CN111740054B - 一种定向控温的电力电子设备密封舱系统 - Google Patents

一种定向控温的电力电子设备密封舱系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111740054B
CN111740054B CN202010574493.5A CN202010574493A CN111740054B CN 111740054 B CN111740054 B CN 111740054B CN 202010574493 A CN202010574493 A CN 202010574493A CN 111740054 B CN111740054 B CN 111740054B
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
sealed cabin
airflow
temperature
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010574493.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111740054A (zh
Inventor
王一波
王哲
姚经春
韩雷岩
刘磊
王环
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electrical Engineering of CAS
China Three Gorges Renewables Group Co Ltd
Original Assignee
Institute of Electrical Engineering of CAS
China Three Gorges Renewables Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electrical Engineering of CAS, China Three Gorges Renewables Group Co Ltd filed Critical Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority to CN202010574493.5A priority Critical patent/CN111740054B/zh
Publication of CN111740054A publication Critical patent/CN111740054A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111740054B publication Critical patent/CN111740054B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/488—Cells or batteries combined with indicating means for external visualization of the condition, e.g. by change of colour or of light density
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/627—Stationary installations, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/635—Control systems based on ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6566—Means within the gas flow to guide the flow around one or more cells, e.g. manifolds, baffles or other barriers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

一种定向控温的电力电子设备密封舱系统，由密封舱、膜分离氮氧装置、双向气流控制单元、换热器、控制气流单元、传感器组和控制器组成。密封舱为保温、防水、气密、承压的舱体。双向气流控制单元安装在密封舱内底部一侧转角处；控制气流单元分别安装排布在密封舱内顶部和底部；换热器外挂在密封舱的背阴面，密封舱内气体通过换热器与密封舱外空气换热；膜分离氮氧装置置于密封舱外顶部靠近边缘一侧；温度传感器分布安放在密封舱内电力电子设备上；控制器嵌入安装在密封舱舱门上，接收传感器数据和设备控制。压缩空气、膜氮氧分离装置、定向控温，防尘、防火、提高换热效率。

Description

一种定向控温的电力电子设备密封舱系统
技术领域
本发明涉及一种密封舱。
背景技术
目前大量户外电力电子设备采用集装箱式安装，然而集中装箱空间小，要求设备安装密度高，散热成为保证设备可靠工作的关键点之一。目前多采用空调或风扇一点出风形成气体对流，由于设备的摆放会阻碍气流的流动，随着设备摆放密度增加，有效控温可能性大大降低，而不需散热的设备参与热交换，争夺有限的资源，加大散热功耗。尤其集装箱排风式散热直接与户外大气交换热量，导致粉尘污染、湿度增加，绝缘度降低，火灾伴随发生，同时风扇长时间的机械转动寿命降低。
近年来新能源技术快速兴起，伴随储能技术、储能电池的快速发展，大型电池储能柜是典型应用之一。然而储能电池柜的火灾、爆炸多出现报端，除电池自身原因外，还有控温效果差、粉尘聚集降低绝缘强度、满足燃烧空气的环境等。而目前的灭火手段都为事后措施灭火，造成财产巨大的损失。随着储能电池快速发展，对功率密度要求越来越大，集装箱储能的散热成为关键问题，由此提出一种正压低氧定向控温的密封舱系统，降低散热功耗、防尘、防火、确保设备的可靠工作。
为降低电力电子设备的使用的成本，防尘、防火、提高电力电子设备的安装密度，由此提出一种用于电力电子设备的定向控温密封舱系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，为增加电力电子设备的安装密度，并具有防尘、防火、防潮精准控温等功能，提出一种定向控温的电力电子设备密封舱系统。
本发明通过对密封舱通入一定量的压缩气体，提高空气密度，经除湿、过滤使密封舱内形成正压干燥的气体环境，利用密封舱内与密封舱外压力差和膜分离制氧技术，将氧气排出降低空气中氧气含量。由此增加空气密度提高换热效率、避免粉尘进入、火灾发生和绝缘度的降低。
本发明基于空气动力学原理，针对电力电子设备测温点，通过控制密封舱内对应位置的上、下气压差，形成定向的气流路径和方向，约束气流只在被换热的电力电子设备上流过，扰动该位置区域的气流，实现电力电子设备进行定向换热，由此改变传统密封舱内全面换热的方法，降低换热成本。
本发明基于气体传热原理，当空气密度越大，单位体积内分子数量越多，分子间碰撞的概率越大，通过分子间碰撞传递的能量最快，换热效率越高，反之效率越低，由此建立空气密度比值系数α，即密封舱内目标空气密度与环境空气密度之比。
本发明基于巴森定律：气体绝缘击穿电压Uf与气体的压力Pa和电极间隙d的乘积的函数关系：Uf＝f(Pα*d)，对于气温并非恒定的情况应为Uf＝f(α*d)，α为气体的相对密度。通过增大一定的空气密度，可提高气体绝缘击穿电压Uf。
本发明基于密封舱压缩空气压力大于密封舱外的大气压力关系，采用膜氮氧分离技术将氮气和氧气分离。利用氧气的分子的尺寸小于氮气的分子尺寸特点，氧气在高分子膜内的扩散速率大于氮气，当密封舱内的压缩空气通过高分子膜时，大部份氮气被隔离在密封舱内，富氧的空气排出密封舱外。将密封舱内氮气与氧气占比78％：21％控制在氮气>86％、氧气<14％的范围内，降低密封舱内空气中氧气的含量，使之不具备燃烧条件，避免火灾发生。
本发明定向控温的电力电子设备密封舱系统由密封舱、膜氮氧分离装置、双向气流控制单元、换热器、控制气流单元、传感器组和控制器组成。
所述的密封舱保温、防水、气密、承压，可依据地理环境水平安装。
所述的双向气流控制单元安装在密封舱内底部转角处，分别与换热器的上下进出气口和控制气流单元连接。
所述的控制气流单元分为上控气流组和下控气流组，分别安装在密封舱内的顶部和底部。
所述的换热器外挂在密封舱背阴面。密封舱内的气体通过换热器与外界换热，调节密封舱内的电力电子设备的温度。
所述的膜分离氮氧装置嵌入密封舱顶部中间位置，上部置于大气环境中，膜氮氧分离装置的下部与密封舱内连通，在密封舱内外气压差的作用下将氮气保留在密封舱内，富氧气体排出密封舱外，降低密封舱内空气氧气含量。
所述传感器组分别安装在密封舱内顶部和被测的电力电子设备上，经通讯线路与控制器连接，输出传感器数据。
所述的控制器嵌入密封舱舱门上，通过数据输入、输出接口经通讯线和控制线分别与传感器及受控的双向气流控制单元、膜氮氧分离装置和控制气流单元的设备连接。
所述的双向气流控制单元由五通贯通阀、双向调速风机、空气过滤器、气体流量传感器和空气除湿器组成。
所述的五通贯通阀中的第1通道与空气过滤器的出口连接，空气过滤器的入口置于密封舱外，过滤进入密封舱内的气体；五通贯通阀中的第2通道与换热器的上进出气口连接，换热器的下进出气口与五通贯通阀中的第3通道连接；五通贯通阀中的第4通道经输气管道与双向调速风机的一端连接；五通贯通阀中的第5通道经输气管道与控制气流单元的上控气流组连接；五通贯通阀上还安装有贯通阀门，当需要经换热器换热时，贯通阀门关闭，在换热器的上进出气口与下进出气口之间形成气压差，热气流经换热器的下进出气口进入，经换热器与密封舱外的空气换热，交换出的冷空气流，由换热器的上进出气口排出，在密封舱内形成由上至下的空气对流；不需要经换热器换热时贯通阀门打开，使五通贯通阀中的换热器的上进出气口、下进出气口贯通，形成等气压，气流停止流动不与换热器换热。
