本實(shí)用新型涉及晶閘管散熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶閘管散熱裝置。

背景技術(shù)：

20世紀(jì)50年代后，由于我國(guó)電力需求日益增長(zhǎng)，遠(yuǎn)距離、大容量輸電線路不斷增加，電網(wǎng)擴(kuò)大，交流輸電受到同步運(yùn)行穩(wěn)定性的限制，因此直流輸電技術(shù)在我國(guó)得到迅速發(fā)展。直流輸電技術(shù)具有長(zhǎng)距離、大容量、低損耗的特性，為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的國(guó)家電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)我國(guó)大范圍資源優(yōu)化配置、推動(dòng)能源高效開(kāi)發(fā)利用等提供著重要保障。

然而，直流輸電技術(shù)的發(fā)展卻要受制于換流站設(shè)備，換流站用于實(shí)現(xiàn)直流輸電工程中直流和交流相互能量的轉(zhuǎn)換。其中，換流閥是換流站中的核心設(shè)備，其主要功能是進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換，從最初的汞弧閥發(fā)展到現(xiàn)在的電控和光控晶閘管閥，換流閥單位容量在不斷增大。換流閥可以懸掛，也可以采用支柱絕緣子支撐，形成多脈動(dòng)的直流輸電系統(tǒng)。而換流閥其中最關(guān)鍵的部件就是晶閘管，晶閘管以不同的串并聯(lián)方式組成換流閥。晶閘管是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件中，晶閘管是具有最高耐壓容量與最大電流容量的器件。

通常，晶閘管工作于室內(nèi)，但并不工作于額定電壓和電流狀態(tài)下，而是工作于欠壓和欠流狀態(tài)下。當(dāng)晶閘管在通流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重發(fā)熱，熱損耗呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，從而大幅度降低晶閘管的通流性能，影響電能傳輸。因而能否快速地將晶閘管產(chǎn)生的熱量傳遞轉(zhuǎn)移出去，成為保證并提高晶閘管性能穩(wěn)定的關(guān)鍵因素；同時(shí)，對(duì)提高晶閘管以及換流閥的壽命也有非常明顯的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種晶閘管散熱裝置，以解決晶閘管在通流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重發(fā)熱的問(wèn)題。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，提供了一種晶閘管散熱裝置，所述晶閘管散熱裝置包括晶閘管級(jí)換熱組件和散熱組件；

所述晶閘管級(jí)換熱組件包括晶閘管級(jí)、封裝體、液態(tài)合金、第一封堵件、第二封堵件、托底槽和半導(dǎo)體散熱層；所述晶閘管級(jí)底部與所述半導(dǎo)體散熱層貼合；所述托底槽位于所述晶閘管級(jí)下方；所述托底槽的面積大于所述晶閘管級(jí)的面積；所述托底槽的側(cè)壁與所述晶閘管級(jí)之間通過(guò)所述封裝體澆注封裝；所述晶閘管級(jí)與所述托底槽以及所述封裝體圍成容置腔；所述液態(tài)合金承裝于所述托底槽內(nèi)，與所述半導(dǎo)體散熱層接觸；

所述散熱組件包括第一引流管、第二引流管和散熱管；所述第一引流管的一端貫穿所述托底槽一側(cè)的側(cè)壁，與所述容置腔連通；所述第二引流管的一端貫穿所述托底槽另一側(cè)的側(cè)壁，與所述容置腔連通；所述第一引流管與所述托底槽之間通過(guò)所述第一封堵件密封；所述第二引流管與所述托底槽之間通過(guò)所述第二封堵件密封；所述第一引流管的另一端與所述第二引流管的另一端通過(guò)所述散熱管連通。

作為本實(shí)用新型所提供的晶閘管散熱裝置的改進(jìn)，所述散熱組件還包括設(shè)于所述散熱管一側(cè)的散熱葉片和葉片控制器；所述散熱葉片和所述葉片控制器電連接。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型所提供的晶閘管散熱裝置，所述半導(dǎo)體散熱層表面設(shè)有數(shù)個(gè)散熱孔。

