CN105955336A - 基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置及方法 - Google Patents

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严伟东
顾志伟
李践
徐红泉
方超
张文准
杨庆赟
金琦
王海园
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Abstract

本发明公开了一种基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置及方法，包括屏蔽机柜，所述屏蔽机柜内设有半导体制冷模块、直流电供电模块、温度控制模块，所述半导体制冷模块通过所述温度控制模块连接于所述直流电供电模块，所述温度控制模块控制所述半导体制冷模块与所述直流电供电模块的接通或断开；所述半导体制冷模块主要由多个半导体制冷片组成，每个半导体制冷片的冷面朝向所述屏蔽机柜内部，热面则贴于所述屏蔽机柜内壁。本发明基于半导体降温的原理实现对屏蔽机柜进行散热，简单有效且不削弱屏蔽机柜的屏蔽性能。

Description

基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置及方法
技术领域
本发明涉及电力领域，具体涉及基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置及方法。
背景技术
电力调度自动化机房内运行着调度数据网的核心交换机、路由器及众多服务器设备，电力调度数据信息交互的核心。随着计算机系统网络建设已经遍布各个角落，人们对涉密信息系统电磁泄漏发射危害性认识的逐步加深，电磁兼容及系统安全问题也提到议事日程上来。此外，由于自动化机房提供7×2 4h不间断的电网监控、技术服务与支持，机房的电磁环境问题也受到工作人员的关注，为保证工作人员的人身安全，根据GB 9175-88《环境电磁波卫生标准》，需要采取相应的屏蔽措施以降低电磁辐射。
为抑制机房内电磁信息泄露，防止外部强电磁骚扰影响设备正常运行，为工作人员提供一个良好的工作环境，在机房内使用电磁屏蔽机柜以放置网络服务器、交换机等运行设备。电磁屏蔽机柜是封闭式机柜，其散热性能较差，当机柜内设备需要长期运行时容易引起机柜内温度过高而影响设备的正常运行。
目前对于屏蔽机柜的温度控制方式，主要有自然风冷和强迫风冷的方式，均基于空气循环的原理对屏蔽机柜内部进行散热以实现温度控制。但是这种散热方式通常效率较慢，且由于需要在屏蔽机柜上留有与外部相通的界面以实现空气循环，因此难以避免会降低屏蔽机柜的屏蔽性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置及方法，基于半导体降温的原理实现对屏蔽机柜进行散热，简单有效且不削弱屏蔽机柜的屏蔽性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，包括屏蔽机柜，所述屏蔽机柜内设有半导体制冷模块、直流电供电模块、温度控制模块，所述半导体制冷模块通过所述温度控制模块连接于所述直流电供电模块，所述温度控制模块控制所述半导体制冷模块与所述直流电供电模块的接通或断开；所述半导体制冷模块主要由多个半导体制冷片组成，每个半导体制冷片的冷面朝向所述屏蔽机柜内部，热面则贴于所述屏蔽机柜内壁。
本发明采用主要由半导体制冷片组成的半导体制冷模块对屏蔽机柜内进行制冷，并通过温度控制模块控制所述半导体制冷模块的运行和停止以将屏蔽机柜内部温度控制在一定范围内，这样一方面并不需要在屏蔽机柜柜体上留有任何用于与外界进行空气交换的结构，在实现温度控制的同时不需以屏蔽机柜的屏蔽性能为代价，另一方面半导体制冷模块也将根据实际需要运行或停止，有利于节约能源和延长使用寿命。另外，将半导体制冷片的热面贴于所述屏蔽机柜的内壁，则使得半导体制冷片热面以屏蔽机柜的壁面作为介质与外界进行热交换(即封闭的方式)以实现半导体制冷片的散热。
