CN202121225U - 一种适用于大电流开关柜散热的均热板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于大电流开关柜散热的均热板。所要解决的技术问题是提供的均热板成功应用于大电流开关柜的散热，并具有安装方便、散热效率高、使用寿命长、结构简单、技术通用性强的特点。技术方案是：一种适用于大电流开关柜散热的均热板，包括两层相互平行布置的面板；其特征在于两层面板之间设置有规则分布的筒形金属架，这些筒形金属架的轴线与所述的面板垂直，并且这些金属架的轴向两端与面板密闭连接后形成各自独立的真空微微室，各真空微微室内的筒形金属架的表面均固定一金属毛细结构层；各真空微微室内填充有液态导热介质。所述筒形金属架的形状为矩形筒体或圆柱形筒体或六面体的蜂巢形筒体。

Description

一种适用于大电流开关柜散热的均热板

技术领域

本实用新型涉及一种散热器件，尤其是用于大电流开关柜散热的均热板。

背景技术

随着社会经济的快速发展，电力的需求日趋增强，对配电设备电能传输密度的要求逐步提高，大电流、高电压装置日益增多；同时因为场地等原因，配电设备的体积有小型化的趋向；因此如何在保证设备绝缘、防护等级等要求下解决散热问题，成为目前配电设备提高容量、减小体积的关键技术。散热不充分时，会加速元件的老化，绝缘性能下降、可靠性下降。采取措施时限制发热仅是解决问题的一个方面，有效的散热是解决问题更重要的方面。

目前，大电流开关柜取消风机采用自然通风散热技术是行业内的技术瓶颈，开关行业的普遍状况是：12kV开关柜额定电流4000A及以上，24kV～40.5kV开关柜额定电流2500A及以上，必须使用风机强制风冷，采取的措施是：①在断路器室11安装一台轴流风机12，将外部的冷风吹向断路器的触臂；②在断路器室11的顶部装二台风机9，将热量抽到柜外；③在母线室10的顶部装二台风机9，将母线室的热量抽到柜外(如图5所示)。

一般开关柜的使用寿命为20年，而风机不管是轴流风机还是普通风机，不管是常年开机还是间隙性开机，只有2年左右的使用寿命，而更换风机均需停电。这给电力用户造成很大麻烦。

另一方面，热管散热技术作为一种成熟的散热技术在制冷行业、IT行业已得到广泛应用；其基本原理是：典型的热管由管壳、吸液芯(毛细管)和端盖组成，热管内部被抽成真空状态，充入适当的液体；这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细(多孔)结构层构成；热管分成蒸发段、冷凝段。当蒸发段开始受热的时候，管壁周围的液体就会瞬间汽化，产生蒸汽，此时这部分的压力就会变大，蒸汽流在压力的牵引下向冷凝段流动。蒸汽流到达冷凝段后放出大量的热量，同时也冷凝成液体，最后借助毛细力回到蒸发段，完成一次循环。

将热管散热技术直接应用于大电流开关柜中存在很大的技术难度：一方面，高压开关柜对绝缘距离有严格要求，大电流开关柜由于导体截面大，内部空间非常紧凑，安全距离余量小，热管装置很难安装；另一方面，热管需要明确的蒸发段和冷凝段，同时传输距离也不是很长，管线布置对开关柜的结构影响很大，技术的通用性不强。

实用新型内容

本实用新型改变了传统的设计思路，根据热管的工作原理开发出了热微室结构，并提供了一种由热微室结构组成的均热板，该均热板技术克服了上述背景中的技术难题，成功应用于大电流开关柜的散热，具有安装方便、散热效率高、使用寿命长、结构简单、技术通用性强的特点。

本实用新型提供了以下技术方案：

一种适用于大电流开关柜散热的均热板，包括两层相互平行布置的面板；其特征在于两层面板之间设置有规则分布的筒形金属架，这些筒形金属架的轴线与所述的面板垂直，并且这些金属架的轴向两端与面板密闭连接后形成各自独立的真空微微室，各真空微微室内的筒形金属架的表面均固定一金属毛细结构层；各真空微微室内填充有液态导热介质。

所述筒形金属架的形状为矩形筒体或圆柱形筒体或六面体的蜂巢形筒体。

所述各真空微室内的顶面或底面也固定一金属毛细结构层。

所述液态导热介质是纯水、酒精或其他的介质。

本实用新型的有益效果是：

由于本实用新型中的大量热微室在二维方向的整个面上进行热传导，散热效果是普通金属传导散热方式的3-5倍，可将封闭空间的热量快速传递到外界，无需散热通道和介质，可以满足高电压环境中高防护等级(IP等级)要求。

再者，采用热微室结构，板材可任意切割、折弯，且板材没有安装方向的要求；切割、折弯只会破坏切割面或折弯面的微室，由于热微室的数量巨大，均热板整体的散热能力不会受影响，因而无需为特定使用环境而定制板材，可满足复杂的成型要求；而且板材面积不受限制，根据使用情况可大可小，一次成型面积不够大的时候可采用拼接等手段扩大。

