CN109841583A - 一种晶闸管的自然循环蒸发冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，所述冷却系统包括与所述晶闸管表面贴合的蒸发器和设于所述蒸发器上方的冷凝器；所述蒸发器和所述冷凝器之间分别通过上升管路和下降管路连接，形成闭合回路；所述闭合回路内设有工质。通过与所述晶闸管紧密贴合的蒸发器中的工质发生热交换；将热量传递至工质；使其发生汽化并带走热量；气液两相工质经过上升管路进入冷凝器冷凝至液体；然后经下降管路回到蒸发器，进入下一次循环；本系统以工质气液两相密度差以及冷凝器和蒸发器的高度位差作为循环的动力，无需压缩机等驱动装置；且以工质的相变进行冷却，可以有效避免高电压、大电流下的电腐蚀；冷却效率高、系统安装简单方便、温度分布均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶闸管的冷却系统，具体涉及一种晶闸管的自然循环蒸发冷却系统。
背景技术
特高压直流换流阀元器件在运行过程中承受较大的电流和电压应力，不可避免地产生热损耗，晶闸管作为特高压直流输电换流阀的关键元器件，其工作温度影响到整个换流阀运行的稳定性和可靠性。特高压直流输电换流阀在实际运行工况中，晶闸管温度每升高10度，换流阀的故障率就会翻一倍。因此需要冷却系统来保证晶闸管的温控要求。
目前，已经投入运行的换流阀晶闸管通常采用水冷却系统，利用冷却水导热系数高、比热容大的特点将热量带走，以达到冷却目的，但是水冷却系统存在冷却效率低、水处理系统复杂、温度分布不均、以及泄露导致的绝缘失效等一系列问题，已不能满足晶闸管的冷却要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请设计了一种晶闸管的自然循环蒸发冷却系统；基于无压缩机驱动的自然循环，利用特定工质蒸发时的汽化潜热带走热量，实现对换流阀中晶闸管的温度控制。
本发明的目的是通过下述技术方案进行实现的：
本发明提供了一种晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，所述冷却系统包括与所述晶闸管表面贴合的蒸发器和设于所述蒸发器上方的冷凝器；所述蒸发器和所述冷凝器之间分别通过上升管路和下降管路连接，形成闭合回路；所述闭合回路内设有工质。
优选的，所述下降管路上连接有用于调节压力波动的稳压器；所述稳压器的上端设有用于防止系统压力过高的安全阀，下端设有用于排放工质的排水阀。
优选的，所述稳压器内设有加热装置，通过调节加热装置的加热功率对管路内的压力进行调节。
优选的，所述稳压器将管路内的压力控制为常压或负压。
优选的，所述下降管路上设有注液阀；所述注液阀用于向系统中注入工质。
优选的，所述冷凝器为卧式壳管式换热器；所述卧式壳管式换热器包括水平设置的圆柱状壳体和设置于所述壳体内的螺旋管；所述壳体的上侧和下侧分别设置热侧的进口和出口；所述壳体的一端设置冷侧的进口和出口；所述进口和所述出口分别与所述螺旋管的两端连接。
优选的，所述螺旋管包括数目大于等于3的水平管；所述水平管通过竖直管依次首尾连接。
优选的，所述卧式壳管式冷凝器：
所述热侧的出口与所述下降管路连接；
所述热侧的入口与所述上升管路连接；
所述冷侧的入口和出口分别通过管路与冷却机组连接。
优选的，所述蒸发器为柱肋式换热器；所述柱肋式换热器包括壳体和设置于壳体内的水平的柱状肋；所述壳体的一侧面上分别设置进口和出口；所述出口在进口的下方。
优选的，所述柱状肋的轴向与所述进口的轴向垂直；与所述柱状肋一端连接的侧面与所述晶闸管表面贴合。
优选的，所述柱状肋的数目大于等于4；所述柱状肋均匀分布于所述壳体内。
优选的，所述工质为十氟戊烷。
与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的技术方案，系统为闭合的自然循环回路；通过与所述晶闸管紧密贴合的蒸发器中的工质发生热交换；将热量传递至工质；使其发生汽化并带走热量；气液两相工质经过上升管路进入冷凝器冷凝至液体；然后经下降管路回到蒸发器，进入下一次循环；本系统以工质气液两相密度差以及冷凝器和蒸发器的高度位差作为循环的动力，无需压缩机等驱动装置；且以工质的相变进行冷却，可以有效避免高电压、大电流下的电腐蚀；冷却效率高、系统安装简单方便、温度分布均匀。
2、本发明提供的技术方案，所述冷凝器为卧式壳管式换热器，换热面积大、冷却效率高；且两种介质之间仅发生热交换，未发生质量交换，稳定可靠。
3、本发明提供的技术方案，所述蒸发器为柱肋式换热器，壳体的柱状肋为所述工质提供了较大的与热量发生接触的面积，增大了换热效率，进而对晶闸管的冷却效率得到大大提高。
4、本发明提供的技术方案，系统管路上设有稳压器，能够控制所述系统管路内的压力稳定，防止因相变造成的压力波动，对系统的稳定和安全提供了保障；且所述调压器常态下将所述系统管路内的压力调节并保持在常压或者负压，能够有效防止工质泄露。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1：本发明提供的系统的结构示意图；
图2：本发明提供的蒸发器的剖面图；
图3：本发明提供的冷凝器的结构图；
