CN104094489B

CN104094489B - 电气壳体的过热抑制系统和方法

Info

Publication number: CN104094489B
Application number: CN201280056457.3A
Authority: CN
Inventors: K·S·巴纳
Original assignee: Cooper Technologies Co
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: WO2013074804A1; DE112012004772T5; MX2014005980A; CN104094489A; US8817471B2; CA2855832A1; US20130120102A1

Abstract

一种用于抑制电气壳体中的过热状况的系统，包括电气壳体，其限定包括一个或多个电气设备的壳体区域；抑制流体容器，其包含抑制流体；阀，其配置为调节抑制流体从抑制流体容器到壳体区域的流动；至少一个传感器，其配置为感测温度和烟雾中的至少一个；以及控制器，其通信地连接到所述至少一个传感器和阀，该控制器配置为：从指示出壳体区域内的过热状况的所述至少一个传感器接收信号；和响应于接收到的表明壳体区域内的过热状况的信号，控制阀以允许抑制流体从抑制流体容器流入壳体区域中，以便抑制壳体区域中的过热状况。

Description

电气壳体的过热抑制系统和方法

技术领域

本发明主要涉及用于检测和抑制电气壳体(例如接线盒)中的过热状况(例如失火或高温)的系统和方法。

背景技术

电气接线盒是用于电气连接件的容器，通常意欲将它们隐藏在视线之外并防止篡改(tampering)。小的金属、塑料或玻璃纤维接线盒可以形成建筑物中的电气管线系统的一部分，可以埋入墙壁的石膏中、隐藏在检修门后面、浇筑在混凝土中、安装在屋顶，或是独立式的(free standing)。接线盒可以包括用于连结布线的端头。用于连结布线与电气开关或插座的类似容器被称为明装插座底盒(pattress)。

由于接线盒和其他类似外壳用于容纳电气连接件，它们是常见的火源。由此，可以在输入或输出布线或电缆周围设置防火设施并且防火设施可以覆盖接线盒以有助于在意外失火期间防止盒内短路。此外，已经尝试采用多种技术来降低始于接线盒或其他电子器件外壳内的火的蔓延，或者防止接线盒或其他电子器件外壳外部的火蔓延到外壳内。这些技术包括使用起泡的或可熔的涂层或涂料，其在高温下膨胀或熔化以覆盖通气开口，由此通过使火缺氧而熄灭。此外，典型的接线盒不具有断开机构，这使得其难以抑制或消除DC电弧和/或起火，其经常对第一批响应器(responder)造成威胁。

发明内容

本发明的一些实施方式提供了用于检测和抑制电气壳体中过热状况(例如火、烟雾或高于限定阈值的温度)的系统和方法，电气壳体例如是接线盒或用于一个或多个电气设备的任何其他外壳或壳体。一般来说，该系统和方法包括用于检测电气壳体中的过热状况的一个或多个传感器(例如温度和/或烟雾传感器)和用于将过热抑制流体传送到电气壳体中以抑制过热状况的触发机构。

在本发明的一个方面中，提供了用于抑制电气壳体中的过热状况的系统。该系统包括电气壳体，该电气壳体限定包括一个或多个电气设备的壳体区域；抑制流体容器，其连接到电气壳体并包含抑制流体；阀，其配置为调节从抑制流体容器到壳体区域的抑制流体的流动；至少一个传感器，其配置为感测温度和烟雾中的至少一个；以及控制器，该控制器通信地连接到所述至少一个传感器和所述阀，该控制器配置为：从指示出壳体区域内的过热状况的所述至少一个传感器接收信号；和响应于接收到的表明壳体区域内的过热状况的信号，控制所述阀以允许抑制流体从抑制流体容器流入壳体区域中，以便抑制壳体区域中的过热状况。

本发明的另一方面中，提供了抑制电气壳体中的过热状况的方法。该方法包括接收来自于至少一个传感器的信号，该至少一个传感器指出电气壳体的壳体区域内的过热状况，该壳体区域包括一个或多个电气设备；以及响应于接收到表明壳体区域内过热状况的信号，控制抑制流体容器和电气壳体之间的阀以允许抑制流体从抑制流体容器流入壳体区域，从而抑制壳体区域中的过热状况。

