CN112968362A - 一种防结冰静音凝露除湿器、环网柜及除湿器的使用方法 - Google Patents

Abstract

一种防结冰静音凝露除湿器、环网柜及除湿器的使用方法，所述除湿器包括微热管阵列、半导体制冷片、通风道、连接所述半导体制冷片的电源，所述微热管阵列包含两片，与所述半导体制冷片的发热面贴合的为热端微热管阵列，与制冷片的制冷面贴合的为冷端微热管阵列；所述热端微热管阵列与所述半导体制冷片贴合的内侧面与所述冷端微热管阵列整体共同设置于所述通风道内；还包括防止所述冷端微热管阵列结冰的加热装置。本发明既适用于环网柜等，也适用于安装在柜体的各个壁面，通过对柜内空气温湿度的监测实现除湿自动控制并结合直流供电电源组成整个系统。实现常开无结冰、无风扇全自然对流散热，从根本上解决柜内结露问题。

Description

一种防结冰静音凝露除湿器、环网柜及除湿器的使用方法

技术领域

本发明本涉及电力设备柜的防结露除湿领域，具体的涉及的一种防结冰静音凝露除湿器、使用该除湿器的环网柜及除湿器的使用方法。

背景技术

环网柜等电力设备柜作为一种变配电设备，解决了区域性企业和城市建筑的高密度电力负荷，提供连续稳定可靠的供电，因其结构简单、与环境协调配合、运行可靠安全等特点及优势，紧凑化和模块化的环网柜在电网建设中占比越来越大。但环网柜内电缆穿孔进柜，由于进线孔密封不严以及柜体底部防水层常年累月受湿气侵蚀导致防水效果较差，当环网柜内设备运行发热，电缆沟或电缆井中的潮气上溢，导致局部线缆进线柜中空气的含湿量增加，通过对山东淄博某一环网柜内的含湿量进行了实时监测，更能证明上述实际问题，数据曲线如图8所示，线缆柜含湿量＞环网柜含湿量＞室外含湿量。

随着运行环境的温差变化，当局部小空间进线柜内空气的露点温度低于壁面温度，水汽就会从空气中冷凝析出附着于设备壁面，导致结露现象，温湿度的变化是凝露产生的重要原因。尤其在秋冬季节早晚温差越大时，环网柜凝露现象越严重，严重影响设备安全运行，导致电力故障和事故频繁发生。

目前针对上述问题的常规做法：一是环网柜内外空气直接通风，但环境湿度大时不起作用，且易受到室外空气品质如酸碱性、灰尘等因素的影响。二是在线缆接入的局部箱体内加入电加热设备，通过加热只会增加了空气中水蒸气的含量，没有从根本上解决除湿的问题。三是在局部加设半导体制冷装置，但换热面积有限，制冷除湿能力不足，且装置占用空间较大。还有驱潮剂等除湿措施，效果有限，吸水后水分难以排出，维护工作量大。目前上述方式无法从空间以及除湿效果等多因素层面实现真正意义的散热除湿。

传统的电力设备柜的半导体除湿器，需要设备柜打孔安装通风换热管道，不仅对柜体造成破坏，而且由于需要设置风扇通风，有风扇发生故障的安全隐患。另外，传统半导体除湿器在低温环境下冷端极易结冰，结冰后不仅半导体的除湿功能基本丧失，而且会引发除湿器的破环。

发明内容

为了解决现有传统除湿方式无法根本解决环网柜结露的问题，本发明提供一种防结冰静音凝露除湿器。

本发明的技术方案如下：

一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于包括超级导热材料微热管阵列、半导体制冷片、通风道、连接所述半导体制冷片的电源，所述微热管阵列包含两片，与所述半导体制冷片的发热面贴合的为热端微热管阵列，与制冷片的制冷面贴合的为冷端微热管阵列；所述热端微热管阵列与所述半导体制冷片贴合的内侧面与所述冷端微热管阵列整体共同设置于所述通风道内；还包括防止所述冷端微热管阵列结冰的加热装置。半导体制冷片热端的产生的热量既可以通过制冷片热端的微热管阵列的外侧面与环网柜壁面贴合，通过壁面的导热直接对外部空气散热，也可以通过所述通风道与环网柜内的空气对流散热，形成无风扇全自然对流散热的半导体除湿系统。

