CN104429172A - 诸如集装箱起重机的工业设施的电气室、所述电气室包括冷却设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种容纳用于操作和控制工业设施(9)的电机的电气和电子设备(16)的电气室(15)。所述电气室包括具有第一热交换器的冷却设备，所述第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述第一组通道传导从所述电气室内部吸取第一空气流(W1)。来自电气室内部的所述空气(W1)通过所述冷却设备的所述第一热交换器(30)循环并且在闭合环路中返回(C1)到所述电气室，并且所述电气室中的空气温度根据24-40℃之间的设置点进行控制。还描述了一种控制冷却设备以冷却电气室的方法以及一个或多个布置用于控制所述冷却设备的计算机程序。

Description

诸如集装箱起重机的工业设施的电气室、所述电气室包括冷却设备
技术领域
本发明涉及电气室，其布置有用于冷却电气和电子设备的操作和控制电气负荷的冷却设备，电气负荷诸如工业设施或厂房的电动马达。其特别有利地用于冷却诸如集装箱起重机之类的起重机的电气室。
背景技术
集装箱起重机用于处置货运集装箱，特别是在集装箱码头，货运港口等处的运输模式之间运送集装箱。标准的运输集装箱被用来运送世界各地大量并不断增加的货物。转运是货物处置的重要功能。转运可能发生在运送的每个点上，并且通常具有大量必须卸载的集装箱，并将集装箱运送到临时堆栈，并且随后装载到另一艘船，返回到同一艘船或以其他方式装载到另一种形式的运输上。将集装箱装载到船上以及从船上卸载集装箱要花费大量的时间。自动吊车的发展已经改善了装载和卸载，并使生产率更加可预测，并且还消除了其中港口工人已暴露于危险和伤害的诸多情况。装载和卸载被视为货运处置方面的瓶颈，这是由于在装载/卸载发生时，船舶在港口是空闲的。为了减少这种空闲时间，并且集装箱起重机通常持续长时间运行，直至每艘船舶的装载和卸载完毕。
集装箱起重机采用许多强大的电动马达来为移动部件供电，以及将用于吊起或放下抓住集装箱的吊具的绳或线缆卷入或放开。电动马达用于为吊运车抓住吊具以吊起集装箱并将其运送出船并运送到卡车等陆地上的移动供电，或者反之如果是装载的话。用于操作起重机的马达的控制和功率设备，诸如功率转换器、逆变器、整流器、变压器等被放置在电气室。在使用中，电子和电气设备，诸如逆变器、整流器和变压器产生非常大量的热，作为电气损耗的结果。例如，在起重机电气室正常操作期间，电气和电子设备每小时生成1-30kW。该热量必须从电气室中被除去，以防止设备操作在太高的温度下以及出现过热。在工业厂房和设备的电气室中，通常使用热交换器中的供水来将来自电气和电子控制及操作设备的热空气冷却以冷却电气室。这在清洁并经过滤的淡水供应充足时是有利的。然而，起重机和集装箱起重机的电气室通常通过空调机进行冷却。
图5(现有技术)示意性地示出了一种已知类型的用于电气室的冷却设备，通常被称为分体式空调机。该图示出了集装箱起重机的电气室15'，其包括可以被设置有一个或多个局部冷却风扇17的电气和功率电子设备16。内部空调机21包括例如，一个或多个蒸发器盘管，示出在室的上部。内部空调机被连接到外部空调机22，其包括例如，一个或多个冷凝器盘管。在这种类型的起重机电气室中的常规冷却进行如下。外部空气通过一个或多个下部入口12'进入电气室。由电气和功率电子设备16的热损耗所产生的暖空气W，由作为内部空调节器21的一部分的风扇辅助而上升。暖空气W通过与蒸发器盘管或内部空调机21的进气部中的类似物接触而冷却。盘管中的传热流体或制冷剂通过外部空调机22中的泵和/或压缩机循环。从电气室的热空气中提取的热量被传送到外部空调机22，有时也被称为室外冷凝器单元，其将热量进一步向周围外部空气传送。一些温暖的空气可以通过上部通风口13离开电气室。来自内部空调机21的出口部的较冷空气C朝向电气室15'的底板下降。在这种常规的冷却设置中，电气室通常操作在24℃的内部温度设置点，并且其使用每小时大约4.5-5.0kw的功耗来冷却每小时12.5kw左右的平均能量损失输入。
采用分体式空调机有几个缺点。它们的效率相对低，部分是因为24℃的内部温度相较于外部温度的温度差可能很小。此外，最里面的空调机倾向于干扰暖空气上升到天花板然后下降到底板的自然对流流动。这是因为内部空调机被定位在天花板下面的暖空气流中，但是经冷却的空气流被内部空调机推回到室内的方向通常并不是最佳的，并且干扰了自然对流流动。这被示意性地表示在图5(现有技术)，为内部空调机周围的暖空气中的紊流Wt。也许是作为上述低效率的结果，分体式空调机在任何情况下都倾向于连续地运行在较高的速度，至少在白天期间，以便于除去由电子和电气设备、逆变器、变压器、整流器等的热损失所产生的热量。已知的室内空调机和外部冷凝器单元或外部空调机还消耗相对较大量的电以冷却室。近年推出的标准，诸如欧洲议会2005年7月6日的指引2005/32/EC建立了针对能源消费产品的生态设计要求设置的框架。这种高水平的能量消耗也与其他诸如DIN16001，能源效率管理标准，以及ISO50001标准的宗旨相冲突。
发明人已经注意到在集装箱起重机行业，高负荷持续运行分体式空调机易于导致少于五年的短使用寿命。此外，持续的高负荷会导致意想不到的故障，这可能会干扰生产。因此发明人已致力于为集装箱起重机和其它具有类似服务设施的工业应用的电气室提供改进的冷却设备。另外，开环空气循环的常见使用将污染物，诸如灰尘、烟尘、花粉和湿气引入电气室，这些可能沉积在电气和电子设备的表面。这将导致对定期维护和清洁的要求，以避免绝缘表面的击穿和开关触头表面的起火。还有，水分、烟尘和灰尘颗粒被风扇引到室内空调机中，这也导致热效率的降低，从而引起分体式空调机的组件的过载。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有改进的冷却设备的电气室，其解决上述问题中的一些问题。有利的实施例在独立权利要求的从属权利要求中进行描述。
