一种机柜防凝露方法及其装置与流程

本发明涉及一种防凝露技术，具体为一种机柜防凝露方法及其装置。

背景技术：

长期以来，我国各地气候多样，局地温湿度随天气转变变化极快，同时由于户外电气设备(端子箱、控制箱、开关柜、配电柜等)本身结构，加上密封不严、密封条老化、封堵不规范等因素，经常会出现内部受潮、箱体锈蚀等情况。户外机箱的绝缘距离紧凑，一旦受潮湿，就会出现电源跳闸、保护误发信号，接地等问题，缩短设备使用寿命。如果空气太潮湿导致凝露，还会造成电源短路甚至烧毁设备的严重后果，给设备安全运行造成很多隐患，也给设备使用及维护人员带来诸多不便。

目前对于电气设备柜，我国一直采用温湿度控制器配电加热器的简单控制来实现加热除湿，防止凝露已有十几年历史，这种加热除湿控制器在抗湿润、防凝露保证高压设备可靠运行起到了积极作用，但对于密封柜体，在空气中湿度较大的情况下，特别在我国的南方及沿海地区、或隧道、地下室等地方，用传统加热和排风除湿方法很难奏效，甚至加速电气设备本体的老化。

已有的除湿设备却控制简单、除湿方式单一，远远做不到随环境温湿度的变化而智能采用合适的除湿方式并及时启动除湿器，柜内很湿润时得不到有效除湿，同时现有除湿器，不管冷凝型还是加热排风型，其控制都严重依赖于凝露传感器的检测数据，是被动型动作器件，即一定要在空气中的水汽压力饱和时，也就是在物体表面到达露点温度，凝露发生时才会驱动加热工作，实际上凝露传感器可靠性并不高。有时机柜内部的空气湿度较高，甚至局部已有结露现象，但由于安装在柜体内部的凝露传感器位置并没有到达凝露的程度，或者，凝露传感器长期受空气中灰尘和气体腐蚀，使传感器的灵敏度受到影响，凝露控制器不能及时地启动加热器，致使凝露控制的作用失灵，给柜内设备的安全带来威胁。

防凝露是保障机柜内设备安全的一项重要措施，但现有控制方式都是在检测到出现凝露时才开始工作，接近凝露的边沿再启动加热来消除凝露，就缺少一个预防过程，除湿状态严重滞后，没有预先的自动判断和预防。从安全、可靠的角度来看，作为一个反事故措施在可靠性上还是远远不够的。因此，为了进步可靠性，电力运行单位往往会采用一些辅助手段来保障电柜的安全渡汛，如采用了进进霉雨季节就强制长通电加热的办法。这种方法，固然加强了防凝露的措施，但也带来了电力损耗和浪费。

通常的除湿设备都采用外接传感器测量环境温湿度，现场布线不便。同时，传统的除湿器控制方式，是通过功能按键，软件菜单设定好温度和湿度值，除湿器通过控制加热器和制冷器，使环境温度高于设定温度和低于设定湿度的方式工作的，这种方式并不能完全解决设备凝露的问题，当环境温度高于设定温度和环境湿度低于设定湿度的情况下环境空间也有可能结露，环境空间内的电气设备或线路节点也有可能结露而受潮，使电气设备或线路节点氧化，导致设备加速老化，甚至有电气短路的危险。

技术实现要素：

针对现有技术中机柜除湿器环境空间内的电气设备或线路节点可能结露受潮，使电气设备或线路节点氧化，导致设备加速老化等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种增强驱潮和防凝露能力的机柜防凝露方法及其装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种机柜防凝露装置，安装于机柜中，包括机壳、安装于机壳内的第一～三散热片、制冷单元、加热单元、排水单元以及控制单元，其中第一散热片设于第三散热片的上方，第二散热片设于第一、三散热片的侧面，加热单元安装于第一、二散热片之间，制冷单元安装于第二、三散热片之间，第三散热片接触制冷单元的冷端，第二散热片接触制冷单元的热端；排水单元安装于机壳内底部；制冷单元的主控制板安装于机壳的面板里侧，面板下部设有风扇；控制单元的接线端子安装于机壳外侧。

