用於氣體絕緣開關設備的冷卻裝置的製作方法

2023-05-08 06:23:38 2

本發明涉及電力產品領域，尤其涉及氣體絕緣開關設備裝置冷卻技術領域。

背景技術：

眾所周知，熱量耗散是高額定電流開關設備中的瓶頸。因為氣體絕緣開關設備全都是完全密封的，所以開關設備中的溫度上升非常嚴重。熱量只能經由氣體腔室外面的空氣來耗散。在強電流負載下的長時間運行期間，熱量逐漸累積並且使氣體腔室內部溫度快速上升。

目前解決上述問題的方案主要集中在兩點：1)減少產生的熱量；2)增加熱量耗散。為了減少產生的熱量，我們可以增加導體的橫截面面積，並且增加氣體腔室的尺寸。然而，所有這些方案將增加所佔空間和成本。

為了增加熱量耗散，目前的方案(例如解決氣體絕緣產品中的2500A溫度上升的方案)是通過風扇來強制冷卻，並且最關鍵點的溫度上升值相當接近極限。而且，另一考慮點是可靠性和風扇的使用壽命，因為氣體絕緣開關設備是無需維護的產品。

因此，為氣體絕緣開關設備提供更有效、可靠和低成本的熱量耗散方案非常有價值。

技術實現要素：

本發明提供一種用於氣體絕緣開關設備的冷卻裝置。冷卻裝置包括布置在氣體腔室外面的冷凝器、布置在氣體腔室中的蒸發部分，以及連接蒸發器裝置和冷凝器的至少一個流體管道；流體管道傳導熱量並且填充有液體(特別是一種低沸點的冷凝液)，以通過液體的相變將熱量從蒸發部分傳遞到冷凝器並且在熱蒸發端冷凝成液體，然後流回到管道以用 於下個冷卻循環。

根據本發明的優選的實施例，蒸發部分和至少一個流體管道被集成到一起，並且蒸發部分是至少一個流體管道的氣體腔室端。流體管道可以只是一個流體導管或是多個流體導管。

根據優選的實施例，冷凝器包括散熱構件，散熱構件與流體管道連接並且布置在氣體腔室的外面。

根據本發明的第二個優選的實施例，冷凝器是分離的部分，並且它與所有流體管道導通。因此低沸點的冷凝液能夠在流體管道和冷凝器之間流動。

根據優選的實施例，流體管道的外部輪廓可以是圓形、正方形、橢圓形、具有階梯狀或其它形狀。

根據優選的實施例，流體管道的橫截面可以是圓形、環形或外部輪廓與內部輪廓不同的形狀。

根據本發明優選的實施例，流體管道密閉地固定在氣體腔室壁上；或流體管道與氣體腔室壁集成。流體管道還可以位於氣體腔室中的任何地方。

根據本發明的另一優選的實施例，流體管道是一種商業的流體管道。由於商業的流體管道容易得到並且熱量耗散效率足夠高，因此容易將根據本發明的方案實施到氣體絕緣開關設備。

根據優選的實施例，冷凝器布置在氣體腔室的頂部上或氣體腔室的背部處。流體管道可以包括折彎角並且被適配成將冷凝器與蒸發部分連接。

根據優選的實施例，流體管道可以延伸到氣體腔室的底部或氣體腔室內部的任何地方。

根據優選的實施例，流體管道的冷凝器端是敞開的。

附圖說明

在下文的描述中將參照附圖中示出的優選的示例性的實施例對本發明的主題進行更加詳細的說明，其中：

圖1A示出了根據本發明的第一個優選的實施例的冷卻裝置的結構；圖1B示出了配備有第一個優選的實施例的冷卻裝置的開關設備；

圖2A-2B是配備有第一個優選的實施例的冷卻裝置的開關設備的截面圖；

圖3A-3B示出了根據本發明的第二個優選的實施例的冷卻裝置的結構；

圖4A示出了流體管道的外部輪廓為正方形；圖4B示出了流體管道的外部輪廓為圓形；並且圖4C示出了流體管道的外部輪廓具有階梯狀結構；

圖5示出了流體管道被設計成包括中空部分，以增加流體管道與氣體腔室中的SF6的接觸；

圖6是圖5的A-A方向上的截面圖；流體管道的橫截面可以是圓形，如圖6A所示的正方形環示出了流體管道的橫截面是正方形環；圖6B和圖6C示出了流體管道的橫截面是不規則的；