附图说明

图1示出了根据一些实施方式的耦接到电气壳体外侧的示例性过热抑制系统；

图2示出了根据一些实施方式的示例构造，其中过热抑制系统与电气壳体间隔开；

图3示出了根据一些实施方式的示例构造，其中过热抑制系统位于电气壳体中；以及

图4示出了根据某些实施方式的抑制电气壳体中的过热状况的示例性方法。

具体实施方式

参照附图，通过阅读以下对非限制性的、示例性实施方式的说明可以更好地理解本发明，其中每幅图中相似的部件通过相同的参考标记识别。

本发明涉及用于检测和抑制电气壳体中的过热状况的系统和方法，例如接线盒或用于一个或多个电气设备的其他任何外壳或壳体。通常来说，此处公开的系统和方法包括用于检测电气壳体(例如接线盒)中的过热状况的一个或多个传感器(例如温度和/或烟雾传感器)和用于将过热抑制流体传送到电气壳体中以抑制过热状况的触发机构。“过热状况”可以包括火、烟雾或超出过热阈值的温度。过热状况可能产生于电气壳体的内部(例如由于电弧或过热的电气组件引起)或可能源于电气壳体的外部并蔓延或试图蔓延到电气壳体内。此外，术语“电气设备”包括任意电子器件、电路元件或电导体(例如布线或电连接器)。此处讨论的系统和方法可以与电气设备一起使用，该电气设备运行在A/C或DC电流上或承载A/C或DC电流。

图1示出了根据一些实施方式的耦接到电气壳体12的示例性过热抑制系统10。电气壳体12限定了容纳电气设备16和/或断路器18中的任意一个或多个的壳体区域14。电气壳体12可以是用于一个或多个电气设备的任意类型的壳体，例如接线盒、断路器盒、维修面板、保险丝盒或任何其他类型的壳体。电气壳体12可以基本上在所有侧面上封闭、在一个侧面上开放、在两个侧面上开放或以其他方式配置。在一些实施方式中，电气壳体12可以基本上在所有侧面上封闭但可以包括一个或多个孔20，该一个或多个孔在抑制流体被传送到壳体区域14时(如上面所讨论的)允许空气被挤出壳体区域14。

过热抑制系统10可以包括包含抑制流体26的抑制流体容器24、一个或多个传感器28、控制电子器件30、连接系统32、阀34、抑制流体传送系统36和热转移系统38。抑制流体26可以包括适合于抑制或逆转过热状况的任意流体，例如通过灭火和/或冷却壳体区域14。如此处所使用的，术语“流体”表示可以流动或被扩散的任意物质，例如气体、液体、泡沫、凝胶、粉末或其它颗粒，例如，例如。抑制流体26可以是不导电和不易燃的。在一些实施方式中，例如抑制系统10位于电气壳体12的上方的实施方式中，抑制流体26的密度可以比空气和/或氧气的密度大，从而抑制流体26向下流入并通过电气壳体12，使电气壳体12中的空气向上转移并且在一些实施方式中将空气通过一个或多个孔20移出(例如位于上表面的孔20或其他的朝向电气壳体12的顶部的孔)。抑制流体26的一些实例包括3M^TM的NOVEC^TM1230流体(氟化酮(fluorinated ketone))，FM-200(七氟丙烷(heptafluoropropane))，FE-13(三氟甲(fluoroform)),氩,氮，碳酸钾，碳酸氢钾，硝酸钾,磷酸二氢铵，碳酸氢钠,二氧化碳，合成洗涤剂，多糖，氟烷基表面活性剂(fluoroakyl suffaccant)，2,2-二氟-1,1,1-三氯乙烷(2,2-dichloro-1,1,1-trifluoroethane)和水。抑制流体26也可以包括两种或多种不同流体以任意合适的比率的任意组合。

(一个或多个)传感器28可以配置为感测壳体区域14中的温度和烟雾中的至少一个，并传送信号给控制电子器件30。例如，过热抑制系统10可以包括温度传感器、或烟雾探测器、或两者都包括。每个传感器28可以位于电气壳体12的内部(例如，如图1所示)、位于电气壳体12的外部但通过电气壳体12中的开口连接至壳体区域14、位于电气壳体12的外壁上并配置为感测外壁的温度，或者以任意合适的其它方式设置以感测表明壳体区域14内的热或存在烟雾的数据。

如上所述，(一个或多个)传感器28可以配置为向控制电子器件30传送信号。控制电子器件30可以包括任意电子器件(例如一个或多个微处理器、微控制器或其他电路)，其经配置或编程以从(一个或多个)传感器28接收信号并根据接收到的传感器信号控制一个或多个组件，例如抑制系统阀32、(一个或多个)断路器18和/或(一个或多个)电气设备16。例如，控制电子器件30可以配置为从(一个或多个)传感器28接收信号，确定该信号表明壳体区域14中的过热状况，并且响应于确定了过热状况而发起以下动作的任何一个或多个：(a)开启阀34以允许抑制流体26从抑制流体容器24流入壳体区域14，(b)启动抑制流体传送系统36以促进抑制流体26从抑制流体容器24到壳体区域14中的传送，(c)使一个或多个断路器18跳闸，并且/或者(d)以其它方式关断或禁用一个或多个电气设备16。由此，除了抑制过热状况以外，控制电子器件30可以断开负载的电气系统，其可以例如保护下游硬件免受损害。

