CN110352487B

CN110352487B - 热交换装置和海底电子系统

Info

Publication number: CN110352487B
Application number: CN201880014571.7A
Authority: CN
Inventors: T·拉内里德; T·格拉丁格; H·伦登曼; T·瓦格纳; 黄晖; K·米斯辛; M·诺罗拉姆皮
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2038-04-04
Also published as: CA3054932A1; EP3389088A1; US20200383239A1; US11419241B2; MX2019011850A; AU2018251757B2; CA3054932C; AU2018251757A1; CN110352487A; WO2018189009A1

Abstract

用于海底电子系统(10)的热交换装置(12)，该热交换装置(12)包括：‑至少一个管(32)，具有外表面(38)；以及至少一个热交换元件(40)，布置在至少一个管(32)内部并且限定至少一个内部通道(52，68)，该至少一个内部通道(52，68)用于将介电流体(24)传导通过至少一个管(32)；其中至少一个热交换元件(40)被布置成横向向外按压抵靠至少一个管(32)的内表面(54)，以在至少一个热交换元件(40)与至少一个管(32)之间建立热传递联结。还提供了包括热交换装置(12)的海底电子系统(10)。

Description

热交换装置和海底电子系统

技术领域

本公开总体涉及用于海底电子系统的热交换装置。特别地，提供了一种热交换装置，该热交换装置包括至少一个管和布置在该管内部的至少一个热交换元件，以及提供了包括该热交换装置的海底电子系统。

背景技术

包括静态感应设备(例如变压器)和电力电子装备(例如功率转换器)、变速驱动器或HVDC(高压直流)阀的用于海底电气化的设备可以有利地浸没在具有介电流体的罐中。介电流体用作电绝缘和冷却介质，并且可以与一个或多个压力补偿器一起使用，以实现接近或等于周围环境海水的外部压力的内部压力。

由于自然对流冷却的相对低的冷却性能，需要大的表面积来保持足够低的温度以用于海底电子系统的可靠的长期操作。通常，单独的罐表面不足以用于冷却，并且冷却能力可以通过海水热交换器来增加。

US2016381841 A1公开了一种潜水式耐压壳体，其包括限定内部空间的壁，在该内部空间中接收发热设备。外部热交换器位于壳体的外部并且被布置用于与内部热交换器流体连通。提供与内部热交换器和外部热交换器流体连通的原动机，并且原动机可操作以使冷却剂流循环通过内部热交换器和外部热交换器。外部热交换器包括与多个管流体连通的集气室。管暴露于外部环境，并且来自流动冷却剂的热量传递到管，然后传递到外部环境。

EP 2487327 A1公开了一种海底电子系统，其包括防水外壳和布置在外壳中的发热电子部件。外壳填充有介电流体，在介电流体中，电子部件被浸没，并且散热器被布置在外壳的壁上并且热耦合到外壳的壁。散热器可以由铝制成，并且包括延伸到介电流体中的多个散热元件，诸如翅片或插脚。

发明内容

在陆地上的、诸如电力变压器的现有技术的油浸式电力设备通常使用具有朝向空气的较大表面积和朝向油的等效或较小表面积的板式热交换器。这适合于陆地上的系统，因为朝向空气的热传递系数限制了总的热传递。然而，海水具有比空气好得多的热特性，使得对于海底系统，油热传递系数限制了总的热传递。

在包括管束热交换器的US 2016381841 A1的潜水压力壳体中，冷却剂将在厚管体内部流动。由此，与朝向环境海水的外表面相比，油润湿表面面积相对较小。管体内的冷却剂表面成为热链中的限制因素。因此，热交换器的所需尺寸变得较大。这可以通过提供较大直径的钢管来减轻，但是在这种情况下，将存在大量的冷却剂，其不参与热传递并且仅向潜水压力壳体增加额外的重量和体积。

此外，如果US 2016381841 A1中的每个管被单独焊接，则制造过程是冗长的，并且泄漏的风险增加。在这种构造下，也难以接近所有外部表面以清除例如海洋生长物。

