基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的端子箱智能除濕裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉釗 劉超君 王治玲 趙俊光 魏坤涌

摘 要：本文在分析端子端傳統(tǒng)加熱除濕方式及其缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合半導(dǎo)體制冷除濕技術(shù)的工作原理和優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了端子箱智能除濕裝置，通過與傳統(tǒng)除濕方式運(yùn)行的對(duì)比情況，說明該方案達(dá)到了預(yù)期除濕效果。

關(guān)鍵詞：端子箱；半導(dǎo)體；制冷；除濕

1 緒論

電力系統(tǒng)多種電氣柜安放在室外，內(nèi)部含有大量的接線端子、電纜等，由于制造廠家加工工藝水平和現(xiàn)場(chǎng)使用特點(diǎn)，難以做到完全密閉，從而導(dǎo)致大氣的濕熱空氣積累到電氣柜內(nèi)，當(dāng)氣溫驟降時(shí)，電氣柜內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生凝露，時(shí)間較長(zhǎng)后，容易引起短路、銹蝕等問題，影響機(jī)械和電氣性能。因此包括端子箱在內(nèi)的電氣柜有效除濕一直是電力設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理的一項(xiàng)重要工作。

2 傳統(tǒng)除濕措施和缺點(diǎn)

傳統(tǒng)除濕使用電阻絲加熱器或燈泡加熱結(jié)合溫濕度控制器方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，當(dāng)加熱器工作時(shí)，端子箱內(nèi)溫度不斷升高，空氣包含水分的能力越強(qiáng)，水蒸發(fā)得越快，從而促使設(shè)備上的凝露蒸發(fā)，防止水氣在箱內(nèi)端子排等上凝露，預(yù)防閃絡(luò)、短路等事故。

該種除濕方式的缺點(diǎn)是不能從根本上解決凝露問題：一是由于端子箱是一個(gè)相對(duì)密閉的空間，空氣中的水分一直停留在箱體內(nèi)部，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，空氣的飽和水汽壓降低，多出的水分又會(huì)凝結(jié)成凝露，達(dá)不到除濕的目的和效果；二是加熱器長(zhǎng)期開啟會(huì)加快端子箱內(nèi)部線路的老化，也會(huì)使加熱器很容易損壞。

3 半導(dǎo)體制冷除濕技術(shù)

半導(dǎo)體制冷技術(shù)是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一門介于制冷技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)邊緣的學(xué)科，它利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的PN結(jié)，形成熱電偶對(duì)，產(chǎn)生帕爾帖效應(yīng)，即通過直流電制冷的一種新型制冷方法。帕爾帖效應(yīng)是法國(guó)物理學(xué)家帕爾帖1834年發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)有外加直流電流流過由兩種不同導(dǎo)電材料構(gòu)成的回路時(shí)，兩觸點(diǎn)之一將產(chǎn)生吸熱現(xiàn)象，而另一觸點(diǎn)則產(chǎn)生放熱現(xiàn)象。[1]

除濕是將潮濕空氣中水蒸汽冷卻至露點(diǎn)濕度以下將水汽凝結(jié)出來達(dá)到的，關(guān)鍵是冷卻空氣，因此可將熱電的制冷效應(yīng)應(yīng)用于除濕。采用通風(fēng)機(jī)加速空氣流動(dòng)，半導(dǎo)體制冷片將濕空氣反復(fù)通過冷端熱交換器加以冷卻，待溫度降至露點(diǎn)溫度以下時(shí)，水汽在冷端熱交換器上凝結(jié)排入盛水箱，除濕后低溫空氣由通風(fēng)機(jī)強(qiáng)制引向制冷片熱端，將熱端熱量帶走，最后經(jīng)過除濕處理的空氣出風(fēng)口排出。[2]

半導(dǎo)體制冷器件不使用制冷劑，運(yùn)行時(shí)不會(huì)發(fā)生震動(dòng)產(chǎn)生噪音，制冷片冷熱慣性小，不需要太多時(shí)間就可以完成制冷，器件價(jià)格較低廉，性能優(yōu)越，具有廣泛的應(yīng)用前景。[3]

4 裝置構(gòu)成及工作過程

4.1 裝置結(jié)構(gòu)

