CN108183597A - 一种防爆变频器冷却系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却系统及方法，尤其涉及一种防爆变频器冷却系统及方法。该系统包括壳体、散热板和冷凝管；所述壳体内装有冷却液；所述散热板设置在所述壳体内，并浸泡在所述冷却液中；防爆变频器中的大功率器件设置在所述散热板上；所述冷凝管的本体设置在所述壳体内，并位于所述冷却液的上方；所述冷凝管的进口端和出口端分别设置在所述壳体外；所述冷凝管中通有冷却介质。本发明采用冷却液将防爆变频器的大功率器件浸泡，从而极大的提高了防爆变频器的防爆性能；且整个系统中不存在水泄漏的风险，增大防爆变频器的安全性能；通过冷却液传递热量，并通过冷凝管冷凝回收冷却液，具有极佳的防爆变频器冷却效果。

Description

一种防爆变频器冷却系统及方法

技术领域

本发明涉及一种冷却系统及方法，尤其涉及一种防爆变频器冷却系统及方法。

背景技术

防爆变频器在工作运行中，防爆变频器的大功率器件会产生大量的热量，该热量如果不及时排出将会影响到大功率器件的工作性能，甚至影响到大功率器件的寿命。目前，防爆变频器通常采用的冷却方式有水冷散热和热管冷却。

通过水冷散热时，防爆变频器大功率器件固定在水冷板上，水冷板内部通入冷却水进行冷却。由于水冷板的进水口和出水口与水管接头相连接，所以存在水泄漏的隐患。此外，水冷板的温度控制不当时可导致水冷板上器件表面发生凝露现象，易导致漏电、断路等故障，严重时还会发生安全事故。

通过热管冷却时，防爆变频器大功率器件固定在散热板上，热管的一端埋在散热板中，另一端穿过变频器壳体与变频器外的散热翅片连接。但是此种散热方式一般体积较大，散热翅片容易吸附灰尘导致散热性能下降；且热管的散热功率有限，变频器功率密度较大时散热效果不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理的防爆变频器冷却系统及方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种防爆变频器冷却系统，包括壳体，所述壳体内装有冷却液；用于散热的散热板，所述散热板设置在所述壳体内，并浸泡在所述冷却液中；防爆变频器中的大功率器件设置在所述散热板上；和用于冷凝回收冷却液的冷凝管，所述冷凝管的本体设置在所述壳体内，并位于所述冷却液的上方；所述冷凝管的进口端和出口端分别设置在所述壳体外；所述冷凝管中通有冷却介质。

本发明采用具有良好电气绝缘性能、化学稳定性高、不可燃的冷却液将防爆变频器所有电气元件浸泡其中，不仅能很好的冷却防爆变频器，而且还能极大提高防爆变频器的防爆性能。

进一步，所述散热板的表面设置有强化沸腾结构。该设计增加了散热板上的汽化核心，即增加了散热板上产生气泡的地点，加速热量的传递；且该强化沸腾结构加工成本较低。

更进一步，所述冷凝管为光壁铜管。铜管具有较高的导热系数，能保证高温蒸汽冷凝时放出的热量被冷凝管内的冷却介质迅速带走。

更进一步，所述冷凝管为不锈钢波纹管或不锈钢翅片管。该波纹或翅片的设计方便蒸汽的冷凝回收。

更进一步，所述冷凝器呈S型或螺旋形。该设计增大了蒸汽与冷凝器的接触面积，加快热量的传递。

更进一步，所述强化沸腾结构上设置有沟槽。该设计使得冷却液在强化沸腾结构上沸腾时，在沟槽之间产生大量的沸腾核心，从而强化沸腾换热的效果。

进一步，所述冷却液为氟化液。氟化液具有良好的电气绝缘性能，化学性质稳定，可提高防爆变频器的防爆性能；且氟化液具有很好的导热性能。

进一步，该系统还包括设置在所述冷却液中的测温器；该系统还包括控制器，所述测温器与控制器通讯；在所述冷凝管口处设置有阀门，所述控制器控制阀门的开关。该设计可通过控制阀门，进而控制冷却介质的流量，从而达到控制冷却液温度的目的。