在本发明的第一方面中，对包括用于冷却电气室的设备的电气室进行了描述，所述电气室容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备，冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的热交换器，所述电气室根据至少一个温度测量结果进行控制，其中第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，并且其中来自所述电气室内部的空气通过所述冷却设备的所述第一热交换器循环并且在闭合环路中返回到所述电气室内部，并且其中所述空气温度根据针对所述电气室内部的温度测量结果的处于24-40℃之间的设置点进行控制。
根据本发明的一个实施例，对包括用于冷却电气室的设备的电气室进行了描述，所述电气室容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备，所述冷却设备包括至少一个热交换器，用于冷却所述电气室中的空气，所述电气室根据至少一个温度测量结果进行控制，其中第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，其中所述第一热交换器为空气对空气热交换器，被布置有第二组通道，所述第二组通道与布置在所述空气对空气热交换器中的所述第一组通道热接触，通过所述通道传导从所述电气室外部汲取的第二空气流。
根据本发明的另一个实施例，对包括用于冷却所述电气室的设备的电气室进行了描述，所述电气室容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备，冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的至少一个热交换器，所述电气室根据至少一个温度测量结果进行控制，其中第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，并且其中所述冷却设备被布置有至少一个第二热交换器，其定位在来自所述电气室内部的所述空气流中，所述至少一个第二热交换器被连接到布置在所述电气室外部的至少一个第三热交换器。
根据本发明的另一个实施例，对包括用于冷却电气室的设备的电气室进行了描述，所述电气室容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备，冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的至少一个热交换器，所述电气室根据至少一个温度测量结果进行控制，其中第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，其中所述至少一个第二热交换器包括两个或多个蒸发器盘管，每一个蒸发器盘管包含传热流体并且每一个蒸发器盘管连接到至少一个第三热交换器中的一个第三热交换器。以这种方式，为第二热交换器回路提供了设备冗余，因为在正常服务中，一次仅需要一个第二热交换器回路。
根据本发明的另一个实施例，对包括用于冷却所述电气室的设备的电气室进行了描述，所述电气室容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备，冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的至少一个热交换器，所述电气室根据至少一个温度测量结果进行控制，其中第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，其中包括在所述至少一个第二热交换器中的两个或多个蒸发器盘管中的每一个蒸发器盘管连接到两个或多个第三热交换器(22)中的一个第三热交换器，所述第三热交换器布置有控制开关，从而使得两个或多个蒸发器盘管中所选定的仅一个蒸发器盘管被冷却。以这种方式，运行一个单独的第二热交换器的服务负荷在两个或多个第二热交换器回路之间进行划分。
根据本发明的另一个实施例，对包括用于冷却所述电气室的设备的电气室进行了描述，所述电气室容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备，冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的至少一个热交换器，所述电气室根据至少一个温度测量结果进行控制，其中第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，其中所述第一热交换器中的所述第一通道和第二通道被布置为使得在所述第一热交换器中流动的所述第一通道中的所述第一空气流被传导的方向为与所述第二通道中的所述第二空气流的方向相逆。所述第一热交换器回路具有温暖内部空气，其流动方向与来自外部的较冷空气相逆，这样仅利用驱动风扇的低能量输入就提供了有效的冷却。
