Sistema de Enfriamiento de Convertidor HVDC con una Dispersión de Cambio de Fase
Autores: Fischer, Ludger; Mura, Ernesto; Qiao, Geng; O"Neill, Poppy; von Arx, Silvan; Li, Qi; Ding, Yulong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Sistema de Enfriamiento de Convertidor HVDC con una Dispersión de Cambio de Fase
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Disipadores de calor
Convertidores de corriente continua de alto voltaje
Dispersiones de cambio de fase
Refrigeración
Tiristores
Agua
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los convertidores de corriente continua de alta tensión requieren un enfriamiento eficiente de los tiristores a través de disipadores de calor. Actualmente, las infraestructuras utilizan agua desionizada como medio de enfriamiento para los convertidores de corriente continua de alta tensión; sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que otros fluidos tienen el potencial de ofrecer un enfriamiento más eficiente. Las dispersiones de cambio de fase son una nueva clase de fluidos de transferencia de calor que emplean el calor latente del cambio de fase, ofreciendo así un enfriamiento isotérmico durante la fusión. Para aplicaciones de enfriamiento, el aumento de temperatura durante la operación se reduce al utilizar dispersiones de cambio de fase (en comparación con el agua) y, en consecuencia, las temperaturas de la superficie del disipador de calor y de los tiristores se reducen. En esta investigación, se ha desarrollado y probado una dispersión de cambio de fase con componentes no conductores, alta estabilidad, alta capacidad y baja viscosidad. Se ha instalado un montaje experimental de un disipador de calor de tamaño real y se ha investigado el comportamiento de transferencia de calor tanto de la dispersión de cambio de fase formulada como del agua, y se ha presentado una comparación. Al utilizar agua como fluido de transferencia de calor, el aumento de temperatura desde la entrada hasta la salida del disipador de calor fue de 4 K y con la dispersión de cambio de fase formulada (a la misma tasa de flujo másico y entrada de calor) el aumento de temperatura fue de 2 K. La dispersión de cambio de fase causó una reducción del 50% en la temperatura de la superficie del disipador de calor. Además, se encontró que los coeficientes globales de transferencia de calor obtenidos para la dispersión de cambio de fase eran independientes de la entrada de calor aplicada, a diferencia de la tendencia encontrada para el agua; además, se encontró que los coeficientes globales de transferencia de calor eran similares a los obtenidos para el agua a las mismas tasas de flujo másico y alcanzaron un valor máximo de 6100 W m2 K-1. A pesar de esto, las caídas de presión y viscosidades obtenidas para la dispersión de cambio de fase fueron más altas que para el agua. En general, la investigación actual demuestra la capacidad de utilizar una dispersión de cambio de fase como fluido de enfriamiento para el enfriamiento de componentes electrónicos, que hasta ahora se limita al uso de enfriamiento por aire y agua y no puede alcanzar la capacidad de enfriamiento lograda por las dispersiones de cambio de fase.
Descripción
Los convertidores de corriente continua de alta tensión requieren un enfriamiento eficiente de los tiristores a través de disipadores de calor. Actualmente, las infraestructuras utilizan agua desionizada como medio de enfriamiento para los convertidores de corriente continua de alta tensión; sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que otros fluidos tienen el potencial de ofrecer un enfriamiento más eficiente. Las dispersiones de cambio de fase son una nueva clase de fluidos de transferencia de calor que emplean el calor latente del cambio de fase, ofreciendo así un enfriamiento isotérmico durante la fusión. Para aplicaciones de enfriamiento, el aumento de temperatura durante la operación se reduce al utilizar dispersiones de cambio de fase (en comparación con el agua) y, en consecuencia, las temperaturas de la superficie del disipador de calor y de los tiristores se reducen. En esta investigación, se ha desarrollado y probado una dispersión de cambio de fase con componentes no conductores, alta estabilidad, alta capacidad y baja viscosidad. Se ha instalado un montaje experimental de un disipador de calor de tamaño real y se ha investigado el comportamiento de transferencia de calor tanto de la dispersión de cambio de fase formulada como del agua, y se ha presentado una comparación. Al utilizar agua como fluido de transferencia de calor, el aumento de temperatura desde la entrada hasta la salida del disipador de calor fue de 4 K y con la dispersión de cambio de fase formulada (a la misma tasa de flujo másico y entrada de calor) el aumento de temperatura fue de 2 K. La dispersión de cambio de fase causó una reducción del 50% en la temperatura de la superficie del disipador de calor. Además, se encontró que los coeficientes globales de transferencia de calor obtenidos para la dispersión de cambio de fase eran independientes de la entrada de calor aplicada, a diferencia de la tendencia encontrada para el agua; además, se encontró que los coeficientes globales de transferencia de calor eran similares a los obtenidos para el agua a las mismas tasas de flujo másico y alcanzaron un valor máximo de 6100 W m2 K-1. A pesar de esto, las caídas de presión y viscosidades obtenidas para la dispersión de cambio de fase fueron más altas que para el agua. En general, la investigación actual demuestra la capacidad de utilizar una dispersión de cambio de fase como fluido de enfriamiento para el enfriamiento de componentes electrónicos, que hasta ahora se limita al uso de enfriamiento por aire y agua y no puede alcanzar la capacidad de enfriamiento lograda por las dispersiones de cambio de fase.