一种权利要求1所述的防爆变频器冷却方法，包括以下步骤：

S10、防爆变频器的大功率器件在工作时产生大量热量，并将大量热量传递给散热板；

S20、冷却液在散热板上受热变成蒸汽，该蒸发过程带走散热板上大部分的热量；

S30、蒸汽在冷凝管表面凝结成液体，该凝结过程释放热量，即热量通过冷凝管排出该防爆变频器；凝结的液体重新回收到壳体的冷却液中；

S40、不断重复上述步骤，将热量不断的输送出防爆变频器，达到防爆变频器冷却的目的。

进一步，在步骤S30和S40之间还包括步骤S35，所述步骤S35为：测温器感受冷却液的温度，并将信号传递给控制器；控制器控制阀门的开启幅度，从而控制冷凝管中冷却介质的流量，进而控制热量的传递速度。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、本发明采用具有良好电气绝缘性能、化学性质稳定性高、不可燃的冷却液将防爆变频器的大功率器件浸泡，从而极大的提高了防爆变频器的防爆性能；且整个系统中，不存在水泄漏的风险，增大防爆变频器的安全性能；

2、本发明通过冷却液传递热量，并通过冷凝管冷凝回收冷却液，具有极佳的防爆变频器冷却效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明强化沸腾结构的结构示意图。

图3为本发明S型冷凝管的结构示意图。

图4为本发明螺旋形冷凝管的结构示意图。

图5为本发明带有凹槽的强化沸腾结构的结构示意图。

标号说明：

1、壳体； 2、冷凝管； 3、大功率器件； 4、冷却液； 5、散热板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1所示，一种防爆变频器冷却系统，包括壳体1、冷凝管2和散热管。

壳体1内部设置有防爆变频器的大功率器件3，用以保护和支撑大功率器件3。壳体1内装有冷却液4，大功率器件3浸泡在冷却液4中。冷却液4既可以对大功率器件3进行电气绝缘。

散热板5设置在壳体1内，并浸泡在冷却液4中；大功率器件3设置在散热板5上。大功率器件3在工作运行时产生的大量热量传递给散热板5，散热板5的温度升高；冷却液4在散热板5上受热蒸发，并带走散热板5的大部分热量。

冷凝管2包括本体、进口端和出口端，本体设置在壳体1内，并位于冷却液4的上方，即冷凝管2的本体与冷却液4的液面不接触；进口端和出口端均设置在壳体1外，与该防爆变频器冷却系统的外界连接。冷凝管2内通有冷却介质，用以冷凝回收冷却液4；冷却介质可以是冷却水，也可以是混入乙二醇的防冻液，或是其他具有冷却功能的液体。

一种防爆变频器冷却方法，包括以下步骤：

S10、防爆变频器的大功率器件3在工作时产生大量热量，并将大量热量传递给散热板5；

S20、冷却液4在散热板5上受热变成蒸汽，该蒸发过程带走散热板5上大部分的热量；

S30、蒸汽上升，遇到冷凝管2，蒸汽将热量传递给冷凝管2，然后冷凝管2将热量传递给冷却介质，冷却介质把热量输送出冷凝管2；蒸汽在冷凝管2表面凝结成液体，该凝结过程释放热量，即热量通过冷凝管2排出该防爆变频器；凝结的液体重新回收到壳体1的冷却液4中；

