晶闸管散热装置的制作方法

本实用新型涉及晶闸管散热技术领域，特别涉及一种晶闸管散热装置。

背景技术：

20世纪50年代后，由于我国电力需求日益增长，远距离、大容量输电线路不断增加，电网扩大，交流输电受到同步运行稳定性的限制，因此直流输电技术在我国得到迅速发展。直流输电技术具有长距离、大容量、低损耗的特性，为建设坚强的国家电网、实现我国大范围资源优化配置、推动能源高效开发利用等提供着重要保障。

然而，直流输电技术的发展却要受制于换流站设备，换流站用于实现直流输电工程中直流和交流相互能量的转换。其中，换流阀是换流站中的核心设备，其主要功能是进行交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀，换流阀单位容量在不断增大。换流阀可以悬挂，也可以采用支柱绝缘子支撑，形成多脉动的直流输电系统。而换流阀其中最关键的部件就是晶闸管，晶闸管以不同的串并联方式组成换流阀。晶闸管是晶体闸流管的简称，是PNPN四层半导体结构。在大功率半导体开关器件中，晶闸管是具有最高耐压容量与最大电流容量的器件。

通常，晶闸管工作于室内，但并不工作于额定电压和电流状态下，而是工作于欠压和欠流状态下。当晶闸管在通流时间过长时，会导致严重发热，热损耗呈指数级增长，从而大幅度降低晶闸管的通流性能，影响电能传输。因而能否快速地将晶闸管产生的热量传递转移出去，成为保证并提高晶闸管性能稳定的关键因素；同时，对提高晶闸管以及换流阀的寿命也有非常明显的效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种晶闸管散热装置，以解决晶闸管在通流时间过长时，会导致严重发热的问题。

根据本实用新型的实施例，提供了一种晶闸管散热装置，所述晶闸管散热装置包括晶闸管级换热组件和散热组件；

所述晶闸管级换热组件包括晶闸管级、封装体、液态合金、第一封堵件、第二封堵件、托底槽和半导体散热层；所述晶闸管级底部与所述半导体散热层贴合；所述托底槽位于所述晶闸管级下方；所述托底槽的面积大于所述晶闸管级的面积；所述托底槽的侧壁与所述晶闸管级之间通过所述封装体浇注封装；所述晶闸管级与所述托底槽以及所述封装体围成容置腔；所述液态合金承装于所述托底槽内，与所述半导体散热层接触；

所述散热组件包括第一引流管、第二引流管和散热管；所述第一引流管的一端贯穿所述托底槽一侧的侧壁，与所述容置腔连通；所述第二引流管的一端贯穿所述托底槽另一侧的侧壁，与所述容置腔连通；所述第一引流管与所述托底槽之间通过所述第一封堵件密封；所述第二引流管与所述托底槽之间通过所述第二封堵件密封；所述第一引流管的另一端与所述第二引流管的另一端通过所述散热管连通。

作为本实用新型所提供的晶闸管散热装置的改进，所述散热组件还包括设于所述散热管一侧的散热叶片和叶片控制器；所述散热叶片和所述叶片控制器电连接。

优选地，本实用新型所提供的晶闸管散热装置，所述半导体散热层表面设有数个散热孔。

优选地，本实用新型所提供的晶闸管散热装置，所述散热管的形状为蛇形。

优选地，所述托底槽的一侧的侧壁上设有第一通孔，所述第一引流管穿过所述第一通孔与所述容置腔连通，所述第一封堵件呈环形，且设于所述第一引流管与所述第一通孔之间的缝隙中；

所述托底槽的另一侧的侧壁上设有第二通孔，所述第二引流管穿过所述第二通孔与所述容置腔连通，所述第二封堵件呈环形，且设于所述第二引流管与所述第二通孔之间的缝隙中。

优选地，所述第一通孔与所述第二通孔的高度高于所述托底槽内部的底面。

由以上技术方案可知，本实用新型提供的一种晶闸管散热装置，包括晶闸管级换热组件和散热组件；所述晶闸管级换热组件又包括晶闸管级、封装体、液态合金、第一封堵件、第二封堵件、托底槽和半导体散热层；所述散热组件包括第一引流管、第二引流管和散热管。由于所述半导体散热层具有传热、散热性能好、机械强度高、耐磨的特点，因此当半导体散热层与晶闸管级底部贴合，再与所述液态合金大面积接触后，可将晶闸管内部所产生的热量迅速传递给液态合金；所述液态合金的特点在于其比热容极高，流动性能极好，控制节奏较强，能够吸收大量热。再通过第一引流管和第二引流管将高温液态合金流体导入散热管，由于散热管本身置于外界环境中，可以将管内液态合金的热量散出。因此，上述结构的晶闸管散热装置可以快速地将晶闸管级产生的热量传递转移出去，保证并提高晶闸管级工作的稳定性；同时，对提高晶闸管级以及换流阀的寿命也有非常明显的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一优选实施例示出的一种晶闸管散热装置结构图；