優(yōu)選地，本實(shí)用新型所提供的晶閘管散熱裝置，所述散熱管的形狀為蛇形。

優(yōu)選地，所述托底槽的一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有第一通孔，所述第一引流管穿過(guò)所述第一通孔與所述容置腔連通，所述第一封堵件呈環(huán)形，且設(shè)于所述第一引流管與所述第一通孔之間的縫隙中；

所述托底槽的另一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有第二通孔，所述第二引流管穿過(guò)所述第二通孔與所述容置腔連通，所述第二封堵件呈環(huán)形，且設(shè)于所述第二引流管與所述第二通孔之間的縫隙中。

優(yōu)選地，所述第一通孔與所述第二通孔的高度高于所述托底槽內(nèi)部的底面。

由以上技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型提供的一種晶閘管散熱裝置，包括晶閘管級(jí)換熱組件和散熱組件；所述晶閘管級(jí)換熱組件又包括晶閘管級(jí)、封裝體、液態(tài)合金、第一封堵件、第二封堵件、托底槽和半導(dǎo)體散熱層；所述散熱組件包括第一引流管、第二引流管和散熱管。由于所述半導(dǎo)體散熱層具有傳熱、散熱性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨的特點(diǎn)，因此當(dāng)半導(dǎo)體散熱層與晶閘管級(jí)底部貼合，再與所述液態(tài)合金大面積接觸后，可將晶閘管內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量迅速傳遞給液態(tài)合金；所述液態(tài)合金的特點(diǎn)在于其比熱容極高，流動(dòng)性能極好，控制節(jié)奏較強(qiáng)，能夠吸收大量熱。再通過(guò)第一引流管和第二引流管將高溫液態(tài)合金流體導(dǎo)入散熱管，由于散熱管本身置于外界環(huán)境中，可以將管內(nèi)液態(tài)合金的熱量散出。因此，上述結(jié)構(gòu)的晶閘管散熱裝置可以快速地將晶閘管級(jí)產(chǎn)生的熱量傳遞轉(zhuǎn)移出去，保證并提高晶閘管級(jí)工作的穩(wěn)定性；同時(shí)，對(duì)提高晶閘管級(jí)以及換流閥的壽命也有非常明顯的效果。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例示出的一種晶閘管散熱裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2為根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例示出的一種晶閘管散熱裝置的另一種結(jié)構(gòu)圖；

其中，1-晶閘管級(jí)換熱組件，2-散熱組件，3-封裝體，4-晶閘管級(jí)，5-液態(tài)合金，6-第一封堵件，61-第二封堵件，7-托底槽，8-第一引流管，81-第二引流管，9-散熱管，10-散熱葉片，11-葉片控制器，12-半導(dǎo)體散熱層，13-容置腔。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

圖1示出了本實(shí)用新型提供的一種晶閘管散熱裝置結(jié)構(gòu)圖。由圖1可知，所述晶閘管散熱裝置包括晶閘管級(jí)換熱組件1和散熱組件2；

所述晶閘管級(jí)換熱組件1包括晶閘管級(jí)4、封裝體3、液態(tài)合金5、第一封堵件6、第二封堵件61、托底槽7和半導(dǎo)體散熱層12；所述晶閘管級(jí)4底部與所述半導(dǎo)體散熱層12貼合；所述托底槽7位于所述晶閘管級(jí)4下方；所述托底槽7的面積大于所述晶閘管級(jí)4的面積；所述托底槽7的側(cè)壁與所述晶閘管級(jí)4之間通過(guò)所述封裝體3澆注封裝；所述晶閘管級(jí)4與所述托底槽7以及所述封裝體3圍成容置腔13；所述液態(tài)合金5承裝于所述托底槽7內(nèi)，與所述半導(dǎo)體散熱層12接觸；

所述散熱組件2包括第一引流管8、第二引流管81和散熱管9；所述第一引流管8的一端貫穿所述托底槽7一側(cè)的側(cè)壁，與所述容置腔13連通；所述第二引流管81的一端貫穿所述托底槽7另一側(cè)的側(cè)壁，與所述容置腔13連通；所述第一引流管8與所述托底槽7之間通過(guò)所述第一封堵件6密封；所述第二引流管81與所述托底槽7之間通過(guò)所述第二封堵件61密封；所述第一引流管8的另一端與所述第二引流管81的另一端通過(guò)所述散熱管9連通。