优选的所述热端微热管阵列位于上方，冷端微热管阵列位于下方，所述加热装置为设置于热端微热管阵列的底部的电加热膜。所述电加热膜的功率根据半导体功率和冷侧/热侧微热管阵列的长度比例综合设定；在相对湿度大于某一值，如60％时，保持半导体制冷片常开，同时通过控制电加热膜的启停，即，当半导体制冷片冷端温度低于0℃时，加热膜开启，当半导体制冷片冷端温度高于1--3℃时，加热膜关停，实现常开的制冷片冷端的温度始终处于非结冰的除湿状态。(1)可以提高制冷片热端的微热管阵列的温度，进而提升热端微热管阵列的外侧面贴合的环网柜壁面的温度，使其温度高于环网柜内部空气的露点温度，防止环网柜柜体壁面结露。(2)半导体制冷片制冷功率一定，电加热膜使其热端温度升高，对应的冷测温度相应升高，从而起到防止冷侧温度低于0℃出现结冰的现象，避免冷端结冰导致除湿效果降低的影响。

优选的所述热端微热管阵列的外侧面与所需要除湿的柜体壁面贴合，制冷片的热量通过柜体壁面直接对外散热。可与局部进线柜的正面板内壁贴合，从电缆进线柜的湿源处进行除湿；也可与环网柜侧壁面、正面及背板的内壁面贴合，解决柜体壁面凝露问题。

优选的在所述冷端微热管阵列和/或热端微热管阵列的壁面贴合翅片。根据冷端温度及冷侧除湿能力增加冷侧壁面的制冷除湿面积，最优化匹配冷端及热端的长度比例。当热端壁面温度过高时，可在正面壁面的外侧贴合不同种类的翅片，增加散热面积。低温天气下当环网柜内温度较低时，为防止冷侧由于冷凝面积较小导致温度过低，造成的结冰现象，也可在冷端微热管阵列的壁面贴合翅片，增加冷凝除湿的面积，通过合理匹配冷端与热端面积占比、半导体功率、电加热功率来实现应用于不同地域、不同环境温度的环网柜的防结露除湿的效果。上述目的是在室外温度较低时，对应的热侧温度较低，防止冷侧温度低于0℃，出现结冰的现象，影响除湿效果；同时，保持半导体常开，让冷侧温度始终低于露点温度，保持初始状态；同时，防止半导体的频繁启停对设备的稳定运行及使用寿命造成影响。

上述翅片形式包括平直翅片、锯齿形翅片、百叶窗翅片等不同种类的翅片。

优选的所述电加热膜也可以设置在所冷端微热管阵列的底部，当冷温度低于0℃时，通过开启冷端微热管阵列底部的电加热膜使其温度上升，防止结冰，达到高效除湿的目的。

优选的将温湿度控制系统、供电电源和/或风扇一体化成型集成到所述通风道的盖板上，易于后期规模化、微型化应用。风扇需要根据环网柜内部的结露的严重情况选择安装。当不同地方的环网柜结露不严重时，可不设置风扇，通过自然对流实现风道内空气与环网柜内的空气自然对流散热；当环网柜结露较为严重时，应设置风扇，通过强制对流实现风道内空气与环网柜内的空气自然对流散热，整体降低半导体热端和冷端微热管阵列的温度，增强除湿效果。所述风道将整个除湿元件的热端和冷端一起组成，冷端和热端的空气流相连通，通过冷端对空气降温效果达到对热端散热的强化，实现更高效的除湿，改良了常规的除湿器需要将冷侧和热侧单独分开的复杂工艺。

优选的在风道盖板下部对应冷端的地方设置圆点形、条缝形和/或网格型开孔，增强冷侧空气流通，强化除湿及散热效果。

优选的在实际安装过程中，对应在防结冰除湿器设备的下部一定距离的地方，安装结露凝水托盘，将凝水利用导流管排到环网柜壁面外。

优选的将所述半导体制冷片的制冷面与冷端微热管阵列的上部利用导热硅胶贴合，所述冷端微热管阵列的上部与半导体上边缘平齐或搓开至少1cm的距离；将所述半导体制冷片的发热面与所述热端微热管阵列一个面的下部利用导热硅胶贴合，热端微热管阵列下部与半导体下边缘平齐或搓开至少1cm，在所述热端微热管阵列的另一面与柜体内壁面利用导热硅胶贴合。

