CN106654926B - 一种节能型配电柜空气调节装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种专用于配电柜的空气调节装置及方法。由制冷机组、冷却器、送风管道、回风管道、三通换向阀、干空气回热器、风机、风阀、气体流量控制阀、冷气进风接管、热风出风接管、温度监测装置、湿度监测装置、监控系统等组成；采用一机多用、定点散热、常温除湿的思路，利用同一装置在不同工作模式下，实现对配电柜内部降温、除湿的控制。装置具有常温强制通风散热模式、制冷通风散热模式、常温除湿模式，装置控制系统中温湿度控制模块可利用温湿度测量数据自动识别选定工作模式。本发明采用一机多用、定点散热、常温除湿的思路，有效解决当前配电房内局部热点降温难、湿度控制精度低、高能耗问题，实现配电柜节能、高效的降温、除湿。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能型配电柜空气调节装置及方法，适用于配电房中配电柜的降温、除湿，属于电气设备空气调节领域。
背景技术
温度和湿度是影响配电柜安全运行和使用寿命的两个重要因素。温度产生的影响主要体现在超温将导致设备保护跳停，严重影响设备的正常运行；过热则带来加速绝缘老化、触点松动等问题，产生的累积效应如不加以控制，将危及设备的安全运行。湿度产生的影响主要体现在潮湿空气及凝露引起的绝缘故障问题。
随着企业用电负荷的不断增加，设备向大容量、大电流方向发展，配电柜内元器件发热功率也日益增大，部分高负荷配电柜，总发热功率已达2-3kW，甚至更高。由此，因过热而发生故障的问题日益凸显，有调查数据表明，在各类开关设备的故障中，过热故障是事故发生的主要原因，约占事故率的30％左右。当前，传统的配电柜柜体散热结合工作环境降温的方式已越来越不能满足大容量、高负荷配电柜的散热需求，局部超温热点及临界热点在配电间中出现的比率不断升高，带来的设备超温保护跳停问题日益严重。对于局部热点问题，目前部分企业运行人员采用的单独增加工业风扇直吹增强通风换热的方式不能从根本上解决问题，同时还存在进一步增加空间热负荷、柜门敞开存在安全隐患等问题。
传统的空间降温方式设备自身通风与配电间空调降温相结合，通过降低配电柜工作环境温度，来增强柜体散热，以保证电缆接头/母排搭界点等接触部位、断路器、电力电子模块等热敏感点及配电柜内元器件散热可靠，不超过允许温度，该种降温方式未能识别区域内热源点，仅以空间温度作为调节空调出力的判据，对于各配电柜散热针对性不强，效果不明显。同时，还存在以配电间整体空间为降温对象，能耗过高的问题。
目前常用的配电柜除湿手段有固体干燥吸附除湿、高温烘干除湿、低温制冷除湿等三种：固体干燥吸附除湿，可持续性差，并且只能实现近干燥剂等局部区域干燥，效果有限；高温烘干除湿不利于柜内元器件散热，且只是通过升高空气问题，增大其吸纳空气能力，水气并未有效排出，长期累积后，当环境温度急剧下降时，空气中水分仍将凝露在电气设备表面；直接低温制冷除湿，则可能存在除湿能力不足、低温风带水、非热源电气元件凝露等问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有配电柜降温、除湿技术中存在的降温空间设置过大、降温对象针对性不强、除湿效果不良等一系列问题，提出“一机多用、定点冷却、常温除湿”的处理思路，提供了一种节能型配电柜空气调节装置及方法，该装置直接以各配电柜内部空间为降温对象，可基于热负荷的不同分别选择常温强制通风散热、制冷通风散热两种模式，并基于冷凝排水、回热升温获取常温干燥风，并按需将常温干燥风送入各配电柜，实现对配电柜内部及电气元器件表面的常温除湿，本装置可实现对配电柜高效、节能的降温、除湿。
