CN109062291A - 一种变流器柜体用控温除湿装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，包括箱体以及位于箱体内的控温单元、除湿单元、电源模块、控温除湿控制单元、风机；控温单元包括热交换器和热交换器内的冷却液，冷却液来自变流器冷却***；除湿单元包括除湿集水室以及位于除湿集水室内的半导体制冷片、风冷片；控温除湿控制单元包括电器元件箱体和位于电器元件箱体内的集成电路板、温湿度传感器、继电器和通讯模块；风机将变流器柜体内的空气吸入，同时吹向控温单元、除湿单元、控温除湿控制单元和电源模块，然后吹向变流器柜体另一侧。本发明将控温与除湿功能集成设计，使得整体装置体积小、重量轻、结构紧凑。

Description

一种变流器柜体用控温除湿装置

技术领域

本发明涉及密闭空间的空气调节领域，更具体地，涉及一种变流器柜体用控温除湿装置。

背景技术

目前，已有机车牵引变流器柜体内，未设置控温除湿装置。考虑机车在线路运行时，受外部太阳辐射和变流器除IGBT模块水冷带走热量外的其它发热量的影响，使得变流器柜体内的空气温度持续升高，当超过电子元器件的设计温度后，容易导致电子元器件功能失效。另一方面，潮湿的空气容易使得电子元器件的绝缘性能降低，金属器件锈蚀及润滑剂变质，从而缩短电子元器件的使用寿命。给予上述考虑，有必要在密密麻麻布满电子元器件的变流器柜体内，增设控温模块和除湿模块，保证柜内空气温度和相对湿度控制在许用范围内。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种变流器柜体用控温除湿装置，由于控温与除湿两个过程，都包含了冷、热流体的对流换热，因此将控温与除湿功能集成设计，使得整体装置体积小、重量轻、结构紧凑。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，包括箱体以及位于箱体内的控温单元、除湿单元、电源模块、控温除湿控制单元、风机；

所述控温单元包括热交换器和热交换器内的冷却液，所述冷却液来自变流器冷却***；

所述除湿单元包括除湿集水室以及位于所述除湿集水室内的半导体制冷片、风冷片；所述风冷片连接所述半导体制冷片的冷端，所述半导体制冷片的热端连接所述热交换器；所述除湿集水室包括进风口、出风口和排水口，所述排水口位于所述风冷片的下方；

所述控温除湿控制单元包括电器元件箱体和位于电器元件箱体内的集成电路板、温湿度传感器、继电器和通讯模块；所述集成电路板与所述温湿度传感器、所述半导体制冷片、所述通讯模块、所述风机电相连，所述电源模块与所述集成电路板、所述温湿度传感器、所述半导体制冷片以及所述风机电相连；

所述风机将变流器柜体内的空气吸入，同时吹向控温单元、除湿单元、控温除湿控制单元和电源模块，然后吹向变流器柜体另一侧。

优选地，所述电器元件箱体为可拆卸式。

优选地，所述电源模块外具有散热片。

优选地，所述风机为变频风机。

优选地，所述变频风机为可变频外转子轴流风机。

优选地，所述热交换器为板翅式热交换器。

优选地，所述板翅式热交换器为双流程板翅式热交换器。

优选地，所述散热芯体外的翅片为锯齿型翅片。

优选地，所述通讯模块采用RS485通讯方式与机车中央控制室相连。

优选地，所述电器元件箱体内还安装有端子排。

从上述技术方案可以看出，本发明通过将控温与除湿功能集成设计，使得整体装置体积小、重量轻、结构紧凑。另外，考虑变流器柜体内的空气温度和相对湿度与外界环境、工况条件有很大关系，因此轴流风机采用可变频电机控制，可以根据实时采集的变流器柜体内的空气温度、湿度大小，来调整轴流风机的运转频率，以降低装置的辅助功率消耗、降低噪音污染，有效提高运转部件的使用寿命。

附图说明

图1是本发明一具体实施例的变流器柜体用控温除湿装置的俯视结构示意图；

图2是图1所示的控温除湿装置拆除风机和箱体后面板的结构示意图；

图3是在图2的基础上进一步拆除电源模块的结构示意图；

图4是在图3的基础上进一步拆除电路板和除湿集水室的结构示意图；

图中1为可变频外转子轴流风机，11为叶轮，12为轴流风机电机，2为通讯模块，3为箱体，31为环形支撑框架，32为箱体后面板，33为箱体前面板，4为双流程板翅式热交换器，41为散热芯体，42为右集水腔，43为左下集水腔，44为左上集水腔，5为DC12V电源模块，51为DC12V电源模块散热片，52为DC12V电源，6为控温除湿控制单元，61为集成电路板，62为端子排，63为继电器，64为温湿度传感器，65为电器元件箱体，7为除湿单元，71为半导体制冷片，72为风冷片，73为除湿集水室，74为排水口，76为进风口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1～图4。如图所示，本发明的变流器柜体用控温除湿装置，包括箱体3以及位于箱体3内的控温单元、除湿单元、电源模块、控温除湿控制单元、风机；箱体3包括箱体后面板32和箱体前面板33。风机将变流器柜体内的空气吸入，同时吹向控温单元、除湿单元、控温除湿控制单元和电源模块，然后吹向变流器柜体另一侧。本发明采用单元式控温与除湿集成设计，使得整体装置体积小、重量轻、结构紧凑，且安装简便。

