CN220189306U - 基于液态金属的大功率输电电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电缆技术领域，尤其涉及一种基于液态金属的大功率输电电缆，包括驱动接头、回流接头和线缆，驱动接头包括驱动节、散热节和相应的连接管段；回流接头为带有进、出口的金属空腔；驱动接头和回流接头的外部均焊有电极，用以连接设备；驱动接头与回流接头之间通过线缆连接。线缆由交替布置的金属管段和柔性非金属管段组成，线缆中通有液态金属，液态金属在电缆中流动。液态金属既作为导电介质，也作为散热介质，有效降低了电缆的工作温度；同时，金属管的使用减小了液态金属的使用量，降低了成本，而线缆的柔性设计使得电缆可以弯曲，拓展了使用场景。

Description

基于液态金属的大功率输电电缆

技术领域

本实用新型涉及电缆技术领域，尤其涉及一种基于液态金属的大功率输电电缆。

背景技术

对于大功率的输电装置，因为电流很高(约为几百安培以上)，焦耳热对电缆的影响不能忽略。过多的焦耳热会使得电缆温度过高，影响电缆的性能与使用寿命，极端情况下甚至会引起火灾，造成漏电，影响安全。

为解决上述问题，目前有两种处理方法。第一种处理方法是增加电缆内部导体的横截面积，以降低电缆的电阻，进而减小电缆的发热量，但增加横截面积一方面会增加电缆重量，对电缆的支撑结构提出了较高要求，也提高了材料成本；另一方面会增加电缆的刚度，使得电缆难以弯折，限制了电缆的使用场景。第二种处理方法是对电缆引入散热措施，特别是引入风冷或水冷等主动式散热器，第二种处理方法有两种技术手段，一种手段是将电缆内部的通电导体线芯浸没在绝缘冷却液中，再由泵驱动冷却液流动，该手段的缺点是密封性差，且对泵的设计提出了绝缘要求；另一种手段是在电缆中增加一个绝缘管路，在绝缘管路中注入冷却剂，该手段不需要对泵进行绝缘，改善了密封性，但散热效率较差，难以满足大功率输电的散热需求。

实用新型内容

本实用新型为解决上述问题，提供一种基于液态金属的大功率输电电缆，将液态金属同时作为导电介质和散热介质使用，能够有效降低焦耳热对电缆的影响，满足大功率输电的散热需求。

本实用新型提供的基于液态金属的大功率输电电缆，包括驱动接头、回流接头和线缆，线缆的两端分别与驱动接头、回流接头焊接形成循环管道，在循环管道内填充有液态金属；其中，驱动接头包括驱动节和连接管段，连接管段包括两根金属圆管，驱动节包括金属方管、第一电极、金属导流片和两块方形磁铁，金属方管的两端分别通过金属变径管段与一根金属圆管焊接；第一电极焊接在金属方管上，用于连接电源设备；金属导流片焊接在金属方管与两根金属圆管之间，用于电流流通，使电流方向与金属方管内的液态金属的流动方向垂直；两块方形磁铁沿金属方管的长度方向布置，且分别固定在金属方管相对的两侧，将金属方管夹在中间；回流接头包括具有入口和出口的金属空腔，在金属空腔上焊接有第二电极，用于连接电源设备；线缆包括两条液态金属管路，两条液态金属管路分别包括交替排布连接的金属管段和柔性非金属管段，其中一条液态金属管路两端的金属管段分别与一根金属圆管、金属空腔的入口焊接，另一条液态金属管路两端的金属管段分别与另一根金属圆管、金属空腔的出口焊接。

优选地，驱动接头还包括连接在连接管段与液态金属管路之间的散热节，散热节为焊有翅片的金属盘管，在金属盘管的外部安装有散热风扇，金属盘管的一端与金属圆管焊接，金属盘管的另一端与金属管段焊接。

优选地，金属管段和柔性非金属管段之间通过直通接头连接。

优选地，直通接头为卡套转快拧接头或卡套转宝塔接头。

优选地，直通接头为聚四氟乙烯、聚苯硫醚或聚偏氟乙烯材料。

优选地，金属方管、金属圆管与金属管段为铜、铝或不锈钢材质。

优选地，在金属方管、金属圆管与金属管段的内、外壁分别镀有防腐层。

优选地，柔性非金属管段为硅胶或聚四氟乙烯材料。

优选地，金属方管的内部流道为方形，金属圆管的内部流道为圆形。

优选地，在线缆的外部包覆有绝缘层，包裹绝缘层的线缆与包覆有金属屏蔽网的信号线、接地线、麻绳结合在一起，并包裹在绝缘橡胶层内。

与现有技术相比，本实用新型能够取得如下有益效果：

(1)相比于传统的铜芯输电电缆，该种液态金属电缆兼顾导电和散热需求，一方面降低电缆的使用温度，增加电缆寿命，提高安全性；另一方面使得电缆可以弯曲，拓宽电缆应用场景。

