CN205670889U - 一种动力柜的散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动力柜的散热装置，属于设备运行环境治理技术领域，该装置设置于动力柜腔室内，关键在于：本装置中包括分别设置于动力柜腔室两个对立墙面上的进风口、室外排风口，在动力柜腔室中还设置有排风通道，动力柜腔室内的排风扇借助排风通道与室外排风口连通，在排风通道上还设置有带有阀门的对室内排热风出口。采用缓进风，快出风的方法，对进出风进行有效管理。使排风口最大限度远离进风口，采用在进风口与设备进风口之间设置冷却空调，对极端天气进行可控管理。满足电气设备对环境温度、湿度及洁净度的要求，保证设备长周期稳定运行。

Description

一种动力柜的散热装置

技术领域

本实用新型属于设备运行环境治理技术领域，涉及变频器柜(室)、软启动柜(室)、SVC、SVG发热电气设备所在柜(室)的高效散热技术，具体地说是一种动力柜的散热装置。

背景技术

在电气成套设备和发热动力设备应用中，动力柜(室)一般是指装有变频器、软起动器、电容自动投切、变压器、电抗器等的发热电器设备的柜体或房屋建筑(即布置于室内的如变频器、电容器、电抗器、软启动器、变压器等发热设备；也包括其它一些需要环冷空气冷却的其它热源。)首先要考虑的是散热问题，即如何有效及时地把发热源散发出来的热量疏散到周围环境中。降低发热源设备本身温度以及降低发热源的环境温度。防止因热量聚集导致发热元件周围环境温度过高而不能正常工作，甚至损坏，亦或是由于发热源周围环境温度的需要，比如人或其它设备工作和运行需要，因此人们在动力柜上加装风扇、空气流换热装置。如空调、空水冷、空空冷等换热降温设备。也有利用动力柜(室)内外设计空气流动来达到降温目的的，但由于设计不合理，通风口尺寸没有设计规范、往往造成通风处风量大、风速高，粉尘容易聚集，积累而堵塞封口，进而造成柜(室)内负压，影响散热效果。恶化热源设备工作环境。对于采用空调、空水冷、空空冷的强迫冷却方案。如空调是氟利昂制冷换热与室内空气换热。把热量带到室外。在室外冷却机中的压缩机对带有热量的氟利昂压缩，热量经室外机散热至大气。即换热路径是空气(室内)—空调制冷剂—空气(室外)。其动力源是电能。空水冷的路由是空气(室内)—水—空气(室外)。其动力源是电能，通过电机、水泵实现水的流动及散热。空—空冷的路由是空气(室内)—空气(室外)。其动力源依然是电能。这类冷却方式用在小热源的环境，电能消耗并不明显，当用于大型热源设备时，比如大功率变频器柜、大功率变频器室或室内装有多台变频器时，冷却用电量消耗惊人，有的高达几百千瓦；总之：动力柜(室)高耗能散热与粉尘治理是目前存在的突出问题。寻求一种符合动力设备冷却要求的节能方法，是既能满足散热的空气质量要求又能节能增效的散发热量的客观需求，因此，有迫切的现实意义。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，设计了一种动力柜的散热装置，本实用新型用最简便、最廉价的方式来使用大气资源，使大气最直接为散热服务，从而对热源空气流动进行高效管理和对动力设备环境进行温度和湿度的有效管理。

本实用新型采用的技术手段为：一种动力柜的散热装置，该装置设置于动力柜腔室内，关键在于：本装置中包括分别设置于动力柜腔室两个对立墙面上的进风口、室外排风口，在动力柜腔室中还设置有排风通道，动力柜腔室内的排风扇借助排风通道与室外排风口连通，在排风通道上还设置有带有阀门的对室内排热风出口。

