CN106922110A - 一种对箱内微环境调控的封闭式电气箱 - Google Patents

Abstract

一种对箱内微环境调控的封闭式电气箱，所述的电气箱上部有排风口；微环境控制系统包括微环境控制器、传感器、智能控制单元；微环境控制器安装在电气箱的上部，由智能控制单元进行控制，控制信号来源于传感器；微环境控制器包括外壳、风机；所述的外壳上有引风口；风机安装在外壳内，用于将引风口引入的空气从风机出风口送入电气箱；风机出风口是能控制向下线状送风的导风出风口。本发明的优点在于：1、在箱柜体内建立均衡的气流场和温度场，使气流均衡地流过所有热源体，并最终携带热量和水汽排出箱柜体；2、降低了箱柜体内外及内部各处的温度梯度，消除冷表面，破坏凝露条件；3、适用环境广泛，受箱柜体内部空间、形状的限制小。

Description

一种对箱内微环境调控的封闭式电气箱

技术领域

本发明涉及控制电气箱内空气环境的技术领域，具体是指一种控制封闭式电气箱内温度、湿度的系统。

背景技术

在输配电设施、通信设施中，有大量的设备需要被安装在相对密闭的箱、柜体内，以满足其绝缘、隔离和防护的运行需求。并且这些箱、柜有一大部分被安装于户外，运行条件相对恶劣。长期以来，人们通常把这类箱、柜体视作一个简单的容器或附属设备而很少给予足够的重视，其内部微环境控制更是一个被长期忽略的空白，以致这些箱柜体的设计和结构过于简单；防护能力和抵御内、外部环境影响的能力不足，控温除湿措施不合理，导致这些箱柜体内部的热环境、电环境不良，过热、结露、积污等情况突出，引发各种缺陷与异常。影响电气、通信设备性能和运行可靠性。

目前对于电气、通信设备箱的柜体内部环境的改善措施主要有以下几个方面：

基于防尘及防昆虫进入的考虑，对箱柜体采取有限的密封措施。这类箱柜体内部由于缺乏散热所需的对流条件，静止的空气会在设备或元件表面形成“滞流层”，而这个“滞流层”相当于热绝缘层，会对设备或元件的散热产生极为不利的影响。这也是一些户内布置的箱、柜、屏即使在空调将室温降得很低的情况下仍然或过热的重要原因。

其次由于箱柜体大多密封并不严格，内部空气的热胀冷缩会导致呼吸现象，特别是在没有呼吸孔的情况下灰污极易通过随机分布的细小间隙随未经过滤的空气无序地进入箱柜体并在箱体的各个部位沉淀，而箱体设计又无自我净化能力，故箱体内存在积灰、积污的不良条件；灰污中含有大量金属微颗粒、金属氧化物及各类酸性物质。有可能成为箱内电气部件锈蚀、绝缘破坏、甚至引发污闪故障的重要物质条件。

基于自然对流及强迫对流的通风散热措施。对于部分内部存在热源的箱柜体，现有的措施是在箱柜体的某一个面设置进出风孔或安装小、微型风机进行通风。但由于箱柜体内部设备、部件安装的随机性和气流通道与空间的不确定性，无法设计安装必要的导流措施，使这类通风散热方式因存在大量死角或无序紊流而难以达到预想效果。而且还会因灰尘与潮湿空气大量进入进入引发更严重的问题。

基于除湿需求运用电加热器。常投或间断投入（温控或湿控）电加热器，是目前电气设备箱柜普遍采用用的除湿、降潮措施。其工作机理是通过加热空气，提高空气的湿容量（即容纳和吸收水蒸汽的能力），从而降低相对湿度。但在现有的各类箱柜体中，加热器的应用十分随意而产生一些适得其反的效果。

首先是箱体处于封闭状态，内部没有空气对流，箱体内空气处相对于静止状态，加热器主要通过辐射来对空气加热，而静止的空气是一种热绝缘体，其作用会阻滞热量传递，因此在这种情况下，加热器对空气的加热是局部的、不均匀和不完全的。造成箱体内部形成较大的温度梯度和冷热交界面，反而加剧了凝露现象。

