CN104053339B - 具有改进的散热的电柜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电柜(1)，该电柜(1)包括前部和后部，并被设计成用于接收电功能单元(2a)，所述电柜(1)还包括分隔隔板(20)，分隔隔板(20)勾画出：由位于机柜的前部的第一空间(E1)形成的第一冷的热区域；和由位于机柜的后部的第二空间(E2)形成的第二热的热区域。电柜(1)包括第一和第二空间E1、E2的温度的冷却和调节装置，所述装置包括：冷却源(100)，定位成与第一空间(E1)接触以对其进行冷却；热交换装置(40)，使冷空气能够在第一空间(E1)与第二空间(E2)之间流动。

Description

具有改进的散热的电柜
技术领域
本发明涉及一种具有改进的散热的电柜。包括前部和后部的电柜被设计成用于接收包括电设备的电功能单元。所述电柜还包括勾画第一冷的热区域和第二热的热区域的分隔隔板。第一区域由位于电柜的前部的第一空间形成，所述冷的区域被设计为用于接收不发热或发热极小的电设备或电设备的部分。第二热区域由位于电柜的后部的第二空间形成，所述冷的区域被设计成用于接收遭受温度升高的设备或设备的部分。
背景技术
已知的是，将电设备单元安装在固定到电柜的后部的支撑框架上。然后，以传统方式由前部向设备单元所在的后部进行冷却。由于全部设备都安装在电柜背面的同一框架上，因此散热量大的设备则与散热量不多的设备混合。此外，对热不很敏感且能够在高温下工作的设备因此与对热极敏感的设备混合。此安装类型包含有需要大功率的公共冷却系统。因此，用于此安装类型的使用能耗相当大，以确保提供冷却空气，但冷却空气不是全部安装的设备都需要的。此外，冷却产生系统或设备的功率越大，过滤系统堵塞的风险越大。
从文献DE102009054011A1已知一种电柜，提出一种对容纳在电柜中的电设备的冷却进行改进的方案。该方案包括：
-将电柜分隔成两个空间，第一空间位于包括待冷却的电设备的前部，第二空间位于后部，并包括来自外部的冷却空气的入口和能够使该来自外部的冷却空气有效循环的通风系统，和
-在不同的电设备之间设置开口，从而使冷却空气能够从第二空间流到第一空间，并能够吹到全部的电设备。开口例如通过管道(trunking)延伸，以将空气流送至十分接近待冷却的电设备的区域。
在该方案中，电设备的所有部分一定会处于相同温度，而不一定全部的电设备都需要相同的冷却水平。此外，该方案不适于包括并置或固定到墙壁或框架上的电柜(电柜不能经由后部接近)的组装安装。
发明内容
因此，本发明的目的是消除现有技术的缺点，从而提出一种因热源和消散系统的智能分布而具有优化的热体系结构的电柜。
根据本发明的电柜包括第一空间和第二空间的温度的冷却和调节装置。所述装置包括：冷却源，定位成与第一空间接触以对其进行冷却；以及热交换装置，允许冷空气在第一空间与第二空间之间流动，从而用来自第一冷的热区域的冷空气冷却第二热的热区域。
优选地，热交换装置位于分隔隔板上。
根据本发明的改进模式，热交换装置是主动的并被调节成使固定的设定点温度的冷空气转移到第二空间中。
优选地，被调节的热交换装置包括连接到处理单元的至少一个受控的致动器，所述致动器被设计成使空气流从第一空间循环至第二空间。
根据本发明的一个实施例，与第一空间接触的冷却源位于电柜的面板上。
有利地，第一空间的容积是可调节的。
优选地，电柜包括布置成用于接收电功能单元的固定装置，所述单元形成所述分隔隔板。
优选地，电功能单元每个包括支撑若干电设备的支撑件。
优选地，电功能单元包括穿过分隔隔板以使第一部分布置成位于第一空间中且使第二部分位于第二空间中的电设备。
有利地，电设备的第二部分包括位于第二空间中的通风系统。
附图说明
其它优点和特点将从下面对本发明特定实施例的描述中变得更清楚明显，这些实施例仅以非限制性示例的目的给出并在附图中示出，附图中：
-图1表示根据本发明的第一优选实施例的电柜的内部结构的侧视图；
-图2表示根据图1的电柜的内部结构的正视图；
-图3表示根据图1的电柜的可选择实施例的侧视图；
-图4表示根据图1的电柜的另一可选择实施例的侧视图；