还存在现有技术的解决方案，其中海底热交换器完全由铝制成。然而，当海底系统的外壳由通常情况下的钢制成时，由于电化腐蚀，这样的热交换器是有问题的。

本公开的一个目的是提供一种具有更有效的传热性能的热交换装置。

本公开的另一目的是提供一种具有紧凑设计、廉价设计和/或减小重量的热交换装置。

本公开的又一目的是提供一种热交换装置，该热交换装置在热交换元件与管之间提供良好的热接触。

本公开的又一目的是提供一种具有可靠操作的热交换装置。

本公开的又一目的是提供一种具有简单设计、简单组装和/或简单维护的热交换装置。

本公开的又一目的是提供一种海底电子系统，其包括解决前述目的中的一个目的或多个目的的热交换装置。

根据一个方面，提供了一种用于海底电子系统的热交换装置，该热交换装置包括：具有外表面的至少一个管；以及至少一个热交换元件，布置在至少一个管内部并且限定用于将介电流体传导通过至少一个管的至少一个内部通道；其中至少一个热交换元件被布置成横向向外按压抵靠至少一个管的内表面，以在至少一个热交换元件与至少一个管之间建立热传递联结。

与现有技术的管束解决方案相比，根据此方面的热交换装置使得能够针对给定热传递性能减少管的数目。因此，可以减少例如在管与海底电子系统的外壳之间的焊缝的数目，并且可以提高海底电子系统的可靠性。管的数目的减少还使得能够促进管的清洁。

贯穿本公开，用于海底电子系统的热交换装置可以备选地被称为海底热交换器，和/或至少一个热交换元件可以备选地被称为散热器。至少一个管的外表面可以被布置成与环境海水接触。

根据本公开，可以在海底电子系统中使用各种不同的介电流体。介电流体的示例包括矿物油和天然酯。贯穿本公开，介电流体可以由介电液体构成。

至少一个管可以是圆形的。此外，至少一个热交换元件可以形成圆形外表面以抵靠管的内表面而被横向向外按压。备选地，该至少一个管可以具有平滑的截面，即没有尖锐的拐角。这些解决方案确保了在管的内表面的圆周上的均匀的压力分布。在至少一个管是圆形的情况下，根据本公开的横向方向可以对应于径向方向。在任何情况下，如本文所使用的管的横向方向是基本上垂直于管的纵向方向的方向。

根据一种变型，管内的至少一个内部通道中的每个内部通道可以具有0.2mm的最大横向延伸。在一些实施方式中，当内部通道的横向延伸超过0.2mm时，热传递性能受到不利影响。根据一些现有技术，由于诸如EP 2487327 A1中的制造公差和弯曲力，对于在平坦钢罐壁上的平坦铝散热器，这是难以避免的。

至少一个热交换元件和至少一个管可以收缩配合。收缩配合过程确保至少一个热交换元件与至少一个管之间的良好热接触。实现该收缩配合的一种方式是在将一个或多个热交换元件插入管中之前加热管并冷却与管相关联的至少一个热交换元件。由于收缩配合，至少一个热交换元件可以被布置成横向向外按压抵靠相关联的管的内表面。收缩配合过程可以用于抵靠管的内表面按压沿着管的纵向轴线对齐的单个热交换元件或若干热交换元件。

热交换装置还可以包括至少一个膨胀工具，该膨胀工具基本上同心地布置在至少一个管的内部，以用于将至少一个热交换元件横向向外按压抵靠至少一个管的内表面。该变型使得至少一个热交换元件能够紧密地固定在相关联的管的内表面上，并且确保至少一个热交换元件与至少一个管之间的良好热接触。

当管和/或热交换元件具有较宽的公差并且可以避免管和/或热交换元件的加工时，热交换装置的该变型还可以提供在相关联的管内的一个或多个热交换元件的良好配合。由此，可以避免与在热交换元件与管之间紧密公差规定相关联的附加成本和时间。根据本公开的包括至少一个膨胀工具的热交换装置还使得能够使用更简单的热交换元件。

为了制备热交换装置，可以将至少一个热交换元件插入管中。然后可以插入和激活膨胀工具(例如，通过拧紧以将膨胀工具的膨胀元件横向向外按压)以将至少一个热交换元件横向向外按压抵靠相关联的管的内表面。膨胀工具可以用于抵靠管的内表面按压沿着管的纵向轴线对齐的单个热交换元件或若干热交换元件。

用于布置至少一个热交换元件以横向向外按压抵靠至少一个管的内表面的备选解决方案是可想到的。例如，诸如卡紧弹簧的机械弹簧还可以用于增加一个或多个热交换元件对相关管的内表面的横向向外指向的力，以增加力并改善热接触。

至少一个热交换元件的各种备选截面轮廓是可以想到的。根据一个变型，至少一个热交换元件包括朝向至少一个管的纵向轴线基本上横向向内突出的翅片。翅片可以沿着热交换元件的圆周基本上均匀地分布，例如在仅有一个热交换元件设置在管的一个水平面上的情况下沿着360°分布。翅片增加了介电流体侧上的传热面积，以平衡海水与空气相比的、更好的传热性能。

