CN111725714B - 动态可调的减震散热电力柜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种动态可调的减震散热电力柜,包括：隔板，在柜体内划分出多个子空间；至少一个子模块，包括高功率模块、低功率模块和控制器模块，安装在不同的子空间内；第一调节装置，设置在高功率模块和/或低功率模块的底部与隔板或柜体之间，根据控制器模块的指令而调节高功率模块和/或低功率模块的位置并同时散热。根据本发明实施例的动态可调的减震散热电力柜，在高功率模块下设置可调节的冷却液喷嘴阵列并在侧面设置可调节的固定散热结构，在有效减震的同时还提高了散热性能，有利于变电站电力柜的小型化。

Description

动态可调的减震散热电力柜
技术领域
本发明涉及电力柜领域，特别是涉及用于小型例如地下变电站的动态可调的减震散热电力柜。
背景技术
配电装置是发电厂与变电所的重要组成部分，足发电厂与变电所电气主接线的具体实现，配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关设备、保护设备、测量设备、母线以及必要的辅助设备组成，辅助设备包括安装布置电气设备的构架、基础、房屋和通道等。
电力柜是配电装置中的一种，电力柜外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置，如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室电力柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载。
电力柜的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备，电力柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成，电力柜的分类方法很多，如通过断路器安装方式可以分为移开式电力柜和固定式电力柜；或按照柜体结构的不同，可分为敞开式电力柜、金属封闭电力柜、和金属封闭铠装式电力柜；根据电压等级不同又可分为高压电力柜，中压电力柜和低压电力柜等，主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场合。
现有的电力柜通常是采用风扇进行散热，需要足够大的气体通道并保证空气流通，但是目前越来越广泛采用的小型化电力柜例如地下变电站所使用的地下电力柜或者狭窄空间内采用的集成式变电站电力柜无法提供足够的散热通道。另一方面，现有的电力柜通常采用压缩弹簧来减震，其虽然可以提供足够的机械支撑减震，但是无法进行实时调整、动态调节，无法应用于地铁、隧道、涵洞等振动较频繁且需要精密对准的系统。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服以上技术问题，以便能够动态地调节支撑散热结构从而有效提高散热性能、避免机械振动带来的不利影响。
本发明提供了一种动态可调的减震散热电力柜,包括：
隔板，在柜体内划分出多个子空间；
至少一个子模块，包括高功率模块、低功率模块和控制器模块，安装在不同的子空间内；
第一调节装置，设置在高功率模块和/或低功率模块的底部与隔板或柜体之间，根据控制器模块的指令而调节高功率模块和/或低功率模块的位置并同时散热。
其中，第一调节装置包括散热底座和用于喷射制冷剂液体的多个喷嘴。
其中，制冷剂液体为硅油、十二烷基苯、聚丁烯。
其中，控制器模块根据设置在高功率模块和/或低功率模块的底部与喷嘴之间的电容性传感器的感测数据而调节喷嘴的流速和/或孔径。
进一步包括第二调节装置，设置在高功率模块和/或低功率模块的侧面和/或顶面与隔板或柜体之间，根据控制器模块的指令而调节高功率模块和/或低功率模块的位置并同时散热。
其中，第二调节装置包括支撑底座、弹性体和吸热面。
其中，支撑底座包括电致伸缩材料，控制器模块根据设置在高功率模块和/或低功率模块的侧面和/或顶面与柜体和/或隔板之间的电感性传感器的感测数据而调节支撑底座的厚度。
其中，弹性体为中空结构，制冷剂液体从管线经由支撑底座、弹性体而到达吸热面。
其中，吸热面包括多个周期性结构。
其中，高功率模块和低功率模块之间进一步包括热电模块，利用两者之间的温度差发电并输出至控制器模块。
