CN111182771A - 大功率组合式电器柜的散热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度调控精确、低能耗的大功率组合式电器柜的散热系统，包括底架，组合式电器柜设置在底架上，同一排并列布置的相邻电器柜之间均布置有风冷机构，位于端部的电器柜的背面也设有风冷机构，每个电器柜底部都设有底部导热板，每个电器柜侧壁上都设有纵向导热板，纵向导热板下部与底部导热板相连接，每个电器柜内的顶端设有温度传感器；还包括水冷机构，水冷机构包括蓄水箱，蓄水箱与水泵相连接，水泵的出水口与水冷器相连接，水冷器与出水管相连接，蓄水箱与进水管相连接，进水管和出水管上分别设有自动阀门，进水管与出水管分别与设置在底架中的各个电器柜下方的若干水冷单元相连接。本发明还公开了上述散热系统的控制方法。

Description

大功率组合式电器柜的散热系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电器柜，具体来说涉及一种大功率组合式电器柜的散热系统及其控制方法。

背景技术

大功率的组合式的电器柜广泛应用于船舶、风电、机车等行业，但因柜内发热元器件较多，温升过高会引起电器的机械性能和电气性能下降，最后导致高压电器的工作故障，甚至造成严重事故。为了保证高压电器在工作年限内安全运行，必须将柜内温度控制在标准规定的允许范围之内，在电器柜的结构设计时，散热系统设计就显得尤为重要。

中国专利CN201220726118.9公开了一种电气柜冷却装置，包括电气柜箱体，所述电气柜箱体顶部安装有半导体制冷片，所述半导体制冷片上面设置有散热器，所述散热器上面设有散热风扇，所述电气柜箱体底部设有空腔，空腔内安装有AC/DC电源开关和DC/DC电路，所述电气柜箱体一个侧面设置有温度调节开关。

该专利中的散热风扇在针对单独的小型的电器柜时有良好的适用性，但是当电器柜中存在大功率电器元件时，仅仅依靠散热风扇与半导体制冷片的制冷效率不佳，尤其在外部环境温度较高时，散热效果达不到电器柜散热安全的设计要求。且由于顶部设计有散热风扇的开放式结构，防尘防护等级亦达不到设计要求。

中国专利CN201721140551.3公开了一种具有可循环散热功能的低压电器柜，包括箱体，所述箱体的开口朝向前侧，箱体的内部底面通过固定座固定有集热管，集热管的进水端和液泵的出水端通过导管连通，液泵的进水端和液冷散热器的出水端通过导管连通，竖板、横板和抽风机配合使用，增加箱体内空气对流速度，箱体内的热空气流经集热管释放热量；当PLC控制器通过温度传感器检测到箱体内的温度超过设定值时，PLC控制器控制电动阀门导通，液氮罐中的液氮进入到箱体中，使得箱体中空气的温度降到设定范围。

该专利通过竖板、横版和抽风机配合使用，提高箱体内空气对流，并通过PLC和温度传感器提高温度调节的安全性和稳定性。由于在大功率组合式电器柜中通常由主、辅2套电器控制系统，一套正常工作，另一套作为备用，即电器柜中仅一半的电器元件正常工作，在配置该专利的可循环散热系统情况下，任意一个电器柜过热，整个系统会开启工作，不仅增加能耗，更不能稳定调控具体电器柜温度。该专利通过上端的通气孔和底部的抽风机提高了电器柜的内部空气对流，但是在与外部环境空气交换的情况下，直接影响了电器柜的防尘防护等级。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种温度调控精确、低能耗的大功率组合式电器柜的散热系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种大功率组合式电器柜的散热系统，包括底架，组合式电器柜设置在底架上，同一排并列布置的相邻电器柜之间均布置有风冷机构，位于端部的电器柜的背面也设有风冷机构，风冷机构包括安装架，安装架上对应于电器柜上部的位置设有风扇，每个电器柜底部都设有底部导热板，每个电器柜侧壁上都设有纵向导热板，纵向导热板下部与底部导热板相连接，每个电器柜内的顶端分别设有温度传感器；还包括水冷机构，水冷机构包括蓄水箱，蓄水箱与水泵相连接，水泵的出水口通过管道与水冷器相连接，水冷器与出水管相连接，蓄水箱与进水管相连接，进水管和出水管上分别设有自动阀门，进水管与出水管分别与设置在底架中的各个电器柜下方的若干水冷单元相连接，水冷单元包括两端分别与进水管和出水管相连接的蛇形冷却水管，蛇形冷却水管两端上分别设有自动进水阀门和自动出水阀门；所有温度传感器、所有风扇、及所有自动阀门、自动进水阀门、自动出水阀门都与工控机电联接。