翅片可以具有沿着与相关联的管的纵向轴线平行的轴线的基本上均匀的厚度。热交换元件可以包括圆筒，翅片从该圆筒延伸。圆筒和翅片可以一体地形成。

翅片可以具有朝向至少一个管的纵向轴线的交替的横向延伸部。该变型可以提供内部通道的宽度与翅片的宽度之间的最佳平衡。

至少一个热交换元件可以包括至少两个热交换元件，该至少两个热交换元件在沿着至少一个管的纵向轴线的基本上相同的位置处布置在至少一个管内部。例如，至少一个热交换元件可以包括在沿着至少一个管的纵向轴线的基本上相同的位置处布置在至少一个管内部的两个、三个、四个、六个或八个热交换元件。这些热交换元件中的每个热交换元件可以具有相同的形状和尺寸，例如，每个热交换元件可以具有扇形的一般外观，该扇形具有90度的角度延伸，在这个情况下提供四个热交换元件。

至少一个热交换元件和至少一个管可以是独立的部件。由此，至少一个热交换元件可以被插入到相关联的管中，并且例如通过收缩配合、通过膨胀工具和/或通过各种类型的弹簧而朝向管的内表面被横向向外推动。

至少一个热交换元件可以被挤出。挤出过程使得能够制造具有更复杂和优化的传热表面的至少一个热交换元件。

至少一个热交换元件可以由具有高导热率的材料制成，例如铝。在大气压和约293K的温度下，高导热率可以是至少100瓦每米/每开尔文(W/(m*K))。

至少一个管可以由耐受海水腐蚀的材料制成，例如不锈钢。备选地或另外地，管可以由与海底电子系统的外壳的材料电接触的抗腐蚀材料制成。根据一个变型，至少一个管和外壳由不锈钢制成。在这种情况下，这些部件之间将不存在电化腐蚀。

根据一个变型，至少一个热交换元件包括具有纵向凹部的至少两个热交换元件，使得当热交换元件配合时，一个热交换元件的纵向凹部和另一热交换元件的纵向凹部一起限定至少一个内部通道中的一个内部通道。

热交换装置还可以包括绝热管，绝热管横向地布置在至少一个热交换元件内部；其中至少一个管包括封闭端；其中绝热管被布置成将介电流体朝向至少一个管的封闭端传导，并且其中至少一个内部通道被布置成将介电流体传导离开至少一个管的封闭端，例如朝向海底电子系统的外壳的内部。

根据另一方面，提供了一种海底电子系统，包括：具有至少一个壁分段的防水外壳；布置在外壳内部的至少一个电子部件；以及根据本公开的热交换装置；其中热交换装置的至少一个管形成通过至少一个电子部件的冷却回路的一部分。外壳可以由罐构成。

海底电子系统的外壳和热交换装置形成冷却系统。冷却系统可以是被动的，即，介电流体可以仅通过自然对流在冷却回路中循环。这提高了海底电子系统的可靠性。备选地，可以另外使用一个或多个泵来辅助冷却回路中的介电流体的循环。

至少一个壁部分可以具有包括峰和谷的波形轮廓，并且至少一个管可以至少部分地容纳在谷内。通过以这种方式在两个峰之间装配至少一个管，可以降低海底电子系统的占地面积。

根据一种变型，至少一个壁分段中的一个壁分段是基本上竖直定向的壁分段，并且热交换装置连接到壁分段。至少一个电子部件中的一个电子部件可以由功率转换器构成。

根据一种变型，外壳包括共同限定用于介电流体的连续外壳容积的上外壳部分和下外壳部分；其中外壳容积包括上冷却回路和下冷却回路，下冷却回路在上冷却回路的竖直下方；并且其中热交换装置的至少一个管形成通过至少一个电子部件的上冷却回路的一部分。在这种情况下，上外壳部分的一个或多个壁分段可以设置有波形轮廓。下外壳部分的壁分段可以是基本上平坦的。当至少一个电子元件在使用中时，介电流体可以通过自然对流循环。