变流器内的电子元器件具有冷却***，冷却***内具有冷却液循环管路，通过泵使冷却液在循环管路中循环流动，带走电子元器件散发的热量，维持电子元器件在正常温度范围内工作。本发明利用变流器的冷却***，将冷却液的循环管路的冷端分支出一支路供控温除湿装置的控温单元使用，在控温除湿装置中冷却液与空气进行热交换，被加热后在泵的作用重新回到变流器冷却***，完成柜内空气的控温过程。

在本发明中，控温单元通过热交换器使热交换器内的冷却液与柜体内空气进行换热。热交换器可以为现有技术中任意一种热交换器，为了加强换热效率，热交换器优选为板翅式热交换器。

在本实施例中，如图4所示，板翅式热交换器优选双流程板翅式热交换器，位于箱体的右侧，中间为散热芯体41，其两侧为与散热芯体内腔相连通的右、左上、左下集水腔42、43和44，集水腔以及散热芯体水通道内部为冷却液，散热芯体空气通道设有翅片(附图中仅给出了散热芯体的位置，由于其为现有技术，未给出具体结构)。

热交换器内的液体回路流向为：从牵引变流器冷却***分流出的低温冷却液，进入热交换器一端的左上集水腔44，流过热交换器芯体的上半部分，在另一端左集水腔42折返，再次流过热交换器芯体的下半部分，由热交换器一端的左下集水腔43流回到牵引变流器冷却***。风机电机12旋转，驱动叶轮11转动，吸引柜体内的高温空气经轴流风机1、热交换器4吹向柜体内的另一侧，高温空气经过热交换器芯体的过程中，将其热量传递给芯体内的冷却液，完成一个热交换过程，实现了柜内空气的控温功能。

考虑该控温除湿装置是运用在密闭的变流器柜体内，柜内空气相对清洁，不存在树叶、柳絮等污物，因此热交换器空气侧翅片选用锯齿型翅片，可有效破坏热边界层，提高换热效率。热交换器一端的集水腔44、43上分别设置快速接头，分别连接从变流器冷却***分流的冷水管和热水管。

双流程板翅式热交换器4可以通过紧固螺栓安装到箱体的前面板33上，两者间加胶皮进行密封，防止经风机做功后的空气未经过热交换器4从缝隙中漏掉。

风机采用可变频电机控制。考虑机车的实际运用环境，只有在夏季时，外部环境空气达到最高，相应的柜内空气由于变流器冷却***冷流体温度的影响而达到最高温度，此时按照设计的边界条件，风机需要额定频率运行。而在其它季节，当柜内空气温度远低于控制逻辑设定的空气温度阀值时，风机可降频运行。另外，变流器柜体是相对密闭的空间，在一次除湿后，柜内空气不会在短时间内达到较高的相对湿度，因此当柜内空气相对湿度低于控制逻辑设定的相对湿度阀值时，风机可降频运行，以降低装置的辅助功率消耗、降低噪音污染，有效增加运转部件的使用寿命，提高***的可靠性。

优选地，风机采用外转子风机结构，风机叶轮11直接固连到电机12外转子上，可有效缩短风机轴向的尺寸，减小整个装置的占用空间。

轴流风机电机12固连到环形支撑框架31上，然后通过4个紧固螺栓将支撑框架31安装到箱体的后面板32上，拆装维护方便。

风机固定于箱体的后面板，风机将变流器柜体内的空气吸入，同时吹向控温单元、除湿单元、控温除湿控制单元和电源模块，然后吹向变流器柜体另一侧。

除湿单元包括除湿集水室73以及位于除湿集水室73内的半导体制冷片71、风冷片72；风冷片72通过导热硅脂连接半导体制冷片71的冷端，半导体制冷片71的热端通过导致硅脂连接热交换器4，在本实施例中，具体连接到热交换器的集水腔43、44上。除湿集水室73包括进风口76、出风口(位于进风口76对面)和排水口74(图中未示出)，通过橡胶软管连接排水口，并将冷凝水导出机车外。在本实施例中，除湿集水室73通过玻璃胶密封到热交换器集水腔43、44上。半导体制冷片工作时，制冷片热端的热量传递给热交换器的集水腔冷却液，湿热空气在风压的作用下流过制冷片冷端风冷片时，湿热空气温度降低，当达到露点以下时，湿空气凝结成露水，由除湿集水室收集并经排水口排出到柜体外。整个柜体内的空气在风机的作用下不断循环，使得整个柜体内的相对湿度整体下降。