作为一种优选的方案，所述安装架上在风扇外部设有防尘罩。

作为一种优选的方案，每个电器柜中部都设有用于安装电子元器件的横向导热安装板。

作为一种优选的方案，所述蓄水箱、水泵、水冷器及自动阀门、自动进水阀门、自动出水阀门都集成在一个控制柜中。

作为一种优选的方案，每个所述电器柜的底板都与蛇形冷却水管相接触。

本发明所要解决的技术问题是：提供一种上述大功率组合式电器柜的散热系统的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：大功率组合式电器柜的散热系统的控制方法，包括以下步骤：

a、电器柜工作同时，温度传感器开始检测各个电器柜柜内温度，温度传感器监测第一电器柜、第二电器柜…第n个电器柜的温度分别记为T₁、T₂、T₃T_n；

b、设定电器柜柜内标准温度T_s、水冷机构工作系数β_w，β_w为0.1-0.5间任意值、风冷机构工作系数α_w，α_w为0.4-0.6间任意值；由工控机计算组合式电器柜柜内平均温度T_av、温度加权系数C₁、单个电器柜的温度加权系数K_j(j＝1,2n)；

c、当第j个电器柜柜内温度加权系数K_j满足即1.0>K_j≥0时，电器柜旁的两个风冷机构的风扇开启，风扇按功率系数M_j＝α_w·C₁·K_j进行工作；当1.5>K_j≥1时，风扇按M_j＝C₁·K_j功率系数进行工作，风冷机构工作功率系数M_j工作情况如下：

d、当第j个电器柜柜内温度加权系数1.0>K_j≥0.3，对应电器柜底部的水冷单元开启，冷却水通过进水管和出水管将电器柜柜内热量从底部导热板带走，水冷单元工作功率系数按N_j＝β_w·C₁·K_j进行工作；当1.5>K_j≥1时，其底部水冷单元工作功率系数按N_j＝C₁·K_j进行工作；水冷单元工作功率系数工作情况如下：

e、当第j个电器柜柜内温度加权系数K_j≥1.5时，工控机发出超高温警报，该电柜箱下部水冷单元工作功率系数按N_j＝β_w·C₁·K_j开启、该电柜箱对应的两个风冷机构按功率系数M_j＝C₁·K_j开启。

本发明的有益效果是：

(1)本发明针对大功率组合电器柜内元器件发热不均匀的问题，通过各个电器柜底部的水阀组的开关，完成混合电器柜的精确温度调控，不仅提高了散热的效率，还降低了整体散热系统的能耗；尤其例如船舶电器柜组件都是一半工作一半备用的情形时，这种散热系统的节能优势更为明显。

(2)本发明同一排并列布置的相邻电器柜之间均布置有风冷机构，位于端部的电器柜的背面也设有风冷机构，风冷机构包括安装架，安装架上对应于电器柜上部的位置设有风扇，降低了散热系统在柜内空间的占用率，利于柜内电气设备的布置，