所述机壳上端面设有进风口，下端面设有排水管道的排水口，机壳上对应风扇的位置设有出风口。

所述排水单元包括集水槽和排水管，其中集水槽为漏斗形状，漏斗上部接水口履盖第二、三散热片底部；漏斗下部为排水管，由机壳底部延伸至机壳外。

控制单元包括环境温湿度传感器、加热器/制冷器温度检测传感器、微处理器、显示器、风扇控制回路、加热器控制回路以及制冷器控制回路，其中环境温湿度传感器、加热器/制冷器温度检测传感器采集的温度信号送至微处理器，微处理器输出控制指令至风扇控制回路、加热器控制回路以及制冷器控制回路中；微处理器通过rs485总线与上位机进行通讯连接。

还具有辅助加热器，其安装于除湿器壳体外、机柜内，辅助加热器的控制回路与控制单元的输出端连接。

本发明一种机柜防凝露方法，采用破坏环境露点的方式，使机柜内部环境空间的温度始终不会达到露点温度，电气设备或线路节点不会结露而受潮，包括以下步骤：

1)微处理器根据环境温湿度传感器发送的温度数据进行判断，当柜内环境温度＜30℃，且环境温度与计算的露点温度之差小于等于3℃时，进入加热排风模式，加热单元的加热器工作，风扇工作，直到柜内环境温度与计算的露点温度之差大于等于5℃时，加热器停止工作，风扇延时工作3分钟后停止；

2)当柜内环境温度≥30℃，且环境温度与计算的露点温度之差小于等于3℃时，进入制冷排风模式，制冷单元的制冷器工作，风扇工作，直到环境温度与计算的露点温度之差大于等于5℃时，制冷器停止工作，风扇延时工作3分钟后停止；

3)当除湿器为非加热排风模式且非制冷排风模式时，每隔8～12分钟，风扇周期工作3～5分钟，环境温湿度传感器采集柜内环境温湿度，微处理器通过rs485总线将柜内环境温湿度、当前时间以及控制状态上传到上位机。

当除湿器处于加热排风模式或制冷排风模式时，每隔3～5分钟通过rs485总线上传一次环境数据、当前时间和控制状态。

除湿器通过rs485总线以高优先级接收上位机指令，包括查询指令和控制指令；当接收到上位机的控制指令时，除湿器会停止自身控制算法，将风扇、加热器、制冷器的控制权交给上位机，由上位机控制是加热排风模式还是制冷排风模式，以及加热排风模式或制冷排风模式工作时间。

本发明还包括以下步骤：

当除湿器以加热排风模式或制冷排风模式工作后，微处理器开始计时，如果加热排风模式或制冷排风模式持续工作超过10小时，环境温度与露点温度之差仍小于3℃，则报警，并通过rs485总线持续上传报警信息。

步骤1)中，露点温度的计算，是通过传感器采集到的温度和相对湿度数据，利用马拉斯公式，计算出当前环境的露点温度值，具体为：

101)计算出t℃时空气在水面(t>0℃)或冰面(t≤0℃)的饱和水蒸汽压力es，公式如下：

其中，e0为0℃时空气的饱和水蒸汽压力，a、b为系数，t为空气温度；

102)计算出t℃时，空气在已知相对湿度f％下的水蒸汽压力e，公式如下：

e＝es×f×0.01

103)计算t℃时，相对湿度为f％时的空气露点温度td，公式如下：

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明利用加热和制冷除湿两种方式来破坏露点温度，使环境温度始终不接近或低于露点温度，当前环境空气中的水分不会结露，可以无需人工设定温度和湿度值，智能工作。

2.本发明采用微电脑控制，控制模式可根据环境参数自动调节，除具备半导体冷端除湿模式外，还具备自动加热除湿、通风强制除湿、柜内外温差监测、湿度检测、远程监控等功能，结合了不同除湿方式优点，可智能判断并采用最合适的除湿方式，适应全天候全地区除湿，并能提前预防凝露的机柜除湿产品系统支持独有的数据云存储监控平台，可方便用户实时监控系统的使用情况和效果。

3.本发明采用软件控制风扇周期工作，使传感器采集通道空气形成流动，带走由于电路板等一些器件发热引起的温升，使传感器能够准确的测量出环境的实际温湿度。从而解决了传感器内置安装方式的不足。

