CN111762456B - 一种氮气定向控温的电气设备密封舱系统 - Google Patents

Abstract

一种氮气定向控温的电气设备密封舱系统，由密封舱、氮气瓶、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；氮气瓶置于靠近密封舱外一侧；温度传感器分布安放在密封舱内电气设备上；控制器嵌入安装在密封舱门上，接收传感器数据和设备控制。通过压缩氮气、定向控温，实现防尘、防火、防霉、防腐提高换热效率。

Description

一种氮气定向控温的电气设备密封舱系统

技术领域

本发明涉及一种密封舱。

背景技术

目前大量户外电气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，而高温、高湿、高盐和严重大气污染地区，空气对电气设备绝缘、腐蚀造成极大的影响，防腐、防霉、防潮成为保证设备可靠工作的又一关键点。目前多采用空调或风扇一点出风形成气体对流，由于设备排列会阻碍气流的流动，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、材料腐蚀、霉菌滋生、造成电气设备可靠、寿命性降低和绝缘度降低，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。而目前的灭火手段为都事后措施灭火，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、防霉、防腐、防潮，确保设备的可靠工作。

为降低电气设备的使用的成本，防尘、防火、提高电气设备的安装密度，由此提出一种用于电气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，为解决高温、高湿、高盐和严重大气污染地区的空气对设备绝缘、腐蚀问题，提出一种防尘、防火、防潮、防腐、防霉，提高电气设备的安装功率密度密封舱，提出一种氮气定向控温的电气设备密封舱系统。

本发明通过对密封舱通入一定量的氮气压缩气体，将密封舱内78％：21％的氮气与氧气占比控制在氮气>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，同时提高空气密度，形成正压式密封舱。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。

本发明基于巴森定律：气体绝缘击穿电压U_f与气体的压力P_a和电极间隙d的乘积的函数关系：U_f＝f(P_α*d)，对于气温并非恒定的情况应为U_f＝f(α*d)，α为气体的相对密度。通过增加一定的空气密度，提高气体绝缘击穿电压U_f。

由此增加空气密度提高换热效率、避免粉尘进入、减少霉菌、火灾发生和绝缘度的降低。本发明基于空气动力学原理，针对电气设备测温点，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气设备上流过，扰动该位置区域的气流，实现电气设备的定向换热，由此改变传统密封舱内全面换热的方法，降低换热成本。

本发明氮气定向控温的电气设备密封舱系统由密封舱、氮气瓶、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、氮气瓶供气管道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的背阴面。密封舱内的气体通过换热器与外界换热，调节密封舱内的电气设备的温度。

所述的氮气瓶置于密封舱的外侧，靠近密封舱，氮气瓶通过供气管道与双向气流控制单元连接。

所述传感器组分别安装在密封舱内顶部和被测的电气设备上，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、受控的双向气流控制单元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、电磁减压阀、气体流量传感器和空气制冷除湿器组成。

所述的五通贯通阀中的第1通道与电磁减压阀的出口连接，电磁减压阀的入口置于密封舱外，通过供气管道与氮气瓶连接，电磁减压阀将氮气瓶排出气体减压，在电磁减压阀打开时为密封舱供气；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通道经第一主干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气体流量传感器；双向调速风机的下端与空气制冷除湿器的一端连接，空气制冷除湿器的另一端与下控气流组的一端连接，制冷控制端和除湿控制端分别与控制器连接，分别独立控制对制冷除湿器中的制冷与除湿。

其中，气体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，五通贯通阀打开，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的气体压力控制打开或关闭。当密封舱内气压升高，达到减压排气阀压力阈值时，减压排气阀打开排气。

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，第一主干管道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K_uxz，多条树状分支管道末端的进排气阀K_uxz均吊挂在密封舱内顶部。

下控气流组为树状结构，第二主干管道与制冷除湿器的一端连接，制冷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K_lxz，多条树状分支管道末端的进排气阀K_lxz均铺设安装在密封舱内底部。

控制气流单元中所有的进排气阀门都与控制器连接，控制器依据密封舱内每台电气设备的最佳控温范围，控制对应排气阀门的开启或关闭。

当电磁减压阀关闭时，上控气流组通过五通贯通阀、换热器、双向调速风机、制冷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、制冷除湿器到双向调速风机，实现气流内循环。

当电磁减压阀打开时，在双向调速风机排气作用下，密封舱外的氮气依次经过双向气流控制单元中的电磁减压阀、五通贯通阀、双向调速风机、制冷除湿器、下控气流组、在密封舱内换热，经上控气流组吸入，实现提高密封舱内空气密度减低氧气含量的补充氮气循环。

如此，在密封舱内有气流内循环和补充氮气循环两种工作模式，而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，控制器分别关闭双向气流控制单元的电磁减压阀，断开氮气的供给输入通路，关闭五通贯通阀，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、制冷除湿器、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。控制器依据电气设备测温点，打开上控气流组对应进排气阀门K_uxz和下控气流组对应进排气阀门K_lxz，气流在双向调速风机作用下加速测温点区域对应电气设备的气体扰动，调节该区域内的电气设备的温度。

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→制冷除湿器→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→制冷除湿器→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。

当执行补充氮气循环工作模式时，控制器打开五通贯通阀关闭换热器的气流通路，打开电磁减压阀，建立五通贯通阀与密封舱外氮气瓶的供气输入通路。此时氮气瓶的气体经电磁减压阀、五通贯通阀、双向调速风机排气、制冷除湿器、下控气流组压入密封舱内，再由上控气流组吸入，实现提高密封舱氮气含量、空气密度和降低气体温度。

在控制器的控制下，分别控制密封舱内的压力保持在P_Ni≥αP_NO和氮气含量N₂≥86％。

空气流动路径为：氮气瓶氮气→电磁减压阀→五通贯通阀→双向调速风机向下排气→制冷除湿器→下控气流组→密封舱内→上控气流组，箭头所示为气流流动方向。

如此提高气体密度、氮气含量、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气设备的属性和摆放位置，安装在每台电气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、外气压差的变化和湿度、氮气的含量。其中氮气传感器中包含湿度传感器；气压差传感器内包含密封舱外环境温度传感器。

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、电磁减压阀、制冷除湿器连接。

所述的控制器对所述定向氮气控温的电气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

依据电气设备的摆放位置、换热监测点位置坐标、空气密度比值系数α、气流流速FR、湿度H％建立测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,FR,H％)。