附图标记：1-晶闸管；2-蒸发器；3-上升连接管路；4-冷凝器；5-冷水机组；6-下降连接管路；7-稳压器；8-安全阀；9-排液阀；10-注液阀；11-壳体；12-柱状肋；13-进口；14-出口；15-圆柱状壳体；16-水平管；17-竖管；18-热侧进口；19-热侧出口；20-冷侧出口、21-冷侧进口。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至图3所示，本发明提供了一种晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，所述冷却系统包括与所述晶闸管1表面贴合的蒸发器2和设于所述蒸发器上方的冷凝器4；所述蒸发器2和所述冷凝器4之间分别通过上升管路3和下降管路6连接，形成闭合回路；所述闭合回路内设有工质。
所述下降管路6上连接有用于调节压力波动的稳压器7；所述稳压器7的上端设有用于防止系统压力过高的安全阀8，下端设有用于排放工质的排水阀9。
所述稳压器7内设有加热装置，通过调节加热装置的加热功率对管路内的压力进行调节。
所述稳压器7将管路内的压力控制为常压或负压。
所述下降管路6上设有注液阀10；所述注液阀10用于向系统中注入工质。
所述冷凝器4为卧式壳管式换热器；所述卧式壳管式换热器包括水平设置的圆柱状壳体15和设置于所述壳体15内的螺旋管；所述壳体的上侧和下侧分别设置热侧的进口18和出口19；所述壳体15的一端设置冷侧的进口21和出口22；所述冷侧的进口21和所述出口22分别与所述螺旋管的两端连接。
所述螺旋管包括数目大于等于3的水平管16；所述水平管16通过竖直管17依次首尾连接。
所述卧式壳管式冷凝器：
所述热侧的出口19与所述下降管路6连接；
所述热侧的入口18与所述上升管路3连接；
所述冷侧的入口21和出口20分别通过管路与冷却机组5连接。
所述蒸发器2为柱肋式换热器；所述柱肋式换热器包括壳体11和设置于壳体11内的水平的柱状肋12；所述壳体的一侧面上分别设置进口13和出口14；所述出口14在进口13的下方。
所述柱状肋12的轴向与所述进口13的轴向垂直；与所述柱状肋12一端连接的侧面与所述晶闸管1表面贴合。
所述柱状肋12的数目大于等于4；所述柱状肋12均匀分布于所述壳体11内。
所述工质为十氟戊烷。
最后应该说明的是：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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (12)
1.一种晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括与所述晶闸管表面贴合的蒸发器和设于所述蒸发器上方的冷凝器；所述蒸发器和所述冷凝器之间分别通过上升管路和下降管路连接，形成闭合回路；所述闭合回路内设有工质。
2.根据权利要求1所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述下降管路上连接有用于调节压力波动的稳压器；所述稳压器的上端设有用于防止系统压力过高的安全阀，下端设有用于排放工质的排水阀。
3.根据权利要求2所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述稳压器内设有加热装置，通过调节加热装置的加热功率对管路内的压力进行调节。
4.根据权利要求3所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述稳压器将管路内的压力控制为常压或负压。
5.根据权利要求1所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述下降管路上设有注液阀；所述注液阀用于向系统中注入工质。
6.根据权利要求1所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述冷凝器为卧式壳管式换热器；所述卧式壳管式换热器包括水平设置的圆柱状壳体和设置于所述壳体内的螺旋管；所述壳体的上侧和下侧分别设置热侧的进口和出口；所述壳体的一端设置冷侧的进口和出口；所述冷侧的进口和所述出口分别与所述螺旋管的两端连接。
7.根据权利要求6所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述螺旋管包括数目大于等于3的水平管；所述水平管通过竖直管依次首尾连接。
8.根据权利要求7所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述卧式壳管式冷凝器：
所述热侧的出口与所述下降管路连接；
所述热侧的入口与所述上升管路连接；
所述冷侧的入口和出口分别通过管路与冷却机组连接。
9.根据权利要求1所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述蒸发器为柱肋式换热器；所述柱肋式换热器包括壳体和设置于壳体内的水平的柱状肋；所述壳体的一侧面上分别设置进口和出口；所述出口在进口的下方。
10.根据权利要求9所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述柱状肋的轴向与所述进口的轴向垂直；与所述柱状肋一端连接的侧面与所述晶闸管表面贴合。
11.根据权利要求10所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述柱状肋的数目大于等于4；所述柱状肋均匀分布于所述壳体内。
12.根据权利要求1所述的晶闸管的自然循环蒸发冷却系统，其特征在于，所述工质为十氟戊烷。
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