适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置的制作方法

1.本发明涉及矿山机电设备技术领域，尤其是涉及一种适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置。


背景技术：

2.风扇气流散热、热管传导散热是电气设备的主要散热方式。但矿山井下的瓦斯、粉尘等爆炸性环境中使用的变频器、逆变器等电气设备的电气部件均安装在密闭的隔爆箱体内，集成的变压器、可控硅等半导体功率器件的热量无法直接排送到设备外部，严重影响了电气设备的正常运行和寿命。
3.以电脑主机为代表的设备降温散热方案中，风冷和水冷加风冷等方式大量应用，提高了计算机的运行可靠性；电脑的cpu、gpu等部件发热严重，风冷方式是通过风扇将与cpu密贴的散热片的热量快速排送到机箱外，水冷是通过循环导热液将cpu的热量导出、通过风扇对换热片降温并排送到机箱外。机房等电脑和服务器集中安置的区域需要空调制冷降温，以避免环境温度升高、影响风冷效率。
4.在瓦斯、粉尘等爆炸性环境中使用的变频器、逆变器等电气设备的电气部件均安装在密闭的隔爆箱体内，变压器、可控硅等半导体功率器件的热量无法直接排送到设备外部，当前使用较多的内置散热风扇方式仅能加快发热部件热量在内部环境中的辐射传导，热管传导方式也有使用、但仅提高了发热部件热量导出的效率、热管冷却仍然靠风扇在内部提高热量扩散。
5.有鉴于此，需要设计一种的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置来满足实际应用需求。