圖7示出了冷卻裝置裝配在氣體絕緣開關設備上，並且流體管道與氣體腔室壁集成；

圖8A示出了冷凝器布置在氣體腔室的頂部上；圖8B示出了冷凝器布置在氣體腔室的背部處。

具體實施方式

參照上面提到的圖，提供了本發明的優選的實施例。

如圖1A-1B和圖2A-2B中所示，本發明提供一種用於氣體絕緣開關設備的冷卻裝置1，該氣體絕緣開關設備在氣體腔室2中填充有氣體(例如SF6)。圖1A示出了根據本發明第一個優選的實施例的冷卻裝置1的結構。圖1B示出了配備有第一個優選的實施例的冷卻裝置1的開關設備。冷卻裝置1包括布置在氣體腔室2的外面的冷凝器11、布置在氣體腔室中的蒸發部分13、以及連接蒸發器裝置13和冷凝器11的至少一個流體管道12。流體管道11傳導熱量並且填充有液體120(特別是一種低沸點的冷凝液)，以將熱量從蒸發部分13傳遞到冷凝器11。

根據本發明的一個優選的實施例，如圖1A-1B中所示，蒸發部分13和至少一個流體管道12集成到一起，並且蒸發部分13是至少一個流體管道12的氣體腔室端。流體管道12具有兩個端。至少一個流體管道12的氣體腔室端指的是流體管道12的位於氣體腔室側的一端，並且流體管道的冷凝器端指的是流體管道12的位於冷凝器側的一端。

冷凝器11包括多個散熱構件110，多個散熱構件110圍繞流體管道12布置在在氣體腔室2的外面。或散熱構件提供開口，開口被適配成與流體管道12的頂部開口緊密連接。流體管道12由高熱傳導材料(例如銅和鋁)製成。

在重力作用下，當氣體腔室2的溫度不高時，流體管道12中的低沸點冷凝液120流至蒸發部分13，蒸發部分13是流體管道12的底部。在開關設備在強電流負載下長時間運行期間，氣體腔室2的內部溫度逐漸升高。蒸發部分13中的低沸點冷凝液120被逐漸加熱並且蒸發。高溫的蒸發冷凝液通過流體管道12上升到散熱構件11。通過將熱量從冷凝液傳遞到散熱構件然後從散熱構件傳遞到空氣，散熱構件11將使蒸發的冷凝液冷卻下來。蒸發的冷凝液將被冷凝成液體，然後再次流到蒸發部分13。

通過上文的機制和過程，氣體腔室2的溫度被冷卻下來。

根據本發明的第一個優選的實施例，蒸發部分13和至少一個流體管道12被集成到一起。這意味著流體管道12的氣體腔室端既起流體管道的作用又起蒸發部分的作用。這種結構簡單緊湊，並且它還節約成本。

圖2A-2B是配備有第一個優選的實施例的冷卻裝置1的開關設備的截面圖。流體管道12的長度L12可以改變。如圖2A中所示，流體管道12可以延伸至氣體腔室2的底部，或正好到氣體腔室2的中間部分或上部部分，如圖2B中所示。當然，流體管道12延伸得越長，實現的熱量耗散的效力越高。而流體管道12延伸得越短，則節約的成本越多。

圖3A-3B示出了根據本發明的第二個優選的實施例的冷卻裝置1的結構。流體管道12包括彼此分離的多個流體導管12』。根據這個優選的實施例，蒸發部分13』是與流體導管12』分離的結構。多個流體導管12』的底部端彼此導通並且與蒸發部分13』導通。

類似於上文在第一個優選的實施例中描述的機制，當氣體腔室2的溫度不高時，流體導管12』中的低沸點冷凝液120流到蒸發部分13』。在開關設備在強電流負載下長時間運行期間，氣體腔室2的內部溫度逐漸升高。蒸發部分13』中的低沸點冷凝液120被逐漸加熱並且蒸發。高溫的蒸發冷凝液通過流體導管12』上升至散熱構件11。蒸發的冷凝液通過蒸發的冷凝液和空氣之間的熱量傳遞將被散熱構件11冷卻下來，並且將被冷凝至液體。然後，冷凝液再次經由流體導管12』流至蒸發部分13』。