根据本发明的另一个实施例，对包括用于冷却所述电气室的设备的电气室进行了描述，所述电气室容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备，冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的至少一个热交换器，所述电气室根据至少一个温度测量结果进行控制，其中第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，其中所述冷却设备被布置为与绝缘空气收集空间连接，来自所述电气室的空气在冷却之后被传导进入所述绝缘空气收集空间中。所述底板之下的空气空间形成了冷藏室，其形成了热交换器设备在少许热负荷波动时能够稳定运行的条件，否则所述热负荷波动将造成室内温度的短时上升。
根据本发明的另一个实施例，对包括用于冷却所述电气室的设备的电气室进行了描述，所述电气室容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备，冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的至少一个热交换器，所述电气室根据至少一个温度测量结果进行控制，其中第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，其中所述冷却设备被布置有两个或多个空气加压设备，以用于将所述第一空气流和所述第二空气流传导入与所述第一热交换器或空气对空气热交换器的接触。所述空气加压设备将空气循环穿过第一和第二热交换器组件但是消耗相对少的电能。
根据本发明的另一个实施例，对包括用于冷却所述电气室的设备的电气室进行了描述，所述电气室容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备，冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的至少一个热交换器，所述电气室根据至少一个温度测量结果进行控制，其中第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，其中所述冷却设备布置有控制开关，以用于控制至少所述两个或多个空气加压设备和所述至少一个第三热交换器(22)，其布置为根据针对所述电气室中的温度测量结果的处于35-40℃之间的设置点进行控制。
本发明人已经注意到，在电气和电子设备、功率转换器、逆变器、整流器、变压器等，通常定规格为在温度高达40℃或在某些情形下45℃连续服务。通过运行电气室经过控制使空气温度处于35℃左右，或在天花板下高达38℃左右，本发明的冷却设备更有效率。这是因为在38℃的内部温度和24℃的电气室外部周围空气温度之间的温度差异大于电气室中为24℃的现有技术设置点。以这种方式，通过增加服务温度，发明人已经提供了热力学上效率更高的改进的冷却设备。
在本发明的第一方面的一个优选实施例中，所述第一热交换器为空气对空气热交换器，其被布置有第一组通道，通过所述通道传导从所述电气室内部吸引或传导第一空气流，所述第一通道与所述热交换器中布置的第二组通道热接触，通过所述通道，传导从所述电气室外部吸引或传导第二空气流，其中所述来自所述电气室的空气通过所述冷却设备循环并且在闭合环路中被返回到所述电气室中。
在优选的冷却设备中，所述空气对空气热交换器被用作初级冷却设备以从所述电气室中的热空气中提取热量，并将其传递到电气室外面的周围空气中。较冷的空气由风扇通过所述空气对空气热交换器的第二侧的第二组通道被吸取。来自电气室内部的暖空气通过空气-空气热交换器的第一侧中的通道被吸取或传导。这些空气对空气热交换器中的第一通道与第二通道热接触，利用风扇的帮助通过其较冷空气被吸取或传导。
来自电气室内部的暖空气，在冷却之后，在闭合环路中被返回到电气室中。这种类型的空气对空气热交换器设备，也称为同流换热器，已被应用于瑞典的建筑通风系统。其已被用于从向外的通风流中回收热量，然后将该热量用于使置换的向内通风冷空气流温热，使得通过将进入的空气温热而节省一些能量。存在不同的设计来布置换热器，如横流式或逆流式空气对空气热交换器。还有针对空气对空气热交换器的不同设计，包括诸如蜂窝式、平板式、和壳管式。空气对空气热交换器设备的很大的优点是，对于初级冷却功能所需要的电能仅为用来驱动两个风扇以传导所述空气对空气热交换器的每一侧所通过的空气流。在建造并布置为冷却15kW的热损失的原型中，两个风扇的使用仅消耗每个300-400W，相比于内部空调机和外部空调机消耗总共大于4.5到5kW来冷却相同热量输入，这是显著的降低。
次级冷却容量被布置为安装在来自电气室内部的暖空气的第一空气流中的至少一个蒸发器盘管的形式，并且优选为在第一热交换器或空气对空气热交换器之后。蒸发器盘管被连接到安装在电气室外部的外部空调机。蒸发器盘管中的传热流体随着其变成气体而吸收能量，并且随着其返回为冷凝器盘管中的液体而在冷凝器单元或外部空调机中释放热量，以空调机工作的正常方式。蒸发器盘管提供了次级冷却回路以及次级冷却效果，这可以随着测量的温度上升超过一个或多个设置点被接通。以这种方式，冷却效果得根据冷却需求来调节，并且所述次级冷却回路，并且特别是次级冷却容量所需的外部空调机，往往只有在需要的时候才被操作，其也不是超过需要而长时间地运行。
优选地使用至少两个可单独控制的蒸发器盘管，每一个都连接到单个的外部空调机。通过手动切换或自动恒温器调节，或自动控制程序，进行单独的蒸发器盘管的选择和操作，以确保当需要由一个单个的蒸发器盘管进行的次级冷却时，如果单个的盘管被关断一段时间，而当后续需要一个单个盘管时，那么后续会选择并操作一个不同的盘管。换句话说，单个次级蒸发器盘管的使用在两个或多个盘管之间交替地分配。这种改进在两个外部空调机之间平均地共享负荷，并提供更长的使用寿命，相比于当外部空调机满负荷以及延长时间运行时所经历的而言具有少得多的故障风险。
