CN106415762B - 用于气体绝缘开关设备的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于气体绝缘开关设备的冷却装置(1)。冷却装置(1)包括布置在气体腔室(2)外面的冷凝器(11)、布置在气体腔室中的蒸发部分(13)、以及连接蒸发器装置(13)和冷凝器(11)的至少一个流体管道(12)；流体管道(11)传导热量并且填充有低沸点冷凝液(120)，以将热量从蒸发部分(13)传递到冷凝器(11)。蒸发部分(13)和至少一个流体管道(12)可以集成到一起，并且蒸发部分(13)是至少一个流体管道(12)的气体腔室端。或冷凝器(11)是分离的部分并且它与所有流体管道(12)导通。冷凝器(11)包括散热构件(110)，散热构件(110)与流体管道(12)连接并且布置在气体腔室(2)的外面。
Description
技术领域
本发明涉及电力产品领域，尤其涉及气体绝缘开关设备装置冷却技术领域。
背景技术
众所周知，热量耗散是高额定电流开关设备中的瓶颈。因为气体绝缘开关设备全都是完全密封的，所以开关设备中的温度上升非常严重。热量只能经由气体腔室外面的空气来耗散。在强电流负载下的长时间运行期间，热量逐渐累积并且使气体腔室内部温度快速上升。
目前解决上述问题的方案主要集中在两点：1)减少产生的热量；2)增加热量耗散。为了减少产生的热量，我们可以增加导体的横截面面积，并且增加气体腔室的尺寸。然而，所有这些方案将增加所占空间和成本。
为了增加热量耗散，目前的方案(例如解决气体绝缘产品中的2500A温度上升的方案)是通过风扇来强制冷却，并且最关键点的温度上升值相当接近极限。而且，另一考虑点是可靠性和风扇的使用寿命，因为气体绝缘开关设备是无需维护的产品。
因此，为气体绝缘开关设备提供更有效、可靠和低成本的热量耗散方案非常有价值。
发明内容
本发明提供一种用于气体绝缘开关设备的冷却装置。冷却装置包括布置在气体腔室外面的冷凝器、布置在气体腔室中的蒸发部分，以及连接蒸发器装置和冷凝器的至少一个流体管道；流体管道传导热量并且填充有液体(特别是一种低沸点的冷凝液)，以通过液体的相变将热量从蒸发部分传递到冷凝器并且在热蒸发端冷凝成液体，然后流回到管道以用于下个冷却循环。
根据本发明的优选的实施例，蒸发部分和至少一个流体管道被集成到一起，并且蒸发部分是至少一个流体管道的气体腔室端。流体管道可以只是一个流体导管或是多个流体导管。
根据优选的实施例，冷凝器包括散热构件，散热构件与流体管道连接并且布置在气体腔室的外面。
根据本发明的第二个优选的实施例，冷凝器是分离的部分，并且它与所有流体管道导通。因此低沸点的冷凝液能够在流体管道和冷凝器之间流动。
根据优选的实施例，流体管道的外部轮廓可以是圆形、正方形、椭圆形、具有阶梯状或其它形状。
根据优选的实施例，流体管道的横截面可以是圆形、环形或外部轮廓与内部轮廓不同的形状。
根据本发明优选的实施例，流体管道密闭地固定在气体腔室壁上；或流体管道与气体腔室壁集成。流体管道还可以位于气体腔室中的任何地方。
根据本发明的另一优选的实施例，流体管道是一种商业的流体管道。由于商业的流体管道容易得到并且热量耗散效率足够高，因此容易将根据本发明的方案实施到气体绝缘开关设备。
根据优选的实施例，冷凝器布置在气体腔室的顶部上或气体腔室的背部处。流体管道可以包括折弯角并且被适配成将冷凝器与蒸发部分连接。
根据优选的实施例，流体管道可以延伸到气体腔室的底部或气体腔室内部的任何地方。
根据优选的实施例，流体管道的冷凝器端是敞开的。
附图说明
在下文的描述中将参照附图中示出的优选的示例性的实施例对本发明的主题进行更加详细的说明，其中：
图1A示出了根据本发明的第一个优选的实施例的冷却装置的结构；图1B示出了配备有第一个优选的实施例的冷却装置的开关设备；
图2A-2B是配备有第一个优选的实施例的冷却装置的开关设备的截面图；
图3A-3B示出了根据本发明的第二个优选的实施例的冷却装置的结构；
图4A示出了流体管道的外部轮廓为正方形；图4B示出了流体管道的外部轮廓为圆形；并且图4C示出了流体管道的外部轮廓具有阶梯状结构；
图5示出了流体管道被设计成包括中空部分，以增加流体管道与气体腔室中的SF6的接触；
图6是图5的A-A方向上的截面图；流体管道的横截面可以是圆形，如图6A所示的正方形环示出了流体管道的横截面是正方形环；图6B和图6C示出了流体管道的横截面是不规则的；
图7示出了冷却装置装配在气体绝缘开关设备上，并且流体管道与气体腔室壁集成；
图8A示出了冷凝器布置在气体腔室的顶部上；图8B示出了冷凝器布置在气体腔室的背部处。
具体实施方式
参照上面提到的图，提供了本发明的优选的实施例。
