鋰電工廠中應(yīng)用電柜水冷卻散熱裝置
鄧斌1，鄧寧2，吳國(guó)勇3，陳璟4，周金卿1，5
1 柳州市豪杰特化工機(jī)械有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，廣西 柳州 545005；
2 柳州城市職業(yè)學(xué)院 機(jī)電與汽車工程系，廣西 柳州 545036；
3 廣西科技師范學(xué)院食品與生化工程學(xué)院，廣西 來(lái)賓 546100；
4 柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣西 柳州 545005；
5 柳州蓓蒂芬科技有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545000
摘要：鋰電工廠設(shè)備多，安全標(biāo)準(zhǔn)也非常高，電池加工需要使用冷卻散熱裝置，本文介紹了一種電柜水冷卻散熱裝置，包括水箱、循環(huán)水泵、外部水冷卻熱交換排組、外散熱風(fēng)機(jī)、內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)，水箱、循環(huán)水泵、外部水冷卻熱交換排組和外散熱風(fēng)機(jī)安裝在電柜外部，外部水冷卻熱交換排組位于外散熱風(fēng)機(jī)與電柜之間，內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)安裝在電柜內(nèi)部，內(nèi)部水冷卻熱交換排組位于內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)與電柜之間，水箱與內(nèi)部水冷卻熱交換排組連通，內(nèi)、外部水冷卻熱交換排組連通，外部水冷卻熱交換排組與循環(huán)水泵連通，循環(huán)水泵與水箱連通。本水冷裝置可以避免電控柜內(nèi)風(fēng)冷方式帶來(lái)的粉塵問(wèn)題，也可以有效降低電柜溫度，并且制作及使用成本低廉，拆裝方便，能長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作。
0 前言
在化工、電子漿料、涂料、膠粘劑、化妝品、潤(rùn)滑脂、制藥、食品等眾多行業(yè)生產(chǎn)中，物料混合設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方式主要是以電控柜、配電箱、操作臺(tái)為主，其中應(yīng)用最廣的就是電控柜——控制化工攪拌機(jī)，通過(guò)柜內(nèi)放置的變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)設(shè)備電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；缺點(diǎn)：行業(yè)內(nèi)車間工作環(huán)境普遍比較惡劣，粉塵顆粒度很小，且具有導(dǎo)電性及腐蝕性，灰塵、污垢或其他腐蝕性物質(zhì)等易進(jìn)入變頻器內(nèi)，影響變頻器的冷卻通風(fēng)，同時(shí)干擾變頻器內(nèi)整流橋和IGBT等電元件的正常工作，損壞變頻器。由于工作時(shí)間長(zhǎng)，一般20小時(shí)/天以上運(yùn)行時(shí)間，變頻器在溫度過(guò)高的環(huán)境中工作會(huì)嚴(yán)重影響變頻器壽命，重則炸機(jī)（發(fā)生爆炸）。近年來(lái)，隨著超細(xì)級(jí)及納米級(jí)物料的推廣應(yīng)用，常規(guī)控制柜使用風(fēng)扇散熱，但柜子內(nèi)外進(jìn)行熱交換的過(guò)程中會(huì)將柜外的粉塵帶入柜內(nèi)，導(dǎo)致整個(gè)柜體的密閉性無(wú)法很好的保證，難以適應(yīng)客戶需求，而若運(yùn)用正壓隔爆式或柜內(nèi)空調(diào)散熱，無(wú)論制作成本還是使用成本又相當(dāng)之高。因此，急需要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種能夠克服電柜溫度高、風(fēng)冷密閉性差及成本高的電柜水冷卻散熱裝置，本水冷裝置可以避免電控柜內(nèi)風(fēng)冷方式帶來(lái)的粉塵問(wèn)題，也可以有效降低電柜溫度，并且制作及使用成本低廉，拆裝方便，能長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作。
1 設(shè)備優(yōu)勢(shì)
