CN115732136A - 一种高载流低温升舰船用电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高载流低温升舰船用电缆，包括电缆芯，所述电缆芯由若干导线组成，所述电缆芯外设有A导热层，所述A导热层外设有热电材料层，所述热电材料层内设有隔热材料、金属环、P型热电材料和N型热电材料，一个P型热电材料、一个N型热电材料和一个金属环为一组热电结构，所述金属环设有开口，套在A导热层上，所述P型热电材料和N型热电材料为半圆环形状且互不接触，设在金属环外，所述热电材料层外设有B导热层，所述B导热层外设有非牛顿流体层，所述非牛顿流体层外设有外保护层。本发明通过在电缆内设置热电材料层，不仅安全可靠，能够高效的对电缆芯进行降温，提高电缆载流量，同时本发明还能够储存电能，极大地节约电力资源。
Description
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种高载流低温升舰船用电缆。
背景技术
电缆的载流量是指一条电缆线路在输送电能时所通过的电流量，在热稳定条件下，当电缆导体达到长期允许工作温度时的载流量称为电缆长期允许载流量，即载流量是在规定条件下，导体能够连续承载而不致使其稳定温度超过规定值的最大电流；由此可见，电缆的载流量与其热稳定条件直接相关，若要提高电缆的载流量，必然要改善电缆的热稳定条件；通常，为了提高电缆的载流量而采取的主要技术措施包括：增加导体截面积、提高电缆绝缘耐温等级、降低电缆周围环境温度等。
近年来我国的海军快速发展，越来越多的大型军舰建造下海服役，电缆是军舰重要的配套设备，在舰船使用电缆时，对电缆载流要求和可靠性也更加严苛，需要一种高载流低温升舰船用电缆。
热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1821年发现的塞贝克效应和1834年发现的珀耳帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。
塞贝克效应又称作第一热电效应，是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象，一般规定热电势方向为：在热端电子由负流向正，在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流，相应的电动势称为热电势，其方向取决于温度梯度的方向。
珀耳帖效应是指当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象，这是J.C.A.珀耳帖在1834年发现的，如果电流通过导线由导体1流向导体2，则在单位时间内，导体1处单位面积吸收的热量与通过导体1处的电流密度成正比。
发明内容
为了满足上述要求，本发明提供一种高载流低温升舰船用电缆，该电缆具有高载流、低温升的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高载流低温升舰船用电缆，包括电缆芯，所述电缆芯由若干导线组成，所述电缆芯外设有A导热层，所述A导热层外设有热电材料层，所述热电材料层内设有隔热材料、金属环、P型热电材料和N型热电材料，一个P型热电材料、一个N型热电材料和一个金属环为一组热电结构，所述金属环设有开口，套在A导热层上，所述P型热电材料和N型热电材料为半圆环形状且互不接触，设在金属环外，多组热电结构沿电缆轴向并排设置在热电材料层内，沿电缆轴线方向前一组的N型热电材料用连接线连接相邻后一组热电结构的P型热电材料，第一组的热电结构的P型热电材料与最后一组热电结构的N型热电材料用连接线与控制电路连接，使所有P型热电材料、N型热电材料和金属环构成一个串联的闭合电路，热电材料层内其余空隙用隔热材料填充，所述B导热层外设有非牛顿流体层，所述非牛顿流体层外设有外保护层。
优选的，所述导线的结构为：最里层为铜芯，所述铜芯外设有绝缘层，所述绝缘层外设有纤维层，所述纤维层外设有铝箔层。
优选的，所述A导热层、B导热层的材料为导热硅胶。
优选的，所述隔热材料为柔性绝缘材料。
优选的，所述P型热电材料和N型热电材料为碲化铋。
优选的，所述金属环的材料为银、金、铝、镍、铅、铜任意一种或其组合。
优选的，所述控制电路设有充电电池。
设有热电材料层具有以下功能，当电缆在电力传输过程中产生热量，电缆芯温度随着载流量变大而逐渐升高，在载流量不高的情况下，电缆芯温度经紧密贴合的A导热层与金属环传导至P型热电材料和N型热电材料，与金属环接触的一端为热端，与B导热层接触的另一端产生温差，根据塞贝克效应将吸收热能转换为电能生成电流，传送到控制电路内的充电电池，使电缆芯温度降低；当载流量增大时或者舰船在紧急情况下电缆需要瞬时承载大电流，电缆芯温度越来越高，当温度达到电缆芯承受警戒值，这时控制电路将通过充电电池给热电材料层通电，根据珀耳帖效应，会在两种热电材料公共连接端进行吸热，本发明所述P型热电材料和N型热电材料的公共连接端为金属环，因此金属环会吸热制冷，从而降低电缆芯温度，减缓电缆温升提高电缆载流量，热电材料吸收的热量通过B导热层传输到非牛顿流体层，被非牛顿流体吸收，当电缆载流降低，电缆芯温度下降到安全值时，控制电路停止给热电材料层通电，这时根据塞贝克效应，热电材料层继续将吸收热能转换为电能，传送到控制电路内的充电电池储存。
非牛顿流体在受到大应力的时候会表现出固体坚硬的特性，设置非牛顿流体层，不仅很好地保护内部电缆芯，适合舰艇特殊环境，而且非牛顿流体比热容大在吸收热量后，温度上升低，吸收热量也能保持非牛顿流体的流变性，从而能更好地保护内部电缆芯。
