据一般性进行简化相变
[0099] 散热器中有很多个散热片，并且每个散热片之间的距离为定制，而热导管轴向导 热系数非常高，温差很小，可忽略不计。在分析中可以针对一个散热片进行分析，每个散热 片两边有散热片之间距离一半厚度的相变材料。
[0100] C.根据对称性进行简化
[0101] 由相变散热器的结构特点可知，散热器是上下对称的，可以根据对称条件进行简 化，只分析一半模型。
[0102] (3)模型分析
[0103] 分析目的：设计该散热器的最终目的是保证半导体发热电子器件在高温环境下 能长时间工作，并且散热器的体积最小。散热器的长度和高度已经确定，可以改变的只有散 热器的宽度。通过改变散热片的数量和散热片之间的距离来改变散热器的散热能力。如果 要使散热器的体积最小，就必须使散热器工作20分钟后，所有的相变材料刚好比较均匀的 完全发生相变。如果要达到此目的，只有改变散热片之间的距离。
[0104] 材料参数及边界条件：热导管和散热片的材料为铜，在相变过程中会发生焓变，焓 值如表1所示，材料的其它热特性参数如表2所示。
[0105] 表1相变材料的焓
[0107] 表2材料热特性参数
[0109] 假设模型中的热导管为恒温90°C，相变材料和散热片的初始温度为20°C。模型的 边界上与外界绝热。
[0110] 分析步骤
[0111] a.利用Pro/E三维软件建立的模型，在Pro/E中运行AnsysGeom命令，把模型导 入到Ansys中。
[0112] b.建立有限元单元，模型中都采用Solid 70单元，输入材料参数。
[0113] c.划分网格，分别对各实体进行划分网格，共划分了 102112个网格。
[0114] d.加载，选中热导管的所有点，施加温度载荷，再选择其它点，加载初始温度。
[0115] e.求解，新建分析，分析类型为瞬态热分析，设置求解时间为1200秒，步长为20， 进行求解计算。
[0116] 结果分析
[0117] 通过改变散热片之间的距离，进行了多次计算分析，最后确定散热片之间的距离 为6mm时，散热器体积最小，在工作20分钟后，所有的相变材料基本上完全熔化。
[0118] 本发明的智能温度调节系统功能效果如下：
[0119] 1、装置功能描述：智能温度调节系统可以实现大温差温度调节，高效率制冷。全机 采用风冷的结构，达到水冷的散热效果。
[0120] 2、装置功能独特性
[0121] (1)装置可以双制运行，制冷制热自动感应切换，夏冬季节都可以使用。
[0122] (2)大功率工业级轴流循环风机根据智能温控监测自动调节速度，降低噪音控制 在合理的范围内。
[0123] 3、装置功能特点
[0124] (1)夏冬运行环境自动检测，制冷、加热实现智能自动切换，精确控制温区控制范 围；
[0125] (2)微型化模块化设计，适用于变电站内各种类型的电气柜体安装应用要求；
[0126] (3)没有压缩机、水泵等震动设备，环保无制冷剂、小噪音、长寿命，可长期运行于 复杂环境，无维护；
[0127] (4)适用于各类变电站柜体安装，既可以门装也可以侧装。
[0128] 4、技术指标
[0130] 5、智能温度调节系统两项技术应用优势
[0131] 现阶段在国内电网智能变电站中，户外保护及智能控制柜温度调节技术应用领 域，主要采用的是风机散热与热交换器散热方式来解决夏季高温影响保护装置的问题。目 前还没有任何企业与科研机构在采用本装置中所使用的半导体制冷技术来对户外保护及 智能控制柜进行温度调节。主要技术难点是如果要使用半导体温度调节技术来解决户外 保护及智能控制柜高温散热问题，就必须采用足够功率的半导体块温度调节部件实现大温 差制冷（内循环进出风口温差大于10°c，单模块制冷功率必须多400W)，大功率的制冷部件 会在制冷面制冷的同时在散热面产生巨大的热流，散热面热量如果无法有效释放，制冷面 将无法正常工作。要实现有效散热必须提供足够大的散热空间，而智能变电站保护及智能 控制柜的体积与安装空间有限，无法承载体积过大或过重的普通风冷、水冷型大功率半导 体温度调节设备。所以本发明装置针对密集型大功率半导体温度调节部件进行的微型化设 计就具备了极大的技术优势。当下在智能变电站保护及智能控制柜温度调节技术应用领域 还没有任何同类技术应用，这说明本装置在该领域拥有技术的唯一性、独特性与先进性优 势。
[0132] 本发明智能温度调节系统中所采用的密集型大功率半导体温度调节技术，可完全 达到智能变电站户外保护及智能控制柜散热技术要求中所必须实现的大温差温度调节功 能，并能够满足无震动、无凝水、使用寿命长等一系列必要条件。