如图1A-1B和图2A-2B中所示，本发明提供一种用于气体绝缘开关设备的冷却装置1，该气体绝缘开关设备在气体腔室2中填充有气体(例如SF6)。图1A示出了根据本发明第一个优选的实施例的冷却装置1的结构。图1B示出了配备有第一个优选的实施例的冷却装置1的开关设备。冷却装置1包括布置在气体腔室2的外面的冷凝器11、布置在气体腔室中的蒸发部分13、以及连接蒸发器装置13和冷凝器11的至少一个流体管道12。流体管道11传导热量并且填充有液体120(特别是一种低沸点的冷凝液)，以将热量从蒸发部分13传递到冷凝器11。
根据本发明的一个优选的实施例，如图1A-1B中所示，蒸发部分13和至少一个流体管道12集成到一起，并且蒸发部分13是至少一个流体管道12的气体腔室端。流体管道12具有两个端。至少一个流体管道12的气体腔室端指的是流体管道12的位于气体腔室侧的一端，并且流体管道的冷凝器端指的是流体管道12的位于冷凝器侧的一端。
冷凝器11包括多个散热构件110，多个散热构件110围绕流体管道12布置在在气体腔室2的外面。或散热构件提供开口，开口被适配成与流体管道12的顶部开口紧密连接。流体管道12由高热传导材料(例如铜和铝)制成。
在重力作用下，当气体腔室2的温度不高时，流体管道12中的低沸点冷凝液120流至蒸发部分13，蒸发部分13是流体管道12的底部。在开关设备在强电流负载下长时间运行期间，气体腔室2的内部温度逐渐升高。蒸发部分13中的低沸点冷凝液120被逐渐加热并且蒸发。高温的蒸发冷凝液通过流体管道12上升到散热构件11。通过将热量从冷凝液传递到散热构件然后从散热构件传递到空气，散热构件11将使蒸发的冷凝液冷却下来。蒸发的冷凝液将被冷凝成液体，然后再次流到蒸发部分13。
通过上文的机制和过程，气体腔室2的温度被冷却下来。
根据本发明的第一个优选的实施例，蒸发部分13和至少一个流体管道12被集成到一起。这意味着流体管道12的气体腔室端既起流体管道的作用又起蒸发部分的作用。这种结构简单紧凑，并且它还节约成本。
图2A-2B是配备有第一个优选的实施例的冷却装置1的开关设备的截面图。流体管道12的长度L12可以改变。如图2A中所示，流体管道12可以延伸至气体腔室2的底部，或正好到气体腔室2的中间部分或上部部分，如图2B中所示。当然，流体管道12延伸得越长，实现的热量耗散的效力越高。而流体管道12延伸得越短，则节约的成本越多。
图3A-3B示出了根据本发明的第二个优选的实施例的冷却装置1的结构。流体管道12包括彼此分离的多个流体导管12’。根据这个优选的实施例，蒸发部分13’是与流体导管12’分离的结构。多个流体导管12’的底部端彼此导通并且与蒸发部分13’导通。
类似于上文在第一个优选的实施例中描述的机制，当气体腔室2的温度不高时，流体导管12’中的低沸点冷凝液120流到蒸发部分13’。在开关设备在强电流负载下长时间运行期间，气体腔室2的内部温度逐渐升高。蒸发部分13’中的低沸点冷凝液120被逐渐加热并且蒸发。高温的蒸发冷凝液通过流体导管12’上升至散热构件11。蒸发的冷凝液通过蒸发的冷凝液和空气之间的热量传递将被散热构件11冷却下来，并且将被冷凝至液体。然后，冷凝液再次经由流体导管12’流至蒸发部分13’。
在这个优选的实施例中，存在数个流体导管12’。因此，大大提高了热量传递和热量耗散的效率。
根据其它更优选的实施例，流体管道的外部轮廓可以具有如图4A-4C中示出的很多形状。图4A示出了流体管道12的外壁轮廓为正方形1211；图4B示出了流体管道的外部轮廓为圆形1212；并且图4C示出了流体管道的外部轮廓具有阶梯状结构1213。当然，流体管道12的外部轮廓可以改变成未在这里示出的很多其它形状(例如椭圆形)。在这些优选的实施例中，例如，流体管道具有阶梯状结构1213的外部轮廓可以增加流体管道12与气体腔室中填充的气体(例如SF6)的接触。于是，大大提高了热量传递和热量耗散的效率。而且，减小了流体管道12的内部空间，并且需要更少的低沸点冷凝液120。因此，节约了成本。
根据另外更优选的实施例，流体管道被设计成包括中空部分，以增加流体管道12与气体腔室中的SF6的接触，并且因此增加热量传递和热量耗散的效率，如图5中所示。
图6是图5的A-A方向上的截面图。流体管道12的横截面可以是圆形、图6A中所示的正方形环1221、或图6B和图6C中所示的外部轮廓与内部轮廓不同的形状1222、1223、或任何其它形状。
图7示出了冷却装置被装配到气体绝缘开关设备上，并且流体管道12与气体腔室壁21集成。根据另外更优选的实施例，流体管道12密闭地固定在气体腔室壁21上；或流体管道12与气体腔室壁21集成。然而，在这些实施例中，减少了SF6和流体管道12之间的接触。为了得到高效率的热量传递和热量耗散，不推荐使用这个实施例。流体管道12还可以位于气体腔室2中的任何地方。优选的位置不靠近气体腔室壁，因此增加了与气体腔室中的SF6的接触。
