CN104282642B - 一种水冷散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水冷散热装置，所述水冷散热装置为不规则前后面结构的六面体，所述六面体紧贴于需要散热的晶闸管上面，所述晶闸管为具有四层或四层以上交错P、N层的半导体装置，且在与作为阴极的N型半导体层接触的P型半导体层中相对于该作为阴极的N型半导体层的区域具有第一开口，所述半包围型水冷散热装置包括晶闸管散热器、阻尼电阻散热器和连接体(5)，所述阻尼电阻散热器和所述晶闸管散热器集成于所述不规则六面体内，所述阻尼电阻散热器半包围于所述晶闸管散热器；采用本发明提供的水冷散热装置，大大缩小了水冷系统的体积，简化了换流阀的结构，减少了水冷系统的连接接口，增加了水冷系统的水容量，提高了水冷系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种水冷系统的散热设备，具体涉及一种直流输电换流阀的水冷散热装置。
背景技术
水冷系统广泛应用于直流输电换流阀的冷却中，换流阀通常由晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元等零部件组成。其中，晶闸管是换流阀的核心部件，它决定换流阀的通流能力，通过将多个晶闸管元件串联可得到希望的系统电压。而晶闸管和阻尼电阻是水冷系统的核心冷却对象之一。因此，晶闸管散热器和阻尼电阻散热器设计的合理性对水冷系统的良好运行起到非常重要的作用。
现有的阻尼电阻的散热方式主要有两种：一种是间接冷却法；另外一种直接冷却法。间接冷却法是将阻尼电阻棒插入散热器内，通过散热器中冷却水间接带走热量的方式散热，这种方式的缺点是：第一，散热能力较弱；第二，散热器体积比较大；第三，散热器耗水量大。另一冷却方法是直接冷却法，其法是将阻尼电阻布局在PVDF壳体的水路中，冷却水与接触电阻直接接触冷却。直接冷却法散热能力比间接冷却法有所提高，但是还有它的局限性：水路的容水量较小，干烧能力差，断流时间一般小于3秒。
目前，已有晶闸管散热器和水冷阻尼电阻设计都是独立的，这样不仅增加了结构整体尺寸，还因为连接接口多从而降低了水路连接的可靠性。
为此，需要提供一种体积小并且水路连接可靠性高的水冷散热装置来提高水冷系统的性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种水冷散热装置，所述水冷散热装置为不规则前后面结构的六面体，所述六面体紧贴于需要散热的晶闸管上面，所述晶闸管为具有四层或四层以上交错P、N层的半导体装置，且在与作为阴极的N型半导体层接触的P型半导体层中相对于该作为阴极的N型半导体层的区域具有第一开口，所述半包围型水冷散热装置包括晶闸管散热器、阻尼电阻散热器和连接体，所述阻尼电阻散热器和所述晶闸管散热器集成于所述不规则六面体内，所述阻尼电阻散热器半包围于所述晶闸管散热器。
优选地，所述晶闸管散热器包括晶闸管散热器腔体、晶闸管散热器水道、晶闸管散热器面板和进水口，所述散热器腔体与所述进水口为一体，所述晶闸管散热器水道位于所述晶闸管散热器腔体内，所述晶闸管散热器腔体焊接于所述晶闸管散热器面板上，所述晶闸管散热器腔体和晶闸管散热器水道为前后面对称结构。
优选地，所述晶闸管散热器采用铝质材料。
优选地，阻尼电阻散热器包括阻尼电阻散热器腔体、阻尼电阻散热器水道、阻尼电阻散热器面板、阻尼电阻散热器起始端子、阻尼电阻散热器末端端子和出水口，所述阻尼电阻散热器腔体与所述出水口为一体，所述阻尼电阻散热器腔体焊接于所述阻尼电阻散热器面板上，所述阻尼电阻散热器腔体为前后面对称结构，所述阻尼电阻散热器水道为前后面不对称结构，所述阻尼电阻散热器水道与所述晶闸管散热器水道通过所述连接体相通。
优选地，所述阻尼电阻散热器采用PVDF材质。
优选地，所述连接体包括连接体水道、连接螺母和密封螺母，所述连接螺母设置于晶闸管散热器和连接体的接口处，所述密封螺母设置于所述连接体水道的口部。
优选地，所述连接体采用铝质材料。
优选地，所述晶闸管散热器水道设置为双螺旋结构。