双向调速风机的上端通过输气管道与五通贯通阀中的第4通道连接，该输气管道上安装有流量传感器；双向调速风机的下端与空气除湿器的一端连接，空气除湿器的另一端与下控气流组的一端连接。其中，流量传感器数据输出端经数据线与控制器连接。控制器通过气体流量传感器监测双向调速风机的气流方向及流量，并依据测温点与控温关联函数控制双向调速风机排气方向和流量。
所述的换热器外挂在密封舱背阴面，换热器有上进出气口和下进出气口，上进出气口与五通贯通阀中的第2通道连接，下进出气口与五通贯通阀中的第3通道连接；通过换热器与密封舱外空气交换热量，调节密封舱内气体的温度。热气流换热时，热气流经换热器的下进出气口进入，经换热器与密封舱外空气交换热量，交换出的冷空气流从换热器的上进出气口排出，在密封舱内形成由上至下的空气对流。
冷气流换热时，贯通阀门打开，使换热器的上进出气口和下进出气口贯通，形成等气压，气流停止流动不与换热器换热，避免密封舱内气体热量损失。
所述的膜氮氧分离装置嵌入在密封舱顶部，膜氮氧分离装置的上部置于大气环境中，膜氮氧分离装置的下部与密封舱内连通，利用密封舱内的压缩空气压力与环境大气压力差，通过膜氮氧分离装置降低密封舱内空气含氧量。
所述密封舱的上部装有减压排气阀，减压排气阀暴露于大气环境中，减压排气阀的底部与密封舱的内部连通，减压排气阀的控制端与控制器连接，接受控制器控制以及密封舱内气体压力控制打开或关闭。
所述的控制气流单元由上控气流组、下控气流组和多个进排气阀组成。
上控气流组为树状结构，主干管道经输气管道与五通阀的第5通道连接，每条树状分支管道末端都装有一个进排气阀Kuxy，多条树状分支管道末端的进排气阀Kuxy均吊挂在密封舱内顶部。
下控气流组为树状结构，主干管道与除湿器的一端连接，除湿器的另一端与双向调速风机的一端连接，每条树状分支管道末端都装有一个进排气阀Klxy，多条树状分支管道末端的进排气阀Klxy均铺设安装在密封舱内底部。
控制气流单元中所有的排气阀门都与控制器连接，控制器依据密封舱内每台电力电子设备的最佳控温范围，控制对应排气阀门的开启或关闭。
上控气流组通过五通贯通阀、换热器、双向调速风机、除湿器与下控气流组连接。在双向调速风机的作用下，气体依次流经过五通贯通阀、换热器、上控气流组、密封舱内、下控气流组、除湿器、双向调速风机，实现气流内循环。
当上控气流组进气排气阀关闭时，在双向调速风机排气作用下，密封舱外的空气依次经过双向气流控制单元中的空气过滤器、五通贯通阀、双向调速风机、除湿器、下控气流组、在密封舱内换热，再依次经过膜氮氧分离装置将氮氧分离，富氧气体排出密封舱外，实现提高密封舱内空气密度减低氧气含量的气流外循环。
如此，在密封舱内有气流内循环和气流外循环两种工作模式，气流内循环工作模式下分别有气流顺时针内循环和气流逆时针内循环两种循环方式。
当执行气流内循环工作模式时，控制器关闭密封舱内与膜氮氧分离装置的气流通路、关闭双向气流控制单元的空气过滤器输入通路，关闭贯通阀门，建立换热器换热通路。
气流顺时针内循环时，密封舱内的气体经下控气流组、除湿器、双向调速风机、五通贯通阀、换热器与上控气流组形成气流通路。控制器依据电力电子设备测温点位置，打开上控气流组对应的进排气阀门Kuxy和下控气流组对应的进排气阀门Klxy，气流在双向调速风机作用下加速测温点所在电力电子设备区域的气体扰动，调节该区域内的电力电子设备的温度。
此时空气流动路径为：双向调速风机排气→五通贯通阀→换热器→上控气流组→密封舱内→下控气流组→除湿器→双向调速风机，箭头所示为气流流动方向。
气流逆时针内循环时，空气对流通路为：双向调速风机排气→除湿器→下控气流组→密封舱内→上控气流组→五通贯通阀→换热器→双向调速风机排气，箭头所示为气流流动方向。
当执行气流外循环工作模式时，控制器分别控制打开密封舱内与膜氮氧分离装置气流通路，关闭上控气流组的进排气阀，打开贯通阀门，关闭换热器的气流通路，同时打开空气过滤器，建立五通贯通阀与密封舱外的空气输入通路。此时密封舱外气体经空气过滤器过滤、五通贯通阀、双向调速风机排气、除湿器、下控气流组压入密封舱内，再由膜氮氧分离装置排出富氧气体。
当下控气流组所有的排气阀门Klxy打开时，在双向调速风机排气的作用下，密封舱外的空气进入密封舱内，并在控制器的控制下，分别控制密封舱内的压力保持在PNi≥αPNO，使氮气含量N2≥86％。
空气流动路径为：密封舱外的空气→空气过滤器→五通贯通阀→双向调速风机向下排气→除湿器→下控气流组→密封舱内→膜氮氧分离装置→密封舱外，箭头所示为气流流动方向。
如此提高气体密度、降低密封舱内的氧气浓度。
所述的传感器组包括温度传感器、气压差传感器和氮气传感器。温度传感器依据密封舱内电力电子设备的属性和摆放位置，安装在每台电力电子设备的关键换热监控点上，每个温度传感器测温点的数据输出端通过数据线与控制器连接。气压差传感器和氮气传感器安装于密封舱顶部中心位置，气压差传感器的数据输出端和氮气传感器的数据输出端通过通讯线与控制器连接，监测密封舱内、外气压差的变化，以及湿度、氮气的含量。其中氮气传感器中包含湿度传感器。
所述的控制器由CPU组成。控制器的输入接口通过数据线与所有的传感器输出口连接，控制器的输出接口通过控制线与所有的阀门、双向调速风机、五通贯通阀、空气过滤器、除湿器连接。
所述的控制器对所述定向控温的电力电子设备密封舱系统的控制过程如下：
1)建立测温点与控温关联函数
依据电力电子设备的摆放位置、换热监测点位置坐标、内外压力差Pdff、气流流速FR、湿度H％建立测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)。
2)气流外循环工作模式下的控制过程
①气流外循环路径控制器控制打开膜氮氧分离装置、五通贯通阀、空气过滤器和关闭上控气流组，建立密封舱内的气流与密封舱外流通通路。
②提高密封舱内空气密度，降低氧气含量
当控制器监测到密封舱舱门关闭，打开空气过滤器、控制器执行气流外循环工作模式；由于PNi>PNO，密封舱内空气通过膜氮氧分离装置实现氮氧分离，氮气保留在密封舱内，富氧空气排出密封舱外。
当控制器监测到密封舱内N2>86％，并且PNi≥αPNO时，控制器执行气流内循环工作模式，为电力电子设备换热。
3)气流内循环工作模式下的控制过程
①电力电子设备定向换热
气流内循环工作模式下对电力电子设备的吸热模式和放热模式如下：
Figure GDA0003594039290000061
吸热模式
控制器监测到某一测温点温度Wxyz≥δuWsu时，依据测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)，控制气流顺时针内循环，打开控制气流单元中与电力电子设备测温点对应的排气阀门，气体经换热器换热后，在压力的作用下，气流在温度Wxyz测温点所在的电力电子设备上产生由上至下定向对流空气，实现对温度Wxyz测温点所在电力电子设备的定向吸热。
Figure GDA0003594039290000062
放热模式
控制器监测到某一测温点温度Wxyz≤δlWsl时，依据测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)，控制气流逆时针内循环，打开控制气流单元中与电力电子设备测温点对应的排气阀门，并打开贯通阀门，关闭换热器换热通路，避免密封舱内的气体经换热器降温。此时密封舱内的气体在压力的作用下，在温度Wxyz测温点的电力电子设备上产生由下至上定向的对流空气，实现对温度Wxyz测温点的定向放热。
②气流内循环和气流外循环工作模式转换
当压力PNi<αPNO或N2<86％时时，由气流内循环工作模式转换为执行气流外循环工作模式。
所述的定向换热是通过控制气流的路径和方向，约束气流只在被换热的电力电子设备上流过，对电力电子设备定向换热。
其中，f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)为测温点与控温关联函数；δu为换热上限系数，0<δu≤1；δl为换热下限系数，0<δl≤1；H％为密封舱内的湿度；FR为控制气流单元气流流速；Wxyz为温度传感器测温点温度，x、y、z分别代表上、下控气流组和温度传感器的位置坐标，(x,y,z)≥1，x、y、z为整数；Kuxy为上控气流组的排气阀门；Klxy为下控气流组的排气阀门；α为空气密度比值系数；Pdff为密封舱内压力PNi与环境大气压力PNO的差；WSl为电力电子设备工作温度下限；WSU为电力电子设备工作温度上限；PNi为密封舱内的压力；PNO为密封舱所处环境的大气压力。
控制器对本发明密封舱系统的控制过程具体如下：
1、建立测温点与控温关联函数
依据密封舱内电力电子设备的摆放位置及电力电子设备换热监测点位置坐标安装温度传感器。建立每个测温点与上控气流组的排气阀门Kuxy和下控气流组的排气阀门Klxy的关联关系，通过对密封舱内压力PNi与环境大气压力PNO的差Pdff＝PNi-PNO，以及气流流速FR、湿度H％对电力电子设备换热监测点的气体换热仿真，得到测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)。
控制器实时监测所有的传感器数据，并依据密封舱内的氮气含量N2百分比、压力传感器PNi、气体流速传感器FR、每个温度传感器测温点的温度Wxyz,制定对应的控制策略。
其中，f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)为测温点与控温关联函数；H％为密封舱内的湿度；FR为控制气流单元气流流速；Wxyz为温度传感器测温点温度，x、y、z分别代表上控气流组、下控气流组和温度传感器位置坐标，(x,y,z)≥1，x、y、z为整数；Kuxy为上控气流组的排气阀门；Klxy为下控气流组的排气阀门；Pdff为密封舱内压力PNi与环境大气压力PNO的差。
2、气流外循环工作模式下的控制过程
