CN216700791U - 电气散热系统及其应用的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电气散热系统及其应用的设备，包括与设备电气发热部件接触的冷却通道，所述冷却通道内部充填流动的冷却液，所述冷却通道上设有冷却液入口和冷却液出口，所述冷却液入口与冷却液贮存塔连通，所述冷却液出口与冷却废液贮存罐连通，所述冷却液贮存塔和冷却废液贮存罐之间通过循环泵连接，与冷却通道之间形成回路。本实用新型针对高温超导磁悬浮列车所在的真空管道内部真空环境，采用浸没式制冷散热将发热设备散发的热量做有效回收，相对于风冷散热措施，本实用新型散热效果相当理想，具有较高散热速率和效率。

Description

电气散热系统及其应用的设备

技术领域

本实用新型涉及一种电气散热系统及其应用的设备，具体涉及高温超导磁悬浮电气附属技术。

背景技术

高温超导磁悬浮列车是在真空管道内运行，真空管道内部为一个接近真空状态(最低0.05个大气压)的封闭环境，列车或者管道内部均存在大量电气元件，目前针对高温超导磁悬浮技术还处在试验阶段，在真空管道内通过交通动模试验平台进行测试试验，列车在试验过程中，会出现对真空管道的检查、真空环境下的巡检、轻便货物设备运输、试验车辆的救援等应用场景，由于真空管道内部处于一个相对封闭的环境，管道内部铺设大量电气管线，并且试验过程中的试验车辆上也集成安装了实现试验要求的电气箱，在真空管道的真空负压环境下，电气元件产生的热量不能够直接通过空气进行散热，对电气设备的正常工作造成影响，同时也存在较大的消防安全隐患，因此保证真空管道内试验过程的设备电气散热性能是高温超导磁悬浮列车技术研究的关键。

目前，国内外相关研究机构对于高温超导磁悬浮列车的真空管道运营维护设计还处于初步阶段，在针对运营维护过程中可能用到的设备电气散热方式还没有形成行之有效的应对方案。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：针对目前高温超导磁悬浮列车真空管道内的试验车辆上缺少电气散热方案，提出一种用于真空负压状态下的电气散热系统及其应用的设备，以满足高温超导磁悬浮列车技术模拟试验及运营的安全性要求。

本实用新型采用如下技术方案实现：

电气散热系统，包括与电气发热部件接触的冷却通道，所述冷却通道内部充填流动的冷却液20，所述冷却通道上设有冷却液入口22和冷却液出口23，所述冷却液入口22与冷却液贮存塔25连通，所述冷却液出口23与冷却废液贮存罐26连通，所述冷却液贮存塔25和冷却废液贮存罐26之间通过循环泵27连接，与冷却通道之间形成回路。

本实用新型的电气散热系统中，进一步的，所述冷却液贮存塔25的底部与冷却液入口22连通，所述冷却液贮存塔25内的最低液位高于冷却液入口22，冷却液贮存塔25内的冷却液通过高度差自动流向冷却液入口。

本实用新型的电气散热系统中，进一步的，所述冷却液贮存塔25与冷却液入口22之间的冷却液管道上设置有单向节流阀29，通过单向节流阀调节流入冷却液入口的冷却液流量。

本实用新型的电气散热系统中，进一步的，所述冷却通道内部设有温度传感器30，所述温度传感器30与循环泵27的循环泵控制器28反馈连接，实时监测冷却通道内部冷却液温度后，反馈控制循环泵自动调节冷却液和冷却废液的循环使用。

本实用新型的电气散热系统中，进一步的，所述冷却液20采用液氮、水。

本实用新型的电气散热系统应用的一种设备中，所述设备为电气仓，所述电气仓内的电气元件01封装在电气隔离壳体02内，所述电气隔离壳体02固定在冷却外壳21内部，所述电气隔离外壳02与冷却外壳21之间形成电气散热系统的冷却通道，通过电气散热系统对电气仓内部的发热电气元件进行散热降温。

上述方案中的设备中，进一步的，所述电气隔离壳体02固定在冷却外壳21的底部，其上方的冷却外壳21内部设置一挡板将冷却外壳内部分隔成一个U形冷却通道，所述U形冷却通道的两个端部分别设置冷却液入口22和冷却液出口23，所述U形冷却通道的连通处设置单向阀24，通过设置U形冷却通道提高冷却液与电气隔离壳体的接触效果，进而提高散热效果。

