CN109767874B - 一种温控同轴制冷电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温控同轴制冷电缆，包括缆芯，所述缆芯包括内导体和内导体外的外导体，所述内导体为中空金属管，所述外导体为金属带纵包焊接成管状结构；沿电缆径向，在所述内导体和外导体之间设置有多个用于支撑的绝缘垫片，所述内导体和外导体构成同轴结构，所述绝缘垫片上具有流动孔；所述内导体内部、内导体和外导体之间均充有冷却剂，所述外导体表面具有外护套；该电缆具有传输容量大，发热小，电缆温度可控，弯曲性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆，具体是一种温控同轴制冷电缆，属于电缆制造技术领域。
背景技术
数据网络中心是数据中心提供给用户综合而全面的解决方案，为政府上网、企业上网、企业IT管理提供专业服务，使得企业和个人能够迅速借助网络开展业务，但是该网络中心的主机工作时，耗能大，需要外径小，传输功率高的线缆提供电力供应；同样，在其他方面，如核电站建设方面，由于核电站特殊的环境，也需要用耐辐射、耐高低温、传输功率大、外径小、工作温度可控的线缆。
为满足电缆在上述特殊场合的需要同时提高导体载流量，目前主要是通过绝缘和护套材料选型，或者改变导体横截面积等方法解决上述问题。这些方式具有以下缺点：
1、现有方案无法对电缆的工作温度和载流量进行很大范围的精准调节，也难以根据设备的需要进行适当的调整。
2、为了提高电缆的载流量，主要是通过增加导体的截面积，来提高导体的载流量，但是增加导体的截面积不仅成本增加，而且电缆的成品外径也会增加，不仅占用周围有限的空间，也不利于电缆的敷设。
3、为了提高电缆的载流量，会将电缆的绝缘和护套材料改用耐温等级高，耐环境性能好的材料，但目前使用较稳定的材料其工作温度等级也是有上限的，而且在较高温度的工作环境下，电缆的使用寿命也会变短，不利于电缆的长期稳定工作。
4、采用将导体直接浸入液体中冷却，但是该方式需要将两根导体分别放在两个液体容器内或两个液体管中构成回路，安装时需要反复施工，电缆敷设成本高。
5、在电缆绞合导体内部放一根液体管，通过在液体管内加冷却液间接给导体降温，但是该结构降温会受到导管材料的限制，由于是间接降温，导体与冷却液无法直接接触，降温效果也会大打折扣，同时在绞合导体内增加液体管，也会使电缆的成品外径增加，影响电缆的弯曲性。
发明内容
本发明的目的是提供一种温控同轴制冷电缆，该电缆具有传输容量大，发热小，电缆温度可控，弯曲性好。
为了达到上述技术目的，本发明的技术方案是：
一种温控同轴制冷电缆，包括缆芯，所述缆芯包括内导体和内导体外的外导体。所述内导体为中空金属管，作为优选，所述金属管为铜管。内导体采用（无缝）铜管结构，导体内部空心管道可以构成冷却剂的流通管道。导体的横截面积可以通过改变铜带的厚度进行调节，该调节不会改变内导体的外径，只需适当调节导体孔径即可，不影响电缆的成品外径，方便敷设安装；同时由于内导体表面开孔，便于内外导体间冷却剂流动，冷却剂的快速流动可以达到良好的降低导体温度的效果。所述内导体上分布有多个（如周期性均匀分布）槽孔，由于内导体采用管状结构且导体表面有周期性均匀分布的槽孔，允许冷却剂在内导体内外快速循环，可以根据需要通过控制冷却剂循环速度调整电缆的工作温度。
所述外导体为金属带纵包焊接成管状结构，外导体采用铜带纵包焊接轧纹，外导体的铜带的厚度也可以根据载流量的需要进行调节，铜带厚度的调整不会影响外导体的外径，只需要适当调整内外导体之间的间隙即可，不影响电缆的安装敷设。由于外导体采用纵包焊接，其与内导体之间构成一个环形的密封通道，方便冷却剂在其中快速流动，从而达到降低导体温度的目的。外导体具有轧纹，如采用螺旋形轧纹结构，该纹路可以最大限度的减小对冷却剂流动性的影响，同时该结构也有效的增加了电缆柔软性，方便电缆的安装敷设。焊接密封的外导体也具有良好的屏蔽作用，可以屏蔽外电场的影响。作为优选，所述金属带为铜带。
