一种户外机柜的温度控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是一种户外机柜的温度控制系统及其控制方法。

背景技术：

在户外工作运行的电力电子器件通常都安装在机柜中。由于户外环境较为恶劣，机柜通常都要安装主动式的散热装置来保证电力电子器件工作过程中的及时散热。现有的户外机柜散热装置散热效率低，导致整个机柜的能耗增加，机柜内的可利用空间少。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种户外机柜的温度控制系统及其控制方法，能够解决现有技术的不足，提高了户外机柜的散热效率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种户外机柜的温度控制系统，包括柜体，柜体内设置有若干个功能模组，所述柜体内设置有水箱，水箱通过变频循环水泵连接有若干个换热水管，换热水管上设置有流量调节阀，换热水管铺设在功能模组外侧，水箱上设置有散热器, 换热水管的回水端与散热器的进口相连，散热器的出口连接至水箱，散热器外侧设置有变频风扇，在每个功能模组和换热水管的回水端外侧设置有一个温度传感器；柜体内还设置有一个控制器，控制器的输入端与各个温度传感器相连，控制器的输出端与变频循环水泵、变频风扇和流量调节阀相连。

作为优选，所述散热器包括外壳，外壳内设置有与换热水管一一对应的散热金属管，外壳上同轴设置有进风口和出风口，进风口和出风口的轴线与散热金属管垂直设置，散热金属管的表面设置有若干个径向导流槽，散热金属管的背风面设置有轴向汇流槽，径向导流槽与轴向汇流槽相连通，相邻的两个散热金属管之间设置有两个相互连接的第一折流板，两个第一折流板的背风面的夹角为160～145°。

作为优选，所述散热金属管内侧设置有若干组相互分离的第一螺旋导流槽，每组第一螺旋导流槽的长度为散热金属管内侧周长的3/4，散热金属管内侧设置有若干个圆形导流盘，圆形导流盘沿着散热金属管的轴线设置，圆形导流盘位于轴向汇流槽的背面，圆形导流盘内设置有第二螺旋导流槽，第二螺旋导流槽的宽度由上至下逐渐增大。

作为优选，所述换热水管内壁连接有第二折流板，第二折流板的底部连接有第三折流板，第二折流板和第三折流板与水流的方向反向设置，第二折流板与换热水管内壁的夹角为45°，第三折流板与第二折流板的夹角为65°，第二折流板上设置有通孔。

作为优选，相邻换热水管之间设置有导热贴片，导热贴片固定在功能模组外表面，换热水管与导热贴片之间设置有导热翅片。

一种上述的户外机柜的温度控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、变频循环水泵驱动水箱内的冷却水在换热水管内循环流动，变频风扇对流经散热器的冷却水进行散热冷却；

B、控制器根据温度传感器测量的功能模组的表面温度对变频循环水泵的工作功率进行调节；

C、控制器根据变频循环水泵的工作功率和换热水管内冷却水的温度对变频风扇的工作功率进行调节；

D、当不同功能模组的温度产生温度差时，控制器通过流量调节阀对流经不同功能模组的冷却水流量进行调整。

作为优选，步骤B中，变频循环水泵的工作功率数值与功能模组的表面温度数值的调整关系为，

，

其中，P₁为变频循环水泵的工作功率数值，T₁为功能模组的表面温度数值，k₁和k₂为比例系数。

作为优选，步骤C中，变频风扇的工作功率数值与变频循环水泵的工作功率数值和换热水管内冷却水的温度数值的调整关系为，

其中，P₂为变频风扇的工作功率数值，T₂为换热水管内冷却水的温度数值，t₁和t₂为采样时间段，T为换热水管内冷却水的标准温度数值，k₃和k₄为比例系数。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明使用热容较大的冷却水形成一个散热缓冲系统，提高对于功能模块热量吸收的及时性。散热器作为主要的散热部件，其充分利用了与气流的接触散热结构，提高了气流对于冷却水散热的效率。散热金属管内外壁的结构可以使冷却水和散热气流通过散热金属管进行充分的热量传递。换热水管的结构可以实现冷却水对于热量的充分吸收。通过控制器对变频循环水泵、变频风扇和流量调节阀的调节，实现对于电能的精准使用，节约能源。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中散热器的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中散热金属外部的结构图。

