矿用设备的散热方法与流程

1.本发明涉及矿用设备技术领域，尤其涉及一种矿用设备的散热方法。


背景技术：

2.矿用隔爆型设备常用于煤矿井下甲烷、煤尘及爆炸性气体环境中，例如作为交流50hz、电压660v至1200v电路的配电开关或分支馈电开关，当电路中出现短路、过载、过压、欠压、漏电、漏电闭锁、三相不平衡等故障时，能自动切断电源。但是，由于隔爆腔是密封的，内部电气元件产生的热量只能通过外壳与外部环境进行交换。这种散热方式，一方面，散热效果主要取决于外壳的散热表面积，如果设备类存在发热量比较大的设备就会导致外壳无法小型化、轻量化设计；另一方面，外壳材质大部分为碳钢，表面都需要做防腐处理，一般采用油漆或喷塑，这样就会大大降低外壳的散热效率。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的散热方法散热效率较低的技术问题，本发明提供一种矿用设备的散热方法，能够提高矿用设备的散热效率。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矿用设备的散热方法，包括矿用设备，所述矿用设备包括外壳、散热器、风道组件及功率器件，所述外壳的一侧设有一开口，所述外壳内具有一容纳腔，所述散热器安装在所述开口处以将所述容纳腔密封，所述风道组件和功率器件均安装在所述容纳腔内，所述风道组件安装在所述功率器件的左侧，所述功率器件与所述散热器之间具有第二通道，所述功率器件与所述外壳右侧壁之间具有第三通道；散热方法包括以下步骤：s1、所述功率器件产生的热量通过所述功率器件内部的风扇排出到所述风道组件内，s2、所述风道组件将热量排送至所述第二通道处，所述散热器吸收热量并传导至外部空气中，使得所述第二通道处的空气温度降低；s3、温度降低的空气继续被排送至第三通道处，进而重新进入所述功率器件内部，以实现所述功率器件的散热降温；s4、重复步骤s1至s3，以实现循环散热。
5.本发明通过风道组件、第二通道和第三通道能够在容纳腔内形成空气循环，将功率器件散发出的热量输送给散热器，散热器将热量发散到外部空气中以减少第二通道处的热量，再通过第三通道将冷却的空气送回功率器件处，这样能够使得外壳内部与外部空气形成高效的热交换，提高矿用设备的散热效率。
6.进一步地，所述风道组件包括导向框、第一导向风扇和第二导向风扇，所述导向框与所述功率器件左侧固定连接，所述导向框与所述功率器件之间形成第一通道，所述第一导向风扇和第二导向风扇均安装在所述导向框的前端，所述第一导向风扇位于所述第二导向风扇的正上方，所述导向框的后端与所述第二通道相连通。这样便于将热量全部吹向散热器的方向，形成顺时针循环。
7.进一步地，所述功率器件包括机架、第一机箱、第二机箱及隔板，所述机架安装在所述外壳的底面，所述第一机箱安装在所述机架的下部，所述第二机箱安装在所述机架的
上部，所述第一机箱与所述第二机箱之间具有间隔通道，所述隔板安装在所述机架的左侧以所述间隔通道与所述第一通道隔绝。隔板可以防止热气回流。
8.进一步地，为了便于导向，所述第一导向风扇和第二导向风扇的出风面均朝向所述第一通道。
9.进一步地，所述导向框包括主侧板、上侧板、下侧板以及斜侧板，所述上侧板的一端与所述主侧板的上端固定连接，所述上侧板的另一端与所述机架固定连接，所述下侧板的一端与所述主侧板的下端固定连接，所述下侧板的另一端与所述机架固定连接，所述斜侧板与所述主侧板的后端固定连接，所述上侧板和所述下侧板相互平行。
10.进一步地，所述斜侧板与所述主侧板形成的夹角β为钝角。
11.进一步地，所述第一通道与所述第二通道相互连通，所述第二通道与所述第三通道相互连通，所述第一通道、第二通道及第三通道的流通方向为顺时针。
12.进一步地，所述主侧板的长度与所述机架的长度相等，所述主侧板的高度与所述机架的高度相等。
13.进一步地，所述导向框还包括：前侧板，所述前侧板的一端与所述主侧板的前端固定连接，所述前侧板的另一端与所述机架固定连接，所述前侧板上开设有第一通风口和第二通风口，所述第一导向风扇安装在所述第一通风口处，所述第二导向风扇安装在所述第二通风口处。