由于通过空气对空气热交换器的内部空气的第一冷却流在闭合的环路中执行，湿气或花粉、以及尘土、烟、油脂或其它来自外部周遭的污染物不会被引入电气室。由此空气得以保持清洁并且电气/电子设备和开关设备没有暴露于污染物。因此，在很大程度上消除了对于电气室中的电气和电子设备的检查和清洗的维护要求。同样地，尘土或其它污染物不会在蒸发器盘管上或者空气对空气热交换器中的第一组空气通道中堆积而降低热效率。
第二冷却流从电气室外部的周围空气吸取并且通过空气对空气热交换器与空气对空气热交换器的第一组通道热接触，通过所述第一组通道来吸取暖空气。对来自外部的较冷的向内空气流过滤以防止污染物进入空气对空气热交换器中的第二组通道，否则将会因为允许尘土、油脂、或其他污染物等的堆积而降低其效率。因此第一热交换器或者空气对空气热交换器的冷却流侧，开放环路的维护，被限制为定期检查和清洁和/或更换空气过滤器。
电气室优选地从标准的货物集装箱建造，例如20英尺或40英尺运输集装箱。这为设备提供了有效的并且不透风雨的室或遮蔽间，并且作为功能性结构是相对便宜的。此外，金属屋顶提供了屋顶面积，其适合于提供通过金属屋顶到外部空气的辐射和传导的有用的被动冷却。优选地，电气室被布置在地面水平之上升起处，例如在起重机的结构中。这个位置提供了来自空气流动、风等的更好的冷却。
根据本发明的第二方面，描述了一种用于冷却容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备的电气室的方法，所述电气室包括用于冷却所述电气室的冷却设备，所述冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的热交换器，其中所述冷却设备包括第一热交换器，其被布置有第一组通道，并且通过传导来自所述电气室内部的第一空气流通过所述第一热交换器，并将其在闭合环路中返回到所述电气室，以及根据针对所述电气室内部的至少一个温度测量结果的处于24-40℃之间的设置点来控制所述电气室中的所述空气温度。
将电气室中的温度控制在比利用传统冷却方法更高的设置点导致了热交换器更有效率的使用。在优选实施例中，在冷却设备中使用空气对空气热交换器提供了初级冷却功能，其还具有相对低能量使用。发明人已通过对数个港口的原型测试和使用计量数据确定，例如欧洲港口鹿特丹，对于一年中数个月，空气对空气热交换器与从电气室外部表面的被动冷却一同能够冷却电气室而不用任何其他冷却效果。例如从十一月到四月一年中的6个月，在鹿特丹的中午是不需要其他冷却效果的。在鹿特丹较暖和的天气期间，运行一个单个的外部空调机或外部冷凝单元覆盖了所需要的冷却容量的剩余部分。作为例子，这是冷却电气室中来自逆变器、整流器等的平均能量输出为大约15kW/小时的冷却容量。在鹿特丹的温度方面，至少第二外部空调机或外部冷凝单元可以另外增加冗余以达到相比于冷却电气室所需的可用冷却容量一倍以上的可用冷却容量。
在用于其他更高外部空气温度的地理位置时，第一热交换器，优选空气对空气热交换器，的尺寸和/或设计，以及包括第二热交换器和外部空调机的次级冷却回路的部分的尺寸和/或设计可以进行调整或增加以提供更炎热气候条件之下的冷却效果的更大裕量。
在本发明的另一方面中，提供了一种计算机程序，该计算机程序被布置为当被加载到计算机或控制器的处理器中时，使得所述计算机或控制器执行通过操作冷却设备来冷却电气室的方法，所述冷却设备包括至少一个空气对空气热交换器用于操作以在闭合循环中并且根据至少一个温度测量结果冷却从电气室中吸取的空气。
在本发明的另一方面中，提供了一种计算机程序产品，以及非临时性的其上记录有程序的计算机可读介质，所述计算机程序被布置为当被加载到计算机或控制器的处理器中时，使得所述计算机或控制器执行通过操作冷却设备来冷却电气室的方法，所述冷却设备包括至少一个空气对空气热交换器用于操作以在闭合循环中并且根据至少一个温度测量结果冷却从电气室中吸取的空气。
通常，权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文中另有明确地定义。对“一/一个/所述元件、设备、部件、器件、步骤等”的所有引用都被开放地解释为指的是元件、设备、部件、器件、步骤等，除非另有明确地说明。本文所公开的任何方法步骤不必以所公开的确切顺序来执行，除非明确地说明。对于本公开内容的不同特征/部件采用“第一”、“第二”等仅仅旨在与其他类似的特征/部件区分功能/组件，并不旨在赋予任何顺序或层次的功能/组件。
附图说明
本发明的系统和方法参考一下详细描述并结合附图可以得到更为完全地理解，其中：
图1在简化的示意图中示出了根据本发明的第一方面的用于冷却容纳用于操作和控制工业设施的电机的电气和电子设备的电气室的冷却设备；
图2示出了并入了图1的电气室和冷却设备发明的集装箱起重机的简化图；
图3示出了图1的电气室和冷却设备发明的另一方面中的操作包括冷却设备并且容纳操作和控制工业设施电机的电气和电子设备的电气室的流程图；
图4示意性示出了图1的本发明的另一个实施例，并且尤其在于冷却设备被安装在电气室的屋顶上；
图5(现有技术)示意性地示出了已知类型的用于电气室的冷却设备，通常被称为分体式空调机的布置；以及
图6示意性示出了数据载体，其具有记录其上的计算机程序以实现根据本发明的第二方面的图3的方法的步骤。
具体实施方式