-图5表示根据图1的电柜的另一可选择实施例的侧视图；
具体实施方式
本发明涉及电柜1。电柜1优选为矩形形状。当然，圆柱形或具有圆形横截面或不同形状的横截面的机柜也能相当自然地想到。该原理还适用于保护壳由复杂形状的设备框架形成的任何配电板。在说明书的其余部分，将涉及矩形形状的电柜。电柜因此包括前面板10、后面板11、顶面板12、底面板13以及两个侧面板。
电柜1的前面板10例如包括通向机柜内部的门。
本发明的电柜1可以特别地进行紧密密封，例如依照IEC60529标准具有IP55防护等级。下面描述的散热方案特别适于冷却容纳在此类型的紧密密封的电柜中的电设备，但是必须要理解，其可以适于没有紧密密封或具有不同的防护等级的外壳。
根据本发明的电柜的内部包括位于第一空间E1与第二空间E2之间的分隔隔板20，第一空间E1位于电柜1的前部，第二空间E2位于电柜1的后部。分隔隔板20优选地平行于电柜1的前面板10和后面板11。
根据本发明，由于存在分隔隔板20，电柜1的内部容积被分成两个不同的热区域：
-由第一空间E1形成的第一冷区域，其被设计为接收不发热或发热极少的电设备或设备的部分。而且，这些设备一般对热敏感且在温度被限制时倾向于以最优的方式工作。
-由第二空间E2形成的第二热区域，其被设计成接收发热的电设备或设备的部分。而且，这些设备一般具有低热敏性且即使温度更高也倾
向于以最优的方式工作。
优选地，第一空间E1可以被调整，从而根据设备的安装要求和热应力来调节其容积。
根据本发明的优选实施例，电柜包括第一和第二空间E1、E2的温度的冷却调节装置。该冷却调节装置被设计为：
-一方面设定并调节第一空间E1内的第一工作温度T1；
-另一方面设定并调节第二空间E2内的第二工作温度T2。
第二工作温度T2比第一工作温度T1更高。
根据本发明的优选实施例，冷却调节装置包括冷却源100和被调节的热交换装置40。
冷却源100定位成与第一空间E1接触以对其进行冷却。与第一空间E1“接触”是指：所述冷却源100产生的冷空气被设计成用于冷却所述第一空间。
根据相对于电柜的位置，冷却源100布置成用于：
-从第一空间E1抽出空气，对该空气进行冷却，并将冷却后的空气注入第一空间中(图1)，或
-从第二空间E2抽出空气，对该空气进行冷却，并将冷却后的空气注入第一空间E1中(图5)。
根据图1所示的第一示例性实施例，冷却源100固定到电柜的前面板10。例如，冷却源100包括固定到机柜的入口门上的空调单元。
根据本发明的另一实施例，冷却源100，例如空调单元，紧固在电柜的两个侧面板之一上。
根据图5所示的本发明的另一实施例，冷却源100，例如空调单元，紧固在电柜的顶面板12上。这样，待冷却的空气被从第二空间E2抽出，而冷却后的空气被注入第一空间E1中。
根据未示出的第二示例性实施例，冷却源100定位成接近第一空间E1，使得通风管道将所述冷却源直接连接到由第一空间E1形成的第一冷区域。
例如，冷却源包括固定到机柜的入口门上的空调单元。为了考虑电柜的安装要求，热量排出可以经由机柜的一个或更多个面板来进行。
根据本发明的该优选实施例，冷却调节装置包括热交换装置40。热交换装置40被设计成使冷空气从第一空间E1转移到第二空间E2。作为操作示例，第一空间E1的冷区域的第一工作温度T1被调节为35℃的温度。热区域借助一个或更多个热交换装置40来冷却。这些装置能够使热区域确实需要的冷空气得以转移，以确保最关键的第二工作温度T2(最敏感的设备的温度)例如在50℃。
根据本发明的第一改进模式，热交换装置40是主动的并被调节成使固定的设定点温度的冷空气转移到第二空间E2中。被调节的热交换装置40优选包括连接到处理单元(未示出)的至少一个受控的致动器。处理单元被设计成根据在第二空间E2中测量到的第二工作温度T2而作用于被调节的热交换装置40的致动器上。被调节的热交换装置40优选包括例如在热区域的中间安装在2/3高度处并连接到致动器的恒温器。如果恒温器测量到比设定点温度(例如50℃)更高的第二工作温度T2，则处理单元触发致动器以使冷空气转移到热区域。根据第一示例性实施例，致动器优选包括位于分隔隔板20上的风扇。根据另一示例性实施例，被调节的热交换装置40的致动器包括与被命令打开和/或关闭的旋转开闭器相关联的孔口。孔口和开闭器位于分隔隔板20上。开闭器有利地设计为在空间E2所在的一侧使冷空气流朝上，从而增强冷空气流向热区的传送。它可以位于隔板20上的不同高度处，从而开始以优先方式对特定设备项进行冷却。