14.进一步地，所述散热器包括安装板、导热组件、吸热组件及散热组件，所述安装板与所述外壳连接，所述导热组件安装在所述安装板上，且所述导热组件贯穿所述安装板，所述吸热组件安装在所述导热组件的一端，所述吸热组件位于所述容纳腔内，所述散热组件安装在所述导热组件的另一端，所述散热组件位于所述容纳腔外。
15.本发明的有益效果是，本发明通过风道组件、第二通道和第三通道能够在容纳腔内形成空气循环，将功率器件散发出的热量输送给散热器，散热器将热量发散到外部空气中以减少第二通道处的热量，再通过第三通道将冷却的空气送回功率器件处，这样能够使得外壳内部与外部空气形成高效的热交换，提高矿用设备的散热效率；同时，散热通道的方向具有唯一性，可以避免产生风短路的风险，提高散热方法的可靠性；散热器采用独立件的方式与外壳固定连接，可以减少对外壳自身结构的限制，便于外壳轻量化和小型化设计。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
17.图1是本发明的矿用设备的结构示意图。
18.图2是本发明的矿用设备的内部结构示意图。
19.图3是本发明的外壳的结构示意图。
20.图4是本发明的风道组件的结构示意图。
21.图5是本发明的功率器件的结构示意图。
22.图6是本发明的功率器件的另一角度的结构示意图。
23.图7是本发明的隔板的结构示意图。
24.图8是本发明的导向框的结构示意图。
25.图9是本发明的散热循环方向的示意图。
26.图10是本发明的散热器的结构示意图。
27.图11是本发明的散热器的剖视图。
28.图12是本发明的吸热片和散热片的放大示意图。
29.图13是本发明的矿用设备的散热方法的流程图。
30.图中：100、矿用设备；1、外壳；2、散热器；3、风道组件；4、功率器件；5、第二通道；6、第三通道；11、开口；12、容纳腔；21、安装板；22、导热组件；23、吸热组件；24、散热组件；221、导热管；231、吸热片；241、散热片；31、导向框；32、第一导向风扇；33、第二导向风扇；34、第一通道；311、主侧板；312、上侧板；313、下侧板；314、斜侧板；315、前侧板；3151、第一通风口；3152、第二通风口；41、机架；42、第一机箱；43、第二机箱；44、隔板；45、间隔通道。
具体实施方式
31.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
33.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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.如图1至图12所示，本发明的矿用设备的散热方法，包括矿用设备100，矿用设备100包括外壳1、散热器2、风道组件3及功率器件4，外壳1的一侧设有一开口11，外壳1内具有一容纳腔12，散热器2安装在开口11处以将容纳腔12密封，风道组件3和功率器件4均安装在容纳腔12内，风道组件3安装在功率器件4的左侧，功率器件4与散热器2之间具有第二通道5，功率器件4与外壳1右侧壁之间具有第三通道6。
35.如图13所示，矿用设备的散热方法包括以下步骤：s1、功率器件4产生的热量通过功率器件4内部的风扇排出到风道组件3内，s2、风道组件3将热量排送至第二通道5处，散热器2吸收热量并传导至外部空气中，使得第二通道5处的空气温度降低；s3、温度降低的空气继续被排送至第三通道6处，进而重新进入功率器件4内部，以实现功率器件4的散热降温；s4、重复步骤s1至s3，以实现循环散热。换言之，本发明通过风道组件3、第二通道5和第三通道6能够在容纳腔12内形成空气循环，将功率器件4散发出的热量输送给散热器2，散热器2将热量发散到外部空气中以减少第二通道5处的热量，再通过第三通道6将冷却的空气送回功率器件4处，这样能够使得外壳1内部与外部空气形成高效的热交换，提高矿用设备的散热效率。外壳1可以是防爆外壳。