图1示出了包括冷却设备的电气室的简化图。在本实施例中，对用于集装箱起重机的电气室进行了说明。具有冷却设备的电气室也可以应用于其它类型的起重机或重型起重设备。此外，该电气室可以是用于操作和控制任何类型的工业过程中的电机的电气室，例如发电、输电和配电过程以及水净化和配送过程、石油和天然气的生产和配送过程、石化、化工、医药、食品加工、纸浆和纸张生产过程。这些仅仅是可以应用所述设备的一些示例过程。存在着其他无数的工业过程。所述过程还可以是其他工业过程，例如物品的制造。电气室可以例如被构造为操作和控制电动马达，例如安装在船舶上的电力推进和/或转向马达，船舶诸如客轮或在石油和天然气工业中使用的船舶。
在图2中示出了船到岸(STS)类型的集装箱起重机的简化示意图。该图示出了集装箱起重机9和集装箱船10。集装箱起重机9具有支撑结构，其包括支撑支柱6a、6b，其可以有在轨道上运行的车轮。该起重机具有起重臂3、吊运车7和吊具4，其承载集装箱2的重量。
在图2中，起重机被示出具有门架或起重臂，在其下吊运车7向前和向后运行在X方向上。该方向也被称为门架的方向。吊运车7支撑吊具4，其通过安装在吊具4上的一个或多个电动马达来保持、升起和/或降低集装箱2。起重机升起集装箱2，例如，从船舶10升起，并沿路径被放下在集装箱上，或降落在例如地面狭槽，或卡车或其它车辆(未示出)上。起重机9在每一组支柱6a、6b之下运行在轨道上，在进出纸面的方向上，指示为Y方向。该方向也被称为吊运车的方向。驱动吊具4和吊运车7运动的起重机的强大马达由电气和电子设备进行操作和控制，诸如逆变器、转换器、整流器、变压器和其它低到中压设备。
电气和电子控制设备被布置安装在电气室15中。该电气室有利地安装在高于地面水平，并且可以附接到起重机的结构。当从集装箱构造时，电气室包括金属屋顶。金属屋顶面积通过向外部空气辐射和传导来提供被动冷却。当安装在地面以上时，电气室通常更容易受到风和空气的冷却。地面以上的空气质量往往优越，空气中具有例如来自货物装卸卡车、移动式起重机、火车以及港口、港湾、集装箱场地上的其他污染源的油脂、尘土、烟尘和其他污染物的浓度较低。
图1示出电气室15，其包括冷却设备25，由虚线(---)包围来指示。该图显示了可以被布置有一个或多个局部冷却风扇17的电气和功率电子器件16。该图示出了冷却设备25包括第一热交换器(30)，其被布置有第一组通道(未示出)，通过所述通道传导从所述电气室内部吸取的暖空气W1。来自电气室内部的暖空气(W1)，如图中箭头─>所示，从电气和功率电子器件16周围上升，通过第一热交换器的第一组通道(30)循环，并通过空气空间27和出口26在闭合环路中返回到电气室中(C1)。冷却设备25包括下面的内容。风扇40被布置安装到壳体38，其包含第一热交换器30，优选为空气对空气热交换器，以及至少一个蒸发器盘管31。该壳体38连接到底板28下的空气空间27。从空气空间27的通风出口26被置于相对靠近电气和功率电子器件16。风扇40提供第一空气流，其将暖空气W1从室的天花板以下的上部向下吸取或传导，并进入壳体内与空气对空气热交换器30一起。暖空气W1通过与布置在第一热交换器30中的第二组通道热接触的第一组通道(未示出)穿过，第一热交换器30优选为空气对空气的类型。数个温度传感器T1-T6被放置在室的不同部分。这些优选为PT100型，但是可以使用任何合适的空气温度传感器。
第二空气流C2被从电气室外部的周围空气中吸取或传导，进入第二壳体35。壳体35包括入口12、端部最接近入口12的过滤器36、在，靠近入口的风扇42，但优选在过滤器36之后、以及进入第二组通道(未示出)的入口，所述入口与热交换器30的第一组通道热接触。热交换器30的第二组通道的出口将暖出口空气W2引入导管中以释放到电气室外部的周遭。过滤器36优选为工业过滤器，例如G4类别的过滤器，并且布置有由织物制成的过滤材料，例如，形式为支撑在框架中的多个袋子的聚酯织物。过滤器36优选地布置有过滤器控制单元，其使用传感器来检测何时过滤器的特性已经改变或变得装满过多灰尘和尘土并需要更换。
初级冷却回路运行如下。由电气和功率电子器件16的热损耗产生的暖空气W1上升到天花板，并由风扇40向下吸取进入壳体38。空气通过热交换器30中的第一组通道传导，热交换器30优选为空气对空气热交换器，其与第二组通道热接触，通过所述通道冷却空气由第二风扇42循环。空气对空气热交换器30优选为逆流热交换器型，其中通过第一组通道的流动在与通过第二组通道的流动相同的方向上没有对齐。有利的是，两个流动被布置为相对彼此为90°或180℃。
来自电气室内部的暖空气W1被冷却之后C1返回到电气室，并且通过底板28之下的空气空间27。用于收集经冷却空气的空气空间27优选为通过双层底板与电气室中的空气热绝缘，并且还优选为相对于电气室中的空气轻微过压。在操作过程中，空气空间27形成冷藏室，其形成了热交换器设备在负荷波动期间能够稳定运行的条件，否则所述负荷波动将造成室内温度的短时上升。经冷却空气C1然后循环通过入口26返回到电气室。入口26被定位从而使得经冷却的空气被引导朝向的电气和电子元件16。对室内的空气温度进行测量，并且根据针对电气室内部的至少一个温度测量结果的处于24-40℃之间的设置点对电气室内的空气温度进行控制。
电气室中的空气在闭合回路中被冷却。其优势在于持续将热量从电气室中的暖空气W1传递到外部周遭，并且，由于没有大量的新空气被吸取到室内，也就不从任何进入的空气中增加热量。也没有任何湿度增加，也没有形式为灰尘、污垢、烟雾、油脂或其他物质的任何污染物进入室内，从而避免了电气和电子设备16的绝缘表面或接触表面受到污染。