1)气流外循环路径
控制器打开膜氮氧分离装置，建立与密封舱内气流通路，打开贯通阀门，禁止换热器换热，关闭上控气流组进出气阀，打开下控气流组所有的进排气阀；打开空气过滤器，使外界空气经空气过滤器过滤、五通贯通阀、双向调速风机排气、除湿器除湿、下控气流组进排气阀、密封舱内到膜氮氧分离装置排出气体。
控制器通过氮气传感器、气压差传感器和温度传感器，实时监测分析密封舱内的气体压力PNi、平均温度Wavg和密封舱内的氮气含量N2％。
气流外循环工作模式下气流循环通路为：密封舱外空气→空气过滤器→五通贯通阀→双向调速风机调速排气→空气除湿器→下控气流组→密封舱内→膜氮氧分离装置→密封舱外，箭头所示为气流流动方向。
2)提高密封舱内空气密度降低氧气含量
当控制器监测到密封舱舱门关闭，控制器控制双向调速风机排气，密封舱外的气体经过空气滤器过滤和除湿器除湿，进入密封舱内，提高密封舱内的空气密度和降低空气湿度。当密封舱内通入气体的压力PNi大于等于空气密度比值系数与环境大气压力PNO的乘积，即PNi≥αPNO，并且密封舱内氮气含量N2≥86％时，关闭膜氮氧分离装置和空气过滤器，将氮气隔离保留在密封舱内，富氧空气被排出密封舱外，降低密封舱内氧气含量。此时，控制器控制气流外循环工作模式转换到气流内循环工作模式，并将五通贯通阀中的贯通阀关闭，密封舱内的气体经换热器换热。
其中，N2为氮气；PNi为密封舱内的压力；α为空气密度比值系数；PNO为密封舱所处环境的大气压力；WSU为电力电子设备工作上限温度。
3、气流内循环工作模式下的控制过程
在控制器控制下，关闭密封舱内与膜氮氧分离装置的气流通路和空气过滤器进气通道。控制器通过氮气传感器、气压差传感器和温度传感器实时监测分析密封舱内的压力PNi、平均温度Wavg和密封舱内的空气中氮气含量N2％。
气流内循环工作模式分为气流顺时针内循环和气流逆时针内循环两种方式。气流顺时针内循环工作时气流由上至下流动，对电力电子设备吸热。气流逆时针内循环工作时气流由下至上流动，对电力电子设备放热。
1)当对电力电子设备吸热工作模式时，控制器监测到某一测温点的温度Wxyz大于等于电力电子设备工作温度的上限值WSU与换热上限系数δu的乘积，即Wxyz≥δuWsu时，控制器关闭贯通阀门，打开换热器气体换热通道，并依据电力电子设备工作温度的上限值WSU和测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)，控制双向调速风机调速，向上排气，经换热器将气体与环境空气温度换热，打开上控气流组中与测温点所在电力电子设备对应的一个或多个进排气阀，将气体排出，打开下控气流组中与测温点所在电力电子设备对应的一个或多个进排气阀，将气体吸入，经除湿器除湿。此时，在温度Wxyz测温点的电力电子设备周围产生由上至下的定向换热对流空气，加速该区域气体扰动散热，降低该电力电子设备的温度。
气流循环路径为：双向调速风机向上排气→五通贯通阀→换热器→上控气流组→密封舱内吸热→下控气流组→空气除湿器→双向调速风机，箭头所示为气流流动方向。
2)当对电力电子设备放热时，控制器监测到某一测温点的温度Wxyz小于等于电力电子设备工作温度的下限值WSl与换热下限系数δl的乘积，即Wxyz≤δlWsl时，控制器分别打开贯通阀门，关闭密封舱内的气体经换热器的换热通道，避免密封舱内的气体降温，并依据电力电子设备工作温度的下限值WSl和测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)和空气热对流原理，控制双向调速风机调速，向下排气，经气体除湿器除湿，气体在控制器的控制下，打开下控气流组中与测温点所在电力电子设备对应的进排气阀，将气体排出，打开上控气流组中与测温点所在电力电子设备对应的进排气阀，将气体吸入，此时，在温度Wxyz测温点所在的电力电子设备周围产生由下至上的定向换热对流空气，加速该区域气体扰动放热，提高该电力电子设备的温度。
气流循环路径为：双向调速风机调速排气→空气除湿器→下控气流组→密封舱内放热→上控气流组→五通贯通阀→双向调速风机，箭头所示为气流流动方向。
具体如：在没有其它电力电子设备遮挡的情况下，对温度Wxyz测温点所在的电力电子设备换热时，控制器依次打开上控气流组和下控气流组中与温度Wxyz测温点所在的电力电子设备对应的进排气阀，实现定向换热。上控气流组和下控气流组的进排气阀打开顺序如下：
①打开上控气流组的第一进排气阀KU43和下控气流组的第一进排气阀KL31，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备的气流Q1；
②打开上控气流组的第二进排气阀KU42和下控气流组的第二进排气阀KL32，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备的气流Q2；
③打开上控气流组的第三进排气阀KU41和下控气流组的第三进排气阀KL33，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备的气流Q3；
④打开上控气流组的第四进排气阀KU33和下控气流组的第四进排气阀KL41，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备的气流Q4；
⑤打开上控气流组的第五进排气阀KU32和下控气流组的第五进排气阀KL42，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备的气流Q5；
⑥打开上控气流组的第六进排气阀KU31和下控气流组的第六进排气阀KL43，产生通过温度Wxyz的测温点所在的电力电子设备的气流Q6。
3)当控制器监测到密封舱内压力PNi小于环境大气压力PNO与空气密度比值系数α的乘积，即PNi<αPNO，且氮气含量N2<86％时，控制器将气流内循环工作模式转换到气流外循环工作模式。
其中，Wxyz为温度传感器测温点的温度，x、y、z分别代表上控气流组、下控气流组和温度传感器的位置坐标，(x,y,z)≥1，x、y、z为整数；WSl为电力电子设备工作温度下限；WSU为电力电子设备工作温度上限；N2为氮气；PNi为密封舱内的压力；PNO为密封舱所处环境的大气压力；α为空气密度比值系数；H％为密封舱内湿度；FR为控制气流单元气流流速；f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,H％)为测温点与控温关联函数。
在密封舱容积一定时，密封舱内的氮气含量N2％取决于空气密度比值系数α，空气密度比值系数α为密封舱内的目标空气密度与环境空气密度之比，空气密度比值系数α越大，密封舱内密度越大，产生的氮气含量越高，换热速度越快，反之密封舱内产生的氮气含量越低，换热速度越慢。
本发明密封舱系统具有以下特点：
·优化控制排气路径，实现精准控温降低能耗；
·采用低含氧量，避免火灾发生；
·密封舱正压工作，避免粉尘进入，提高绝缘强度；
·干燥空气，避免绝缘度的降低；
·冗余度高、代偿能力强，与空调、风扇比较寿命长。
附图说明
图1本发明定向控温的电力电子设备密封舱系统结构图；
图2本发明定向控温的电力电子设备密封舱系统设备安放示意图；
图3本发明定向控温的电力电子设备密封舱系统的五通阀门结构示意图；
图4本发明定向控温的电力电子设备密封舱系统的控制过程流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1和图2所示，本发明用于电力电子设备密封舱系统由密封舱1、双向气流控制单元、换热器2、控制气流单元、膜氮氧分离装置4、传感器组和控制器8组成。
所述的密封舱1保温、防水、气密、承压，可依据地理环境水平安装。
所述的双向气流控制单元安装在密封舱1内底部转角处，分别与换热器2的上进出气口21、下进出气口22和控制气流单元连接。
所述的控制气流单元分为上控气流组17和下控气流组16，分别安装在密封舱1内的顶部和底部。
所述的换热器2外挂在密封舱1背阴面。密封舱1内的气体通过换热器2与外界换热，调节密封舱1内的电力电子设备18的温度。
所述的膜分离氮氧装置4嵌入密封舱1顶部中间位置，上部置于大气环境中，膜氮氧分离装置4的下部与密封舱1内连通，在密封舱1内外气压差的作用下将氮气保留在密封舱1内，富氧气体排出密封舱1外，降低密封舱1内空气氧气含量。
所述的传感器组分别安装在密封舱1内顶部和电力电子设备18上，经通讯线路与控制器8连接，输出传感器数据。
所述的控制器8嵌入在密封舱舱门11上，通过数据输入、输出接口分别与所有的传感器及受控的双向气流控制单元、膜氮氧分离装置4和控制气流单元的设备连接。
如图3所示，所述的双向气流控制单元由五通贯通阀、双向调速风机14、空气过滤器13、气体流量传感器6和空气除湿器12组成。
所述的五通贯通阀中的第1通道与空气过滤器13的出口连接，空气过滤器13的入口位于密封舱1外，过滤进入密封舱1内的气体；五通贯通阀中的第2通道与换热器2的上进出气口21连接，换热器2的下进出气口22与五通贯通阀中的第3通道连接；五通贯通阀中的第4通道经输气管道7与双向调速风机14的一端连接；五通贯通阀中的第5通道经输气管道5与控制气流单元的上控气流组17连接；五通贯通阀上还安装有贯通阀门10，当需要经换热器2换热时，贯通阀门10关闭，在换热器2的上进出气口21与下进出气口22之间形成气压差，热气流经换热器2的下进出气口22进入，经换热器2与密封舱1外空气交换热量，交换出的冷空气流，由换热器2的上进出气口21排出，在密封舱1内形成由上至下的空气对流；不需要经换热器2换热时，贯通阀门10打开，使五通贯通阀中的换热器2的上进出气口21与下进出气口22贯通，形成等气压，气流停止流动，不与换热器2换热。
双向调速风机14的上端通过输气管道7与五通贯通阀中的第4通道连接，该输气管道7上安装有流量传感器6；双向调速风机14的下端与空气除湿器12的一端连接，空气除湿器12的另一端与下控气流组16的一端连接。其中，流量传感器6的数据输出端经数据线与控制器8连接。控制器8通过气体流量传感器6监测双向调速风机14的气流方向及流量，并依据测温点与控温关联函数控制双向调速风机14的排气方向和流量。
