CN117042406A - 一种浸没式换流阀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换流阀散热的技术领域，公开了一种浸没式换流阀装置，包括：箱体、换流阀模块以及冷却模块，其中换流阀模块包括多个换流阀组件，多个换流阀组件沿垂直方向依次相互交错设置，下层的换流阀组件发热产生的气泡不会被上层换流阀组件阻挡，避免了气泡聚集增加上层换流阀组件底面与冷却液之间的传热热阻的情况，提高了浸没式换流阀装置的传热效率。

Description

一种浸没式换流阀装置

技术领域

本发明涉及换流阀散热的技术领域，尤其涉及一种浸没式换流阀装置。

背景技术

换流阀是特高压直流输电中的重要设备，而特高压直流输电换流阀等大功率电力电子装置的核心器件则是大功率晶闸管。过高的温度会导致换流阀中的电子器件失效，除开换流阀晶闸管本身的性能外，工作时的温度也是影响晶闸管运行可靠性的关键原因。研究表明，电力电子装置总失效事故中55％是由电力设备温度过高引起的，并且传统的风冷散热技术并不能满足大功率输配电设备中换流阀晶闸管的保护需求。因此，为保障换流阀的运行稳定性，需对现有换流阀设备结构进行改进，高效的提高其散热能力。

浸没式冷却是将器件浸没在低沸点的冷却液体中，器件将热量传递给绝缘冷却液，液体吸收热量气化为蒸汽，蒸汽再被外部冷源液化为液体，继续吸收热量。浸没式冷却具有冷却效果好、结构简单、成本低廉及可靠性高等优点，同时因其满足轻量化、高度集成化电子设备的散热需求，在换流阀热管理领域中具有广泛的应用前景。但现有的浸没式换流阀装置内为多个换流单阀沿垂直方向平行排布，下层单阀发热产生的气泡会聚集在上层单阀，极大地增加了上层单阀壁面与冷却液之间的传热热阻，传热效率较低。

发明内容

本发明提供了一种浸没式换流阀装置，解决了现有的浸没式换流阀装置传热效率较低的技术问题。

本发明提供的一种浸没式换流阀装置，包括：箱体、换流阀模块以及冷却模块；

所述箱体内充灌有冷却液；

所述冷却模块设置于所述箱体的顶部；

所述换流阀模块包括固定架和多个换流阀组件；

所述固定架悬挂固定于所述箱体内；

多个所述换流阀组件分别安装于所述固定架上，多个所述换流阀组件沿垂直方向依次相互交错设置。

可选地，各所述换流阀组件沿水平方向倾斜设置。

可选地，所述冷却模块的内部与所述箱体的内部连通。

可选地，所述冷却模块包括多个冷凝管束；

所述冷凝管束为倒U型结构。

可选地，所述冷凝管束的侧面设置有多个翅片，多个所述翅片之间填充有泡沫金属。

可选地，所述泡沫金属为孔隙率梯度泡沫金属，所述泡沫金属的孔隙率沿远离所述冷凝管束外侧面的方向逐渐增大。

可选地，所述换流阀组件包括两个并排的换流阀单阀，所述换流阀单阀包括夹具、多个晶闸管以及多个散热板；

所述晶闸管和所述散热板交替设置构成单阀主体；

所述夹具设置于所述单阀主体的两端。

可选地，还包括接线模块；

各所述换流阀组件依次电气连接；

所述接线模块设置于所述箱体的侧面，与所述换流阀组件电气连接。

可选地，所述接线模块包括高压交流端子、低压直流端子以及高压直流端子；

所述高压交流端子、所述低压直流端子以及所述高压直流端子沿垂直方向依次设置在所述箱体的侧面。

可选地，所述固定架通过螺栓悬挂固定于所述箱体内；

所述固定架与所述箱体内部各面无接触。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种浸没式换流阀装置，包括：箱体、换流阀模块以及冷却模块，其中换流阀模块包括多个换流阀组件，多个换流阀组件沿垂直方向依次相互交错设置，下层的换流阀组件发热产生的气泡不会被上层换流阀组件阻挡，避免了气泡聚集增加上层换流阀组件底面与冷却液之间的传热热阻的情况，提高了浸没式换流阀装置的传热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种浸没式换流阀装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的各换流阀组件布置的俯视图；