上面的例子是基于平均15kW的输入到电气室的热能。前面所描述的第一空气流W1、C1充分利用电气室内部的自然对流流动。来自电气和电子设备16的暖空气自然对流向上朝天花板流动，并且被风扇40向下传导或吸取进入与第一热交换器30以及第二热交换器31的较冷的表面接触。电气室的空气空间27中的经冷却的空气还通过双层底板与暖空气保持热绝缘。这充分利用了对流流动朝向第一热交换器30和第二热交换器31传递热能，从而增加了效率。当电气室被冷却，使得电气和电子设备16上方的T4测得的最大室温为35℃，在天花板下测得的空气温度T5可以高达38℃。这一相对高的温度也提供了电气室屋顶与外部空气之间的改进的温度差，这促进了从屋顶进行的辐射和传导/对流进行的被动冷却。
当需要增加的冷却效果时，操作次级冷却回路。在图1中，第二热交换器31也被布置在来自电气室内部的第一暖空气流W1中。第二热交换器31优选为蒸发器盘管，其连接到安装在电气室外部的外部空调机22。也可在图2中看到外部空调机22安装在电气室15的外部。当所需的冷却效果增加时，接通外部空调机22，也称为外部冷凝器单元，并且其以正常方式操作。其将气态形式的热流体或制冷剂流体从第二热交换器31的蒸发器盘管泵到外部空调机22内部的冷凝器盘管，在那里由蒸发器盘管蒸发的流体被冷凝并以冷却、冷凝的传热流体返回到第二热交换器31的蒸发器盘管。传热流体，可以使用例如流体类型R134a、407C和410A。温度传感器T6可以被放置在靠近第二热交换器31的(多个)蒸发器盘管处。
在优选实施例中，至少两个蒸发器线圈被布置为处于来自电气室的第一暖空气流W1的热交换器31，并且每一个蒸发器线圈都连接到外部空调机22。首先，其赋予设备冗余以防两个外部空调机22其中之一意外故障。图2中还可见外部空调机22被安装在电气室15的外部。其次，当使用两个次级冷却回路以及当接合智能负荷共享时，其赋予热交换器31和外部空调机22更长的使用寿命。通过手动切换，或者使用具有恒温器设置，或通过使用控制应用或者通过另外的方法，两个次级冷却回路中的每一个在仅需要一个蒸发器线圈，一个次级冷却回路时交替接通。也就是说，当只需要由一个蒸发器盘管的冷却，那么两个或更多外部空调机22中的每一个在需要单个线圈冷却时被依次接通，使得每个线圈被使用的时间长度被均匀地分配在两个或多个次级冷却回路之间，每一个次级冷却回路包括至少一个蒸发器盘管31，以及至少一个外部外冷凝器单元或外部空调机22。这样做的结果是，每一个外部冷凝器单元或外部空调机22的带负荷运行的时间长度大致相同，从而增加了使用寿命，并使得不期望的空调机故障发生的可能性微乎其微。
图3示出用于根据一个或多个电气室中的空气温度测量结果来控制冷却效果的方法的流程图，这种测量结果从传感器T1-T6采样得到。该图示出了几个步骤：
50至少从传感器T1-T6接收温度测量结果
52确定外部温度T2
54至少从T4确定内部温度
55如果T4
57-大于第一设置值，例如25℃，那么将第一次级冷却回路接通；
58如果T4
59-大于第二设置值，例如35℃，那么将第二次级冷却回路接通，从而使得两个或更多个次级冷却回路(ccts)被接通。
基本元素为初级冷却回路被接通，两个风扇40和42在运转，并且一个次级冷却回路(57)或两个次级冷却回路(62)是可用的，并且如果测得的温度上升超过一个或多个设置点，可以被接通。
在步骤57中，在一个次级冷却回路包括蒸发器盘管或第二热交换器31以及外部空调机22或外部冷凝器被接通时，这是以选择性的方式进行的。操作人员或优选为自动控制应用程序或系统的一部分，跟踪记录哪些单个蒸发器盘管上次是独自使用的。有了这些可用的信息，当下一次需要单个第二换热器操作时，那么上次不是独自使用的单个蒸发器被接通。因此，单个的蒸发器盘管的负荷在第二热交换器回路的两个蒸发器盘管是轮流切换的。
除此以外，增加或减少冷却效果的进一步连续阶段可以通过改变一个或两个次级冷却回路风扇40、42的风扇速度来选择。在实践中，这将意味着步骤50-57之间具有额外的方法步骤以添加(或减少)较低阶段的冷却效果。对于次级冷却回路，其他的调节也是可能的。并且一个或优选两个外部冷凝器单元或外部空调机单元22的可用的风扇速度可以类似地以逐渐或步进的方式从较低的速度增加至较高的速度以便一旦需要以及在需要的时刻提供更好的冷却效果，这取决于设置值和测得的温度。其中一些外部空调机单元可以有多于一个的压缩机/冷凝器可用速度以供选择，这也可以作为动作并入以在需要的时刻增加和降低冷却效果。
在初级空气冷却回路中，优选包括第一空气对空气热交换器30，工业变速叶轮风扇可以被用于吸取或传导穿过热交换器的空气。然而，用于加压或移动或传导空气的其他设备可以代替风扇40、42中的一个或更多，例如适当布置的空气泵、活塞泵、涡轮机、风箱等。
原则上，用于冷却电气室15的冷却设备25可以由一个或多个恒温器连同手动干预进行控制。冷却设备也可以通过在控制器或计算机的处理器上运行的自动过程进行控制。在优选实施例中，冷却设备是由也连接到诸如ABB提供的800xA系统的工业控制系统的程序或计算机应用进行控制。在这种情况下，关于冷却设备的监管和报告被启用，在报告关于系统的效率方面，这有利于符合ISO50000的要求。此外，可以进一步发展自动控制。例如，当工业控制系统具有该集装箱起重机(或电气室是其一部分的其它工业设施)应当在接下来的几分钟内在重负荷下运行的信息，那么可以向冷却系统发送信号以在任何温度升高之前提前启动额外的冷却。以这种方式，可以平滑冷却需求，节省功率，并且也减少了在包括高负荷以及不那么高负荷两者的时间段期间冷却设备上的快速变化温度负荷的程度。
在维修或检查电气室期间，T4处测得的最大温度设定点可以临时下降到大约22-24℃。以这种方式，室内的空气被临时保持在合理的舒适温度以便工程师或技术人员在电气室的工作，例如，更换空气过滤器。