所述的室外排风口处还设置防护网，室外排风口上端还设置有防雨罩。

所述的进风口还设置有过滤网，该过滤网的目数为140-170目，其倾斜放置，与水平面的夹角α为85°<α<88°。

所述的过滤网外侧还设置有百叶窗，该百叶窗的窗叶沿进风方向呈波浪形状、且在长度方向上的倾斜角度β为1°＜β＜10°。

所述的百叶窗的外侧与内侧具有高度差，外低内高、在宽度方向上倾斜角为35-45°角设置。

在动力柜腔室内部、进风口侧设置有空调。

本实用新型的有益效果在于：1、从背景技术中可以看出，强化室(柜)内的通风，由于设计及客观条件限制，导致通风口风量大，粉尘在进风口滤网聚集，该方法不被人们所采用。而利用空调、空水冷、空空冷等设备时，电能又消耗很高。造成能源以无谓消耗甚至浪费，这是人们目前的无奈选择。但同时我们发现，无论哪种散热方式都和大气有关，最终热交换都在大气中散发。因此，既然大气是热量的最终吸纳物，那我们就从大气入手。用最简便、最廉价的方法来使用大气资源，使大气最直接为散热服务是本发明的目标。对热源空气流动进行高效管理和对动力设备环境进行温度和湿度的有效管理是本发明的手段。2、采用缓进风，快出风的方法，对进出风进行有效管理。使排风口最大限度远离进风口。对进风进行分级过滤沉降、吸附管理，进而净化冷却空气。采用在进风口与设备进风口之间设置冷却空调的方法，对极端天气进行可控管理。采用排出热风回收室内的方法对极端天气湿度进行管理，这种管理可以采取调控入口的方法，也可以采取智能自动控制方法。以满足电气设备对环境温度、湿度及洁净度的要求。保证设备长周期稳定运行。由于采用了便捷高效的热风、温湿管理方式，同时节约了大量电能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中百叶窗中β角的示意图。

图3是百叶窗窗叶的结构示意图。

附图中，1是动力柜腔室，2是动力成套设备，3是室外排风口，4是对室内排热风出口，5是进风口，6是空调，7是百叶窗，8是过滤网，9是排风通道。

具体实施方式

本实用新型为一种动力柜(室)的高效节能散热装置：直接利用柜(室)外空气对柜内进行散热，并对柜(室)外空气进行高效的治理和管理，使之变成能直接进入变频器等电器设备的清洁冷却空气。该装置直接参与电气元器件，电气设备等发热源的散热工作，免去部分空调、冷却空水冷、冷却空空冷等大耗能换热环节。从而实现高效节能的热源管理和冷却风管理。由原来杂乱高耗能的管理变成高效有序的对空气和热量的管理。包括以下几个部分：

1.对热源出风口的热量去向管理

2.对冷却风进口的合理有序的管理

3.对极端天气环境的特殊管理

4.对整个柜(室)内气流及冷热风的统畴协调管理

下面对以上4部分进行详细介绍。

一、对热源出风口的热量去向管理

在整台(机)和成套设备中，一般都设有发热源的散热通风道，即排风口，将排风口即排风道的热风有计划地排出柜(室)外，如图1所示：动力成套设备2在运行中发热，热量由位于动力成套设备2上的排风扇排出。热量随排风通道9穿过柜(室)的壁、墙排出柜(室)外。在室外的排风口处设置上长下短的防雨罩。排风口最终断面有防止小动物进入的防护网。

图1中还设置有带有阀门的对室内排热风出口4，其目的是当遭遇阴雨(雪)天气时，空气湿度变大，并长期大于90％，此时适度打开阀门对室内排热风，防止动力设备因空气湿度过大，且温度变化大而导致结露，进而影响设备正常运行，是对柜(室)内空气温度、湿度综合管理的有效手段。结露有两条件同时具备就会发生。一是空气湿度大于90％，二是温度变化大，因此控制住其中一条即可防止结露发生。

二、对冷却风进口的合理有序管理

过去，人们也曾试图采用柜(室)外大气直接进行设备冷却，因为这种冷却方式是最直接最廉价的冷却方式。使用便捷，方法简单，省去中间介质换热的麻烦。但由于直接风冷具有粉尘量大，易造成设备故障，或易堵塞进风口，影响进风量等，导致最终不能有效散热，并导致设备无法正常运行。其症结在于没有对进风进行有效的管理。因此，我们采用扬弃的方式对进风口进行高效有序的管理。

以前人们想法问题就出在冷却风进风口面积上，通风面积太小，会导致风速很高，风速高就会有很多粉尘堵塞到滤网上。风力给堵塞滤网提供动力，最终导致滤网堵塞，且越堵越塞，恶性循环。本专利的方法是将通风口面积设计的足够大，即通过降低风速且设计成带有自动清扫尘降功能的过滤网8，对大气污染的集中污染物分级管理。使室外空气在进入室内的过程中变得有序且得到净化。从而得到合格的冷却风源，具体方法如下：