需要说明的是，每个半导体制冷片的热面均设有散热片，并通过散热片贴于所述屏蔽机柜内壁；同时，所述屏蔽机柜外架设有风扇，所述风扇的出风口与所述半导体制冷模块所在位置相对应。在半导体制冷片的热面增加散热片，同时利用风扇对半导体制冷模块所在的屏蔽机柜壁面进行吹风散热，可以实现加大散热面积的同时加速散热速度，在不影响屏蔽机柜的屏蔽性能的前提下增强对半导体制冷模块的散热效果，避免损坏半导体制冷片。
需要说明的是，所述半导体制冷模块采用模块化集成，所有半导体制冷片分为若干组，每组内的半导体制冷片串联连接，各组之间分别通过独立开关并联连接于所述温度控制模块。
采用串并联的方式可靠性较高，避免了任意一个半导体制冷片损坏会影响整个半导体制冷模块的运行的情况，也避免所有半导体制冷片均并联时所造成的总线的电流非常大的问题。而且采用分组和串并联结合使用的方式可以实现通过温度控制模块控制半导体制冷片的运行组数来分段控制调节温度，工作效率较高。
需要说明的是，所述直流电供电模块包括整流器，所述整流器的输入端外接电源接口，输出端则电气连接于所述半导体制冷模块。采用整流器作为直流电和交流电之间的转换能够减少后期的维护工作，且单位电量成本较低。
需要说明的是，所述温度控制模块采用开断式温控器。
需要说明的是，还包括有无线通信模块和外部温度监视终端，所述温度控制模块通过所述无线通信模块与所述外部温度监视终端通信连接。通过所述无线通信模块和外部温度监视终端可以实现以远程监视的方式对屏蔽机柜内部温度进行实时监控，避免了就地监视时必须打开屏蔽机柜门后才可以看到温度情况的问题以及需要定期巡视所带来的耗时耗力的问题。
需要说明的是，所述半导体制冷片采用TEC1-12706。
需要说明的是，所述半导体制冷模块包括30个半导体制冷片。
一种利用上述任一权利要求所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置的温度控制方法，包括如下步骤：
S1接通直流电供电模块，温度控制模块启动并开始进行屏蔽机柜内的温度探测，当温度控制模块所探测到的温度不超出预设标准温度范围，则控制半导体制冷模块不运行，当探测到的温度超出预设标准温度范围，则控制半导体制冷模块开始运行制冷；
S2半导体制冷模块开始运行制冷时，风扇也一并开始运行；所述散热片对所述半导体制冷片的热面进行散热并以所述屏蔽机柜的壁面作为介质与屏蔽机柜外部进行热交换，所述风扇同时对屏蔽机柜外壁上与半导体制冷模块所在位置相对应处进行吹风散热；
S3所述温度控制模块通过无线通信模块向外部温度监视终端发送所测得的温度值，以供管理人员对屏蔽机柜内的温度值进行监测。
需要说明的是，步骤S1中，所述温度控制模块根据测得的温度值超出预设标准温度范围的程度大小控制半导体制冷模块内同时运行的半导体制冷片组数，超出范围越大，控制同时运行的半导体制冷片组数越多。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用主要由半导体制冷片组成的半导体制冷模块对屏蔽机柜内进行制冷，并通过温度控制模块控制所述半导体制冷模块的运行和停止以将屏蔽机柜内部温度控制在一定范围内，这样一方面并不需要在屏蔽机柜柜体上留有任何用于与外界进行空气交换的结构也能实现屏蔽机柜内部降温，在实现温度控制的同时不需以屏蔽机柜的屏蔽性能为代价，另一方面半导体制冷模块也将根据实际需要运行或停止，有利于节约能源和延长使用寿命；
2、在半导体制冷片的热面增加散热片，同时利用风扇对半导体制冷模块所在的屏蔽机柜壁面进行吹风散热，可以实现加大散热面积的同时加速散热速度，并无需与外界进行空气交换，不影响屏蔽机柜的屏蔽性能；
3、对半导体制冷模块的半导体制冷片采用串并联结合的方式进行连接，可靠性较高，避免了任意一个半导体制冷片损坏会影响整个半导体制冷模块的运行的情况，也避免所有半导体制冷片均并联时所造成的总线的电流非常大的问题。而且采用分组和串并联结合使用的方式可以实现通过温度控制模块控制半导体制冷片的运行组数来分段控制调节温度，工作效率较高；
4、通过所述无线通信模块和外部温度监视终端可以实现以远程监视的方式对屏蔽机柜内部温度进行实时监控，避免了就地监视时必须打开屏蔽机柜门后才可以看到温度情况的问题以及需要定期巡视所带来的耗时耗力的问题。
附图说明
图1为本发明装置的总体结构示意图；