沿电缆径向，在所述内导体和外导体之间设置有多个用于支撑的绝缘垫片，所述内导体和外导体构成同轴结构。为了便于保持内导体和外导体构成同轴结构，所述绝缘垫片的中心具有安装孔，所述内导体安装在安装孔内。所述绝缘垫片材料优选为聚四氟乙烯，内外导体之间选用聚四氟乙烯垫片进行隔离，该材料具有耐高低温、耐腐蚀、耐电压等级高等优点。
同时为了方便内外导体间的冷却剂的流动，所述绝缘垫片上具有流动孔，保证冷却剂在内外导体之间充分快速的流动，达到理想的降温效果。所述流动孔为多个，可以为位于绝缘垫片边缘的缺口（如弧形的槽），或为分布在内导体周围的梯形孔，或是上述类型的结合。绝缘垫片周围开弧形的槽，方便冷却液将外导体的发热量直接带走；分布在内导体周围的梯形孔，增加内导体表面冷却剂的流动性和进入内导体中心管道的冷却剂的量，该垫片开孔形式可以达到快速降低内外导体工作温度低目的。
所述内导体内部、内导体和外导体之间均充有冷却剂（具有绝缘效果），如氟化物冷却剂（例如氟利昂）。该结构电缆两端通过外导体槽孔连接压缩制冷设备，制冷设备内采用氟化物冷却剂，通过冷却设备，利用冷却剂的相变原理从液态变为气态时需要吸收大量的热量，即氟态液由液态变为气态，然后气体通过该同轴制冷电缆的内外导体构成一个完整的循环***，由于内导体表面有周期性的槽孔，便于冷却剂体充满内导体内部和内外导体之间的空间，通过冷却剂体循环将电缆产生的热量带走，同时可以根据需要调节冷却剂的循环速度，达到精准调控导体发热温度的目的，由于导体温度的降低，电缆允许的载流量也会增加。
本发明电缆创新点在于缆芯，缆芯以外的部分采用现有技术或其他改进技术均可。如所述外导体表面可以具有外护套，所述外护套材料为辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃，该材料具有较好的耐高低温性能，同时还有耐辐射、阻燃、发烟少等优异性能，适合在数据网络中心或核电站等特殊环境使用。
本发明电缆优点：
1、内外导体结构可以根据载流量的需要适当调节金属管管壁厚度、金属带带材的厚度，进而调节导体的横截面积，同时金属管管壁厚度、金属带带材厚度变化主要影响内导体孔径及内外导体之间的间隙大小，对成品外径无影响，不影响安装敷设。
2、内导体表面无绝缘挤出材料，内外导体之间采用聚四氟乙烯垫片的形式进行空气绝缘隔绝，由于内导体内部和内外导体之间都通有冷却液进行冷却，电缆发热温度较低，能够长期稳定的工作。
3、由于内外导体按照同轴结构进行设计，同时内外导体处于相同的冷却剂环境中构成导电回路，生产成本低，配套设备少，避免了线缆的多次敷设；同时，也节省电缆敷设空间和设备尺寸，可以在大电流的情况下使电缆发热温度低，有利于维持设备内特殊核心部件工作温度的稳定。
4、内导体铜管内外表面部和外导体铜管都直接与冷却剂接触，方便冷却剂及时将电缆的发热量直接带走，降温效果明显，由于是自身独特的同轴结构构成冷却剂通道，也不会增加电缆的成品外径。
5、电缆的工作温度精准可控，根据不同的需要，调节制冷设备内冷却剂的循环速度，可以实现电缆工作温度的精确控制，同时由于导体温度可控，也可以大大增加电缆的载流量。
6、电缆内外导体采用同轴结构构成回路，同时内外导体都处于相同的冷却剂环境中，不仅电缆外径小，同时也节省了配套的冷却管道，方便敷设，成本更低，冷却效果更好。
7、电缆采用冷却剂制冷，电缆的工作温度可以控制在合理的低温环境，同时所使用材料又都具有耐高低温和耐辐射等性能，故本发明设计电缆相较于常规的电缆工作寿命更长。
附图说明
图1为绝缘垫片示意图。
图2为本发明电缆截面图。
图3为本发明电缆结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
温控同轴制冷电缆，如图1、2、3所示，包括缆芯，所述缆芯包括内导体4、外导体6，外导体外具有外护套7，具体地：