所述的换热器2外挂在密封舱1背阴面，换热器2有上进出气口21和下进出气口22，上进出气口21与五通贯通阀中的第2通道连接，下进出气口22与五通贯通阀中的第3通道连接；通过换热器2与密封舱1外空气交换热量，调节密封舱1内气体的温度。
热气流换热时，热气流经换热器2的下进出气口22进入，经换热器2与密封舱1外的空气交换热量，交换出的冷空气流，由换热器2的上进出气口21排出，在密封舱1内形成由上至下的空气对流。
冷气流换热时，贯通阀门10打开，使换热器2的上进出气口21、下进出气口22贯通，形成等气压，气流停止流动，不与换热器2换热，避免密封舱1内气体热量损失。
所述的膜氮氧分离装置4嵌入密封舱1顶部，膜氮氧分离装置4的上部置于大气环境中，膜氮氧分离装置4的下部与密封舱1内连通，利用密封舱1内的压缩空气压力与环境大气压力差，通过膜氮氧分离装置4降低密封舱1内空气含氧量。
所述密封舱1的上部装有减压排气阀3，减压排气阀3暴露于大气环境中，减压排气阀3的底部与密封舱1的内部连通，减压排气阀3的控制端与控制器8连接，接受控制器8的控制以及密封舱1内气体压力的控制打开或关闭。
所述的控制气流单元由上控气流组17和下控气流组16组成。上控气流组17有进排气阀Kuxy、下控气流组16有进排气阀Klxy。
上控气流组17为树状结构，主干管道5与经输气管道与五通阀的第5通道连接，每条树状分支管道末端都装有一个进排气阀Kuxy，多条树状分支管道末端的进排气阀Kuxy均吊挂在密封舱1内顶部。
下控气流组16为树状结构，主干管道9与除湿器12的一端连接，除湿器12的另一端与双向调速风机14的一端连接，每条树状分支管道末端都装有一个进排气阀Klxy，多条树状分支管道末端的排气阀Klxy均铺设在密封舱1内的底部。
控制气流单元的上控气流组17的排气阀门Kuxy和下控气流组16的排气阀门Klxy都与控制器8连接，并依据密封舱1内每台电力电子设备18的最佳控温范围，控制上控气流组17中对应的排气阀门Kuxy和下控气流组16中对应的排气阀门Klxy打开或关闭。
上控气流组17通过五通贯通阀、换热器2、双向调速风机14、除湿器12与下控气流组16连接。在双向调速风机14的作用下，气体依次经五通贯通阀、换热器2、上控气流组17、密封舱1内、下控气流组16、除湿器12、双向调速风机14，实现气流顺时针内循环。
当关闭上控气流组17进气排气阀、打开膜氮氧分离装置4和空气过滤器13时，在双向调速风机14排气的作用下，密封舱1外的空气依次经过双向气流控制单元的空气过滤器13、五通贯通阀、双向调速风机14、除湿器12、下控气流组16、密封舱1内换热，再经过膜氮氧分离装置4将富氧空气排出，提高密封舱内空气密度，降低氧气含量，实现气流外循环。
如此，在密封舱1内有气流内循环和气流外循环两种工作模式，而气流内循环工作模式下有气流顺时针内循环和气流逆时针内循环两种循环方式。
当执行气流内循环工作模式时，控制器8关闭密封舱1内与膜氮氧分离装置4的气流通路，关闭双向气流控制单元的空气过滤器输入通路，关闭贯通阀门10，建立换热器2换热通路。
气流顺时针内循环时，密封舱内的气体经下控气流组16、除湿器12、双向调速风机14、五通贯通阀、换热器2，与上控气流组17形成气流通路。控制器依据电力电子设备测温点位置，打开上控气流组17对应的排气阀门Kuxy和下控气流组16对应的排气阀门Klxy，气流在双向调速风机14的作用下加速测温点所在电力电子设备18区域的气体扰动，实现对该区域内的电力电子设备18温度调节。
此时空气对流通路为：双向调速风机14排气→五通贯通阀→换热器2→上控气流组17→密封舱1内→下控气流组16→除湿器12→双向调速风机14排气，箭头所示为气流流动方向。
气流逆时针内循环时，空气对流通路为：双向调速风机14排气→除湿器12→下控气流组16→密封舱1内→上控气流组17→五通贯通阀→换热器2→双向调速风机14排气，箭头所示为气流流动方向。
当执行气流外循环工作模式时，控制器8控制打开密封舱1内与膜氮氧分离装置4气流通路，关闭上控气流组17所有的进排气阀Kuxy，打开贯通阀门10关闭换热器2的气流通路。同时打开空气过滤器13，建立五通贯通阀与密封舱1外空气输入通路。此时密封舱1外的空气经空气过滤器13过滤、五通贯通阀、双向调速风机14排气、除湿器12、下控气流组16进入密封舱1内，再由膜氮氧分离装置4排出富氧空气。
当下控气流组16所有的排气阀门Klxy打开时，在双向调速风机14排气的作用下，密封舱1外的空气进入密封舱1内，并在控制器8的控制下，使密封舱1内的压力保持在PNi≥αPNO，使氮气含量N2≥86％。
空气对流通路为：密封舱外的空气→空气过滤器13→五通贯通阀→双向调速风机14排气→除湿器12→下控气流组16→密封舱1内→膜氮氧分离装置4，箭头所示为气流流动方向。
由此提高气体密度、降低密封舱1内氧气浓度。
所述的传感器组包括温度传感器、气压差传感器19和氮气传感器20；温度传感器依据密封舱1内电力电子设备18的属性和摆放位置，安装在每台电力电子设备18的关键换热监控点上，每个温度传感器测温点的数据输出端通过数据线与控制器8连接。气压差传感器19和氮气传感器20安装于密封舱1顶部的中心位置，气压差传感器19的数据输出端和氮气传感器20的数据输出端通过通讯线缆与控制器8连接，监测密封舱1内、外气压差的变化，以及湿度H％、氮气的含量N2％。其中，氮气传感器20中包含湿度传感器。
所述的控制器8由CPU组成；控制器8的输入接口通过数据线与每个温度传感器、气压差传感器19和氮气传感器20输出口连接；控制器8的输出接口通过控制线与控制气流单元中每个排气阀门Kxy、减压排气阀3、双向调速风机14、五通贯通阀、空气过滤器13、除湿器12连接。
所述的控制器对所述电力电子设备密封舱系统的控制过程如下：
1)建立测温点与控温关联函数
依据密封舱1内电力电子设备18的摆放位置、换热监测点位置坐标、内外压力差Pdff、气流流速FR、湿度H％，建立测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)。
2)气流外循环工作模式下的控制过程
①气流外循环路径
控制器8控制打开膜氮氧分离装置4、五通贯通阀、空气过滤器12和关闭上控气流组17，建立密封舱1内的气流与密封舱1外气流通路。
②提高密封舱内空气密度降低氧气含量
当控制器8监测到密封舱1门关闭，打开空气过滤器13，控制器8执行气流外循环工作模式；由于PNi>PNO，密封舱1内空气通过膜氮氧分离装置4实现氮氧分离，氮气保留在密封舱1内，富氧空气被排出密封舱外。当控制器8监测到密封舱1内N2>86％和PNi≥αPNO时，控制器8执行气流内循环工作模式，为电力电子设备18换热。
3)气流内循环工作模式下的控制过程
①电力电子设备18定向换热
气流内循环工作模式下对电力电子设备18的吸热模式和放热模式的控制过程如下：
Figure GDA0003594039290000141
吸热模式
控制器8监测到某一测温点的温度Wxyz≥δuWsu时，依据测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)，控制气流顺时针内循环，打开控制气流单元中与测温点所在电力电子设备18对应的进排气阀门，气体经换热器2换热后，在气体压力作用下，气流在温度Wxyz测温点所在的电力电子设备18上产生由上至下的定向对流空气，对温度Wxyz的测温点所在电力电子设备18的定向吸热。
Figure GDA0003594039290000142
放热模式
控制器8监测某一测温点温度Wxyz≤δlWsl时，依据测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)，控制气流逆时针内循环，打开控制气流单元中与测温点所在电力电子设备对应的进排气阀门，并打开贯通阀门10，关闭换热器2换热通路，避免密封舱1内的气体经换热器2降温。此时密封舱1内的气体在压力作用下，在温度Wxyz测温点所在的电力电子设备18上产生由下至上定向的对流空气，实现对温度Wxyz测温点所在电力电子设备18的定向供热。
②气流内循环和外循环工作模式转换
当压力PNi<αPNO或N2<86％时，由气流内循环工作模式转换为气流外循环工作模式。
所述的定向换热是通过控制气流的路径和方向，约束气流只在被换热的电力电子设备18上流过，对电力电子设备18定向换热。
其中，f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)为测温点与控温关联函数；H％为密封舱内湿度；FR为控制气流单元气流流速；Wxyz为温度传感器每个测温点温度，x、y、z分别代表上、下控气流组和温度传感器位置坐标，(x,y,z)≥1，x、y、z为整数；Kuxy为控上气流组17某个排气阀门；Klxy为下控气流组16某个排气阀门；α为空气密度比值系数；δu为换热上限系数，0<δu≤1；δl为换热下限系数0<δl≤1；Pdff为密封舱内压力PNi与环境大气压力PNO的差；WSl为电力电子设备18工作温度下限；WSU为电力电子设备18工作温度上限；PNi为密封舱1内的压力；PNO为密封舱1所处的环境海拔大气压力。
所述的定向换热是通过控制气流的路径和方向，约束气流只在被换热的电力电子设备18上流过，对电力电子设备18定向换热。
如图4所示，本发明密封舱系统的控制过程具体如下：
1、建立测温与控温关联函数
依据密封舱1内电力电子设备18的摆放位置及电力电子设备18换热监测点位置坐标安装温度传感器，建立温度传感器测量的每个测温点与上控气流组17的排气阀门Kuxy和下控气流组16的排气阀门Klxy的关联关系，通过密封舱1内压力PNi与环境大气压力PNO的差Pdff＝PNi-PNO、气流流速FR、湿度H％对电力电子设备18换热监测点的气体换热仿真，得到测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)。