在本发明的另一个实施例中，第一热交换器30可以是水冷却的。本实施例的第一热交换器包括第一组通道，通过所述通道传导来自电气室内部的暖空气W1被吸取或传导。第二组通道可以通过在其中传递水进行冷却。第一组通道和第二组通道彼此热接触，如之前关于第一热交换器30的描述。本实施例在有连续供应的洁净冷水可以通过热交换器30进行泵送以便冷却来自电气室内部的空气W1时特别有利。
图4示出本发明的另一个实施例。在本实施例中，冷却设备25被布置在电气室的屋顶上的壳体中。图4示出了电气室15和冷却设备25。其也示出了热空气流W1从逆变器、转换器等16朝电气室的天花板上升。暖空气W1通过天花板的适当开口被风扇(未示出)吸取或传导并上升进入冷却设备26并且通过第一热交换器(未示出)。冷却后的空气C1由风扇(未示出)向下传导或吹并且通过绝缘管29进入电气室15的绝缘底板28之下的空气空间27。可替换地，冷却设备可以被安装在室的天花板和室的外部屋顶之间所构成的空间中。本实施例的优点在于，冷却设备25不占据电气室内部空间，并且充分利用了天然存在的对流流动。
用于监管温度的方法可以由一个或多个或计算机化过程自动执行，而无需任何来自操作人员动作的监管。本发明的方法可以由一个或多个计算机程序监管、控制或执行。一个或多个微处理器(或者处理器或者计算机)包括中央处理单元CPU，其连接到或包括在一个或多个上述起重机控制单元，所述处理器、PLC或计算机执行根据本发明的一个或多个方面的方法步骤，如举例来说参考图3的流程图描述的。可以理解的是用于实施根据本发明的方法的计算机程序也可以运行在一个或多个通用工业微处理器或者PLC或者计算机上，而不是一个或多个专用适配的计算机或处理器。
计算机程序包括计算机程序代码元素或者软件代码部分，其使得计算机或处理器使用等式、算法、数据、存储值、运算、同步等来执行先前描述的方法，并且例如关于图3的流程图，并且/或者关于示出与图3相关联的电气室中所测得的温度和温度设置点的图形用户界面。程序的一部分可以被存储在上述处理器中，但也可以存储在ROM、RAM、PROM、EPROM或者EEPROM芯片或者类似存储器件中。所述程序的一些部分地或全部地可以本地(或者集中)地存储在任何适当的非暂时性计算机可读介质中，诸如磁盘、CD-ROM或DVD盘、硬盘、磁性-光学存储器件、易失性存储器、闪速存储器、或者作为固件或被存储在数据服务器上。该计算机程序代码也可以被提供在当其上的程序被加载导入服务器或移动终端时执行本发明的功能的一个或多个数据载体上。具有计算机程序代码81的一个这种数据载体80以CD ROM盘的形式被示意性地示出于图6。
本申请文件中示出和讨论的实施例仅旨在教导本领域技术人员发明人所知的最佳方式来制作和使用本发明。本领域技术人员意识到本发明绝不以任何方式受限于所描述的示例。相反，诸多修改的变化在所附的权利要求书的范围内都是可能。

Claims (21)

1.一种容纳用于操作和控制工业设施(9)的电机的电气和电子设备(16)的电气室(15)，所述电气室包括
冷却设备(25)，用于冷却所述电气室，所述冷却设备根据至少一个温度测量结果来操作，所述冷却设备包括
第一热交换器(30)，用于冷却所述电气室中的空气，所述第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述第一组通道传导从所述电气室内部吸取的第一空气流(W1)，
其中，来自所述电气室内部的所述空气(W1)通过所述冷却设备的所述第一热交换器(30)循环并且在闭合环路中返回到所述电气室(C1)，并且其中对所述电气室中的空气温度根据针对所述电气室内部的至少一个温度测量结果的处于24-40℃之间的设置点进行控制，
其特征在于
所述冷却设备(25)被布置有至少一个第二热交换器(31)，所述至少一个第二热交换器(31)定位在来自所述电气室(15)内部的所述空气流(W1、C1)中，所述至少一个第二热交换器被连接到布置在所述电气室外部的至少一个第三热交换器(22)。
2.根据权利要求1所述的电气室(15)，其特征在于，所述第一热交换器(30)为布置有第二组通道的空气对空气热交换器，所述第二通道与布置在所述空气对空气热交换器中的所述第一组通道热接触，通过所述第二组通道传导从所述电气室(15)外部吸取的第二空气流(C2)。
3.根据权利要求1所述的电气室(15)，其特征在于，所述至少一个第二热交换器(31)包括两个或多个蒸发器盘管，每一个蒸发器盘管包含传热流体，并且每一个蒸发器盘管连接到所述至少一个第三热交换器(22)中的一个第三热交换器。
4.根据权利要求3所述的电气室(15)，其特征在于，包括在所述至少一个第二热交换器(31)中的两个或多个蒸发器盘管中的每一个蒸发器盘管连接到两个或多个第三热交换器(22)中的一个第三热交换器，所述第三热交换器布置有控制开关，使得所述两个或多个蒸发器盘管中所选定的仅一个蒸发器盘管被冷却。
5.根据权利要求2所述的电气室(15)，其特征在于，所述第一热交换器(30)中的所述第一通道和第二通道被布置为使得在所述第一热交换器中流动的所述第一通道中的所述第一空气流(W1)被传导的方向为与所述第二通道中的所述第二空气流(C2)的方向相逆。
6.根据权利要求1所述的电气室(15)，其特征在于，所述冷却设备(25)被布置为与绝缘空气收集空间(27)连接，来自所述电气室的所述空气在冷却之后(C1)被传导进入所述绝缘空气收集空间中。
7.根据权利要求1所述的电气室(15)，其特征在于，所述绝缘空气收集空间(27)布置在所述电气室的底板(28)之下，并且所述经冷却的空气(C1)保持为相对于所述电气室的所述空气压力过压。