技术方案：一种基于节能型配电柜空气调节装置的方法，采用一机多用、定点散热、常温除湿的方法，以各配电柜内部空间为降温、除湿对象，利用同一装置在不同模式下分别实现对配电柜内部降温、除湿的控制；根据监控系统中温湿度控制模块利用温湿度测量数据自动识别并选定工作模式，具体为：由湿度监测装置、温度监测装置分别监测配电柜内温度、湿度，并将数据传递给监控系统，监控系统对获取的数据进行分析，首先判定需要降温还是需要除湿，若选择除湿，则直接进入除湿模式，若选择降温则根据测点温度与空气温度差值，继续判定是选择常温强制通风散热还是制冷通风散热模式；在常温强制通风散热模式下，制冷机组不启动，冷却器解列，风机直接与冷却器连通，新风进风阀通路，排风阀通路，隔断风阀关闭，以风机为动力设备，由新风进风阀处吸收外部新风，直接进入冷却器，经由冷却器送入冷却风管，再由流量控制阀控制气体流量，经冷气进风接管送至各配电柜，直接吹扫配电柜电气元器件，带走电气元器件上的热量，换热升温后的热风从热风出风接管排出，汇集于热风管道后，通过排风阀直接排出室外；在制冷通风散热模式下，制冷机组启动，冷却器投入运转，监控装置根据热风管内温度与环境空气温度差值控制新风进风阀、排风阀及隔断风阀的开度，以保证较低温度的混合风经由风机直接送入冷却器，冷却器出口低温冷风进入冷却风管，再由流量控制阀控制气体流量，经冷气进风接管送至各配电柜，对配电柜内电气元器件冷却降温，带走其热量；在常温除湿模式下，制冷机组启动，冷却器投入，监控装置根据热风管内湿度与环境空气湿度差值控制新风进风阀、排风阀及隔断风阀的开度，以保证较低湿度的混合风经由风机送入冷却器，在制冷机组的作用下高温混合风降温，其中的高相对湿度水气在冷却器中被部分冷凝排出，冷却器出口为低相对湿度冷风，冷却器出口的冷风，再进入干空气回热器与混合风换热，温度升高，成为常温干燥风，干空气回热器出口的常温干燥风进入冷却风管，再由流量控制阀控制气体流量，经冷气进风接管送至各配电柜，吸取配电柜内电气元器件表面凝结水或柜内高湿度空气中水分，实现除湿功能。
所述的节能型配电柜空气调节装置，所述的配电柜顶部设有热风出风接管，底部设有冷气进风接管，所述的配电柜还设有湿度监测装置、温度监测装置；所述的配电柜的热风出风接管、隔断风阀、风机、第一三通换向阀、干空气回热器、第二三通换向阀与制冷装置的热风进口依次连接，制冷装置的冷风出口与第三三通换向阀连接，第三三通换向阀一路与干空气回热器的冷风进风口连接，另一路经过第四三通换向阀与干空气回热器的冷风出风口连接，第四三通换向阀另一路通过流量控制阀与连接；在热风出风接管与隔断风阀之间设置排风阀，隔断风阀和风机之间设置新风进风阀；所述的第一三通换向阀与第二三通换向阀之间还设有管道连接；所述的制冷装置包括制冷机组和冷却器；所述的节能型配电柜空气调节装置还设有监控系统。
有益效果：本发明可在同一装置上实现通风冷却、制冷冷却、除湿等功能。采用一机多用、定点散热、常温除湿的思路，在常温强制通风散热模式下，充分利用环境中的低温空气实现对配电柜的冷却；在制冷通风散热模式下，以配电柜内部空间为降温对象，按需分配冷风量，与当前以整个配电间为降温对象相比，提升了供冷的针对性，从根本上解决了当前配电间中存在的局部热点问题，并且也可有效减少降低制冷设备的工作负荷，实现节能运行；在除湿模式下，识别出除湿能力与干燥风相对湿度的关系，以制冷机组在冷却器中实现对高温高湿空气的排水除湿，并通过回收高温热风中热量，获取具有高吸湿能力的常温干燥风，以此送入配电柜中，实现对配电柜内部及电气元器件表面的除湿。可有效解决现有的固体吸附除湿可持续性差、高温除湿超温、低温除湿非热源电气元件凝露等问题。如此，实现对配电柜节能、高效、安全的降温、除湿。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-制冷机组；2-冷却器；3-第二三通换向阀；4-干空气回热器；5-第一三通换向阀；6-风机；7-新风进风阀；8-排风阀；9-隔断风阀；10-配电柜；11-流量控制阀；12-冷气进风接管；13-冷却风管；14-第三三通换向阀；15-第四三通换向阀；16-热风出风接管；17-回风管道。
图2为流量控制阀的组成结构示意图。