上述方案中的设备中，进一步的，所述电气元件01通过导热硅脂10填埋封装在电气隔离壳体02内，提高电气元件向电气隔离壳体的散热效率。

本实用新型的电气散热系统应用的一种设备中，所述设备为真空电机，所述真空电机的轴承固定环上同轴固定设置环形管道21’，所述环形管道21’上设有冷却液入口22和冷却液出口23，所述环形管道21’形成电气散热系统的冷却通道，通过电气散热系统对真空电机的轴承进行散热降温。

上述方案中的设备中，进一步的，所述环形管道21’通过环形导热片51与真空电机的轴承固定环紧密贴附，通过导热片提高真空电机轴承向环形管道的散热效果。

本实用新型采用上述技术方案具有如下有益效果：

针对高温超导磁悬浮列车所在的真空环境对元器件散热的影响，在真空环境下，仅存在固体的直接接触传递，因此传热通路减少，热阻加大，本实用新型的电气散热系统采用浸没式制冷措施作为主要制冷手段，通过将电气发热部件与冷却通道接触，利用冷却通道内部流动的冷却液带走电气发热部件产生的热量，制冷液可选液体包括液氮、高热容液体、水等在内的，流动性强、热容高的液体，冷却液的循环通过循环泵实现，并配置有控制器实现冷却液循环速度可控，冷却液管道中采用了单向连通阀门，以防止冷却废液倒流影响散热效率。

针对高温超导磁悬浮列车所在的真空环境会涉及到的电气设备，本实用新型将电气散热系统应用在真空环境下的多功能检查车的电气仓发热元件和驱动车辆的驱动电机上，其中，电气仓中的电气元件通过绝缘的导热硅脂填埋封装在冷却外壳内，保证了器件散热面的接触面积的同时，进行了有效绝缘保护，真空电机则通过导热片提高热传导效率，提高了真空环境下的电气仓和真空电机的散热效果。

综上所述，本实用新型针对高温超导磁悬浮列车所在的真空管道内部真空环境，采用浸没式制冷散热将发热设备散发的热量做有效回收，相对于风冷散热措施，本实用新型散热效果相当理想，具有较高散热速率和效率。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为实施例一中的电气仓内部结构示意图。

图2为实施例一中的电气仓与电气散热系统的连接示意图。

图3为实施例二中的真空电机与电气散热系统的连接示意图。

图中标号：01-电气元件，02-电气隔离壳体，10-导热硅脂，20-冷却液，21-冷却外壳，21’-环形管道，22-冷却液入口，23-冷却液出口，24-单向阀，25-冷却液贮存塔，26-冷却废液贮存罐，27-循环泵，28-循环泵控制器，29-单向节流阀，29’-阀门，30-温度传感器，40-真空电机，51-导热片。

具体实施方式

实施例一

参见图1和图2，图示中的电气仓为应用本实用新型电气散热系统的一个具体实施方案，该电气仓为随车配置在高温超导磁悬浮真空管道内的多功能检查车上，内部电气元件01分两层布置在电气仓内，如图1所示。本实施例旨在对该电气仓内部发热电气元件的散热方案进行说明，不对具体的电气方案进行赘述。

电气仓为双层壳体结果，电气仓内的电气元件01连同电路板封装在电气隔离壳体02内，电气隔离壳体02采用热导率高的金属，如铜制外壳，电气隔离壳体02固定在冷却外壳21内部，电气隔离外壳02与冷却外壳21之间形成电气散热系统的冷却通道，冷却通道内部填充液态冷却介质，为了避免介质的泄露，电气隔离壳体02和冷却外壳21之间的连接处要做好密封处理，预留在电气隔离壳体02和冷却外壳21上的线缆进出口同样通过密封法兰做好密封处理，电气散热系统通过向上述电气隔离壳体01和冷却外壳21之间的冷却通道通入冷却介质带走电气仓内部的发热电气元件产生的热量。

在电气仓内，电气元件01首先通过在底部加上导热绝缘薄膜固定，减小冷却外壳21与电路板之间的接触热阻，增强了电气元件的传导散热；电气元件01同时还通过导热硅脂10填埋封装在电气隔离壳体02内，对电气元件进行硅胶填埋，可以提高器件的散热能力，有利于高热流电气元件的应用。