如本文所用，基本上平行、垂直、水平、竖直、同心和横向的关系分别包括完全平行、垂直、水平、竖直、同心和横向的关系，以及这些关系中的直到5％(诸如直到2％)的偏差。

附图说明

通过以下结合附图的实施例，本公开的进一步的细节、优点和方面将变得明显，其中：

图1：示意性地表示包括热交换装置的海底电子系统的示例的侧视图；

图2：示意性地表示热交换元件的示例的俯视图；

图3：示意性地表示包括管和图2中的热交换元件的热交换装置的示例的俯视图；

图4：示意性地表示包括备选热交换装置的海底电子系统的另一示例的局部侧视图；

图5：示意性地表示热交换元件的另一示例的立体视图；

图6：示意性地表示图5中的热交换元件的俯视图；

图7：示意性地表示处于未组装状态的热交换装置的另一示例的局部立体视图；

图8：示意性地表示处于组装状态的图7中的热装置的局部立体截面视图；

图9：示意性地表示图7和图8中热交换装置的局部立体截面视图；

图10：示意性地表示热交换装置的另一示例的局部立体截面视图；

图11：示意性地表示膨胀工具的立体视图；

图12：示意性地表示图11中的膨胀工具的立体截面视图；

图13：示意性地表示海底电子系统的另一示例的局部立体外视图；

图14：示意性地表示图13中的海底电子系统的局部立体内视图；以及

图15：示意性地表示包括热交换装置的海底电子系统的另一示例的侧视图。

具体实施方式

在下文中，包括至少一个管和布置在管内部的至少一个热交换元件的热交换装置、以及包括热交换装置的海底电子系统将被描述。相同的附图标记将用于表示相同或相似的结构特征。

图1示意性地表示包括热交换装置12和电子部件14的海底电子系统10的示例的侧视图。海底电子系统10包括外壳16，该外壳16具有四个竖直定向的侧壁分段18、水平定向的顶壁分段20和底部22。电子部件14布置在外壳16内，外壳16至少部分地填充有介电流体24。若干电子部件14和其它部件也可以布置在外壳16内。

该示例的海底电子系统10还包括压力补偿器26，以补偿介电流体24的体积变化。压力补偿器26被示出为波纹管压力补偿器，但也可以是备选的类型。图1还示出了竖直方向28和水平方向30。

该示例的热交换装置12仅包括一个管32，但备选地可以包括若干管32。管32经由连接管34焊接到外壳16，但备选地可以直接焊接到外壳16。管32基本上是直的，并且具有基本上竖直定向的纵向轴线36。管32还包括外表面38。管32的外表面38与环境海水44接触。

热交换装置12包括管32和布置在管32内的多个热交换元件40。在图1中，热交换装置12被连接到外壳16的、竖直定向的侧壁分段18中的一个侧壁分段18。

当电子部件14处于操作中时，介电流体24将被来自电子部件14的电力损耗加热并且经受向上的浮力，而在外壳16的壁分段18、20附近以及管32中的热介电流体24将被冷却并且经受向下的浮力。这将在冷却回路42中产生介电流体24的循环流动，在冷却回路42中，由介电流体24承载的热量被传递到环境海水44。热交换装置12的管32形成通过电子部件14的冷却回路42的一部分。因此，介电流体24一致地(即在一个方向上)向下流动通过管32。

在图1中，通过自然对流驱动介电流体24的循环流动。然而，海底电子系统10可以配备有一个或多个泵以辅助介电流体24的循环。

热交换元件40可以由各种导热材料制成，但在图1中由铝制成。在图1的示例中，热交换装置12被图示为包括四个热交换元件40。管32和外壳16都可以由不锈钢制成。

热交换元件40限定用于传导介电流体24通过管32的若干内部通道(未示出)。热交换元件40被布置成横向向外(即，基本上水平地从管32的纵向轴线36向外)按压抵靠管32的内表面(未示出)。由此，在热交换元件40与管32之间建立热传递联结。来自管32内的介电流体24的热量通过热交换元件40传递到管32和围绕管32的环境海水44。在图1的示例中，热交换元件40相继地收缩配合到管32中。因此，热交换元件40和相关的管32可以由独立的部件构成。在收缩配合之前，热交换元件40与相关联的管32之间的横向游隙可以是大约1mm。

虽然在图1中热交换装置12被连接到一个竖直定向的壁分段18，但是热交换装置12可以备选地安装在外壳16的任一侧壁分段18上、外壳16的两个侧壁分段18上和/或外壳16的顶部上，即，在水平定向的壁分段20上，或在外壳16的其它类型的壁上。

图2示意性地表示图1中的热交换元件40的示例的顶视图。图2还示出了垂直于第一水平方向30的第二水平方向46。

图2中的示例的热交换元件40具有大致圆柱形的形状。热交换元件40包括外圆筒48和朝向热交换元件40的中心横向向内延伸的多个翅片50。圆筒48和翅片50通过挤压过程整体地形成，例如由铝形成。因此，热交换元件40沿着它的延伸轴线(即，当热交换元件40被插入管32中时，该轴线与管32的纵向轴线36基本上重合)具有恒定的截面轮廓。