本发明还包括一种基于微热管阵列的防结露除湿环网柜，基于前述的一种防结冰静音凝露除湿器。

本发明还包括前述除湿器的使用方法，在相对湿度大于设定值时，保持半导体制冷片常开，同时通过控制所述加热装置的启停，即当半导体制冷片冷端温度低于0℃时，加热装置开启，当半导体制冷片冷端温度高于0--3℃时，加热装置关停。

本发明的技术效果如下：

本发明一种基于微热管阵列高效导热及散热的防结冰静音凝露除湿器，可用于电力设备柜的防结露，实验室仪器设备柜、档案柜及收藏橱柜的防潮管理。该凝露除湿器基于半导体制冷降温原理凝结空气中的水汽，半导体制冷片的热端利用微热管阵列作为核心高效传热元件将半导体制冷片的发热有效传导并散发到空气中，半导体制冷片的冷端利用微热管阵列作为核心高效传热元件将半导体制冷片的冷量对空气降温并凝结空气中的水汽进行除湿。半导体制冷片的热端与冷端还共用一个风道，无论是自然通风(烟窗效应)还是强制通风散热，可以通过冷端对空气降温效果达到对热端散热的强化，实现更高效的除湿。由于传统半导体制冷除湿器在低温环境中冷端易结冰，不仅严重影响除湿效果，而且使得半导体容易结冰损坏。而本发明则设置有加热装置例如电加热膜，可通过监测的半导体冷端的温度控制电加热膜的启停，可保证半导体冷端不会结冰从而保证除湿器连续工作，对气温较低且昼夜温差较大的地区的除湿极为重要。

本发明利用微热管阵列作为核心高效传热元件，将一组微热管阵列分别与半导体制冷片的制冷面与加热面贴合组成防结露除湿部件，该部件冷侧微热管阵列可实现降温冷凝除湿，降低空气中水蒸气含量，避免在设备及内部结露；热侧微热管阵列既可以通过风道高效除湿、更可以通过与柜体壁面贴合直接对外部空气散热，不仅克服了传统除湿器必须通过设备柜打孔通风换热造成对柜体的破坏，还可提升柜体壁面温度，防止了柜体在外气温急剧降低造成的柜体内侧面的凝露问题。易于模块化应用且不占用内部设备空间，不影响开门检修维护。本方法及系统既适用于环网柜体内小空间如局部进线柜内，也适用于安装在环网柜体的各个壁面处，易于安装且不占用内部设备空间，不影响开门检修维护。同时，通过对柜内空气温湿度的监测实现除湿自动控制并结合直流供电电源组成整个系统。本发明传热、传冷及除湿性能高效且自动诊断控制，实现无风扇全自然对流散热，结构形式简便，易于模块化应用及现有环网柜改造，节省空间，对环网柜的规模化、一体化的应用及发展具有重大的意义。既适用于环网柜等小空间如局部进线柜内，也适用于安装在柜体的各个壁面，通过对柜内空气温湿度的监测实现除湿自动控制并结合直流供电电源组成整个系统。实现常开无结冰、无风扇全自然对流散热，从根本上解决柜内结露问题，结构形式简便，易于模块化、标准化应用及现有环网柜等电力设备柜的改造。

本发明半导体的发热面的热量当通过热端微热管阵列与环网柜或进线柜的壁面贴合，将热量散到室外或柜外时，解决了常规半导体除湿装置将热量直接散到柜内导致温度升高影响设备正常运行的问题。同时，热端微热管阵列与环网柜壁面贴合，不仅自然散热面积大，可以整体的提升柜体壁面的温度，让环网柜内壁面温度高于柜内空气的露点温度，防止壁面结露，让柜内空气的水分全部在除湿模块的冷侧凝结，并经过冷凝水托盘排到柜体外。