图2为根据一优选实施例示出的一种晶闸管散热装置的另一种结构图；

其中，1-晶闸管级换热组件，2-散热组件，3-封装体，4-晶闸管级，5-液态合金，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-散热管，10-散热叶片，11-叶片控制器，12-半导体散热层，13-容置腔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型提供的一种晶闸管散热装置结构图。由图1可知，所述晶闸管散热装置包括晶闸管级换热组件1和散热组件2；

所述晶闸管级换热组件1包括晶闸管级4、封装体3、液态合金5、第一封堵件6、第二封堵件61、托底槽7和半导体散热层12；所述晶闸管级4底部与所述半导体散热层12贴合；所述托底槽7位于所述晶闸管级4下方；所述托底槽7的面积大于所述晶闸管级4的面积；所述托底槽7的侧壁与所述晶闸管级4之间通过所述封装体3浇注封装；所述晶闸管级4与所述托底槽7以及所述封装体3围成容置腔13；所述液态合金5承装于所述托底槽7内，与所述半导体散热层12接触；

所述散热组件2包括第一引流管8、第二引流管81和散热管9；所述第一引流管8的一端贯穿所述托底槽7一侧的侧壁，与所述容置腔13连通；所述第二引流管81的一端贯穿所述托底槽7另一侧的侧壁，与所述容置腔13连通；所述第一引流管8与所述托底槽7之间通过所述第一封堵件6密封；所述第二引流管81与所述托底槽7之间通过所述第二封堵件61密封；所述第一引流管8的另一端与所述第二引流管81的另一端通过所述散热管9连通。

上述结构的晶闸管散热装置的工作过程为：直流输电工程中换流站的换流阀运作，换流阀核心部件晶闸管级4运作，所述晶闸管级4由于通流时间长、电压等级大等原因，产生大量热量。由于所述晶闸管级4的底部与所述半导体散热层12贴合，且与所述容置腔13中的液态合金5大面积接触，所以所述晶闸管级4将热量通过所述半导体散热层12传递给液态合金5。又由于，所述第一引流管8贯穿所述托底槽7一侧的侧壁，与所述容置腔13连通，且所述第二引流管81贯穿所述托底槽7另一侧的侧壁，与所述容置腔13连通，所述第一引流管8与所述第二引流管81通过所述散热管9连通，从而使液态合金5可以于上述管路中流通。所以当所述液态合金5受热后膨胀，有从容置腔13中流出的趋势时，所述第一引流管8或所述第二引流管81即将容置腔13内的高温液态合金5引出至散热管9内，此时，散热管9内充满高温液态合金5。由于散热管9本身置于外界环境中，遂散热管9内高温液态合金5的热量将自发散出至环境中，从而使散热管9内液态合金5的温度降低。散热之后，温度低的液态合金5在受到温度高的液态合金5的驱动下，通过第二引流管81或第一引流管8流回至所述容置腔13中，所述液态合金5的流动方向与其温度梯度方向有关，然后继续吸收由所述半导体散热层12传递过来的热量，重复上述过程。

由于所述半导体散热层12具有传热、散热性能好、机械强度高、耐磨的特点，因此当半导体散热层12与晶闸管级4底部贴合，再与所述液态合金5大面积接触后，可将晶闸管级4内部所产生的热量迅速传递给液态合金5；所述液态合金5的特点在于其比热容极高，流动性能极好，控制节奏较强，能够吸收大量热，并在第一引流管8、第二引流管81和散热管9中流动，将晶闸管级4产生的热量带走并散出。因此，上述结构的晶闸管散热装置可以快速地将晶闸管级4产生的热量传递转移出去，保证并提高晶闸管4工作的稳定性；同时，对提高晶闸管级以及换流阀的寿命也有非常明显的效果。

图2示出了本实用新型提供的一种晶闸管散热装置的另一种结构图。由图2可知，所述晶闸管散热装置包括晶闸管级换热组件1和散热组件2；所述晶闸管级换热组件1包括晶闸管级4、封装体3、液态金属5、第一封堵件6、第二封堵件61、托底槽7和半导体散热层12；所述晶闸管级4底部与所述半导体散热层12贴合；所述托底槽7位于所述晶闸管级4下方；所述托底槽7的面积大于所述晶闸管级4的面积；所述托底槽7的侧壁与所述晶闸管级4之间通过所述封装体3浇注封装；所述晶闸管级4与所述托底槽7以及所述封装体3围成容置腔13；所述液态金属5承装于所述托底槽7内，与所述半导体件12接触；

所述散热组件2包括第一引流管8、第二引流管81和散热管9；所述第一引流管8的一端贯穿所述托底槽7一侧的侧壁，与所述容置腔13连通；所述第二引流管81的一端贯穿所述托底槽7另一侧的侧壁，与所述容置腔13连通；所述第一引流管8与所述托底槽7之间通过所述第一封堵件6密封；所述第二引流管81与所述托底槽7之间通过所述第二封堵件61密封；所述第一引流管8的另一端与所述第二引流管81的另一端通过所述散热管9连通。

与图1所示的实施例不同之处在于，图2所示的实施例中，所述散热组件2还包括设于所述散热管9一侧的散热叶片10和叶片控制器11；所述散热叶片10和叶片控制器11电连接。