翅片50具有朝向热交换元件40的中心的两个不同的长度。如图2所示，翅片50以交替的延伸部朝向热交换元件40的中心横向向内延伸。热交换元件40的这种设计提供了在通过热交换元件40的介电流体24的热传递方面的有效内部通道52。

尽管在图2的示例中，翅片50与中心内部通道52之间的内部通道52是连续的，但是翅片50之间的内部通道52可以被视为子通道。图2中的具有交替长度的翅片50的热交换元件40的设计减小了翅片50之间的最大横向宽度。翅片50之间的横向宽度可以是0.2mm或更小。由此，可以改善来自介电流体24的热传递的效率，因为当通过管32行进时，介电流体24中没有或减少的部分未被冷却。

图3示意性地表示包括图1中的管32和图2中的热交换元件40的热交换装置12的示例的俯视图。热交换元件40和管32收缩配合。由此，热交换元件40横向向外按压抵靠管32的内表面54。

在图3中的热交换元件40和管32中的应力分布的计算指示应力是均匀分布的。当介电流体24的压力低于500巴的静水压力时，指示无临界高点。

图4示意性地表示包括备选热交换装置12的海底电子系统10的另一示例的局部侧视图。该示例的管32直接焊接到外壳16。然而，管32可以备选地经由连接管34焊接到外壳16，如图1中所示。管32包括相对于外壳16的远侧的封闭端56。管32被定向成基本上垂直于外壳16的水平壁分段20。

图4中的示例的热交换装置12包括布置在管32内的多个(这里为三个)热交换元件40。热交换元件40可以是与图2和图3所示相同的类型。

热交换元件40收缩配合在管32内。图4的热交换装置12还包括绝热管体58。绝热管体58基本上居中地布置在管32内并且基本上与管32的纵向轴线36同心，横向地布置在热交换元件40内。绝热管体58可以固定到热交换元件40或固定到外壳16的固定部分。

图4中的示例的绝热管体58具有圆形截面轮廓，其中外径对应于图2和图3中的较长翅片50的横向位置。由此，若干单独的内部通道(图4中未示出)被限定在热交换元件40内，在绝热管体58的横向外侧。

在海底电子系统10的操作中，热的介电流体24向上流过绝热管体58和管32的封闭端56。在封闭端56处，热介电流体24的流动发生分支并且返回到绝热管体58的外表面与管32的内表面54之间的横向热交换元件40内的若干内部通道。当流动返回通过热交换元件40时，介电流体24被冷却。管体58的热绝缘有助于介电流体24的循环。

还可以在管32内将热交换元件40制造成处于同一水平面的部件。在一个管32内，多个热交换元件40可以围绕管32的纵向轴线36提供，例如，若干热交换元件40可以各自具有扇形的一般外观。备选地或附加地，在一个管32内，多个热交换元件40可以沿着管32的纵向轴线36设置，例如若干热交换元件40可以彼此堆叠。备选地，一个或多个热交换元件40可以基本上延伸通过相关联的管32的整个长度。

图5示意性地表示热交换元件40的另一示例的立体视图，并且图6示意性地表示图5中的热交换元件40的俯视图。共同参考图5和图6，热交换元件40具有大致楔形的外观。热交换元件40的截面具有基本上扇形的形状。此外，图5和图6中的热交换元件40通过铝挤压形成。

热交换元件40包括形成角度的两个外侧壁60和在它们之间的中心壁62。当热交换元件40被插入管32中时，侧壁60中的每个侧壁和中心壁62具有包括管32的纵向轴线36的一般延伸平面。一个内部通道52形成在中心壁62与每个外侧壁60之间。多个纵向凹部64形成在每个外侧壁60的外侧上。在图5和图6中，热交换元件40包括在每个侧壁60上的四个纵向凹部64，每个纵向凹部64具有半圆形的截面轮廓，但是纵向凹部64的数目和形状可以变化。

图7示意性地表示处于未组装状态的热交换装置12的另一示例的局部立体视图，并且图8示意性地表示处于组装状态的图7中的热交换装置12的局部立体截面视图。图7和图8中的热交换装置12还包括膨胀工具66，以用于将热交换元件40横向向外按压抵靠在相关联管32的内表面54。

共同参考图7和图8，热交换装置12包括在管32的一个水平面上(即，沿着纵向轴线36的一个点处)的八个热交换元件40。因此，每个热交换元件40具有围绕管32的纵向轴线36大约45度的角度延伸。然而，热交换装置12可以包括在管32的一个水平面处的备选数目的热交换元件40，包括例如仅一个、两个、三个、六个、八个和十二个。