冷端利用微热管阵列的高导热特性实现冷端均匀快速冷却，增加了冷却除湿面积，保证柜内空气中的水蒸气直接从本装置冷侧冷凝除湿，避免凝结在各用电设备表面。

冷热两侧全部利用超级导热材料进行散热和凝露，取代传统铝型材，依靠自然对流传热传质，取代传统风扇形式，大幅提高效率。

根据不同地区，不同环网柜环境条件以及环网柜内的工作负荷(发热量)造成的温度及湿度的差异性，在局部进线柜内壁面或环网柜内壁面匹配1个及以上凝露除湿器。

所述冷端及热端微热管阵列的长度比例需综合考虑不同规格的环网柜及电缆进线柜壁面的结构及尺寸，并根据最不利天气条件下对应的柜内温度和相对湿度，对半导体功率进行最优化选型，上述长度比例及半导体功率三者需相互匹配，满足柜内的除湿能力。

本发明的除湿器利用直流电源为半导体除湿部件供电，柜内安装温湿度传感控制器，根据温度和湿度控制，实现所有除湿模块的联动启动和停止，智能化自动诊断监测运行。

附图说明

图1为装有风道盖板的凝露除湿器结构图；

图2为集成于一体的风道盖板(风扇、电源、控制器)示意图；

图3为凝露除湿器与环网柜壁面结合的结构图；

图4为冷端装有带翅片的凝露除湿器结构图；

图5为热端底部装有电加热膜的除湿模块图；

图6为图5电加热膜附近放大图；

图7为凝露除湿器在环网柜内局部布置示意图；

图8为背景技术实时监测含湿量曲线图。

标号列示：1-热端微热管阵列；2-冷端微热管阵列；3-半导体制冷片；4-风道盖板；5-风扇；6-控制器及电源；7-环网柜壁面；8-冷凝水托盘；9-冷凝水管；10-翅片；11-电加热膜；12-开孔。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图1-7和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，将半导体制冷片3的发热面与热端微热管阵列1一面的底部利用导热硅胶粘贴，半导体制冷片3距离底部的距离可根据微热管阵列的性能进行调整。将冷端微热管阵列2与半导体制冷片3的制冷面利用导热硅胶粘贴，利用微热管阵列的高导热导冷能力，实现冷侧壁面均匀冷却，对局部小空间的湿空气进行除湿，降低空气中水蒸气含量，避免在上部设备内部结露。上述热端微热管阵列1、冷端微热管阵列2和半导体制冷片3组成除湿模块，然后利用风道盖板4将除湿模块盖上组成风道，该风道将整个冷端和热端都覆盖。

如图2所示，根据不同环网柜结露情况的不同程度，可选择安装或不安装风扇5，利用强制对流或自然对流实现与环网柜内空气的换热，将风扇5和温湿度控制器以及电源三者同时集成风道盖板于一体。在所述通风道的盖板下部对应冷端的地方设置圆点形、条缝形和/或网格型开孔12

如图3所示，将热端微热管阵列1的另一面与环网柜壁面7利用导热硅胶粘贴或其它方式固定，热端发热量通过导热将热量传递到壁面散热，然后冷侧壁面的冷凝水滴顺着微热管阵列的壁面流下低落到冷凝水托盘8内，当积聚到一定凝水量时，沿着冷凝水管9排除到柜体外。

还可将除湿模块采用同样传热传冷的原理应用到环网柜7的前后左右各个壁面，热端可提升贴合壁面温度，防止了柜体在外气温急剧降低造成的柜体内侧面的凝露问题。

如图4所示，上述当冷端温度过低或需要增加除湿面积时，可在冷侧壁面贴合不同种类的翅片10。根据柜体内部的不同的工作环境进行优化匹配。

如图5所示，当室外温度较低时，热端微热管阵列1的温度对应较低，会导致冷端微热管阵列2的温度低于0℃，影响除湿的效果，这时需要在热端微热管阵列1的底部或冷端微热管阵列2的底部加装一定功率的电加热膜11，如图6所示。具体功率要根据半导体功率和冷侧/热侧微热管阵列的长度比例综合设定，该技术方法是在相对湿度较大时(如大于60％)保持半导体常开，通过控制电加热膜的启停，来实现冷侧的温度始终处于除湿状态(如温度控制在0-3℃)。

