一种高强陶瓷接触式高电压热管散热系统的制作方法

1.本发明属于高电压绝缘散热技术领域，具体涉及一种高强陶瓷接触式高电压热管散热系统。


背景技术：

2.热管技术是利用一种称为“热管”的传热元件进行散热的方式，其充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。现在一般的热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到类似冰箱压缩机制冷的效果。具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向酌可逆性。
3.虽然热管技术具有上述的诸多优点，但是由于现有热管结构设计方面的缺陷在具体应用的时候其热量传递以及散热效果往往还不能达到最佳，尤其在应用到高压带电体(如高压电气柜等)时，无法兼顾高效散热和高绝缘性能。
4.公开号为cn206136562u的中国专利公开了一种内置大功率发热元件的热管散热式高ip防护等级箱柜，其包含：高ip防护等级外壳；热管散热器，其一端位于高ip防护等级外壳内，并通过粘性导热胶连接大功率发热元件，其另一端位于高ip防护等级外壳外。热管散热器包含热管以及热管散热翅片，热管散热翅片设置在高ip防护等级外壳外部，热管一端作为蒸发侧通过粘性导热胶连接高ip防护等级外壳内的大功率发热元件，其另一端作为冷凝侧穿过高ip防护等级外壳的外壁面并与热管散热翅片连接。其优点是：利用热管内介质在接近真空的管壳内的蒸发冷却现象获得较高导热系数，替代传统静态空气导热，改善传统高ip等级配电箱柜因内部发热元件散热不利而造成的贵重敏感器件损坏的运行环境。
5.然而，该专利的热管散热系统不具有绝缘性能，当其大功率发热元件为高电压电气元件时，虽然可以起到一定的散热效果，但由于不具有绝缘性能而容易导致漏电隐患；且其热管结构较为简单，散热效果一般。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高强陶瓷接触式高电压热管散热系统。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
8.一种高强陶瓷接触式高电压热管散热系统，包括密封连通的热管和绝缘腔体，所
述热管和绝缘腔体内部抽真空且灌装有绝缘换热介质；所述热管的蒸发端通过绝缘腔体与高压带电体搭接，所述热管的冷凝端与散热器连接，所述蒸发端的水平高度低于冷凝端的水平高度；所述绝缘腔体内部的液态换热介质吸收高压带电体的热量后，汽化形成气态换热介质；所述气态换热介质经热管上升至冷凝端释放热量，液化形成液态换热介质，所述液态换热介质受自身重力沿热管回流至绝缘腔体，从而形成整体的气-液循环回路。
9.优选地，所述绝缘腔体包括水平放置且两端开口的圆筒形绝缘瓷壳；所述瓷壳一端通过端盖与热管的蒸发端密封连通，另一端通过导热板与高压带电体搭接；所述端盖、导热板均与瓷壳密封连接。本发明中，所述热管和绝缘腔体内部抽真空，保障蒸汽的流通性；所述绝缘腔体采用高强绝缘瓷壳，可以将高压带电体与热管进行有效电隔离，避免漏电的风险；所述导热板可以采用铜板或其它导热性能强的板材，用于提升热传导效率，从而增强散热效果。
10.优选地，所述绝缘腔体内部底面沿轴向设有多个溢流板，多个所述溢流板将绝缘腔体分隔为多个储液腔；所述热管的蒸发端向绝缘腔体内部延伸设有导流槽，所述导流槽的末端延伸至与高压带电体相邻的储液腔上方。通过设置多个溢流板将绝缘腔体内部分隔为多个储液腔，可以减少绝缘腔体内部绝缘介质的混合，通过设置溢流板和导流槽，使得热管回流的低温换热介质优先流入最内层(与导热板相邻)的储液腔，低温换热介质在储液腔内下沉，将其中的高温换热介质排出该储液腔(换热介质装满最内层的储液腔后会溢流至相邻的储液腔)，使最内层的储液腔内持续流入低温换热介质，从而极大增强了对高压带电体的散热效果。