当热交换元件40被组装时，两个配合的热交换元件40的纵向凹部64共同形成另外的内部通道68，介电流体24可以流动通过该内部通道68，如图8所示。这些内部通道68增加了通过管32的介电流体24的流动，并且增加了用于来自介电流体24的热传递的表面积。

作为图7和图8中的热交换元件40的构造的备选构造的一个示例，热交换装置12可以包括两个热交换元件40，两个热交换元件被形成为稍后连接在一起的半部，例如，扇形各自具有围绕管32的纵向轴线36约180度的角度延伸部。

图9示意性地表示图7和图8中的热交换装置12的局部立体截面视图。图9中的热交换装置12可以通过将第一组热交换元件40引入管32(例如图9中的最下面组的八个热交换元件40)来组装。然后，可以将第一膨胀工具66插入到第一组热交换元件40之间的、管32的中心。第一膨胀工具66然后可以被激活以将第一组热交换元件40横向向外按压抵靠管32的内表面54。第一膨胀工具66然后可以留在管32内。

然后，可以将第二组热交换元件40插入管32中并放置在第一组热交换元件40的顶部上。第一组和第二组热交换元件40可以对齐，使得内部通道52、68可以是连续的通过管32。备选地，第一组和第二组热交换元件40可以旋转地偏置，例如，每个第二热交换元件40可以围绕管32的纵向轴线36旋转，使得通过管32的内部通道交替地由内部通道52和内部通道68构成。在任何情况下，热交换元件40可以被放置在彼此的顶部上或可以没有被放置在彼此的顶部上。换句话说，沿着管32的纵向轴线36的游隙可以被设置在相邻的热交换元件40之间或可以没有被设置在相邻的热交换元件40之间。

然后，可以将第二膨胀工具66插入到第二组热交换元件40之间的、管32的中心。第二膨胀工具66然后可以被激活以将第二组热交换元件40横向向外按压抵靠管32的内表面54。根据实施方式，另外的附加的热交换元件组40然后可以插入管32中并且借助于附加的膨胀工具66以相同的方式固定到管32。

当期望数目的热交换元件40已经装配在管32内时，管32可以直接焊接到海底电子系统10的外壳16，或焊接到外壳16的相应连接管34。在图9的示例中，每个膨胀工具66可以是大约200mm长(即在竖直方向28上)。

图10示意性地表示热交换装置12的另一示例的局部立体截面视图。与包括彼此堆叠的多组热交换元件40的图9中的热交换装置12相比，图10中的热交换装置12包括一组连续热交换元件40。在图10中，沿着管32的纵向轴线36的每个热交换元件40的长度长于管32的内表面54内的最大横向距离(例如，管32的内径)。更特别地，在图10的示例中，每个热交换元件40沿着管32的纵向轴线36的长度大约是管32的内径的七倍。然而，该距离可以备选地例如是管32的内径的两倍、三倍、四倍、十倍或20倍。

图10中的热交换装置12可以通过将热交换元件40的组(图10中的八个)引入管32中来组装。然后，可以将第一膨胀工具66插入管32的中心，并处于热交换元件40的组之间的、管32的下部区域。第一膨胀工具66然后可以被激活以将热交换元件40的组的第一部分(例如，图10中的下部部分)横向向外按压抵靠管32的内表面54。根据实施方式，另外的附加膨胀工具66然后可以在热交换元件40的组之间被插入到管32中，并且被激活以将热交换元件40的组的另外的部分横向向外按压抵靠管32的内表面54。

对于图9和图10中的每个热交换装置12，膨胀工具66可以是相同的。备选地，可以使用更长的膨胀工具66或一个单一的长膨胀工具66将热交换元件40横向向外按压抵靠管32的内表面54。

图11示意性地表示图7至图10中所示的膨胀工具66的立体视图，并且图12示意性地表示图11中的膨胀工具66的立体截面视图。共同参考图11和图12，膨胀工具66包括具有头部72和轴74的螺栓70、上锥形元件76、下锥形元件78和围绕螺栓轴74布置并且具有锥形表面的多个膨胀元件80。下锥形元件78包括内螺纹以螺纹接合螺栓轴74的外螺纹。

通过转动螺栓70，例如通过将螺栓头部72与合适的工具接合，螺栓70相对于下锥形元件78旋转，并且使得下锥形元件78更靠近螺栓头部72。同时，防止上锥形元件76通过螺栓70的头部72轴向向上移动。当上锥形元件76和下锥形元件78轴向地更靠近彼此移动时，上锥形元件76和下锥形元件78的锥形表面与膨胀元件80的锥形表面接合。由此，膨胀元件80被横向向外推动以将一个或多个热交换元件40按压抵靠相关联的管32的内表面54。换句话说，膨胀工具66被激活。在一个或多个膨胀工具66的激活之前，热交换元件40与相关联的管32之间的横向游隙可以是大约5mm。