根据本发明实施例的动态可调的减震散热电力柜，在高功率模块下设置可调节的冷却液喷嘴阵列并在侧面设置可调节的固定散热结构，在有效减震的同时还提高了散热性能，有利于变电站电力柜的小型化。
本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。
附图说明
以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：
图1显示了依照本发明的变电站用电力柜的方框图；
图2显示了图1中高功率模块的组装示意图；
图3A和图3B分别显示了图2中第一调节装置的不同喷嘴分布示意图；
图4显示了图2中第二调节装置的局部细节。
具体实施方式
以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果，公开了可有效提高减震和散热性能的用于小型特别是地下变电站的电力柜。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种结构。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰结构的空间、次序或层级关系。
如图1所示，根据本发明实施例的电力柜包括柜体1，支撑在柜体1内以分隔出多个子空间的至少一个隔板2，安装在各个子空间内的多个功能模块至少包括高功率(高电压或高发热)模块3A、低功率(低电压或低发热)模块3B以及控制器模块4。柜体1通常可以是导电材料以屏蔽外来电磁干扰，可以是诸如Al、Cu、Fe、Mg、Cr、Mo、W、Ti、Ta等金属或其合金，例如不锈钢，也可以是导电陶瓷例如这些金属的导电氧化物或导电氮化物等。优选地，柜体1内壁涂覆绝缘导热材料，例如金属氮化物诸如AlN、SiC等，以增强向周围环境散热并防止意外放电。隔板2的材质可以与柜体1相同或相近，其用于在柜体1内部依照功率和散热需求不同而划分出多个子空间。高功率模块3A和低功率模块3B设置在不同的子空间内，两者之间通过隔板2隔离。控制器模块4如图1中双向箭头所示，从各个模块收集感测数据，依照预设的算法进行处理，向各个模块输出指令，以控制各个子模块的运行(各个模块对外的输入输出端口并未绘出)。在本发明一个优选实施例之中，高功率模块3A和低功率模块3B之间还设置了热电模块5，利用高功率模块3A所处子空间与低功率模块3B所处子空间之间的温度差而发电并输出至控制器模块4中存储或使用，由此节省了电力柜消耗并有利于增强冷却效果。
依照本发明构思的技术方案，在图1中至少一个子模块底面与柜体1或隔板2之间设置了第一调节装置6A，用于灵活地调节子模块的高度(其底面与柜体1或隔板2之间的间距)并同时提高散热效果。以下以高功率模块3A周边设置的调节装置为例进行说明，但是本发明的方案也可以适用于其他子模块，例如低功率模块3B底面和侧面的调节装置。
如图2所示，第一调节装置6A设置在高功率子模块3A底面与隔板2之间，其包括散热底座6A2，和分布在散热底座6A2上的多个喷嘴构成的阵列6A1。第一调节装置6A顶部与子模块3A底部之间的间隙仅为微米量级，例如3至50微米、优选10至20微米，如此经由制冷剂管线7、喷嘴阵列6A1向子模块3A底部喷射绝缘的制冷剂能够在子模块3A底部形成极薄的、排除了空气的液体膜，使得子模块3A近似悬浮在该液体膜上，提供了精细稳定的机械支撑并同时利用制冷剂流体迅速带走了散发的热量。制冷剂例如硅油、十二烷基苯、聚丁烯等绝缘液体，与风扇采用的空气媒质相比热容量急剧增大而提高了散热效果，与水冷散热器相比则能够实现完全绝缘、避免短路、无需热管等元件从而减小了装置尺寸。散热底座6A2例如金属或导热陶瓷材料制成，其内部开设多个通道以容纳制冷剂管线7，并在表面铺设了制冷剂回收槽(未示出)以实现制冷剂循环。喷嘴6A1由导热绝缘陶瓷材料制成，例如AlN、SiC，其包括流速或孔径可调节的多个喷嘴行列。
如图3A所示，在本发明一个优选实施例中，各个位置的喷嘴的孔径不等且固定，例如偶数行喷嘴6A1的尺寸大于奇数行喷嘴6A1’的尺寸，反之亦然，由此实现子模块3A底部不同区域的散热性能不同。在本发明其他优选实施例中，喷嘴的孔径可以相等(未示出)，但是可以单独调节各个喷嘴的流速，以便个性化定制不同区域的散热能力。如图3B所示，各个喷嘴的孔径是可调的，例如大尺寸喷嘴6A1可以通过旋转阀片缩小为小尺寸喷嘴6A1’，反之亦然。根据设置在子模块3A底部与喷嘴6A1之间的电容性传感器(未示出)所感测的数据，如果控制器模块4检测到局部倾斜，则输出控制信号以调节所需位置处喷嘴的流速和/或孔径，从而改变液体膜局部厚度而实现微米级水平定位。