11.进一步地，所述导流槽的径向截面为“u”形、“v”形、弧形或其它凹形；通过将导流槽设为凹形结构，可以更好的起到导流的作用。
12.进一步地，多个所述溢流板的高度沿绝缘腔体轴向远离高压带电体的方向依次降低；绝缘腔体内部的热量分布为：越靠近高压带电体的部位温度越高，即温度沿绝缘腔体轴向远离高压带电体的方向依次降低；本发明多个所述溢流板的高度沿绝缘腔体轴向远离高压带电体的方向依次降低的好处是：热管回流的低温换热介质优先流入最内层的储液腔，低温换热介质在储液腔内下沉，高温换热介质上升，当最内层的储液腔装满后，其上层的换热介质会溢流至下一个储液腔，当下一个储液腔装满后，其上层的换热介质会继续溢流至下一个储液腔(储液腔内上层换热介质的温度高于下层换热介质的温度，换热介质溢流至下一个储液腔后会下沉)，以此类推，越靠近高压带电体的储液腔，其内的换热介质温度越低，即储液腔内换热介质的温度沿绝缘腔体轴向远离高压带电体的方向依次升高，绝缘腔体内部换热介质的温度分布刚好与绝缘腔体的温度分布对应，绝缘腔体温度越高的部位，对应的换热介质温度越低，从而最大限度地提升了散热效果。
13.具体地，所述热管的冷凝端通过密封法兰连接有换热管，所述换热管嵌设在散热器的吸热腔内部；这样设计的好处是提高了热管冷凝端的热交换效率，同时热管的冷凝端可拆卸，便于清理维护。
14.优选地，所述热管的内壁沿周向均匀布设有若干回流槽，设置回流槽的作用是对热管内回流的换热介质起到导向的作用，使热管内的换热介质始终沿着内壁回流，避免回流的换热介质在热管内部形成气塞，影响内部蒸汽流通。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.(1)本发明通过绝缘腔体将热管的蒸发端与高压带电体搭接，兼顾了高压带电体的高效散热和高电气隔离性能。
17.(2)本发明通过设置多个溢流板将绝缘腔体内部分隔为多个储液腔，可以减少绝缘腔体内部绝缘介质的混合，通过设置溢流板和导流槽，使得热管回流的低温换热介质优先流入最内层的储液腔，低温换热介质在储液腔内下沉，将其中的高温换热介质排出该储液腔，使最内层的储液腔内持续流入低温换热介质，从而极大增强了对高压带电体的散热效果。
18.(3)本发明通过将多个溢流板的高度沿绝缘腔体轴向远离高压带电体的方向依次降低，使得热管回流的低温换热介质优先流入最内层的储液腔，然后再依次溢流至下一个远离高压带电体的储液腔，绝缘腔体内部换热介质的温度分布刚好与绝缘腔体的温度分布对应，绝缘腔体温度越高的部位，对应的换热介质温度越低，从而最大限度地提升了散热效果。
19.(4)本发明通过设置回流槽对热管内回流的换热介质起到导向的作用，使热管内的换热介质始终沿着内壁回流，避免回流的换热介质在热管内部形成气塞，影响内部蒸汽流通。
附图说明
20.图1为本发明一种高强陶瓷接触式高电压热管散热系统的整体结构示意图。
21.图2为本发明实施例中热管的径向剖面结构示意图。
22.图中：1、热管；2、绝缘腔体；3、换热介质；4、高压带电体；5、散热器；6、瓷壳；7、端盖；8、导热板；9、溢流板；10、储液腔；11、导流槽；12、密封法兰；13、换热管；14、回流槽。
具体实施方式
23.以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术
人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.如图1所示，本实施例提供了一种高强陶瓷接触式高电压热管散热系统，包括密封连通的热管1和绝缘腔体2，所述热管1和绝缘腔体2内部抽真空且灌装有绝缘换热介质3；所述热管1的蒸发端通过绝缘腔体2与高压带电体4搭接，所述热管1的冷凝端与散热器5连接，所述蒸发端的水平高度低于冷凝端的水平高度；所述绝缘腔体2内部的液态换热介质3吸收高压带电体4的热量后，汽化形成气态换热介质；所述气态换热介质经热管1上升至冷凝端释放热量，液化形成液态换热介质，所述液态换热介质受自身重力沿热管1回流至绝缘腔体2，从而形成整体的气-液循环回路。