图11和图12的膨胀工具66还包括围绕螺栓轴74、在螺栓头部72和上锥形元件76之间的锥形垫圈82。锥形垫圈82有助于在拧紧螺栓70之后保持安装上的横向向外的力。以这种方式，可以确保一个或多个热交换元件40与相关联的管32的内表面54之间的接触压力独立于热膨胀而恒定。图11的膨胀工具66仅仅是用于将至少一个热交换元件40横向向外按压抵靠相关联的管32的内表面54的合适膨胀工具的一个示例。

图13示意性地表示海底电子系统10的另一示例的局部立体外视图，并且图14示意性地表示图13中的海底电子系统10的局部立体内视图。共同参考图13和图14，外壳16的竖直壁分段18具有波形轮廓。壁分段18包括交替模式的多个峰84和多个谷86。

峰84朝向海水44突出，并且谷86朝向外壳16内的介电流体24突出。每个管32部分地容纳在壁分段18的谷86内。更特别地，壁分段18的每个峰84基本上与管32的横向外点齐平。这减少了海底电子系统10的占地面积。图13和图14中的海底电子系统10的管32中的每个管可以容纳如上所述的一个或多个热交换元件40。虽然示出了四个管32，但是海底电子系统10可以包括以这种方式布置的更少或更多的管32。

图15示意性地表示包括热交换装置12的海底电子系统10的另一示例的侧视图。该示例的海底电子系统10包括由上外壳部分88和下外壳部分90组成的防水外壳16。上外壳部分88布置在下外壳部分90的顶部上。上外壳部分88和下外壳部分90共同限定连续外壳容积92。因此，上外壳部分88与下外壳部分90流体连通。在图15中，用介电流体24填充外壳容积92。如图13和图14所示的波形轮廓可以设置在上外壳部分88的竖直壁分段18上。

图15中的海底电子系统10还包括布置在上外壳部分88中的电子部件14和布置在下外壳部分90中的电子部件14。在图15的示例中，上外壳部分88中的电子部件14由电力设备94(诸如变压器)构成，并且下外壳部分90中的电子部件14由功率转换器96构成。

功率转换器96包括半导体元件98、100和电容器元件102。半导体元件98可以由二极管构成，并且半导体元件100可以由绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成。

功率转换器96被定向成使得当海底电子系统10被安装(例如在海床)时，大部分半导体元件98、100被定位在外壳容积92的上部中，并且大部分电容器元件102被定位在外壳容积92的下部中。上冷却回路104形成在上部中，下冷却回路106形成在下部中。上冷却回路104和下冷却回路106通过想象的水平面108彼此分开。上冷却回路104和下冷却回路106中的介电流体24通过自然对流循环。

半导体元件98、100产生大部分损耗且对高温相对不敏感。电容器元件102产生少量损耗并且对高温相对敏感。因此，功率转换器96被设计为使得所有组成部件处于具有低于可靠长期操作的极限的温度的环境中。此外，组成部件被布置靠近在一起以确保良好的性能。一般而言，在使用中，上冷却回路104包含具有大流动循环的热的介电流体24，而下冷却回路106是冷的，具有较少循环或几乎停滞的介电流体24。为此，温度敏感部件(即，电容器元件102)经受冷环境，并且较不敏感的部件(即，半导体元件98、100)经受热环境。

图15的热交换装置12包括仅连接到上外壳部分88、具有布置在内部的若干热交换元件40的管32(图15中的右管)，、以及连接在上外壳部分88与下外壳部分90之间的、具有布置在内部的若干热交换元件40的管32(图15中的左管)。图15中所示的两个管32形成上冷却回路104的一部分。换句话说，两个管32都布置在想象的水平面108上方。

尽管未在图15中示出，但是热交换装置12可以包括与图示的管32平行布置的若干另外的管32(例如，在图15的视图中的管32“后方”)。此外，热交换装置12可以包括仅作为图15中的左管32(即，连接在上外壳部分88与下外壳部分90之间)或仅作为图15中的右管32(即，其中两端均连接到上外壳部分88)而被布置的管32。

虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，本发明不限于上面描述的内容。例如，应当理解，部件的尺寸可以根据需要改变。因此，本发明旨在仅由所附权利要求的范围限制。