控制器8实时监测温度传感器、氮气传感器20、气体流速传感器6、空气湿度传感器、气压传感器19的数据，并依据密封舱1内的氮气含量N2百分比、压力PNi、气体流速FR、每个温度传感器测温点的温度Wxyz,分析、判断、制定对应的控制策略。
其中，f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)为测温点与控温关联函数；H％为密封舱内湿度；FR为控制气流单元气流流速；Wxyz为温度传感器每个测温点温度，x、y、z分别代表上控气流组、下控气流组和温度传感器位置坐标，(x,y,z)≥1，x、y、z为整数；Kuxy为控上气流组17的排气阀门；Klxy为下控气流组16的排气阀门。
2、气流外循环工作模式下的控制过程
1)气流外循环路径
控制器8打开膜氮氧分离装置4，建立与密封舱1内气流通路，打开贯通阀门10，禁止换热器2换热，关闭上控气流组17进排气阀，打开下控气流组16所有的进排气阀；打开空气过滤器13，使外界空气经过滤器13过滤，再经五通贯通阀、双向调速风机14排风、除湿器12除湿、下控气流组16进排气阀、密封舱1内到膜氮氧分离装置4排气出。控制器8通过氮气传感器20、压差传感器19和温度传感器，实时监测分析密封舱1内的压力PNi平均温度Wavg、和密封舱1内的氮气含量N2％。
气流外循环工作模式下气流循环通路为：
1)气流外循环路径
密封舱1外空气→空气过滤器13→五通贯通阀→双向调速风机14调速引风→空气除湿器12→下控气流组16→密封舱1内→膜氮氧分离装置4，箭头所示为气流流动方向。
2)提高密封舱内1空气密度降低氧气含量
当控制器8监测到密封舱舱门11关闭时，控制器8控制双向调速风机14排气，密封舱1外的气体经空气过滤器13过滤和除湿器12除湿，进入密封舱1内，提高密封舱1内的空气密度，降低空气湿度。当密封舱1内通入气体的压力PNi大于等于空气密度比值系数α与环境大气压力PNO的乘积，即PNi≥αPNO，并且密封舱1内氮气含量N2≥86％时，关闭膜氮氧分离装置4和空气过滤器13，将氮气隔离保留在密封舱1内，富氧空气被排出密封舱1外，降低密封舱1内氧气含量。
此时控制器8控制气流外循环工作模式转换到气流内循环工作模式，并将五通贯通阀中的贯通阀10关闭，密封舱1内的气体经换热器2换热。
其中，N2为氮气；PNi为密封舱1内的压力；α为空气密度比值系数；Wavg为温度传感器检测到的平均温度；WSU为电力电子设备18工作温度上限；PNO为密封舱1所处的环境大气压力。
3、气流内循环工作模式下的控制过程
控制器8关闭密封舱1内与膜氮氧分离装置4的气流通道和空气过滤器13进气通道。控制器8通过氮气传感器20、气压差传感器19和温度传感器，实时监测分析密封舱1内的压力PNi、平均温度Wavg和密封舱1内的氮气含量N2％。
气流内循环工作模式分为气流顺时针内循环和气流逆时针内循环两种方式。气流顺时针内循环工作模式时气流由上至下流动，为对电力电子设备18吸热。气流逆时针内循环工作模式时气流由下至上流动，为对电力电子设备18放热。
1)当对电力电子设备18吸热时，控制器8监测到某一测温点的温度Wxyz大于等于电力电子设备18工作温度的上限值WSU与换热上限系数δu的乘积，即Wxyz≥δuWsu时，控制器8关闭贯通阀门10，打开换热器2气体换热通道，并依据电力电子设备18工作温度的上限值WSU和测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)，控制双向调速风机14向上调速排气，打开上控气流组17中与测温点所在电力电子设备18对应的进排气阀Kuxz，将气体排出，打开下控气流组16中与测温点所在电力电子设备18对应的进排气阀Klxz，将气体吸入，再经除湿器12除湿、换热器将气体换热。此时，在温度Wxyz测温点所在的电力电子设备18周围，产生由上至下的定向对流空气，加速该区域气体扰动散热，降低该电力电子设备18的温度。
气流循环路径为：双向调速风机14向上排风→五通贯通阀→换热器2→上控气流组17→密封舱1内吸热→下控气流组16→空气除湿器12→双向调速风机14，箭头所示为气流流动方向。
2)当对电力电子设备18放热时，控制器8监测到某一测温点的温度Wxyz小于等于电力电子设备18工作温度的下限值WSl与换热下限系数δl的乘积，即Wxyz≤δlWsl时，控制器8分别控制打开贯通阀门10，关闭换热器2气体换热通道，避免密封舱1内的气体降温，并依据电力电子设备工作温度的下限值WSl和测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxz,Klxz,Pdff,FR,H％)，控制双向调速风机14调速向下排风，气体经除湿器12除湿，打开下控气流组16中与测温点所在电力电子设备18对应的进排气阀Klxz，将气体排出，打开上控气流组17中与测温点所在电力电子设备18对应的进排气阀Kuxz，将气体吸入，此时，在温度Wxyz测温点的电力电子设备18周围产生由下至上的定向对流空气，加速该区域气体扰动放热，提高该电力电子设备18的温度。
气流循环路径为：双向调速风机14调速向下排气→空气除湿器12→下控气流组16→密封舱1内放热→上控气流组17→五通贯通阀→双向调速风机14，箭头所示为气流流动方向。
具体如：在没有其它电力电子设备18遮挡的条件下，对温度Wxyz测温点所在的电力电子设备18换热时，控制器8依次打开上控气流组17和下控气流组16的进排气阀，实现定向换热。上控气流组17和下控气流组16的进排气阀的打开顺序如下：
①上控气流组17的第一进排气阀KU43和下控气流组16的第一进排气阀KL31，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备18的气流Q1；
②打开上控气流组17的第二进排气阀KU42和下控气流组16的第二进排气阀KL32，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备18的气流Q2；
③打开上控气流组17的第三进排气阀KU41和下控气流组16的第三进排气阀KL33，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备18的气流Q3；
④打开上控气流组17的第四进排气阀KU33和下控气流组16的第四进排气阀KL41，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备18的气流Q4；
⑤打开上控气流组17的第五进排气阀KU32和下控气流组16的第五进排气阀KL42，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备18的气流Q5；
⑥打开上控气流组17的第六进排气阀KU31和下控气流组16的第六进排气阀KL43，产生通过温度Wxyz的测温点所在的电力电子设备18的气流Q6。
3)当控制器8监测到密封舱1内压力PNi小于环境大气压力PNO与空气密度比值系数α的乘积，即PNi<αPNO和氮气含量N2<86％时，控制器8将内循环工作模式转换为气流外循环工作模式。
其中，Wxyz为温度传感器测温点的温度，x、y、z分别代表温度传感器的位置坐标，(x,y,z)≥1，为整数；δu为换热上限系数，0<δu≤1；δl为换热下限系数0<δl≤1；WSl为电力电子设备18工作温度下限；WSU为电力电子设备18工作温度上限；N2为氮气；PNi为密封舱1内的压力；PNO为密封舱1所处环境的海拔大气压力；H％为密封舱1内湿度；FR为控制气流单元气流流速；
在密封舱容积一定时，密封舱内的氮气含量N2％取决于空气密度比值系数α，空气密度比值系数α为密封舱内的目标空气密度与环境空气密度之比，空气密度比值系数α越大，密封舱内密度越大，产生的氮气含量越高，换热速度越快，反之密封舱内产生的氮气含量越低，换热速度越慢。

Claims (1)

1.一种定向控温的电力电子设备密封舱系统，其特征在于，所述的密封舱系统由密封舱(1)、双向气流控制单元、换热器(2)、膜氮氧分离装置(4)、控制气流单元、传感器组和控制器(8)组成；
所述的密封舱(1)保温、防水、气密、承压，依据地理环境水平安装；
所述的双向气流控制单元安装在密封舱(1)内底部转角处，分别与换热器(2)的上进出气口(21)、下进出气口(22)和控制气流单元连接；
所述的控制气流单元分为上控气流组(17)和下控气流组(16)，分别安装在密封舱(1)内的顶部和底部；
所述的换热器(2)外挂在密封舱(1)背阴面；密封舱(1)内的气体通过换热器(2)与外界换热，调节密封舱(1)内的电力电子设备(18)的温度；
所述的膜分离氮氧装置(4)嵌入密封舱(1)顶部中间位置，上部置于大气环境中，膜氮氧分离装置(4)的下部与密封舱(1)内连通，在密封舱(1)内外气压差的作用下将氮气保留在密封舱(1)内，富氧气体排出密封舱(1)外，降低密封舱(1)内空气氧气含量；
所述的传感器组分别安装在密封舱(1)内的顶部和电力电子设备(18)上，经通讯线路与控制器(8)连接，输出传感器数据；
所述的控制器(8)嵌入密封舱舱门(11)上，通过数据输入接口和输出接口分别与所有的传感器及受控的双向气流控制单元、膜氮氧分离装置(4)和控制气流单元的设备连接；