所述热电材料层内设有多个金属环、P型热电材料和N型热电材料，每个金属环、P型热电材料和N型热电材料为一组，每组都与控制电路电连接，沿电缆轴向均匀设置若干组，保证了电缆芯的散热效果，同时不影响电缆的收卷和铺设，所述P型热电材料和N型热电材料用隔热材料隔开，热电材料层内填充隔热材料，不仅隔绝了热量在热电材料层内传输，使热量迅速经热电材料传输到导热层，而且隔热材料选用柔性绝缘材料能有效保护热电材料。
所述金属环设有缺口，保证了电流沿金属环流动动方向唯一，同时采用金属环的设计还能加强电缆内部结构强度，在舰船特殊环境下能够更好地保护电缆芯。
本发明的有益效果：本发明通过在电缆内设置热电材料层，不仅安全可靠，能够高效的对电缆芯进行降温，提高电缆载流量，同时本发明还能够储存电能，极大地节约电力资源。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是热电材料层的径向剖面结构示意图。
图3是热电材料层的轴向剖面结构示意图。
图4是导线的结构示意图。
图中：1.导线，2.A导热层，3.热电材料层，4.B导热层，5.非牛顿流体层，6.外保护层，101.铜芯，102.绝缘层，103.纤维层，104.铝箔层，301.铜环，302.P型热电材料，303.N型热电材料，304.隔热材料，305.连接线。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种高载流低温升舰船用电缆，包括电缆芯，所述电缆芯由若干导线1组成，所述电缆芯外设有A导热层2，所述A导热层2外设有热电材料层3，所述热电材料层3外设有B导热层4，所述B导热层4外设有非牛顿流体层5，所述非牛顿流体层5外设有外保护层6。
如图2-3所示，所述热电材料层3内设有隔热材料304、铜环301、P型热电材料302和N型热电材料303，一个P型热电材料302、一个N型热电材料303和一个铜环301为一组热电结构，所述铜环设有开口，套在A导热层上，所述P型热电材料302和N型热电材料303为半圆环形状且互不接触，设在铜环301外，多组热电结构沿电缆轴向并排设置在热电材料层3内，沿电缆轴线方向前一组的N型热电材料303用连接线连接相邻后一组热电结构的P型热电材料302，第一组的热电结构的P型热电材料302与最后一组热电结构的N型热电材料303用连接线与控制电路连接，使所有P型热电材料302、N型热电材料303和铜环301构成一个串联的闭合电路，热电材料层3内其余空隙用隔热材料304填充。
在载流量不高的情况下，电缆芯温度经紧密贴合的A导热层2与铜环301传导至P型热电材料302和N型热电材料303，与铜环301接触的一端为热端，与另一端产生温差，根据塞贝克效应将热能转换为电能生成电流，传送到控制电路内的充电电池储存；当载流量增大或者舰船在紧急情况下电缆需要瞬时承载大电流时，电缆芯温度越来越高，这时控制电路将通过充电电池给热电材料通电，根据珀耳帖效应，会在两种热电材料公共连接端进行吸热，所述P型热电材料302和N型热电材料303的公共连接端为铜环301，因此会在铜环301处吸热制冷，从而降低电缆芯温度，减缓电缆温升提高电缆载流量，热电材料吸收的热量通过B导热层4传输到非牛顿流体层5，被非牛顿流体吸收。
如图4所示，导线1的结构为：最里层为铜芯101，所述铜芯101外设有绝缘层102，所述绝缘层102外设有纤维层103，所述纤维层103外设有铝箔层104。
实施例2
金属环的材料为铜镍合金，采用铜镍合金能显著提高金属环的强度、耐蚀性、硬度、电阻和热电性，并降低电阻率温度系数。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准；对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高载流低温升舰船用电缆，其特征是：包括电缆芯，所述电缆芯由若干导线组成，所述电缆芯外设有A导热层，所述A导热层外设有热电材料层，所述热电材料层内设有隔热材料、金属环、P型热电材料和N型热电材料，一个P型热电材料、一个N型热电材料和一个金属环为一组热电结构，所述金属环设有开口，套在A导热层上，所述P型热电材料和N型热电材料为半圆环形状且互不接触，设在金属环外，多组热电结构沿电缆轴向并排设置在热电材料层内，沿电缆轴线方向前一组的N型热电材料用连接线连接相邻后一组热电结构的P型热电材料，第一组的热电结构的P型热电材料与最后一组热电结构的N型热电材料用连接线与控制电路连接，使所有P型热电材料、N型热电材料和金属环构成一个串联的闭合电路，热电材料层内其余空隙用隔热材料填充，所述B导热层外设有非牛顿流体层，所述非牛顿流体层外设有外保护层。
2.根据权利要求1所述一种高载流低温升舰船用电缆，其特征是：所述导线的结构为：最里层为铜芯，所述铜芯外设有绝缘层，所述绝缘层外设有纤维层，所述纤维层外设有铝箔层。
3.根据权利要求1所述一种高载流低温升舰船用电缆，其特征是：所述A导热层、B导热层的材料为导热硅胶。
4.根据权利要求1所述一种高载流低温升舰船用电缆，其特征是：所述隔热材料为柔性绝缘材料。
5.根据权利要求1所述一种高载流低温升舰船用电缆，其特征是：所述P型热电材料和N型热电材料为碲化铋。
6.根据权利要求1所述一种高载流低温升舰船用电缆，其特征是：所述金属环的材料为银、金、铝、镍、铅、铜任意一种或其组合。
7.根据权利要求1所述一种高载流低温升舰船用电缆，其特征是：所述控制电路设有充电电池。
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