CN105611806A

CN105611806A - 一种电力设备散热系统

Info

Publication number: CN105611806A
Application number: CN201610050255.8A
Authority: CN
Inventors: 张波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2016-05-25

Abstract

本发明提供了一种电力设备散热系统。其中，所述散热系统包括：设置在发热器件两侧的冷却板；所述冷却板内设置的蛇形管道及热虹吸管。所述热虹吸管沿所述发热器件方向延伸，蒸发段设置于发热器件中；所述热虹吸管充液量为蒸发段容积的30%-36%；所述蛇形管道上分别设置有入口与出口，在水冷装置的驱动下，在蛇形管道中形成大于等于1.5Mpa的管道压力。所述蛇形管道中的流体介质为硬度小于28mg/L；所述蛇形管上靠近入口处的管道处设置有收缩部，所述蛇形管上靠近出口出的管道处设置有扩展部。上述散热系统能够在电力设备启用时，迅速启动发挥散热效果，避免功率器件在启动时产生大量热量积累导致电路故障或者烧毁的问题。

Description

一种电力设备散热系统

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种电力设备散热系统。

背景技术

随着高功率密度发动机、大功率开关元件的发展应用。电子器件的散热要求，尤其是功率器件的对于散热要求越来越高，传统的散热技术难以及时将电子器件的热量及时散去，容易导致电子器件局部温度上升，对其使用性能产生很大的影响，甚至会导致器件的故障或者烧毁。

热虹吸管是一种利用重力及相变作用，无需外部动力的散热装置，与其他散热装置相比，其在各个方面都具有一定的优势，例如传热效率，尺寸体积、制造成本等。但由于热虹吸管的散热原理，其必须将蒸发段设置在冷凝段的下方，依靠凝结液自身的重力回到蒸发段。因此，在散热系统的使用及设计上均存在着一定的限制。

另外，热虹吸管与一般的热管散热相类似，均存在着启动时间长的缺陷。热虹吸管启动性能不佳时，其启动时间较长。而大功率器件很有可能已经在启动时间内产生大量热量，导致IPTG等功率器件的烧毁、电路出现故障的问题。这也使得热虹吸管在散热系统中的应用受到了很大的限制。

因此，现有技术还有待发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电力设备散热系统，旨在解决现有技术中电力设备散热系统中热虹吸管应用存在限制的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种电力设备散热系统，其中，所述散热系统包括：设置在发热器件两侧的冷却板；所述冷却板内设置有供冷却液流动的蛇形管道；

冷凝段嵌入所述冷却板内的热虹吸管；所述热虹吸管沿所述发热器件方向延伸，蒸发段设置于发热器件中；

所述热虹吸管垂直于所述冷却板设置，所述热虹吸管充液量为蒸发段容积的30%-36%；

所述蛇形管道上分别设置有入口与出口，分别与水冷装置的进水口和出水口连接；在水冷装置的驱动下，在蛇形管道中形成大于等于1.5Mpa的管道压力；

所述蛇形管道中的流体介质为硬度小于28mg/L；所述蛇形管上靠近入口处的管道处设置有收缩部，所述蛇形管上靠近出口出的管道处设置有扩展部，所述收缩部的横截面积小于所述蛇形管道的横截面积，所述扩展部的横截面积大于所述蛇形管道的横截面积。

所述的电力设备散热系统，其中，所述蛇形管道上还可以设置多个扩展部和收缩部，所述扩展部和收缩部设置的个数以及间距与冷凝效率之间存在以下关系：

设扩展部的个数为N1，收缩部的个数为N2，相邻的扩展部和收缩部之间的距离为L，冷凝效率为P，冷凝时间为t，冷凝前温度为T1，冷凝后温度为T2，蛇形管道的总长度为S，则，N1=N2，L*（N1-1）=S，P=（T2-T1）/t，其中，P=N1*X,X为N1=N2=1时冷凝效率。