2)确定空气密度比值系数α

依据密封舱关闭时刻密封舱内空气中氧气与氮气含量占比，以及密封舱内的氮气含量目标值N₂≥86％，计算出通入氮气量，通过环境温度确定空气密度比值系数α。

3)补充氮气循环工作模式下的控制过程

当控制器监测到密封舱舱门关闭时，控制器打开五通贯通阀，关闭换热器的换热气流通路；打开电磁减压阀，建立氮气瓶与密封舱内供气通路，将氮气瓶的氮气通入密封舱内，在双向调速风机的作用下，氮气由上至下流动，与密封舱内的气体混合；

当控制器监测到密封舱内N₂>86％并且P_Ni≥αP_NO时，控制器执行气流内循环工作模式，为电气设备换热。

4)气流内循环工作模式下的控制过程

①电气设备定向换热

气流内循环工作模式下对电气设备的吸热模式和放热模式的控制过程如下：

吸热模式

控制器监测到某一测温点温度当W_xyz≥δ_uW_su且δ_u>0.2时，制冷除湿器停止制冷，关闭五通贯通阀，打开换热器气体换热通道，控制气流顺时针内循环，并依据测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,FR,H％)，打开控制气流单元中与测温点所在电气设备对应的进排气阀门，气体经换热器换热后，在压力的作用下，在温度W_xyz测温点所在的电气设备上产生由上至下定向对流空气，实现对温度W_xyz测温点所在电气设备的定位吸热。当δ_u≤0.2时控制器启动制冷除湿器制冷，打开五通贯通阀，关闭换热器气流通道，实现密封舱内制冷换热。δ_u为换热上限系数，0<δ_u≤1。

放热模式

控制器监测到某一测温点温度W_xyz≤δ_lW_sl时，依据测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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气设备对应的进排气阀门，并打开五通贯通阀，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W_xyz测温点的电气设备上，产生由下至上定向的对流空气，对温度W_xyz测温点所在电气设备的定向放热。

δ_l为换热下限系数，0<δ_l≤1。

②气流内循环和补充氮气循环工作模式的转换

当压力P_Ni<αP_NO或N₂<86％时时，由气流内循环工作模式转换为执行补充氮气循环工作模式。

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气设备上流过，对电气设备定向换热。

其中，f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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；W_xyz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；K_uxz为上控气流组的进排气阀门；K_lxz为下控气流组的进排气阀门；α为空气密度比值系数；W_Sl为电气设备工作温度下限；W_SU为电气设备工作温度上限；δ_u为换热上限系数，0<δ_u≤1；δ_l为换热下限系数，0<δ_l≤1；P_Ni为密封舱内的压力；P_NO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

依据密封舱内电气设备的摆放位置及电气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进排气阀门K_uxy和下控气流组的进排气阀门K_lxy的关联关系，通过空气密度比值系数α，以及气流流速FR、湿度H％对电气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(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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P_Ni、气体流速传感器FR、每个温度传感器测温点温度W_xyz制定对应的控制策略。

其中，f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,P_dff,α,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；W_xyz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；K_uxz为上控气流组的进排气阀门；K_lxz为下控气流组的进排气阀门。

2、确定空气密度比值系数α

当密封舱内氮气与氧气之比为78％:21％，设定环境大气压力P_NO为：P_NO＝100KP_a，则估算氧气压力占比为P_1O＝21KP_a，将其它气体压力1KPa与氮气压力统称为氮气压力合并计算，占比为P_1N＝78KP_a+1KP_a。为避免火灾发生，控制空气氧气含量必须小于14％，此时将其它气体与氮气合并计算为氮气压力，在密封舱内氮气含量为86％，氮气压力为：P_2N＝86KP_a；氧气压力为：P_2O＝14KP_a；氮气与氧气压力比为

。为达到密封舱内氮气与氧气压力比

的目标，控制氮气瓶为密封舱内增加氮气，所增加的氮气压力P_CN的算式为：

得到：

由此得到密封舱内的压力为：P_Ni＝P_1N+P_1O+P_CN＝79+21+50＝150KP_a。

由于空气密度与气体压力成正比，所以密封舱内气压P_Ni与环境大气压P_NO之比等于密封舱内空气密度与环境空气密度之比，由此得到空气密度比值系数为：

当密封舱内气体压力降低时补充氮气，随着密封舱内氮气的多次补充，氮气的占比逐渐提高，当控制器判断密封舱内N₂≥86％时，依据环境温度W_NO调整空气密度比值系数α，

当环境温度W_NO≤10℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.05；

当环境温度10℃<W_NO≤30℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.1；

当环境温度30℃<W_NO≤40℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.2；

当环境温度40℃<W_NO≤50℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.3，由此可降低氮气使用量。

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。

其中，P_CN为密封舱内增加的氮气压力；P_1O为环境氧气压力；P_2N为密封舱目标氮气压力；P_2O；为密封舱目标氧气压力；P_1N为环境氮气压力；α为空气密度比值系数；P_NO为环境大气压力；W_NO为环境温度。

3、补充氮气循环工作模式下的控制过程

控制器通过氮气传感器、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P_Ni、平均温度W_avg、和密封舱内的氮气含量N₂％。

当控制器监测到密封舱门关闭，控制器打开电磁减压阀，建立氮气瓶与密封舱供气通路；打开五通贯通阀，禁止换热器换热；打开上控气流组和下控气流组所有的进排气阀；控制双向调速风机排气，密封舱外的氮气经过电磁减压阀、五通贯通阀、上控气流组进入密封舱内，再由下控气流组到制冷除湿器除湿。由理想气体方程公式：

可知，在氮气瓶为密封舱排气过程中，压力和体积发生变化的同时，产生的低温氮气通入密封舱内，由此提高密封舱内的空气密度和降低空气温度，当密封舱内通入气体的压力P_Ni大于等于空气密度比值系数α与环境大气压力P_NO的乘积，即P_Ni≥αP_NO时，关闭电磁减压阀，断开氮气瓶与密封舱内的供气通路。此时密封舱内氮气含量N₂≥86％时，控制器控制下将补充氮气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。

补气气流循环工作模式下气流循环通路为：氮气瓶气体→电磁减压阀→五通贯通阀→上控气流组→密封舱内→下控气流组→制冷除湿器→双向调速风机调速排气，箭头所示为气流流动方向。

其中，N₂为氮气；P_Ni为密封舱内的气体压力；α为空气密度比值系数；P_NO为密封舱所处环境的大气压力；W_SU为电气设备工作上限温度；T_Ni为密封舱内的温度；T_N为氮气瓶内的温度；P_N为氮气瓶内的气体压力；V_N为氮气瓶内的体积；V_Ni为密封舱内的体积。

4、气流内循环工作模式下的控制过程

控制器关闭电磁减压阀，切断氮气瓶与密封舱气体通路。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P_Ni、环境大气压力P_NO、平均温度W_avg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，为对电气设备吸热。气流逆时针内循环工作时气流由下至上流动，为对电气设备放热。