具体如图2中所示，在冷却外壳21内部横置一挡板将冷却外壳内部分隔成一个横向的U形冷却通道，电气隔离壳体02固定在挡板下方的冷却外壳21底部上，在冷却外壳21同一侧对应U形冷却通道的两个端部位置分别设置冷却液入口22和冷却液出口23，在挡板端部留出的U形冷却通道连通处设置单向阀24，单向阀24保证冷却介质从冷却液入口22进入，后再从U形冷却通道内单向流动后从冷却液出口23流出，通过设置U形冷却通道提高冷却液与底部电气隔离壳体02的接触效果，提高散热效果。

本实施例中的电气散热系统包括电气仓内部形成的与电气隔离壳体02接触的U形冷却通道，U形冷却通道内部充填流动的冷却液20，冷却通道上设有冷却液入口22和冷却液出口23，冷却液入口22与冷却液贮存塔25连通，冷却液出口23与冷却废液贮存罐26连通，冷却液贮存塔25和冷却废液贮存罐26之间通过循环泵27连接，与冷却通道之间形成回路。

冷却液贮存塔25随车布置，将冷却液贮存塔25的底部与冷却液入口22连通，并且设置冷却液贮存塔25内的最低液位高于冷却液入口22，冷却液出口23的出口高于冷却废液贮存罐的高度，这样冷却液贮存塔25内的冷却液通过高度差自动流向U形散热通道的冷却液入口22，换热后从冷却液出口自动流出23，在冷却液贮存塔25与冷却液入口22之间的冷却液管道上设置有单向节流阀29，通过单向节流阀调节流入冷却液入口的冷却液流量，避免冷却液进入冷却通道内的流量过大，部分冷却液没有产生换热后直接进入到冷却废液贮存罐，同时以防止冷却通道内的冷却废液倒流影响散热效率。

进一步的，本实施例在冷却通道内部设有温度传感器30，温度传感器30与循环泵27的循环泵控制器28反馈连接，实时监测冷却通道内部冷却液温度后，反馈控制循环泵自动调节冷却液和冷却废液的循环使用，温度升高时循环泵需要加大冷却液循环流速，当温度恒定在合理温度范围内冷却液流速保持状态不变，以此循环泵来控制冷却液的流速和流量。

同时，温度传感器30还对电气冷却系统的使用时间进行监测，冷却液20从冷却液贮存塔25通过单向节流阀自动流入冷却外壳21内部的U形冷却通道，经过单向阀24流经电气隔离壳体02，与内部电气元件进行换热后，温度升高成为冷却废液然后从冷却液出口23流出，并进入冷却废液贮存罐26进行回收，经过一次换热后的冷却废液升温较低，仍然可以通过循环泵再次循环到冷却液贮存塔进行再次冷却换热。当温度传感器30监测到冷却液持续上升至超过设定的临界温度后，此时冷却液和冷却废液已经完全混合换热达到临界值，不能够再对电气仓内的电气元件进行散热，反馈更换冷却液的信号至监控平台，提醒操作人员对冷却液贮存塔和冷却废液贮存罐内的冷却液进行更换。

在本实施例中，冷却液20采用液氮、水，水采用接近零摄氏度液态水。

实施例二

参见图3，图示中的真空电机40为应用本实用新型电气散热系统的另一个具体实施方案，该真空电机40为高温超导磁悬浮真空管道内的多功能检查车的驱动电机，本实施例旨在对该真空电机的轴承摩擦发热的散热方案进行说明，不对真空电机的具体安装方案进行赘述。

真空电机40的轴承固定环上同轴固定设置环形管道21’，环形管道21’为接近360°的圆环管道，两端的管道端口靠近并分别与对接设置冷却液入口22和冷却液出口23，并在冷却液入口22上设置阀门29’，通过阀门29’控制真空电机的电气散热系统开关，环形管道21’形成电气散热系统的冷却通道，通过电气散热系统对真空电机的轴承进行散热降温。

为了进一步提高电机的轴承与环形管道21’的热传导效率，本实施例在环形管道21’的两侧包夹设置环形导热片51，环形导热片51采用导热率高的导热陶瓷片或铜片，将环形管道21’通过环形导热片51与真空电机的轴承固定环紧密贴附。

本实施例中的电气散热系统外部结构与实施例一相同，包括与真空电机的轴承固定环接触设置的环形管道21’，环形管道21’内部充填流动的冷却液20，环形管道21’上的冷却液入口22冷却液入口22与冷却液贮存塔25连通，冷却液出口23与冷却废液贮存罐26连通，冷却液贮存塔25和冷却废液贮存罐26之间通过循环泵27连接，与冷却通道之间形成回路。