所述的双向气流控制单元由五通贯通阀、双向调速风机(14)、空气过滤器(13)、气体流量传感器(6)和空气除湿器(12)组成；所述的五通贯通阀中的第1通道与空气过滤器(13)的出口连接，空气过滤器(13)的入口位于密封舱(1)外，过滤进入密封舱(1)内的气体；五通贯通阀中的第2通道与换热器(2)的上进出气口(21)连接，换热器(2)的下进出气口(22)与五通贯通阀中的第3通道连接；五通贯通阀中的第4通道经输气管道(7)与双向调速风机(14)的一端连接；五通贯通阀中的第5通道经输气管道(5)与控制气流单元的上控气流组(17)连接；五通贯通阀上还安装有贯通阀门(10)，当需要经换热器(2)换热时，贯通阀门(10)关闭，在换热器(2)的上进出气口(21)与下进出气口(22)之间形成气压差；热气流经换热器(2)的下进出气口(22)进入，经换热器(2)与密封舱(1)外空气交换热量，交换出的冷空气流由换热器(2)的上进出气口(21)排出，在密封舱(1)内形成由上至下的空气对流；当不需要经换热器(2)换热时，贯通阀门(10)打开，使五通贯通阀中的换热器(2)的上进出气口(21)与下进出气口(22)贯通，形成等气压，气流停止流动，不与换热器(2)换热；
双向调速风机(14)的上端通过输气管道(7)与五通贯通阀中的第4通道连接，该输气管道上安装有流量传感器(6)；双向调速风机(14)的下端与空气除湿器(12)的一端连接，空气除湿器(12)的另一端与下控气流组(16)的一端连接；其中，流量传感器(6)数据输出端经数据线与控制器(8)连接；控制器(8)通过气体流量传感器(6)监测双向调速风机(14)的气流方向及流量，并依据所述密封舱系统的测温点与控温关联函数控制双向调速风机(14)的排气方向和流量；
所述的密封舱(1)的上部装有减压排气阀(3)，减压排气阀(3)暴露于大气环境中，减压排气阀(3)的底部与密封舱(1)的内部连通，减压排气阀(3)的控制端与控制器(8)连接，接受控制器(8)的控制以及密封舱(1)内气体压力控制打开或关闭；
所述的控制气流单元由上控气流组(17)和下控气流组(16)组成；上控气流组(17)有进排气阀Kuxy，下控气流组(16)有进排气阀Klxy；
上控气流组(17)为树状结构，主干管道(5)与经输气管道与五通贯通阀的第5通道连接，每条树状分支管道末端都装有一个进排气阀Kuxy，多条树状分支管道末端的进排气阀Kuxy均吊挂在密封舱(1)内顶部；
下控气流组(16)为树状结构，主干管道(9)与空气除湿器(12)的一端连接，空气除湿器(12)的另一端与双向调速风机(14)的一端连接，每条树状分支管道末端都装有一个进排气阀Klxy，多条树状分支管道末端的进排气阀Klxy均铺设在密封舱(1)内的底部；
所述的上控气流组(17)的进排气阀Kuxy和下控气流组(16)的进排气阀Klxy都与控制器(8)连接，并依据密封舱(1)内每台电力电子设备(18)的最佳控温范围，控制上控气流组(17)中对应的进排气阀Kuxy和下控气流组(16)中对应的进排气阀Klxy打开或关闭；上控气流组(17)通过五通贯通阀、换热器(2)、双向调速风机(14)、空气除湿器(12)与下控气流组(16)连接；在双向调速风机(14)作用下，气体依次流经五通贯通阀、换热器(2)、上控气流组(17)、密封舱(1)内、下控气流组(16)、空气除湿器(12)、双向调速风机(14)，实现顺时针气流内循环；
当关闭上控气流组(17)进排气阀、打开膜氮氧分离装置(4)和空气过滤器(13)时，在双向调速风机(14)排气的作用下，密封舱(1)外的空气依次经过双向气流控制单元的空气过滤器(13)、五通贯通阀、双向调速风机(14)、空气除湿器(12)、下控气流组(16)、密封舱(1)内换热，再依次经过膜氮氧分离装置(4)将富氧空气排出，实现提高密封舱(1)内空气密度，减低氧气含量的气流外循环；
如此，在密封舱(1)内有气流内循环和气流外循环两种工作模式，其中气流内循环工作模式下有气流顺时针内循环和气流逆时针内循环两种循环方式；
当执行气流内循环工作模式时，控制器(8)分别控制关闭密封舱(1)内与膜氮氧分离装置(4)的气流通路，关闭双向气流控制单元的空气过滤器(13)输入通路，关闭贯通阀门(10)，建立换热器(2)换热通路；
气流顺时针内循环时，密封舱(1)内的气体经下控气流组(16)、空气除湿器(12)、双向调速风机(14)、五通贯通阀、换热器(2)，与上控气流组(17)形成气流通路；控制器(8)依据电力电子设备测温点位置，打开上控气流组(17)对应的进排气阀Kuxy和下控气流组(16)对应的进排气阀Klxy，气流在双向调速风机(14)的作用下加速对测温点所在的电力电子设备区域的气体扰动，调节该区域内的电力电子设备(18)温度；
此时空气流动路径为：双向调速风机(14)排气→五通贯通阀→换热器(2)→上控气流组(17)→密封舱(1)内→下控气流组(16)→空气除湿器(12)→双向调速风机(14)排气，箭头所示为气流流动方向；
气流逆时针内循环时，空气流动路径为：双向调速风机(14)排气→空气除湿器(12)→下控气流组(16)→密封舱(1)内→上控气流组(17)→五通贯通阀→换热器(2)→双向调速风机(14)排气，箭头所示为气流流动方向；
当执行气流外循环工作模式时，控制器(8)控制打开密封舱(1)内与膜氮氧分离装置(4)气流通路，关闭上控气流组(17)所有的进排气阀Kuxy，打开贯通阀门(10)，关闭换热器(2)的气流通路；同时打开空气过滤器(13)，建立五通贯通阀与密封舱(1)外空气输入通路；此时密封舱(1)外的空气经空气过滤器(13)过滤、五通贯通阀、双向调速风机(14)排气、空气除湿器(12)、下控气流组(16)通入密封舱(1)内，再由膜氮氧分离装置(4)，排出富氧气体；
当下控气流组(16)所有的进排气阀Klxy打开时，在双向调速风机(14)排气的作用下，密封舱(1)外的空气进入密封舱(1)内，并在控制器(8)的控制下,使密封舱(1)内的压力保持在PNi≥αPNO，使氮气含量N2≥86％；
空气流动路径为：密封舱(1)外的空气→空气过滤器(13)→五通贯通阀→双向调速风机(14)排气引风→空气除湿器(12)→下控气流组(16)→密封舱(1)内→膜氮氧分离装置(4)，箭头所示为气流流动方向；由此提高气体密度、降低密封舱(1)内氧气浓度。
所述的传感器组包括温度传感器、气压差传感器(19)和氮气传感器(20)；温度传感器依据密封舱(1)内电力电子设备(18)的属性和摆放位置，安装在每台电力电子设备(18)的关键换热监控点上，每个温度传感器测温点的数据输出端通过数据线与控制器(8)连接；气压差传感器(19)和氮气传感器(20)安装于密封舱(1)顶部的中心位置，气压差传感器(19)的数据输出端和氮气传感器(20)的数据输出端通过通讯线与控制器(8)连接，监测密封舱(1)内、外气压差的变化，以及湿度H％、氮气的含量N2％；氮气传感器(20)中包含湿度传感器；
所述的控制器(8)由CPU组成；控制器(8)的输入接口通过数据线与每个温度传感器、气压差传感器(19)和氮气传感器(20)输出口连接；控制器(8)的输出接口通过控制线与控制气流单元中每个进排气阀Kxy、减压排气阀(3)、双向调速风机(14)、五通贯通阀、空气除湿器(12)连接；
所述的控制器(8)对所述定向控温的电力电子设备密封舱系统的控制过程如下：
1)建立测温点与控温关联函数
依据密封舱(1)内电力电子设备(18)的摆放位置、换热监测点位置坐标、内外压力差Pdff、气流流速FR、湿度H％，建立测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxy,Klxy,Pdff,FR,H％)；
2)工作模式下的控制过程
①气流外循环路径
控制器(8)控制打开膜氮氧分离装置(4)、五通贯通阀、空气过滤器(13)和关闭上控气流组(17)，建立密封舱(1)内的气流与密封舱(1)外的流通通路；
②提高密封舱(1)内空气密度降低氧气含量
当控制器(8)监测到密封舱舱门(11)关闭，打开空气过滤器(13)，控制器(8)执行气流外循环工作模式；由于PNi>PNO，密封舱(1)内空气通过膜氮氧分离装置(4)实现氮氧分离，氮气保留在密封舱(1)内，富氧空气被排出密封舱(1)外；当控制器(8)监测到密封舱(1)内N2>86％，并且PNi≥αPNO时，控制器(8)执行气流内循环工作模式，为电力电子设备(18)换热；
3)气流内循环工作模式下的控制过程
①电力电子设备(18)定向换热
气流内循环工作模式下对电力电子设备(18)吸热模式和放热模式的控制过程如下
Figure FDA0003594039280000041
吸热模式
控制器(8)监测到某一测温点的温度Wxyz≥δuWsu时，依据测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxy,Klxy,Pdff,FR,H％)，控制气流顺时针内循环，打开控制气流单元中与电力电子设备(18)测温点对应的进排气阀，气体经换热器(2)换热后在压力作用下，气流在温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)上产生由上至下定向对流空气，实现对温度Wxyz的测温点所在电力电子设备(18)的定向吸热；
Figure FDA0003594039280000051
放热模式
控制器(8)监测到某一测温点温度Wxyz≤δlWsl时，依据测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxy,Klxy,Pdff,FR,H％)，控制气流逆时针内循环，打开控制气流单元中与电力电子设备测温点对应的进排气阀，并打开贯通阀门(10)，关闭换热器(2)换热通路，避免密封舱(1)内的气体经换热器(2)降温；此时密封舱(1)内的气体在压力作用下，在温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)上产生由下至上定向的对流空气，对温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)定向供热；
②气流内循环和外循环工作模式转换
当压力PNi<αPNO或N2<86％时，由气流内循环工作模式转换为气流外循环工作模式；
所述的定向换热是通过控制气流的路径和方向，约束气流只在被换热的电力电子设备(18)上流过，对电力电子设备(18)定向换热；