其次是箱柜体内部缺乏含湿空气的宣泄、逸出通道，下部又有电缆沟源源不断地补充水气。于是，加热的空气吸收了更多水气，并在箱体内滞留，加热的温度越高，吸收并滞留的水汽越多，一旦柜体内空气温度稍有降低便迅速饱和，形成凝露的重要条件之一。

第三，由于加热器的使用，使得箱柜体内部温度往往高于箱体外部，产生显著的温度差，并在箱体内壁形成冷表面，成为凝露的另一个重要条件，于是，大量的、持续的凝露过程便无可避免了。严重情况下，箱体体内甚至还会发生局部积水现象。一旦箱柜体内积灰、积污与持续的凝露两种效应相叠加，将使箱内发生污闪、绝缘故障的概率大大提升，将严重威胁电气设备的安全运行。

由此可见，加热器的不合理使用，其效果几乎是得不偿失的。

第四，对于在设备箱柜体内外安装小型空调器的措施。因其投入高、效率低、能耗大，费效比差而广受诟病。

从以上分析可知，电气设备箱柜体内散热不良的根本原因是缺乏对流或对流不均衡，结露的根本原因在于内外温差及内部温度梯度过大，在冷热交界面形成冷表面。因此必须探索、寻求一种新的通风方式与对流形态。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，来控制电气箱内部的微环境。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种对箱内微环境调控的封闭式电气箱，所述的电气箱上部有排风口；电气箱的上部装有微环境控制器；所述的微环境控制系统包括微环境控制器、传感器、智能控制单元；微环境控制器安装在电气箱的上部，由智能控制单元进行控制，控制信号来源于传感器；微环境控制器包括外壳、风机；所述的外壳上有引风口；风机安装在外壳内，用于将引风口引入的空气从风机出风口送入电气箱；风机出风口是能控制向下线状送风的导风出风口。

特别地，所述的传感器包括箱内温湿度传感器和箱外温湿度传感器，为智能控制单元提供信号并控制风机的送风量。

特别地，所述的传感器包括气流传感器，所述的气流传感器位于电气箱下部，位于风机的送风方向上。

特别地，所述的微环境控制器还包括过滤装置，所述的过滤装置位于引风口和风机之间。

特别地，还包括回风窗口，所述的回风窗口位于电气箱内侧和微环境控制装置的内腔之间，回风窗口的开启、关闭以及开启的大小受控于智能控制单元。

特别地，所述的风机是横式风机。

特别地，所述的微环境控制器位于电气箱内侧壁的上部。

特别地，所述的微环境控制器还包括加热装置，所述的加热装置安装在电气箱内，智能控制单元对加热装置进行控制。

特别地，所述的风机是变频调速的，智能控制单元控制所述风机的送风流量。

特别地，所述的风机是恒速的，智能控制单元控制所述风机的开或停。

特别地，所述的导风出风口还装有横向导风板，智能控制单元控制横向导风板的摆动，从而在出风口实现横向的摆动出风。

本发明的优点在于：1、在箱柜体内建立均衡的气流场和温度场，使气流均衡地流过所有热源体，并最终携带热量和水汽排出箱柜体；2、降低了箱柜体内外及内部各处的温度梯度，消除冷表面，破坏凝露条件；3、适用环境广泛，受箱柜体内部空间、形状的限制小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电气箱内空气流动示意图；

图3是本发明的微环境控制器的结构示意图；

图4是本发明的微环境控制器的另一种结构的示意图；

图5是导风出风口的剖视图；

图6是本发明的控制原理图；

图1至图6的符号说明如下：

1、电气箱；11、排风口；13、电气设备；2、微环境控制器；21、外壳；22、风机；221、风机进风口；23、过滤装置；24、引风口；25、导风出风口；251、横向导风板；26、加热装置；27、回风窗口；28、内腔；3、智能控制单元；41、箱内温湿度传感器；411、第一箱内温湿度传感器；412、第二箱内温湿度传感器；42、箱外温湿度传感器；43、气流传感器；5、外柜；6、高压柜；7、电缆联接仓。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合图1至图6来进行进一步的描述。

