一种船舶电控箱的降温散热系统

1.本发明涉及船舶技术领域，具体涉及船舶电控箱的降温散热系统，属于船舶制冷技术领域。


背景技术：

2.船舶在服役的生命周期内，设备不断地被更新迭代，随着系统级封装集成度和功率器件的热耗和热流密度不断提高，电子设备的热耗也在不断升高，原来釆用风扇对承载电子设备的电控箱强制通风散热，对无限航区的船舶来说，特别是在经过地球赤道时，由于环境温度较高，加之海上湿度较大，盐雾较重，这种散热方式，已经达不到对电控箱内电子设备工作时的有效降温，使电控箱难以正常工作，从而影响船舶航行安全。
3.为了给电控箱降温，最直接的方式，通常是通过水冷却器或空调给电控箱降温，为此需要给电控箱所在舱室重新铺设管路，从而破坏舱室隔板的原有设计，影响船舶安全；因此，对于运营中的船舶，随意改变船舶舱室的原有结构，是不被允许的，因此，用水冷却器或空调对船舶更新迭代的设备进行降温方案不可行。
4.目前，采用半导体制冷技术对电控箱进行降温散热，已成为本领域通行手段，该方法可以实现不对船体结构进行改动而对设备进行降温。
5.采用半导体制冷技术对电控箱进行降温散热处理，其核心部件就是半导体制冷片，半导体制冷片为薄型；半导体制冷片的二端面，一面为冷端，另一面为热端，其冷热端材质为陶瓷，此外，冷热端分别设有吸热散热器和放热散热器，散热器的材质为金属导热材料，将冷端的吸热散热器设置在电控箱内，将热端为放热散热器设置在电控箱外，并在冷热端散热器之间进行隔热处理，半导体制冷片在箱体内保持直立状态，即半导体制冷片的二端面与水平面保持垂直，通常冷端的吸热散热器为直肋(铝型材)散热器，在直肋(铝型材)散热器的前端，固定连接着向其吹风的轴流风扇，提高直肋(铝型材)散热器的换热效率，实现对电控箱冷却降温。
6.目前，由于半导体制冷片的冷端通常与直肋(铝型材)散热器相连，一方面，冷端直肋(铝型材)散热器上叶片产生的凝露，会直接滴落到箱内元器件上，特别是当船舶摇晃（纵倾或横倾）时，凝露更容易被甩出，溅落到箱内的电子元件上，影响产品的绝缘性能；另一方面，冷端直肋(铝型材)散热器连接着向其吹风的轴流风扇，在半导体制冷片工作过程中，其冷端直肋(铝型材)散热器上的凝露经轴流风扇旋转气流，开放式吹出，大部分被雾化成颗粒大小不等的水珠，并随着气流在控制箱内流动，其中一部分水珠附着到元器件，这些水珠，轻则降低控制箱的绝缘等级，重则使控制箱内元器件短路烧毁。
7.此外，半导体制冷片是通过二端的散热器（即冷端吸热散热器和热端放热散热器），利用螺钉对其进行夹紧固定，冷热散热器之间通过螺钉可以传导热量，因此，没有切断冷端吸热散热器和热端放热散热器之间的热传导；且半导体制冷片与散热器之间是刚性连接，其夹紧力大小由操作者的经验决定；由于半导体制冷片的冷热端材质为陶瓷，当压紧力过大，容易使半导体制冷片碎裂，导致制冷失效；当压紧力过小，会使半导体制冷片的端面
与散热器之间接触不良，不仅使得制冷效率降低，还容易烧坏半导体制冷片。特别是在船舶振动环境下，容易使散热器之间的固定螺钉松动，由于半导体制冷片是立式安装，从而使得半导体制冷片在冷热端散热器之间产生移动、滑落，导致制冷失效。
8.综上所述，目前，采用半导体制冷技术对承载升级的船舶电子设备的封闭式电控箱内进行降温散热处理，存在的问题有：1、当船舶纵倾或横倾时，由制冷产生的凝露将会溅落到电控箱元器件上，降低电控箱绝缘等级，甚至会发生元器件短路；2、冷端散热器上循环风不能保证热空气能够与所有散热片进行有效接触，影响制冷效果；3、由于要将冷端散热器装到控制箱内部，因此，需要在控制箱上设置一个安装窗口，从而影响控制箱的电磁隔离；4、对半导体制冷片的固定方式不合理。


技术实现要素：

9.本发明的目的为了解决船舶电控箱内，因电子设备升级后，采用半导体制冷技术对控制箱进行降温散热产生的新问题，即控制箱安全性低，易产生低绝缘、短路；半导体制冷片制冷效率低；电磁隔离效果差等的缺陷，基于半导体制冷原理，提出一种船舶电控箱的降温散热系统，以克服上述缺陷。
10.为达到上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现。