在本发明另外的优选实施例中，除了模块底部设置的第一调节装置6A之外，在模块的侧面和/或顶面也可以设置至少一个第二调节装置6B，用于粗略调节模块的定位并同时进行散热。如图4所示，第二调节装置6B包括与隔板2或柜体1接触的支撑底座6B2，与高功率或低功率模块的侧面和/或顶面接触的吸热面6B2’，以及在支撑底座6B2和吸热面6B2’之间的弹性体6B1。优选地，支撑底座6B2采用电致伸缩材料制成，可以根据设置在子模块3A侧面和/或顶面与柜体1和/或隔板2之间的电感性传感器(未示出)所感测到的数据，如果控制器模块4检测到局部的横移或竖直运动，则输出控制信号以调节支撑底座6B2自身的厚度(高度)从而进行粗略定位。弹性体6B1例如为金属弹簧或液压套管，并优选地为中空结构，使得制冷剂管线7输送的制冷剂通过支撑底座6B2内的通道、穿过中空的弹性体6B1并最终达到吸热面6B2’内。吸热面6B2’为绝缘导热材料，并进一步优选地，吸热面上还包括多个周期性结构6B3，以增加与制冷剂的接触面积从而有效提高散热效率。
根据本发明实施例的动态可调的减震散热电力柜，在高功率模块下设置可调节的冷却液喷嘴阵列并在侧面设置可调节的固定散热结构，在有效减震的同时还提高了散热性能，有利于变电站电力柜的小型化。
尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本发明，本领域技术人员可以知晓无需脱离本发明范围而对系统结构做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本发明范围。因此，本发明的目的不在于限定在作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的系统结构及其制造方法将包括落入本发明范围内的所有实施例。

Claims (8)

1.一种动态可调的减震散热电力柜，包括：
隔板，在柜体内划分出多个子空间；
至少一个子模块，包括高功率模块、低功率模块和控制器模块，安装在不同的子空间内；
第一调节装置，设置在高功率模块和/或低功率模块的底部与隔板或柜体之间，根据控制器模块的指令而调节高功率模块和/或低功率模块的位置并同时散热，其中，第一调节装置包括散热底座和用于喷射制冷剂液体的多个喷嘴，第一调节装置顶部与所述至少一个子模块底部之间的间隙为3至50微米，经由多个喷嘴向所述至少一个子模块底部喷射绝缘的制冷剂液体在子模块底部形成液体膜而使得所述至少一个子模块悬浮在液体膜上，控制器模块根据设置在高功率模块和/或低功率模块的底部与喷嘴之间的电容性传感器的感测数据检测到局部倾斜则通过旋转阀片调节喷嘴的孔径以改变液体膜局部厚度，提供了精细稳定的机械支撑并同时利用制冷剂液体迅速带走散发的热量。
2.根据权利要求1的动态可调的减震散热电力柜，其中，制冷剂液体为硅油、十二烷基苯、聚丁烯。
3.根据权利要求1的动态可调的减震散热电力柜，进一步包括第二调节装置，设置在高功率模块和/或低功率模块的侧面和/或顶面与隔板或柜体之间，根据控制器模块的指令而调节高功率模块和/或低功率模块的位置并同时散热。
4.根据权利要求3的动态可调的减震散热电力柜，其中，第二调节装置包括支撑底座、弹性体和吸热面。
5.根据权利要求4的动态可调的减震散热电力柜，其中，支撑底座包括电致伸缩材料，控制器模块根据设置在高功率模块和/或低功率模块的侧面和/或顶面与柜体和/或隔板之间的电感性传感器的感测数据而调节支撑底座的厚度。
6.根据权利要求4的动态可调的减震散热电力柜，其中，弹性体为中空结构，制冷剂液体从管线经由支撑底座、弹性体而到达吸热面。
7.根据权利要求4的动态可调的减震散热电力柜，其中，吸热面包括多个周期性结构。
8.根据权利要求1的动态可调的减震散热电力柜，其中，高功率模块和低功率模块之间进一步包括热电模块，利用两者之间的温度差发电并输出至控制器模块。
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