11-1隔板，11-2出口腔室，11-3外壳，11-4流道，11-5支座，11-6单阀，11-7进气腔室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种节能型配电柜空气调节方法，采用“一机多用、定点散热、常温除湿”的思路，以各配电柜内部空间为降温、除湿对象，利用同一装置在不同模式下分别实现对配电柜10内部降温、除湿的控制。该方法包括如下步骤：装置监控系统中温湿度控制模块利用温湿度测量数据自动识别并选定工作模式，具体为：由湿度监测装置18、温度监测装置19分别监测配电柜10内温度、湿度，并将数据传递给监控系统，监控系统对获取的数据进行分析，首先判定需要降温还是需要除湿，若选择除湿，则直接进入除湿模式，若选择降温则根据测点温度与空气温度差值，继续判定是选择常温强制通风散热还是制冷通风散热模式。在常温强制通风散热模式下，制冷机组1不启动，冷却器2解列，第二三通换向阀3c-a通路，第一三通换向阀5a-b通路，第三三通换向阀14a-c通路，第四三通换向阀15a-b通路，新风进风阀7通路，排风阀8通路，隔断风阀9关闭，以风机6为动力设备，由新风进风阀7处吸收外部新风，送入冷却风管13，再由流量控制阀11控制气体流量，经冷气进风接管12送至各配电柜10，直接吹扫配电柜10电气元器件，带走其热量，换热升温后的热风从热风出风接管16排出，汇集于热风管道17后，通过排风阀8直接排出室外；在制冷通风散热模式下，制冷机组1启动，冷却器2投入，第二三通换向阀3c-a通路，第一三通换向阀5b-a通路，第三三通换向阀14a-c通路，第四三通换向阀15a-b通路，监控系统根据热风管内温度与环境空气温度差值控制新风进风阀7、排风阀8及隔断风阀9的开度，以保证较低温度的混合风经由风机6送入冷却器2，冷却器2出口低温冷风进入冷却风管13，再由流量控制阀11控制气体流量，经冷气进风接管12送至各配电柜10，对配电柜10内电气元器件冷却降温，带走其热量；在常温除湿模式下，制冷机组1启动，冷却器2投入，第二三通换向阀3b-a通路，第一三通换向阀5b-c通路，第三三通换向阀14a-b通路，第四三通换向阀15c-b通路，监控系统根据热风管内湿度与环境空气湿度差值控制新风进风阀7、排风阀8及隔断风阀9的开度，以保证较低湿度的混合风经由风机6送入冷却器2，高温混合风中的高相对湿度水气在冷却器2中被部分冷凝排出，冷却器2出口为低温高相对湿度冷风，冷却器2出口的冷风，再进入干空气回热器4与混合风换热，温度升高，成为常温干燥风，干空气回热器4出口的常温干燥风进入冷却风管13，再由流量控制阀11控制气体流量，经冷气进风接管12送至各配电柜10，吸取配电柜10内电气元器件表面凝结水或柜内高湿度空气中水分，实现除湿功能。
本发明公开了一种节能型配电柜空气调节装置及方法。其装置包括制冷机组1、冷却器2、第二三通换向阀3、干空气回热器4、第一三通换向阀5、风机6、新风进风阀7、排风阀8、隔断风阀9、流量控制阀11；冷气进风接管12；冷却风管13；第三三通换向阀14；第四三通换向阀15；热风出风接管16；回风管道17；湿度监测装置18；温度监测装置19等设备，可用于一台或多台配电柜10的降温、除湿。
流量控制阀11由隔板11-1、外壳11-3、流道11-4、支座11-5、单阀11-6等构成，外壳11-3与流道11-4构成的腔体由隔板11-1隔开，形成出口腔室11-2、进气腔室11-7，根据监控系统的动作指令实现对各单阀11-6的开/关操作，以实现对气体流量的控制。
制冷机组1是压缩式制冷机、螺杆制冷机、半导体制冷机、吸收式制冷机、吸附式制冷机、喷射式制冷机、磁制冷机、涡流管制冷机、气体膨胀式制冷机、脉管制冷机中的任意一种。
冷却器2是管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管式换热器中的任意一种。
干空气回热器4是管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管式换热器中的任意一种。
配电柜10可以是低压开关柜、高压开关柜、变频器控制柜、无功补偿柜、继电保护柜等动力分配、照明、计量、控制类电气柜中的任意一种或多种组合。
流量控制阀11可以手动、电动或气动方式控制各单阀启闭。
冷气进风接管12中内置有旋转出风口。