Claims

1.一种用于海底电子系统(10)的热交换装置(12)，所述热交换装置(12)包括：

-至少一个管(32)，具有外表面(38)；以及

-至少一个热交换元件(40)，布置在所述至少一个管(32)内部并且限定至少一个内部通道(52，68)，所述至少一个内部通道(52，68)用于将介电流体(24)传导通过所述至少一个管(32)；

其中所述至少一个热交换元件(40)被布置成横向向外按压抵靠所述至少一个管(32)的内表面(54)，以在所述至少一个热交换元件(40)与所述至少一个管(32)之间建立热传递联结，

其中所述热交换装置还包括至少一个膨胀工具(66)，所述至少一个膨胀工具(66)同心地被布置在所述至少一个管(32)内部，以用于将所述至少一个热交换元件(40)横向向外按压抵靠所述至少一个管(32)的所述内表面(54)，

其中每个膨胀工具包括具有头部和轴的螺栓、上锥形元件、下锥形元件和围绕所述螺栓的所述轴布置并具有锥形表面的多个膨胀元件，所述下锥形元件包括内螺纹，以螺纹接合所述螺栓的所述轴的外螺纹。

2.根据权利要求1所述的热交换装置(12)，其中所述至少一个热交换元件(40)包括至少两个热交换元件(40)，所述至少两个热交换元件(40)在沿着所述至少一个管(32)的纵向轴线(36)的相同的位置处被布置在所述至少一个管(32)内部。

3.根据权利要求1所述的热交换装置(12)，其中所述至少一个热交换元件(40)被挤出。

4.根据权利要求1所述的热交换装置(12)，其中所述至少一个热交换元件(40)由具有高热导率的材料制成。

5.根据权利要求4所述的热交换装置(12)，其中所述具有高热导率的材料是铝。

6.根据权利要求1所述的热交换装置(12)，其中所述至少一个管(32)由耐受海水腐蚀的材料制成。

7.根据权利要求6所述的热交换装置(12)，其中所述耐受海水腐蚀的材料是不锈钢。

8.根据权利要求1所述的热交换装置(12)，其中所述至少一个热交换元件(40)包括具有纵向凹部(64)的至少两个热交换元件(40)，使得当所述热交换元件(40)配合时，一个热交换元件(40)的纵向凹部(64)和另一热交换元件(40)的纵向凹部(64)一起限定所述至少一个内部通道(68)中的一个内部通道。

9.根据权利要求1所述的热交换装置(12)，还包括在所述至少一个热交换元件(40)内部横向布置的绝热管体(58)；其中所述至少一个管(32)包括封闭端(56)；其中所述绝热管体(58)被布置成将所述介电流体(24)朝向所述至少一个管(32)的所述封闭端(56)传导，并且其中所述至少一个内部通道(52、68)被布置成将所述介电流体(24)传导离开所述至少一个管(32)的所述封闭端(56)。

10.一种海底电子系统(10)，包括：

-防水外壳(16)，具有至少一个壁分段(18，20)；

-至少一个电子部件(14)，被布置在所述外壳(16)内部；以及

-根据前述权利要求中任一项所述的热交换装置(12)；

其中所述热交换装置(12)的所述至少一个管(32)形成通过所述至少一个电子部件(14)的冷却回路(42，104)的一部分。

11.根据权利要求10所述的海底电子系统(10)，其中所述至少一个壁分段(18)具有包括峰(84)和谷(86)的波形轮廓，并且其中所述至少一个管(32)至少部分地容纳在谷(86)内。

12.根据权利要求10或11所述的海底电子系统(10)，其中所述至少一个壁分段(18、20)中的一个壁分段是竖直定向的壁分段(18)，并且其中所述热交换装置(12)被连接到所述壁分段(18)。

13.根据权利要求10或11所述的海底电子系统(10)，其中所述至少一个电子部件(14)中的一个电子部件由功率转换器(96)构成。

14.根据权利要求10或11所述的海底电子系统(10)，其中所述外壳(16)包括上外壳部分(88)和下外壳部分(90)，所述上外壳部分(88)和所述下外壳部分(90)共同限定用于介电流体(24)的连续外壳容积(92)；其中所述外壳容积(92)包括上冷却回路(104)以及竖直地在所述上冷却回路(104)下方的下冷却回路(106)；并且其中所述热交换装置(12)的所述至少一个管(32)形成通过所述至少一个电子部件(14)的所述上冷却回路(104)的一部分。

15.根据权利要求10或11所述的海底电子系统(10)，其中当所述至少一个电子部件(14)在使用中时，所述介电流体(24)通过自然对流循环。