图3为本发明实施例提供的各换流阀组件布置的立体示意图；

图4为本发明实施例提供的冷凝管束的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的换流阀单阀的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种浸没式换流阀装置，用于解决现有的浸没式换流阀装置传热效率较低的技术问题。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，图1为本发明实施例一提供的一种浸没式换流阀装置的结构示意图。

本发明实施例一提供了一种浸没式换流阀装置，包括：箱体1、换流阀模块以及冷却模块2；

箱体1内充灌有冷却液；

冷却模块2设置于箱体1的顶部；

换流阀模块包括固定架3和多个换流阀组件4；

固定架3悬挂固定于箱体1内；

多个换流阀组件4分别安装于固定架3上，多个换流阀组件4沿垂直方向依次相互交错设置。

可以理解的是，箱体1内的多个换流阀组件4会被箱体1内充灌的冷却液浸没，在换流阀组件4工作时，其产生的热量使箱体1内的冷却液汽化蒸发，带走热量，冷却液蒸汽经箱体1顶部的冷却系统冷凝为冷却液滴后，在重力作用下滴回箱体1内。冷却液优选为具有良好的化学惰性、电绝缘性以及热传导性的低沸点液体。

需要说明的是，固定架3可以通过螺栓悬挂固定于箱体1内；为了保证冷却液对流换热效果，需要保证冷却液在换流阀组件4周围有足够的流动区域，多个换流阀组件4互不接触地安装于固定架3上，固定架3和多个换流阀组件4均与箱体1内部各面无接触。

多个换流阀组件4沿垂直方向依次相互交错设置指的是在垂直方向上，每一层换流阀组件4都会与上一层和下一层的换流阀组件4错开一定的位置，形成俯视时多个换流阀组件4相互交叉且位置不重叠的布局；如图2所示，当换流阀组件4的数量为三个时，各层换流阀组件4沿垂直方向相互为60°交错布置。

由于多个沿垂直方向依次相互交错设置，使下层换流阀组件发热产生的气泡上升至箱体1顶部冷却模块2中冷凝，不会聚集于上层换流阀组件的底面，避免了气泡聚集增加上层换流阀组件底面与冷却液之间的传热热阻的情况，提高了浸没式换流阀装置的传热效率。

此外，若换流阀装置在垂直方向上有安装空间的限制，则多个换流阀组件平行设置会使相邻换流阀组件之间的距离较小，相应的冷却液在换流阀组件间的流动区域也较小，对流换热效果较差；而将多个换流阀组件4沿垂直方向依次相互交错设置可以增大冷却液在换流阀组件4间的流动区域，促进对流换热。

进一步地，各换流阀组件4沿水平方向倾斜设置。

如图3所示，在多个换流阀组件4沿垂直方向依次相互交错设置的基础上，可以进一步将换流阀组件4沿水平方向倾斜设置，使换流阀组件4发热产生的气泡在浮力、重力和表面张力的综合影响下沿换流阀组件4的倾斜面运动，带动周围的冷却液产生流动，使更多新鲜的冷却液与换流阀组件4表面进行换热，提高该区域的对流换热系数；且气泡在上升的过程中还会破坏换流阀组件4表面的冷却液边界层，减小冷却液边界层的厚度，从而提高了换流阀组件4表面与冷却液对流传热的效果，进一步提高了浸没式换流阀装置的传热效率。

在一个优选的实施例中，冷却模块2的内部与箱体1的内部连通。

可以理解的是，冷却模块2的内部与箱体1的内部连通可以使上升的冷却液蒸汽与冷却模块2的接触面积更大，促进蒸汽的冷凝。具体地，冷却模块2可以包括多个冷凝管束21，冷凝管束21为倒U型结构，冷凝管束21的进口和出口均在箱体1顶部与箱体1内部连通，冷却液蒸汽在冷凝管束21内壁上冷凝为冷却液滴后，可以随倒U型结构顺畅地流回箱体1中。

进一步地，冷凝管束21的侧面设置有多个翅片22，多个翅片22之间填充有泡沫金属23。

需要说明的是，多个翅片22平行设置在冷凝管束21的两侧或环绕冷凝管束21的侧面，翅片22内部与冷凝管束21内部连通，增大了冷凝管束21的传热面积；泡沫金属是一种具有多孔结构的轻质材料，将泡沫金属填充在翅片22之间可以增大换热的比表面积，热量可以快速地在金属结构中传导，从而实现较好的热传导性能；由于翅片22越薄，相对传热面积越大，但薄翅片22也容易在外力作用下损坏，将泡沫金属填充在翅片22之间还可以分担翅片22遭受的外力，增加冷凝管束21在翅片22处的结构刚度，使翅片22结构不易遭到破坏。

