本發(fā)明涉及電力產(chǎn)品領(lǐng)域，尤其涉及氣體絕緣開關(guān)設(shè)備裝置冷卻技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

眾所周知，熱量耗散是高額定電流開關(guān)設(shè)備中的瓶頸。因為氣體絕緣開關(guān)設(shè)備全都是完全密封的，所以開關(guān)設(shè)備中的溫度上升非常嚴重。熱量只能經(jīng)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，熱量逐漸累積并且使氣體腔室內(nèi)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(chǎn)生的熱量；2)增加熱量耗散。為了減少產(chǎn)生的熱量，我們可以增加導(dǎo)體的橫截面面積，并且增加氣體腔室的尺寸。然而，所有這些方案將增加所占空間和成本。

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

因此，為氣體絕緣開關(guān)設(shè)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(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于氣體絕緣開關(guān)設(shè)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(fā)部分，以及連接蒸發(fā)器裝置和冷凝器的至少一個流體管道；流體管道傳導(dǎo)熱量并且填充有液體(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(fā)部分傳遞到冷凝器并且在熱蒸發(fā)端冷凝成液體，然后流回到管道以用 于下個冷卻循環(huán)。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施例，蒸發(fā)部分和至少一個流體管道被集成到一起，并且蒸發(fā)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(dǎo)管或是多個流體導(dǎo)管。

根據(jù)優(yōu)選的實施例，冷凝器包括散熱構(gòu)件，散熱構(gòu)件與流體管道連接并且布置在氣體腔室的外面。

根據(jù)本發(fā)明的第二個優(yōu)選的實施例，冷凝器是分離的部分，并且它與所有流體管道導(dǎo)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(jù)優(yōu)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(jù)優(yōu)選的實施例，流體管道的橫截面可以是圓形、環(huán)形或外部輪廓與內(nèi)部輪廓不同的形狀。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)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。流體管道還可以位于氣體腔室中的任何地方。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施例，流體管道是一種商業(yè)的流體管道。由于商業(yè)的流體管道容易得到并且熱量耗散效率足夠高，因此容易將根據(jù)本發(fā)明的方案實施到氣體絕緣開關(guān)設(shè)備。

根據(jù)優(yōu)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并且被適配成將冷凝器與蒸發(fā)部分連接。

根據(jù)優(yōu)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(nèi)部的任何地方。

根據(jù)優(yōu)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(yōu)選的示例性的實施例對本發(fā)明的主題進行更加詳細的說明，其中：

圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的第一個優(yōu)選的實施例的冷卻裝置的結(jié)構(gòu)；圖1B示出了配備有第一個優(yōu)選的實施例的冷卻裝置的開關(guān)設(shè)備；

圖2A-2B是配備有第一個優(yōu)選的實施例的冷卻裝置的開關(guān)設(shè)備的截面圖；

圖3A-3B示出了根據(jù)本發(fā)明的第二個優(yōu)選的實施例的冷卻裝置的結(jié)構(gòu)；

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；并且圖4C示出了流體管道的外部輪廓具有階梯狀結(jié)構(gòu)；

圖5示出了流體管道被設(shè)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(huán)示出了流體管道的橫截面是正方形環(huán)；圖6B和圖6C示出了流體管道的橫截面是不規(guī)則的；

圖7示出了冷卻裝置裝配在氣體絕緣開關(guān)設(shè)備上，并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(fā)明的優(yōu)選的實施例。

如圖1A-1B和圖2A-2B中所示，本發(fā)明提供一種用于氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的冷卻裝置1，該氣體絕緣開關(guān)設(shè)備在氣體腔室2中填充有氣體(例如SF6)。圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明第一個優(yōu)選的實施例的冷卻裝置1的結(jié)構(gòu)。圖1B示出了配備有第一個優(yōu)選的實施例的冷卻裝置1的開關(guān)設(shè)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(fā)部分13、以及連接蒸發(fā)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(dǎo)熱量并且填充有液體120(特別是一種低沸點的冷凝液)，以將熱量從蒸發(fā)部分13傳遞到冷凝器11。

根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，如圖1A-1B中所示，蒸發(fā)部分13和至少一個流體管道12集成到一起，并且蒸發(fā)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的位于氣體腔室側(cè)的一端，并且流體管道的冷凝器端指的是流體管道12的位于冷凝器側(cè)的一端。

冷凝器11包括多個散熱構(gòu)件110，多個散熱構(gòu)件110圍繞流體管道12布置在在氣體腔室2的外面?；蛏針?gòu)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(dǎo)材料(例如銅和鋁)制成。