此外，采用本实用新型作为大电流开关柜中的隔板及侧板，开关柜可实现自然通风散热，进而能够取消强制风冷用的5台风机，避免了风机故障给电力设备带来的停电检修问题，为电力设备安全可靠运行提供了保障。

附图说明

图1是本实用新型的主视结构示意图。

图2是图1中的A-A向结构示意图。

图3是本实用新型的工作原理示意图。

图4是本实用新型用于大电流开关柜的柜板结构示意图。

图5是大电流开关柜的结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明。

本实用新型涉及一种适用于大电流开关柜散热的均热板，均热板散热的基本原理是(图3所示)：均热板的内壁具有多个微结构的真空腔体(热微室)，每个真空腔体分为蒸发区和冷凝区。当热量由热源传导至蒸发区时，腔体里面的工质会在低真空度的环境中产生液相气化的现象，此时工质吸收热能并且体积迅速膨胀，气相的工质会很快充满整个腔体；当气相工质往上(方向由箭头B表示)接触到冷凝区时便会产生凝结的现象，藉由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热量，凝结后的液相工质会藉由微结构的毛细现象再回流(方向由箭头D表示)到蒸发区，完成一次循环；此循环将在腔体内周而复始进行，从而将热量从热源处散发到外部。

该均热板(图1、图2所示)，包括两层相互平行布置的上面板2和下面板4；两层面板之间还设置有规则分布的多个筒形金属架5，所述筒形金属架的形状为矩形筒体或圆柱形筒体或六面体的蜂巢形筒体(优选采用蜂巢形筒体)。这些筒形金属架的轴线与所述的面板垂直且与面板密闭连接形成各自独立的真空热微室(热微室内的真空度与现有的热管相同)，各筒形金属架的表面固定一金属毛细结构层1(该金属毛细结构层的具体结构以及制作方法与现有的热管相同)。所述各真空微室内的顶面或底面也可固定一金属毛细结构层。各密闭微室内还填充有液态导热介质3；该液态导热介质是纯水、酒精或其他介质。

均热板与热管的原理与理论架构是相同的，只有热传导的方式及组合结构不相同，热管的热传导方式是一维方向上的热传导方式，而均热板的热传导方式是二维方向的热传导方式。

本实用新型应用于大电流开关柜时，均热板可设计成一块厚3～3.5mm左右的复合结构平板；均热板本身作为断路器室或母线室的隔板及侧板，可将开关柜内高温部分的热量快速传导(图3中热量传递方向用箭头表示)到低温部分或柜外。

具体的结构是：该均热板由上下面板及夹在中间的蜂巢形微室7组成，微室和下面板可滚压成形，然后在微室内壁的表面烧结一铜粉毛细结构层(微室内的四周壁面以及底面5同时形成一铜粉毛细结构层)。介质可根据实际使用时受热端和散热端的温差选择纯水或酒精及其他复合介质。介质填充完后上面板与蜂巢形微室之间采用真空高频高周波焊接使之封闭。上面板根据实际情况可选择覆盖散热器8、风冷装置或裸露在空气中。

工作原理：当均热板两侧存在温差时，由于微室内的真空环境，介质容易挥发，从液相转化为气相，吸收大量热量，并在压差下向冷端扩散，冷端表面覆盖了多空贯通的毛细结构，蒸汽遇冷凝结并在毛细力的作用下流回热端；如此循环将热量快速地从热端传递到冷端，因为液体相变热值很高，因此该结构的传热效果是普通金属材料的3-5倍。

本实用新型的特点是：

1)传输热量显著增加，热量传送距离明显加长，使热传导效果成倍增强，进而散热效率得以显著提高。

2)由于各密闭腔室的热量传输基本相同，温度分布平均，可作均温或等温部件使用。

3)没有热传输方向的限制，两面的面板可以互换使用(蒸发段与凝结段可以互换)；容易加工以改变热传输方向；且没有形状限制，均热板可做穿孔设计。

4)没有主动元件，本身并不耗电；可以在无重力力场的环境下使用。

5)耐压高达3.0kg/cm2(约130℃环境的内部压力)。

6)重量轻且构造简单；耐用、寿命长、可靠，易存放保管。

7)实现大电流开关柜自然通风散热。

Claims (4)

1.一种适用于大电流开关柜散热的均热板，包括两层相互平行布置的面板；其特征在于两层面板之间还设置有规则分布的多个筒形金属架(5)，这些筒形金属架的轴线与所述的面板垂直，并且这些筒形金属架的轴向两端与面板密闭连接后形成各自独立的真空热微室，各真空热微室内的筒形金属架的表面均固定一金属毛细结构层(1)；各真空微室内还填充有液态导热介质(3)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大电流开关柜散热的均热板，其特征在于：所述筒形金属架(5)的形状为矩形筒体或圆柱形筒体或六面体的蜂巢形筒体。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于大电流开关柜散热的均热板，其特征在于：所述各真空微室内的顶面或底面也固定一金属毛细结构层。

4.根据权利要求3所述的一种适用于大电流开关柜散热的均热板，其特征在于：所述液态导热介质(3)是纯水、酒精。

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