上述結(jié)構(gòu)的晶閘管散熱裝置的工作過(guò)程為：直流輸電工程中換流站的換流閥運(yùn)作，換流閥核心部件晶閘管級(jí)4運(yùn)作，所述晶閘管級(jí)4由于通流時(shí)間長(zhǎng)、電壓等級(jí)大等原因，產(chǎn)生大量熱量。由于所述晶閘管級(jí)4的底部與所述半導(dǎo)體散熱層12貼合，且與所述容置腔13中的液態(tài)合金5大面積接觸，所以所述晶閘管級(jí)4將熱量通過(guò)所述半導(dǎo)體散熱層12傳遞給液態(tài)合金5。又由于，所述第一引流管8貫穿所述托底槽7一側(cè)的側(cè)壁，與所述容置腔13連通，且所述第二引流管81貫穿所述托底槽7另一側(cè)的側(cè)壁，與所述容置腔13連通，所述第一引流管8與所述第二引流管81通過(guò)所述散熱管9連通，從而使液態(tài)合金5可以于上述管路中流通。所以當(dāng)所述液態(tài)合金5受熱后膨脹，有從容置腔13中流出的趨勢(shì)時(shí)，所述第一引流管8或所述第二引流管81即將容置腔13內(nèi)的高溫液態(tài)合金5引出至散熱管9內(nèi)，此時(shí)，散熱管9內(nèi)充滿高溫液態(tài)合金5。由于散熱管9本身置于外界環(huán)境中，遂散熱管9內(nèi)高溫液態(tài)合金5的熱量將自發(fā)散出至環(huán)境中，從而使散熱管9內(nèi)液態(tài)合金5的溫度降低。散熱之后，溫度低的液態(tài)合金5在受到溫度高的液態(tài)合金5的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)第二引流管81或第一引流管8流回至所述容置腔13中，所述液態(tài)合金5的流動(dòng)方向與其溫度梯度方向有關(guān)，然后繼續(xù)吸收由所述半導(dǎo)體散熱層12傳遞過(guò)來(lái)的熱量，重復(fù)上述過(guò)程。

由于所述半導(dǎo)體散熱層12具有傳熱、散熱性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨的特點(diǎn)，因此當(dāng)半導(dǎo)體散熱層12與晶閘管級(jí)4底部貼合，再與所述液態(tài)合金5大面積接觸后，可將晶閘管級(jí)4內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量迅速傳遞給液態(tài)合金5；所述液態(tài)合金5的特點(diǎn)在于其比熱容極高，流動(dòng)性能極好，控制節(jié)奏較強(qiáng)，能夠吸收大量熱，并在第一引流管8、第二引流管81和散熱管9中流動(dòng)，將晶閘管級(jí)4產(chǎn)生的熱量帶走并散出。因此，上述結(jié)構(gòu)的晶閘管散熱裝置可以快速地將晶閘管級(jí)4產(chǎn)生的熱量傳遞轉(zhuǎn)移出去，保證并提高晶閘管4工作的穩(wěn)定性；同時(shí)，對(duì)提高晶閘管級(jí)以及換流閥的壽命也有非常明顯的效果。

圖2示出了本實(shí)用新型提供的一種晶閘管散熱裝置的另一種結(jié)構(gòu)圖。由圖2可知，所述晶閘管散熱裝置包括晶閘管級(jí)換熱組件1和散熱組件2；所述晶閘管級(jí)換熱組件1包括晶閘管級(jí)4、封裝體3、液態(tài)金屬5、第一封堵件6、第二封堵件61、托底槽7和半導(dǎo)體散熱層12；所述晶閘管級(jí)4底部與所述半導(dǎo)體散熱層12貼合；所述托底槽7位于所述晶閘管級(jí)4下方；所述托底槽7的面積大于所述晶閘管級(jí)4的面積；所述托底槽7的側(cè)壁與所述晶閘管級(jí)4之間通過(guò)所述封裝體3澆注封裝；所述晶閘管級(jí)4與所述托底槽7以及所述封裝體3圍成容置腔13；所述液態(tài)金屬5承裝于所述托底槽7內(nèi)，與所述半導(dǎo)體件12接觸；