如圖1，端子箱除濕裝置由電源模塊、控制系統(tǒng)、傳感器、顯示及按鍵、通信模塊、凝水排水系統(tǒng)構(gòu)成。

電源模塊：采用高穩(wěn)定性電源，由220V電源供電。

控制系統(tǒng)：采用高性能單片機(jī)，對(duì)顯示及按鍵模塊、傳感器采集的溫濕度數(shù)據(jù)處理后，與設(shè)置的溫濕度定值進(jìn)行比較，當(dāng)環(huán)境濕度大于系統(tǒng)設(shè)置值時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)除濕操作。

傳感器：包括溫濕度傳感器，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集提供來源。

顯示及按鍵：采用數(shù)碼管與Led指示燈、按鍵相結(jié)合，主要完成當(dāng)前環(huán)境溫濕度的顯示以及對(duì)控制參數(shù)配置。

通信模塊：包括無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)除濕裝置數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，在遠(yuǎn)方實(shí)現(xiàn)顯示和控制，可采用移動(dòng)、聯(lián)通、電信的通信網(wǎng)絡(luò)。

凝水排水系統(tǒng)：在控制系統(tǒng)啟動(dòng)除濕操作后，潮濕空氣在半導(dǎo)體制冷除濕器件形成露珠，當(dāng)露珠達(dá)到一定量時(shí)排到外部。

4.2裝置工作過程

除濕裝置上電后，通過顯示及按鍵面板設(shè)置工作參數(shù)，或者直接使用默認(rèn)配置，當(dāng)傳感器測(cè)到的環(huán)境濕度大于系統(tǒng)閥值時(shí)，啟動(dòng)除濕，在加熱空氣溫度的同時(shí)強(qiáng)制形成空氣循環(huán)，讓潮濕空氣在半導(dǎo)體制冷器件上形成露珠，當(dāng)露珠達(dá)到一定量時(shí)通過排水系統(tǒng)排到外部；當(dāng)濕度逐漸下降到閥值以下后，停止除濕工作。

5 除濕裝置應(yīng)用情況

在一個(gè)端子箱安裝智能除濕裝置一臺(tái)，就近另一端子箱安裝監(jiān)測(cè)溫濕度的智能除濕裝置（不開啟智能除濕控制）并用傳統(tǒng)加熱器除濕，取一天數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。兩個(gè)端子箱的溫濕度等相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳送到后臺(tái)顯示查看。兩種除濕裝置均設(shè)置為濕度45%至60%，當(dāng)濕度超過60%時(shí)啟動(dòng)除濕；當(dāng)濕度低于45%時(shí)，關(guān)閉除濕操作。

圖 2、圖 3分別是智能除濕和傳統(tǒng)加熱除濕的環(huán)境溫濕度曲線圖。智能除濕機(jī)根據(jù)濕度變化有規(guī)律的啟停，端子箱濕度在45%至60%之間，大部為50%，環(huán)境溫度在20℃至22℃。使用傳統(tǒng)加熱除濕端子箱環(huán)境濕度在40%至64%之間，在啟動(dòng)加熱器除濕后，濕度下降變化較快，環(huán)境溫度也在20℃至22℃。采用智能除濕裝置除濕，濕度隨著除濕機(jī)的啟停很好控制在某個(gè)范圍之內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)驟升與驟降，除濕效果穩(wěn)定，除濕系統(tǒng)無需長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，裝置具有更長(zhǎng)的使用壽命。

6 結(jié)語(yǔ)

將半導(dǎo)體制冷技術(shù)應(yīng)用到端子箱除濕，設(shè)計(jì)了智能除濕裝置，并通過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，解決了傳統(tǒng)加熱除濕方式不能有效除濕的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹振華.一種新型制冷方式——半導(dǎo)體制冷技術(shù)芻議[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)，2017，（01）：106107.

[2]周斌全.除濕技術(shù)在變電設(shè)備運(yùn)行中的應(yīng)用[D].東南大學(xué)，2015.

[3]池桂君.半導(dǎo)體制冷技術(shù)原理與應(yīng)用[J].四川水泥，2016，（06）：313.

作者簡(jiǎn)介：劉釗（1973），男，重慶人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。