(2)相比于已有的液态金属柔性电缆，该种电缆通过金属管和柔性非金属管相结合的方式，保留了电缆的可弯曲性；此外，该种电缆一方面通过金属管导电的方式降低了电缆电阻，减小了发热量，提高了性能；另一方面因部分电流通过金属管流通，需要液态金属承载的电流减少，因此可减小液态金属流道的截面积，进而降低液态金属的使用量，从而降低成本。

(3)除柔性非金属管段与金属管段的接口外，该种电缆中的各个接口均可通过焊接的方式实现硬连接，密封性和绝缘性好，安全性高。

(4)适用的工作环境广，低温环境下电缆仍能正常使用。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例提供的基于液态金属的大功率输电电缆的结构示意图；

图2是沿图1沿A-A线的剖面结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例提供的线缆处的截面示意图。

附图标记：驱动接头1、金属方管101、第一电极102、金属导流片103、方形磁铁104、金属变径管段105、金属圆管106、金属盘管107、线缆2、金属管段201、柔性非金属管段202、回流接头3、金属空腔301、第二电极302、绝缘层4、金属屏蔽网5、信号线6、接地线7、麻绳8和绝缘橡胶层9。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，而不构成对本实用新型的限制。

图1示出了根据本实用新型实施例提供的基于液态金属的大功率输电电缆的结构。

如图1所示，根据本实用新型实施例提供的基于液态金属的大功率输电电缆的结构包括驱动接头1、线缆2和回流接头3，线缆2的两端分别与驱动接头1、回流接头2焊接形成循环管道，在循环管道内填充有液态金属，液态金属同时作为导电介质和散热介质使用，兼顾导电和散热需求，降低电缆的使用温度，增加电缆寿命，提高安全性。

驱动接头1包括驱动节、散热节和连接管段，驱动节包括金属方管101、第一电极102、金属导流片103、两块方形磁铁和两个金属变径管段105；散热节为焊有翅片(图未示出)的金属盘管201，在翅片的外部安装有散热风扇(图未示出)；连接管段包括两根金属圆管106；其中，

金属方管101的两端分别与各自对应的金属变径管段105的一端焊接，每个金属变径管段105的另一端分别与各自对应的金属圆管106焊接，两根金属圆管106弯折后与线缆2焊接。

在金属方管101的宽度方向上焊接有两个矩形铜片，一个矩形铜片作为第一电极102，用以实现金属方管101与电源设备的连接；另一个矩形铜片与从金属变径管段105延伸到线缆2处的金属圆管106焊接，该矩形铜片作为金属导流片103，起到导流作用，电缆工作时的大部分电流主要通过金属导流片103流通，使电流方向与金属方管101内的液态金属的流动方向垂直，驱动效率高。

图2示出了图1中沿A-A线的剖面结构。

如图2所示，两块方形磁铁104沿金属方管101的长度方向布置，且分别固定在金属方管101相对的两侧，将金属方管101夹在中间，两块方形磁铁104的尺寸等于金属方管101的尺寸，两块方形磁铁104优选为永磁铁，磁场方向垂直于金属方管101的厚度方向，在两块方形磁铁104的表面涂有绝缘胶。两块方形磁铁104形成磁场，使金属方管101内的液态金属受到安培力并在安培力的作用下在循环管道中流动。

图3示出了根据本实用新型实施例提供的金属变径管段处的局部剖面结构。

如图2和图3共同所示，金属方管101的内部为狭长的方形流道，金属圆管106的内部为圆形流道，金属变径管段105的作用在于连接金属方管101与金属圆管106，金属变径管段105的方口端与金属方管101焊接，金属变径管段105的圆口端与金属圆管106焊接，金属变径管段105能够使液态金属从方形流道进入圆形流道，液态金属流道从方形形态变为圆形形态。

回看图1，线缆的两条液态金属管路分别包括交替排布连接的金属管段201和柔性非金属管段202，金属管段201与柔性非金属管段202之间通过直通接头连接，直通接头可以选用卡套转快拧接头或卡套转宝塔接头，直通接头可以选择聚四氟乙烯、聚苯硫醚或聚偏氟乙烯等绝缘材料，优选的材料为聚四氟乙烯。柔性非金属管段202可以选择硅胶和聚四氟乙烯等柔性材料，其中聚四氟乙烯具有较好的耐温性，优选作为柔性非金属管段202的材料。