所述散熱組件2包括第一引流管8、第二引流管81和散熱管9；所述第一引流管8的一端貫穿所述托底槽7一側(cè)的側(cè)壁，與所述容置腔13連通；所述第二引流管81的一端貫穿所述托底槽7另一側(cè)的側(cè)壁，與所述容置腔13連通；所述第一引流管8與所述托底槽7之間通過(guò)所述第一封堵件6密封；所述第二引流管81與所述托底槽7之間通過(guò)所述第二封堵件61密封；所述第一引流管8的另一端與所述第二引流管81的另一端通過(guò)所述散熱管9連通。

與圖1所示的實(shí)施例不同之處在于，圖2所示的實(shí)施例中，所述散熱組件2還包括設(shè)于所述散熱管9一側(cè)的散熱葉片10和葉片控制器11；所述散熱葉片10和葉片控制器11電連接。

利用葉片控制器11控制散熱葉片10轉(zhuǎn)動(dòng)，從而促進(jìn)散熱管9所處環(huán)境中的空氣流動(dòng)，加快環(huán)境中冷熱空氣的交替循環(huán)。當(dāng)所述散熱管9周圍的空氣由于接受導(dǎo)熱金屬合金5所散出的熱量而溫度升高時(shí)，所述散熱管9內(nèi)液態(tài)合金5的溫度與散熱管9外壁空氣的溫度差值將逐漸減小，若所述空氣流動(dòng)緩慢，那么所述溫度差值將遲遲不能增大或增大地較為緩慢，即液態(tài)合金5的熱量散出緩慢。因此，當(dāng)利用葉片控制器11控制散熱葉片10轉(zhuǎn)動(dòng)，促進(jìn)散熱管9所處環(huán)境中的空氣流動(dòng)，使冷空氣源源不斷地與所述散熱管9外壁接觸時(shí)，所述散熱管9內(nèi)液態(tài)合金5的溫度與散熱管9外壁空氣的溫度差值會(huì)越大，越有利于熱量傳遞，從而能夠進(jìn)一步提高晶閘管散熱裝置的散熱效率，使晶閘管級(jí)4于溫度穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。

優(yōu)選地，上述散熱葉片10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，能夠使空氣形成湍流流動(dòng)。湍流是指，當(dāng)流速增加到很大時(shí)，流線不再清楚可辨，流場(chǎng)中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動(dòng)，還有混合。這時(shí)的空氣做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，又稱為亂流、擾流或紊流。當(dāng)空氣呈湍流流動(dòng)時(shí)，流速最快，最混亂，最有利于帶走散熱管9內(nèi)液態(tài)合金5的熱量，提高晶閘管散熱裝置的散熱速率。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體散熱層12表面設(shè)有數(shù)個(gè)散熱孔，可增大散熱面積，進(jìn)一步提升散熱性能。

其中，液態(tài)合金5可以是現(xiàn)有的鎵、銦、鎳等金屬的合金。

優(yōu)選地，所述液態(tài)合金5為亞常溫液態(tài)合金，所謂亞常溫是指低于常溫，常溫一般定為25℃，亞常溫即為低于25℃。在低于25℃狀態(tài)下，所述液態(tài)合金5已經(jīng)為液態(tài)，因此，所述液態(tài)合金5的工作溫度范圍較寬。一般室內(nèi)溫度為25℃左右，當(dāng)所述液態(tài)合金5于室內(nèi)工作時(shí)，無(wú)需另外加熱使其熔為液態(tài)，同理當(dāng)所述液態(tài)合金吸收熱量再散出至環(huán)境時(shí)，自身溫度可降至25℃，這大大加大了液態(tài)合金5的熱量攜帶能力，有利于所述晶閘管散熱裝置的散熱效率。