其中，f(Wxyz,Kuxy,Klxy,Pdff,FR,H％)为测温点与控温关联函数；H％为密封舱(1)内湿度；FR为控制气流单元气流流速；Wxyz为温度传感器每个测温点温度，x、y、z分别代表上、下控气流组和温度传感器的位置坐标，(x,y,z)≥1，x、y、z为整数；δu为换热上限系数，0<δu≤1；δl为换热下限系数0<δl≤1；Kuxy为上控气流组(17)中的进排气阀；Klxy为下控气流组(16)中的进排气阀；Pdff为密封舱(1)内压力PNi与环境大气压力PNO之差；WSl为电力电子设备(18)工作温度下限；δu为换热上限系数，0<δu≤1；δl为换热下限系数0<δl≤1；WSU为电力电子设备(18)工作温度上限；N2为氮气；α为空气密度比值系数；PNi为密封舱(1)内的压力；PNO为密封舱(1)所处环境的大气压力；
建立测温点与控温关联函数的方法如下：
依据密封舱(1)内电力电子设(18)备的摆放位置及电力电子设备(18)换热监测点位置坐标安装温度传感器,建立温度传感器测量的每个测温点与上控气流组(17)的进排气阀Kuxy和下控气流组(16)的进排气阀Klxy的关联关系，通过对密封舱内(1)压力PNi与环境大气压力PNO的差、气流流速FR、湿度H％对电力电子设备(18)换热监测点的气体换热仿真，得到测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxy,Klxy,Pdff,FR,H％)；
控制器(8)实时监测温度传感器、氮气传感器(20)、气体流速传感器(6)、空气湿度、气压传感器(19)的数据，并依据密封舱(1)内的氮气含量N2百分比、压力PNi、气体流速FR、每个测温点检测的温度Wxyz制定对应的控制策略；
其中，f(Wxyz,Kuxy,Klxy,Pdff,FR,H％)为测温点与控温关联函数；H％为密封舱(1)内湿度；FR为控制气流单元气流流速；Wxyz为温度传感器每个测温点的温度，x、y、z分别代表上控气流组(17)、下控气流组(16)和温度传感器的位置坐标，(x,y,z)≥1，x、y、z为整数；Kuxy为上控气流组(17)的进排气阀；Klxy为下控气流组(16)的进排气阀；Pdff为密封舱(1)内压力PNi与环境大气压力PNO的差；
气流外循环工作模式下控制器(8)对所述电力电子设备密封舱系统的控制过程如下：
1)气流外循环路径
控制器(8)打开膜氮氧分离装置(4)，建立与密封舱(1)内气流通路，打开贯通阀门(10)，禁止换热器(2)换热，关闭上控气流组(17)进排气阀，打开下控气流组(16)所有的进排气阀；打开空气过滤器(13)，使外界空气经过滤器(13)过滤，再经五通贯通阀、双向调速风机(14)排风、空气除湿器(12)除湿、下控气流组(16)进排气阀、密封舱(1)内到膜氮氧分离装置(4)排出气体；
控制器(8)通过氮气传感器(20)、气压差传感器(19)和温度传感器，实时监测分析密封舱(1)内的压力PNi、富氧空气袋(2)内的压力POi、平均温度Wavg和密封舱(1)内的氮气含量N2％；
气流外循环工作模式下气流循环通路为：
密封舱(1)外空气→空气过滤器(13)→五通贯通阀→双向调速风机(14)调速向下排气→空气除湿器(12)→下控气流组(16)→密封舱(1)内→膜氮氧分离装置(4)，箭头所示为气流流动方向；
2)提高密封舱内空气密度降低氧气含量
当控制器(8)监测到密封舱舱门(11)关闭时，控制器(8)控制双向调速风机(14)排气，密封舱(1)外的气体经空气过滤器(13)过滤和空气除湿器(12)除湿，进入密封舱(1)内，提高密封舱(1)内的空气密度，降低空气湿度；当密封舱(1)内通入气体的压力PNi大于等于空气密度比值系数α与环境大气压力PNO的乘积，即PNi≥αPNO，并且密封舱内氮气含量N2≥86％时，关闭膜氮氧分离装置(4)和空气过滤器(13)，将氮气隔离保留在密封舱(1)内，富氧空气被排出密封舱(1)外，降低密封舱(1)内氧气含量；此时，控制器(8)控制气流外循环工作模式转换到气流内循环工作模式，并将五通贯通阀中的贯通阀门(10)关闭，密封舱(1)内的气体经换热器(2)换热；
其中，N2为氮气；PNi为密封舱(1)内的压力；α为空气密度比值系数；Wavg为温度传感器检测到的平均温度；WSU为电力电子设备(18)工作温度上限；PNO为密封舱(1)所处环境的大气压力；
气流内循环工作模式下控制器(8)对所述电力电子设备密封舱系统的控制过程如下：
控制器(8)关闭密封舱(1)内与膜氮氧分离装置(4)的气流通道和空气过滤器(13)进气通道；控制器(8)通过氮气传感器(20)、气压差传感器(19)和温度传感器，实时监测分析密封舱(1)内的压力PNi、平均温度Wavg和密封舱(1)内的氮气含量N2％；
气流内循环工作模式分为气流顺时针内循环和气流逆时针内循环两种方式；
气流顺时针内循环时，气流由上至下流动，为对电力电子设备(18)吸热；气流逆时针内循环工作时气流由下至上流动，为对电力电子设备(18)放热；
1)当执行对电力电子设备(18)吸热时，控制器(8)监测到某一测温点的温度Wxyz大于等于电力电子设备(18)工作温度的上限值WSU与换热上限系数δu的乘积，即Wxyz≥δuWsu时，控制器(8)关闭贯通阀门(10)，打开换热器(2)气体换热通道，并依据电力电子设备(18)工作温度的上限值WSU、测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxy,Klxy,Pdff,FR,H％)，控制双向调速风机(14)向上调速排气，打开上控气流组(17)中与测温点所在电力电子设备(18)对应的进排气阀Kuxy，将气体排出，打开下控气流组(16)中与测温点所在电力电子设备(18)对应的进排气阀Klxy，将气体吸入；经空气除湿器(12)除湿、换热器(2)将气体与环境空气换热，此时，在温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)周围产生由上至下的定向对流空气，加速该区域气体扰动散热，降低该电力电子设备(18)的温度；
气流循环路径为：双向调速风机(14)向上排气→五通贯通阀→换热器(2)→上控气流组(17)→密封舱(1)内吸热→下控气流组(16)→空气除湿器(12)→双向调速风机(14)，箭头所示为气流流动方向；
2)当对电力电子设备(18)放热时，控制器(8)监测到某一测温点的温度Wxyz小于等于电力电子设备(18)工作温度的下限值WSl与换热下限系数δl的乘积，即Wxyz≤δlWsl时，控制器(8)分别控制打开贯通阀门(10)，关闭换热器(2)气体换热通道，避免密封舱(1)内的气体降温，并依据电力电子设备(18)工作温度的下限值WSl、测温点与控温关联函数f(Wxyz,Kuxy,Klxy,Pdff,FR,H％)，控制双向调速风机(14)调速向下排气，气体经空气除湿器(12)除湿，打开下控气流组(16)中与测温点所在电力电子设备(18)对应的进排气阀Klxy，将气体排出，打开上控气流组(17)中与测温点所在电力电子设备(18)对应的进排气阀Kuxy，将气体吸入；此时，在温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)周围产生由下至上的定向对流空气，加速该区域气体扰动放热，提高该电力电子设备(18)的温度；
气流循环路径为：双向调速风机(14)调速向下排气→空气除湿器(12)→下控气流组(16)→密封舱(1)内放热→上控气流组(17)→五通贯通阀→双向调速风机(14)，箭头所示为气流流动方向；
在没有其它电力电子设备(18)遮档的条件下，对温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)换热时，控制器(8)依次打开测温点所在电力电子设备(18)与上控气流组(17)对应的进排气阀Kuxy和下控气流组(16)对应的进排气阀Klxy，实现定向换热，上控气流组(17)进排气阀Kuxy和下控气流组(16)进排气阀Klxy的打开顺序如下：
①打开上控气流组(17)的第一进排气阀KU43和下控气流组(16)的第一进排气阀KL31，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)的气流Q1；
②打开上控气流组(17)的第二进排气阀KU42和下控气流组(16)的第二进排气阀KL32，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)的气流Q2；
③打开上控气流组(17)的第三进排气阀KU41和下控气流组(16)的第三进排气阀KL33，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)的气流Q3；
④打开上控气流组(17)的第四进排气阀KU33和下控气流组(16)的第四进排气阀KL41，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)的气流Q4；
⑤打开上控气流组(17)的第五进排气阀KU32和下控气流组(16)的第五进排气阀KL42，产生通过温度Wxyz测温点所在的电力电子设备(18)的气流Q5；
⑥打开上控气流(17)组的第六进排气阀KU31和下控气流组(16)的第六进排气阀KL43，产生通过温度Wxyz的测温点所在的电力电子设备(18)的气流Q6；
3)气流内循环和气流外循环工作模式转换
当控制器(8)监测到密封舱(1)内的压力PNi小于环境大气压力PNO与空气密度比值系数α的乘积，即PNi<αPNO、氮气含量N2<86％时，控制器(8)将气流内循环工作模式转换为气流外循环工作模式；