36.风道组件3包括导向框31、第一导向风扇32和第二导向风扇33，导向框31与功率器件4左侧固定连接，导向框31与功率器件4之间形成第一通道34，第一导向风扇32和第二导向风扇33均安装在导向框31的前端，第一导向风扇32位于第二导向风扇33的正上方，导向框31的后端与第二通道5相连通。第一导向风扇32和第二导向风扇33的出风面均朝向第一通道34。第一导向风扇32和第二导向风扇33例如可以是采用安装在外壳1内部的电源(图中未示出)驱动。换言之，功率器件4吹出的热气可以进入第一通道34内，然后通过第一导向风扇32和第二导向风扇33将热气吹向导向框31的后端进入第二通道5。散热器2位于第二通道5处，进入第二通道5的热气可以通过散热器2与外界空气进行热交换实现散热冷却，在第一导向风扇32和第二导向风扇33的作用下，冷却下来的空气会继续进入第三通道6，最后再重新回到功率器件4内部，以实现对功率器件4的循环降温。第一通道34与第二通道5相互连通，第二通道5与第三通道6相互连通，第一通道34、第二通道5及第三通道6的流通方向为顺时针。需要说明的是，第一通道34、第二通道5及第三通道6之间是没有隔板区分的，是通过功率器件4安装在外壳1内后自然形成的通道，并且空气流通方向具有唯一性，这样不仅可以提高散热效果，而且避免了产生风短路的风险。
37.功率器件4包括机架41、第一机箱42、第二机箱43及隔板44，机架41安装在外壳1的底面，第一机箱42安装在机架41的下部，第二机箱43安装在机架41的上部，第一机箱42与第二机箱43之间具有间隔通道45，隔板44安装在机架41的左侧以间隔通道45与第一通道34隔绝。换言之，第一机箱42和第二机箱43内置的风扇(图中未示出)出风面是朝向第一通道34的，第一机箱42和第二机箱43的左右两侧设有多个通孔，可以出风和进风，而间隔通道45是与容纳腔12内的空气相通的，为了防止从功率器件4内吹出的热气倒流回功率器件4内部，在机架41左侧安装了隔板44。隔板44上开设有两个方形口，第一机箱42和第二机箱43分别位于两个方形口处，以使得机箱内的热气可以流通至第一通道34内，两个方形口的尺寸略小于第一机箱42和第二机箱43的尺寸，这样可以使得间隔通道45与第一通道34完全隔绝，不留缝隙。
38.导向框31包括主侧板311、上侧板312、下侧板313以及斜侧板314，上侧板312的一端与主侧板311的上端固定连接，上侧板312的另一端与机架41固定连接，下侧板313的一端与主侧板311的下端固定连接，下侧板313的另一端与机架41固定连接，斜侧板314与主侧板311的后端固定连接，上侧板312和下侧板313相互平行。导向框31还包括：前侧板315，前侧板315的一端与主侧板311的前端固定连接，前侧板315的另一端与机架41固定连接，前侧板315上开设有第一通风口3151和第二通风口3152，第一导向风扇32安装在第一通风口3151处，第二导向风扇33安装在第二通风口3152处。换言之，主侧板311、上侧板312及下侧板313组成的横截面是一个凹字形，主侧板311、上侧板312、下侧板313及隔板44围绕形成第一通道34。具体的，主侧板311的长度与机架41的长度相等，主侧板311的高度与机架41的高度相等，这样可以更好地将功率器件4内的热空气导向散热器2处。具体的，斜侧板314与主侧板311形成的夹角β为钝角，斜侧板314具有导向作用，被第一导向风扇32和第二导向风扇33吹过来的热空气到达斜侧板314处后，可以被斜侧板314反射而流向散热器2处，散热器2对热空气进行散热降温，因此，斜侧板314与主侧板311形成的夹角β的设计需要尽可能将全部的热空气反射至散热器2处，例如，夹角β的范围是135
°‑
151
°
，如果夹角β的角度小于135
°
，那么第一通道34内的热空气会被反射至功率器件4处，无法与散热器2进行热交换，如果夹角β
的角度大于151
°
，那么斜侧板314可能会与外壳1侧壁发生干涉，并且夹角β越大，第一通道34内的热空气被反射至散热器2处的就越多，因此，在本实施例中，夹角β优选为150
°