1)当对电气设备吸热工作模式时，控制器监测到某一测温点的温度W_xyz大于等于电气设备工作温度的上限值W_SU与换热上限系数δ_u的乘积，即W_xyz≥δ_uW_su，且δ_u>0.2时，制冷除湿器停止制冷，关闭五通贯通阀，打开换热器气体换热通道，控制气流顺时针内循环，并控制器依据电气设备工作温度的上限值W_SU和测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,FR,H％)，控制双向调速风机调速向上排气，打开上控气流组中与测温点所在电气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气设备对应的一个或多个进排气阀，将气体吸入，在密封舱内形成对测温点所在电气设备的换热气流，该气体经制冷除湿器除湿、换热器与环境温度换热，在双向调速风机调速的作用下，实现气流顺时针内循环。

此时，在温度W_xyz测温点所在的电气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，降低该电气设备的温度。

当δ_u≤0.2时，控制器启动制冷除湿器制冷，打开五通贯通阀，关闭换热器气流通道，顺时针内循环的气流经制冷除湿器制冷，实现密封舱内制冷换热。

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→空气制冷除湿器→双向调速风机，箭头所示为气流流动方向。

其中，δ_u为换热上限系数，

0<δ_u≤1，W_NO为密封舱环境温度，W_SU为电气设备工作温度上限。环境温度越高，换热器效率越低，换热上限系数δ_u越小。

当环境温度W_NO＝40℃，电气设备工作温度上限W_su＝50℃时，其比值为

δ_u＝0.2，此时换热器效率降低，需启动制冷除湿器参与制冷换热。通过环境温度的变化，实时调整换热上限系数δ_u，降低换热器的功耗。

2)当对电气设备放热时，控制器监测到某一测温点的温度W_xyz小于等于电气设备工作温度的下限值W_Sl与换热下限系数δ_l的乘积，即W_xyz≤δ_lW_sl时，控制器打开五通贯通阀，关闭密封舱内的气体经换热器换热通道，避免密封舱内的气体降温，并依据电气设备工作温度的下限值W_Sl和测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,P_dff,FR,H％)和空气热对流原理，控制双向调速风机调速向下排气，气体经制冷除湿器除湿，控制器的控制打开下控气流组中与测温点所在电气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气设备对应的进排气阀，将气体吸入，此时，在温度W_xyz测温点所在的电气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，提高该电气设备的温度。

其中，δ_l为换热下限系数，是1与密封舱外的环境温度W_NO和电气设备工作温度上限W_SU比值的绝对值的差，即

0<δ_l≤1；环境温度越低，换热下限系数δ_l越小。如环境温度W_NO＝-10℃，电气设备工作温度下限W_sl＝-25℃时，其比值为

δ_l＝0.6，由此通过环境温度的变化，实时调整换热下限系数δ_l，使换热器功耗大大降低。

气流循环路径为：双向调速风机调速排气→空气制冷除湿器→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：在没有其它电气设备遮挡的情况下，对温度W_xyz测温点所在的电气设备换热时，控制器依次打开电气设备测温点上控气流组对应的进排气阀K_uxz和下控气流组对应的进排气阀K_lxz，实现定向换热，上控气流组进排气阀K_uxz和下控气流组进排气阀K_lxz的打开顺序如下：

①打开上控气流组的第一进排气阀K_U43和下控气流组的第一进排气阀K_L31，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备的气流Q₁；

②打开上控气流组的第二进排气阀K_U42和下控气流组的第二进排气阀K_L32，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备的气流Q₂；

③打开上控气流组的第三进排气阀K_U41和下控气流组的第三进排气阀K_L33，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备的气流Q₃；

④打开上控气流组的第四进排气阀K_U33和下控气流组的第四进排气阀K_L41，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备的气流Q₄；

⑤打开上控气流组的第五进排气阀K_U32和下控气流组的第五进排气阀K_L42，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备的气流Q₅；

⑥打开上控气流组的第六进排气阀K_U31和下控气流组的第六进排气阀K_L43，产生通过温度W_xyz的测温点所在的电气设备的气流Q₆。

3)当控制器监测到密封舱内压力P_Ni小于环境大气压力P_NO与空气密度比值系数α的乘积，即P_Ni<αP_NO，且氮气含量N₂<86％时，控制器将气流内循环工作模式转换到补充氮气循环工作模式。

其中，W_xyz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；W_Sl为电气设备工作温度下限；W_SU为电气设备工作温度上限；N₂为氮气；P_Ni为密封舱内的压力；P_NO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(W_xyz,K_uxz,K_lxz,P_dff,H％)为测温点与控温关联函数。

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；

·避免环境气体进入，降低气体对电气设备的腐蚀、霉菌的滋生；

·依据理想气体方程，氮气瓶排出的低温气体助力电气电子设备降温；

·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本发明定向氮气控温的电气设备密封舱系统结构图；

图2本发明定向氮气控温的电气设备密封舱系统设备安放示意图；

图3本发明定向氮气控温的电气设备密封舱系统的五通贯通阀结构示意图；

图4本发明定向氮气控温的电气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，本发明氮气定向控温的电气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、氮气瓶15、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、氮气瓶15的供气管道4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的背阴面。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内的电气设备18的温度。

所述的氮气瓶15置于密封舱1的外侧，靠近密封舱1，氮气瓶15通过供气管道4与双向气流控制单元连接。

所述的传感器组分别安装在密封舱1内顶部和电气设备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、电磁减压阀13、气体流量传感器6和空气制冷除湿器12组成。

所述的五通贯通阀中的第1通道与电磁减压阀13的出口连接，电磁减压阀13的入口位于密封舱1外，通过供气管道4与氮气瓶15连接，电磁减压阀13将氮气瓶15排出气体减压，在电磁减压阀13打开时为密封舱1供气；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通道经第一主干管道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，该输气管道上安装有气体流量传感器6；双向调速风机14的下端与空气制冷除湿器12的一端连接，空气制冷除湿器12的另一端与下控气流组16的一端连接，制冷控制端和除湿控制端分别与控制器8连接，分别独立控制对制冷除湿器12中的制冷与除湿。

其中，气体流量传感器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的背阴面，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，五通贯通阀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。当密封舱1内气压升高，达到减压排气阀3压力阈值时，减压排气阀3打开排气。

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K_uxz、下控气流组16有进排气阀K_lxz。

上控气流组17为树状结构，第一主干管道5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K_uxz，多条树状分支管道末端的进排气阀K_uxz均吊挂在密封舱1内顶部。

