閥體中的冷卻系統冷卻效果的好壞將直接影響換流閥換流性能的發揮。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停運。因此，換流閥冷卻系統在直流輸電系統中具有重要的作用，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。雖然水冷系統的應用已比較廣泛，但其散熱能力有限，典型的水冷系統散熱能力為30W/cm2?50W/cm2，而隨著全球能源互聯網的興起，電網傳輸的功率越來越大，換流閥的功率密度也將大大增加，形成的大熱流密度對冷卻系統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，所以需要開發一種更為高效的散熱方式。
【發明內容】
[0004]為了滿足現有技術的需要，開發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金屬的換流閥冷卻系統。
[0005]本實用新型的技術方案是:
[0006]所述系統包括依次連接的液態金屬散熱器、第一換熱器和第二換熱器；
[0007]所述液態金屬散熱器包括設置在其內部空腔中的液態金屬管道；
[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]所述液態金屬管道與第一管道連接，形成液態金屬的循壞回路;所述第二管道與第三管道連接，形成去離子水循環回路。
[0011]優選的，
[0012]所述液態金屬管道的出口與所述第一管道的入口直接連接，液態金屬管道輸出的高溫的液態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金屬傳輸至液態金屬管道；
[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，所述高溫的液態金屬與所述低溫去離子水進行熱量交換。
[0015]優選的，
[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]優選的，所述液態金屬采用鎵基合金，其熔點不高于30°C。
[0022]與最接近的現有技術相比，本實用新型的優異效果是:
[0023]1、本實用新型提供的一種基于液態金屬的換流閥冷卻系統，由于液態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金屬的換流閥冷卻系統，相比于水冷系統可以有效降低電力電子器件的工作溫度，提高了散熱系統的可靠性；
[0025]3、本實用新型提供的一種基于液態金屬的換流閥冷卻系統，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金屬的換流閥冷卻系統結構示意圖；
[0028]其中，1:液態金屬散熱器;2:第一換熱器;3:第二換熱器;4:電磁栗;5:低溫的液態金屬;6:高溫的液態金屬;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，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0030]本實用新型提供的一種基于液態金屬的換流閥冷卻系統的實施例如圖1所示，具體為:
[0031]該冷卻系統包括依次連接的液態金屬散熱器1、第一換熱器2和第二換熱器3。其中，
[0032]①:液態金屬散熱器I包括設置在其內部空腔中的液態金屬管道。
[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、液態金屬管道與第一管道連接，形成液態金屬的循壞回路
[0036]液態金屬管道的出口與第一管道的入口直接連接，液態金屬管道輸出的高溫的液態金屬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金屬5傳輸至液態金屬管道;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金屬6是指吸收了換流閥散發的熱量后，溫度升高的液態金屬，低溫的液態金屬5指的是上述高溫的液態金屬與低溫去離子水8進行熱交換后溫度降低的液態金屬。
[0037]①:通過改變電磁栗4輸出的磁場強度或者電流值，調整低溫的液態金屬的傳輸速度。電磁栗對液態金屬提供一對垂直相交的磁場和電流，使得管道中的液態金屬受到沿管道方向的電磁力，從而推動液態金屬在管道內流動，并且通過改變磁場強度或者電流的大小調整液態金屬所受力的大小，進而調整液態金屬的流速，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]液態金屬散熱器I，用于吸收換流閥產生的熱量，液態金屬與第一管道內的去離子水進行熱量交換，從而將高溫的液態金屬6進行熱交換為低溫的液態金屬5重新流回液態金屬散熱器。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，形成去離子水循環回路
[0041]該循環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金屬的換流閥冷卻系統的工作過程為:
[0047]換流閥工作產生的熱量傳遞給與之接觸的液態金屬散熱器，液態金屬流經其內部空腔，從而將熱量帶走，液態金屬的溫度升高，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金屬散熱器進行下一次的循環散熱。同時，與液態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散熱，從而實現了整個冷卻系統的熱量交換，將換流閥工作產生的熱量傳遞至外部環境中。
[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】
1.一種基于液態金屬的換流閥冷卻系統，其特征在于，所述系統包括依次連接的液態金屬散熱器、第一換熱器和第二換熱器； 所述液態金屬散熱器包括設置在其內部空腔中的液態金屬管道； 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； 所述液態金屬管道與第一管道連接，形成液態金屬的循壞回路;所述第二管道與第三管道連接，形成去離子水循環回路。2.如權利要求1所述的一種基于液態金屬的換流閥冷卻系統，其特征在于， 所述液態金屬管道的出口與所述第一管道的入口直接連接，液態金屬管道輸出的高溫的液態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金屬傳輸至液態金屬管道； 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金屬的換流閥冷卻系統，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金屬的換流閥冷卻系統，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金屬的換流閥冷卻系統，其特征在于，所述液態金屬采用鎵基合金，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
【發明人】劉文廣, 溫家良
【申請人】國網智能電網研究院, 國家電網公司