改變開關(guān)設(shè)備100的載流能力。
[0039]開關(guān)設(shè)備可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)額外部件(未示出)，如芯、熱管、加熱器、冷卻器等。例如，在開關(guān)工作期間，如果少量的液體陰極材料不期望地到處移動(dòng)，那么各種部件(例如，芯/熱管)可用于將液體從不期望的位置移走，并且甚至將其返回至電極。此外，在一些情況中，少量的鎵蒸汽會(huì)沉積在開關(guān)內(nèi)部的其它表面上，并且可能短路絕緣體。在該情況下，管壁，或可能只是絕緣體自身可被外部加熱；或者陰極可以被冷卻，以便存在驅(qū)動(dòng)力將鎵金屬返回至陰極自身。此外，如先前所述的，在一些實(shí)施例中，陰極材料的熔點(diǎn)可高于室溫。在該情況下，希望在氣體開關(guān)的滿運(yùn)行之前提供一種加熱機(jī)構(gòu)來液化陰極材料。
[0040]在一些實(shí)施例中，開關(guān)設(shè)備100可進(jìn)一步包括任意適合的結(jié)構(gòu)，例如，像，平面結(jié)構(gòu)、交叉場(chǎng)開關(guān)結(jié)構(gòu)，或其組合。文獻(xiàn)中描述有各種類型的交叉場(chǎng)開關(guān)，例如在美國(guó)專利號(hào)5, 828, 176中，其通過引用的方式并入本文(只要該專利不直接與本文描述的教導(dǎo)相悖即可)；以及在題為“冷陰極，脈沖功率等離子體放電開關(guān)”，D.Goebel，Rev.Sc1.1nstrum.67(9)九月1996 (p.3136及以下)的參考文獻(xiàn)中。平面結(jié)構(gòu)通常在現(xiàn)有技術(shù)中已被知曉，并且被認(rèn)為是上述參考文獻(xiàn)中描述的交叉場(chǎng)開關(guān)的平面變型。
[0041]提供了一種根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器。圖3示意性示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器200。如圖3所示，功率轉(zhuǎn)換器200包括輸入部210和輸出部220。功率轉(zhuǎn)換器200進(jìn)一步包括至少一個(gè)冷陰極開關(guān)設(shè)備100,其電耦合在輸入部210和輸出部220之間。冷陰極開關(guān)設(shè)備100構(gòu)造為將交流(AC)轉(zhuǎn)換為直流(DC)，或?qū)⒅绷?DC)轉(zhuǎn)換為交流(AC)。
[0042]如先前所述的，再次參照?qǐng)D1，形成為功率轉(zhuǎn)換器的一部分的冷陰極開關(guān)設(shè)備100包含限定腔室111的殼體110?？呻婋x氣體112布置在腔室111中。開關(guān)設(shè)備100還包括多個(gè)布置在腔室111中的電極120。此外，如圖1所示，多個(gè)電極120包括限定放電間隙130的陽極122和陰極124。陰極124和陽極122中的至少一個(gè)包括在陰極124或陽極122的工作溫度為液體的材料140。
[0043]根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的功率轉(zhuǎn)換器200可用于功率傳輸系統(tǒng)中。在特定實(shí)施例中，功率轉(zhuǎn)換器200可用于高壓直流(HVDC)傳輸系統(tǒng)中。
[0044]對(duì)于高壓開關(guān)應(yīng)用，如HVDC終端來說，并且相比于半導(dǎo)體開關(guān)，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的冷陰極開關(guān)設(shè)備是具有優(yōu)勢(shì)的。相對(duì)于半導(dǎo)體開關(guān)的大約10kV，單個(gè)的開關(guān)可隔離更高的電壓，大約是100kv的級(jí)別。因此，可使用更少的開關(guān)來隔離給定的電壓(例如，lOOOkV)。相比于具有常規(guī)金屬陰極的現(xiàn)有氣體開關(guān)，例如氫交叉場(chǎng)開關(guān)及平面變型，電流密度和占空比可以更大，而且保持或改善了設(shè)備的可靠性和運(yùn)行壽命。相比于包括汞的設(shè)備(例如，引燃器)，還可以將液體金屬陰極(用于陰極壽命)和氫(作為可電離氣體復(fù)合物)的功能進(jìn)行期望地分開?？煞珠_地調(diào)節(jié)這兩項(xiàng)功能以用于優(yōu)化設(shè)備性能，例如在高壓隔離，以及載流能力方面。