更进一步地，泡沫金属23为孔隙率梯度泡沫金属，泡沫金属23的孔隙率沿远离冷凝管束21外侧面的方向逐渐增大。

可以理解的是，靠近冷凝管外侧面的区域选择孔隙率较低的泡沫金属，可以增加热交换表面积，促进热量的传递和散发，此区域的孔隙率优选为70％；远离冷凝管外侧面的区域选择孔隙率较高的泡沫金属，可以减少空气阻力，使空气更容易通过孔隙带走热量，此区域的泡沫金属孔隙率优选为95％；中间区域的泡沫金属的孔隙率沿远离冷凝管束21外侧面的方向依次梯度递增。

在一个优选的实施例中，换流阀组件4包括两个并排的换流阀单阀，如图5所示，换流阀单阀包括夹具41、多个晶闸管42以及多个散热板43；

晶闸管42和散热板43交替设置构成单阀主体；

夹具41设置于单阀主体的两端。

需要说明的是，并排指的是基于图5所示的方位，两个换流阀单阀左右并排或前后并排，不包括上下并排。夹具41用于压合固定交替设置的多个晶闸管42和多个散热板43；晶闸管42的数量需留有一定的冗余度，可保证当部分晶闸管42出现故障时浸没式换流阀装置仍能继续正常工作。

在一个优选的实施例中，本发明的浸没式换流阀装置还包括接线模块5；

各换流阀组件4依次电气连接；

接线模块5设置于箱体1的侧面，与换流阀组件4电气连接。

进一步地，接线模块5包括高压交流端子51、低压直流端子52以及高压直流端子53；

高压交流端子51、低压直流端子52以及高压直流端子53沿垂直方向依次设置在箱体1的侧面。

可以理解的是，接线模块5用于连接换流阀组件4和外界设备。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和模块，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种浸没式换流阀装置，其特征在于，包括：箱体、换流阀模块以及冷却模块；

所述箱体内充灌有冷却液；

所述冷却模块设置于所述箱体的顶部；

所述换流阀模块包括固定架和多个换流阀组件；

所述固定架悬挂固定于所述箱体内；

多个所述换流阀组件分别安装于所述固定架上，多个所述换流阀组件沿垂直方向依次相互交错设置。

2.根据权利要求1所述的浸没式换流阀装置，其特征在于，各所述换流阀组件沿水平方向倾斜设置。

3.根据权利要求1所述的浸没式换流阀装置，其特征在于，所述冷却模块的内部与所述箱体的内部连通。

4.根据权利要求3所述的浸没式换流阀装置，其特征在于，所述冷却模块包括多个冷凝管束；

所述冷凝管束为倒U型结构。

5.根据权利要求4所述的浸没式换流阀装置，其特征在于，所述冷凝管束的侧面设置有多个翅片，多个所述翅片之间填充有泡沫金属。

6.根据权利要求5所述的浸没式换流阀装置，其特征在于，所述泡沫金属为孔隙率梯度泡沫金属，所述泡沫金属的孔隙率沿远离所述冷凝管束外侧面的方向逐渐增大。

7.根据权利要求1所述的浸没式换流阀装置，其特征在于，所述换流阀组件包括两个并排的换流阀单阀，所述换流阀单阀包括夹具、多个晶闸管以及多个散热板；

所述晶闸管和所述散热板交替设置构成单阀主体；

所述夹具设置于所述单阀主体的两端。

8.根据权利要求1所述的浸没式换流阀装置，其特征在于，还包括接线模块；

各所述换流阀组件依次电气连接；

所述接线模块设置于所述箱体的侧面，与所述换流阀组件电气连接。

9.根据权利要求8所述的浸没式换流阀装置，其特征在于，所述接线模块包括高压交流端子、低压直流端子以及高压直流端子；

所述高压交流端子、所述低压直流端子以及所述高压直流端子沿垂直方向依次设置在所述箱体的侧面。

10.根据权利要求1所述的浸没式换流阀装置，其特征在于，所述固定架通过螺栓悬挂固定于所述箱体内；

所述固定架与所述箱体内部各面无接触。