本裝置涉及一種電柜水冷卻散熱裝置，包括水箱、循環(huán)水泵、外部水冷卻熱交換排組、外散熱風(fēng)機(jī)、內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)，水箱、循環(huán)水泵、外部水冷卻熱交換排組和外散熱風(fēng)機(jī)安裝在電柜外部，外部水冷卻熱交換排組位于外散熱風(fēng)機(jī)與電柜之間，內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)安裝在電柜內(nèi)部，內(nèi)部水冷卻熱交換排組位于內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)與電柜之間，水箱與內(nèi)部水冷卻熱交換排組連通，內(nèi)、外部水冷卻熱交換排組連通，外部水冷卻熱交換排組與循環(huán)水泵連通，循環(huán)水泵與水箱連通。本水冷裝置可以避免電控柜內(nèi)風(fēng)冷方式帶來(lái)的粉塵問(wèn)題，也可以有效降低電柜溫度，并且制作及使用成本低廉，拆裝方便，能長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作。
2 設(shè)備結(jié)構(gòu)
本電柜水冷卻散熱裝置，包括外部水冷卻熱交換排組、外散熱風(fēng)機(jī)、內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)，所述的外部水冷卻熱交換排組和外散熱風(fēng)機(jī)安裝在電柜外部并固定在電柜上，所述的外部水冷卻熱交換排組位于外散熱風(fēng)機(jī)與電柜之間，所述的內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)安裝在電柜內(nèi)部并固定在電柜上，所述的內(nèi)部水冷卻熱交換排組位于內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)與電柜之間。
該電柜水冷卻散熱裝置還包括有水箱和循環(huán)水泵，所述的水箱與內(nèi)部水冷卻熱交換排組連通，內(nèi)部水冷卻熱交換排組與外部水冷卻熱交換排組連通，外部水冷卻熱交換排組與循環(huán)水泵連通，循環(huán)水泵與水箱連通，所述的水箱和循環(huán)水泵安裝在電柜外部并固定在電柜上。
所述的外部水冷卻熱交換排組和內(nèi)部水冷卻熱交換排組是由1-5組水冷散熱裝置構(gòu)成，所述的1組水冷散熱裝置是由1-8根U型管連通構(gòu)成，所述的外部水冷卻熱交換排組和內(nèi)部水冷卻熱交換排組安裝在電柜頂部或電柜側(cè)壁。
所述的水冷散熱裝置是采用翅片銅管構(gòu)成。
所述的外散熱風(fēng)機(jī)和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)是由1-8個(gè)散熱風(fēng)扇構(gòu)成。
所述的內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)通過(guò)安裝板Ⅰ安裝在電柜內(nèi)部，即內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)固定在安裝板Ⅰ上，安裝板Ⅰ固定在電柜上。
所述的外部水冷卻熱交換排組和外散熱風(fēng)機(jī)通過(guò)安裝板Ⅱ安裝在電柜外部，即外部水冷卻熱交換排組和外散熱風(fēng)機(jī)固定在安裝板Ⅱ上，安裝板Ⅱ固定在電柜上。
由于采用上述技術(shù)方案，本水冷裝置具有以下有益效果：
（1）本水冷裝置對(duì)電柜內(nèi)冷卻效果優(yōu)于風(fēng)扇冷卻。本水冷裝置同時(shí)設(shè)置有內(nèi)部和外部散熱裝置和風(fēng)機(jī)，采用的一組或多組水冷散熱裝置可以安裝在電柜頂部或左右側(cè)面，位置固定，通過(guò)水循環(huán)泵拖動(dòng)內(nèi)外冷卻水循環(huán)，以及風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)氣流，使得冷卻系統(tǒng)內(nèi)外熱交換效率進(jìn)一步提高。
（2）本發(fā)明成本及能耗均低于正壓隔爆式或柜內(nèi)空調(diào)散熱。
（3）解決納米級(jí)粉塵從濾網(wǎng)之間進(jìn)入電柜內(nèi)部，導(dǎo)致電器元件損壞問(wèn)題。
（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆、清洗、維護(hù)方便。