28.作为本实施例优选地实施方案，所述绝缘腔体2包括水平放置且两端开口的圆筒形绝缘瓷壳6；所述瓷壳6一端通过端盖7与热管1的蒸发端密封连通，另一端通过导热板8与高压带电体4搭接；所述端盖7、导热板8均与瓷壳6密封连接。本发明中，所述热管1和绝缘腔体2内部抽真空，保障蒸汽的流通性；所述绝缘腔体2采用高强绝缘瓷壳6，可以将高压带电体4与热管1进行有效电隔离，避免漏电的风险；所述导热板8可以采用铜板或其它导热性能强的板材，用于提升热传导效率，从而增强散热效果。本实施例中，所述导热板8采用铜板。所述瓷壳6的端面做金属化处理后与铜导热板8焊接，保障了连接强度。
29.作为本实施例优选地实施方案，所述绝缘腔体2内部底面沿轴向设有多个溢流板9，多个所述溢流板9将绝缘腔体2分隔为多个储液腔；所述热管1的蒸发端向绝缘腔体2内部延伸设有导流槽11，所述导流槽11的末端延伸至与高压带电体4相邻的储液腔上方。通过设置多个溢流板9将绝缘腔体2内部分隔为多个储液腔，可以减少绝缘腔体2内部绝缘介质的混合，通过设置溢流板9和导流槽11，使得热管1回流的低温换热介质优先流入最内层(与导热板8相邻)的储液腔，低温换热介质在储液腔内下沉，将其中的高温换热介质排出该储液腔(换热介质装满最内层的储液腔后会溢流至相邻的储液腔)，使最内层的储液腔内持续流入低温换热介质，从而极大增强了对高压带电体4的散热效果。
30.作为本实施例优选地实施方案，所述导流槽11的径向截面为弧形(也可以用“u”形、“v”形或其它凹形替代)；通过将导流槽11设为凹形结构，可以更好的起到导流的作用。
31.作为本实施例优选地实施方案，多个所述溢流板9的高度沿绝缘腔体2轴向远离高压带电体4的方向依次降低；绝缘腔体2内部的热量分布为：越靠近高压带电体4的部位温度越高，即温度沿绝缘腔体2轴向远离高压带电体4的方向依次降低；本发明多个所述溢流板9的高度沿绝缘腔体2轴向远离高压带电体4的方向依次降低的好处是：热管1回流的低温换热介质优先流入最内层的储液腔，低温换热介质在储液腔内下沉，高温换热介质上升，当最内层的储液腔装满后，其上层的换热介质会溢流至下一个储液腔，当下一个储液腔装满后，其上层的换热介质会继续溢流至下一个储液腔(储液腔内上层换热介质的温度高于下层换热介质的温度，换热介质溢流至下一个储液腔后会下沉)，以此类推，越靠近高压带电体4的
储液腔，其内的换热介质温度越低，即储液腔内换热介质的温度沿绝缘腔体2轴向远离高压带电体4的方向依次升高，绝缘腔体2内部换热介质的温度分布刚好与绝缘腔体2的温度分布对应，绝缘腔体2温度越高的部位，对应的换热介质温度越低，从而最大限度地提升了散热效果。
32.具体地，所述热管1的冷凝端通过密封法兰12连接有换热管13，所述换热管13嵌设在散热器5的吸热腔内部；这样设计的好处是提高了热管1冷凝端的热交换效率，同时热管1的冷凝端可拆卸，便于清理维护。
33.本实施例中，所述散热器5采用翅片管散热器；所述换热介质采用1000mω的超纯水，具有超强的电隔离性能；本实施例的散热系统可以给最高45kv的高电压带电体进行散热，且不会出现漏电风险。
34.作为本实施例优选地实施方案，如图2所示，所述热管1的内壁沿周向均匀布设有若干回流槽14，设置回流槽14的作用是对热管1内回流的换热介质起到导向的作用，使热管1内的换热介质始终沿着内壁回流，避免回流的换热介质在热管1内部形成气塞，影响内部蒸汽流通。
35.本实施例中，所述热管1的内部直径为40mm，共设有30个回流槽14，所述回流槽14的深度为2.5mm，底部宽度为2mm。
36.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
37.最后应说明的是：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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案。