下控气流组16为树状结构，第二主干管道9与制冷除湿器12的一端连接，制冷除湿器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K_lxz，多条树状分支管道末端的排气阀K_lxz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的进排气阀门K_uxz和下控气流组16的进排气阀门K_lxz都与控制器8连接，并依据密封舱1内每台电气设备18的最佳控温范围，控制上控气流组17中对应的进排气阀门K_uxz和下控气流组16中对应的进排气阀门K_lxz打开或关闭。

当电磁减压阀13关闭时，上控气流组17通过五通贯通阀、换热器2、双向调速风机14、制冷除湿器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、制冷除湿器12、双向调速风机14，实现顺时针气流内循环。

当电磁减压阀13打开时，在双向调速风机14排气的作用下，密封舱1外的空气依次经过双向气流控制单元的电磁减压阀13、五通贯通阀、双向调速风机14、制冷除湿器12、下控气流组16、密封舱1内换热，再经过上控气流组17吸入，实现提高密封舱内空气密度减低氧气含量的补充氮气循环。

如此，在密封舱1内有气流内循环和补充氮气循环两种工作模式，而气流内循环工作模式下，分别有顺时针和逆时针两种循环方式。

当执行气流内循环工作模式时，控制器8分别关闭双向气流控制单元的电磁减压阀13，断开氮气瓶15的供气输入通路，关闭五通贯通阀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、制冷除湿器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依据电气设备测温点，打开上控气流组17对应的进排气阀门K_uxz和下控气流组16对应的进排气阀门K_lxz，气流在双向调速风机14的作用下加速测温点区域电气设备18的气体扰动，调节该区域内的电气设备18温度。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→制冷除湿器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→制冷除湿器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。

当执行补充氮气循环工作模式时，控制器8控制打开五通贯通阀10关闭换热器2的气流通路，同时打开电磁减压阀13，建立五通贯通阀与密封舱1外氮气瓶15的供气输入通路。此时氮气瓶15的氮气经电磁减压阀13、五通贯通阀、双向调速风机14排气、制冷除湿器12、下控气流组16压入密封舱1内，再由上控气流组17吸入，提高密封舱1氮气含量、空气密度，降低气体温度。

在控制器8的控制下，使密封舱1内的压力保持在P_Ni≥αP_NO和氮气含量N₂≥86％。

空气对流通路为：氮气瓶15氮气→电磁减压阀13→五通贯通阀→双向调速风机14排气→制冷除湿器12→下控气流组16→密封舱1内→上控气流组17，箭头所示为气流流动方向。

由此提高气体密度、氮气含量、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内电气设备18的属性和摆放位置，安装在每台电气设备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、外气压差的变化和湿度H％、氮气的含量N₂％。其中，氮气传感器20中包含湿度传感器；气压差传感器19内包含密封舱1外环境温度传感器。

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温度传感器中的每个温度传感器W_xyz、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K_xy、减压排气阀3、双向调速风机14、五通贯通阀、电磁减压阀13、除湿器制冷除湿器12连接。

所述的控制器对所述定向氮气控温的电气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内电气设备18的摆放位置、换热监测点位置坐标、空气密度比值系数α、气流流速FR、湿度H％，建立测温点与控温关联函数：f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,FR,H％)。

2)确定空气密度比值系数α

依据密封舱1关闭时刻密封舱1内空气中氧气与氮气含量占比，和密封舱1内的氮气含量目标值N₂≥86％计算出通入氮气量，通过环境温度W_NO确定空气密度系数α。

3)补充氮气循环工作模式下的控制过程

当控制器8监测到密封舱舱门11关闭时，控制器8打开五通贯通阀10，关闭换热器2的换热气流通路；打开电磁减压阀13，建立氮气瓶15与密封舱1内供气通路，将氮气瓶15的氮气通入密封舱1内，在双向调速风机14的作用下，氮气由上至下流动，与密封舱1内气体混合；

当控制器8监测到密封舱1内N₂>86％和P_Ni≥αP_NO时，控制器8执行气流内循环工作模式，为电气设备18换热。

4)气流内循环工作模式下的控制过程

①电气设备18定向换热

气流内循环工作模式下对电气设备18的吸热模式和放热模式的控制过程如下：

吸热模式

控制器8监测到某一测温点的温度W_xyz≥δ_uW_su且δ_u>0.2时，制冷除湿器12停止制冷，关闭五通贯通阀10，打开换热器2气体换热通道，控制气流顺时针内循环，并依据测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,FR,H％)，打开控制气流单元中与测温点所在的电气设备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W_xyz测温点所在的电气设备18上产生由上至下定向对流空气，实现对温度W_xyz的测温点所在电气设备18的定向吸热。当δ_u≤0.2时控制器8启动制冷除湿器12中制冷工作，打开五通贯通阀10，关闭换热器2气流通道，实现密封舱1内制冷换热。δ_u为换热上限系数，0<δ_u≤1。

放热模式

控制器8监测某一测温点温度W_xyz≤δ_lW_sl时，依据测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,FR,H％)，控制逆时针气流内循环，打开控制气流单元中与测温点所在电气设备对应的进排气阀门，并打开五通贯通阀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内的气体压力作用下，在温度W_xyz测温点所在的电气设备18上产生由下至上定向的对流空气，实现对温度W_xyz测温点所在电气设备18的定向供热。δ_l为换热下限系数，0<δ_l≤1。

②气流内循环和补充氮气循环工作模式的转换

当压力P_Ni<αP_NO或N₂<86％时，由气流内循环工作模式转换为补充氮气循环工作模式。

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气设备18上流过，对电气设备18定向换热。

其中，f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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；W_xyz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；K_uxz为控上气流组17进排气阀门；K_lxz为下控气流组16进排气阀门；α为空气密度比值系数；W_Sl为电气设备18工作温度下限；W_SU为电气设备18工作温度上限；P_Ni为密封舱1内的压力；P_NO为密封舱1所处的环境大气压力；δ_u为换热上限系数，0<δ_u≤1；δ_l为换热下限系数，0<δ_l≤1。

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气设备上流过，对电气设备定向换热。

如图4所示，本发明密封舱系统的控制过程具体如下：

1、建立测温点与控温关联函数

依据密封舱1内电气设备18的摆放位置及电气设备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的进排气阀门K_uxz和下控气流组16的进排气阀门K_lxz的关联关系，通过空气密度比值系数α、气流流速FR、湿度H％对电气设备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(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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，并依据密封舱内1的氮气含量N₂百分比、压力P_Ni、气体流速FR、每个温度传感器测温点的温度W_xyz,分析、判断、制定对应的控制策略。

其中，f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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；W_xyz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；K_uxz为控上气流组17排气阀门；K_lxz为下控气流组16排气阀门；δ_u为换热上限系数，0<δ_u≤1；δ_l为换热下限系数，0<δ_l≤1。