控温除湿控制单元包括电器元件箱体65和位于电器元件箱体65内的集成电路板61、温湿度传感器64、继电器63和通讯模块2。温湿度传感器64将实时采集的温度、湿度信号传输到集成电路板芯片，通过判断当前湿度是否达到或超过设定的阀值，集成电路板61决定是否发出控制信号来触发相应的继电器63，来给半导体制冷片71供电。另一方面，通过判断当前温度是否达到或超过设定的阀值，集成电路板61决定是否发出控制信号给机车，来提高风机1的供电频率。集成电路板通过通讯模块与机车中央控制室相连，通讯模块可以采用RS485通讯方式。

电器元件箱体65将各电器元件集中在一起，在本实施例中，电器元件箱体65位于控温除湿装置的左侧，可以将电器元件箱体65设计成可单独拆卸式，实现在不拆卸箱体的前提下打开电器元件箱体，便于电器元件的检修与更换，尤其在变流器柜体狭小的空间下更具优越性。在箱体的后面板32上加焊了接线盒，还可以通过端子排62将风机出线与电源线连接，实现在不拆卸整个箱体3的情况下更换风机，增强了***的可维护性。

电源模块为集成电路板、温湿度传感器、半导体制冷片以及风机供电。在本实施例中，电源模块由两个串联的DC12V电源构成。为了加强电源模块的散热，可以在电源模块外设置散热片。

使用本发明的控温除湿装置调节变流器柜体内的温度和湿度时，风机通过旋转叶轮在柜体内产生流动的循环空气，吸入的空气同时进入控温单元、除湿单元、控温除湿控制单元以及电源模块。吹向控温单元的高温空气与热交换器内的低温冷却液完成热交换，被降温后吹出，实现柜体内空气的控温过程。吹向控温除湿控制单元的空气，被温湿度传感器时刻监测柜体内当前的温度和湿度，并时刻把温度和湿度的数据传输给集成电路板，集成电路板根据其内储存的温度和湿度的阈值，判断是否启动除湿单元以及调整风机转速。吹向电源模块的空气，带走电源产生的热量。当柜体内湿度超过湿度阈值时，半导体制冷片开始工作，吹向除湿单元的高湿度空气在风冷片表面凝结，从而被除湿。

只有在夏天，柜体内的温度和湿度都超过其阈值时，风机才额定频率运行，其余时间，风机低频运行即可，降低噪音，节约能耗。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，包括箱体以及位于箱体内的控温单元、除湿单元、电源模块、控温除湿控制单元、风机；

所述控温单元包括热交换器和热交换器内的冷却液，所述冷却液来自变流器冷却***；

所述除湿单元包括除湿集水室以及位于所述除湿集水室内的半导体制冷片、风冷片；所述风冷片连接所述半导体制冷片的冷端，所述半导体制冷片的热端连接所述热交换器；所述除湿集水室包括进风口、出风口和排水口，所述排水口位于所述风冷片的下方；

所述控温除湿控制单元包括电器元件箱体和位于电器元件箱体内的集成电路板、温湿度传感器、继电器和通讯模块；所述集成电路板与所述温湿度传感器、所述半导体制冷片、所述通讯模块、所述风机电相连，所述电源模块与所述集成电路板、所述温湿度传感器、所述半导体制冷片以及所述风机电相连；

所述风机将变流器柜体内的空气吸入，同时吹向控温单元、除湿单元、控温除湿控制单元和电源模块，然后吹向变流器柜体另一侧。

2.根据权利要求1所述的变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，所述电器元件箱体为可拆卸式。

3.根据权利要求1或2所述的变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，所述电源模块外具有散热片。

4.根据权利要求1或2所述的变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，所述风机为变频风机。

5.根据权利要求4所述的变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，所述变频风机为可变频外转子轴流风机。

6.根据权利要求1或2所述的变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，所述热交换器为板翅式热交换器。

7.根据权利要求6所述的变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，所述板翅式热交换器为双流程板翅式热交换器。

8.根据权利要求6所述的变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，所述散热芯体外的翅片为锯齿型翅片。

9.根据权利要求1或2所述的变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，所述通讯模块采用RS485通讯方式与机车中央控制室相连。

10.根据权利要求1或2所述的变流器柜体用控温除湿装置，其特征在于，所述电器元件箱体内还安装有端子排。