[0133] 本发明装置采用了模块化的设计，单制冷模块具备独立的内循环单元、外循环单 元与温控单元（单模块制冷功率必须多400W)，可进行独立工作或合并工作。能够根据现场 柜体的不同规格和需求进行制冷量的灵活配置，减少了用电量，降低了设备损耗。后期扩容 方便，有效的节约了投资成本，避免了资金浪费与重复投资。最重要优势的是进行了模块间 的备份，即当其中一组温度调节模块出现故障时，其他温度调节模块能够无缝隙的接替工 作，有效的保障了控制柜温度调节装置的不间断稳定运行。维护简便，故障模块拥有独立的 保护系统，可在线不停电进行快速更换，不会影响变电站智能控制柜的正常工作，确实的避 免了事故隐患，全面保障了智能变电站的供电安全。
[0134] 本发明的主要技术创新点概括如下：
[0135] 其一，在智能变电站保护及智能控制柜温度调节技术应用领域实现了密集型大功 率半导体温度调节部件的微型化设计，在能够满足智能变电站保护及智能控制柜内大温差 温度调节要求的同时，还能够满足密集型大功率半导体温度调节部件在智能变电站保护及 智能控制柜上的安装空间限制要求（智能变电站保护及智能控制柜上最大安装空间为 1200mm*500mm*260mm。目前，其他的半导体空调产品在能有效实现户外智能控制柜大温差 温度调节标准的情况下，设备的体积都十分巨大，根本无法实现站内柜体安装）；
[0136] 其二，微型化设计的密集型大功率半导体温度调节部件采用了模块化设计，可进 行积木式搭配，不但可以根据用户的实际应用要求进行快速组合，节约投资成本，避免资金 浪费与重复投资。还可以有效的进行工作备份，单模块故障不会影响整体运行，有效的保障 了智能变电站供电系统不间断稳定运行。模块化的设计还使维护工作变得高效简单，快速 在线更换方法可大大节约运维成本，避免停电维护，大幅提升了经济效益。目前市场上的大 功率半导体制冷设备都是功率定制，没有任何企业或机构采用模块化方案来进行灵活的产 品设计，维护与扩容都十分不便；
[0137] 其三，因为需要避免在智能变电站保护及智能控制柜内使用水泵、压缩机等震动 设备，震动设备可能会影响到智能控制柜内保护装置的安全运行。本装置为保障大功率半 导体制冷装置的散热性能，在微型化密集型大功率半导体温度调节模块散热技术上采用了 多层的外循环微型化分布式相变循环高效散热来实现对密集型大功率半导体温度调节模 块散热面高热流密度热源的快速散热处理，没有任何震动部件。满足了控制柜内实现大温 差温度调节的同时，确保了在微型化密集型大功率半导体温度调节模块上使用风冷结构的 散热能力达到水冷效果。目前，还没有任何企业或机构为在本次申报领域为实现密集型大 功率半导体制冷装置的微型化，采用相关技术来进行开发。全部都使用的是小功率半导体 温度调节部件的风冷散热，或是大功率半导体温度调节部件的大型水冷部件进行散热。两 种方案不是制冷量无法达到使用要求，就是设备体积过于庞大或是运行震动过大，不适合 智能变电站保护及智能控制柜柜体安装使用。
[0138] 本发明的有益效果如下：该系统在实际应用中可大幅超越国家电网企业标准Q/ GDW 734-2012《智能高压设备组件柜技术规范》中的技术要求，该技术规范中要求户外智能 控制柜内的工作温度范围应为-5°C~45°C。而现今夏季气温可达到40°C左右，空旷变电站 阳光直射不锈钢柜体，里面的保护装置与电缆还有近300W的发热量，使柜内温度已接近和 超过45°C极限范围，加剧了供电安全隐患。使用新装置可在夏季与冬季极限天气气温环境 下将户外智能控制柜内的工作温度范围有效控制在为15°C~40°C。关键在于智能温度调 节系统在采用的密集型大功率半导体温度调节块模组上搭配了新型的外循环微型化分布 式相变循环高效散热系统，让智能温度调节系统得以实现外形尺寸的微型化装配，外形尺 寸符合在智能变电站保护及智能控制柜门壁上安装的条件，特别适用于智能变电站保护及 智能控制柜这一特殊应用现场的温度调节需求。
[0139] 考虑成本、温控效果以及后期维护等问题，针对运行在年最高气温超过40°C且柜 内发热量超过300W的智能变电站保护及智能控制柜，本发明提供的新型智能控制柜温度 调节装置将作为智能变电站保护及智能控制柜的最新温度控制调节方案。
[0140] 新型智能控制柜温度调节装置采用大功率半导体的温控系统，智能控制柜内可获 得比环境更低的温度，装有智能控制柜温度调节系统的机柜只要功率模块选型搭配得当， 无论柜外温度如何变化，柜内温度均可维持在15~40°C的最佳工作温度。
[0141] 大功率半导体智能控制柜温度调节装置使用寿命长，可实现冷热双制智能温控， 并且无震动、无凝水。模块化的设计还能够大大降低了维护成本。
[0142] 综上所述，本发明的新型智能控制柜温度调节装置采用半导体温控系统，是最符 合智能变电站发展建设需求的智能柜温度调节运行方式。
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