11.一种船舶电控箱的降温散热系统，包含连接板、半导体制冷片、隔热垫、吸热散热器、放热散热器，其特征在于：所述连接板为保温材料；所述连接板上至少设有一只和半导体制冷片外形相对应的通孔，所述通孔在连接板上对称布置；所述连接板的后端面与放热散热器前端面相连；所述连接板，其通孔的后部放置半导体制冷片，半导体制冷片的前后端分别为冷端和热端，热端向后与放热散热器贴合；冷端向前，冷端前面设有导热块，并与其贴合，导热块与半导体制冷片外形尺寸相同，导热块前端面凸出连接板，导热块前端面固定连接吸热散热器；所述连接板与吸热散热器之间设有隔热垫；所述连接板与吸热散热器之间固定连接；所述吸热散热器为单边直肋散热器，肋片与水平面垂直；所述吸热散热器外部设有保护罩，所述保护罩与吸热散热器固定连接，保护罩与控制箱之间利用接地线共同接地；保护罩的前罩板与吸热散热器前部之间留有间隙，保护罩左、右罩板后部边线与吸热散热器的后面对齐，保护罩上、下罩板后部边线距离吸热散热器的后面留有深度为h的缺口；所述下罩板缺口的下面设有集水槽，集水槽底部设有出水口；所述保护罩的前罩板上至少对称设有一只风扇孔，固定安装风扇；所述风扇的前部，设有隔离罩；所述隔离罩为网状，固定连接在前罩板上；所述控制箱，在控制箱立面板上设有窗口，窗口的宽和高尺寸与保护罩尺寸相适应，并通过连接板上设置的安装孔与控制箱立面板固定连接。
12.上述所述保护罩、隔离罩的材质为铁质。
13.上述所述缺口长度与保护罩等宽，在缺口上覆盖有集露网。
14.上述所述集水槽，为u形，u形口宽度大于缺口深度h，二端封口，其底部左高右低，最低处设有出水口。
15.上述所述出水口，其下端连接出水管，在出水管与出水口连接处的下端还设有s弯。
16.上述所述隔热垫，高和宽尺寸与吸热散热器的高和宽尺寸相同。
17.上述所述连接板为环氧板。
18.上述所述导热块，其前后端面平行且光滑。
19.上述所述半导体制冷片的热端与放热散热器之间的贴合面、半导体制冷片的冷端与导热块之间的贴合面、导热块与吸散热器之间的贴合面，均涂抹导热胶。
20.上述所述放热散热器与吸热散热器之间距离=半导体制冷片的厚度+导热块的厚度=连接板的厚度+隔热垫的厚度+放热散热器与连接板之间的间隙δ。
21.上述所述放热散热器的热交换效能大于吸热散热器的热交换效能。
22.上述所述半导体制冷片的电源线设置在箱内。
23.上述所述保护罩，其内部气压略高于外部气压。
24.有益效果：本发明一种船舶电控箱的降温散热系统，通过保护罩，将吸热散热器罩起来，并在保护罩的前罩板上设置风扇，在上、下罩板的后部设有缺口和集露网，第一方面，风扇将控制箱内的热空气吹进保护罩内，由于保护罩和吸热散热器的前部有间隙，且保护罩内部气压略高于外部气压，在保护罩的保护下，热空气充分与吸热散热器上的每片直肋翅片，从前到后全表面接触，进行换热，冷却后的空气经保护罩后面的缺口和集露网流入箱体，即热空气从吸热散热器前面吸进，再从吸热散热器后面排出，既保证热交换面积，还将冷热空气分开，提高吸热散热器的换热效率。
25.第二方面，有保护罩的保护，可以有效避免吸热散热器的直肋翅片上冷凝水自然掉落和被风扇吹撒到控制箱内的元器件上，从而保证控制箱内的元器件的绝缘等级。为了避免凝露被风扇雾化后，从保护罩的缺口随冷空气的气流一起流出，本发明在缺口外设有集露网，通过集露网收集被雾化的凝露，上面的集露网收集的凝露在重力的作用下，掉落到下面的集露网，下面集露网上的凝露从网孔中渗漏，落入集水槽，从而避免凝露在控制箱内飞溅和循环，保证控制箱的绝缘等级；收集到集水槽内的凝露，再由集水槽内的出水口经出水管s弯和管路排出控制箱，出水管s弯的设置，是避免控制箱内的冷空气从集水槽的出水口流失，起封堵作用。
26.第三方面，由于放热散热器的热交换效能大于吸热散热器的热交换效能，也就是说，放热散热器能够及时将半导体制冷片产生的热散发出去，在放热散热器上不产生热堆集，提高半导体制冷片的制冷效率。
27.第四方面，由于在控制箱的立面安装降温散热系统，因此控制箱的立面需要为该系统设置一只窗口，该窗孔将使控制箱产生电磁泄漏，为了进行电磁保护，本发明利用铁质隔离罩、保护罩，对窗口进行电磁遮挡，同时将保护罩与控制箱一起共同接地，从而实现控制箱的电磁保护。