冷却液贮存塔25随车布置，将冷却液贮存塔25的底部与冷却液入口22连通，并且设置冷却液贮存塔25内的最低液位高于冷却液入口22，这样冷却液贮存塔25内的冷却液通过高度差自动流向U形散热通道的冷却液入口，在冷却液贮存塔25与冷却液入口22之间的冷却液管道上设置有单向节流阀29，通过单向节流阀调节流入冷却液入口的冷却液流量，避免冷却液进入冷却通道内的流量过大，部分冷却液没有产生换热后直接进入到冷却废液贮存罐，同时以防止冷却通道内的冷却废液倒流影响散热效率。

进一步的，本实施例在冷却通道内部设有温度传感器30，温度传感器30与循环泵27的循环泵控制器28反馈连接，实时监测冷却通道内部冷却液温度后，反馈控制循环泵自动调节冷却液和冷却废液的循环使用，温度升高时循环泵需要加大冷却液循环流速，当温度恒定在合理温度范围内冷却液流速保持状态不变，以此循环泵来控制冷却液的流速和流量。

同时，温度传感器30还对电气冷却系统的使用时间进行监测，冷却液20从冷却液贮存塔25通过单向节流阀自动流入冷却外壳21内部的U形冷却通道，经过单向阀24流经电气隔离壳体02，与内部电气元件进行换热后，温度升高成为冷却废液然后从冷却液出口23流出，并进入冷却废液贮存罐26进行回收，经过一次换热后的冷却废液升温较低，仍然可以通过循环泵再次循环到冷却液贮存塔进行再次冷却换热。当温度传感器30监测到冷却液持续上升至超过设定的临界温度后，此时冷却液和冷却废液已经完全混合换热达到临界值，不能够再对真空电机的轴承进行散热，反馈更换冷却液的信号至监控平台，提醒操作人员对冷却液贮存塔和冷却废液贮存罐内的冷却液进行更换。

在本实施例中，冷却液20采用液氮、水，水采用接近零摄氏度液态水。

上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.电气散热系统，其特征在于：包括与电气发热部件接触的冷却通道，所述冷却通道内部充填流动的冷却液(20)，所述冷却通道上设有冷却液入口(22)和冷却液出口(23)，所述冷却液入口(22)与冷却液贮存塔(25)连通，所述冷却液出口(23)与冷却废液贮存罐(26)连通，所述冷却液贮存塔(25)和冷却废液贮存罐(26)之间通过循环泵(27)连接，与冷却通道之间形成回路。

2.根据权利要求1所述的电气散热系统，其特征在于：所述冷却液贮存塔(25)的底部与冷却液入口(22)连通，所述冷却液贮存塔(25)内的最低液位高于冷却液入口(22)。

3.根据权利要求2所述的电气散热系统，其特征在于：所述冷却液贮存塔(25)与冷却液入口(22)之间的冷却液管道上设置有单向节流阀(29)。

4.根据权利要求3所述的电气散热系统，其特征在于：所述冷却通道内部设有温度传感器(30)，所述温度传感器(30)与循环泵(27)的循环泵控制器(28)反馈连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电气散热系统，其特征在于：所述冷却液(20)采用液氮、水。

6.权利要求1-5中的电气散热系统应用的设备，其特征在于：所述设备为电气仓，所述电气仓内的电气元件(01)封装在电气隔离壳体(02)内，所述电气隔离壳体(02)固定在冷却外壳(21)内部，所述电气隔离外壳(02)与冷却外壳(21)之间形成电气散热系统的冷却通道。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：所述电气隔离壳体(02)固定在冷却外壳(21)的底部，其上方的冷却外壳(21)内部设置一挡板将冷却外壳内部分隔成一个U形冷却通道，所述U形冷却通道的两个端部分别设置冷却液入口(22)和冷却液出口(23)，所述U形冷却通道的连通处设置单向阀(24)。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：所述电气元件(01)通过导热硅脂(10)填埋封装在电气隔离壳体(02)内。

9.权利要求1-5中的电气散热系统应用的设备，其特征在于：所述设备为真空电机，所述真空电机的轴承固定环上同轴固定设置环形管道(21’)，所述环形管道(21’)上设有冷却液入口(22)和冷却液出口(23)，所述环形管道(21’)形成电气散热系统的冷却通道。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于：所述环形管道(21’)通过环形导热片(51)与真空电机的轴承固定环紧密贴附。

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