4.本发明广泛应用于高低压配电柜、配电箱、电气柜、端子箱、电瓶柜和室外通讯机柜等，有效解决柜内湿度过大或凝露产生故障隐患或设备锈蚀的现象，能防止设备内部绝缘降低、电气放电、电气连接点氧化、金属锈蚀、机构老化和发霉等现象。

附图说明

图1为机柜防凝露装置面板结构示意图；

图2为机柜防凝露装置内部结构示意图；

图3为机柜防凝露装置内散热器布置结构示意图；

图4为机柜防凝露装置电气结构框图。

其中，1为面板，2为led状态指示灯，3为数据显示仪，4为接线端子，5为风扇排风口，6排水管接口，7为第二散热片(制冷片热端散热片)，8为集水槽，9为第一散热片，10为第三散热片，11为ptc加热体，12为tec1制冷片。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1～3所示，本发明一种机柜防凝露装置，安装于机柜中，包括机壳、安装于机壳内的第一～三散热片、制冷单元、加热单元、排水单元以及控制单元，其中第一散热片设于第三散热片的上方，第二散热片设于第一、三散热片的侧面，加热单元安装于第一、二散热片之间，制冷单元安装于第二、三散热片之间，第三散热片接触制冷单元的冷端，第二散热片接触制冷单元的热端；排水单元安装于机壳内底部；制冷单元的主控制板安装于机壳的面板里侧，控制单元中的指示灯安装于机壳面板上，面板下部设有风扇；控制单元的接线端子安装于机壳外侧。

机壳上端面设有进风口，下端面设有排水管道的排水口，机壳上对应风扇的位置设有出风口；排水单元包括集水槽和排水管，其中集水槽为漏斗形状，漏斗上部接水口履盖第二、三散热片底部；漏斗下部为排水管，由机壳底部延伸至机壳外。

本发明采用相同的风道，实现加热排风模式和制冷排风模式两种工作方式。

本实施例中，机柜防凝露装置外形尺寸仅为170×100×72mm，内部集成了加热器、制冷器、制冷散热器、通风风扇、气流风道、控制单元、数码管显示单元(显示环境温度、环境湿度、计算的露点温度、加热器/制冷器温度)、led工作状态指示单元、双传感器部件(包括测量环境温湿度传感器和监测加热器和制冷器温度传感器)、485通讯单元、数据存储单元、时钟单元(实时时间)、集水器以及排水管道。

如图4所示，控制单元包括环境温湿度传感器、加热器/制冷器温度检测传感器、微处理器(mcu)、显示器、风扇控制回路、加热器控制回路以及制冷器控制回路，其中环境温湿度传感器、加热器/制冷器温度检测传感器采集的温度信号送至微处理器，微处理器输出控制指令至风扇控制回路、加热器控制回路以及制冷器控制回路中；微处理器通过rs485总线与上位机进行通讯连接。

本发明还具有辅助加热器，其安装于机柜内，辅助加热器的控制回路与控制单元的输出端连接。对空间大的电气控制柜，当除湿器加热功率不足时，可选配外置加热器，提高加热功率来补充大空间加热不足的问题，只需要在除湿器电气接口相关引脚外接一个辅助加热器即可。

本实施例采用内置传感器的方式，即环境温湿度传感器和加热器/制冷器温度检测传感器均布设于机柜除湿器内部，方便了现场布线安装。通常采用内置传感器的方式由于电路板等一些器件本身会发热而影响传感器的对实际环境的测量，本发明采用软件控制风扇周期工作，使传感器采集通道空气形成流动，带走由于电路板等一些器件发热引起的温升，使传感器能够准确的测量出环境的实际温湿度，从而解决了传感器内置安装方式的不足。

本发明一种机柜防凝露方法，采用破坏环境露点的方式，使机柜内部环境空间的温度始终不会达到露点温度，电气设备或线路节点不会结露而受潮，包括以下步骤：

1)微处理器根据环境温湿度传感器发送的温度数据进行判断，当柜内环境温度＜30℃，且环境温度与计算的露点温度之差小于等于3℃时，进入加热排风模式，加热单元的加热器工作，风扇工作，直到柜内环境温度与计算的露点温度之差大于等于5℃时，加热器停止工作，风扇延时工作3分钟后停止；