所述的电力设备散热系统，其中，所述热虹吸管在所述冷却板上均匀设置，以六列四行的方式，每侧冷却板对称设置有24根。

所述的电力设备散热系统，其中，所述冷却板包括依次设置的顶板，主板以及底板；

所述蛇形管道设置在顶板与底板之间；顶板的壁厚为4mm。

所述的电力设备散热系统，其中，所述顶板为铝合金顶板。

所述的电力设备散热系统，其中，所述热虹吸管内设置有吸液芯；所述热虹吸管的长度大于90cm。

所述的电力设备散热系统，其中，所述热虹吸管的冷凝段沿冷却板相离的方向延伸，穿出所述冷却板；

所述热虹吸管的冷凝段的穿出末端形成一卷曲盘管结构。

有益效果：本发明提供的一种电力设备散热系统，通过热虹吸管与冷却板的配合，有效的提高了热虹吸管的启动性能，并且通过控制热虹吸管的特定功能参数，使其启动性能达到最优水平，能够在电力设备启用时，迅速启动发挥散热效果。而且，设置在两侧的冷却板能够提供一定的冷却效果，可以避免功率器件在启动时产生大量热量积累导致电路故障或者烧毁的问题。

另外，将热虹吸管对称设置，使得散热系统无论处于任何角度，均能保证至少有一侧的热虹吸管发挥作用，尤其适合应用在一些容易产生振动或者功率器件角度会发生变化的场合。

上述电力设备散热系统有效的客服了现有热虹吸管存在的问题，使得热虹吸管能够良好的应用于散热系统中，极大的降低了电力设备散热系统的成本，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明具体实施例的电力设备散热系统的立体示意图。

图2为本发明具体实施例的电力设备散热系统的冷却板俯视图。

图3为本发明具体实施例的电力设备散热系统的冷却板横截面示意图。

图4为本发明具体实施例的电力设备散热系统的热虹吸管实验设置示意图。

图5为本发明具体实施例的热虹吸管启动滞后的温度曲线示意图。

具体实施方式

本发明提供一种电力设备散热系统。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1及图2所示，为本发明具体实施例的一种电力设备散热系统。

所述散热系统包括：设置在发热器件两侧的冷却板100以及若干热虹吸管200。

所述冷却板内设置有供冷却液流动的蛇形管道110。

所述热虹吸管200的冷凝段210嵌入所述冷却板内的。所述热虹吸管沿所述发热器件方向延伸，蒸发段220则设置于发热器件中，及时的将发热器件的热量传导至冷却板，发挥散热作用。

所述热虹吸管200垂直于所述冷却板100设置，两侧冷却板100上的热虹吸管200对称设置，使得除水平角度外，至少有一侧的热虹吸管200能够处于正常工作状态。

所述热虹吸管充液量为蒸发段容积的30%-36%。热虹吸管的充液量对于其启动性能存在着较大的影响。经过实验探究，设置为上述充液量能够使热虹吸管保持较好的启动性能。

如图2所示，所述蛇形管道110上分别设置有入口与出口，分别与水冷装置（图中未示出）的进水口和出水口连接。

在水冷装置的驱动下，在蛇形管道中形成大于等于1.5Mpa的管道压力。所述水冷装置具体可以采用现有技术中任何合适的，用于散热器的水冷装置，只需要能够满足上述管道压力的要求。

所述蛇形管道中的流体介质为硬度小于28mg/L。控制流体介质的硬度能够避免蛇形管道的堵塞等情况，但是过低的硬度要求又导致成本的上升。

其中，所述蛇形管道110上靠近入口处的管道处设置有收缩部111，所述蛇形管上靠近出口出的管道处设置有扩展部112。

所述收缩部的横截面积小于所述蛇形管道的横截面积，所述扩展部的横截面积大于所述蛇形管道的横截面积。

具体的，所述蛇形管道上可以设置多个扩展部111和收缩部112。所述扩展部和收缩部设置的个数以及间距与冷凝效率之间存在以下关系：

通过上述方式，可以计算获得蛇形管道的冷凝效率。由于存在有导热性能良好的热虹吸管，散热系统的主要散热方式为热虹吸管。因此，蛇形管道的冷凝效率要求很低，无需使用过高的压力，过于复杂的管道设计等，有效的降低了整个散热系统的成本，也避免了水冷装置带来的一些电磁干扰等问题。

在本发明的具体实施例中，所述热虹吸管在所述冷却板上均匀设置，以六列四行的方式，每侧冷却板对称设置有24根。以上述方式设置热虹吸管，即可基本满足大部分电力设备的散热需求。设置过于密集的热虹吸管不利于提高热虹吸管的传热效率。

