CN115474411A - 应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，包括：发生器外壳，具有腔体，腔体内设有变压器油；高电位区域，设于腔体内；低电位区域，设于腔体内，高电位区域与低电位区域之间形成电场，变压器油能够在电场的作用下由高电位区域向低电位区域流动；特斯拉阀，与发生器外壳连接，特斯拉阀具有特斯拉阀管道，特斯拉阀管道与腔体连通，变压器油能够在特斯拉阀管道中由低电位区域向高电位区域单向流动。

Description

应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统

技术领域

本发明涉及医疗领域，具体而言，涉及一种应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统。

背景技术

电力电子高压部件广泛应用于工业和医疗影像领域的高压发生器和射线发生器，并且通常采用变压器油作为内部绝缘和冷却介质。电力电子高压发生器的变压器和射线发生器的管芯都是高耗散部件，工作中在很小的体积里散发大量热量。这个热量会很快释放到周围的变压器油中，为了避免核心部件温度过高不能正常工作和变压器油温升过高导致品质劣化，绝缘能力下降，必须有效降低油温。

相关技术中，将热量通过变压器油的对流和传导到部件的外壳上，再采用空气自然散热或者借助外部的风扇或其它动力冷却装置进行散热。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：这种散热方式受制于油的热传导效率，以及高压发生器或射线发生器复杂的内部结构导致的油流动的紊流，热量转移的效率很低，无法快速散发到外部，油温长期处在比较高的水平，容易导致油品劣化和发生器工作可靠度降低。

发明内容

为了解决或改善上述技术问题至少之一，本发明的一个目的在于提供一种应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，包括：发生器外壳，具有腔体，腔体内设有变压器油；高电位区域，设于腔体内；低电位区域，设于腔体内，高电位区域与低电位区域之间形成电场，变压器油能够在电场的作用下由高电位区域向低电位区域流动；特斯拉阀，与发生器外壳连接，特斯拉阀具有特斯拉阀管道，特斯拉阀管道与腔体连通，变压器油能够在特斯拉阀管道中由低电位区域向高电位区域单向流动。

根据本发明提供的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统的实施例，变压器油在电场的作用下由高电位区域向低电位区域流动(变压器油的固有流体特性)，变压器油在特斯拉阀管道中由低电位区域向高电位区域单向流动(特斯拉阀的单向特性)，形成了一个高效的变压器油的循环。结合电场下变压器油的流体特性和特斯拉阀的单向特性建立的流体循环稳定高效，减少了紊流的出现，循环迅速，散热高效，保证了整体油温比较低，减缓油品劣化，保证长期的绝缘特性。另外，利用高压电场下变压器油的固有流体特性，无需额外的循环动力和装置，简化了系统设计和成本，有利于提高系统的可靠性。

具体而言，应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统包括发生器外壳、高电位区域、低电位区域和特斯拉阀。其中，发生器外壳具有腔体。腔体内设有变压器油。可选地，发生器外壳为高压发生器的壳体或者X射线发生器的壳体。变压器油是天然石油中经过蒸馏、精炼而获得的一种矿物油，是石油中的润滑油馏份经酸碱精制处理得到纯净稳定、粘度小、绝缘性好、冷却性好的液体天然碳氢化合物的混合物。变压器油的主要成分包括烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃等化合物。变压器油作为壳体内绝缘介质和冷却介质。

进一步地，高电位区域设于腔体内，且低电位区域设于腔体内。高电位区域的电势大于低电位区域的电势。高电位区域与低电位区域存在电势差。高电位区域与低电位区域之间形成电场。可选地，高电位区域为阳极，低电位区域为阴极。变压器油能够在电场的作用下由高电位区域向低电位区域流动。通常情况下，高电位区域的变压器油的油温很高，这部分油温很高的变压器油在电场的作用下流向低电位区域，有利于降低高电位区域的油温，实现主动散热的目的。另外，高电位区域附近的变压器油会及时补充到高电位区域，对高电位区域进行冷却，确保高电位区域的油温不会过高。本发明巧妙利用变压器油在高压电场下会从高电位区域流向低电位区域的特性，在发生器外壳内以及高电位区域与低电位区域之间，留出通畅的空间，确保因冷却高电位区域变热的变压器油在电场作用下能够顺畅地流向低电位区域。本发明限定的技术方案中，利用高压电场下变压器油的固有流体特性，无需额外的循环动力和装置，简化了系统设计和成本，有利于提高系统的可靠性。