每个电器柜底部都设有底部导热板，每个电器柜侧壁上都设有纵向导热板，纵向导热板下部与底部导热板相连接，使得热量可以更快传递并散发出去；

由于温度传感器设置在每个电器柜内的顶端，可以更准确地测量温度；

由于每个电器柜中部都设有用于安装电子元器件的横向导热安装板，使得电子元器件散发的热量可以更快地传导出去。

由于风扇外侧设有防尘罩，提高了大功率组合式电器柜的防尘防护等级。

由于每个所述电器柜的底板都与蛇形冷却水管相接触，使得柜内的热量更快地被冷却水带走。

附图说明

图1所示为组合式电器柜的立体视图；

图2所示为本发明的水冷循环装置内部布置示意图；

图3所示为本发明的风冷循环装置内部布置示意图；

图4所示为本发明的风冷水冷组合控制流程图。

图1至图4中：1.底架，2.电器柜，3.安装架，4.风扇，5.控制柜，6.底部导热板，7.纵向导热板，8.横向导热安装板，9水冷单元，10.蓄水箱，11.水泵，12.水冷器，13.出水管，14.进水管，15.自动阀门。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

如图1-3所示，一种大功率组合式电器柜的散热系统，包括底架1，组合式电器柜2设置在底架1上，同一排并列布置的相邻电器柜2之间均布置有风冷机构，位于端部的电器柜2的背面也设有风冷机构，风冷机构包括安装架3，安装架3上对应于电器柜2上部的位置设有风扇4，安装架3上在风扇4外部设有防尘罩。

每个电器柜2底部都设有底部导热板6，每个电器柜2侧壁上都设有纵向导热板7，纵向导热板7下部与底部导热板6相连接，每个电器柜2中部都设有用于安装电子元器件的横向导热安装板8。每个电器柜2内的顶端分别设有温度传感器；

还包括水冷机构，水冷机构包括蓄水箱10，蓄水箱10与水泵11相连接，水泵11的出水口通过管道与水冷器12相连接，水冷器12与出水管13相连接，蓄水箱10与进水管14相连接，进水管14和出水管13上分别设有自动阀门15，进水管14与出水管13分别与设置在底架1中的各个电器柜2下方的若干水冷单元9相连接，水冷单元9包括两端分别与进水管14和出水管13相连接的蛇形冷却水管，每个所述电器柜2的底板都与蛇形冷却水管相接触。蛇形冷却水管两端上分别设有自动进水阀门和自动出水阀门；所有温度传感器、所有风扇4、及所有自动阀门15、自动进水阀门、自动出水阀门都与工控机电联接。

所述蓄水箱10、水泵11、水冷器12及自动阀门15、自动进水阀门、自动出水阀门都集成在一个控制柜5中。

如图4所示，上述的大功率组合式电器柜2的散热系统的控制方法，包括以下步骤：

a、电器柜2工作同时，温度传感器开始检测各个电器柜2柜内温度，温度传感器监测第一电器柜2、第二电器柜2…第n个电器柜2的温度分别记为T₁、T₂、T₃T_n；

b、设定电器柜2柜内标准温度T_s、水冷机构工作系数β_w，β_w为0.1-0.5间任意值、风冷机构工作系数α_w，α_w为0.4-0.6间任意值；由工控机计算组合式电器柜2柜内平均温度T_av、温度加权系数C₁、单个电器柜2的温度加权系数K_j(j＝1,2n)；

c、当第j个电器柜2柜内温度加权系数K_j满足即1.0>K_j≥0时，电器柜2旁的两个风冷机构的风扇4开启，风扇4按功率系数M_j＝α_w·C₁·K_j进行工作；当1.5>K_j≥1时，风扇4按M_j＝C₁·K_j功率系数进行工作，风冷机构工作功率系数M_j工作情况如下：

d、当第j个电器柜2柜内温度加权系数1.0>K_j≥0.3，对应电器柜2底部的水冷单元9开启，冷却水通过进水管14和出水管13将电器柜2柜内热量从底部导热板6带走，水冷单元9工作功率系数按N_j＝β_w·C₁·K_j进行工作；当1.5>K_j≥1时，其底部水冷单元9工作功率系数按N_j＝C₁·K_j进行工作；水冷单元9工作功率系数工作情况如下：