控制电子器件30可以利用一个或多个特定的算法编程以执行任意上述功能。这些算法可以限定一个或多个阈值以确定过热状况。例如，算法可以限定阈值烟雾探测器信号值(例如阈值电压)和/或阈值温度或温度传感器信号值(例如阈值电压)。因而控制电子器件30可以将烟雾探测器信号和/或温度传感器信号与该阈值进行比较以确定过热状况。

阀34可以包括适合于控制抑制流体26从抑制流体容器24流入壳体区域14中的流动的阀。阀34可以位于连接系统32中或位于连接系统32附近，其将过热抑制系统10耦接至电气壳体12。连接系统32可以包括任意合适的组件或设备以将过热抑制系统10永久地或可释放地连接至电气壳体12。连接系统32可以包括一个或多个O形环、垫圈或其它密封件，以提供抑制流体容器24与电气壳体12之间和/或抑制流体容器24与周围环境之间的密封。在一些实施方式中，连接系统32可以包括一个或多个龙头、喷嘴或其他通过密封连接件连接到电气壳体12的横截面减少的管。

抑制流体传送系统36可以包括任意组件或设备，其配置为便于从抑制流体容器24传送和/或扩散抑制流体26到壳体区域14中。例如，抑制流体传送系统36可以包括一个或多个泵、风扇、喷嘴、喷雾嘴等。抑制流体传送系统36的一个或多个元件可以被配置为由控制电子器件30例如响应于对过热状况的检测而自动启动。抑制流体传送系统36可以位于连接系统32的上游、连接系统32的下游或者部分地或全部位于连接系统32中。

热转移系统38可以包括任意被动或主动设备，其用于冷却抑制流体容器24中的抑制流体26或从抑制流体容器24中的抑制流体26移除热量。例如热转移系统38可以包括被动元件(例如具有翅片的散热器)或有源元件(例如风扇、热泵等)。在一些实施方式中，热转移系统38保持抑制流体26比壳体区域14中的空气更冷。

一些实施方式可以省略上述某些组件。例如，一些实施方式中不包括抑制流体传送系统36和/或热转移系统38。如另一示例，一些实施方式不提供由过热抑制系统10对电气设备16或断路器18的任何控制。

在一些实施方式中，抑制流体容器24可以与电气壳体12热隔离或绝缘，以便减少从壳体区域14中的热空气向容器24中的抑制流体26的热转移(例如在优选地将抑制流体26保持在相对低的温度的实施方式中)。例如，抑制流体容器24或过热抑制系统10可以与电气壳体12物理地间隔开。在图1所示的构造中，抑制流体容器24的主要容积与电气壳体12间隔开。此外，可以在过热抑制系统10和电气壳体12之间设置隔离层50，以进一步隔离抑制流体26。隔离层50可以由任意合适的隔热材料形成。

图2示出了一个示例实施方式，其中过热抑制系统10与电气壳体12间隔开，其基本上可以在壳体区域14中的热空气和容器24中的抑制流体26之间提供完全的隔热。过热抑制系统10可以与电气壳体12以任意合适的距离定位，并且抑制流体容器24可以通过一个或多个连接管52耦接至壳体区域14，该连接管可以由任意合适的柔性或刚性材料形成。传感器28可以利用有线或无线连接通信地连接至控制电子器件30。

在其他实施方式中，过热抑制系统10可以位于电气壳体12的内部。图3示出了示例实施方式，其中过热抑制系统10位于电气壳体12内。如图所示，抑制流体容器24可以由隔离层50涂覆或包裹。

图4示出了根据某些实施方式的抑制电气壳体中过热状况的示例性方法100。步骤102中，电气壳体12中的电子设备16根据正常工作状况工作，并且抑制流体26保持在容器24中。(一个或多个)传感器28周期性地(以任意合适的频率)采集数据并将信号传送至控制电子器件30，如步骤104所显示的。步骤106中，控制电子器件30确定来自于(一个或多个)传感器28的信号是否指示出过热状况。例如，控制电子器件30可以将来自于(一个或多个)传感器28的信号与一个或多个各自的阈值(例如温度阈值或烟雾信号阈值)进行比较。