进一步地，特斯拉阀与发生器外壳连接。特斯拉阀具有特斯拉阀管道。特斯拉阀管道与腔体连通。变压器油能够在特斯拉阀管道中由低电位区域向高电位区域单向流动。由于特斯拉阀的结构特性，变压器油在特斯拉阀管道中只能单向流动(由低电位区域向高电位区域)。通过设置特斯拉阀，把电场作用下流向低电位区域的变压器油经特斯拉阀管道加速回流到高电位区域，并且可以阻止高电位区域的变压器油通过特斯拉阀管道流向低电位区域。本发明限定的技术方案中，变压器油在电场的作用下由高电位区域向低电位区域流动(变压器油的固有流体特性)，变压器油在特斯拉阀管道中由低电位区域向高电位区域单向流动(特斯拉阀的单向特性)，形成了一个高效的变压器油的循环。结合电场下变压器油的流体特性和特斯拉阀的单向特性建立的流体循环稳定高效，减少了紊流的出现，循环迅速，散热高效，保证了整体油温比较低，减缓油品劣化，保证长期的绝缘特性。

另外，本发明提供的上述技术方案还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，特斯拉阀管道具有流入端和流出端，流入端与低电位区域之间的距离小于流入端与高电位区域之间的距离；流出端与高电位区域之间的距离小于流出端与低电位区域之间的距离。

在该技术方案中，在高电位区域与低电位区域之间，低电位区域更靠近特斯拉阀管道的流入端，高电位区域更靠近特斯拉阀管道的流出端。这种设计方式，能够确保把电场作用下流向低电位区域的变压器油经特斯拉阀管道加速回流到高电位区域，并且可以阻止高电位区域的变压器油通过特斯拉阀管道流向低电位区域。变压器油的流动方向为高电位区域、低电位区域、特斯拉阀管道的流入端、特斯拉阀管道的流出端、高电位区域。结合电场下变压器油的流体特性和特斯拉阀的单向特性建立了稳定高效的流体循环。

在上述技术方案中，流入端与低电位区域之间的距离和流出端与高电位区域之间的距离一致。

在该技术方案中，在低电位区域更靠近流入端，且高电位区域更靠近流出端的同时，流入端与低电位区域之间的距离和流出端与高电位区域之间的距离一致。这种设计方式能够进一步确保流体循环的稳定高效，减少了紊流的出现，循环迅速，散热高效，保证了整体油温比较低，减缓油品劣化，保证长期的绝缘特性。

在上述技术方案中，特斯拉阀的数量为至少一个。

在该技术方案中，通过将特斯拉阀的数量设置为至少一个，即特斯拉阀可以是一个、两个或者多个，考虑到变压器油的回流效率、占用空间大小、成本以及其它因素，根据实际需求对特斯拉阀进行灵活设置。

在上述技术方案中，特斯拉阀的数量为至少两个，至少一个特斯拉阀设于发生器外壳的一侧，至少一个特斯拉阀设于发生器外壳的另一侧。

在该技术方案中，特斯拉阀的数量为至少两个，即特斯拉阀可以是两个或者多个。发生器外壳的每一侧均设有至少一个特斯拉阀。这种设计方式有利于提高变压器油在特斯拉阀管道中由低电位区域向高电位区域的回流量，循环更加迅速，散热更加高效。可选地，特斯拉阀的具体数量为两个，其中一个特斯拉阀设于发生器外壳的一侧，另外一个特斯拉阀设于发生器外壳的另一侧。

