本發明涉及電力電子技術領域，尤其是一種戶外機柜的溫度控制系統及其控制方法。

背景技術：

在戶外工作運行的電力電子器件通常都安裝在機柜中。由于戶外環境較為惡劣，機柜通常都要安裝主動式的散熱裝置來保證電力電子器件工作過程中的及時散熱。現有的戶外機柜散熱裝置散熱效率低，導致整個機柜的能耗增加，機柜內的可利用空間少。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種戶外機柜的溫度控制系統及其控制方法，能夠解決現有技術的不足，提高了戶外機柜的散熱效率。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案如下。

一種戶外機柜的溫度控制系統，包括柜體，柜體內設置有若干個功能模組，所述柜體內設置有水箱，水箱通過變頻循環水泵連接有若干個換熱水管，換熱水管上設置有流量調節閥，換熱水管鋪設在功能模組外側，水箱上設置有散熱器, 換熱水管的回水端與散熱器的進口相連，散熱器的出口連接至水箱，散熱器外側設置有變頻風扇，在每個功能模組和換熱水管的回水端外側設置有一個溫度傳感器；柜體內還設置有一個控制器，控制器的輸入端與各個溫度傳感器相連，控制器的輸出端與變頻循環水泵、變頻風扇和流量調節閥相連。

作為優選，所述散熱器包括外殼，外殼內設置有與換熱水管一一對應的散熱金屬管，外殼上同軸設置有進風口和出風口，進風口和出風口的軸線與散熱金屬管垂直設置，散熱金屬管的表面設置有若干個徑向導流槽，散熱金屬管的背風面設置有軸向匯流槽，徑向導流槽與軸向匯流槽相連通，相鄰的兩個散熱金屬管之間設置有兩個相互連接的第一折流板，兩個第一折流板的背風面的夾角為160～145°。

作為優選，所述散熱金屬管內側設置有若干組相互分離的第一螺旋導流槽，每組第一螺旋導流槽的長度為散熱金屬管內側周長的3/4，散熱金屬管內側設置有若干個圓形導流盤，圓形導流盤沿著散熱金屬管的軸線設置，圓形導流盤位于軸向匯流槽的背面，圓形導流盤內設置有第二螺旋導流槽，第二螺旋導流槽的寬度由上至下逐漸增大。

作為優選，所述換熱水管內壁連接有第二折流板，第二折流板的底部連接有第三折流板，第二折流板和第三折流板與水流的方向反向設置，第二折流板與換熱水管內壁的夾角為45°，第三折流板與第二折流板的夾角為65°，第二折流板上設置有通孔。

作為優選，相鄰換熱水管之間設置有導熱貼片，導熱貼片固定在功能模組外表面，換熱水管與導熱貼片之間設置有導熱翅片。

一種上述的戶外機柜的溫度控制系統的控制方法，包括以下步驟：

A、變頻循環水泵驅動水箱內的冷卻水在換熱水管內循環流動，變頻風扇對流經散熱器的冷卻水進行散熱冷卻；

B、控制器根據溫度傳感器測量的功能模組的表面溫度對變頻循環水泵的工作功率進行調節；

C、控制器根據變頻循環水泵的工作功率和換熱水管內冷卻水的溫度對變頻風扇的工作功率進行調節；

D、當不同功能模組的溫度產生溫度差時，控制器通過流量調節閥對流經不同功能模組的冷卻水流量進行調整。

作為優選，步驟B中，變頻循環水泵的工作功率數值與功能模組的表面溫度數值的調整關系為，

，

其中，P₁為變頻循環水泵的工作功率數值，T₁為功能模組的表面溫度數值，k₁和k₂為比例系數。

作為優選，步驟C中，變頻風扇的工作功率數值與變頻循環水泵的工作功率數值和換熱水管內冷卻水的溫度數值的調整關系為，

其中，P₂為變頻風扇的工作功率數值，T₂為換熱水管內冷卻水的溫度數值，t₁和t₂為采樣時間段，T為換熱水管內冷卻水的標準溫度數值，k₃和k₄為比例系數。

采用上述技術方案所帶來的有益效果在于：本發明使用熱容較大的冷卻水形成一個散熱緩沖系統，提高對于功能模塊熱量吸收的及時性。散熱器作為主要的散熱部件，其充分利用了與氣流的接觸散熱結構，提高了氣流對于冷卻水散熱的效率。散熱金屬管內外壁的結構可以使冷卻水和散熱氣流通過散熱金屬管進行充分的熱量傳遞。換熱水管的結構可以實現冷卻水對于熱量的充分吸收。通過控制器對變頻循環水泵、變頻風扇和流量調節閥的調節，實現對于電能的精準使用，節約能源。