在重力作用下，當(dāng)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(fā)部分13，蒸發(fā)部分13是流體管道12的底部。在開關(guān)設(shè)備在強電流負載下長時間運行期間，氣體腔室2的內(nèi)部溫度逐漸升高。蒸發(fā)部分13中的低沸點冷凝液120被逐漸加熱并且蒸發(fā)。高溫的蒸發(fā)冷凝液通過流體管道12上升到散熱構(gòu)件11。通過將熱量從冷凝液傳遞到散熱構(gòu)件然后從散熱構(gòu)件傳遞到空氣，散熱構(gòu)件11將使蒸發(fā)的冷凝液冷卻下來。蒸發(fā)的冷凝液將被冷凝成液體，然后再次流到蒸發(fā)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(jù)本發(fā)明的第一個優(yōu)選的實施例，蒸發(fā)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(fā)部分的作用。這種結(jié)構(gòu)簡單緊湊，并且它還節(jié)約成本。

圖2A-2B是配備有第一個優(yōu)選的實施例的冷卻裝置1的開關(guān)設(shè)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(dāng)然，流體管道12延伸得越長，實現(xiàn)的熱量耗散的效力越高。而流體管道12延伸得越短，則節(jié)約的成本越多。

圖3A-3B示出了根據(jù)本發(fā)明的第二個優(yōu)選的實施例的冷卻裝置1的結(jié)構(gòu)。流體管道12包括彼此分離的多個流體導(dǎo)管12’。根據(jù)這個優(yōu)選的實施例，蒸發(fā)部分13’是與流體導(dǎo)管12’分離的結(jié)構(gòu)。多個流體導(dǎo)管12’的底部端彼此導(dǎo)通并且與蒸發(fā)部分13’導(dǎo)通。

類似于上文在第一個優(yōu)選的實施例中描述的機制，當(dāng)氣體腔室2的溫度不高時，流體導(dǎo)管12’中的低沸點冷凝液120流到蒸發(fā)部分13’。在開關(guān)設(shè)備在強電流負載下長時間運行期間，氣體腔室2的內(nèi)部溫度逐漸升高。蒸發(fā)部分13’中的低沸點冷凝液120被逐漸加熱并且蒸發(fā)。高溫的蒸發(fā)冷凝液通過流體導(dǎo)管12’上升至散熱構(gòu)件11。蒸發(fā)的冷凝液通過蒸發(fā)的冷凝液和空氣之間的熱量傳遞將被散熱構(gòu)件11冷卻下來，并且將被冷凝至液體。然后，冷凝液再次經(jīng)由流體導(dǎo)管12’流至蒸發(fā)部分13’。

在這個優(yōu)選的實施例中，存在數(shù)個流體導(dǎo)管12’。因此，大大提高了熱量傳遞和熱量耗散的效率。

根據(jù)其它更優(yōu)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；并且圖4C示出了流體管道的外部輪廓具有階梯狀結(jié)構(gòu)1213。當(dāng)然，流體管道12的外部輪廓可以改變成未在這里示出的很多其它形狀(例如橢圓形)。在這些優(yōu)選的實施例中，例如，流體管道具有階梯狀結(jié)構(gòu)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。于是，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(nèi)部空間，并且需要更少的低沸點冷凝液120。因此，節(jié)約了成本。

根據(jù)另外更優(yōu)選的實施例，流體管道被設(shè)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，并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(huán)1221、或圖6B和圖6C中所示的外部輪廓與內(nèi)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(guān)設(shè)備上，并且流體管道12與氣體腔室壁21集成。根據(jù)另外更優(yōu)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 位于氣體腔室2中的任何地方。優(yōu)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(fā)明的更簡單的優(yōu)選的實施例的冷卻裝置，其中使用了商業(yè)的熱量管道123。熱量管道或熱量導(dǎo)管是組合熱傳導(dǎo)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(dǎo)固體表面接觸的液體通過從那個表面吸收熱量變成蒸汽。然后蒸汽沿著熱量管道行進至冷界面并且冷凝變回液體-從而釋放潛在的熱量。然后液體通過毛細管作用、離心力或重力返回到熱界面，并且重復(fù)這個循環(huán)。熱量管道由熱的超導(dǎo)材料制成，具有非常高的熱傳導(dǎo)系數(shù)，以實現(xiàn)沸騰和冷凝。有效熱傳導(dǎo)率隨著熱量管道的長度改變，并且對于長的熱量管道有效熱傳導(dǎo)率可以接近100,000W/m K，而銅的有效熱傳導(dǎo)率近似為400W/m K。

商業(yè)的熱量管道123既起流體管道的作用又起蒸發(fā)部分的作用。冷凝器11包括多個散熱構(gòu)件110，散熱構(gòu)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?；蛉鐖D8B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并且被適配成將冷凝器與蒸發(fā)部分13連接。冷凝器11還可以布置在氣體腔室2的側(cè)面。

本發(fā)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(fā)明的冷卻裝置，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備不需要進行太多修改。本發(fā)明的冷卻裝置還高度可靠且成本低。

盡管已經(jīng)基于一些優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解的是，這些實施例絕不應(yīng)限制本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明的精神和構(gòu)思的情況下，對實施例進行的任何變形和修改都在本領(lǐng)域具有普通知識和技能的人員的理解范圍內(nèi)，并因此落入由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。