28.第五方面，本发明放热散热器与吸热散热器，通过连接板进行中间过渡，压紧半导体制冷片，避免放热散热器与吸热散热器之间的直接连接，此外连接板为非导热材料，因此放热散热器与吸热散热器在压紧半导体制冷片时，不产生热传导，提高半导体制冷片的制冷效率。
附图说明
29.图1为本发明主视图；图2为图1在实施例一中的a-a剖视图；图3为图1在实施例二中的a-a剖视图。
30.其中：1.隔离罩，2.风扇，3.保护罩，31.缺口，32.风扇孔，33.前罩板，34.下罩板，35.上罩板，36.左罩板，37.右罩板，4.吸热散热器，5.导热块，6.隔热垫，7.控制箱立面板，71.窗口，8.半导体制冷片，81.热端，82.冷端，83.电源线，9.连接板，91.安装孔，92.通孔，93.螺栓孔，94.螺钉孔，95.连接螺母， 10.放热散热器，101.第一安装孔，102.承压面，11.螺栓，12.限位套，13.压缩弹簧，14.压紧垫片，141.轴用弹性挡圈，142.台阶轴，15.螺母，16.集水槽，161.出水口，17.第一螺钉，18.集露网，19.螺钉。
具体实施方式
31.为使本发明的目的和技术方案表述更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
32.本发明中所述的“左、右、上、下、前、后”的含义指的是阅读者正对附图1时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右，阅读者的上边即为上，阅读者的下边即为下，阅读者前方纸里的面为后，阅读者正对的面为前；本发明中所述的“高、宽、深”的含义：上下之间距离为高，左右之间距离为宽，前后之间距离为深，而非对本发明的特定限定。
33.本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
34.本发明实施例一：指的是阅读者正对如图1、图2所示，本实施例连接板9为方形环氧板，其中央对称设置一只通孔92，通孔92宽高尺寸与半导体制冷片8的端面尺寸相对应，在通孔92外围对称设有四只带限位螺钉孔94，螺钉孔94为圆柱头沉孔螺栓孔，在圆柱头沉孔内设有连接螺母95，连接螺母95和螺钉孔94之间是固定连接，本实施例是利用环氧树脂将连接螺母95固定在螺钉孔94的圆柱头沉孔内，在四只螺钉孔94的外围，对称设有四只螺栓孔93，螺栓孔93为沉孔螺栓孔，在四只螺栓孔93的外围，设有四只安装孔91；将连接板9与放热散热器10相连，利用放热散热器10的端面封堵了连接板9上的通孔92的一端，使通孔92形成凹槽，在凹槽里先后放置半导体制冷片8与导热块5，半导体制冷片8的热端81向后，与放热散热器10贴合；本实施例连接板9与放热散热器10相连的方式优选弹性连接，并利用弹性连接装置进行弹性连接。
35.所述弹性连接装置，包含螺栓11、限位套12、压缩弹簧13、压紧垫片14、螺母15，所述限位套12空套在螺栓11的螺杆上，螺栓11的螺纹端与限位套12一起顺次穿过连接板9的螺栓孔93、放热散热器10的第一安装孔101；所述压缩弹簧13从螺栓11的螺纹端套入限位套12的外径，直至放热散热器10的承压面102；所述螺母15、压紧垫片14利用螺栓11的螺纹连接压缩压缩弹簧13，直至压紧垫片14与定位套12的后端面紧密贴合。也就是说，限位套12限
制了螺母15对压缩弹簧13的压缩量。本实施例螺栓11优选t型槽用螺栓，与其对应螺栓孔93为腰形沉孔螺栓孔，避免旋转螺母15时，螺栓11跟转，方便操作。
36.半导体制冷片8的冷端82向前，与导热块5贴合，导热块5宽高尺寸与半导体制冷片8端面尺寸相同，以方便通孔92对半导体制冷片8与导热块5进行定位；在连接板9的前面、导热块5的四周粘贴一块宽高尺寸与吸热散热器4宽高尺寸相同的隔热垫6，导热块5前后端面平行且光滑，并与吸热散热器4利用螺钉19进行固定连接；利用第一螺钉17将吸热散热器4与连接板9内的连接螺母95进行固定连接，调整第一螺钉17行程，使得放热散热器10与连接板9之间四周产生均匀间隙为δ，（本实施例δ=1毫米），从而保证半导体制冷片8在放热散热器10与吸热散热器4之间的夹紧力符合设计要求，且保证半导体制冷片8受力均匀，也就是说，放热散热器10与吸热散热器4之间距离=半导体制冷片8的厚度+导热块5的厚度=连接板9的厚度+隔热垫6的厚度+放热散热器10与连接板9之间的间隙1毫米。由于半导体制冷片8冷热端所承受的压强，是有弹性连接装置中压缩弹簧的控制的，因此系统具有减振性；由于通孔92对半导体制冷片8进行定位，因此半导体制冷片8在船舶振动时，不会产生移动或滑落。