2、确定空气密度比值系数α

当密封舱门舱11关闭时，密封舱1内氮气与氧气之比为78％:21％，设定环境大气压力P_NO为：P_NO＝100KP_a，则估算氧气压力占比为P_1O＝21KP_a，将其它气体压力1KPa与氮气压力合并计算为氮气压力，占比为P_1N＝78KP_a+1KP_a。为避免火灾发生，控制空气氧气含量必须小于14％时，将其它气体与氮气合并计算，在密封舱1内氮气含量为86％，氮气压力为：P_2N＝86KP_a；氧气压力为：P_2O＝14KP_a；氮气与氧气压力比为

，为达到密封舱1内氮气与氧气压力比

的目标，控制氮气瓶15为密封舱1内增加氮气，增加氮气压力P_CN算式为：

得到：

由此得到密封舱1内的压力为：

P_Ni＝P_1N+P_1O+P_CN＝79+21+50＝150KP_a。

由于空气密度与气体压力成正比，所以密封舱1内气压P_Ni与环境大气压P_NO之比等于密封舱1内空气密度与环境空气密度之比，由此得到空气密度比值系数为：

当密封舱1内气体压力降低时补充氮气，随着密封舱1内多次补充氮气，氮气的占比逐渐提高，当控制器8判断密封舱内N₂≥86％时，依据环境温度W_NO调整空气密度比值系数α，当环境温度W_NO≤10℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.05；当环境温度10℃<W_NO≤30℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.1；当环境温度30℃<W_NO≤40℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.2；当环境温度40℃<W_NO≤50℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.3，由此可降低氮气使用量。

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。

其中为，P_CN为密封舱1内增加的氮气压力；P_1O为环境氧气压力；P_2N为密封舱1目标氮气压力；P_2O；为密封舱1目标氧气压力；P_1N为环境氮气压力；α为空气密度比值系数；P_NO为环境大气压力；W_NO为环境温度。

3、补充氮气循环工作模式下的控制过程

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P_Ni平均温度W_avg、和密封舱1内的空气中氮气含量N₂％。

当控制器8监测到密封舱舱门11关闭时，控制器8打开电磁减压阀13，建立氮气瓶15与密封舱1供气通路；打开五通贯通阀10，禁止换热器2换热；打开上控气流组17和下控气流16组所有的进排气阀；控制双向调速风机14排气，密封舱1外的氮气经电磁减压阀13、五通贯通阀、上控气流组17进入密封舱1内，再由下控气流16组到制冷除湿器12除湿。由理想气体方程公式：

可知，在氮气瓶15为密封舱1排气过程中，压力和体积发生变化的同时，产生的低温氮气通入密封舱1内，由此提高密封舱1内的空气密度，降低空气温度。

当密封舱1内通入气体的压力P_Ni大于等于空气密度比值系数α与环境大气压力P_NO的乘积，即P_Ni≥αP_NO时，关闭电磁减压阀13，断开氮气瓶15与密封舱1内的供气通路。此时，密封舱1内氮气含量N₂≥86％时，控制器8控制下将补充氮气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。

补气气流循环工作模式下气流循环通路为：氮气瓶15气体→电磁减压阀13→五通贯通阀→上控气流组17→密封舱1内→下控气流组16→制冷除湿器12→双向调速风机14调速排气，箭头所示为气流流动方向。

其中，N₂为氮气；P_Ni为密封舱1内的压力；α为空气密度比值系数；W_SU为电气设备18工作温度上限；P_NO为密封舱1所处的环境大气压力；T_Ni为密封舱1内的温度；T_N为氮气瓶15内的温度；P_N为氮气瓶15内的气体压力；V_N为氮气瓶15内的体积；V_Ni为密封舱1内的体积。

4、气流内循环工作模式下的控制过程

控制器8关闭电磁减压阀13，切断氮气瓶15与密封舱1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P_Ni、平均温度W_avg和密封舱1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模式时气流由上至下流动，为对电气设备18吸热。气流逆时针内循环工作模式时气流由下至上流动，为对电气设备18放热。

1)当对电气设备18吸热时，控制器8监测到某一测温点的温度W_xyz大于等于电气设备18工作温度的上限值W_SU与换热上限系数δ_u的乘积，即W_xyz≥δ_uW_su，且δ_u>0.2时，制冷除湿器12停止制冷，关闭五通贯通阀10，打开换热器2气体换热通道，控制气流顺时针内循环，并控制器8依据电气设备18工作温度的上限值W_SU和测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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中与测温点所在电气设备18对应的进排气阀K_uxz，将气体排出，打开下控气流组16中与测温点所在电气设备18对应的进排气阀K_lxz，将气体吸入，在密封舱内1形成对对应测温点所在电气设备18的换热气流，该气流经制冷除湿器除湿12、换热器2与环境温度W_NO换热，在双向调速风机14调速的作用下，实现气流顺时针内循环。

此时，在温度W_xyz的测温点所在的电气设备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，降低该电气设备18的温度。

当δ_u≤0.2时控制器8启动制冷除湿器12制冷，打开五通贯通阀10，关闭换热器2气流通道，顺时针内循环的气流经制冷除湿器12制冷，实现密封舱1内制冷换热。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→空气制冷除湿器12→双向调速风机14，箭头所示为气流流动方向。

其中，δ_u为换热上限系数，是1与密封舱1外的环境温度W_NO和电气设备18工作温度上限W_SU的比值的差，即

0<δ_u≤1，环境温度越高，换热器2效率越低，换热上限系数δ_u越小。如环境温度W_NO＝40℃，电气设备18工作温度上限W_su＝50℃时，其比值为

δ_u＝0.2，此时换热器2效率降低，需启动制冷除湿器12参与制冷换热。

通过环境温度W_NO的变化，实时调整换热上限系数δ_u，降低换热器2功耗；

2)当对电气设备18放热时，控制器8监测到某一测温点的温度W_xyz小于等于电气设备18工作温度的下限值W_Sl与换热下限系数δ_l的乘积，即W_xyz≤δ_lW_sl时，控制器8分别控制打开五通贯通阀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，并依据电气设备工作温度的下限值W_Sl和测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,FR,H％)，控制双向调速风机14调速向下排气，气体经制冷除湿器12除湿，打开下控气流组16中与测温点所在电气设备18对应的进排气阀K_lxz，将气体排出，打开上控气流组17中与测温点所在电气设备18对应的进排气阀K_uxz，将气体吸入，此时，在温度W_xyz测温点的电气设备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，提高该电气设备18的温度。