（5）密封性好，可惡劣工況條件下工作。
下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本水冷裝置之電柜水冷卻散熱裝置的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說(shuō)明。
3 附圖說(shuō)明
圖1—圖2：安裝有本水冷裝置電柜水冷卻散熱裝置的電柜結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1：主視圖，圖2：左視圖。
圖3—圖4：本水冷裝置之電柜水冷卻散熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3：左視圖，圖4：主視圖。
圖中：1-水箱，2-循環(huán)水泵，3-外部水冷卻熱交換排組，4-外散熱風(fēng)機(jī)，5-內(nèi)部水冷卻熱交換排組，6-內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)，7-電柜。
4 設(shè)備實(shí)施方式
實(shí)施例1：一種電柜水冷卻散熱裝置，如圖1－圖4所示，包括水箱1、循環(huán)水泵2、外部水冷卻熱交換排組3、外散熱風(fēng)機(jī)4、內(nèi)部水冷卻熱交換排組5和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)6，所述的水箱1、循環(huán)水泵2、外部水冷卻熱交換排組3和外散熱風(fēng)機(jī)4安裝在電柜外部并固定在電柜上，所述的外部水冷卻熱交換排組位于外散熱風(fēng)機(jī)與電柜之間，所述的內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)安裝在電柜內(nèi)部并固定在電柜上，所述的內(nèi)部水冷卻熱交換排組位于內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)與電柜之間。所述的水箱1與內(nèi)部水冷卻熱交換排組5連通，內(nèi)部水冷卻熱交換排組與外部水冷卻熱交換排組3連通，外部水冷卻熱交換排組與循環(huán)水泵2連通，循環(huán)水泵與水箱1通過(guò)管道連通。
所述的外部水冷卻熱交換排組3和內(nèi)部水冷卻熱交換排組5是由1-5組水冷散熱裝置構(gòu)成，所述的1組水冷散熱裝置是由1-8根U型翅片管連通構(gòu)成，所述的外部水冷卻熱交換排組3和內(nèi)部水冷卻熱交換排組5安裝在電柜頂部或電柜側(cè)壁。內(nèi)外部水冷卻熱交換排組的厚度可根據(jù)散熱需要加厚。
所述的外散熱風(fēng)機(jī)4和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)6是由1-8個(gè)散熱風(fēng)扇構(gòu)成。
本水冷裝置同時(shí)存在內(nèi)部吸熱裝置（包括內(nèi)部水冷卻熱交換排組5和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)6）與外部散熱裝置（包括外部水冷卻熱交換排組3和外散熱風(fēng)機(jī)4），對(duì)柜內(nèi)變頻器產(chǎn)生熱量與外部空氣進(jìn)行熱交換。該兩種裝置可以同時(shí)或分別獨(dú)立工作，內(nèi)部吸熱裝置獨(dú)立工作時(shí)，可外接工廠管道冷卻水。
本水冷裝置可獨(dú)立安裝在安裝板上，成套配入電柜側(cè)壁或頂部安裝，可采用以下方式安裝：所述的內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)通過(guò)安裝板Ⅰ（圖中未畫出）安裝在電柜內(nèi)部，即先將內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)固定在安裝板Ⅰ上，再將安裝板Ⅰ固定在電柜上。所述的外部水冷卻熱交換排組和外散熱風(fēng)機(jī)通過(guò)安裝板Ⅱ（圖中未畫出）安裝在電柜外部，即先將外部水冷卻熱交換排組和外散熱風(fēng)機(jī)固定在安裝板Ⅱ上，再將安裝板Ⅱ固定在電柜上。本水冷裝置也可單獨(dú)在電柜上開管線孔安裝固定。
控制柜及本水冷裝置各主要部件功能如下：
（1）控制柜：對(duì)柜內(nèi)與柜外的粉塵進(jìn)行隔絕，且是水冷散熱裝置安裝的基礎(chǔ)部件。