在上述技术方案中，还包括：散热装置，与特斯拉阀连接，散热装置用于对特斯拉阀管道内的变压器油进行散热。

在该技术方案中，电力电子高压部件的散热系统还包括散热装置。具体地，散热装置与特斯拉阀连接。通过设置散热装置，能够对特斯拉阀管道内的变压器油进行散热，有利于进一步提高流体循环的散热效果。在特斯拉阀的阀体上设置散热装置，使回流到高电位区域之前的变压器油能够得到良好的散热。可选地，散热装置为热管散热器或水冷散热器。在稳定的流体循环的基础上，对循环到外侧的变压器油直接散热，提高了系统的散热效率，有效降低高压和射线发生器的核心部件和变压器油的温度，保证了工作可靠度和工作时长。本发明限定的技术方案中，形成了一个高效可靠的流体循环冷却模式。

在上述技术方案中，流入端至流出端的方向为第一方向，特斯拉阀管道在第一方向上的尺寸不大于散热装置在第一方向上的尺寸。

在该技术方案中，通过将流入端至流出端的方向设置为第一方向，特斯拉阀管道在第一方向上的尺寸不大于散热装置在第一方向上的尺寸，能够确保散热装置与特斯拉阀具有足够大的接触面积，有利于进一步提高散热效果。

在上述技术方案中，还包括：换热装置，与散热装置连接。

在该技术方案中，电力电子高压部件的散热系统还包括换热装置。具体地，换热装置与散热装置连接。换热装置与散热装置组成换热系统。散热装置可以理解为内机，换热装置可以理解为外机。

在上述技术方案中，散热装置设于特斯拉阀远离发生器外壳的一侧。

在该技术方案中，通过将散热装置设于特斯拉阀远离发生器外壳的一侧，一方面，有利于规范空间布局；另一方面，能够确保散热装置与特斯拉阀管道之间的接触面积，有利于进一步提高散热效果。

在上述技术方案中，散热装置的数量不小于特斯拉阀的数量。

在该技术方案中，散热装置的数量大于或等于特斯拉阀的数量，考虑到对特斯拉阀管道内变速器油的散热效率、占用空间大小、成本以及其它因素，根据实际需求对散热装置进行灵活设置。

本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统的示意图。

其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100：应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统；110：发生器外壳；111：腔体；120：高电位区域；130：低电位区域；140：特斯拉阀；141：特斯拉阀管道；142：流入端；143：流出端；150：散热装置；160：换热装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明的实施例进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本发明的实施例还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1描述根据本发明一些实施例提供的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统100。

实施例一

如图1所示，本发明的一个实施例提供的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统100，包括发生器外壳110、高电位区域120、低电位区域130和特斯拉阀140。其中，发生器外壳110具有腔体111。腔体111内设有变压器油。可选地，发生器外壳110为高压发生器的壳体或者X射线发生器的壳体。变压器油是天然石油中经过蒸馏、精炼而获得的一种矿物油，是石油中的润滑油馏份经酸碱精制处理得到纯净稳定、粘度小、绝缘性好、冷却性好的液体天然碳氢化合物的混合物。变压器油的主要成分包括烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃等化合物。变压器油作为壳体内绝缘介质和冷却介质。

进一步地，高电位区域120设于腔体111内，且低电位区域130设于腔体111内。高电位区域120的电势大于低电位区域130的电势。高电位区域120与低电位区域130存在电势差。高电位区域120与低电位区域130之间形成电场。可选地，高电位区域120为阳极，低电位区域130为阴极。变压器油能够在电场的作用下由高电位区域120向低电位区域130流动。通常情况下，高电位区域120的变压器油的油温很高，这部分油温很高的变压器油在电场的作用下流向低电位区域130，有利于降低高电位区域120的油温，实现主动散热的目的。另外，高电位区域120附近的变压器油会及时补充到高电位区域120，对高电位区域120进行冷却，确保高电位区域120的油温不会过高。本发明巧妙利用变压器油在高压电场下会从高电位区域120流向低电位区域130的特性，在发生器外壳110内以及高电位区域120与低电位区域130之间，留出通畅的空间，确保因冷却高电位区域120变热的变压器油在电场作用下能够顺畅地流向低电位区域130。本发明限定的技术方案中，利用高压电场下变压器油的固有流体特性，无需额外的循环动力和装置，简化了系统设计和成本，有利于提高系统的可靠性。