较佳的是，如图3所示，所述冷却板200包括依次设置的顶板201，主板202以及底板203。所述蛇形管道210设置在顶板与底板之间，顶板的壁厚为4mm。

具体的，所述顶板为铝合金顶板。

在本发明的较佳实施例中，为了进一步的提升热虹吸管的启动性能，所述热虹吸管内还设置有吸液芯。所述热虹吸管的长度大于90cm。两侧的热虹吸管可以相互交错设置。

更具体的，所述热虹吸管100的冷凝段沿冷却板相离的方向延伸，穿出所述冷却板；所述热虹吸管的冷凝段的穿出末端形成一卷曲盘管结构。将冷凝段设置为卷曲盘管结构能够扩大冷凝段与外界的接触面积，提升热虹吸管的导热效率，加快内部工质的循环。

实施例1：

充液量与热虹吸管传热性能的关系。根据理疗模型，热虹吸管充液量较大时，内部工质容易产生塞状流，在管壁形成较厚的液膜，导致热管的热阻变大。而充液量较小时，又容易产生烧干现象，达到传热极限限制散热系统的使用。

在本实验中，使用热电偶作为测温元件。如图4所示，为本实验的实验装置。热虹吸管底部为恒温水槽，冷凝段为自然对流冷却，室温保持在28℃左右，采用计算机自动采集温度数据，热电偶K沿图4所示布置。

下表为热虹吸管的参数设置（充液量为占蒸发段的容积比例）：

序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										充液量	10%	12%	16%	18%	20%	30%	34%	36%	40%
吸液芯	瓷珠			丝网		丝网
										序号	10	11	12	13	14	15	16	17	18
充液量	10%	12%	16%	18%	20%	30%	34%	36%	60%
										吸液芯		瓷珠			丝网			丝网

结果分析：

如图5所示，为热虹吸管启动滞后的温度曲线（充液量为40%时）。分析结果显示当充液量超过36%以后，热虹吸管的启动性能出现了显著的下降，无法很好的发挥作用，可能是由于工质加热到相变温度的时间较长。

另外结果显示，在较小充液量时，热虹吸管几乎不存在滞后效应，可以迅速启动。但是，考虑到较小充液量时，会出现液膜时有时无的极限效应，导致散热系统整体性能的下降。

由于存在有冷却板可以降低散热系统对于启动时间的要求。因此，所述热虹吸管的充液量控制在30%-36%之间能够实现两者的平衡，具有很好的使用效果。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种电力设备散热系统，其特征在于，所述散热系统包括：设置在发热器件两侧的冷却板；所述冷却板内设置有供冷却液流动的蛇形管道；冷凝段嵌入所述冷却板内的热虹吸管；所述热虹吸管沿所述发热器件方向延伸，蒸发段设置于发热器件中；所述热虹吸管垂直于所述冷却板设置，所述热虹吸管充液量为蒸发段容积的30%-36%；所述蛇形管道上分别设置有入口与出口，分别与水冷装置的进水口和出水口连接；在水冷装置的驱动下，在蛇形管道中形成大于等于1.5Mpa的管道压力；所述蛇形管道中的流体介质为硬度小于28mg/L；所述蛇形管上靠近入口处的管道处设置有收缩部，所述蛇形管上靠近出口出的管道处设置有扩展部，所述收缩部的横截面积小于所述蛇形管道的横截面积，所述扩展部的横截面积大于所述蛇形管道的横截面积。

2.根据权利要求1所述的电力设备散热系统，其特征在于，所述蛇形管道上还可以设置多个扩展部和收缩部，所述扩展部和收缩部设置的个数以及间距与冷凝效率之间存在以下关系：

3.根据权利要求1-2所述的电力设备散热系统，其特征在于，所述热虹吸管在所述冷却板上均匀设置，以六列四行的方式，每侧冷却板对称设置有24根。

4.根据权利要求1-3所述的电力设备散热系统，其特征在于，所述冷却板包括依次设置的顶板，主板以及底板；所述蛇形管道设置在顶板与底板之间；顶板的壁厚为4mm。

5.根据权利要求1-4所述的电力设备散热系统，其特征在于，所述顶板为铝合金顶板。

6.根据权利要求1-5所述的电力设备散热系统，其特征在于，所述热虹吸管内设置有吸液芯；所述热虹吸管的长度大于90cm。

7.根据权利要求1所述的电力设备散热系统，其特征在于，所述热虹吸管的冷凝段沿冷却板相离的方向延伸，穿出所述冷却板；所述热虹吸管的冷凝段的穿出末端形成一卷曲盘管结构。