通过金属管段201和柔性非金属管段202的组合方式可以保留电缆的可弯曲性，拓展电缆的使用场景。

通过金属管段201导电的方式降低了电缆的电阻，减小了发热量，提高了性能；由于部分电流通过金属管段201流通，液态金属承载的电流减少，因此可减小液态金属流道的截面积，进而降低液态金属的使用量，从而降低成本。

金属管段201的尺寸分别与金属圆管106、金属盘管107的尺寸相同，金属盘管107的一端与金属管段201焊接，金属盘管107的另一端与金属圆管106焊接。

回流接头3包括具有入口和出口的金属空腔301，在金属空腔301上焊接有矩形铜片，该矩形铜片作为第二电极302起到连接电源设备的作用。两条液态金属管路靠近金属空腔301的金属管段201分别与金属空腔301的入口和出口焊接。

本实用新型中的金属方管101、金属变径管段105、金属圆管106、金属盘管107、金属管段201、第一电极102、第二电极302、金属导流片103的材质可选铜、铝、不锈钢等良导体，其中铜的导电率高于其它金属，因此优选为铜材质。

金属方管101、金属变径管段105、金属圆管106、金属盘管107、金属管段201的内、外壁均镀有防腐层，防腐层的材质优选为镍。

图3示出了根据本实用新型实施例提供的线缆处的截面。

如图3所示，在线缆2的外部包覆有绝缘层4，包裹绝缘层4的线缆2与包覆有金属屏蔽网5的信号线6、接地线7、麻绳8结合在一起，并包裹在绝缘橡胶层9内，形成完整的线缆。

本实用新型的一个具体应用场景为充电站，驱动节安装在充电桩中，转换接头装在充电枪中，驱动节与转换接头之间使用完整的线缆连接，完整的线缆裸漏在环境中。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于液态金属的大功率输电电缆，其特征在于，包括驱动接头、回流接头和线缆，线缆的两端分别与驱动接头、回流接头焊接形成循环管道，在循环管道内填充有液态金属；其中，

驱动接头包括驱动节和连接管段，连接管段包括两根金属圆管，驱动节包括金属方管、第一电极、金属导流片和两块方形磁铁，金属方管的两端分别通过金属变径管段与一根金属圆管焊接；第一电极焊接在金属方管上，用于连接电源设备；金属导流片焊接在金属方管与两根金属圆管之间，用于电流流通，使电流方向与金属方管内的液态金属的流动方向垂直；两块方形磁铁沿金属方管的长度方向布置，且分别固定在金属方管相对的两侧，将金属方管夹在中间；

回流接头包括具有入口和出口的金属空腔，在金属空腔上焊接有第二电极，用于连接电源设备；

线缆包括两条液态金属管路，两条液态金属管路分别包括交替排布连接的金属管段和柔性非金属管段，其中一条液态金属管路两端的金属管段分别与一根金属圆管、金属空腔的入口焊接，另一条液态金属管路两端的金属管段分别与另一根金属圆管、金属空腔的出口焊接。

2.根据权利要求1所述的基于液态金属的大功率输电电缆，其特征在于，驱动接头还包括连接在连接管段与液态金属管路之间的散热节，散热节为焊有翅片的金属盘管，在金属盘管的外部安装有散热风扇，金属盘管的一端与金属圆管焊接，金属盘管的另一端与金属管段焊接。

3.根据权利要求2所述的基于液态金属的大功率输电电缆，其特征在于，金属管段和柔性非金属管段之间通过直通接头连接。

4.根据权利要求3所述的基于液态金属的大功率输电电缆，其特征在于，直通接头为聚四氟乙烯、聚苯硫醚或聚偏氟乙烯材料。

5.根据权利要求2所述的基于液态金属的大功率输电电缆，其特征在于，金属方管、金属圆管与金属管段为铜、铝或不锈钢材质。

6.根据权利要求5所述的基于液态金属的大功率输电电缆，其特征在于，在金属方管、金属圆管与金属管段的内、外壁分别镀有防腐层。

7.根据权利要求2所述的基于液态金属的大功率输电电缆，其特征在于，柔性非金属管段为硅胶或聚四氟乙烯材料。

8.根据权利要求1所述的基于液态金属的大功率输电电缆，其特征在于，金属方管的内部流道为方形，金属圆管的内部流道为圆形。

9.根据权利要求1所述的基于液态金属的大功率输电电缆，其特征在于，在线缆的外部包覆有绝缘层，包裹绝缘层的线缆与包覆有金属屏蔽网的信号线、接地线、麻绳结合在一起，并包裹在绝缘橡胶层内。