CN105529906A - 一种基于液态金属的换流阀冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于液态金属的换流阀冷却系统，包括依次连接的液态金属散热器、第一换热器和第二换热器；液态金属散热器包括设置在其内部空腔中的液态金属管道；第一换热器包括设置在其内部空腔中的第一管道和第二管道；第二换热器包括设置在其内部空腔中的第三管道；液态金属管道与第一管道连接，形成液态金属的循坏回路；第二管道与第三管道连接，形成去离子水循环回路。与现有技术相比，本发明提供的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，由于液态金属具有极强的导热能力，可以迅速将换流阀的热量带走，再通过外部的换热器将热量最终扩散到空气中，可以减少热量在热源处的累积，从而降低热源处的温度。

Description

一种基于液态金属的换流阀冷却系统
技术领域
本发明涉及电力半导体器件技术领域，具体涉及一种基于液态金属的换流阀冷却系统。
背景技术
近年来，国内外特高压直流输电市场发展迅速，市场前景十分广阔。换流阀作为特高压直流输电工程的核心设备，是实现交直流电转换的核心功能单元，而阀体中的冷却系统冷却效果的好坏将直接影响换流阀换流性能的发挥。换流阀元件散热不良不仅会使该元件过热损毁，严重时还会导致直流系统停运。因此，换流阀冷却系统在直流输电系统中具有重要的作用，需要有非常高的可靠性。
去离子水由于具有高比热、高热导率和高电阻率等良好的特性，被广泛作为直流输电工程换流阀冷却剂。虽然水冷系统的应用已比较广泛，但其散热能力有限，典型的水冷系统散热能力为30W/cm2～50W/cm2，而随着全球能源互联网的兴起，电网传输的功率越来越大，换流阀的功率密度也将大大增加，形成的大热流密度对冷却系统提出了更高的散热要求。因此，如何在一定结构条件下降低功率器件的温度，提升换流阀冷却系统的散热性能，对于提高功率器件及换流阀的可靠性尤为重要，所以需要开发一种更为高效的散热方式。
发明内容
为了满足现有技术的需要，开发一种更为高效的散热方式，本发明提供了一种基于液态金属的换流阀冷却系统。
本发明的技术方案是：
所述系统包括依次连接的液态金属散热器、第一换热器和第二换热器；
所述液态金属散热器包括设置在其内部空腔中的液态金属管道；
所述第一换热器包括设置在其内部空腔中的第一管道和第二管道；
所述第二换热器包括设置在其内部空腔中的第三管道；
所述液态金属管道与第一管道连接，形成液态金属的循坏回路；所述第二管道与第三管道连接，形成去离子水循环回路。
优选的，
所述液态金属管道的出口与所述第一管道的入口直接连接，液态金属管道输出的高温的液态金属传输至第一管道；
所述第一管道的出口通过电磁泵与液态金属管道的入口连接，所述电磁泵驱动第一管道输出的低温的液态金属传输至液态金属管道；
所述第二管道的出口通过水泵与第一管道的入口连接，所述水泵驱动第二管道输出的低温去离子水传输至第一管道。
优选的，
通过改变所述电磁泵输出的磁场强度和电流值，调整所述低温的液态金属的传输速度；
通过改变所述水泵的转速，调整所述低温去离子水的传输速度。
优选的，
所述液态金属散热器，用于吸收换流阀产生的热量；所述液态金属管道内的液态金属与第一管道内的去离子水进行热量交换。
优选的，
所述第二换热器为冷却水塔；
所述第一管道内去离子水的热量通过冷却水塔传递至空气中。
优选的，
所述第二换热器为设置有散热翅片的金属块；
所述第一管道内去离子水的热量通过散热翅片传递至空气中。
优选的，所述液态金属采用镓基合金，其熔点不高于30℃。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明提供的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，由于液态金属具有极强的导热能力，可以迅速将换流阀的热量带走，再通过外部的换热器将热量最终扩散到空气中，可以减少热量在热源处的累积，从而降低热源处的温度；
2、本发明提供的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，相比于水冷系统可以有效降低电力电子器件的工作温度，提高了散热系统的可靠性；
3、本发明提供的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，基于其高效的散热效率，换流阀可以工作在更高的电压、电流等级下，使得不增加电力电子器件数量的前提下能够提升电力传输装置的工作容量。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1：本发明实施例中一种基于液态金属的换流阀冷却系统结构示意图；
其中，1：液态金属散热器；2：第一换热器；3：第二换热器；4：电磁泵；5：低温的液态金属；6：高温的液态金属；7：高温去离子水；8：低温去离子水；9：水泵。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，自始至终相同的标号表示相同的元件或具有相同功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的一种基于液态金属的换流阀冷却系统的实施例如图1所示，具体为：