图2为本发明装置的电路原理示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，包括屏蔽机柜1，所述屏蔽机柜1内设有半导体制冷模块2、直流电供电模块3、温度控制模块4，所述半导体制冷模块2通过所述温度控制模块4连接于所述直流电供电模块3，所述温度控制模块4控制所述半导体制冷模块2与所述直流电供电模块3的接通或断开；所述半导体制冷模块2主要由多个半导体制冷片组成，每个半导体制冷片的冷面朝向所述屏蔽机柜1内部，热面则贴于所述屏蔽机柜1内壁。
本发明采用主要由半导体制冷片组成的半导体制冷模块对屏蔽机柜内进行制冷，并通过温度控制模块控制所述半导体制冷模块的运行和停止以将屏蔽机柜内部温度控制在一定范围内，这样一方面并不需要在屏蔽机柜柜体上留有任何用于与外界进行空气交换的结构，在实现温度控制的同时不需以屏蔽机柜的屏蔽性能为代价，另一方面半导体制冷模块也将根据实际需要运行或停止，有利于节约能源和延长使用寿命。另外，将半导体制冷片的热面贴于所述屏蔽机柜的内壁，则使得半导体制冷片热面以屏蔽机柜的壁面作为介质与外界进行热交换(即封闭的方式)以实现半导体制冷片的散热。
需要说明的是，每个半导体制冷片的热面均设有散热片，并通过散热片贴于所述屏蔽机柜内壁；同时，所述屏蔽机柜外架设有风扇5，所述风扇的出风口与所述半导体制冷模块所在位置相对应。在半导体制冷片的热面增加散热片，同时利用风扇对半导体制冷模块所在的屏蔽机柜壁面进行吹风散热，可以实现加大散热面积的同时加速散热速度，在不影响屏蔽机柜的屏蔽性能的前提下增强对半导体制冷模块的散热效果，避免损坏半导体制冷片。
需要说明的是，所述半导体制冷片采用TEC1-12706。
需要说明的是，所述半导体制冷模块采用模块化集成，所述半导体制冷片分为若干组，每组内的半导体制冷片串联连接，各组之间分别通过独立开关并联连接于所述温度控制模块。如图2所示，每组内的3个半导体制冷片TEC1-12706采用串联的方式连接，而各组之间则分别通过独立开关连接于温度控制模块的CPU，即并联连接，由温度控制模块的CPU控制各组半导体制冷片电源的接通或断开。
采用串并联的方式可靠性较高，避免了任意一个半导体制冷片损坏会影响整个半导体制冷模块的运行的情况，也避免所有半导体制冷片均并联时所造成的总线的电流非常大的问题。而且采用分组和串并联结合使用的方式可以实现通过温度控制模块控制半导体制冷片的运行组数来分段控制调节温度，工作效率较高。
需要说明的是，所述直流电供电模块3包括整流器，所述整流器的输入端外接电源接口，输出端则电气连接于所述半导体制冷模块。采用整流器作为直流电和交流电之间的转换能够减少后期的维护工作，且单位电量成本较低。
需要说明的是，所述温度控制模块4采用开断式温控器。
需要说明的是，还包括有无线通信模块和外部温度监视终端，所述温度控制模块通过所述无线通信模块与所述外部温度监视终端通信连接。通过所述无线通信模块和外部温度监视终端可以实现以远程监视的方式对屏蔽机柜内部温度进行实时监控，避免了就地监视时必须打开屏蔽机柜门后才可以看到温度情况的问题以及需要定期巡视所带来的耗时耗力的问题。
需要说明的是，所述半导体制冷模块包括30个半导体制冷片。
一种利用上述任一权利要求所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置的温度控制方法，包括如下步骤：
S1接通直流电供电模块，温度控制模块启动并开始进行屏蔽机柜内的温度探测，当温度控制模块所探测到的温度不超出预设标准温度范围，则控制半导体制冷模块不运行，当探测到的温度超出预设标准温度范围，则控制半导体制冷模块开始运行制冷。如图2所示，温度控制模块的温度探头负责探测屏蔽壳体内的温度值并传输至CPU，所述CPU则根据温度探头测得的温度值控制半导体制冷模块电源的接通或断开。
S2半导体制冷模块开始运行制冷时，风扇也一并开始运行；所述散热片对所述半导体制冷片的热面进行散热并以所述屏蔽机柜的壁面作为介质与屏蔽机柜外部进行热交换，所述风扇同时对屏蔽机柜外壁上与半导体制冷模块所在位置相对应处进行吹风散热；
S3所述温度控制模块还通过无线通信模块向外部温度监视终端发送所测得的温度值，以供管理人员对屏蔽机柜内的温度值进行监测。