根据环网柜除湿量的大小在环网柜的前后壁面、侧壁面匹配不同数量的凝露除湿器，凝露除湿器的布置示意如图7所示，每一个凝露除湿器器单独工作，通过对柜内空气温湿度进行监测，实现除湿系统自动控制，控制简单易实现。

以上实施例在高精度焓差实验室实测的不同长度比例，不同半导体功率在不同温度和湿度下的除湿量作为数据支持，针对不同地区进行最优化选型。针对某地区高温高湿工况下的测试如下所示：

编号	半导体构件规格	5h后除湿量	1h除湿量
				101	20W，冷侧200mm，热侧1000mm	14.4g	2.88g
102	15W，冷侧200mm，热侧700mm	11.5g	2.3g
				103	20W，冷侧200mm，热侧350mm	4.1g	0.82g
104	20W，冷侧200mm，热侧700mm	18.2g	3.64g

基于微热管阵列的环网柜防结露除湿器，所有除湿设备的直流电压保持一致并采用并联的方式接入直流供电电源中，通过对柜内空气最不利的温湿度进行监测，实现除湿系统自动控制，所有模块同时启停，控制简单易实现。并结合直流供电电源组成整个系统。本发明传热、传冷及除湿性能高效且自动诊断控制，实现无风扇全自然对流散热，结构形式简便，易于模块化应用及现有环网柜改造，节省空间，对环网柜的规模化、一体化的应用及发展具有重大的意义。

Claims (13)

1.一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于包括微热管阵列、半导体制冷片、通风道、连接所述半导体制冷片的电源，所述微热管阵列包含两片，与所述半导体制冷片的发热面贴合的为热端微热管阵列，与制冷片的制冷面贴合的为冷端微热管阵列；所述热端微热管阵列与所述半导体制冷片贴合的内侧面与所述冷端微热管阵列整体共同设置于所述通风道内；还包括防止所述冷端微热管阵列结冰的加热装置。

2.根据权利要求1所述的一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于所述热端微热管阵列位于上方，冷端微热管阵列位于下方，所述加热装置为设置于热端微热管阵列的底部的电加热膜。

3.根据权利要求1所述的一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于在所述冷端微热管阵列和/或热端微热管阵列的壁面贴合翅片。

4.根据权利要求3所述的一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于所述翅片为平直翅片、锯齿形翅片和/或百叶窗翅片。

5.根据权利要求1所述的一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于所述加热装置为设置在所述冷端微热管阵列的底部的电加热膜。

6.根据权利要求1所述的一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于温湿度控制系统、供电电源和/或风扇一体化成型集成在所述通风道的盖板上。

7.根据权利要求1所述的一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于在所述通风道的盖板下部对应所述冷端微热管阵列的位置设置圆点形、条缝形和/或网格型开孔。

8.根据权利要求1所述的一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于在所述除湿器下部安装结露凝水托盘。

9.根据权利要求1所述的一种防结冰静音凝露除湿器，其特征在于将所述半导体制冷片的制冷面与冷端微热管阵列的上部利用导热硅胶贴合，所述冷端微热管阵列的上部与所述半导体制冷片上边缘平齐或搓开至少1cm的距离；将所述半导体制冷片的发热面与所述热端微热管阵列一个面的下部利用导热硅胶贴合，所述热端微热管阵列下部与所述半导体制冷片下边缘平齐或搓开至少1cm。

10.一种除湿环网柜，其特征在于包括权利要求1-9任一所述的一种防结冰静音凝露除湿器，所述热端微热管阵列的另一面与柜体内壁面贴合，所述半导体制冷片的发热量由柜体壁面散发到柜外。

11.根据权利要求10所述的环网柜，其特征在于所述热端微热管阵列的另一面与柜体内壁面利用导热硅胶贴合或机械方式固定贴合。

12.根据权利要求10所述的环网柜，其特征在于所述除湿器与局部进线柜的正面板内壁、环网柜侧壁面、正面和/或背板的内壁面贴合。

13.根据权利要求1-9任一所述的一种防结冰静音凝露除湿器的使用方法，其特征在于在相对湿度大于设定值时，保持半导体制冷片常开，控制所述加热装置的启停，即当半导体制冷片冷端温度低于0℃时，加热装置开启，当半导体制冷片冷端温度高于0--3℃时，加热装置关停。

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