CN107509369A - 基于主动冷却技术的防爆正压柜及主动冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于主动冷却技术的防爆正压柜及主动冷却方法，防爆正压柜包括柜腔换气系统、主动冷却系统、内循环系统和冷却控制系统。所述内循环系统包括轴流风机、正压柜腔、回风道和导流装置；柜内气流在轴流风机的驱动下，形成从风机口开始、经内腔、回风道、导流板、换热器，再到风机口的循环气流。采用主动冷却技术，在正压柜内发热相对较多、环境温度相对较高及柜内外温差小的情况下，实现柜内快速冷却，保持柜内较低的温度。甚至在极端情况下控制柜内温度低于环境温度，彻底解决正压柜的冷却问题。

Description

基于主动冷却技术的防爆正压柜及主动冷却方法

技术领域

本发明涉及一种应用在易燃易爆环境下的电气柜，具体涉及一种基于主动冷却技术的防爆正压柜及主动冷却方法。

背景技术

正压柜是在防爆场所使用的电气控制柜，其基本原理是在柜体封闭的情况下向柜内通入空气，使柜内压力大于环境压力，进而防止危险气体进入柜内，使内部的普通电气元件能正常运行。由于柜内压力大于环境压力，因而称为正压柜。由于正压柜是全密封结构，给正压柜内部降低带来困难。

目前常用的冷却方法主要有：

1、自然冷却

这种方法通过正压柜外壁自然散热的方式进行工作，适用于正压柜内发热较少，且外部环境温度较低时采用。在正压柜运行时，由于发热而导致内部温度升高时，正压柜外壁的温度也随着升高，这时柜内热量通过外壁向环境自然散出。为了增加散热效果，有时需在柜壁安装散热器。

由于热量只能从高瀑向低温传递，因而柜内温度一定高于环境温度。当环境温度较高、柜内外温差较小时，散热效果不明显。

2、循环冷却（水冷）

循环冷却一般是在自然冷却不能满足要求时采用的冷却方法，其冷却效果优于自然冷却。这种方法通过设置柜内外循环管道，使冷却液（水）在柜内管道中被环境加热后，流动到柜外管道中再散热。由于冷却液多用水，因而称为水冷。

这种方式通过冷却液（水）将柜内的热量直接带出柜外，再通过管道壁散热，虽然能散出更多热量，但也只能将热量从高温向低温传递，当环境温度较高、柜内外温差较小时，散热效果不明显。

3、排气冷却

这种冷却方法是将正压柜的排气通道打开，将正压柜内的热空气排出的冷却方法。这种方法在排气的同时，需加大进气的供给，以维持柜内的正压，因而换气速度缓慢，冷却效果有限，若加大排气量，可能造成正压柜失压。

4、空调式散热

这种方式采用加装空调的方式低柜降低，但存在柜内外空气流通的情况，不能用于正压柜，且空调成本高。

发明内容

本发明提供一种基于主动冷却技术的防爆正压柜及主动冷却方法，采用主动冷却技术，在正压柜内发热相对较多、环境温度相对较高及柜内外温差小的情况下，实现柜内快速冷却，保持柜内较低的温度。甚至在极端情况下控制柜内温度低于环境温度，彻底解决正压柜的冷却问题。

本发明具体如下。

一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，包括柜腔换气系统、主动冷却系统、内循环系统和冷却控制系统，其特征在于，所述内循环系统包括轴流风机、正压柜腔、回风道和导流装置；所述回风道布置在正压柜左、右两侧，贴侧壁扁平分布，所述内循环系统在工作时，柜内气流在轴流风机的驱动下，形成从风机口开始、经内腔、 回风道、 导流板、 换热器，再到风机口的循环气流。

进一步地，所述导流装置为导流板。

进一步地，在回风道内加装换热器。

进一步地，在柜内划分工作腔和循环风道。

进一步地，所述柜腔换气系统包括柜体、进气通道、排气通道及进排气控制部分。

进一步地，柜腔换气系统中的进气口、排气口布置在的柜内腔对角位置。

进一步地，所述主动冷却系统包括压缩机、制冷剂循环管路、柜内吸热式热交换器、柜外放热式热交换器及相关控制电路。

进一步地，所述制冷剂循环管路包括循环管、毛细管和干燥器。

进一步地，在正压柜上设置过壁孔。

一种防爆正压柜的主动冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，正压柜开门后再次正常工作前运行换气模式，在气换气过程中，监控正压柜内的信息，满足规定条件后换气结束，关闭排气口，进气口继续进气，保证柜内的压力大于外部在大气压，给正压柜进行上电；

之后进入运行模式，对正压柜进行温度和压力进行控制，当温度高于设定值时，主动制冷系统中在压缩机起动，开始对柜内进行降温；当温度低于一定值时，压缩机停止工作；在这个过程中，内部循环系统一直工作，以保持柜内温度均匀。