其中，δ_l为换热下限系数，是1与密封舱1外的环境温度W_NO和电气设备18工作温度上限W_SU比值的绝对值的差，即

0<δ_l≤1；

环境温度W_NO越低，换热下限系数δ_l越小。如环境温度W_NO＝-10℃，电气设备18工作温度下限W_sl＝-25℃时，其比值为

δ_l＝0.6，由此通过环境温度W_NO的变化，实时调整换热下限系数δ_l，降低换热器2功耗。

气流循环路径为：双向调速风机14调速向下排气→空气制冷除湿器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。

如在没有其它电气设备18遮挡的条件下，对温度W_xyz测温点所在的电气设备18换热时，控制器8依次打开电气设备18测温点上控气流组17对应的进排气阀K_uxz和下控气流组16对应的进排气阀K_lxz，实现定向换热，上控气流组17进排气阀K_uxz和下控气流组16进排气阀K_lxz的打开顺序如下：

①打开上控气流组17的第一进排气阀K_U43和下控气流组16的第一进排气阀K_L31，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备18的气流Q₁；

②打开上控气流组17的第二进排气阀K_U42和下控气流组16的第二进排气阀K_L32，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备18的气流Q₂；

③打开上控气流组17的第三进排气阀K_U41和下控气流组16的第三进排气阀K_L33，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备18的气流Q₃；

④打开上控气流组17的第四进排气阀K_U33和下控气流组16的第四进排气阀K_L41，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备18的气流Q₄；

⑤打开上控气流组17的第五进排气阀K_U32和下控气流组16的第五进排气阀K_L42，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备18的气流Q₅；

⑥打开上控气流组17的第六进排气阀K_U31和下控气流组16的第六进排气阀K_L43，产生通过温度W_xyz的测温点所在的电气设备18的气流Q₆。

3)气流内循环和增压气流内循环工作模式的转换

当控制器8监测到密封舱1内压力P_Ni小于环境大气压力P_NO与空气密度比值系数α的乘积，即P_Ni<αP_NO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，W_xyz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；W_Sl为电气设备18工作温度下限；W_SU为电气设备18工作温度上限；δ_u为换热上限系数，0<δ_u≤1；δ_l为换热下限系数，0<δ_l≤1；N₂为氮气；P_Ni为密封舱1内的压力；P_NO为密封舱1所处环境的大气压力；H％为密封舱1内湿度；FR为控制气流单元气流流速。

Claims (1)

1.一种氮气定向控温的电气设备密封舱系统，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)、氮气瓶(15)、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)、氮气瓶(15)的供气管道(4)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)的背阴面；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)内的电气设备(18)的温度；

所述的氮气瓶(15)置于密封舱(1)的外侧、靠近密封舱(1)，氮气瓶(15)通过供气管道(4)与双向气流控制单元连接；

所述的传感器组分别安装在密封舱(1)内的顶部和电气设备(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、受控的双向气流控制单元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)、电磁减压阀(13)、气体流量传感器(6)和空气制冷除湿器(12)组成；

所述的五通贯通阀中的第1通道与电磁减压阀(13)的出口连接，电磁减压阀(13)的入口位于密封舱(1)外，通过供气管道(4)与氮气瓶(15)连接，电磁减压阀(13)将氮气瓶(15)排出气体减压，在电磁减压阀(13)打开时为密封舱(1)供气；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通道经第一主干管道(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气体流量传感器(6)；双向调速风机(14)的下端与制冷除湿器(12)的一端连接，空气制冷除湿器(12)的另一端与下控气流组(16)的一端连接，制冷控制端和除湿控制端分别与控制器(8)连接，控制器(8)分别控制制冷除湿器(12)的制冷与除湿；

其中，气体流量传感器(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；当密封舱(1)内气压升高，达到减压排气阀(3)压力阈值时，减压排气阀(3)打开排气；

上控气流组(17)有进排气阀门K_uxz，下控气流组(16)有进排气阀门K_lxz；

上控气流组(17)为树状结构，第一主干管道(5)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门K_uxz，多条树状分支管道末端的进排气阀门K_uxz均吊挂在密封舱(1)内顶部；

下控气流组(16)为树状结构，第二主干管道(9)与制冷除湿器(12)的一端连接，制冷除湿器(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门K_lxz，多条树状分支管道末端的进排气阀门K_lxz均铺设在密封舱(1)内的底部；

所述的上控气流组(17)的进排气阀门K_uxz和下控气流组(16)的进排气阀门K_lxz都与控制器(8)连接，并依据密封舱(1)内每台电气设备(18)的最佳控温范围，控制上控气流组(17)中对应的进排气阀门K_uxz和下控气流组(16)中对应的进排气阀门K_lxz打开或关闭；

当电磁减压阀(13)关闭时，上控气流组(17)通过五通贯通阀、换热器(2)、双向调速风机(14)、制冷除湿器(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)、制冷除湿器(12)、双向调速风机(14)，实现顺时针气流内循环；

当电磁减压阀(13)打开时，在双向调速风机(14)排气的作用下，密封舱(1)外的空气依次经过双向气流控制单元的电磁减压阀(13)、五通贯通阀、双向调速风机(14)、制冷除湿器(12)、下控气流组(16)、密封舱(1)内换热，再经过上控气流组(17)吸入，实现提高密封舱(1)内空气密度，减低氧气含量的补充氮气循环；

如此，在密封舱(1)内有气流内循环和补充氮气循环两种工作模式，而气流内循环工作模式下分别有顺时针和逆时针两种循环方式；

当执行气流内循环工作模式时，控制器(8)分别关闭双向气流控制单元的电磁减压阀(13)，断开氮气瓶(15)的供气输入通路，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)、制冷除湿器(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；控制器依据电气设备测温点，打开上控气流组(17)对应的进排气阀门K_uxz和下控气流组(16)对应的进排气阀门K_lxz，气流在双向调速风机(14)的作用下加速对应电气设备测温点区域的气体扰动，调节该区域内的电气设备(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)→制冷除湿器(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→制冷除湿器(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；

当执行补充氮气循环工作模式时，控制器(8)控制打开贯通阀门(10)关闭换热器(2)的气流通路；同时打开电磁减压阀(13)，建立五通贯通阀与密封舱(1)外氮气瓶(15)供气输入通路；此时氮气瓶(15)的氮气经电磁减压阀(13)过滤、五通贯通阀、双向调速风机(14)排气、制冷除湿器(12)、下控气流组(16)通入密封舱(1)内，再由上控气流组(17)吸入，提高密封舱(1)氮气含量、空气密度和降低气体温度；

在控制器(8)的控制下,使密封舱(1)内的压力保持在P_Ni≥αP_NO和氮气含量N₂≥86％；α为空气密度比值系数；P_Ni为密封舱(1)内的压力；P_NO为密封舱(1)所处环境的大气压力；