[0045]根據(jù)一些具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。它們僅僅意在示出，而不應(yīng)以任何方式造成限制。因此，應(yīng)該理解，在本發(fā)明及附屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可對(duì)其進(jìn)行變型。此夕卜，上面提及的所有專利、專利應(yīng)用、文章和文獻(xiàn)通過引用的方式并入本文。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種冷陰極開關(guān)設(shè)備，包含: 限定腔室的殼體； 布置在該腔室中的可電離氣體；以及 布置在該腔室中的多個(gè)電極， 其中該多個(gè)電極包含限定放電間隙的陰極和陽極，且其中該陰極和陽極中的至少一個(gè)包含在該陰極或陽極的工作溫度為液體的材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該陰極包含在該陰極的工作溫度為液體的材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該多個(gè)電極還包含開關(guān)電極。4.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該多個(gè)電極還包含構(gòu)造為提供初始電離以閉合該冷陰極開關(guān)設(shè)備的電極。5.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該陰極包含平面陰極并且該陽極包含平面陽極。6.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該材料包含金屬、離子液體、或其組合。7.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該材料包含包括鎵、銦、鉍、錫、鋰或其組合的金屬。8.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該材料包含元素鎵、鎵合金或其組合。9.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該工作溫度在從大約-30攝氏度到大約600攝氏度的范圍內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該材料具有在工作溫度低于大約105托的分壓。11.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該可電離氣體包含氫氣、氦氣、氖氣或其組合。12.根據(jù)權(quán)利要求1的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該可電離氣體具有從大約10毫托到大約10托范圍內(nèi)的壓強(qiáng)。13.—種冷陰極開關(guān)設(shè)備，包含: 限定腔室的殼體； 布置在該腔室中的可電離氣體；以及 布置在該腔室中的至少四個(gè)電極， 其中所述電極包含限定放電間隙的陰極和陽極，且其中該陰極包含在該陰極的工作溫度為液體的金屬。14.一種功率轉(zhuǎn)換器，包含: 輸入部； 輸出部；以及 至少一個(gè)電耦合于該輸入部和該輸出部之間的冷陰極開關(guān)設(shè)備，其中該冷陰極開關(guān)設(shè)備構(gòu)造為將交流(AC)轉(zhuǎn)換為直流(DC)，或?qū)⒅绷?DC)轉(zhuǎn)換為交流(AC)，并且其中該冷陰極開關(guān)設(shè)備包含: 限定腔室的殼體； 布置在該腔室中的可電離氣體；以及 布置在該腔室中的多個(gè)電極，其中該多個(gè)電極包括限定放電間隙的陰極和陽極，且其中該陰極和陽極中的至少一個(gè)包含在該陰極或該陽極的工作溫度為液體的材料。15.根據(jù)權(quán)利要求14的功率轉(zhuǎn)換器，其中該陰極包含在該陰極的工作溫度為液體的材料。16.根據(jù)權(quán)利要求14的功率轉(zhuǎn)換器，其中該多個(gè)電極還包含開關(guān)電極。17.根據(jù)權(quán)利要求14的功率轉(zhuǎn)換器，其中該多個(gè)電極還包含構(gòu)造為提供初始電離以閉合該開關(guān)設(shè)備的電極。18.根據(jù)權(quán)利要求14的功率轉(zhuǎn)換器，其中該陰極包含平面陰極并且該陽極包含平面陽極。19.根據(jù)權(quán)利要求14的功率轉(zhuǎn)換器，其中該材料包含金屬、離子液體、或其組合。20.根據(jù)權(quán)利要求14的功率轉(zhuǎn)換器，其中該材料包含包括鎵、銦、鉍、錫、鋰或其組合的金屬。
【專利摘要】提供一種冷陰極開關(guān)設(shè)備。該冷陰極開關(guān)設(shè)備(100)包括：限定腔室(111)的殼體(110)；布置在該腔室中的可電離氣體(112)；以及布置在該腔室中的多個(gè)電極(120)。多個(gè)電極包括限定放電間隙的陰極(124)和陽極(122)，且其中陰極和陽極中的至少一個(gè)包含在該陰極或陽極的工作溫度為液體的材料(140)。
【IPC分類】H01J13/08, H01J13/52, H01J17/08
【公開號(hào)】CN105340047
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380074761
【發(fā)明人】T·J·索默雷爾, J·D·邁克爾, D·J·史密斯, S·J·扎盧波夫斯基
【申請(qǐng)人】通用電氣公司
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2013年5月21日
【公告號(hào)】CA2903990A1, EP2973638A1, US20160020057, WO2014143100A1