在這個優選的實施例中，存在數個流體導管12』。因此，大大提高了熱量傳遞和熱量耗散的效率。

根據其它更優選的實施例，流體管道的外部輪廓可以具有如圖4A-4C中示出的很多形狀。圖4A示出了流體管道12的外壁輪廓為正方形1211；圖4B示出了流體管道的外部輪廓為圓形1212；並且圖4C示出了流體管道的外部輪廓具有階梯狀結構1213。當然，流體管道12的外部輪廓可以改變成未在這裡示出的很多其它形狀(例如橢圓形)。在這些優選的實施例中，例如，流體管道具有階梯狀結構1213的外部輪廓可以增加流體管道12與氣體腔室中填充的氣體(例如SF6)的接觸。於是，大大提高了熱量傳遞和熱量耗散的效率。而且，減小了流體管道12的內部空間，並且需要更少的低沸點冷凝液120。因此，節約了成本。

根據另外更優選的實施例，流體管道被設計成包括中空部分，以增加流體管道12與氣體腔室中的SF6的接觸，並且因此增加熱量傳遞和熱量耗散的效率，如圖5中所示。

圖6是圖5的A-A方向上的截面圖。流體管道12的橫截面可以是圓形、圖6A中所示的正方形環1221、或圖6B和圖6C中所示的外部輪廓與內部輪廓不同的形狀1222、1223、或任何其它形狀。

圖7示出了冷卻裝置被裝配到氣體絕緣開關設備上，並且流體管道12與氣體腔室壁21集成。根據另外更優選的實施例，流體管道12密閉地固定在氣體腔室壁21上；或流體管道12與氣體腔室壁21集成。然而，在這些實施例中，減少了SF6和流體管道12之間的接觸。為了得到高效率的熱量傳遞和熱量耗散，不推薦使用這個實施例。流體管道12還可以 位於氣體腔室2中的任何地方。優選的位置不靠近氣體腔室壁，因此增加了與氣體腔室中的SF6的接觸。

圖8A-8B示出本發明的更簡單的優選的實施例的冷卻裝置，其中使用了商業的熱量管道123。熱量管道或熱量導管是組合熱傳導原理和相變原理這二者以有效管理兩個固體界面之間熱量的傳遞的熱量傳遞裝置。在熱量管道的熱界面處，與熱傳導固體表面接觸的液體通過從那個表面吸收熱量變成蒸汽。然後蒸汽沿著熱量管道行進至冷界面並且冷凝變回液體-從而釋放潛在的熱量。然後液體通過毛細管作用、離心力或重力返回到熱界面，並且重複這個循環。熱量管道由熱的超導材料製成，具有非常高的熱傳導係數，以實現沸騰和冷凝。有效熱傳導率隨著熱量管道的長度改變，並且對於長的熱量管道有效熱傳導率可以接近100,000W/m K，而銅的有效熱傳導率近似為400W/m K。

商業的熱量管道123既起流體管道的作用又起蒸發部分的作用。冷凝器11包括多個散熱構件110，散熱構件110圍繞流體管道123布置在氣體腔室2的外面。如圖8A所示，冷凝器11布置在氣體腔室2的頂部上。或如圖8B所示，冷凝器11布置在氣體腔室2的背部處，其中熱量管道123包括折彎角1230並且被適配成將冷凝器與蒸發部分13連接。冷凝器11還可以布置在氣體腔室2的側面。

本發明的冷卻裝置不僅簡單而且熱量傳遞和熱量耗散的效率高。為了實施本發明的冷卻裝置，氣體絕緣開關設備不需要進行太多修改。本發明的冷卻裝置還高度可靠且成本低。

儘管已經基於一些優選的實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應該了解的是，這些實施例絕不應限制本發明的範圍。在不背離本發明的精神和構思的情況下，對實施例進行的任何變形和修改都在本領域具有普通知識和技能的人員的理解範圍內，並因此落入由所附權利要求所限定的本發明的範圍內。