首先对本发明的原理进行说明。本发明的应用环境是电气箱1等封闭的小微空间，以置换通风原理为指导的小动量弱气流通风系统，引入计算机智能控制后成为一种全新的微环境智能控制技术，其目的是在箱柜体内形成热羽流的自然对流形态，利用热羽流良好的扩散性和弥漫特性，消除箱柜体内的通风死角，避免局部形成高温区，改善流场和温场分布，从而从源头上破坏了形成结露的条件。

本发明所调控的电气箱1如图1所示，是一种封闭式的电气箱1，在电气箱1的上部开有排风口11；微环境控制器2安装在电气箱1的上部，通过导风出风口25向电气箱1内送风；送风方向是向下送风；送入所述的微环境控制器2的送风流量由智能控制单元3控制，智能控制单元3的控制信号来源于传感器。

下面结合图2对本发明的运行原理作进一步说明。当微环境控制器2向下送风时，送入的气流到达电气箱1底部的过程中，在电气箱内各层间温差及微压差的作用下，送风途中部分气流产生横向分流。即向下送风时产生部分横向的空气逸散，在电气箱1内不同位置横向逸散的空气量与送入的空气与电气箱1内的温差有关，在空气横向逸散的过程中，引入的空气更多的流向电气箱1内温度较高的区域，从而减少电气箱1内的高温区域，平衡电气箱1内各区域的空气温度。

向下送风的气流速度逐渐降低后，到达底部时流速接近于零并发生水平转向，在箱柜体底部形成相对静止的底部空气层。电气柜中一般都有会发热的电气元件，由于这些发热体的热效应，其空间内产生冷热空气密度差异,在浮升力作用下形成空间热力分层现象，即因电气箱1内部热效应产生热羽流，形成下层温度低、上层温度高的箱内空气微环境。上述的热羽流在电气箱1内形成温度梯层的过程是在电气箱1内不断发生的，由于电气箱1内会缓慢的达成热平衡且热空气较轻，不管是否引入空气，都一直在进行该进程。与电气箱1内自然形成的空气分层不同的是，引入的空气到达电气箱1的底部后会在底层形成温度相对较低的空气池，该空气池的温度会与上层空气存在较大的温差，从而在进行热平衡的过程中，可以降低电气箱1内的整体温度。当风机22引入空气时，电气箱1内上层空气从排风口11排出。由于电气箱1内存在温度梯层，温度较高的空气处于上层，因此需要优先将上部温度较高的空气从电气箱1内排出。上升的自然对流热气流即热羽流排挤空间上部区域的空气并由上部排风口11溢出封闭空间，排出的空气从下部空气层中源源不断地得到补充，从而形成了空气的置换。

实施例一如图1、图3所示，为了实现上述调控电气箱1内温湿度的原理，需要对向电气箱1内送风的位置、方向、时间、空气流量、电气箱1内温湿度等进行控制。可使用微环境控制器2对电气箱1内的微环境进行调控。所述的微环境控制器2可以根据电气箱1的形状选择安装的位置，如安装在电气箱1的顶部、侧壁上部等。如图3中是安装在电气箱1的外侧壁上部的，微环境控制器2包括外壳21、风机22、过滤装置23；外壳21上有引风口24；引风口24与风机进风口221之间装有过滤装置23。外壳21起到装载各部件的作用，同时可用来作为引风的通道使用；风机22用来为引风提供动力；风机22的出风口是导风出风口25，所述的导风出风口就是用来引导出风方向的部件，导风出风口25可以是风机的一部分，在风机的出风口没有导风功能时，也可以在风机上加装具有导风装置的出风口。可在引风口24和风机22之间加装过滤装置23，防止外部的杂物、灰尘、昆虫等进入。风机22将空气从引风口24引入，经过过滤装置23过滤后，从风机进风口222送入后从导风出风口25进入电气箱1内。