根据本发明的第二改进模式，热交换装置40是被动的。被调节的交换装置40包括位于隔板20上的至少一个校准开口。开口的大小根据存在于电柜中的电设备的布局来校准。开口的大小还根据所述设备的运转周期来校准。
根据本发明的优选的改进模式，第一和第二空间E1、E2之间的分隔隔板20包括若干可移除的功能单元2a、2b，所述功能单元2a、2b分别包括能够固定到例如由两个平行的垂直柱50、51形成的固定装置上的合适的支撑件。根据该示例性实施例，这两个垂直柱位于被称为分隔平面P的平面中，该平面例如平行于电柜1的前面板10和后面板11。根据本发明，每个功能单元的以可移除的方式固定在固定装置上的支撑件呈现平行于分隔平面P的两个表面：位于与第一空间E1同一侧的前表面以及位于与第二空间E2同一侧的后表面。位于分隔平面P的水平处的一组功能单元2a、2b例如布置成形成分隔隔板20。
功能单元2a、2b以邻近的方式定位在分隔平面P中以形成分隔隔板20。该分隔隔板可以天然绝热或者通过外加隔热而在第二空间E2中的设备消散的能量比第一空间E1中消散的能量大很多时变得绝热。还可以设置未支撑任何设备或元件的伪功能单元2d(图1)，从而在电柜1的整个高度上形成完全的分隔隔板20。当然，为了使两个空间E1、E2的容积改变，柱的、因此是分隔隔板的在深度方向上的位置可以调节。
功能单元可以特别是电功能单元2a、通风功能单元2b和/或冷却功能单元(未示出)。考虑所要控制或监视的应用场合和不同的应力(特别是热应力)，将这些功能单元结合在机柜中。每个功能单元可以例如执行检测和控制、通风或冷却功能。电功能单元2a是指包括一个或更多个电设备的功能单元，例如断路器、机电接触器、电机馈送器、变速驱动器、起动电动机、滤波器或制动电阻器、自动控制部件如控制器、输入输出模块和/或通信岛(communication island)。此类型的电设备例如根据它们的功能和/或它们的热特性在电功能单元2a中集合在一起。
某些电功能单元2a包括电检测/控制设备200，这些电检测/控制设备200不包括内置散热系统，但同时对温度敏感。因此，如图1中所示的，所述电设备于是被放置在第一空间E1中。
另一些电功能单元可包括电力设备201，这些电力设备201有显著发热的倾向，因此必须被冷却。
参照图1，取决于用在电功能单元2a上的电设备的类型，若干布置是可能的。
某些电设备将完全位于第一空间E1中，即，固定到电功能单元2a的支撑件的前表面上。这些存在于第一空间E1中的电设备例如是检测和控制设备200，如断路器或机电接触器、控制器等等。
某些电设备将仅位于第二空间E2中，即，固定到电功能单元2a的支撑件的后表面上。这些仅存在于第二空间E2中的电设备202例如是滤波电感器或制动电阻器、变压器或其它无源元件。例如其它能够散热的系统、如电力分配系统安装在区域E2中。
在功能单元上可以在两个表面上安装敏感性不同的设备，被设计成位于区域E1或E2上。
某些电设备将能够穿过它们的支撑件，从而呈现位于第一空间E1中的第一部分和位于第二空间E2中的第二部分。这些部分地位于第一空间中且部分地位于第二空间E2中的电设备例如是变速驱动器、渐进起动机、电源、运动控制器、逆变器类型的能耗设备201。这些设备的监视部分位于前部，装备有功率晶体管的功率部分位于后部。功率部分可以特别地包括整体式通风系统。
在未示出的特定构造中，开口分布在某些功能单元之间，从而使第一空间E1与第二空间E2连通。因此，空气流可以经由一个或更多个开口从冷区域流至热区域。
以相反的方式，如图4所示，开口可以设置在机柜的顶部，以使空气流通过热交换装置40(例如传送风扇)产生的回流从热区域流到冷区域。该风扇在热的部分产生压力，并且该开口能够实现卸压(受控的空气循环)。
在图5的实施例中，冷却源100紧固在电柜的顶面板12上，采用风扇方案从第二空间中抽出热空气，该空气由冷却源100冷却并被注入第一空间中。