进一步地，特斯拉阀140与发生器外壳110连接。特斯拉阀140具有特斯拉阀管道141。特斯拉阀管道141与腔体111连通。变压器油能够在特斯拉阀管道141中由低电位区域130向高电位区域120单向流动。由于特斯拉阀140的结构特性，变压器油在特斯拉阀管道141中只能单向流动(由低电位区域130向高电位区域120)。通过设置特斯拉阀140，把电场作用下流向低电位区域130的变压器油经特斯拉阀管道141加速回流到高电位区域120，并且可以阻止高电位区域120的变压器油通过特斯拉阀管道141流向低电位区域130。本发明限定的技术方案中，变压器油在电场的作用下由高电位区域120向低电位区域130流动(变压器油的固有流体特性)，变压器油在特斯拉阀管道141中由低电位区域130向高电位区域120单向流动(特斯拉阀140的单向特性)，形成了一个高效的变压器油的循环。结合电场下变压器油的流体特性和特斯拉阀140的单向特性建立的流体循环稳定高效，减少了紊流的出现，循环迅速，散热高效，保证了整体油温比较低，减缓油品劣化，保证长期的绝缘特性。

实施例二

如图1所示，特斯拉阀管道141具有流入端142和流出端143，流入端142与低电位区域130之间的距离小于流入端142与高电位区域120之间的距离；流出端143与高电位区域120之间的距离小于流出端143与低电位区域130之间的距离。在高电位区域120与低电位区域130之间，低电位区域130更靠近特斯拉阀管道141的流入端142，高电位区域120更靠近特斯拉阀管道141的流出端143。这种设计方式，能够确保把电场作用下流向低电位区域130的变压器油经特斯拉阀管道141加速回流到高电位区域120，并且可以阻止高电位区域120的变压器油通过特斯拉阀管道141流向低电位区域130。变压器油的流动方向为高电位区域120、低电位区域130、特斯拉阀管道141的流入端142、特斯拉阀管道141的流出端143、高电位区域120。结合电场下变压器油的流体特性和特斯拉阀140的单向特性建立了稳定高效的流体循环。

进一步地，流入端142与低电位区域130之间的距离和流出端143与高电位区域120之间的距离一致。这种设计方式能够进一步确保流体循环的稳定高效，减少了紊流的出现，循环迅速，散热高效，保证了整体油温比较低，减缓油品劣化，保证长期的绝缘特性。

实施例三

如图1所示，特斯拉阀140的数量为至少一个。通过将特斯拉阀140的数量设置为至少一个，即特斯拉阀140可以是一个、两个或者多个，考虑到变压器油的回流效率、占用空间大小、成本以及其它因素，根据实际需求对特斯拉阀140进行灵活设置。

在另一个实施例中，特斯拉阀140的数量为至少两个，至少一个特斯拉阀140设于发生器外壳110的一侧，至少一个特斯拉阀140设于发生器外壳110的另一侧。特斯拉阀140的数量为至少两个，即特斯拉阀140可以是两个或者多个。发生器外壳110的每一侧均设有至少一个特斯拉阀140。这种设计方式有利于提高变压器油在特斯拉阀管道141中由低电位区域130向高电位区域120的回流量，循环更加迅速，散热更加高效。可选地，特斯拉阀140的具体数量为两个，其中一个特斯拉阀140设于发生器外壳110的一侧，另外一个特斯拉阀140设于发生器外壳110的另一侧。

实施例四

如图1所示，电力电子高压部件的散热系统还包括散热装置150。具体地，散热装置150与特斯拉阀140连接。通过设置散热装置150，能够对特斯拉阀管道141内的变压器油进行散热，有利于进一步提高流体循环的散热效果。在特斯拉阀140的阀体上设置散热装置150，使回流到高电位区域120之前的变压器油能够得到良好的散热。可选地，散热装置150为热管散热器或水冷散热器。在稳定的流体循环的基础上，对循环到外侧的变压器油直接散热，提高了系统的散热效率，有效降低高压和射线发生器的核心部件和变压器油的温度，保证了工作可靠度和工作时长。本发明限定的技术方案中，形成了一个高效可靠的流体循环冷却模式。