空气流动路径为：氮气瓶(15)氮气→电磁减压阀(13)→五通贯通阀→双向调速风机(14)排气引风→制冷除湿器(12)→下控气流组(16)→密封舱(1)内→上控气流组(17)，箭头所示为气流流动方向；由此提高气体密度、氮气含量、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)内电气设备(18)的属性和摆放位置，安装在每台电气设备(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、外气压差的变化和湿度H％、氮气的含量N₂％；氮气传感器(20)中包含湿度传感器；气压差传感器(19)内包含密封舱(1)外环境温度传感器；

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温度传感器中的每个温度传感器、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门、减压排气阀(3)、双向调速风机(14)、五通贯通阀、电磁减压阀(13)、制冷除湿器(12)连接；

所述的控制器(8)对所述电气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)内电气设备(18)的摆放位置、换热监测点位置坐标、空气密度比值系数α、气流流速FR、湿度H％，建立测温点与控温关联函数：f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,FR,H％)；

2)确定空气密度比值系数α

依据密封舱(1)关闭时刻密封舱(1)内空气中氧气与氮气含量占比，以及密封舱(1)内的氮气含量目标值N₂≥86％，计算出通入氮气量，通过环境温度W_NO确定空气密度比值系数α；

3)补充氮气循环工作模式下的控制过程

当控制器(8)监测到密封舱舱门(11)关闭时，控制器(8)打开贯通阀门(10)，关闭换热器(2)的换热气流通路；打开电磁减压阀(13)，建立氮气瓶(15)与密封舱(1)内供气通路，将氮气瓶(15)的氮气通入密封舱(1)内，在双向调速风机(14)的作用下，氮气由上至下流动，与密封舱(1)内的气体混合；

当控制器(8)监测到密封舱(1)内N₂>86％，并且P_Ni≥αP_NO时，控制器(8)执行气流内循环工作模式，为电气设备(18)换热；

4)气流内循环工作模式下的控制过程

①电气设备(18)定向换热

气流内循环工作模式下对电气设备(18)的吸热模式和放热模式的控制过程如下：

吸热模式

控制器(8)监测到某一测温点的温度W_xyz≥δ_uW_su，且δ_u>0.2时，制冷除湿器(12)停止制冷，关闭贯通阀门(10)，打开换热器(2)的气体换热通道，并依据测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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气设备(18)对应的进排气阀门，气体经换热器(2)换热后在压力作用下，在温度W_xyz测温点所在的电气设备(18)上产生由上至下定向对流空气，实现对温度W_xyz的测温点所在电气设备(18)的定位吸热；当δ_u≤0.2时，控制器(8)启动制冷除湿器(12)制冷，打开贯通阀门(10)，关闭换热器(2)的气流通道，实现密封舱(1)内制冷换热；

放热模式

控制器(8)监测到某一测温点温度W_xyz≤δ_lW_sl时，依据测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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气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W_xyz测温点所在的电气设备(18)上产生由下至上定向的对流空气，对温度W_xyz测温点所在的电气设备(18)定向供热；

②气流内循环和补充氮气循环工作模式转换

当压力P_Ni<αP_NO或N₂<86％时，由气流内循环工作模式转换为补充氮气循环工作模式；

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气设备(18)上流过，对电气设备(18)定向换热；

其中，f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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；W_xyz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；K_uxz为上控气流组(17)中的进排气阀门；K_lxz为下控气流组(16)中的进排气阀门；W_Sl为电气设备(18)工作温度下限；W_SU为电气设备(18)工作温度上限；N₂为氮气；α为空气密度比值系数；δ_u为换热上限系数，0<δ_u≤1；δ_l为换热下限系数，0<δ_l≤1；P_Ni为密封舱(1)内的压力；P_NO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)内电气设备(18)的摆放位置及电气设备(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)的进排气阀门K_uxz和下控气流组(16)的进排气阀门K_lxz的关联关系，通过空气密度比值系数α、气流流速FR、湿度H％对电气设备(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(W_xyz,K_uxy,K_lxy,α,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P_Ni、气体流速FR、每个测温点检测的温度W_xyz,制定对应的控制策略；

其中，f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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；W_xyz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(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；K_uxz为上控气流组(17)的进排气阀门；K_lxz为下控气流组(16)的进排气阀门、α为空气密度比值系数；

确定空气密度比值系数α的方法如下：

当密封舱舱门(11)关闭时，密封舱(1)内氮气与氧气之比为78％:21％，设定环境大气压力P_NO为：P_NO＝100KP_a，则估算氧气压力占比为P_1O＝21KP_a，将其它气体压力1KPa与氮气压力统称为氮气压力合并计算，则氮气压力占比为P_1N＝78KP_a+1KP_a；为避免火灾发生，空气中的氧气含量必须小于14％，此时密封舱(1)内氮气含量为86％，氮气压力为：P_2N＝86KP_a；氧气压力为：P_2O＝14KP_a；氮气压力与氧气压力比为

为达到密封舱(1)内氮气与氧气压力比

的目标，控制氮气瓶(15)为密封舱(1)内增加氮气，增加的氮气压力P_CN为：

得到：

由此得到密封舱(1)内的压力为：P_Ni＝P_1N+P_1O+P_CN＝79+21+50＝150KP_a；

由于空气密度与气体压力成正比，所以密封舱(1)内气压P_Ni与环境大气压P_NO之比等于密封舱(1)内空气密度与环境空气密度之比，由此得到空气密度比值系数为：

当密封舱(1)内气体压力降低时，随着密封舱(1)内多次补充氮气，氮气的占比逐渐提高；当控制器(8)判断密封舱内N₂≥86％时，依据环境温度W_NO调整空气密度比值系数α，

当环境温度W_NO≤10℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.05；

当环境温度10℃<W_NO≤30℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.1；

当环境温度30℃<W_NO≤40℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.2；

当环境温度40℃<W_NO≤50℃时，空气密度比值系数取值为α＝1.3；

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；

所述补充氮气循环工作模式下，控制器(8)对所述电气设备密封舱系统的控制过程如下：

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P_Ni、平均温度W_avg和密封舱(1)内的氮气含量N₂％；

当控制器(8)监测到密封舱舱门(11)关闭时，控制器(8)打开电磁减压阀(13)，建立氮气瓶(15)与密封舱(1)供气通路；打开贯通阀门(10)，禁止换热器(2)换热；打开上控气流组(17)和下控气流(16)组所有的进排气阀门；此时，密封舱(1)外的氮气瓶(15)气体经电磁减压阀(13)、五通贯通阀、上控气流组(17)进入密封舱(1)内，再由下控气流(16)组到制冷除湿器(12)除湿；由理想气体方程公式：