该冷却系统包括依次连接的液态金属散热器1、第一换热器2和第二换热器3。其中，
①：液态金属散热器1包括设置在其内部空腔中的液态金属管道。
②：第一换热器2包括设置在其内部空腔中的第一管道和第二管道。
③：第二换热器3包括设置在其内部空腔中的第三管道。
1、液态金属管道与第一管道连接，形成液态金属的循坏回路
液态金属管道的出口与第一管道的入口直接连接，液态金属管道输出的高温的液态金属6传输至第一管道，第一管道的出口通过电磁泵4与液态金属管道的入口连接，电磁泵4驱动第一管道输出的低温的液态金属5传输至液态金属管道；第二管道的出口通过水泵9与第一管道的入口连接，水泵9驱动第二管道输出的低温去离子水8传输至第一管道。本实施例中高温的液态金属6是指吸收了换流阀散发的热量后，温度升高的液态金属，低温的液态金属5指的是上述高温的液态金属与低温去离子水8进行热交换后温度降低的液态金属。
①：通过改变电磁泵4输出的磁场强度或者电流值，调整低温的液态金属5的传输速度。电磁泵对液态金属提供一对垂直相交的磁场和电流，使得管道中的液态金属受到沿管道方向的电磁力，从而推动液态金属在管道内流动，并且通过改变磁场强度或者电流的大小调整液态金属所受力的大小，进而调整液态金属的流速，达到调整散热效果的目的。
②：通过改变水泵9的转速，调整低温去离子水的传输速度，从而达到不同的散热效果。
液态金属散热器1，用于吸收换流阀产生的热量，液态金属与第一管道内的去离子水进行热量交换，从而将高温的液态金属6进行热交换为低温的液态金属5重新流回液态金属散热器。
2、第二管道与第三管道连接，形成去离子水循环回路
该循环回路用于将高温去离子水7进行热交换为低温去离子水8流回第一换热器。本实施例中高温去离子水7指的是与高温的液态金属6进行热交换后温度升高的去离子水，低温去离子水8是指与第二换热器进行热交换后温度降低的去离子水。
本实施例中第二换热器采用冷却水塔时：
去离子水的热量通过冷却水塔传递至空气中。
本实施例中第二换热器采用设置有散热翅片的金属块时：
内去离子水的热量通过散热翅片传递至空气中。
本发明中基于液态金属的换流阀冷却系统的工作过程为：
换流阀工作产生的热量传递给与之接触的液态金属散热器，液态金属流经其内部空腔，从而将热量带走，液态金属的温度升高，然后进入第一换热器，在第一换热器中液态金属与温度较低的去离子水进行热交换使其温度下降，之后重新流回到液态金属散热器进行下一次的循环散热。同时，与液态金属进行热交换以后的去离子水温度升高，其通过第二换热器与外界进行热交换，去离子水温度降低，之后重新流回第一换热器进行下一次的循环散热，从而实现了整个冷却系统的热量交换，将换流阀工作产生的热量传递至外部环境中。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于液态金属的换流阀冷却系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的液态金属散热器、第一换热器和第二换热器；
所述液态金属散热器包括设置在其内部空腔中的液态金属管道；
所述第一换热器包括设置在其内部空腔中的第一管道和第二管道；
所述第二换热器包括设置在其内部空腔中的第三管道；
所述液态金属管道与第一管道连接，形成液态金属的循坏回路；所述第二管道与第三管道连接，形成去离子水循环回路。
2.如权利要求1所述的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，其特征在于，
所述液态金属管道的出口与所述第一管道的入口直接连接，液态金属管道输出的高温的液态金属传输至第一管道；
所述第一管道的出口通过电磁泵与液态金属管道的入口连接，所述电磁泵驱动第一管道输出的低温的液态金属传输至液态金属管道；
所述第二管道的出口通过水泵与第一管道的入口连接，所述水泵驱动第二管道输出的低温去离子水传输至第一管道。
3.如权利要求2所述的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，其特征在于，
通过改变所述电磁泵输出的磁场强度和电流值，调整所述低温的液态金属的传输速度；
通过改变所述水泵的转速，调整所述低温去离子水的传输速度。
4.如权利要求1所述的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，其特征在于，
所述液态金属散热器，用于吸收换流阀产生的热量；所述液态金属管道内的液态金属与第一管道内的去离子水进行热量交换。
5.如权利要求1所述的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，其特征在于，
所述第二换热器为冷却水塔；
所述第一管道内去离子水的热量通过冷却水塔传递至空气中。
6.如权利要求1所述的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，其特征在于，
所述第二换热器为设置有散热翅片的金属块；
所述第一管道内去离子水的热量通过散热翅片传递至空气中。
7.如权利要求1所述的一种基于液态金属的换流阀冷却系统，其特征在于，所述液态金属采用镓基合金，其熔点不高于30℃。
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