在另一个实施例中，流入端142至流出端143的方向为第一方向，特斯拉阀管道141在第一方向上的尺寸不大于散热装置150在第一方向上的尺寸。特斯拉阀管道141在第一方向上的尺寸小于或等于散热装置150在第一方向上的尺寸，能够确保散热装置150与特斯拉阀140具有足够大的接触面积，有利于进一步提高散热效果。

在另一个实施例中，电力电子高压部件的散热系统还包括换热装置160。具体地，换热装置160与散热装置150连接。换热装置160与散热装置150组成换热系统。散热装置150可以理解为内机，换热装置160可以理解为外机。

在另一个实施例中，散热装置150设于特斯拉阀140远离发生器外壳110的一侧。通过将散热装置150设于特斯拉阀140远离发生器外壳110的一侧，一方面，有利于规范空间布局；另一方面，能够确保散热装置150与特斯拉阀管道141之间的接触面积，有利于进一步提高散热效果。

在另一个实施例中，散热装置150的数量不小于特斯拉阀140的数量。散热装置150的数量大于或等于特斯拉阀140的数量，考虑到对特斯拉阀管道141内变速器油的散热效率、占用空间大小、成本以及其它因素，根据实际需求对散热装置150进行灵活设置。

根据本发明的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统的实施例，变压器油在电场的作用下由高电位区域向低电位区域流动(变压器油的固有流体特性)，变压器油在特斯拉阀管道中由低电位区域向高电位区域单向流动(特斯拉阀的单向特性)，形成了一个高效的变压器油的循环。结合电场下变压器油的流体特性和特斯拉阀的单向特性建立的流体循环稳定高效，减少了紊流的出现，循环迅速，散热高效，保证了整体油温比较低，减缓油品劣化，保证长期的绝缘特性。另外，利用高压电场下变压器油的固有流体特性，无需额外的循环动力和装置，简化了系统设计和成本，有利于提高系统的可靠性。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，包括：

发生器外壳(110)，具有腔体(111)，所述腔体(111)内设有变压器油；

高电位区域(120)，设于所述腔体(111)内；

低电位区域(130)，设于所述腔体(111)内，所述高电位区域(120)与所述低电位区域(130)之间形成电场，所述变压器油能够在所述电场的作用下由所述高电位区域(120)向所述低电位区域(130)流动；

特斯拉阀(140)，与所述发生器外壳(110)连接，所述特斯拉阀(140)具有特斯拉阀管道(141)，所述特斯拉阀管道(141)与所述腔体(111)连通，所述变压器油能够在所述特斯拉阀管道(141)中由所述低电位区域(130)向所述高电位区域(120)单向流动。

2.根据权利要求1所述的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，所述特斯拉阀管道(141)具有流入端(142)和流出端(143)，所述流入端(142)与所述低电位区域(130)之间的距离小于所述流入端(142)与所述高电位区域(120)之间的距离；所述流出端(143)与所述高电位区域(120)之间的距离小于所述流出端(143)与所述低电位区域(130)之间的距离。

3.根据权利要求2所述的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，所述流入端(142)与所述低电位区域(130)之间的距离和所述流出端(143)与所述高电位区域(120)之间的距离一致。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，所述特斯拉阀(140)的数量为至少一个。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，所述特斯拉阀(140)的数量为至少两个，至少一个所述特斯拉阀(140)设于所述发生器外壳(110)的一侧，至少一个所述特斯拉阀(140)设于所述发生器外壳(110)的另一侧。

6.根据权利要求2或3所述的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，还包括：

散热装置(150)，与所述特斯拉阀(140)连接，所述散热装置(150)用于对所述特斯拉阀管道(141)内的变压器油进行散热。

7.根据权利要求6所述的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，所述流入端(142)至所述流出端(143)的方向为第一方向，所述特斯拉阀管道(141)在所述第一方向上的尺寸不大于所述散热装置(150)在所述第一方向上的尺寸。

8.根据权利要求6所述的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，还包括：

换热装置(160)，与所述散热装置(150)连接。

9.根据权利要求6所述的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，所述散热装置(150)设于所述特斯拉阀(140)远离所述发生器外壳(110)的一侧。

10.根据权利要求6所述的应用于工业和医疗设备中电力电子高压部件的散热系统，其特征在于，所述散热装置(150)的数量不小于所述特斯拉阀(140)的数量。

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