优选地，所述阻尼电阻散热器水道设置为流线型。
优选地，阻尼电阻散热器水道的宽度是所述晶闸管散热器水道宽度的二倍。
本发明的有益效果为：
本发明提供的水冷散热装置，通过将晶闸管散热器和阻尼电阻散热器集成到一个整体结构中并且阻尼电阻散热器半包围晶闸管散热器，采用直接冷却法为阻尼电阻散热，大大缩小了水冷系统的体积，简化了换流阀散热装置的结构，减少了水冷系统的连接接口，增加了水冷系统的水容量，提高了水冷系统的可靠性，并且采用阻尼电阻半包围晶闸管散热器的结构，使得晶闸管压装后对阻尼电阻的拆卸更加方便。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1为本发明的水冷散热装置的正面和侧面结构示意图；
图2为本发明的水冷散热装置的背面结构示意图；
图3为本发明的水冷散热装置的水路结构示意图；
其中：1-晶闸管散热器腔体 2-阻尼电阻散热器腔体 3-晶闸管散热器水道 4-阻尼电阻散热器水道 5-连接体 6-晶闸管散热器面板 7-阻尼电阻散热器起始端子 8-晶闸管贴合面 9-进水口 10-出水口 11-阻尼电阻散热器末端端子 12-连接螺母 13-密封螺母
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，本还可以具有其他实施方式。
结合图1和图2，图1为本发明的水冷散热装置的正面和侧面结构示意图；图2为本发明的水冷散热装置的背面结构示意图；图1和图2中的半包围型水冷散热装置为不规则前后面结构的六面体，包括铝质晶闸管散热器、PVDF阻尼电阻散热器和铝质连接体5，PVDF阻尼电阻散热器和铝质晶闸管散热器集成于不规则六面体内，PVDF阻尼电阻散热器半包围铝质晶闸管散热器，所述水冷散热装置紧贴于被散热的晶闸管上面，晶闸管为具有四层或四层以上交错P、N层的半导体装置，且在与作为阴极的N型半导体层接触的P型半导体层中相对于该作为阴极的N型半导体层的区域具有第一开口。采用这样的设计，使得互相独立的晶闸管散热器与阻尼电阻散热器集成在同一个装置内，缩小了水冷系统的体积，减少了进水口和出水口的数量，简化了换流阀的散热装置的结构，经济实用；晶闸管散热器和连接体5都采用铝质材质，是因为铝的导热性能好，可以提高晶闸管散热器的散热性能；而阻尼电阻散热器采用PVDF材质，是由于PVDF慢热耐高温，可以提高阻尼电阻散热器的散热性能。
图1和图2中的铝质晶闸管散热器还包括一个晶闸管散热器腔体1、晶闸管散热器水道3、两个晶闸管散热器面板6和一个进水口9，所述晶闸管散热器腔体1与所述进水口9为一体，晶闸管散热器腔体1为前后面对称的结构，两个面分别有一个晶闸管散热器水道3来给晶闸管散热，所述晶闸管散热器水道3位于所述晶闸管散热器腔体1内，所述晶闸管散热器腔体1焊接于所述晶闸管散热器面板6上，所述晶闸管散热器腔体1和晶闸管散热器水道3为前后面对称结构。
图1和图2中的PVDF阻尼电阻散热器包括一个阻尼电阻散热器腔体2、阻尼电阻散热器水道4、两个阻尼电阻散热器面板、一个阻尼电阻散热器起始端子7、一个阻尼电阻散热器末端端子11和一个出水口10，所述阻尼电阻散热器腔体2与所述出水口10为一体，所述阻尼电阻散热器腔体2焊接于所述阻尼电阻散热器面板上，所述阻尼电阻散热器腔体2为前后面对称结构，所述阻尼电阻散热器水道4为前后面不对称结构，两个面的阻尼电阻散热器水道4通过贯穿孔串联联通，串联水道内布置阻尼电阻，阻尼电阻散热器起始端子7和阻尼电阻散热器末端端子11设置在阻尼电阻散热器水道4的起始和末端处，所述阻尼电阻散热器水道4与所述晶闸管散热器水道3通过所述连接体5相通。
图1和图2中的连接体5包括连接体水道、连接螺母12和密封螺母13，所述连接螺母12设置于晶闸管散热器水道和连接体5的接口处，所述密封螺母13设置于所述连接体水道的口部；采用连接螺母12将连接体5和晶闸管散热器连接在一起，而连接螺母为中空的，因此中间有水道使得水路畅通，并且使得晶闸管散热器与连接螺母12之间、连接螺母12与连接体5没有缝隙；密封螺母13将连接螺母12所连通的水道进行密封，整体采用螺纹连接加密封圈。