1、通过整台(机)设备的效率或功率及变频器的经验损耗计算方法计算发热量。

a:用效率计算

QR＝Pe·(1-η)

式中：QR—发热功率

Pe—设备额定功率

η—整机(台)成套设备效率

b：发热量估算：

动力柜内的发热源是由变频器、软启动器、电容、电抗、变压器等设备内部的功率损耗产生的。这种功率损耗由两部分组成。一部分是电力电子元件及功率元件的功耗产生。另一部分是由比如移相变压器等的设备功耗。电力电子功率元件的最大估算方法是:每1KVA(1KW)电力电子元件(一组三相元件)其产生的损耗功率为3-5W。因此，软启动器归电气调节柜等只使用一组电力电子元件的设备需要每1KVA(1KW)产生热量3-5W计算。变频器等除有整流环节又有你变环节的按6-10w计算。变压器类，其损耗为：新型变压器按1.5％计算，老式变压器按3-5％计算。

以上两种是目前业内通用发热量估算方法，而每带走1KW的热量需要用风0.1m³/s(立方米每秒)或按成套整机(柜)设备给出的实际风量来计算风量，由此我们得到了设备发热量的最基础数据、冷却风量，实践表明，当风速过大时，大气粉尘会以风为动力吸附于进风口过滤网8上，导致过滤网8堵塞。当风速低于二级风时，大气污染物有自然沉降功能。因此，我们取1级风作为冷却风的进风速度，大气污染物中的粉尘会自动沉降而不会吸附到过滤网8上，其实也就是没有吸附动力。在设计进风口面积时用设备通风需求量除以风速即可得到有效通风面积。用公式表示：有效通风面积＝设备通风量(m³/s)/风速(1m/s)，实际上，有效通风面积除以过滤网通风率即可得到实际通风口的面积。即实际通风口面积＝有效通风面积/滤网通风率。过滤网8的放置如图1所示。

过滤网8放置与水平面的夹角α，85°<α<88°。这样风沿箭头方向接触到过滤网8时，由于过滤网8能自然阻挡作用，粉尘会因重力自动向下沉降，过滤网8就会有自动清洁功能。

过滤网8孔径的选择：事实上，粉尘对变频器的影响集中体现在粉尘在电器元件上泵积会影响散热，也会容易引起短路而损坏电气设备。所以用于冷却的空气应是干净空气，是基本要求。在实际应用中，每个电气设备厂商使用的过滤网孔径也不一样。有的高达几毫米，也有的在几微米。相差很大，鉴于此，本专利采用分级过滤的方法，以最严格的要求为目标，以设备本身滤网孔径5μm为最基本粉尘粒径。实施粉尘粒径分级管理，由前面颗粒污染物分类可知，实际上0-100μm的微粒中，有相当一部分如粉尘、烟、轻雾、重雾、霾、烟雾等是以气溶胶形成存在。有一部分有自己的沉降功能，如降尘、悬浮物等。也有一部分属于浮漂物，没有滤掉的这一部分在进入设备后被加热，热动能升高，会被加热，不会沉降在设备器件上，因此，冷风通道滤网只对≥100μm的粉尘进行拦截即可。100μm对应的滤网目数是140—170目。一般140目即可。气溶胶吸附由另一部分百叶窗式过滤通风装置来完成。因此，滤网的选择以140目符合通风面积的尺寸为原则。小于90°倾斜放置，可以实现自动清洁降尘的过滤净化目的。

过滤网8宜采用尼龙材质。尼龙耐碱性、耐腐蚀性最佳。因此，寿命长，而且通风阻力低、通风率高、可以反复清洗、经济性好，捕捉颗粒污染物及尘粒能力高，易清洗，耐冲击力好。