可知，在氮气瓶(15)为密封舱(1)排气过程中，压力和体积发生变化的同时，产生的低温氮气通入密封舱(1)内，此时密封舱(1)内的空气密度增加，空气温度降低；

当密封舱(1)内通入气体的压力P_Ni大于等于空气密度比值系数α与环境大气压力P_NO的乘积，即P_Ni≥αP_NO时，关闭电磁减压阀(13)，断开氮气瓶(15)与密封舱(1)内的供气通路；此时，密封舱内氮气含量N₂≥86％时，控制器(8)控制下将补充氮气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；

补充氮气循环工作模式下气流循环通路为：

氮气瓶(15)气体→电磁减压阀(13)→五通贯通阀→上控气流组(17)→密封舱(1)内→下控气流组(16)→空气制冷除湿器(12)→双向调速风机(14)调速排气，箭头所示为气流流动方向；

其中，N₂为氮气；P_Ni为密封舱(1)内的压力；α为空气密度比值系数；W_SU为电气设备(18)工作温度上限；P_NO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)对所述电气设备密封舱系统的控制过程如下：

控制器(8)关闭电磁减压阀(13)，切断氮气瓶(15)与密封舱(1)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P_Ni、平均温度W_avg和密封舱(1)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；

气流顺时针内循环时，气流由上至下流动，为对电气设备(18)吸热；气流逆时针内循环工作时气流由下至上流动，为对电气设备(18)放热；

1)当对电气设备(18)吸热时，控制器(8)监测到某一测温点的温度W_xyz大于等于电气设备(18)工作温度的上限值W_SU与换热上限系数δ_u的乘积，即W_xyz≥δ_uW_su，且δ_u>0.2时，制冷除湿器(12)停止制冷，关闭贯通阀门(10)，打开换热器(2)的气体换热通道，控制气流顺时针内循环，并控制器(8)依据电气设备(18)工作温度的上限值W_SU、测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,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)中与测温点所在的电气设备(18)对应的进排气阀门K_uxz，将气体排出，打开下控气流组(16)中与测温点所在电气设备(18)对应的进排气阀门K_lxz，将气体吸入；在密封舱内(1)形成对该测温点所在电气设备(18)的换热气流，该气流经制冷除湿器除湿(12)、换热器(2)与环境温度W_NO换热，在双向调速风机(14)调速的作用下，实现气流顺时针内循环；

此时，在温度W_xyz的测温点所在的电气设备(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，降低该电气设备(18)的温度；

当δ_u≤0.2时，控制器(8)启动制冷除湿器(12)制冷，打开贯通阀门(10)，关闭换热器(2)气流通道，顺时针内循环的气流经制冷除湿器(12)制冷，实现密封舱(1)内制冷换热；

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)→空气制冷除湿器(12)→双向调速风机(14)，箭头所示为气流流动方向；

其中，δ_u为换热上限系数，密封舱(1)外环境温度W_NO和电气设备(18)工作温度上限

W_NO为密封舱(1)外环境温度，W_SU为电气设备(18)工作温度上限；环境温度越高，换热器(2)效率越低，换热上限系数δ_u越小；

当环境温度W_NO＝40℃，电气设备(18)工作温度上限W_su＝50℃时，其比值为

δ_u＝0.2，此时，换热器(2)效率降低，需启动制冷除湿器(12)参与制冷换热；

通过环境温度W_NO的变化，实时调整换热上限系数δ_u，降低换热器(2)功耗；

2)当对电气设备(18)放热时，控制器(8)监测到某一测温点的温度W_xyz小于等于电气设备(18)工作温度的下限值W_Sl与换热下限系数δ_l的乘积，即W_xyz≤δ_lW_sl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，并依据电气设备(18)工作温度的下限值W_Sl、测温点与控温关联函数f(W_xyz,K_uxz,K_lxz,α,FR,H％)，控制双向调速风机(14)调速向下排气，气体经制冷除湿器(12)除湿，打开下控气流组(16)中与测温点所在电气设备(18)对应的进排气阀门K_lxz，将气体排出，打开上控气流组(17)中与测温点所在电气设备(18)对应的进排气阀门K_uxz，将气体吸入；此时，在温度W_xyz测温点所在的电气设备(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，提高了该电气设备(18)的温度；

δ_l为换热下限系数，

环境温度W_NO越低，换热下限系数δ_l越小；通过环境温度W_NO的变化，实时调整换热下限系数δ_l，降低换热器(2)的功耗；

气流循环路径为：双向调速风机(14)调速向下排气→空气制冷除湿器(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；

在没有其它电气设备(18)遮档的条件下，对温度W_xyz测温点所在的电气设备(18)换热时，控制器(8)依次打开电气设备(18)测温点对应上控气流组(17)的进排气阀门K_uxz和下控气流组(16)的进排气阀门K_lxz，实现定向换热，上控气流组(17)的进排气阀门K_uxz和下控气流组(16)的进排气阀门K_lxz的打开顺序如下：

①打开上控气流组(17)的第一进排气阀门K_U43和下控气流组(16)的第一进排气阀门K_L31，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备(18)的气流Q₁；

②打开上控气流组(17)的第二进排气阀门K_U42和下控气流组(16)的第二进排气阀门K_L32，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备(18)的气流Q₂；

③打开上控气流组(17)的第三进排气阀门K_U41和下控气流组(16)的第三进排气阀门K_L33，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备(18)的气流Q₃；

④打开上控气流组(17)的第四进排气阀门K_U33和下控气流组(16)的第四进排气阀门K_L41，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备(18)的气流Q₄；

⑤打开上控气流组(17)的第五进排气阀门K_U32和下控气流组(16)的第五进排气阀门K_L42，产生通过温度W_xyz测温点所在的电气设备(18)的气流Q₅；

⑥打开上控气流(17)组的第六进排气阀门K_U31和下控气流组(16)的第六进排气阀门K_L43，产生通过温度W_xyz的测温点所在的电气设备(18)的气流Q₆；

3)气流内循环和补充氮气循环工作模式的转换

当控制器(8)监测到密封舱(1)的内压力P_Ni小于环境大气压力P_NO与空气密度比值系数α的乘积，即P_Ni<αP_NO和、氮气含量N₂<86％时，控制器(8)将气流内循环工作模式转换为补充氮气循环工作模式；

其中，W_xyz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；W_Sl为电气设备(18)工作温度下限；W_SU为电气设备(18)工作温度上限；δ_u为换热上限系数，0<δ_u≤1；δ_l为换热下限系数，0<δ_l≤1；N₂为氮气；P_Ni为密封舱1内的压力；P_NO为密封舱(1)所处环境的大气压力；H％为密封舱(1)内湿度；FR为控制气流单元气流流速。

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