技术实现要素：

6.针对上述所要解决的技术问题，本发明第一方面提供了一种适应隔爆型电气设备能够快速冷却热源，提高降温效率。
7.为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，热源；
8.集热系统，所述集热系统与所述热源相连，以能够收集并传导所述热源以及所述集热系统工作时所发出的热量；
9.散热系统，所述散热系统与所述集热系统相连，以接收所述集热系统所传导出的热量，所述散热系统适于冷却经由所述集热系统所传导出的热量；以及
10.控制系统，分别与所述热源、所述集热系统以及所述散热系统相连，以能够监测所述热源的热量，并根据监测的热量对控制所述集热系统和所述散热系统分别集热以及散热。
11.优选地，所述集热系统包括集热制冷片、集热换热片、集热换热泵、多根集热管和集热液罐，所述集热液罐内设有集热冷却液，所述集热制冷片包括制冷面和制热面，所述制
冷面与所述热源相连，所述制热面与所述集热换热片相连，且所述集热换热片设有进液口和出液口，所述进液口经由所述集热管与所述集热液罐相连，所述出液口经由所述集热管与所述散热系统相连，且所述集热液罐经由与所述集热管与所述集热换热泵相连，所述集热换热泵经由所述集热管与所述散热系统相连。
12.进一步优选地，所述集热冷却液为不传导电能的蒸馏水。
13.优选地，所述集热管为包裹有隔热材料的绝缘软管。
14.进一步优选地，所述集热制冷片为半导体制冷片，所述半导体制冷片适于通电以形成所述制冷面和所述制热面。
15.优选地，所述散热系统包括冷却换热片、散热制冷片、散热换热片、散热换热泵、散热片、多个散热管和散热液罐，所述散热液罐内设有散热冷却液，所述散热制冷片具有冷面和热面，所述散热制冷片的冷面与所述冷却换热片相连，所述散热制冷片的热面与所述散热换热片相连，所述散热片包括散热片进液口和散热片出液口，所述散热换热片具有散热换热片出液口和散热换热片进液口，所述散热换热片进液口经由所述散热管与所述散热液罐相连，所述散热液罐与所述散热换热泵通过所述散热管相连，所述散热换热泵经由所述散热管与所述散热片出液口相连，且所述散热管适于连接所述散热换热片出液口与所述散热片进液口。
16.进一步优选地，所述控制系统包括温度采集模块和继电器输出控制模块，所述温度采集模块适于采集所述热源的温度，所述继电器输出控制模块适于根据采集的所述热源温度开启或关闭，以控制所述散热系统和所述集热系统运行。
17.优选地，所述集热换热片或所述散热换热片均包括壳体、设置在所述壳体的盘管、且所述壳体与所述盘管之间适于填充有导热硅胶，且所述壳体的外表面设有隔热保温层，所述壳体的底面与所述散热制冷片或所述集热制冷片对应连接。
18.进一步优选地，所述散热片包括管路腔、散热翅片、设置在所述管路腔内的盘管以及隔爆腔，所述隔爆腔与所述盘管之间设有隔爆面板，所述盘管伸入所述隔爆腔内，并与所述散热管相连。
19.优选地，所述管路腔内或外设有隔热保温层，且在所述管路腔内填充有导热硅胶。
20.通过上述优选技术方案，本发明的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置采用主动制冷方式，能够快速冷却热源，降温效率高；另外，使用集热、散热双循环，可按照热源分布情况进行集热系统、散热系统的并联运行，并按照发热部件的实时状态进行独立控制；对传导热量的管路进行隔热处理，减少热量在内部的传导，避免造成内部环境温度上升、提高了非功率部件的运行稳定性；对热交换的换热片、散热片进行定向隔热处理，减少热量在内部的传导，避免造成内部环境温度上升、提高了非功率部件的运行稳定性；使用软质、绝缘的管路进行热量传导，提升了电气设备的高压绝缘安全性能，也便于设备中各部件的安装和维护。
21.本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
22.图1为本发明的具体实施方式的一种适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置的系统原理图；
23.图2为本发明的具体实施方式的一种适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置的集热换热片或散热换热片的结构示意图；
24.图3为本发明的具体实施方式的一种适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置的散热片的结构示意图；
25.图4为本发明的具体实施方式的一种适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置的多组集热系统并联的系统原理图；
26.图5为本发明的具体实施方式的一种适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置的多组散热系统并联的系统原理图。
27.附图标记
28.1热源2集热系统
29.3散热系统4控制系统
30.21集热制冷片22集热换热片
31.23集热换热泵24集热管
32.25集热液罐31冷却换热片
33.32散热制冷片33散热换热片
34.34散热换热泵35散热片
35.36散热管37散热液罐
36.221壳体222换热盘管
37.222a换热片进液口222b换热片出液口
38.223导热硅胶224隔热保温层
39.351管路腔352散热翅片
40.353散热盘管354隔爆腔
41.355隔爆面板353a散热进液口
42.353b散热出液口41温度采集模块
43.42继电器输出控制模块211制热面
44.212制冷面5分水器
具体实施方式
45.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
46.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”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，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。
47.参见图1至图3，本发明具体实施方式的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，包括热源1、集热系统2、散热系统3以及控制系统4，集热系统2与热源1相连，以能够收集并传导热源1以及集热系统2工作时自身所发出的热量。另外，散热系统3与集热系统2相连，以接收集热系统2所传导出的热量，并且散热系统3适于冷却经由集热系统2所传