S40、不断重复上述步骤，将热量不断的输送出防爆变频器，达到防爆变频器冷却的目的。

实施例2：

如实施例1所示，其区别仅在于散热器表面设置有强化沸腾结构。

如图2所示，强化沸腾结构上有若干的凸起，该凸起增大了冷却液4与强化沸腾结构的接触面积，可加快热量的传递速度。

实施例3：

如实施例2所示，其区别仅在于冷凝管2为光壁铜管。

光壁铜管具有较高的导热系数，可以快速吸收蒸汽冷凝时放出的热量，并快速将热量传递给冷凝管2内的冷却介质，冷却介质将热量输送出防爆变频器。

实施例4：

如实施例2所示，其区别仅在于冷凝管2为不锈钢波纹管。

不锈钢波纹管可加强冷凝管2内冷却介质与冷凝管2管壁的换热效果。

在本发明中，冷凝管2还可以是不锈钢翅片管，不锈钢翅片管可增加冷凝换热面积。

实施例5：

如实施例3或实施例4所示，其区别仅在于冷凝管2为S型。

此S型如图3所示，图中的横线表示冷却液4的液面。在一定空间内，S型增大了蒸汽与冷凝管2的接触面积，冷凝效果加强。

实施例6：

如实施例3或实施例4所示，其区别仅在于冷凝管2为螺旋形。

此螺旋形，或称弹簧状，常用于化学实验中的蛇形冷凝管。如图4所示，图中的横线表示冷却液4的液面。在一定空间内，螺旋形增大了蒸汽与冷凝管2的接触面积，冷凝效果加强。

实施例7：

如实施例2所示，其区别仅在于强化沸腾结构上设置有沟槽。

如图2所示，冷却液4在强化沸腾结构上受热沸腾，此时在沟槽之间会产生大量的沸腾核心，从而强化沸腾换热效果。且带有沟槽的强化沸腾结构造型简单，加工成本较低。

该强化沸腾结构还可以是凹槽，图5所示，在强化沸腾结构上向内部凹进即形成凹槽，此凹槽可以是圆形的，可以是椭圆形的，还可以是其他的形状。

在本发明中，强化沸腾结构不仅仅是上述两种形式，还可以采用其他形式的、可以形成沸腾核心的结构。

实施例8：

如实施例1所示，其区别仅在于冷却液4为氟化液。

氟化液具有良好的电气绝缘性能，且化学性质稳定，可以提高防爆变频器的防爆性能。本实施例中，氟化液选用3M电子氟化液NovecTM7100，该氟化液导热性能好，且常温下沸点为61摄氏度，可以保证散热板5的温度控制在65摄氏度左右；65摄氏度左右的温度远低于大功率器件3允许的最大散热温度，保证大功率器件3不会因为工作运行温度过高而影响工作运行效率或是影响大功率器件3的寿命。

在本发明中，不仅限于3M电子氟化液NovecTM7100，其他具有相似性能的氟化液也可以。

实施例9：

如实施例1所示，其区别仅在于该防爆变频器冷却系统还包括测温器，测温器设置在壳体1内的冷却液4中，这就意味着测温器不与散热板5和大功率器件3相接触。

该防爆变频器冷却系统还包括控制器，控制器与测温器保持通讯。

在本发明中，冷凝管2的管口处，包括进口和出口，均设置有阀门；控制器控制阀门的开启幅度，进而控制冷却介质通过冷凝管2的流量。

在本发明中，防爆变频器冷却方法还包括步骤S35：测温器感受冷却液4的温度，并将信号传递给控制器；控制器接受测温器传递的信号，并根据信号控制阀门的开启幅度，从而控制冷凝管2中冷却介质的流量，进而控制热量的传递速度。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防爆变频器冷却系统，其特征在于：包括壳体(1)，所述壳体(1)内装有冷却液(4)；

用于散热的散热板(5)，所述散热板(5)设置在所述壳体(1)内，并浸泡在所述冷却液(4)中；防爆变频器中的大功率器件(3)设置在所述散热板(5)上；

和用于冷凝回收冷却液(4)的冷凝管(2)，所述冷凝管(2)的本体设置在所述壳体(1)内，并位于所述冷却液(4)的上方；所述冷凝管(2)的进口端和出口端分别设置在所述壳体(1)外；所述冷凝管(2)中通有冷却介质。

2.根据权利要求1所述的一种防爆变频器冷却系统，其特征在于：所述散热板(5)的表面设置有强化沸腾结构。

3.根据权利要求2所述的一种防爆变频器冷却系统，其特征在于：所述冷凝管(2)为光壁铜管。

4.根据权利要求2所述的一种防爆变频器冷却系统，其特征在于：所述冷凝管(2)为不锈钢波纹管或不锈钢翅片管。

5.根据权利要求3或4所述的一种防爆变频器冷却系统，其特征在于：所述冷凝器呈S型或螺旋形。

6.根据权利要求2所述的一种防爆变频器冷却系统，其特征在于：所述强化沸腾结构上设置有沟槽。

7.根据权利要求1所述的一种防爆变频器冷却系统，其特征在于：所述冷却液(4)为氟化液。

8.根据权利要求1所述的一种防爆变频器冷却系统，其特征在于：该系统还包括设置在所述冷却液(4)中的测温器；该系统还包括控制器，所述测温器与控制器通讯；在所述冷凝管(2)口处设置有阀门，所述控制器控制阀门的开关。

9.一种权利要求1所述的防爆变频器冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、防爆变频器的大功率器件(3)在工作时产生大量热量，并将大量热量传递给散热板(5)；

S20、冷却液(4)在散热板(5)上受热变成蒸汽，该蒸发过程带走散热板(5)上大部分的热量；

S30、蒸汽在冷凝管(2)表面凝结成液体，该凝结过程释放热量，即热量通过冷凝管(2)排出该防爆变频器；凝结的液体重新回收到壳体(1)的冷却液(4)中；

S40、不断重复上述步骤，将热量不断的输送出防爆变频器，达到防爆变频器冷却的目的。

10.根据权利要求9所述的一种防爆变频器冷却方法，其特征在于，在步骤S30和S40之间还包括步骤S35，所述步骤S35为：测温器感受冷却液(4)的温度，并将信号传递给控制器；控制器控制阀门的开启幅度，从而控制冷凝管(2)中冷却介质的流量，进而控制热量的传递速度。