2)当柜内环境温度≥30℃，且环境温度与计算的露点温度之差小于等于3℃时，进入制冷排风模式，制冷单元的制冷器工作，风扇工作，直到环境温度与计算的露点温度之差大于等于5℃时，制冷器停止工作，风扇延时工作3分钟后停止；

3)当除湿器为非加热排风模式且非制冷排风模式时，每隔10分钟，风扇工作4分钟，以这个时间间隔周期工作，环境温湿度传感器采集柜内环境温湿度，微处理器通过rs485总线将柜内环境温湿度、当前时间以及控制状态上传到上位机。

当除湿器处于加热排风模式或制冷排风模式时，每隔3分钟通过rs485总线上传一次环境数据、当前时间和控制状态。

当除湿器以加热排风模式或制冷排风模式工作后，微处理器开始计时，如果加热排风模式或制冷排风模式持续工作超过10小时，环境温度与露点温度之差仍小于3℃，则报警，并通过rs485总线持续上传报警信息。此时，4个led状态灯循环交替闪烁，且蜂鸣器鸣叫。

除湿器通过rs485总线以高优先级接收上位机指令，包括查询指令和控制指令；当接收到上位机的控制指令时，除湿器会停止自身控制算法，将风扇、加热器、制冷器的控制权交给上位机，由上位机控制是加热排风模式还是制冷排风模式，以及加热排风模式或制冷排风模式工作时间。此时除湿器的4个led状态指示灯会共同闪烁，代表处于上位机接管模式。

步骤1)中，露点温度的计算，是通过传感器采集到的温度和相对湿度数据，利用马拉斯公式，计算出当前环境的露点温度值，具体为：

101)计算出t℃时空气在水面(t>0℃)或冰面(t≤0℃)的饱和水蒸汽压力es(pa)，公式如下：

其中，e0为0℃时空气的饱和水蒸汽压力，取值为611.2pa，a、b为系数，t>0℃时，取水面值a＝7.5，b＝237.3；t≤0℃时，取水面值a＝9.5，b＝265.5，t为空气温度；

102)计算出t℃时，空气在已知相对湿度f％下的水蒸汽压力e(pa)，公式如下：

e＝es×f×0.01

103)计算t℃时，相对湿度为f％时的空气露点温度td，公式如下：

本实施例中，核心除湿部件中，制冷单元采用tec1半导体制冷片，加热单元采用ptc加热体，tec1半导体致冷片的冷端与第三散热片接触，热端与第二散热片接触；进风口、上述各散热片、经出风口构成独特的风道。

步骤1)中的加热排风模式，加热单元工作，风机处于排风模式，此时第一散热片、第二散热片均为热端，空气经过第一散热片加热后经风道传到第二散热片再次加热，加热后的空气由风扇排出，此模式能快速的加热机柜。微处理器通过用环境温湿度传感器得到的环境温度和湿度值，利用马拉斯公式计算出环境的露点温度，加热排风模式的工作条件：环境温度—露点温度<3℃,且环境温度<30℃。

步骤2)中的制冷排风模式，制冷片正向工作，风机处于排风模式，此时第一散热片为冷端，第二散热片为热端，湿气经过第一散热片，冷凝后排水，抽湿后的冷空气经风道传到第二散热片，加热后由风扇排除，同时为第二散热片散热，此模式能最大效率的除湿，同时加热空气，提高饱和湿度。制冷片有冷端和热端，靠冷端来冷凝空气中的水分，凝结水排除柜体外部，来降低柜体内部的空气湿度。制冷片工作时第三散热片实际为散冷片，第二散热片是制冷片热端的散热片。制冷排风模式的工作条件：环境温度—露点温度<3℃,且环境温度≥30℃。

本发明利用加热和制冷除湿两种方式，来破坏露点温度。只要环境温度始终不接近或低于露点温度，那么当前环境空气中的水分就永远不会结露。利用此原理开发出的机柜防凝露方法及装置，可以无需人工设定温度和湿度值，智能工作。