需要说明的是，步骤S1中，所述温度控制模块根据测得的温度值超出预设标准温度范围的程度大小控制半导体制冷模块内同时运行的半导体制冷片组数，超出范围越大，控制同时运行的半导体制冷片组数越多。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应当包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，包括屏蔽机柜，其特征在于，所述屏蔽机柜内设有半导体制冷模块、直流电供电模块、温度控制模块，所述半导体制冷模块通过所述温度控制模块连接于所述直流电供电模块，所述温度控制模块控制所述半导体制冷模块与所述直流电供电模块的接通或断开；所述半导体制冷模块主要由多个半导体制冷片组成，每个半导体制冷片的冷面朝向所述屏蔽机柜内部，热面则贴于所述屏蔽机柜内壁。
2.根据权利要求1所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，其特征在于，每个半导体制冷片的热面均设有散热片，并通过散热片贴于所述屏蔽机柜内壁；同时，所述屏蔽机柜外架设有风扇，所述风扇的出风口与所述半导体制冷模块所在位置相对应。
3.根据权利要求1所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，其特征在于，所述半导体制冷模块采用模块化集成，所有半导体制冷片分为若干组，每组内的半导体制冷片串联连接，各组之间分别通过独立开关并联连接于所述温度控制模块。
4.根据权利要求1所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，其特征在于，所述直流电供电模块包括整流器，所述整流器的输入端外接电源接口，输出端则电气连接于所述半导体制冷模块。
5.根据权利要求1所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，其特征在于，所述温度控制模块采用开断式温控器。
6.根据权利要求1所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，其特征在于，还包括有无线通信模块和外部温度监视终端，所述温度控制模块通过所述无线通信模块与所述外部温度监视终端通信连接。
7.根据权利要求1所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，其特征在于，所述半导体制冷片采用TEC1-12706。
8.根据权利要求1所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置，其特征在于，所述半导体制冷模块包括30个半导体制冷片。
9.一种利用上述任一权利要求所述的基于半导体降温的屏蔽机柜温度控制装置的温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1接通直流电供电模块，温度控制模块启动并开始进行屏蔽机柜内的温度探测，当温度控制模块所探测到的温度不超出预设标准温度范围，则控制半导体制冷模块不运行，当探测到的温度超出预设标准温度范围，则控制半导体制冷模块开始运行制冷；
S2半导体制冷模块开始运行制冷时，风扇也一并开始运行；所述散热片对所述半导体制冷片的热面进行散热并以所述屏蔽机柜的壁面作为介质与屏蔽机柜外部进行热交换，所述风扇同时对屏蔽机柜外壁上与半导体制冷模块所在位置相对应处进行吹风散热；
S3所述温度控制模块通过无线通信模块向外部温度监视终端发送所测得的温度值，以供管理人员对屏蔽机柜内的温度值进行监测。
10.根据权利要求9所述的温度控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述温度控制模块根据测得的温度值超出预设标准温度范围的程度大小控制半导体制冷模块内同时运行的半导体制冷片组数，超出范围越大，控制同时运行的半导体制冷片组数越多。
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