e、当第j个电器柜2柜内温度加权系数K_j≥1.5时，工控机发出超高温警报，该电柜箱下部水冷单元9工作功率系数按N_j＝β_w·C₁·K_j开启、该电柜箱对应的两个风冷机构按功率系数M_j＝C₁·K_j开启。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大功率组合式电器柜的散热系统，包括底架，组合式电器柜设置在底架上，其特征在于：同一排并列布置的相邻电器柜之间均布置有风冷机构，位于端部的电器柜的背面也设有风冷机构，风冷机构包括安装架，安装架上对应于电器柜上部的位置设有风扇，每个电器柜底部都设有底部导热板，每个电器柜侧壁上都设有纵向导热板，纵向导热板下部与底部导热板相连接，每个电器柜内的顶端分别设有温度传感器；还包括水冷机构，水冷机构包括蓄水箱，蓄水箱与水泵相连接，水泵的出水口通过管道与水冷器相连接，水冷器与出水管相连接，蓄水箱与进水管相连接，进水管和出水管上分别设有自动阀门，进水管与出水管分别与设置在底架中的各个电器柜下方的若干水冷单元相连接，水冷单元包括两端分别与进水管和出水管相连接的蛇形冷却水管，蛇形冷却水管两端上分别设有自动进水阀门和自动出水阀门；所有温度传感器、所有风扇、及所有自动阀门、自动进水阀门、自动出水阀门都与工控机电联接。

2.如权利要求1所述的一种大功率组合式电器柜的散热系统，其特征在于：所述安装架上在风扇外部设有防尘罩。

3.如权利要求1所述的一种大功率组合式电器柜的散热系统，其特征在于：每个所述电器柜中部都设有用于安装电子元器件的横向导热安装板。

4.如权利要求1所述的一种大功率组合式电器柜的散热系统，其特征在于：所述蓄水箱、水泵、水冷器及自动阀门、自动进水阀门、自动出水阀门都集成在一个控制柜中。

5.如权利要求1所述的一种大功率组合式电器柜的散热系统，其特征在于：每个所述电器柜的底板都与蛇形冷却水管相接触。

6.如权利要求1-5中任一项所述的大功率组合式电器柜的散热系统的控制方法，包括以下步骤：

a、电器柜工作同时，温度传感器开始检测各个电器柜柜内温度，温度传感器监测第一电器柜、第二电器柜…第n个电器柜的温度分别记为T₁、T₂、T₃ T_n；

b、设定电器柜柜内标准温度T_s、水冷机构工作系数β_w，β_w为0.1-0.5间任意值、风冷机构工作系数α_w，α_w为0.4-0.6间任意值；由工控机计算组合式电器柜柜内平均温度T_av、温度加权系数C₁、单个电器柜的温度加权系数K_j(j＝1,2n)；

c、当第j个电器柜柜内温度加权系数K_j满足即1.0>K_j≥0时，电器柜旁的两个风冷机构的风扇开启，风扇按功率系数M_j＝α_w·C₁·K_j进行工作；当1.5>K_j≥1时，风扇按M_j＝C₁·K_j功率系数进行工作，风冷机构工作功率系数M_j工作情况如下：

d、当第j个电器柜柜内温度加权系数1.0>K_j≥0.3，对应电器柜底部的水冷单元开启，冷却水通过进水管和出水管将电器柜柜内热量从底部导热板带走，水冷单元工作功率系数按N_j＝β_w·C₁·K_j进行工作；当1.5>K_j≥1时，其底部水冷单元工作功率系数按N_j＝C₁·K_j进行工作；水冷单元工作功率系数工作情况如下：

e、当第j个电器柜柜内温度加权系数K_j≥1.5时，工控机发出超高温警报，该电柜箱下部水冷单元工作功率系数按N_j＝β_w·C₁·K_j开启、该电柜箱对应的两个风冷机构按功率系数M_j＝C₁·K_j开启。

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