利用叶片控制器11控制散热叶片10转动，从而促进散热管9所处环境中的空气流动，加快环境中冷热空气的交替循环。当所述散热管9周围的空气由于接受导热金属合金5所散出的热量而温度升高时，所述散热管9内液态合金5的温度与散热管9外壁空气的温度差值将逐渐减小，若所述空气流动缓慢，那么所述温度差值将迟迟不能增大或增大地较为缓慢，即液态合金5的热量散出缓慢。因此，当利用叶片控制器11控制散热叶片10转动，促进散热管9所处环境中的空气流动，使冷空气源源不断地与所述散热管9外壁接触时，所述散热管9内液态合金5的温度与散热管9外壁空气的温度差值会越大，越有利于热量传递，从而能够进一步提高晶闸管散热装置的散热效率，使晶闸管级4于温度稳定的状态下工作。

优选地，上述散热叶片10转动时，能够使空气形成湍流流动。湍流是指，当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的空气做不规则运动，又称为乱流、扰流或紊流。当空气呈湍流流动时，流速最快，最混乱，最有利于带走散热管9内液态合金5的热量，提高晶闸管散热装置的散热速率。

优选地，所述半导体散热层12表面设有数个散热孔，可增大散热面积，进一步提升散热性能。

其中，液态合金5可以是现有的镓、铟、镍等金属的合金。

优选地，所述液态合金5为亚常温液态合金，所谓亚常温是指低于常温，常温一般定为25℃，亚常温即为低于25℃。在低于25℃状态下，所述液态合金5已经为液态，因此，所述液态合金5的工作温度范围较宽。一般室内温度为25℃左右，当所述液态合金5于室内工作时，无需另外加热使其熔为液态，同理当所述液态合金吸收热量再散出至环境时，自身温度可降至25℃，这大大加大了液态合金5的热量携带能力，有利于所述晶闸管散热装置的散热效率。

优选地，所述散热管9的形状为蛇形。设计散热管9的形状为蛇形的目的在于，使散热管9的管路在有限空间内尽量较长。当所述散热管9的管径一定时，所述散热管9的管路越长，其与外界环境中空气的接触面积越大，越有利于与环境的换热，同时，所述散热管9的线路越长，也意味着所能容置的液态合金5的体积越大，因此，单位时间内，所带走的晶闸管级4所产生的热量就越多，有利于提高所述晶闸管散热装置的散热效率。

优选地，所述托底槽7的一侧的侧壁上设有第一通孔，所述第一引流管8穿过所述第一通孔与所述容置腔13连通，所述第一封堵件6呈环形，且设于所述第一引流管8与所述第一通孔之间的缝隙中。所述托底槽7的另一侧的侧壁上设有第二通孔，所述第二引流管81穿过所述第二通孔与所述容置腔13连通，所述第二封堵件61呈环形，且设于所述第二引流管81与所述第二通孔之间的缝隙中，从而将托底槽7的侧壁密封，防止液态合金5外漏。

优选地，所述第一通孔与所述第二通孔的高度高于所述托底槽7内部的底面，通过将所述第一通孔、所述第二通孔与所述托底槽7内部的底面拉开一定的高度差，进一步防止液态合金5外漏。

优选地，所述第一封堵件6和第二封堵件61采用环氧陶瓷。采用环氧陶瓷的原因在于其具有优良的导热性能和密封性能。

优选地，所述封装体3为环氧半导体材料。采用环氧半导体材料的原因在于其具有优良的导热性能和密封性能。

优选地，所述引流管8采用环氧陶瓷。采用环氧陶瓷的原因在于其具有优良的导热性能和密封性能。

优选地，所述换热管9采用铜管。采用铜管的原因在于铜管导热性能好，便宜实用。

由以上技术方案可知，本实用新型提供的一种晶闸管散热装置包括晶闸管级换热组件1和散热组件2；所述晶闸管级换热组件1又包括晶闸管级4、封装体3、液态合金5、第一封堵件6、第二封堵件61、托底槽7和半导体散热层12；所述散热组件2包括第一引流管8、第二引流管81和散热管9。由于所述半导体散热层12具有传热、散热性能好、机械强度高、耐磨的特点，因此当半导体散热层12与晶闸管级4底部贴合，再与所述液态合金5大面积接触后，可将晶闸管级4内部所产生的热量迅速传递给液态合金5；所述液态合金5的特点在于其比热容极高，流动性能极好，控制节奏较强，能够吸收大量热。再通过第一引流管8和第二引流管81将高温液态合金5流体导入散热管9，由于散热管9本身置于外界环境中，可以将管内液态合金5的热量散出。此外，散热组件2还包括散热叶片10和叶片控制器11，在叶片控制器11的控制作用下，散热叶片10转动，促进空气流动，可以更加有效地加快热量的传递和散出。因此，上述结构的晶闸管散热装置可以快速地将晶闸管级4产生的热量传递转移出去，保证并提高晶闸管级4工作的稳定性；同时，对提高晶闸管级4以及换流阀的寿命也有非常明显的效果。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。