本发明具有以下优点：

1.采用内循环的系统，使内腔、回风道、导流板、换热器、风机等形成循环风道，使柜内温度均匀，并将热气流经过内换热器，提高冷却效果；

2.回风道贴壁布置，由于回风道中是热气流，因而能充分利用柜壁进行直接散热；

3.采用压缩式制冷原理，能够将热从低温向高温传递，实现即使环境温度较高，也能对柜内进行充分冷却；

4.冷却系统所需的压缩机等电气系统，因为可以安装在正压柜内的安全事环境，因而可以采用非防爆器件，降低成本；

采用内、外换热器，提高冷却效果。

附图说明

图1为主动冷却式正压柜结构及工作原理示意图；

图2为回风道及内换热器横截面示意图；

其中，1-导流板，2-内热交换器，3-风机，4-回风道， 5-压缩机及控制系统， 6-进气通道，7-排气通道， 8-毛细管，9-干燥器，10-外热交换器，11-循环管路，12-温度传感器，13-柜体，14-换热器，15-回风道。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，包括柜腔换气系统、主动冷却系统、内循环系统和冷却控制系统。所述内循环系统包括轴流风机、正压柜腔、回风道和导流装置；正压柜可以选标准规格、型号的正压柜，也可以特殊设计。本专利对正压柜本身上无特殊要求。考虑正压柜前、后开门的需要，所述回风道布置在正压柜左、右两侧，贴侧壁扁平分布，减小对柜内腔有效空间的占用，所述内循环系统在工作时，柜内气流在轴流风机的驱动下，形成从风机口开始、经内腔、 回风道、 导流板、 换热器，再到风机口的循环气流。

所述冷却控制系统控制正压柜的温度，通过检测柜内不同位置的温度，控制正压柜间歇工作（或变频工作），使柜内温度保持在设置范围内。当温度超限时，给出报警或提示。由于冷却控制系统的所在电路均在正压柜内，因而可以选取非防爆器件。

所述导流装置可以为导流板，其主要作用是使回风道的气流均匀通过下面的换热器，可以采用简单的多孔板结构，需优化孔大小、形状的疏密。

对于主动冷却式正压柜，其内部换热器相当于一个集中“冷源”，由于冷源的相对集中，容易造成正压柜腔内部的温度分布不均。而内循环系统可以使柜内充分冷却，并使柜内温度分布均匀的效果，因而正压柜极为重要。

工作时，柜内气流在轴流风机的驱动下，形成从风机口开始、经内腔、 回风道、 导流板、 换热器，再到风机口的循环气流。

气流经换热器后，变成冷空气，吹向柜腔，对整个柜腔进行冷却；气流经柜腔后，被柜内发热元器件加热后，温度升高，然后经循环风道后，以导流板的作用下，分散式经过换热器，冷却后进行下一个循环的工作。

柜腔换气系统由柜体、进气通道、排气通道及进排气控制部分构成，是标准正压柜的基本配置，使正压柜内各部分能充分换气即可。

主动冷却系统，采用压缩式制冷原理，由压缩机、制冷剂循环管路、柜内吸热式热交换器、柜外放热式热交换器及相关控制电路等构成；柜内吸热式热交换器可以采用片状、网状，冷却管在内部往复排列，气流经过后，空气与管内制冷剂能充分进行热交换；柜外放热式热交换器为自然风冷式，结构简单，管均匀排列即可；内部冷却系统因不需要很低温度，因而毛细管相对粗短，既能保证冷却效果，又能防止冷凝水的产生。

主动冷却系统中的压缩机在压缩功率上，需根据柜内总发功率选取，通常压缩机功率为制冷功率的30%。

制冷剂循环管路包换图中的循环管、毛细管、干燥器等构成。毛细管的长度与内径，决定内部管的温度，其关系为，毛细管越长、内径越小，则阻力越大，则内部温度越低。过低的内部温度，容易造成冷凝水。

其工作原理简述如下：

1)压缩机从柜内侧管路中吸入低温制冷剂蒸汽，经压缩变为高压、高温制冷剂蒸汽，送往柜外管路中；

2)柜外管路中的高温、高压制冷剂蒸汽，经过柜外换热器放热降温后，最终变为常温液态；

3)常温液态制冷剂体通过毛细管后，进入柜内管路，由于毛细管的节流作用，部分液态制冷剂因低压而汽化。由于汽化过程需吸收汽化热，因而在柜内管路中形成低温的气液混合物；

