一、问题背景：为什么防爆柜更难散热

防爆控制柜为了阻止爆炸性气体进入壳体，通常采用隔爆型或正压型结构：

隔爆型：外壳必须承受内部爆炸压力，接缝面间隙极窄，空气几乎不流动；

正压型：需维持高于环境 50 Pa 的洁净空气或惰性气体，一旦开孔散热就可能失压。

这种“既要密封又要散热”的矛盾，使得传统电气柜的“开百叶+风扇”方案直接失效，必须采用特殊技术路径。

二、热源分析与热负荷计算

主要热源

• 变频器 IGBT、整流桥（占 55 %～70 %）

• 电源模块、变压器、继电器线圈（15 %～25 %）

• 铜排及导线损耗（5 %～10 %）

热负荷估算

经验公式：Q=Σ(P×η)

其中 P 为元件功耗，η 为发热系数（IGBT 取 0.95，变压器 0.3）。

举例：一台 37 kW 变频防爆柜，总功耗约 2.8 kW，则 Q≈2.3 kW。

需在 45 ℃ 环境温度下将柜内温度控制在 ≤60 ℃，散热系统必须带走 2.3 kW 热量。

三、五大主流散热技术

自然散热 + 扩展壁散热器

• 通过加大外壳表面积（铝挤压型材、波浪板），把热量直接导到空气中；

• 适用于 <500 W 的小型柜体；

• 关键设计：散热器与发热元件之间用导热硅脂+压接，减少界面热阻。

热管-散热片耦合系统（中功率首选）

技术路径：元件 → 铜基板 → 热管 → 外部铝翅片 → 环境

• 热管导热系数可达 10 000 W/(m·K)，远高于铝 237 W/(m·K)；

• 布置方式：将 IGBT 安装在柜体后壁，后壁外侧焊接“槽形散热器”，热管贯穿壁板，把热量“搬”到隔爆壳外；

• 设计要点：

– 热管直径 6～8 mm，6 根并联即可带走 1 kW；

– 翅片面积 A=Q/(h·ΔT)，其中 h≈12 W/(m²·K)（自然对流），ΔT 取 15 K。

强制风冷（防爆风扇 + 风道）

• 在隔爆外壳上设置“防爆呼吸阀”或“防爆格兰”，安装 Ex d IIC T4 认证风扇；

• 内部风道遵循“下进上出”原则，避免热短路；

• 过滤棉需耐 250 ℃，并具备阻燃等级 UL94 V-0；

• 适用功率：0.5 kW～3 kW；噪声控制在 65 dB(A) 以下。

液体冷却（水冷/油冷）

• 组成：冷却箱、循环泵、不锈钢波纹管、防爆换热器；

• 冷却液选用 50 % 乙二醇溶液，冰点 −35 ℃，防腐蚀；

• 计算示例：若需带走 2.3 kW，ΔT=10 K，则流量 G=Q/(c·ΔT)=2.3/(3.8×10)=0.06 kg/s≈220 L/h；

• 优点：散热效率高，不受环境灰尘影响；

• 难点：隔爆壳体需预留 DN25～DN40 的双层密封格兰，防止渗漏。

防爆空调/正压通风系统（>3 kW 或高温环境）

• 正压型：持续注入洁净空气，排气口配阻火器，既降温又防爆；

• 防爆空调：一体式顶装空调，制冷量 1.5 kW～5 kW，防爆标志 Ex db eb mb IIC T4 Gb；

• 需与配电柜 PLC 联锁：温度≥55 ℃ 启动制冷，≤45 ℃ 关闭，节能 25 %。

四、综合设计流程（可落地的 5 步法）

计算热负荷 → 2. 选择散热方式 → 3. 布局仿真（FloTHERM）→ 4. 样机温升试验 → 5. 定型与认证

• 仿真要点：将隔爆壳体设为“无通风”边界，热管/水冷作为“等效热阻”输入；

• 试验标准：GB 3836.1-2021 要求最高表面温度低于 T6（85 ℃）或 T5（100 ℃）。

五、维护与智能监控

每月检查散热翅片积尘，使用 0.3 MPa 干燥压缩空气吹扫；

热管弯曲角度不得大于 45°，防止工质回流受阻；

安装 2 个 PT100 温度探头，分别位于柜体顶部与底部，接入 Modbus-RTU；

当温差>15 K 或绝对温度>58 ℃ 时，后台 SCADA 推送报警，实现预测性维护。

六、结论

防爆控制柜散热并非单一技术，而是“热负荷-散热方式-防爆合规-维护成本”的系统平衡。

• 小功率：优先热管+散热片；

• 中功率：强制风冷或水冷；

• 高功率/高温：正压通风或防爆空调。

通过精准计算、仿真验证与智能监控，可让隔爆外壳“密不透风”的同时，热量“悄无声息”地排出，为危险区域电气系统提供长期、可靠的安全保障。