，可以反射更多的热空气至散热器2处，同时也不会与外壳1的侧壁发生干涉。
39.散热器2包括安装板21、导热组件22、吸热组件23及散热组件24，安装板21与外壳1连接，导热组件22安装在安装板21上，且导热组件22贯穿安装板21，吸热组件23安装在导热组件22的一端，吸热组件23位于容纳腔12内，散热组件24安装在导热组件22的另一端，散热组件24位于容纳腔12外。具体的，记导热组件22位于容纳腔12内的一端为吸热端，位于容纳腔12外的一端为散热端，散热端的长度大于吸热端的长度，这样能够减少吸热端占用容纳腔12的体积，减少对外壳1结构或尺寸的限制。具体的，导热组件22包括多根导热管221，吸热组件23包括多个吸热片231，散热组件24包括多个散热片241，导热管221贯穿安装板21，吸热片231安装在导热管221的吸热端，散热片241安装在导热管221的散热端，散热端与安装板21之间的夹角α的范围是76
°‑
83
°
，夹角α越小，吸热片231在水平面的正投影面积越大，但是夹角α太小可能会导致吸热片231与外壳1发生干涉，因此，本实施例的夹角α范围是综合考虑了吸热效果及干涉两方面因素的到最优选择。
40.具体的，吸热端的长度为l1，散热端的长度为l2，由于吸热端是位于容纳腔12内部的，会占据容纳腔12的一部分空间，吸热端的长度越长，占据的空间越多，导致容纳腔12内无法安装其他电气元件，但是如果吸热端的长度太短，那么会导致吸热片231无法有效吸收容纳腔12内的热量，导致散热效果下降。因此，吸热端的长度需要同时考虑占用空间和散热效果两方面的因素进行设计。例如，在本实施例中，l2：l1＝2：1，散热端的长度大于吸热端的长度，一方面可以保证吸热组件23的吸热效果，另一方面可以提高散热组件24的散热效果，同时也不会占用容纳腔12的太多的空间。
41.例如，导热组件22一共包含六十根导热管221，以十根为一组，从上至下共有六组，导热管221采用高热导率的材料制成。每一组导热管221上均安装有二十四个吸热片231，相邻两个吸热片231之间的间隔b均为12.5mm，吸热片231可以采用吸热效果好的金属材质；每一组导热管221上均安装有三十六个散热片241，相邻两个散热片241之间的间隔a均为22.5mm，散热片241可以采用散热效果好的金属材质。也就是说，散热片241的间隔a是吸热片231的间隔b的1.8倍，吸热片231的排布比散热片241的排布更密，假设散热片241和吸热片231的表面积均为m，那么吸热组件23的吸热总面积x＝m*24*6，散热组件24的散热总面积y＝m*36*6，即x：y＝2：3。换言之，在本实施例中，导热组件22的吸热端的长度与散热端的长度比为1：2，但是吸热总面积与散热总面积之比为2：3，虽然吸热端的长度比散热端的长度短很多，但是通过对吸热片231密度的设计，提高了约17％的吸热面积。换言之，本实施例在减小吸热端占用容纳腔12体积的同时还提升了吸热效果。
42.本发明的散热方法的具体过程是，功率器件4内置的风扇将功率器件4产生的热量吹向第一通道34处，此时，第一导向风扇32和第二导向风扇33将第一通道34处的热量吹向斜侧板314处，热空气在斜侧板314处被反射至吸热片231处，吸热片231吸收热量并传导给导热管221，导热管221将热量传导给散热片241，散热片241与外界空气进行交换散热，此时，经过散热器2散热的空气在第二通道5处在第一导向风扇32和第二导向风扇33的作用下被挤压向第三通道6处移动，进而再进入功率器件4内部，以实现对功率器件4的循环散热。本发明的热量流通方向具有唯一性。
43.综上所述，本发明的矿用设备的散热方法通过在容纳腔12内形成一顺时针的散热通道，可以将功率器件4散发的热量通过散热器2散发到外部环境中，可以实现高效散热；同时，散热通道的方向具有唯一性，可以避免产生风短路的风险，提高散热方法的可靠性；散热器2采用独立件的方式与外壳1固定连接，可以减少对外壳1自身结构的限制，便于外壳1轻量化和小型化设计。
44.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。