在本发明中使用的风机22类型需要根据不同的电气箱1结构和微环境控制器2的位置进行选择。从风机22的类型来说，选择出风方向便于控制的风机22较佳，如离心式风机、横式风机等。如在图1中，使用的是横式风机，使用横式风机的原因是因为微环境控制器2安装在外侧壁上，在此情形下安装横式风机较适合，因为横式风机的出风口是条状的，横式风机的出风截面更易与电气箱1内部贴合，且能在出风方向上形成风帘，即风帘的方向是紧贴电气箱1内壁的。在此结构下，可利用电气箱1内壁的吸附效应，使气流能以较小流速即能送到电气箱1底部。而当微环境控制器2安装在其他位置时，如电气箱1的顶部时，可根据电气箱1的内部结构来选择离心式风机等其他结构的风机。

下面结合图4说明本发明的控制方式。智能控制单元3通过传感器的信号来控制风机22，包括箱内温湿度传感器41和箱外温湿度传感器42，箱内温湿度传感器41用于检测电气箱1内的温湿度，箱外温湿度传感器42用于检测引入电气箱1的气体的温湿度，为智能控制单元3控制提供信号来控制出风流量。根据控制方式的不同，也可选择不同的风机，如有变频功能的风机和恒速的风机，智能控制单元3能控制变频风机以不同的功率进行出风，可以使风机处于长时间的出风状态，在此情形下需要在智能控制单元3中设置不同的箱内温湿度传感器41、箱外温湿度传感器42的数值所对应的风机22的运行功率；而恒速风机22则需要智能控制单元3对箱内温湿度传感器41、箱外温湿度传感器42设置阀值，当检测到的数值达到一定的阀值时控制风机22启动。

下面下面结合图1至图6说明回风窗口27，所述的回风窗口27位于电气箱内侧和微环境控制装置的内腔28之间，回风窗口27的开启、关闭以及开启的大小受控于智能控制单元3。所谓的内腔28即是被外壳21所包裹在内的空间。当回风窗口27关闭时，电气箱1内的空气流动主要来源于从引风口24进入空气，从排风口11排出空气，即电气箱1内进行着与外部的空气交换；而当回风窗口27开启时，从风机进风口进入的空气将有部分来源于电气箱1的内部，来源于电气箱1内部的空气的量取决于回风窗口27开启的大小。即当回风窗口27开启时，在电气箱1的内部将产生电气箱1内空气的内循环，电气箱1、外部的空气置换将与电气箱1内空气内循环同步进行。当使用风机22时，可以沿着电气箱1的侧壁向下送风，并产生顺着电气箱1侧壁向下的风帘，当电气箱1内空气从回风窗口27进入产生内循环时，风帘将在电气箱内环绕流动产生环流，从而消除电气箱内的死角区域。

当回风窗口27与过滤装置23结合使用时，由于在引风口24进入内腔28的通道中存在过滤装置23，因此从引风口24进入的气流的风阻较大，而回风窗口27由于未安装任何可能增加风阻的装置，因此在电气箱1内进行内循环的不存在风阻，因此当回风窗口27打开时，电气箱1内进行的会是空气内循环，从引风口24将只会引入少量空气。即当过滤装置23和回风窗口27同时存在时，打开回风窗口27时，将可以进行电气箱空气内循环。该种技术方案适用于需要减少外部空气流入的情况。可以减少外部环境的干扰，特别适用于一些环境比较容易突变的位置的电气箱1中。如雷暴天气、急剧降温等很多的极端天气，对放在室外的电气箱1来说都属于外部空气的温湿度发生急剧变化。