優(yōu)選地，所述散熱管9的形狀為蛇形。設(shè)計(jì)散熱管9的形狀為蛇形的目的在于，使散熱管9的管路在有限空間內(nèi)盡量較長(zhǎng)。當(dāng)所述散熱管9的管徑一定時(shí)，所述散熱管9的管路越長(zhǎng)，其與外界環(huán)境中空氣的接觸面積越大，越有利于與環(huán)境的換熱，同時(shí)，所述散熱管9的線路越長(zhǎng)，也意味著所能容置的液態(tài)合金5的體積越大，因此，單位時(shí)間內(nèi)，所帶走的晶閘管級(jí)4所產(chǎn)生的熱量就越多，有利于提高所述晶閘管散熱裝置的散熱效率。

優(yōu)選地，所述托底槽7的一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有第一通孔，所述第一引流管8穿過(guò)所述第一通孔與所述容置腔13連通，所述第一封堵件6呈環(huán)形，且設(shè)于所述第一引流管8與所述第一通孔之間的縫隙中。所述托底槽7的另一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有第二通孔，所述第二引流管81穿過(guò)所述第二通孔與所述容置腔13連通，所述第二封堵件61呈環(huán)形，且設(shè)于所述第二引流管81與所述第二通孔之間的縫隙中，從而將托底槽7的側(cè)壁密封，防止液態(tài)合金5外漏。

優(yōu)選地，所述第一通孔與所述第二通孔的高度高于所述托底槽7內(nèi)部的底面，通過(guò)將所述第一通孔、所述第二通孔與所述托底槽7內(nèi)部的底面拉開(kāi)一定的高度差，進(jìn)一步防止液態(tài)合金5外漏。

優(yōu)選地，所述第一封堵件6和第二封堵件61采用環(huán)氧陶瓷。采用環(huán)氧陶瓷的原因在于其具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和密封性能。

優(yōu)選地，所述封裝體3為環(huán)氧半導(dǎo)體材料。采用環(huán)氧半導(dǎo)體材料的原因在于其具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和密封性能。

優(yōu)選地，所述引流管8采用環(huán)氧陶瓷。采用環(huán)氧陶瓷的原因在于其具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和密封性能。

優(yōu)選地，所述換熱管9采用銅管。采用銅管的原因在于銅管導(dǎo)熱性能好，便宜實(shí)用。

由以上技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型提供的一種晶閘管散熱裝置包括晶閘管級(jí)換熱組件1和散熱組件2；所述晶閘管級(jí)換熱組件1又包括晶閘管級(jí)4、封裝體3、液態(tài)合金5、第一封堵件6、第二封堵件61、托底槽7和半導(dǎo)體散熱層12；所述散熱組件2包括第一引流管8、第二引流管81和散熱管9。由于所述半導(dǎo)體散熱層12具有傳熱、散熱性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨的特點(diǎn)，因此當(dāng)半導(dǎo)體散熱層12與晶閘管級(jí)4底部貼合，再與所述液態(tài)合金5大面積接觸后，可將晶閘管級(jí)4內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量迅速傳遞給液態(tài)合金5；所述液態(tài)合金5的特點(diǎn)在于其比熱容極高，流動(dòng)性能極好，控制節(jié)奏較強(qiáng)，能夠吸收大量熱。再通過(guò)第一引流管8和第二引流管81將高溫液態(tài)合金5流體導(dǎo)入散熱管9，由于散熱管9本身置于外界環(huán)境中，可以將管內(nèi)液態(tài)合金5的熱量散出。此外，散熱組件2還包括散熱葉片10和葉片控制器11，在葉片控制器11的控制作用下，散熱葉片10轉(zhuǎn)動(dòng)，促進(jìn)空氣流動(dòng)，可以更加有效地加快熱量的傳遞和散出。因此，上述結(jié)構(gòu)的晶閘管散熱裝置可以快速地將晶閘管級(jí)4產(chǎn)生的熱量傳遞轉(zhuǎn)移出去，保證并提高晶閘管級(jí)4工作的穩(wěn)定性；同時(shí)，對(duì)提高晶閘管級(jí)4以及換流閥的壽命也有非常明顯的效果。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說(shuō)明書及實(shí)踐這里公開(kāi)的實(shí)用新型后，將容易想到本實(shí)用新型的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本實(shí)用新型的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本實(shí)用新型的一般性原理并包括本實(shí)用新型未公開(kāi)的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說(shuō)明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本實(shí)用新型的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本實(shí)用新型的范圍僅由所附的權(quán)利要求來(lái)限制。