内导体4：内导体4采用无缝铜管，铜管的截面积可以根据载流量的需要进行适当的调节，由于内导体4采用管状结构且导体表面有周期性均匀分布的槽孔，允许冷却剂在内导体4内外快速循环，可以根据需要通过控制冷却剂循环速度调整电缆的工作温度。
外导体6：外导体6采用铜带通过纵包焊接和内导体4构成同轴结构，内外导体间通过聚四氟乙烯绝缘垫片隔离。同时对外导体6进行轧纹，该工艺不仅可方便接续端子，同时也增加了电缆的柔软性，方便电缆的安装敷设。外导体6铜带的厚度也可以根据载流量的需要，调整铜带的厚度，从而改变的导体的横截面积，导体铜带的变化只会改变内外导体间的间隙，不会对成品的外径造成影响。然后在外导体6铜带两端开孔，方便外接制冷***，构成冷却***回路。同时，焊接轧纹铜带还有屏蔽作用，可以减小外电场对导体传输性能的影响。
聚四氟乙烯绝缘垫片5：在内导体4、外导体6之间间隔一定距离放置聚四氟乙烯绝缘垫片5，起到支撑构成绝缘的作用。聚四氟乙烯具有分子结构稳定、耐腐蚀性好特点，是目前为止耐腐蚀最好的材料之一，同时该材料良好的抗老化能力，耐高低温性能优异（可以在-180℃～220℃温度范围内稳定工作），对人没有毒性。聚四氟乙烯绝缘垫片5中心具有安装孔1，所述内导体4安装在安装孔1内。聚四氟乙烯绝缘垫片5边缘均匀分布的四个弧形缺口2和聚四氟乙烯垫片上安装孔周围分布的四个梯形孔3。绝缘垫片周围开弧形的缺口2（槽），方便冷却液将外导体6的发热量直接带走。安装孔1周围分布的梯形孔3，增加内导体4表面冷却液的流动性，更加便于冷却液的快速流动，达到快速降低内外导体工作温度低目的，达到理想的降温效果。
冷却剂8：该结构电缆两端通过外导体槽孔连接压缩制冷设备，制冷设备内采用氟化物冷却剂氟利昂，通过冷却设备，利用冷却剂的相变原理从液态变为气态时需要吸收大量的热量，即氟态液由液态变为气态，然后气体通过该同轴制冷电缆的内外导体构成一个完整的循环***，由于内导体表面有周期性的槽孔，便于冷却剂体充满内导体内部和内外导体之间的空间，通过冷却剂体循环将电缆产生的热量带走，同时可以根据需要调节冷却剂的循环速度，达到精准调控导体发热温度的目的，由于导体温度的降低，电缆允许的载流量也会增加。
外护套7：外导体6挤有外护套7，电缆的外护套7可选用辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃护套，该材料具有较好的耐高低温性能，同时还有耐辐射、阻燃、发烟少等优异性能，适合在数据网络中心或核电站等特殊环境使用。
针对不同功能电缆，缆芯以外的部分采用现有技术或其他改进技术均可。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种温控同轴制冷电缆，包括缆芯，其特征在于：所述缆芯包括内导体和内导体外的外导体，所述内导体为中空金属管，所述外导体为金属带纵包焊接成管状结构；沿电缆径向，在所述内导体和外导体之间设置有多个用于支撑的绝缘垫片，所述内导体和外导体构成同轴结构，所述绝缘垫片上具有流动孔；所述内导体内部、内导体和外导体之间均充有具有绝缘作用的冷却剂；所述绝缘垫片的中心具有安装孔，所述内导体安装在安装孔内，所述内导体上分布有多个槽孔，所述流动孔为位于绝缘垫片边缘的缺口及分布在内导体周围的梯形孔。
2.根据权利要求1所述的一种温控同轴制冷电缆，其特征在于：所述金属管为铜管，所述金属带为铜带。
3.根据权利要求1所述的一种温控同轴制冷电缆，其特征在于：所述绝缘垫片材料为聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种温控同轴制冷电缆，其特征在于：所述外导体外具有轧纹。
5.根据权利要求1所述的一种温控同轴制冷电缆，其特征在于：所述外导体外具有外护套，所述外护套材料为辐照交联无卤低烟阻燃聚烯烃。
6.根据权利要求1所述的一种温控同轴制冷电缆，其特征在于：所述流动孔为多个。
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