导出的热量。控制系统4分别与热源1、集热系统2以及散热系统3相连，因此，通过控制系统4能够监测热源1所发出的热量，并能够根据监测出的热量控制集热系统2和散热系统3分别进行集热和散热作用。
48.具体地，集热系统2包括集热制冷片21、集热换热片22、集热换热泵23、多根集热管24和集热液罐25，集热液罐25内设有集热冷却液，集热制冷片21包括制冷面212和制热面211，制冷面212与热源1相连，制热面211与集热换热片22相连，且集热换热片22设有换热片进液口222a和换热片出液口222b，换热片进液口222a经由集热管24与集热液罐25相连，换热片出液口222b经由集热管24与散热系统3相连，且集热液罐25经由与集热管24与集热换热泵23相连，集热换热泵23经由集热管24与散热系统3相连。
49.更具体地，集热冷却液为不传导电能的蒸馏水，且集热管24为包裹有隔热材料的绝缘软管。集热冷却片为半导体制冷片，该半导体制冷片通电后形成制冷面212和制热面211。
50.当集热系统2运行时，集热制冷片21的制冷面212制冷、制热面211制热，因此，与制冷面212接触的热源1能够迅速降温，且制热面211产生的次生热量向密接的集热换热片22传导，同时，集热换热泵23运转使集热冷却液在系统内循环，集热冷却液流经集热换热片22时将热量带走，以此来实现集热制冷片21热面的冷却，然后集热冷却液流经散热系统3时，由散热系统3对其进行冷却降温，降温后的集热冷却液再次进入集热液罐25内，以此来完成集热冷却液在集热系统2内的热循环。
51.本发明具体实施方式的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，散热系统3包括冷却换热片31、散热制冷片32、散热换热片33、散热换热泵34、散热片35、多个散热管36和散热液罐37，散热液罐37内设有散热冷却液，散热制冷片32具有冷面和热面，散热制冷片32的冷面与冷却换热片31相连，散热制冷片32的热面与散热换热片33相连，散热片35包括散热片进液口353a和散热片出液口353b，散热换热片33具有散热换热片33出液口和散热换热片33进液口，散热换热片33进液口经由散热管36与散热液罐37相连，散热液罐37与散热换热泵34通过散热管36相连，散热换热泵34经由散热管36与散热片出液口353b相连，且散热管36适于连接散热换热片33出液口与散热片进液口353a，以此来完成散热系统3内的热循环操作。
52.本发明具体实施方式的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，控制系统4包括具有温度采集功能的温度采集模块42、和用于运行控制的继电器输出控制模块41，其中，温度采集模块42适于采集热源1的温度，然后按照热源1的温度范围控制与继电器输出控制模块41相连的制冷片和换热泵工作，控制系统4的运行控制分为以下几个节点：
53.当热源1处于低热范围时，集热系统2和散热系统3的集热制冷片21、集热换热泵23、散热制冷片32、散热换热泵34均不运行。
54.当热源1处于微热范围时，集热系统2的集热制冷片21不运行，集热换热泵23运行，散热系统3的散热制冷片32不运行，散热换热泵34运行。
55.当热源1处于中热范围时，集热系统2的集热制冷片21不运行，集热换热泵23运行，散热系统3的散热制冷片32和散热换热泵34均运行。
56.当热源1处于高热范围时，集热系统2和散热系统3的集热制冷片21、集热换热泵23、散热制冷片32、散热换热泵34均处于运行状态。
57.本发明具体实施方式的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，集热系统2和散热系统3中均采用换热片(集热换热片22或散热换热片33)来实现热量的传导，为了避免热量在设备内部辐射传导，在该系统中所使用的换热片(集热换热片22或散热换热片33)与常规的散热型换热装置不同。换热片(集热换热片22或散热换热片33)包括壳体221、设置在壳体221的换热盘管222、且壳体221与换热盘管222之间适于填充有导热硅胶223，壳体221的外表面还设有隔热保温层224，壳体221的底面与散热制冷片32或集热制冷片21对应连接，以此来吸收散热制冷片32或集热制冷片21的热量，且壳体221的其他面使用热反射膜或隔热棉在壳体221内部或外部进行包裹，以此来减少热量在设备内部辐射传导。
58.另外，换热片(集热换热片22或散热换热片33)的内部采用高导热性能材料、以能够加快热传导性能，外部使用热隔离材料(热反射膜或隔热棉)，以避免热量外散，配合包裹隔热材料的绝缘软管，能够减少热量在设备内部辐射传导。
59.本发明具体实施方式的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，散热系统3中所使用的散热片35向环境中辐射散热，以此来实现装置的整体冷却降温。散热片35采用导热金属材质制成，通过浇筑或切割等方式加工出隔爆面板355、散热翅片352、管路腔351和隔爆腔354，其中，管路腔351内设有散热盘管353，隔爆腔354与散热盘管353之间设有隔爆面板355，且在管路腔351内使用导热硅胶223进行填充，并且在管路腔351的腔体内部或外部铺设隔热保温层224，配合包裹隔热材料的绝缘软管，能够减少热量向设备腔内的辐射。
60.参见图4，本发明的另一种具体实施方式的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，当分布有一个以上的热源1时，每个集热系统2均对应于一个热源1，通过在在散热系统3与多组集热系统2之间设置分水器5，通过分水器5能够实现散热系统3与多组集热系统2之间的冷却液汇流和分流，即分水器5能够将多组集热系统2的集热换热片22中的集热冷却液在分水器5中进行汇集，然后输出至散热系统3的冷却换热片31中，然后再通过另一分水器5将冷却换热片31中冷却后的冷却液在另一分水器5中进行分隔，然后分别注入至各组集热系统2的换热泵内，以此来完成冷却液在整个系统中的热循环。
61.参见图5，本发明的另一种具体实施方式的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，为了扩展散热系统3的散热能力，也可以设置多个散热系统3，通过分水器5能够实现多组散热系统3与集热系统2之间的冷却液汇流和分流，其中，集热系统2的集热换热片22将集热冷却液传输至分水器5内，然后通过分水器5将集热冷却液进行分割后分别输送至各散热系统3的冷却换热片31内，然后冷却换热片31再将冷却后的冷却液输送至另一分水器5内，并在另一分水器5完成汇集，最终通过另一分水器5将汇集后的冷却液再输送至集热系统2的集热换热泵23内并在集热系统2中运行。