（2）內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)：氣流控制器件。將柜內(nèi)變頻器散發(fā)出的熱量進(jìn)一步集中到水冷排翅片上，使得熱傳導(dǎo)效率更高，并帶動(dòng)柜內(nèi)氣流流動(dòng)，讓柜內(nèi)溫度更為均衡。
（3）水冷卻熱交換排組：是熱交換介質(zhì)-冷卻水的容器及熱傳導(dǎo)器。內(nèi)部排組將風(fēng)扇帶來(lái)的柜內(nèi)熱量有效的吸收并傳導(dǎo)到導(dǎo)管內(nèi)的冷卻水中，而后外部的排組將水中的熱量吸收并因?yàn)閮?nèi)外溫差（水與空氣），將熱量排放到空氣中去。
（4）循環(huán)水泵：串連到水冷排組管道連接件中，向管道內(nèi)冷卻水提供動(dòng)力，使得冷卻水可以在水冷排組內(nèi)部循環(huán)。
（5）外散熱風(fēng)機(jī)：氣流控制器件。增強(qiáng)水冷排翅片間的氣流流動(dòng)性，使外部水冷排與空氣的熱交換性能更好。
（6）水箱：存儲(chǔ)部分冷卻水，放置在整個(gè)散熱系統(tǒng)最高點(diǎn)，防止水泵出現(xiàn)吸空現(xiàn)象。
本水冷裝置的運(yùn)行過(guò)程如下：設(shè)備運(yùn)行時(shí)，通過(guò)循環(huán)水泵將冷卻水從水箱中抽取傳送到水冷卻熱交換排組（柜內(nèi)部分）的管道中，而水冷卻熱交換排組（柜內(nèi)部分）上的內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)將變頻器散發(fā)出來(lái)的熱量吸入水冷卻熱交換排組（柜內(nèi)部分）上，通過(guò)水冷卻熱交換排組（柜內(nèi)部分）上的翅片和銅管與冷卻水進(jìn)行熱量交換。此時(shí)水冷卻熱交換排組（柜內(nèi)部分）管道內(nèi)的水溫上升，后經(jīng)過(guò)水泵提供動(dòng)力，將溫度上升的冷卻水帶出配電柜，后經(jīng)水冷卻熱交換排組（柜外部分），冷卻水中熱量傳遞到水冷卻熱交換排組（柜外部分）翅片與銅管上，外散熱風(fēng)機(jī)將熱量帶走散發(fā)到空氣中，冷卻后的冷卻水留回水箱。
本發(fā)明的散熱裝置還可以將冷卻水更換為油或其它介質(zhì)。
5 總結(jié)
在鋰電工廠中，電池加工需要使用冷卻散熱裝置，本文介紹了一種電柜水冷卻散熱裝置，包括水箱、循環(huán)水泵、外部水冷卻熱交換排組、外散熱風(fēng)機(jī)、內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)，水箱、循環(huán)水泵、外部水冷卻熱交換排組和外散熱風(fēng)機(jī)安裝在電柜外部，外部水冷卻熱交換排組位于外散熱風(fēng)機(jī)與電柜之間，內(nèi)部水冷卻熱交換排組和內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)安裝在電柜內(nèi)部，內(nèi)部水冷卻熱交換排組位于內(nèi)吸熱風(fēng)機(jī)與電柜之間，水箱與內(nèi)部水冷卻熱交換排組連通，內(nèi)、外部水冷卻熱交換排組連通，外部水冷卻熱交換排組與循環(huán)水泵連通，循環(huán)水泵與水箱連通。本水冷裝置可以避免電控柜內(nèi)風(fēng)冷方式帶來(lái)的粉塵問(wèn)題，也可以有效降低電柜溫度，并且制作及使用成本低廉，拆裝方便，能長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作。
參考文獻(xiàn)
[1]鄧斌等，柳州市豪杰特化工機(jī)械有限責(zé)任公司.電柜水冷卻散熱裝置：中國(guó). 201320796704.5[P].
[基金項(xiàng)目]本文獲2016年廣西科技計(jì)劃（合同編號(hào)：桂科AC16380013，氧化石墨烯的清潔制備工藝研究及在汽車塑料應(yīng)用性能評(píng)價(jià)）、2015年廣西高校科研項(xiàng)目（KY2015YB399，物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)融合和安全問(wèn)題關(guān)鍵技術(shù)研究）的資助。
[作者簡(jiǎn)介]鄧斌（1988-），男，漢族，廣西柳州人，機(jī)電一體化專業(yè)，助理工程師，主要從事電氣液壓設(shè)計(jì)。
[通訊作者]陳璟（1984—），女，漢族，廣西柳州人，材料加工工程專業(yè)碩士，講師，主要從事流體分析CFD、模具優(yōu)化設(shè)計(jì)等研究，1936307477@qq.com。