为了使得半包围型水冷散热装置取得更好的散热效果，将晶闸管散热器水道3设置为双螺旋结构，阻尼电阻散热器水道设置4为流线型，采用这样的设计使得水道在转角的地方有明显的弧度，不存在突兀的特点，降低了整体结构的水阻，使得水流畅通，死角少，不容易发生堵塞。
为了提高半包围型水冷散热装置的水容量以及干烧能力，阻尼电阻散热器水道4的宽度是所述晶闸管散热器水道3宽度的二倍，这样设置使得阻尼电阻散热器中的水容量大大增加，从而增加了水路的水容量，提高了半包围型水冷散热装置的干烧能力，同时本装置采用的是阻尼电阻与冷却水直接接触进行散热，因此冷却效果比通过散热器外表面带走电阻热量的方式要优良的多。
图3为本发明的水冷散热装置的水路结构示意图。结合图3，本发明的半包围型水冷散热装置在工作时，首先冷却水从进水口9以适当的流量进入晶闸管散热器中，同时进入前后两面的晶闸管散热器水道3中，晶闸管散热器的水路结束后由晶闸管散热器水道3进入连接体5的连接体水道中。经过连接体水道后流入后面的PVDF阻尼电阻散热器的阻尼电阻散热器水道4中，流经前面的阻尼电阻散热器水道4后经过前面的阻尼电阻散热器末端端子11流出整个阻尼电阻散热器，阻尼电阻布置在前面和后面的阻尼电阻散热器水道4中，与冷却水直接接触散热，冷却效果较通过散热器外表面接触带走电阻热量的方式要优良很多，同时由于水道宽，增加了水路的水容量，提高了干烧能力。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水冷散热装置，所述水冷散热装置为不规则前后面结构的六面体，所述六面体紧贴于需要散热的晶闸管上面，所述晶闸管为具有四层以上交错P、N层的半导体装置，且在与作为阴极的N型半导体层接触的P型半导体层中相对于该作为阴极的N型半导体层的区域具有第一开口，半包围型水冷散热装置包括晶闸管散热器、阻尼电阻散热器和连接体(5)，其特征在于，所述阻尼电阻散热器和所述晶闸管散热器集成于所述不规则六面体内，所述阻尼电阻散热器半包围所述晶闸管散热器；
所述连接体(5)包括连接体水道、连接螺母(12)和密封螺母(13)，所述连接螺母(12)设置于晶闸管散热器和连接体(5)的接口处，所述密封螺母(13)设置于所述连接体水道的口部。
2.根据权利要求1所述的水冷散热装置，其特征在于，所述晶闸管散热器包括晶闸管散热器腔体(1)、晶闸管散热器水道(3)、晶闸管散热器面板(6)和进水口(9)，所述晶闸管散热器腔体(1)与所述进水口(9)为一体，所述晶闸管散热器水道(3)位于所述晶闸管散热器腔体(1)内，所述晶闸管散热器腔体(1)焊接于所述晶闸管散热器面板(6)上，所述晶闸管散热器腔体(1)和晶闸管散热器水道(3)为前后面对称结构。
3.根据权利要求2所述的水冷散热装置，其特征在于，所述晶闸管散热器采用铝质材料。
4.根据权利要求3所述的水冷散热装置，其特征在于，阻尼电阻散热器包括阻尼电阻散热器腔体(2)、阻尼电阻散热器水道(4)、阻尼电阻散热器面板、阻尼电阻散热器起始端子(7)、阻尼电阻散热器末端端子(11)和出水口(10)，所述阻尼电阻散热器腔体(2)与所述出水口(10)为一体，所述阻尼电阻散热器腔体(2)焊接于所述阻尼电阻散热器面板上，所述阻尼电阻散热器腔体(2)为前后面对称结构，所述阻尼电阻散热器水道(4)为前后面不对称结构，所述阻尼电阻散热器水道(4)与所述晶闸管散热器水道(3)通过所述连接体(5)相通。
5.根据权利要求3所述的水冷散热装置，其特征在于，所述阻尼电阻散热器采用PVDF材质。
6.根据权利要求1所述的水冷散热装置，其特征在于，所述连接体(5)采用铝质材料。
7.根据权利要求2所述的水冷散热装置，其特征在于，所述晶闸管散热器水道(3)设置为双螺旋结构。
8.根据权利要求4所述的水冷散热装置，其特征在于，所述阻尼电阻散热器水道(4)设置为流线型。
9.根据权利要求4所述的水冷散热装置，其特征在于，阻尼电阻散热器水道(4)的宽度是所述晶闸管散热器水道(3)宽度的二倍。
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