图4是本发明一个具体实施方式中散热金属内部的结构图。

图5是本发明一个具体实施方式中换热水管内部的结构图。

图6是本发明一个具体实施方式中换热水管外部的结构图。

图中：1、柜体；2、功能模组；3、水箱；4、变频循环水泵；5、换热水管；6、散热器；7、变频风扇；8、温度传感器；9、控制器；10、外壳；11、散热金属管；12、进风口；13、出风口；14、径向导流槽；15、轴向汇流槽；16、第一折流板；17、第一螺旋导流槽；18、圆形导流盘；19、第二螺旋导流槽；20、第二折流板；21、第三折流板；22、通孔；23、导热贴片；24、导热翅片；25、导气管；26、开关阀；27、流量调节阀。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1-6，本发明一个具体实施方式包括柜体1，柜体1内设置有若干个功能模组2，所述柜体1内设置有水箱3，水箱3通过变频循环水泵4连接有若干个换热水管5，换热水管5上设置有流量调节阀27，换热水管5铺设在功能模组2外侧，水箱3上设置有散热器6,换热水管5的回水端与散热器6的进口相连，散热器6的出口连接至水箱3，散热器6外侧设置有变频风扇7，在每个功能模组2和换热水管5的回水端外侧设置有一个温度传感器8；柜体1内还设置有一个控制器9，控制器9的输入端与各个温度传感器8相连，控制器9的输出端与变频循环水泵4、变频风扇7和流量调节阀27相连。散热器6包括外壳10，外壳10内设置有与换热水管5一一对应的散热金属管11，外壳10上同轴设置有进风口12和出风口13，进风口12和出风口13的轴线与散热金属管11垂直设置，散热金属管11的表面设置有若干个径向导流槽14，散热金属管11的背风面设置有轴向汇流槽15，径向导流槽14与轴向汇流槽15相连通，相邻的两个散热金属管11之间设置有两个相互连接的第一折流板16，两个第一折流板16的背风面的夹角为150°。散热金属管11内侧设置有若干组相互分离的第一螺旋导流槽17，每组第一螺旋导流槽17的长度为散热金属管11内侧周长的3/4，散热金属管11内侧设置有若干个圆形导流盘18，圆形导流盘18沿着散热金属管11的轴线设置，圆形导流盘18位于轴向汇流槽15的背面，圆形导流盘18内设置有第二螺旋导流槽19，第二螺旋导流槽19的宽度由上至下逐渐增大。换热水管5内壁连接有第二折流板20，第二折流板20的底部连接有第三折流板21，第二折流板20和第三折流板21与水流的方向反向设置，第二折流板20与换热水管5内壁的夹角为45°，第三折流板21与第二折流板20的夹角为65°，第二折流板20上设置有通孔22。相邻换热水管5之间设置有导热贴片23，导热贴片23固定在功能模组2外表面，换热水管5与导热贴片23之间设置有导热翅片24。

一种上述的户外机柜的温度控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、变频循环水泵4驱动水箱1内的冷却水在换热水管5内循环流动，变频风扇7对流经散热器6的冷却水进行散热冷却；

B、控制器9根据温度传感器8测量的功能模组2的表面温度对变频循环水泵4的工作功率进行调节；

C、控制器9根据变频循环水泵4的工作功率和换热水管5内冷却水的温度对变频风扇7的工作功率进行调节；

D、当不同功能模组2的温度产生温度差时，控制器9通过流量调节阀27对流经不同功能模组2的冷却水流量进行调整。

步骤B中，变频循环水泵4的工作功率数值与功能模组2的表面温度数值的调整关系为，

，

其中，P₁为变频循环水泵4的工作功率数值，T₁为功能模组2的表面温度数值，k₁和k₂为比例系数。

步骤C中，变频风扇7的工作功率数值与变频循环水泵4的工作功率数值和换热水管5内冷却水的温度数值的调整关系为，

其中，P₂为变频风扇7的工作功率数值，T₂为换热水管5内冷却水的温度数值，t₁和t₂为采样时间段，T为换热水管5内冷却水的标准温度数值，k₃和k₄为比例系数。

在换热水管5的中心设置有导气管25。导气管25与进风口12相连通，导气管25上设置有开关阀26。当水箱3内的水温持续升高超过40℃时，打开开关阀26，使散热空气通过导气管25对换热水管5内的冷却水进行实时降温，可以有效控制水箱3内的水温，保证冷却水的散热效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。