4)低温的气液混合物经柜内换热器吸收柜内热，使柜内温度降低，实现主动制冷的同时，变成低温制冷剂蒸汽，再次被压缩机吸入，进行下一循环的工作。

在这个循环过程中，柜内热量不断地经柜内换热器传递给制冷剂；循环到柜外，经外部换热器散出。制冷剂在柜内时变成低温，能够更好地吸热；而到柜外时变成高温，能更好地放热。以这种方式循环工作，主动地将热量从柜内传到柜外，甚至能实现柜内温度低于柜外的环境温度。

在另一具体实施方式中，当柜内外温度较大时（内部温度高），可以在回风道内贴壁加装换热器，充分利用柜壁散热。回风道换热器，在结构要减少对气流的阻碍，可以选用常见和形材，图2所示为一种可能的换热器横截面图。

在另一具体实施方式中，在正压柜基本结构的基础上，增加过壁孔，在保证相对密封的前提下，使循环管路能够进行柜内、外循环工作，将热量带出柜外。连通柜内外的管路过壁孔与正常穿线的过壁孔结构相同，孔径大小及密封方式与电缆过壁孔相同。在设计过壁孔数量时，要考虑管路占用2个过壁孔，防止遗漏。

在另一具体实施方式中，在柜内划分工作腔、循环风道等多腔，构成内部气流循环系统，实现柜内不同部分的均匀冷却。

在另一具体实施方式中，柜腔换气系统中的进气口、排气口布置在的柜内腔对角位置。使空气经过柜内腔，同时兼顾回风道内的气流交换。其原则是：经过一段时间的换气后，使柜内所有空气都充分换气，不能留死角。图1中的柜内腔对角位置，就是一种可行的布置。进、排气要求与通常正压柜相同。

一种防爆正压柜的主动冷却方法，工作时包括以下步骤：换气模式和运行模式。

换气模式，是指对正压柜进行开门检修后，再次正常工作前的准备工作。其主要作用是将柜内的危险性气体充分排出，代之以从进所口充入的安全气体，一般是空气。

在气换气过程中，需采用防爆监控系统监控正压柜内的压力等信息，在满足规定条件后换气结束，关闭排气口，进气口继续进气，保证柜内的压力大于外部在大气压，然后再给正压柜进行上电。

运行模式，是正压柜的正常工作模式，这时正压柜给内部的电气系统提供安全的工作环境。主要包括对正压柜进行温度、压力等进行控制。

在对正压柜上电后，正压柜内的主动制冷系统，以及柜内的其它电路才能工作。这时随着柜内其它元件的工件发热，导致柜内温度升高，这时主动制冷系统对柜内温度进行自动调节：当温度高于设定值时，主动制冷系统中在压缩机起动，开始对柜内进行降温；当温度低于一定值时，压缩机停止工作；在这个过程中，内部循环系统一直工作，以保持柜内温度均匀。

Claims (10)

1. 一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，包括柜腔换气系统、主动冷却系统、内循环系统和冷却控制系统，其特征在于，所述内循环系统包括轴流风机、正压柜腔、回风道和导流装置；所述回风道布置在正压柜左、右两侧，贴侧壁扁平分布，所述内循环系统在工作时，柜内气流在轴流风机的驱动下，形成从风机口开始、经内腔、 回风道、 导流板、 换热器，再到风机口的循环气流。

2.如权利要求1所述的一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，其特征在于，所述导流装置为导流板。

3.如权利要求1所述的一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，其特征在于，在回风道内加装换热器。

4.如上述任一权利要求所述的一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，其特征在于，在柜内划分工作腔和循环风道。

5.如权利要求1所述的一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，其特征在于，所述柜腔换气系统包括柜体、进气通道、排气通道及进排气控制部分。

6.如权利要求1所述的一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，其特征在于，柜腔换气系统中的进气口、排气口布置在的柜内腔对角位置。

7.如权利要求1所述的一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，其特征在于，所述主动冷却系统包括压缩机、制冷剂循环管路、柜内吸热式热交换器、柜外放热式热交换器及相关控制电路。

8.如权利要求7所述的一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，其特征在于，所述制冷剂循环管路包括循环管、毛细管和干燥器。

9.如权利要求1所述的一种基于主动冷却技术的防爆正压柜，其特征在于，在正压柜上设置过壁孔。

10.一种防爆正压柜的主动冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，正压柜开门后再次正常工作前运行换气模式，在气换气过程中，监控正压柜内的信息，满足规定条件后换气结束，关闭排气口，进气口继续进气，保证柜内的压力大于外部在大气压，给正压柜进行上电；

之后进入运行模式，对正压柜进行温度和压力进行控制，当温度高于设定值时，主动制冷系统中在压缩机起动，开始对柜内进行降温；当温度低于一定值时，压缩机停止工作；在这个过程中，内部循环系统一直工作，以保持柜内温度均匀。