回风窗口27的应用范围较广，如上面所描述的避免箱外的温湿度突变导致影响箱内，则回风窗口27的控制信号应来源于箱外温湿度传感器42和箱内温湿度传感器41。回风窗口27口还可以有其他的应用，如避免箱内形成局部过大温差，如在夏日时由于暴晒可能导致电气箱顶部的温度比下层高出很多，此时打开回风窗口27有利于箱内的温湿度平衡，控制回风窗口27的信号应来源于第一电气箱内温湿度传感器411和第二电气箱内温湿度传感器412，箱内的温度差异一般在于上部和下部，因此电气箱内温湿度传感器的数量至少是两个，至少有一个的位置在电气箱的上部，至少有一个的位置在电气箱的下部，具体排布取决于电气箱安放的位置和电气箱的形状。

下面说明实施例二，与实施例一不同的是为了提高电气箱1内环境控制效果，安装了气流传感器43，所述的气流传感器43位于电气箱1下部，位于风机22的出风方向上，即气流传感器43感应的是风机22吹出的气流到达电气箱1接近底部时的速度。从引风口24 向电气箱1底部输送的气流，需要满足几个条件：一、速度不能过快，否则会导致电气箱1内产生乱流；二、须在向下流动的过程中产生一定量的横向逸散，从而进入电气箱1中的各个死角；三、到达电气箱1底部时流速不能过快，到达底部时尽可能小。为了满足以上条件，在实施例中需要对引风口24的高度、位置，风机22出风流量等进行精密的计算期间难免会有误差。如能在电气箱1下部接近底部的位置加上气流传感器43，则能更好的监控风机22的出风流量，从而实时进行调整。气流传感器43的信号输送到智能控制单元3，智能控制单元3根据气流传感器43的数值来对控制风机22，如可将气流传感器43的检测数值设置成一定的区间，在超出该区间时，智能控制单元3控制风机22对出风进行调整。

下面说明实施例三，与实施例一不同的是为了方便对电气柜内除湿，需要对电气柜内的温度进行调控，因此对电气箱1内装入加热装置26，从而实现对电气箱1内温度的控制。安装了加热装置26后，本发明将不再受到电气柜种类的限制，如在内部没有发热的电气元件的电气柜中也能使用，如用来实现通讯的电气柜、进行弱电控制的电气柜等。当电气箱1中由于温度较低导致相对湿度较高时，需要打开加热装置26来提高电气箱1内的温度以降低相对湿度。加热装置26也需受智能控制单元3所控制，在对电气箱1内加热不会过热，且有利于除湿时方能启动。

下面说明实施例四，本发明的微环境控制器可根据不同的箱体结构选择不同的结构与位置，如图1至图3中的微环境控制器的外壳都是装在电气箱外部的，微环境控制器的外壳也可装在电气箱内部。如图4中的微环境控制器2的整个外壳21均安装在电气箱的内部，外壳上的引风口与电气箱外部连接，引风口与风机进风口相连，引风口和风机进风口之间可安装过滤装置，控制微环境控制送风方向和送风位置的导风出风口可设置在外壳的外部，也可内置在外壳的内部，也可以直接调整外壳的形状以外壳内部通道来构成导风出风口25，如图4所示的即是以外壳21的形状及排布的调整制造出导风出风口25的一种情形。

下面说明实施例五，将横向导风板251安装在导风出风口25，智能控制单元控制横向导风板251的摆动，从而在出风口实现横向的摆动出风。如图5所示，上述所述的横向导风板251的横向是指在图5中左右的方向，横向导风板251可使用百叶，当百叶摆动时，会产生横向的摆风，从而能减少复杂的电气箱内环境对送风造成的干扰。增加横向导风板251适用于在电气箱内的环境、结构十分复杂的情况下，比如电气箱中的特例：端子箱内，由于会有较多的线缆排布，因此电气箱内死角较多，也很难通过横式风机沿着内侧壁送风的方式直接将气流送至电气箱的底部，而横向导风板251能有效减少电气箱内环境的干扰。