附圖說明

圖1是本發明一個具體實施方式的結構圖。

圖2是本發明一個具體實施方式中散熱器的結構圖。

圖3是本發明一個具體實施方式中散熱金屬外部的結構圖。

圖4是本發明一個具體實施方式中散熱金屬內部的結構圖。

圖5是本發明一個具體實施方式中換熱水管內部的結構圖。

圖6是本發明一個具體實施方式中換熱水管外部的結構圖。

圖中：1、柜體；2、功能模組；3、水箱；4、變頻循環水泵；5、換熱水管；6、散熱器；7、變頻風扇；8、溫度傳感器；9、控制器；10、外殼；11、散熱金屬管；12、進風口；13、出風口；14、徑向導流槽；15、軸向匯流槽；16、第一折流板；17、第一螺旋導流槽；18、圓形導流盤；19、第二螺旋導流槽；20、第二折流板；21、第三折流板；22、通孔；23、導熱貼片；24、導熱翅片；25、導氣管；26、開關閥；27、流量調節閥。

具體實施方式

本發明中使用到的標準零件均可以從市場上購買，異形件根據說明書的和附圖的記載均可以進行訂制，各個零件的具體連接方式均采用現有技術中成熟的螺栓、鉚釘、焊接、粘貼等常規手段，在此不再詳述。

參照圖1-6，本發明一個具體實施方式包括柜體1，柜體1內設置有若干個功能模組2，所述柜體1內設置有水箱3，水箱3通過變頻循環水泵4連接有若干個換熱水管5，換熱水管5上設置有流量調節閥27，換熱水管5鋪設在功能模組2外側，水箱3上設置有散熱器6,換熱水管5的回水端與散熱器6的進口相連，散熱器6的出口連接至水箱3，散熱器6外側設置有變頻風扇7，在每個功能模組2和換熱水管5的回水端外側設置有一個溫度傳感器8；柜體1內還設置有一個控制器9，控制器9的輸入端與各個溫度傳感器8相連，控制器9的輸出端與變頻循環水泵4、變頻風扇7和流量調節閥27相連。散熱器6包括外殼10，外殼10內設置有與換熱水管5一一對應的散熱金屬管11，外殼10上同軸設置有進風口12和出風口13，進風口12和出風口13的軸線與散熱金屬管11垂直設置，散熱金屬管11的表面設置有若干個徑向導流槽14，散熱金屬管11的背風面設置有軸向匯流槽15，徑向導流槽14與軸向匯流槽15相連通，相鄰的兩個散熱金屬管11之間設置有兩個相互連接的第一折流板16，兩個第一折流板16的背風面的夾角為150°。散熱金屬管11內側設置有若干組相互分離的第一螺旋導流槽17，每組第一螺旋導流槽17的長度為散熱金屬管11內側周長的3/4，散熱金屬管11內側設置有若干個圓形導流盤18，圓形導流盤18沿著散熱金屬管11的軸線設置，圓形導流盤18位于軸向匯流槽15的背面，圓形導流盤18內設置有第二螺旋導流槽19，第二螺旋導流槽19的寬度由上至下逐漸增大。換熱水管5內壁連接有第二折流板20，第二折流板20的底部連接有第三折流板21，第二折流板20和第三折流板21與水流的方向反向設置，第二折流板20與換熱水管5內壁的夾角為45°，第三折流板21與第二折流板20的夾角為65°，第二折流板20上設置有通孔22。相鄰換熱水管5之間設置有導熱貼片23，導熱貼片23固定在功能模組2外表面，換熱水管5與導熱貼片23之間設置有導熱翅片24。

一種上述的戶外機柜的溫度控制系統的控制方法，包括以下步驟：

A、變頻循環水泵4驅動水箱1內的冷卻水在換熱水管5內循環流動，變頻風扇7對流經散熱器6的冷卻水進行散熱冷卻；

B、控制器9根據溫度傳感器8測量的功能模組2的表面溫度對變頻循環水泵4的工作功率進行調節；

C、控制器9根據變頻循環水泵4的工作功率和換熱水管5內冷卻水的溫度對變頻風扇7的工作功率進行調節；

D、當不同功能模組2的溫度產生溫度差時，控制器9通過流量調節閥27對流經不同功能模組2的冷卻水流量進行調整。

步驟B中，變頻循環水泵4的工作功率數值與功能模組2的表面溫度數值的調整關系為，

，

其中，P₁為變頻循環水泵4的工作功率數值，T₁為功能模組2的表面溫度數值，k₁和k₂為比例系數。

步驟C中，變頻風扇7的工作功率數值與變頻循環水泵4的工作功率數值和換熱水管5內冷卻水的溫度數值的調整關系為，

其中，P₂為變頻風扇7的工作功率數值，T₂為換熱水管5內冷卻水的溫度數值，t₁和t₂為采樣時間段，T為換熱水管5內冷卻水的標準溫度數值，k₃和k₄為比例系數。

在換熱水管5的中心設置有導氣管25。導氣管25與進風口12相連通，導氣管25上設置有開關閥26。當水箱3內的水溫持續升高超過40℃時，打開開關閥26，使散熱空氣通過導氣管25對換熱水管5內的冷卻水進行實時降溫，可以有效控制水箱3內的水溫，保證冷卻水的散熱效率。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。