其中，Wxyz为温度传感器测温点的温度，x、y、z分别代表上控气流组(17)、下控气流组(16)和温度传感器位置坐标，(x,y,z)≥1，x、y、z为整数；WSl为电力电子设备(18)工作温度下限；WSU为电力电子设备(18)工作温度上限；N2为氮气；PNi为密封舱1内的压力；PNO为密封舱(1)所处环境的大气压力；H％为密封舱(1)内湿度；δu为换热上限系数，0<δu≤1；δl为换热下限系数0<δl≤1；FR为控制气流单元气流流速；
在密封舱(1)容积一定时，密封舱(1)内的氮气含量N2％取决于空气密度比值系数α，空气密度比值系数α为密封舱(1)内的目标空气密度与环境空气密度之比，空气密度比值系数α越大，密封舱(1)内密度越大，产生的氮气含量越高，换热速度越快，反之密封舱(1)内产生的氮气含量越低，换热速度越慢。
CN202010574493.5A 2020-06-22 2020-06-22 一种定向控温的电力电子设备密封舱系统 Active CN111740054B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010574493.5A CN111740054B (zh) 2020-06-22 2020-06-22 一种定向控温的电力电子设备密封舱系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010574493.5A CN111740054B (zh) 2020-06-22 2020-06-22 一种定向控温的电力电子设备密封舱系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111740054A CN111740054A (zh) 2020-10-02
CN111740054B true CN111740054B (zh) 2022-07-22

Family

ID=72650471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010574493.5A Active CN111740054B (zh) 2020-06-22 2020-06-22 一种定向控温的电力电子设备密封舱系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111740054B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008098096A (ja) * 2006-10-16 2008-04-24 Sony Corp 二次電池
CN101298944A (zh) * 2008-03-21 2008-11-05 中国科学院电工研究所 一种被动式熔融盐吸热器
CN102696130A (zh) * 2009-12-04 2012-09-26 布鲁萨电子公司 具有温度调节的电池
CN104111677A (zh) * 2014-06-13 2014-10-22 中国石油化工股份有限公司 用于安全试验舱系统的温度湿度调节装置
CN105742752A (zh) * 2016-03-01 2016-07-06 河南科技大学 锂离子电池热管理系统
CN205406673U (zh) * 2016-02-18 2016-07-27 华南理工大学 一种动力电池循环流动风冷散热装置
DE102015012423A1 (de) * 2015-09-25 2017-03-30 Universität Duisburg-Essen Kryogene Adsorption
CN108568193A (zh) * 2017-06-22 2018-09-25 北京航空航天大学 基于膜分离法的飞机环境控制和油箱惰化耦合系统和方法
CN208352492U (zh) * 2018-07-02 2019-01-08 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 预制舱中用于储能系统的通风散热装置
CN109585730A (zh) * 2018-11-08 2019-04-05 同济大学 一种适用于新能源汽车的充保护气电池包

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6138466A (en) * 1998-11-12 2000-10-31 Daimlerchrysler Corporation System for cooling electric vehicle batteries
KR101108190B1 (ko) * 2009-12-23 2012-01-31 에스비리모티브 주식회사 엔드플레이트의 고정 구조가 개선된 배터리모듈 및 그 고정 방법
TW201302038A (zh) * 2011-06-29 2013-01-01 Delta Electronics Inc 具機房內外循環散熱切換功能之冷卻系統
CN102401608B (zh) * 2011-11-30 2013-03-20 南京大洋冷却塔股份有限公司 一种基于能量管理和智能控制的太阳能冷却塔
WO2017033412A1 (ja) * 2015-08-27 2017-03-02 三洋電機株式会社 バッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動車両
CN107062443A (zh) * 2016-12-28 2017-08-18 冯新华 双级除湿型调温除湿机

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008098096A (ja) * 2006-10-16 2008-04-24 Sony Corp 二次電池
CN101298944A (zh) * 2008-03-21 2008-11-05 中国科学院电工研究所 一种被动式熔融盐吸热器
CN102696130A (zh) * 2009-12-04 2012-09-26 布鲁萨电子公司 具有温度调节的电池
CN104111677A (zh) * 2014-06-13 2014-10-22 中国石油化工股份有限公司 用于安全试验舱系统的温度湿度调节装置
DE102015012423A1 (de) * 2015-09-25 2017-03-30 Universität Duisburg-Essen Kryogene Adsorption
CN205406673U (zh) * 2016-02-18 2016-07-27 华南理工大学 一种动力电池循环流动风冷散热装置
CN105742752A (zh) * 2016-03-01 2016-07-06 河南科技大学 锂离子电池热管理系统
CN108568193A (zh) * 2017-06-22 2018-09-25 北京航空航天大学 基于膜分离法的飞机环境控制和油箱惰化耦合系统和方法
CN208352492U (zh) * 2018-07-02 2019-01-08 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 预制舱中用于储能系统的通风散热装置
CN109585730A (zh) * 2018-11-08 2019-04-05 同济大学 一种适用于新能源汽车的充保护气电池包

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
铂电阻多点测温控温设计;郭少朋等;《传感器技术》;20040131;第23卷(第01期);第67-69页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111740054A (zh) 2020-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102433521B (zh) 燃气辊底连续式快速时效炉
CN206963258U (zh) 一种冷却系统
CN106711806A (zh) 一种快速散热除潮变电柜
CN111740055A (zh) 一种定向控温的储能电池密封舱系统
CN111755644B (zh) 适用于高海拔地区的电气设备密封舱系统
CN111755643A (zh) 用于高海拔地区的电气设备综合防护密封舱
CN111740054B (zh) 一种定向控温的电力电子设备密封舱系统
CN109573073A (zh) 一种飞行器燃油箱绿色惰化系统中的除湿装置
CN110926820B (zh) 一种汽车发动机测试用高低温环境模拟设备
CN113310142A (zh) 一种特种舱室环境控制系统
CN111762456B (zh) 一种氮气定向控温的电气设备密封舱系统
CN111755642B (zh) 用于高海拔地区的相变换热电气设备密封舱系统
CN110411020A (zh) 高单位蓄热容量及长寿命的固体蓄热电锅炉
CN111157426A (zh) 一种增湿器和去离子过滤器的性能测试系统
CN205454357U (zh) 一种数据中心气流控制系统
CN214668738U (zh) 一种用于模拟壁面结露消除的实验装置
EP0770842B1 (en) Enamelling oven for wire materials
CN214203791U (zh) 电池包和电子设备
JPH09257690A (ja) ワイドレンジ型環境試験装置
CN210891905U (zh) 空调器
CN114253324A (zh) 一种用于环境室多温区高低温空气环境模拟的系统与方法
CN217209612U (zh) 一种环境控制系统
CN219735555U (zh) 一种送风泄压装置及空调系统
CN220728910U (zh) 窑炉及窑炉系统
CN215835708U (zh) 一种微压密封的电气箱柜

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant