CN111739857B - 一种用于电力半导体器件的壳体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力半导体器件的壳体，涉及电力半导体应用技术领域，解决半导体制冷片难以适应户外电力设备除湿要求的问题，包括多位半导体载板以及冷凝水箱，多位半导体载板上贯穿开设有多个用于半导体制冷片安装和散热的装配孔，多位半导体载板与冷凝水箱之间形成有除湿腔，冷凝水箱开设有连通除湿腔的冷凝水下流孔；多位半导体载板上安装有通过对半导体制冷片热端进行降温或蓄热来将半导体制冷片冷端温度调节至露点温度的冷端温度调节机构。本发明通过冷端温度调节机构对半导体制冷片的热端进行散热降温或蓄热升温，在户外温度过高或过低时将半导体制冷片冷端的温度调节至露点温度范围内，以满足户外电力设备的除湿要求。

Description

一种用于电力半导体器件的壳体

技术领域

本发明涉及电力半导体应用技术领域，具体涉及一种用于电力半导体器件的壳体。

背景技术

电力设备包括端子箱、高低压控制柜、高低压开关柜、环网柜、箱式变电站、干式变压器和仪表箱等，大多电子设备均设置在户外，尤其是大功率的电力设备，而由于电力设备内线路和电子元件较多，在清晨、雨季等空气湿度较高时，如果不对电力设备进行除湿，则电力设备内部的电子元件和线路极易因表面凝结的露珠而发生短路、发电等故障，因此，对于电力设备的除湿尤为重要。

由于半导体制冷片具有功耗小、体积小和成本低等优点，通过半导体制冷片来对电力设备中的空气进行除湿较理想，半导体制冷片初始的原理是通过将半导体制冷片的冷端温度保持在露点温度范围内，从而使半导体制冷片冷端附近空气中的水分在冷端表面凝聚成水珠并降落。

半导体制冷片冷端与热端的温差是固定的，即半导体制冷片的冷端温度随热端温度同步地升高或降低，半导体制冷片的冷端温度高于露点温度则会导致其无法对空气中的水分进行凝聚，而半导体制冷片的冷端温度低于露点温度则会导致凝聚的水在冷端表面冻结，从而导致除湿功能失效。

由于电力设备通常设置在户外，在炎热的夏季以及寒冷的冬季，半导体制冷片除湿的效果不佳甚至无法进行除湿，从而使得通过半导体制冷片除湿的这种具有低成本和便于安装布置的除湿方式难以适应户外电力设备全年大温差范围差的除湿要求。

发明内容

为此，本发明提供一种用于电力半导体器件的壳体，以解决现有技术中，由于半导体制冷片在高温和低温时除湿效果差甚至无法除湿而导致的半导体制冷片难以适应户外电力设备除湿要求的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于电力半导体器件的壳体，包括用于阵列安装多个半导体制冷片的多位半导体载板，以及位于所述多位半导体载板正下方的冷凝水箱，所述多位半导体载板上贯穿开设有多个用于安装所述半导体制冷片以及用于所述半导体制冷片热端散热的装配孔，所述多位半导体载板与所述冷凝水箱之间形成有除湿腔，所述冷凝水箱开设有连通所述除湿腔的冷凝水下流孔；

所述多位半导体载板上安装有通过对所述半导体制冷片热端进行降温或蓄热来将所述半导体制冷片冷端温度调节至露点温度的冷端温度调节机构；

所述冷端温度调节机构包括套设在所述多位半导体载板外且一端与所述冷凝水箱相连接的通风导管，所述通风导管的出口端内安装有用于对所述半导体制冷片热端进行散热的散热风扇，且所述通风导管内安装有位于所述散热风扇和所述半导体制冷片热端之间的蓄热组件，所述通风导管的入口端和出口端之间通过所述蓄热组件关闭或导通以实现蓄热或配合所述散热风扇进行散热。

进一步地，所述蓄热组件包括排列在同一水平面上且相互平行的多个转轴，以及一端转动安装在所述转轴上的页板，多个所述页板远离所述转轴的一端通过同步驱动机构连接，相邻所述转轴之间的轴间距小于所述页板的宽度，多个所述页板通过所述同步驱动机构驱动绕相应所述转轴同步转动，通过所述页板转动使相邻所述转轴之间的间隙关闭或打开以实现所述通风导管的封闭或导通。

进一步地，所述冷端温度调节机构还包括多个安装在所述装配孔内且一端与所述半导体制冷片热端相连接的散热鳍片。

进一步地，所述冷端温度调节机构还包括用于对所述半导体制冷片热端进行主动降温的降温组件，所述降温组件包括安装在所述冷凝水箱上且与所述半导体制冷片冷端正相对设置的金属承水板，所述金属承水板上安装有位于多个所述装配孔外侧的金属栅板，所述多位半导体载板内安装有连接所述半导体制冷片热端和所述金属栅板的金属网，所述散热鳍片一端安装在所述金属网上的相邻网孔之间，所述冷凝水下流孔贯穿所述金属承水板连通所述冷凝水箱和所述除湿腔。

进一步地，所述通风导管远离所述冷凝水箱的端部安装有多个支撑杆，多个所述支撑杆远离所述通风导管的一端安装有锥形顶罩，所述锥形顶罩内形成有呈环形的排气口，且所述排气口内安装有环形隔网。

进一步地，所述金属承水板呈中心向所述冷凝水箱一侧凹陷的凹型，且所述金属承水板表面安装有多个间隔设置的金属除湿翅片，多个所述金属除湿翅片以位于所述金属承水板中心处的所述冷凝水下流孔为中心呈射线状分布。

进一步地，所述金属除湿翅片的高度为所述除湿腔高度的1/3~1/2。

进一步地，所述金属栅板与所述金属网之间通过导热硅脂粘接。

进一步地，所述冷凝水箱箱壁上设置有用于防止其内部积水被冻结和过度吸热而剧烈蒸发的保温层。

本发明具有如下优点：

本发明通过冷端温度调节机构对半导体制冷片的热端进行散热降温或蓄热升温，从而在户外温度过高或过低时将半导体制冷片冷端的温度调节至露点温度范围内，以确保经过除湿腔的空气中的水分能够在半导体制冷片的冷端凝聚成露珠并落入下方的冷凝水箱中，从而避免了半导体制冷片在高温和低温环境中除湿效果不明显甚至失效的弊端，以满足户外电力设备全年大温差范围的除湿要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中整体结构示意图；

图2为本发明实施方式中多位半导体载板结构示意图；

图3为本发明实施方式中金属除湿翅片结构示意图。

图中：

1-半导体制冷片；2-多位半导体载板；3-冷凝水箱；4-装配孔；5-除湿腔；6-冷凝水下流孔；7-通风导管；8-散热风扇；9-蓄热组件；10-散热鳍片；11-降温组件；12-支撑杆；13-锥形顶罩；14-环形隔网；15-金属除湿翅片；16-保温层；

901-转轴；902-页片；903-同步驱动机构；

1101-金属承水板；1102-金属栅板；1103-金属网。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明公布了一种用于电力半导体器件的壳体，包括用于阵列安装多个半导体制冷片1的多位半导体载板2，以及位于多位半导体载板2正下方的冷凝水箱3，多位半导体载板2上贯穿开设有多个用于安装半导体制冷片1以及用于半导体制冷片1热端散热的装配孔4，多位半导体载板2与冷凝水箱3之间形成有除湿腔5，冷凝水箱3开设有连通除湿腔5的冷凝水下流孔6。

多位半导体载板2上安装有通过对半导体制冷片1热端进行降温或蓄热来将半导体制冷片1冷端温度调节至露点温度的冷端温度调节机构。

半导体制冷片1在通电后其冷端的温度降低，由于半导体制冷片1热端和冷端之间的温差是固定的，即当半导体制冷片1的热端温度升高时其冷端温度也相应升高，反之，当半导体制冷片1的热端温度降低时其冷端温度也相应降低。因此，为避免半导体制冷片1冷端的温度高于露点温度或低于露点温度时，造成无法使除湿腔5中的水分凝聚成露珠或除湿效果差的弊端，通过冷端温度调节机构来对半导体制冷片1的热端的温度进行调控，从而使半导体制冷片1冷端的温度保持在露点温度范围内。

本发明实施例通过冷端温度调节机构对半导体制冷片1的热端进行散热降温或蓄热升温，从而在户外温度过高或过低时将半导体制冷片1冷端的温度调节至露点温度范围内，以确保经过除湿腔5的空气中的水分能够在半导体制冷片1的冷端凝聚成露珠并落入下方的冷凝水箱3中，从而避免了半导体制冷片1在高温和低温环境中除湿效果不明显甚至失效的弊端，以满足户外电力设备全年大温差范围的除湿要求。

关于冷端温度调节机构的具体叙述如下：

冷端温度调节机构包括套设在多位半导体载板2外且一端与冷凝水箱3相连接的通风导管7，通风导管7的出口端内安装有用于对半导体制冷片1热端进行散热的散热风扇8，且通风导管7内安装有位于散热风扇8和半导体制冷片1热端之间的蓄热组件9，通风导管7的入口端和出口端之间通过蓄热组件9关闭或导通以实现蓄热或配合散热风扇8进行散热。

当环境温度过低时，为避免半导体制冷片1冷端的温度因低至冰点而导致其表面结冰，通过操作蓄热组件9将通风导管7封闭，从而使半导体制冷片1工作时其热端释放的热量留存在通风导管7中，使得半导体制冷片1热端的温度升高，从而使半导体制冷片1冷端的温度升高至露点。反之，当环境温度过高时，操作蓄热组件9将通风导管7导通，同时，高速转动的散热风扇8将半导体制冷片1热端产生的热量通过快速流动的气流排出通风导管7，从而达到降低半导体制冷片1热端的温度，直至半导体制冷片1冷端的温度下降露点。

对于半导体制冷片1冷端温度的监测，可通过设置在除湿腔5中的多个温度传感器进行监测，半导体制冷片1的功率、蓄热组件9的状态以及散热风扇8的启停和功率均基于温度传感器的监测数据来进行控制和调节，以确保进入除湿腔5中的空气中的水分能够凝聚成露珠并降落至冷凝水箱3中。

其中，蓄热组件9包括排列在同一水平面上且相互平行的多个转轴901，以及一端转动安装在转轴901上的页板902，多个页板902远离转轴901的一端通过同步驱动机构903连接，相邻转轴901之间的轴间距小于页板902的宽度，多个页板902通过同步驱动机构903驱动绕相应转轴901同步转动，通过页板902转动使相邻转轴901之间的间隙关闭或打开以实现通风导管7的封闭或导通。

同步驱动机构903类似于驱动空调出风口或排风扇出风口多个风向板同步摆动的机构，例如，同步驱动机构903一般包括连接多个页板902远离转轴901一端的联动杆，以及转动安装在联动杆一端的被驱动转动的摆臂，摆臂与一端的转轴901同轴设置，通过被驱动转动摆臂带动联动杆绕多个转轴901进行摆动，从而使多个页板902同步地摆动至相互搭接以实现通风导管7的封闭，或使多个页板902之间通过摆动而相互分离以实现通风导管7的导通。

优选的是，冷端温度调节机构还包括多个安装在装配孔4的内的散热鳍片10，散热鳍片10的一端与半导体制冷片1的热端连接，通过与半导体制冷片1热端连接的多个散热鳍片10来增加半导体制冷片1热端的散热面积，配合散热风扇8使用，能够将半导体制冷片1热端的热量快速导出，避免半导体制冷片1热端超温而导致其冷端的除湿效果降低或失效。

进一步地，冷端温度调节机构还包括用于对半导体制冷片1热端进行主动降温的降温组件11，降温组件11包括安装在冷凝水箱3上且与半导体制冷片1冷端正相对设置的金属承水板1101，金属承水板1101上安装有位于多个装配孔4外侧的金属栅板1102，多位半导体载板2内安装有连接半导体制冷片1热端和金属栅板1102的金属网1103，散热鳍片10一端安装在金属网1103上的相邻网孔之间，冷凝水下流孔6贯穿金属承水板1101连通冷凝水箱3和除湿腔5。

当环境温度较高时，一方面，半导体制冷片1冷端产生的冷气沉降至金属承水板1101上，从而对与金属网1103连接的半导体制冷片1热端进一步降温。当电力设备在夏季等高温环境下因长时间工作而造成壳体附近温度过高时，通过散热鳍片10和散热风扇8将半导体制冷片1热端的热量快速导出，但由于散热风扇8和散热鳍片10的降温效果有限，因此，依次通过相互连接的金属承水板1101、金属栅板1102和金属网1103将半导体制冷片1冷端的部分制冷热量传导至半导体制冷片1热端，从而实现对半导体热端进一步降温的目的，进一步避免了位于电力设备顶部壳体外的半导体制冷片1热端的温度过高而导致半导体制冷片1冷端无法到达露点温度的弊端。

而当环境温度较低时，散热风扇8不工作，同步驱动机构903驱动多个页片摆动至依次搭接，多方相互搭接的页片将通风导管7封闭以防止半导体制冷片1热端的热量流失。由于半导体制冷片1在工作时，其热端散热热量是冷端制冷热量的2~5倍，因此，在散热风扇8停转且通风导管7封闭蓄热的前提下，半导体制冷片1冷端的降温效果对半导体制冷片1热端的蓄热升温效果影响较小，从而使半导体制冷片1的冷端温度随热端温度上升而逐渐上升至露点温度。并且，由于此时半导体制冷片1热端的热量由于无法导出，半导体制冷片1热端的热量通过金属网1103、金属栅板1102和金属承水板1101传导至除湿腔5中，有利于位于除湿腔5中的半导体制冷片1冷端上的冰块快速融化，以快速恢复半导体制冷片1的除湿效果。

优选的是，通风导管7远离冷凝水箱3的端部安装有多个支撑杆12，多个支撑杆12远离通风导管7的一端安装有锥形顶罩13，锥形顶罩13内形成有呈环形的排气口，且排气口内安装有环形隔网14，设置的锥形顶罩13和环形隔网14，在散热风扇8停转时，避免了雨雪和树叶等落入通风导管7中，从而防止页板902被卡死以及保持散热鳍片10和半导体制冷片1热端的清洁。

进一步地，金属承水板1101呈中心向冷凝水箱3一侧凹陷的凹型，有利于金属承水板1101上积水的汇聚和导出，且金属承水板1101表面安装有多个间隔设置的金属除湿翅片15，多个金属除湿翅片15以位于金属承水板1101中心处的冷凝水下流孔6为中心呈射线状分布。

位于除湿腔5上方的空气被半导体制冷片1冷端降温和干燥后因密度较大沉降至下方的金属承水板1101上，并对金属承水板1101上的金属除湿翅片15进行降温。呈射线状分布的多个金属除湿翅片15之间形成多个供空气流动的通道，位于除湿腔5下方的空气在多个低温的金属除湿翅片15之间进行流动，从而使空气中的水分在金属除湿翅片15上凝聚呈露珠，通过半导体制冷片1冷端和辅助散热翅片同时对除湿腔5上部分和下部分的空气进行除湿，有利于增加除湿装置的除湿效率。

优选的是，金属除湿翅片15的高度为除湿腔5高度的1/3~1/2，有利于未被除湿的空气在金属除湿翅片15和半导体制冷片1冷端之间水平流动和分布，并随被半导体制冷片1冷端降温和除湿后的空气所形成的气流向下方的金属除湿翅片15流动，从而进一步提高除湿效率。

优选的是，金属栅板1102与金属网1103之间通过导热硅脂粘接，且金属栅板1102和辅助散热翅片均一体成型与金属承水板1101上，从而增加半导体制冷片1冷端和热端之间的热传导效率，以配合散热风扇8或蓄热组件9实现对半导体制冷片1冷端的温度进行快速调节的目的。

优选的是，冷凝水箱3箱壁上设置有用于防止其内部积水被冻结和过度吸热而剧烈蒸发的保温层16冷凝水箱3底部安装有用于排出积水的排水管。

通过设置的保温层16来避免冷凝水箱3内部因积水过热快速蒸发而产生高压，从而避免冷凝水箱3中温度较高的蒸汽通过冷凝水下流孔6溢入除湿腔5中，且避免了冷凝水箱3中的积水被冻结而导致冷凝水箱3使用寿命降低，即设置的保温层16有利于延长冷凝水箱3的使用寿命和保证除湿效果。

而一般性的，冷凝水箱3上安装有用于排出积水的排水管，且冷凝水箱3顶端的侧壁上安装有用于排出冷凝水箱3内部空气以平衡冷凝水箱3内部和外部气压的单向阀。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种用于电力半导体器件的壳体，其特征在于，包括用于阵列安装多个半导体制冷片（1）的多位半导体载板（2），以及位于所述多位半导体载板（2）正下方的冷凝水箱（3），所述多位半导体载板（2）上贯穿开设有多个用于安装所述半导体制冷片（1）并用于对所述半导体制冷片（1）热端进行散热的装配孔（4），所述多位半导体载板（2）与所述冷凝水箱（3）之间形成有除湿腔（5），所述冷凝水箱（3）开设有连通所述除湿腔（5）的冷凝水下流孔（6）；

所述多位半导体载板（2）上安装有通过对所述半导体制冷片（1）热端进行降温或蓄热来将所述半导体制冷片（1）冷端温度调节至露点温度的冷端温度调节机构；

所述冷端温度调节机构包括套设在所述多位半导体载板（2）外且一端与所述冷凝水箱（3）相连接的通风导管（7），所述通风导管（7）的出口端内安装有用于对所述半导体制冷片（1）热端进行散热的散热风扇（8），且所述通风导管（7）内安装有位于所述散热风扇（8）和所述半导体制冷片（1）热端之间的蓄热组件（9），所述通风导管（7）的入口端和出口端之间通过所述蓄热组件（9）关闭或导通以实现蓄热或配合所述散热风扇（8）进行散热。

2.根据权利要求1所述的一种用于电力半导体器件的壳体，其特征在于，所述蓄热组件（9）包括排列在同一水平面上且相互平行的多个转轴（901），以及一端转动安装在所述转轴（901）上的页板（902），多个所述页板（902）远离所述转轴（901）的一端通过同步驱动机构（903）连接，相邻所述转轴（901）之间的轴间距小于所述页板（902）的宽度，多个所述页板（902）通过所述同步驱动机构（903）驱动绕相应所述转轴（901）同步转动，通过所述页板（902）转动使相邻所述转轴（901）之间的间隙关闭或打开以实现所述通风导管（7）的封闭或导通。

3.根据权利要求1所述的一种用于电力半导体器件的壳体，其特征在于，所述冷端温度调节机构还包括多个安装在所述装配孔（4）内且一端与所述半导体制冷片（1）热端相连接的散热鳍片（10）。

4.根据权利要求3所述的一种用于电力半导体器件的壳体，其特征在于，所述冷端温度调节机构还包括用于对所述半导体制冷片（1）热端进行主动降温的降温组件（11），所述降温组件（11）包括安装在所述冷凝水箱（3）上且与所述半导体制冷片（1）冷端正相对设置的金属承水板（1101），所述金属承水板（1101）上安装有位于多个所述装配孔（4）外侧的金属栅板（1102），所述多位半导体载板（2）内安装有连接所述半导体制冷片（1）热端和所述金属栅板（1102）的金属网（1103），所述散热鳍片（10）一端安装在所述金属网（1103）上的相邻网孔之间，所述冷凝水下流孔（6）贯穿所述金属承水板（1101）连通所述冷凝水箱（3）和所述除湿腔（5）。

5.根据权利要求1所述的一种用于电力半导体器件的壳体，其特征在于，所述通风导管（7）远离所述冷凝水箱（3）的端部安装有多个支撑杆（12），多个所述支撑杆（12）远离所述通风导管（7）的一端安装有锥形顶罩（13），所述锥形顶罩（13）内形成有呈环形的排气口，且所述排气口内安装有环形隔网（14）。

6.根据权利要求4所述的一种用于电力半导体器件的壳体，其特征在于，所述金属承水板（1101）呈中心向所述冷凝水箱（3）一侧凹陷的凹型，且所述金属承水板（1101）表面安装有多个间隔设置的金属除湿翅片（15），多个所述金属除湿翅片（15）以位于所述金属承水板（1101）中心处的所述冷凝水下流孔（6）为中心呈射线状分布。

7.根据权利要求6所述的一种用于电力半导体器件的壳体，其特征在于，所述金属除湿翅片（15）的高度为所述除湿腔（5）高度的1/3~1/2。

8.根据权利要求4所述的一种用于电力半导体器件的壳体，其特征在于，所述金属栅板（1102）与所述金属网（1103）之间通过导热硅脂粘接。

9.根据权利要求1所述的一种用于电力半导体器件的壳体，其特征在于，所述冷凝水箱（3）箱壁上设置有用于防止其内部积水被冻结和过度吸热而剧烈蒸发的保温层（16）。

Images