62.因此，通过采用主动制冷方式，能够快速冷却热源1所散发出的热量，并且整体的降温效率高；同时，使用集热系统2、散热系统3的双循环，可按照热源1分布情况进行集热系统2、散热系统3的并联运行，并按照热源1的实时状态进行独立控制，以保证能够热源1产生精准有效的控温；通过对传导热量的管路进行隔热处理，减少热量在系统内部的传导，避免造成内部环境温度的上升、提高了非功率部件的运行稳定性；对集热系统2以及散热系统3中热交换所采用的换热片、散热片35进行定向隔热处理，减少了热量在内部的传导，避免造成内部环境温度的上升、提高了非功率部件的运行稳定性；使用软质、绝缘的管路进行热量
传导，提升了设备的高压绝缘安全性能，也便于设备中各部件的安装和维护。
63.在本发明的描述中，参见术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一种实施方式”等的描述意指结合该实施例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例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。
64.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，包括：热源；集热系统，所述集热系统与所述热源相连，以能够收集并传导所述热源以及所述集热系统工作时所发出的热量；散热系统，所述散热系统与所述集热系统相连，以接收所述集热系统所传导出的热量，所述散热系统适于冷却经由所述集热系统所传导出的热量；以及控制系统，分别与所述热源、所述集热系统以及所述散热系统相连，以能够监测所述热源的热量，并根据监测的热量控制所述集热系统和所述散热系统分别集热以及散热。2.根据权利要求1所述的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，所述集热系统包括集热制冷片、集热换热片、集热换热泵、多根集热管和集热液罐，所述集热液罐内设有集热冷却液，所述集热制冷片包括制冷面和制热面，所述制冷面与所述热源相连，所述制热面与所述集热换热片相连，且所述集热换热片设有进液口和出液口，所述进液口经由所述集热管与所述集热液罐相连，所述出液口经由所述集热管与所述散热系统相连，且所述集热液罐经由与所述集热管与所述集热换热泵相连，所述集热换热泵经由所述集热管与所述散热系统相连。3.根据权利要求2所述的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，所述集热冷却液为不传导电能的蒸馏水。4.根据权利要求2所述的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，所述集热管为包裹有隔热材料的绝缘软管。5.根据权利要求2所述的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，所述集热制冷片为半导体制冷片，所述半导体制冷片适于通电以形成所述制冷面和所述制热面。6.根据权利要求1所述的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，所述散热系统包括冷却换热片、散热制冷片、散热换热片、散热换热泵、散热片、多个散热管和散热液罐，所述散热液罐内设有散热冷却液，所述散热制冷片具有冷面和热面，所述散热制冷片的冷面与所述冷却换热片相连，所述散热制冷片的热面与所述散热换热片相连，所述散热片包括散热片进液口和散热片出液口，所述散热换热片具有散热换热片出液口和散热换热片进液口，所述散热换热片进液口经由所述散热管与所述散热液罐相连，所述散热液罐与所述散热换热泵通过所述散热管相连，所述散热换热泵经由所述散热管与所述散热片出液口相连，且所述散热管适于连接所述散热换热片出液口与所述散热片进液口。7.根据权利要求1所述的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，所述控制系统包括温度采集模块和继电器输出控制模块，所述温度采集模块适于采集所述热源的温度，所述继电器输出控制模块适于根据采集的所述热源温度开启或关闭，以控制所述散热系统和所述集热系统运行。8.根据权利要求2或6所述的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，所述集热换热片或所述散热换热片均包括壳体、设置在所述壳体的换热盘管、且所述壳体与所述换热盘管之间适于填充有导热硅胶，且所述壳体的外表面设有隔热保温层，所述壳体的底面与所述散热制冷片或所述集热制冷片对应连接。
9.根据权利要求6所述的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，所述散热片包括管路腔、散热翅片、设置在所述管路腔内的散热盘管以及隔爆腔，所述隔爆腔与所述散热盘管之间设有隔爆面板，所述散热盘管伸入所述隔爆腔内，并与所述散热管相连。10.根据权利要求9所述的适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，其特征在于，所述管路腔内或外设有隔热保温层，且在所述管路腔内填充有导热硅胶。

技术总结
本发明涉及矿山机电设备领域，公开了一种适应隔爆型电气设备的内置双循环热量传导散热装置，包括：热源；集热系统，所述集热系统与所述热源相连，以能够收集并传导所述热源以及所述集热系统工作时所发出的热量；散热系统，所述散热系统与所述集热系统相连，以接收所述集热系统所传导出的热量，所述散热系统适于冷却经由所述集热系统所传导出的热量；以及控制系统，分别与所述热源、所述集热系统以及所述散热系统相连，以能够监测所述热源的热量，并根据监测的热量控制所述集热系统和所述散热系统分别集热以及散热。本发明能够快速冷却热源，提高降温效率。提高降温效率。提高降温效率。


技术研发人员：赵立厂 谢国军 陈辉 张兴华 周远 卓敏敏 刘丰祯 张一波 胡文涛 袁凤培 郝永亮 李继云 周意 朱明勋 吴晨 朱前伟 张亚军
受保护的技术使用者：中煤科工集团常州研究院有限公司
技术研发日：2023.08.03
技术公布日：2023/10/6