过滤网8要过滤掉的一些粉尘粒子外，还有一部分气溶胶如PM2.5、PM5、PM10等。＞PM5的粒子由成套设备的滤网拦截，胶状物则由波浪型百叶窗拦截，如图2、3所示。百叶窗7位于过滤网8的外侧，一是用于防雨雪侵入室内，浸蚀过滤网8。二是，风沿箭头方向缓慢进入与上下叶壁接触的机会大大增加，气溶胶容易吸附在窗叶上。窗叶并不水平摆放，在长度方向上有个角度β。10°>β>1°。一般的窗叶为水平放置，而我们将窗叶倾斜放置，这样放置利于清洁冲洗。即可沿槽冲洗干净。风沿箭头方向缓慢前行，大的颗粒会自动沉降入波浪槽底。百叶窗7按外低内高按相关规范宽度方向上呈45度角放置。

三、对极端天气的特殊冷风管理

变频器的工作环境一般为-10℃--+40℃温度。这也是一般电器设备的工作温度，如遭遇极端天气，比如气温大于40℃，甚至大于45℃。湿度大于90％，就应采取措施。

1.温度控制措施

由于一年中气温大于40℃的时间比较短，而大气温度一旦大于40℃。用大气温度本身降温已经不可取，因此采用空调制冷补充的方式较好，在进风口与设备进气口之间设置空调冷却。且只需把进入设备的空气温度降到40℃以下即可。因此制冷量也不大。这种以大气为主，以空调6补充的方法是最小能源消耗冷却散热方式。

由于动力设备的排风机的作用，热风会源源不断地由排风道排出。同样，空气也源源不断由进风口缓慢流入，空调6对流入的空气进行冷却，经冷却的小于40℃的冷风进入设备进风口，对电气元器件实施冷却，达到电气设备稳定运行的目的。

2、湿度控制措施

湿度大于90％，也是一种极端情况，如雨雪天气，空气湿度大，阴天气温一般不高，进入设备后温度变化大，就会结露，为防止结露，在出风口预留了室内热风出口4可适当调节4的排风大小，提高室内温度降低电气室器件进出风温差，防止结露。另外，由于室内温度适当调高，室内空气中的水会蒸发而干燥实际也是一个干燥过程。

当室内温度高且湿度高时，可直接使用空调降低室内湿度，空调冷凝本身就是降湿手段。

四、由以上叙述可知：采用缓进风，快出风的方法，对进出风进行有效管理。使排风口最大限度远离进风口。对进风进行分级过滤沉降、吸附管理，进而净化冷却空气。采用在进风口与设备进风口之间设置冷却空调的方法，对极端天气进行可控管理。采用排出热风回收室内的方法对极端天气湿度进行管理，这种管理可以采取调控入口的方法，也可以采取智能自动控制方法。以满足电气设备对环境温度、湿度及洁净度的要求。保证设备长周期稳定运行。由于采用了便捷高效的热风、温湿管理方式，同时节约了大量电能。

Claims (7)

1.一种动力柜的散热装置，该装置设置于动力柜腔室(1)内，其特征在于：本装置中包括分别设置于动力柜腔室(1)两个对立墙面上的进风口(5)、室外排风口(3)，在动力柜腔室(1)中还设置有排风通道(9)，动力柜腔室(1)内的排风扇借助排风通道(9)与室外排风口(3)连通，在排风通道(9)上还设置有带有阀门的对室内排热风出口(4)。

2.根据权利要求1所述的一种动力柜的散热装置，其特征在于：所述的室外排风口(3)处还设置防护网，室外排风口(3)上端还设置有防雨罩。

3.根据权利要求1所述的一种动力柜的散热装置，其特征在于：所述的进风口(5)还设置有过滤网(8)，该过滤网(8)的目数为140-170目，其倾斜放置，与水平面的夹角α为85°<α<88°。

4.根据权利要求3所述的一种动力柜的散热装置，其特征在于：所述的过滤网(8)为尼龙材质。

5.根据权利要求3所述的一种动力柜的散热装置，其特征在于：所述的过滤网(8)外侧还设置有百叶窗(7)，该百叶窗(7)的窗叶沿进风方向呈波浪形状、且在长度方向上的倾斜角度β为1°＜β＜10°。

6.根据权利要求5所述的一种动力柜的散热装置，其特征在于：所述的百叶窗(7)的外侧与内侧具有高度差，外低内高、在宽度方向上倾斜角为35-45°角设置。

7.根据权利要求1所述的一种动力柜的散热装置，其特征在于：在动力柜腔室(1)内部、进风口(5)侧设置有空调(6)。