本发明的节能型配电柜空气调节的方法，采用“一机多用、定点散热、常温除湿”的思路，以各配电柜内部空间为降温、除湿对象，利用同一装置在不同模式下分别实现对配电柜10内部降温、除湿的控制。该方法包括如下步骤：装置监控系统中温湿度控制模块可利用温湿度测量数据自动识别并选定工作模式，具体为：由湿度监测装置18、温度监测装置19分别监测配电柜10内温度、湿度，并将数据传递给监控系统，监控系统对获取的数据进行分析，首先判定需要降温还是需要除湿，若选择除湿，则直接进入除湿模式，若选择降温则根据测点温度与空气温度差值，继续判定是选择常温强制通风散热还是制冷通风散热模式。在常温强制通风散热模式下，制冷机组1不启动，冷却器2解列，第二三通换向阀3c-a通路，第一三通换向阀5a-b通路，第三三通换向阀14a-c通路，第四三通换向阀15a-b通路，新风进风阀7通路，排风阀8通路，隔断风阀9关闭，以风机6为动力设备，由新风进风阀7处吸收外部新风，送入冷却风管13，再由流量控制阀11控制气体流量，经冷气进风接管12送至各配电柜10，直接吹扫配电柜10电气元器件，带走其热量，换热升温后的热风从热风出风接管16排出，汇集于热风管道17后，通过排风阀8直接排出室外；在制冷通风散热模式下，制冷机组1启动，冷却器2投入，第二三通换向阀3c-a通路，第一三通换向阀5b-a通路，第三三通换向阀14a-c通路，第四三通换向阀15a-b通路，监控系统根据热风管内温度与环境空气温度差值控制新风进风阀7、排风阀8及隔断风阀9的开度，以保证较低温度的混合风经由风机6送入冷却器2，冷却器2出口低温冷风进入冷却风管13，再由流量控制阀11控制气体流量，经冷气进风接管12送至各配电柜10，对配电柜10内电气元器件冷却降温，带走其热量；在常温除湿模式下，制冷机组1启动，冷却器2投入，第二三通换向阀3b-a通路，第一三通换向阀5b-c通路，第三三通换向阀14a-b通路，第四三通换向阀15c-b通路，监控系统根据热风管内湿度与环境空气湿度差值控制新风进风阀7、排风阀8及隔断风阀9的开度，以保证较低湿度的混合风经由风机6送入冷却器2，高温混合风中的高相对湿度水气在冷却器2中被部分冷凝排出，冷却器2出口为低相对湿度冷风，冷却器2出口的冷风，再进入干空气回热器4与混合风换热，温度升高，成为常温干燥风，干空气回热器4出口的常温干燥风进入冷却风管13，再由流量控制阀11控制气体流量，经冷气进风接管12送至各配电柜10，吸取配电柜10内电气元器件表面凝结水或柜内高湿度空气中水分，实现除湿功能。
本发明装置以配电柜内空间及元器件为空气调节对象，提高了降温、除湿的针对性，可有效提高制冷机组工作效率，并利用热风加入冷却器出口低温风升温获得常温干燥风，用于除湿，能有效解决现有除湿技术的不足，从而实现节能、高效的降温、除湿。结合附图1、附图2本发明装置工作流程如下：
自动识别工作模式：装置监控系统中温湿度控制模块可利用温湿度测量数据自动识别并选定工作模式，具体为：由湿度监测装置18、温度监测装置19分别监测配电柜10内温度、湿度，并将数据传递给监控系统，监控系统对获取的数据进行分析，首先判定需要降温还是需要除湿，若选择除湿，则直接进入除湿模式，若选择降温则根据测点温度与空气温度差值，继续判定是选择常温强制通风散热还是制冷通风散热模式。在常温强制通风散热模式下，制冷机组1不启动，冷却器2解列，第二三通换向阀3c-a通路，第一三通换向阀5a-b通路，第三三通换向阀14a-c通路，第四三通换向阀15a-b通路，新风进风阀7通路，排风阀8通路，隔断风阀9关闭，以风机6为动力设备，由新风进风阀7处吸收外部新风，送入冷却风管13，再由流量控制阀11控制气体流量，经冷气进风接管12送至各配电柜10，直接吹扫配电柜10电气元器件，带走其热量，换热升温后的热风从热风出风接管16排出，汇集于热风管道17后，通过排风阀8直接排出室外；在制冷通风散热模式下，制冷机组1启动，冷却器2投入，第二三通换向阀3c-a通路，第一三通换向阀5b-a通路，第三三通换向阀14a-c通路，第四三通换向阀15a-b通路，监控系统根据热风管内温度与环境空气温度差值控制新风进风阀7、排风阀8及隔断风阀9的开度，以保证较低温度的混合风经由风机6送入冷却器2，冷却器2出口低温冷风进入冷却风管13，再由流量控制阀11控制气体流量，经冷气进风接管12送至各配电柜10，对配电柜10内电气元器件冷却降温，带走其热量；在常温除湿模式下，制冷机组1启动，冷却器2投入，第二三通换向阀3b-a通路，第一三通换向阀5b-c通路，第三三通换向阀14a-b通路，第四三通换向阀15c-b通路，监控系统根据热风管内湿度与环境空气湿度差值控制新风进风阀7、排风阀8及隔断风阀9的开度，以保