37.为提高制冷效率，半导体制冷片8的热端81与放热散热器10之间的贴合面、半导体制冷片8的冷端82与导热块5之间的贴合面、导热块5与吸散热器4之间的贴合面，均涂抹导热胶；且放热散热器10的热交换效能大于吸热散热器4的热交换效能，避免在放热散热器10上产生热堆集；隔热垫6高和宽尺寸与吸热散热器4的高和宽尺寸相同，隔热垫6为单面带胶，贴合在吸热散热器4的底部。
38.本实施例吸热散热器4为单边直肋散热器，肋片与水平面垂直；吸热散热器4的外部设有保护罩3，保护罩3与吸热散热器4之间固定连接，保护罩3与控制箱之间利用接地线共同接地；保护罩3的前罩板33与吸热散热器4前部之间留有一定间隙，满足保护罩3内气流流动，保护罩3的左罩板36和右罩板37后部边线与吸热散热器的后平面对齐，保护罩3的上罩板35和下罩板34后部边线距离吸热散热器的后平面均留有深度为h的缺口31，缺口31上覆盖着集露网18；在风扇2工作时，保护罩3的内部气压略高于大气压，保证进入保护罩3的热空气能够与吸热散热器4的所有散热片都能够充分接触换热，提高吸热散热器4的热交换效率。
39.下罩板34上的缺口31下面设有集水槽16，集水槽16为u形，u形口宽度大于缺口31的宽度h，二端封口，其底部左高右低，最低处设有出水口161；出水口161的下端连接出水管，在出水管与出水口161的连接处的下面还设有s弯，以便对出水口161进行水封，避免冷空气从出水口161流出，出水管与控制箱外的集水桶相连。所述保护罩3的前罩板33上设有一只风扇孔32，固定安装风扇2；风扇2的前部，设有隔离罩1，隔离罩1为网状，固定连接在前罩板33上，保护罩3和隔离罩1为铁质材料。
40.在控制箱立面板7上开设一窗口71，窗口71的宽、高尺寸与保护罩3的宽、高尺寸相适应，并通过连接板9上设置的安装孔91与控制箱立面板7固定连接；半导体制冷片8的电源线83设置在控制箱内，连接在控制箱内设置的电源上。
41.本发明实施例二：如图3所示，本实施例除弹性连接装置与实施例一不同，其它部分均与实施例一相同。
42.本实施例连接板9与放热散热器10相连的连接方式，优选的另一种弹性连接装置如下：所述弹性连接装置，包含台阶轴142、压缩弹簧13、压紧垫片14、轴用弹性挡圈142，所述台阶轴142的小端端头设有轴用弹性挡圈142的沟槽，所述台阶轴142的小端端头顺次穿过连接板9的螺栓孔93、放热散热器10的第一安装孔101；所述压缩弹簧13从台阶轴142的小端端头空套到台阶轴142的轴颈上，直至压缩弹簧13的端面抵到放热散热器10的承压面102；所述轴用弹性挡圈142与压紧垫片14，利用台阶轴142上的沟槽，将压缩弹簧13连接在台阶轴142上。也就是说，台阶轴142上轴用弹性挡圈142的沟槽限制了弹性挡圈142对压缩弹簧13的压缩量。螺栓孔93为圆柱头沉孔螺栓孔。
43.上述实施例一或实施例二中的弹性连接装置，对本发明的有益效果：实施例中将放热散热器10和连接板9通过弹性连接装置相连，使连接板9中的通孔92与放热散热器10之间形成一个凹槽，在凹槽里先后放置半导体制冷8与导热块5，半导体制冷片8的热端81向后，与放热散热器10贴合，冷端82向前，与导热块5贴合，导热块5再与吸热散热器4利用螺钉19进行固定连接，利用第一螺钉17将吸热散热器4与连接板9进行固定连接，调整第一螺钉17，连接板9向前位移，使得放热散热器10与连接板9之间四周产生均匀间隙δ，实施例中δ=1毫米，从而保证半导体制冷片8在放热散热器10与吸热散热器4之间的夹紧力均匀，且保证放热散热器10与吸热散热器4对半导体制冷片8的弹性夹紧力达到设计要求；克服放热散热器10与吸热散热器4对半导体制冷片8刚性夹紧，而引起的制冷失效。
44.本实施例采用弹性连接装置，通过对压缩弹簧13的设计，根据胡克定律，确定压缩弹簧13的压缩量，从而限制放热散热器10与吸热散热器4对半导体制冷片8的压紧力大小。