图8A-8B示出本发明的更简单的优选的实施例的冷却装置，其中使用了商业的热量管道123。热量管道或热量导管是组合热传导原理和相变原理这二者以有效管理两个固体界面之间热量的传递的热量传递装置。在热量管道的热界面处，与热传导固体表面接触的液体通过从那个表面吸收热量变成蒸汽。然后蒸汽沿着热量管道行进至冷界面并且冷凝变回液体-从而释放潜在的热量。然后液体通过毛细管作用、离心力或重力返回到热界面，并且重复这个循环。热量管道由热的超导材料制成，具有非常高的热传导系数，以实现沸腾和冷凝。有效热传导率随着热量管道的长度改变，并且对于长的热量管道有效热传导率可以接近100,000W/m K，而铜的有效热传导率近似为400W/m K。
商业的热量管道123既起流体管道的作用又起蒸发部分的作用。冷凝器11包括多个散热构件110，散热构件110围绕流体管道123布置在气体腔室2的外面。如图8A所示，冷凝器11布置在气体腔室2的顶部上。或如图8B所示，冷凝器11布置在气体腔室2的背部处，其中热量管道123包括折弯角1230并且被适配成将冷凝器与蒸发部分13连接。冷凝器11还可以布置在气体腔室2的侧面。
本发明的冷却装置不仅简单而且热量传递和热量耗散的效率高。为了实施本发明的冷却装置，气体绝缘开关设备不需要进行太多修改。本发明的冷却装置还高度可靠且成本低。
尽管已经基于一些优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该了解的是，这些实施例绝不应限制本发明的范围。在不背离本发明的精神和构思的情况下，对实施例进行的任何变形和修改都在本领域具有普通知识和技能的人员的理解范围内，并因此落入由所附权利要求所限定的本发明的范围内。
Claims (11)
1.一种用于气体绝缘开关设备的冷却装置(1)，包括：布置在气体腔室(2)外面的冷凝器(11)，其中它还包括布置在所述气体腔室中且不靠近气体腔室壁的蒸发部分(13)、以及连接所述蒸发部分(13)与所述冷凝器(11)的至少一个流体管道(12)；所述流体管道(12)传导热量并且填充有液体(120)，以将热量从所述蒸发部分(13)传递到所述冷凝器(11)，所述流体管道包括中空部分，且所述流体管道的横截面是环形、或外部轮廓与内部轮廓不同的形状，
其中，所述蒸发部分(13)和所述至少一个流体管道(12)被集成到一起，并且所述蒸发部分(13)是所述至少一个流体管道(12)的气体腔室端。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，所述冷凝器(11)包括散热构件(110)，所述散热构件(110)与所述流体管道(12)连接并且布置在所述气体腔室(2)的外面。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，填充在所述流体管道中的所述液体(120)是低沸点冷凝液。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的冷却装置，其中，所述冷凝器(11)是分离的部分并且它与所有流体管道(12)导通。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的冷却装置，其中，所述流体管道(12)的外部轮廓是圆形(1211)、正方形(1212)、椭圆形或阶梯状(1213)。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的冷却装置，其中，所述流体管道(12)是一种商业的热量导管(123)。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的冷却装置，其中，所述冷凝器(11)布置在所述气体腔室(2)的顶部上或在所述气体腔室(2)的背部处。
8.根据权利要求7所述的冷却装置，其中，所述商业的热量导管(123)包括折弯角(1230)并且被适配成将所述冷凝器与所述蒸发部分(13)连接。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的冷却装置，其中，所述流体管道(12)延伸至所述气体腔室(2)的底部。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的冷却装置，其中，所述流体管道(12)的冷凝器端(1201)是敞开的。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的冷却装置，其中，所述流体管道(12)由热传导材料制成。
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