根据本发明的可选择实施例，如图3所示，电柜1还包括位于第二空间E2中的在平行于分隔平面P的垂直平面中延伸的隔板C。该隔板C因此能够将第二空间E2分成位于电柜1的前部的第一子空间E20和位于电柜1的后部的第二子空间E21。该隔板的位置在深度上是可调节的，从而能够使两个子空间E20、E21的容积改变。该隔板C固定在电柜1的内部，以留出至少两个通道P1、P2，从而能够使空气流在第一子空间E20与第二子空间E21之间循环。优选地，第一通道P1形成在电柜1的顶部，第二通道P2形成在电柜的底部。隔板C包括位于与第二空间的第一子空间E20同一侧的前表面Cs1和位于与第二空间的第二子空间E21同一侧的后表面Cs2。隔板C的位置在高度上也是可调节的，从而能够使通道P1、P2的尺寸改变。
根据本发明的可选择实施例，电柜1可以在第二空间E2的部分上配备不同热导率的材料。可以根据机柜的外部温度来进行选择。隔板可包括热交换翅片4，用于增大热交换表面。作为示例，热交换翅片因此可以位于机柜1的后面板11上，在其外表面和/或内表面上。
根据本发明，上面所呈现的图中所示的不同构造的电柜1的不同特征彼此可以容易地结合，以使容纳在电柜中的电设备适应于电柜的环境和场合。

Claims (10)

1.一种电柜(1)，包括前部和后部，并被设计成用于接收可移除的电功能单元(2a,2b)，每个电功能单元包括电设备(200,201,202)，所述电柜(1)还包括：
-分隔隔板(20)，勾画出：
-由位于机柜的前部的第一空间(E1)形成的第一冷的热区域，所述冷的区域被设计成用于接收不发热或发热极少的电设备或电设备的部分，和
-由位于机柜的后部的第二空间(E2)形成的第二热的热区域，所述热的区域被设计成用于接收发热的设备或设备的部分，
其特征在于
-分隔隔板(20)包括可移除的功能单元(2a,2b)，并且
-电柜(1)包括第一空间和第二空间E1、E2的温度的冷却和调节装置，所述装置包括：
-冷却源(100)，定位成与第一空间(E1)接触以对其进行冷却；
-热交换装置(40)，允许冷空气在第一空间(E1)与第二空间(E2)之间流动，从而用来自第一冷的热区域的冷空气冷却第二热的热区域，并且热交换装置(40)是主动的并被调节成使固定的设定点温度的冷空气转移到第二空间(E2)中。
2.根据权利要求1所述的电柜，其特征在于，热交换装置(40)位于分隔隔板(20)上。
3.根据权利要求1所述的电柜，其特征在于，被调节的热交换装置(40)包括连接到处理单元的至少一个受控的致动器，所述致动器被设计成使空气流从第一空间(E1)循环至第二空间(E2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电柜，其特征在于，与第一空间(E1)接触的冷却源(100)位于电柜(1)的一个表面上。
5.根据权利要求4所述的电柜，其特征在于，冷却源(100)紧固在机柜的顶面板(12)上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电柜，其特征在于，第一空间(E1)的容积是可调节的。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电柜，其特征在于，其包括布置成用于接收电功能单元的固定装置，所述单元形成所述分隔隔板(20)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的电柜，其特征在于，电功能单元(2a)每个包括支撑若干电设备(200,201,202)的支撑件。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的电柜，其特征在于，电功能单元(2a)包括穿过分隔隔板(20)以使第一部分布置成位于第一空间(E1)中且使第二部分位于第二空间(E2)中的电设备(201)。
10.根据权利要求9所述的电柜，其特征在于，电设备(201)的第二部分包括位于第二空间(E2)中的通风系统。
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