如果控制电子器件30确定没有过热状况，方法返回到步骤104，并且(一个或多个)传感器28和控制电子器件30继续采集和分析数据。但是，如果控制电子器件30确定来自于(一个或多个)传感器28的信号确实指示出过热状况，控制电子器件30可以自动启动以下动作中的任意一个或多个：(a)打开阀34以允许抑制流体26从抑制流体容器24流入壳体区域14，如步骤108所指示的；(b)启动抑制流体传送系统36以促进抑制流体26从抑制流体容器24到壳体区域14中的传送，如步骤110所指示的；(c)使一个或多个断路器18跳闸，如步骤112所指示的；和/或(d)以其它方式关断或禁用一个或多个电气设备16，如步骤114所指示的。当抑制流体26被传送到壳体区域14中时，壳体区域14中的空气可以通过一个或多个孔20被挤出电气壳体12，这可以帮助扑灭壳体区域14中的火。

因此，本发明良好地适用于实现提到的和固有的目的和优点。此处公开的特定实施方式仅为示例性的，因为本发明可以以不同但对于本领域内具有常规技能并且受益于本文教导的技术人员来说显而易见等同的方式被修改或实施。尽管可以由具有本领域普通技术的人员实现多种改变，该改变包含在权利要求限定的本发明的精神和范围内。此外，不希望局限于此处表示的构造或设计的细节。因而以上公开的特定的示例性实施方式显然可以改变或修改，并且所有这种变化都被认为在本发明的范围和精神内。

Claims

1.一种用于抑制电气壳体中的过热状况的系统，包括：

电气壳体，所述电气壳体限定包括一个或多个电气设备的壳体区域；

抑制流体容器，所述抑制流体容器容纳抑制流体，所述容器连接到所述电气壳体，其中所述抑制流体的密度比空气的密度大；

阀，所述阀调节所述抑制流体从所述抑制流体容器到所述壳体区域的流动；

至少一个传感器，所述至少一个传感器感测温度和烟雾中的至少一个；以及

控制器，所述控制器通信地连接到所述至少一个传感器和所述阀，其中所述控制器：

从指示所述壳体区域内的过热状况的所述至少一个传感器接收信号；和

响应于接收到的指示所述壳体区域内的过热状况的信号，控制所述阀以允许抑制流体从所述抑制流体容器流入所述壳体区域中，以便抑制所述壳体区域内的过热状况，

其中所述电气壳体包括允许空气从所述电气壳体中逸出的一个或多个孔，从而当所述抑制流体从所述抑制流体容器流入所述壳体区域中时，所述抑制流体将所述壳体区域中的空气通过所述一个或多个孔挤出。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个传感器包括温度传感器和烟雾传感器。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器被配置为，如果(a)来自所述温度传感器的信号指示温度高于预定阈值，或(b)来自所述烟雾传感器的信号指示存在烟雾，则控制所述阀。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述抑制流体是不导电且不易燃的。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述抑制流体包括氟化酮。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述抑制流体容器位于所述电气壳体的外部。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述抑制流体容器与所述电气壳体绝缘。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述抑制流体容器与所述电气壳体间隔开。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述抑制流体容器中的抑制流体被保持为比所述电气壳体中的环境空气冷。

10.根据权利要求1所述的系统，还包括连接到控制器的电路，其中所述控制器被配置为响应于接收到的指示所述过热状况的信号而自动地断开所述电路。

11.一种用于抑制电气壳体中的过热状况的方法，包括：

接收来自于至少一个传感器的信号，所述至少一个传感器指示所述电气壳体的壳体区域内的过热状况，所述壳体区域包括一个或多个电气设备；

响应于接收到的指示所述壳体区域内的过热状况的信号，控制抑制流体容器和所述电气壳体之间的阀以允许抑制流体从所述抑制流体容器流入所述壳体区域中，从而抑制所述壳体区域内的过热状况，其中所述抑制流体的密度比空气的密度大，

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个传感器包括温度传感器和烟雾传感器中的至少一个。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，包括如果(a)来自所述温度传感器的信号指示温度高于预定阈值或者(b)来自所述烟雾传感器的信号指示存在烟雾，则控制所述阀。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述抑制流体是不导电且不易燃的。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述抑制流体包括氟化酮。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括在允许所述抑制流体从所述抑制流体容器流入所述壳体区域中之前，保持所述抑制流体容器中的抑制流体比所述电气壳体中的环境空气冷。

17.根据权利要求11所述的方法，还包括响应于接收到的指示过热状况的信号而自动断开电路。