使用本发明所述的原理及上述结构，以使用恒速的风机为例对电气箱1内进行的调控为例进行说明如下：

可对电气箱1内的温湿度进行设定，如设定为温度、湿度不超过一个基准值。同时也需要对引入的空气的温湿度进行监控，如设定引入的空气温度与电气箱1内的温度差值不超过一定的温度等。设定上面的温湿度阀值来作为风机22、加热装置26的启动条件。

如在电气箱1内的温度过高，如超过设定的基准值时；或者当引入的空气与电气箱1内的温差过大时，如温差达到设定的程度时，则需对电气箱1内进行降温。导风出风口25送入的气流在到达底部之前，会不断进行弥漫，在此过程中，送入电气箱1的空气进入电气箱1内各个电气部件之间的死角。同时，电气箱1内将会形成底部温度低，上部温度高的空气层，通过热羽流的扩散特性将温度最高的空气从电气箱1上部排出，由于热羽流的弥漫特性，配合向下送风时空气的弥漫，能消除电气箱1内部的温度调控死角，避免局部形成高温区。风机22送风量的大小取决于电气箱1的温湿度的数值和电气箱1的结构。而热羽流的弥散是不受风机22是否打开限制的，当风机22打开时，能够快速的引入箱外的空气进行降温除湿。而在使用恒速风机22时，将风机调整为常开状态并非最佳选择，当风机22关闭时，不再从箱外引入空气，该状态下的电气箱内同时也在进行着热空气上升、冷空气下降的空气对流过程，此时可以利用电气箱底层的较冷空气，并利用电气箱内的空气自动弥散过程中消除电气箱内的各位置的空气温度不均衡状态。为了充分利用风机22关闭时电气箱内空气自动调整的特性，可对风机22的启动设置成周期启动，如当检测到的温度达到启动阀值时，风机22每一段时间启动一次，每次启动设定时间，风机运行的周期可以根据电气箱的大小、风机型号、检测到的数值等多方面因素来进行调整。

如在电气箱1内的湿度过高，超过设定的基准值时，则需对电气箱1内进行除湿。除了需要进行送风以外，还可能需要对电气箱1内部进行加热。适当提高电气柜内的温度，可以降低电气柜内部的湿度。

如在电气箱1内温湿度长时间保持正常的情况下，可引入空气对电气箱1内进行换气，通过定期对电气箱1内换气，能对电气箱1内空气进行自我净化，防止积尘、积灰的形成。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性而非限制性的。

Claims (11)

1.一种对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的电气箱上部有排风口；电气箱的上部装有微环境控制器；所述的微环境控制系统包括微环境控制器、传感器、智能控制单元；微环境控制器安装在电气箱的上部，由智能控制单元进行控制，控制信号来源于传感器；微环境控制器包括外壳、风机；所述的外壳上有引风口；风机安装在外壳内，用于将引风口引入的空气从风机出风口送入电气箱；风机出风口是能控制向下线状送风的导风出风口。

2.如权利要求1所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的传感器包括箱内温湿度传感器和箱外温湿度传感器，为智能控制单元提供信号并控制风机的送风量。

3.如权利要求1所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的传感器包括气流传感器，所述的气流传感器位于电气箱下部，位于风机的送风方向上。

4.如权利要求1所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的微环境控制器还包括过滤装置，所述的过滤装置位于引风口和风机之间。

5.如权利要求4所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：还包括回风窗口，所述的回风窗口位于电气箱内侧和微环境控制装置的内腔之间，回风窗口的开启、关闭以及开启的大小受控于智能控制单元。

6.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的风机是横式风机。

7.如权利要求1所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的微环境控制器位于电气箱内侧壁的上部。

8.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的微环境控制器还包括加热装置，所述的加热装置安装在电气箱内，智能控制单元对加热装置进行控制。

9.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的风机是变频调速的，智能控制单元控制所述风机的送风流量。

10.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的风机是恒速的，智能控制单元控制所述风机的开或停。

11.如权利要求6所述的对箱内微环境调控的封闭式电气箱，其特征在于：所述的导风出风口还装有横向导风板，智能控制单元控制横向导风板的摆动，从而在出风口实现横向的摆动出风。