8.根据权利要求1所述的电气室(15)，其特征在于，所述冷却设备被布置有两个或多个空气加压设备(40、42)，以用于将所述第一空气流(W1)和所述第二空气流(C2)传导至与所述第一热交换器(30)或空气对空气热交换器接触。
9.根据权利要求1所述的电气室(15)，其特征在于，所述冷却设备布置有控制开关，以用于控制至少所述两个或多个空气加压设备(40、42)和所述至少一个第三热交换器(22)，布置为根据针对所述电气室中的温度测量结果(T5)的处于35-40℃之间的设置点进行控制。
10.根据权利要求1所述的电气室(15)，其特征在于，所述电气室由运输集装箱或货物集装箱构造。
11.一种用于冷却容纳用于操作和控制工业设施(9)的电机的电气和电子设备(16)的电气室(15)的方法，所述电气室包括冷却设备(25)，用于冷却所述电气室，所述冷却设备根据至少一个温度测量结果来操作，所述冷却设备包括用于冷却所述电气室中的空气的第一热交换器(30)，所述第一热交换器被布置有第一组通道，并且其中所述冷却设备被布置有至少一个第二热交换器(31)，所述方法包括
传导来自所述电气室内部的第一空气流(W1)通过所述第一热交换器(30)，并将其(C1)在闭合环路中返回到所述电气室，以及
根据针对所述电气室内部的至少一个温度测量结果的处于24-40℃之间的设置点来控制所述电气室中的空气温度，其特征在于
进一步将所述第一空气流(W1、C1)传导穿过连接到布置在所述电气室(15)外部的至少一个第三热交换器(22)的所述至少一个第二热交换器(31)。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一热交换器(30)为布置有第二组通道的空气对空气热交换器，并且在于将来自所述电气室外部的第二空气流(C2)传导通过所述第一热交换器(30)的所述第二组通道。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述第一空气流(W1)传导穿过包括在所述至少一个第二热交换器(31)中的两个或多个蒸发器盘管，并且在于将所述至少一个第三热交换器(22)中的一个第三热交换器接通并操作以冷却从所述两个或多个蒸发器盘管中的所选定的一个蒸发器盘管循环的传热介质。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述第一空气流(W1)传导通过所述第一通道并且将所述第二空气流(C2)传导通过所述第一热交换器(30)中的所述第二通道，从而使得所述第一流动方向与所述第二流动方向相逆。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述第一空气流在冷却之后(C1)传导穿过所述冷却设备的所述第一热交换器(30)，并且进入所述电气室的下部中的绝缘空气收集空间(27)中。
16.根据权利要求11或15所述的方法，其特征在于，所述绝缘收集空间(27)被布置在所述电气室的底板(28)之下，并且在于将冷却之后的所述第一空气流(C1)传导进入所述绝缘空气收集空间(27)，并且将所述经冷却的空气保持为相比于所述电气室中剩余部分的空气压力过压。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述冷却设备被布置有两个或多个空气加压设备(40，42)，并且在于对所述两个或多个空气加压设备(40，42)操作并因此将所述第一空气流(W1)和所述第二空气流(C2)传导进入与所述第一热交换器(30)或空气对空气热交换器相接触。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述冷却设备被布置有控制开关，以用于控制至少所述两个或多个空气加压设备(40、42)，并且在于操作一个或多个控制开关，以用于控制所述至少两个或多个空气加压设备(40、42)以及所述至少一个第三热交换器(22)并且根据针对所述电气室中的温度测量结果的处于35-40℃之间的设置点来控制所述电气室中的所述空气温度。
19.一种布置用于冷却容纳用于操作和控制工业设施(9)的电机的电气和电子设备(16)的电气室(15)的计算机程序，所述计算机程序包括计算机代码和/或计算机软件装置，当将所述计算机代码和/或计算机软件装置输入计算机中时，所述计算机代码和/或计算机软件装置将使得所述计算机执行根据权利要求11-18中任一项所述的方法。
20.一种包括计算机程序的计算机可读介质，当所述计算机程序被读入计算机或处理器中时将使得所述计算机或处理器执行根据权利要求11-18中任一项所述的方法。
21.一种工业设施，包括容纳用于操作和控制工业设施(9)的电机的电气和电子设备(16)的电气室(15)，所述电气室包括
冷却设备(25)，用于冷却所述电气室，所述冷却设备根据至少一个温度测量结果来操作，所述冷却设备包括
第一热交换器(30)，用于冷却所述电气室中的空气，所述第一热交换器被布置有第一组通道，通过所述第一组通道传导从所述电气室内部吸取的第一空气流(W1)，
其中，来自所述电气室内部的所述空气(W1)通过所述冷却设备的所述第一热交换器(30)进行循环并且在闭合环路中返回到所述电气室(C1)，并且其中所述电气室中的空气温度根据针对所述电气室内部的至少一个温度测量结果的处于24-40℃之间的设置点进行控制，
其特征在于
所述冷却设备(25)被布置有至少一个第二热交换器(31)，所述至少一个第二热交换器(31)定位在来自所述电气室(15)内部的所述空气流(W1、C1)中，所述至少一个第二热交换器被连接到布置在所述电气室外部的至少一个第三热交换器(22)。
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