[发明专利]一种无功补偿装置蒸发冷却系统

说明书

技术领域

本发明涉及蒸发冷却装置，特别涉及一种无功补偿装置(svc)的蒸发冷却装置。

背景技术

随着高压交流输电技术、交流变频调速技术等方面日益广泛应用，电力电子装置的紧凑型和可靠性问题越来越受到广大电力技术人员的关注。在影响电力电子装置可靠性的多种因素中，散热是至关重要的一个。大功率半导体器件(亦称电力电子器件)工作时所产生的热量，将导致芯片温度的升高，如果没有适当的散热措施，可能使芯片的温度超过所允许的最高结温，从而导致器件性能的恶化以致损坏。所以在电路设计中，选择适当的散热方式，并进行合理的设计，是使器件的潜力得到充分发挥，提高电路可靠性不可缺少的重要环节之一。

现代电力电子装置一般采用空气冷却或者水冷。应该说，从散热的角度来说，水冷是非常理想的。但是，水循环系统工艺要求高，安装复杂，维护工作量大，而且一旦漏水，会带来安全隐患。所以，能够用空气冷却解决问题的场合，就不要采用水冷。采用水冷必须解决冷却水的纯度和长期运行时系统的可靠性及腐蚀两大问题。总之，开发和选择新型高效散热技术对电力电子装置进行冷却，是保证装置可靠性和缩小设备体积的一个重要措施。

目前，蒸发冷却技术是一种高效冷却技术，它依据冷却介质蒸发时气化潜热带走发热体的热量，使发热元件降温。由于无功补偿装置(SVC)等FACTS控制器中发热元件较多且密集，例如SVC整个装置有几十几甚至上百只晶闸管，数量之多且热流密度很高。若采用蒸发冷却技术，将众多晶闸管、电阻等发热元件的散热系统集成设计，可实现控制器结构更加紧凑，体积更小，无噪声，维护减少。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对多个功率半导体器件，以及电阻、电抗等电力电子器件进行自循环的蒸发冷却系统。本发明结构简单、提高可靠性、体积小。可以在某种特殊条件下作用。

一台无功补偿装置的电路输入输出回路中包含有多个阀组件，阀组件由若干晶闸管、阻尼电阻及其触发、保护和阀电抗器等组成的部件。每个阀组件中的所有晶闸管串联，每两个冷板之间夹有一个晶闸管，冷板和晶闸管之间通过紧固件夹紧，晶闸管由冷板冷却。阀组件中的阻尼电阻置于蒸发冷却散热器内部，由蒸发冷却散热器冷却。因此每个阀组件中的晶闸管、阻尼电阻、冷板、蒸发冷却散热器、热流体集管，冷流体集管组成一个冷却组件，所述冷却组件中的冷板通过引流管与蒸发冷却散热器连通，蒸发冷却散热器的进口接头位置高于冷板的出口接头。蒸发冷却散热器通过热流体集管与冷凝器连接，冷板通过冷流体集管与冷凝器连通。多个冷却组件与冷凝器连通，形成密闭自循环回路，循环回路内充有绝缘的蒸发冷却介质，组成无功补偿装置的蒸发冷却系统。冷凝器的位置高于所有冷却组件的最高部位。

所述冷板为方形的空腔体，冷板表面与晶闸管的发热面紧密接触，冷却介质在空腔体内流动，通过热传导吸收晶闸管产生的热量，达到使晶闸管降温的目的。冷板的材质可选铜、铝等导热性能好的金属。

所述阻尼电阻固定于蒸发冷却散热器内部。蒸发冷却散热器内部的冷却介质与阻尼电阻直接接触，并吸收阻尼电阻产生的热量，达到阻尼电阻降温的目的。蒸发冷却散热器的材质可选用任何与冷却介质相容的材料，例如铜、铝、环氧树脂、聚四氟乙烯等。

所述的冷板和蒸发冷却散热器的上部均有一个进口接头，下部均有一个出口接头，冷板的出口接头通过引流管与蒸发冷却散热器进口接头连通，蒸发冷却散热器的出口接头与热流体集管相通，热流体集管与冷凝器的入口连通，冷板的底部有一个进口接头，此进口接头与冷流体集管相连通，冷流体集管与冷凝器出口连通，所述的冷凝器出口接头位于冷凝器的最低处，冷凝器的进口接头垂直位置高于所述的出口接头。所述冷凝器位置高于蒸发冷却散热器。所述蒸发冷却散热器的进口接头位置高于冷板的出口接头。

本发明的特点之一，所述冷板和蒸发冷却散热器、热流体集管、蒸发冷凝器、冷流体集管、冷凝器形成一个密闭的环流系统。

本发明的特点之二，蒸发冷凝换热效率高，根据沸腾换热机理，蒸发冷却介质吸收从功率器件表面传递过来的热量，介质相变吸热，沸腾换热时热传导率是风冷的100倍、油冷的10倍，冷却效果与水冷相当，非常适于高热密度发热体的冷却。为装置的小型化创造了有利条件。

本发明的特点之三，可靠性提高，冷却介质为高绝缘的惰性液体，耐击穿电压大于35kV/2.5mm，ph值约为7，可防火灭弧，介质的高绝缘性提高了在高压环境下运行的可靠性。无目前采用的水冷发式的弊病，即无水冷的结露、水路堵塞等带来的故障以及水处理设备的投资，经济性较好。