证较低湿度的混合风经由风机6送入冷却器2，高温混合风中的高相对湿度水气在冷却器2中被部分冷凝排出，冷却器2出口为低相对湿度冷风，冷却器2出口的冷风，再进入干空气回热器4与混合风换热，温度升高，成为常温干燥风，干空气回热器4出口的常温干燥风进入冷却风管13，再由流量控制阀11控制气体流量，经冷气进风接管12送至各配电柜10，吸取配电柜10内电气元器件表面凝结水或柜内高湿度空气中水分，实现除湿功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于节能型配电柜空气调节装置的方法，其特征在于：采用一机多用、定点散热、常温除湿的方法，以各配电柜内部空间为降温、除湿对象，利用同一装置在不同模式下分别实现对配电柜(10)内部降温、除湿的控制；根据监控系统中温湿度控制模块利用温湿度测量数据自动识别并选定工作模式，具体为：由湿度监测装置(18)、温度监测装置(19)分别监测配电柜(10)内温度、湿度，并将数据传递给监控系统，监控系统对获取的数据进行分析，首先判定需要降温还是需要除湿，若选择除湿，则直接进入除湿模式，若选择降温则根据测点温度与空气温度差值，继续判定是选择常温强制通风散热还是制冷通风散热模式；在常温强制通风散热模式下，制冷机组(1)不启动，冷却器(2)解列，风机(6)直接与冷却器(2)连通，新风进风阀(7)通路，排风阀(8)通路，隔断风阀(9)关闭，以风机(6)为动力设备，由新风进风阀(7)处吸收外部新风，直接进入冷却器(2)，经由冷却器(2)送入冷却风管(13)，再由流量控制阀(11)控制气体流量，经冷气进风接管(12)送至各配电柜(10)，直接吹扫配电柜(10)电气元器件，带走电气元器件上的热量，换热升温后的热风从热风出风接管(16)排出，汇集于热风管道(17)后，通过排风阀(8)直接排出室外；在制冷通风散热模式下，制冷机组(1)启动，冷却器(2)投入运转，监控装置(20)根据热风管内温度与环境空气温度差值控制新风进风阀(7)、排风阀(8)及隔断风阀(9)的开度，以保证较低温度的混合风经由风机(6)直接送入冷却器(2)，冷却器(2)出口低温冷风进入冷却风管(13)，再由流量控制阀(11)控制气体流量，经冷气进风接管(12)送至各配电柜(10)，对配电柜(10)内电气元器件冷却降温，带走其热量；在常温除湿模式下，制冷机组(1)启动，冷却器(2)投入，监控装置(20)根据热风管内湿度与环境空气湿度差值控制新风进风阀(7)、排风阀(8)及隔断风阀(9)的开度，以保证较低湿度的混合风经由风机(6)送入冷却器(2)，在制冷机组(1)的作用下高温混合风降温，其中的高相对湿度水气在冷却器(2)中被部分冷凝排出，冷却器(2)出口为低相对湿度冷风，冷却器(2)出口的冷风，再进入干空气回热器(4)与混合风换热，温度升高，成为常温干燥风，干空气回热器(4)出口的常温干燥风进入冷却风管(13)，再由流量控制阀(11)控制气体流量，经冷气进风接管(12)送至各配电柜(10)，吸取配电柜(10)内电气元器件表面凝结水或柜内高湿度空气中水分，实现除湿功能；所述的节能型配电柜空气调节装置，所述的配电柜(10)顶部设有热风出风接管(16)，底部设有冷气进风接管(12)，所述的配电柜(10)还设有湿度监测装置(18)、温度监测装置(19)；所述的配电柜(10)的热风出风接管(16)、隔断风阀(9)、风机(6)、第一三通换向阀(5)、干空气回热器(4)、第二三通换向阀(3)与制冷装置的热风进口依次连接，制冷装置的冷风出口与第三三通换向阀(14)连接，第三三通换向阀(14)一路与干空气回热器(4)的冷风进风口连接，另一路经过第四三通换向阀(15)与干空气回热器(4)的冷风出风口连接，第四三通换向阀(15)另一路通过流量控制阀(11)与冷气进风接管(12)连接；在热风出风接管(16)与隔断风阀(9)之间设置排风阀(8)，隔断风阀(9)和风机(6)之间设置新风进风阀(7)；所述的第一三通换向阀(5)与第二三通换向阀(3)之间还设有管道连接；所述的制冷装置包括制冷机组(1)和冷却器(2)；所述的节能型配电柜空气调节装置还设有监控系统。
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