用于减少电气设备罩壳内的冷凝的水分的量的方法和装置

摘要

本发明提供一种用于减少冷凝到罩壳(30)内部的水分的量的方法和装置，所述罩壳(30)封闭至少一件电气设备(31)，所述电气设备(31)适于在第一电气量级范围(0...maxinput)中从罩壳(30)外部接收电功率，并且适于在第二电气量级范围(minoutput...maxoutput)向罩壳(30)外部供给电功率。在该方法中，将在所述第二电气量级范围(minoutput...maxoutput)之外的第一电气量级范围(0...maxinput)的至少一部分(A，B，C)上接收的电功率用于加热冷凝的水分以使其排出。

说明书

技术领域

本发明涉及用于封闭电气设备的罩壳(enclosures)的除湿。特别地，本发明涉及用于排出设计用于存储电气设备(例如，太阳能电池板的逆变器)的户外机柜内的冷凝的水分。准确地说，本发明涉及根据权利要求1和9的前序部分所述的方法和装置。

背景技术

用于存储电气设备的罩壳设计用于保护设备以免暴露于户外条件。罩壳必须提供对雨水、低温和高温以及冲击的保护。在户外使用中，用于封闭电气设备的罩壳暴露于在白天和黑夜间的周期性温度变化。虽然所述罩壳设计成是防水的，但是这一周期性热负载使得水分积聚到罩壳的内表面。当罩壳(例如电气柜)外的温度比在罩壳内部的温度低到足够多时，那么在罩壳的内表面上有冷凝的危险。冷凝将最终导致水滴落到安装在罩壳中的电气设备上，并且从而使电气设备的最大电压下降或者损坏电气设备。

在罩壳内的电气设备偶尔或者周期地接通的应用中，这一问题特别重要。这个应用的一个特别的例子是在包括多个太阳能电池板或模块的光伏(PV)系统中的太阳能逆变器，它由于自然原因周期性地运作。在白天，PV系统处在变换来自太阳的太阳能的运行中以便由电力网使用。当太阳落山时或者当太阳能电池板无法产生足够的功率时，逆变器被完全断开。断开逆变器的其他原因包括节约能源、维护和电力网的停电。逆变器的周期性操作导致与罩壳内的温度和湿度有关的问题，其中在昼夜节律的寒冷期，罩壳内的温度对于水分冷凝到罩壳内部提供了机会之窗。

冷凝现象可以通过向罩壳提供诸如电阻热敏元件的辅助加热器来解决，其目的是保持内部温度高于外部温度，使得水分不可以在罩壳的内表面上冷凝。然而，这种方法的缺点是浪费能源、减少电气部件的寿命、以及将内部设备暴露于恒定的热应力，该恒定的热应力可能使得一些部件在规格之外，即在适当的运行温度范围之外。

另一个解决办法可能是使用空气干燥器或珀耳帖(Peltier)元件来冷凝水分，以便将水分转换成流动的液体，其可以通过出口排出罩壳。然而，在户外使用中，罩壳中的这种开口将处于诸如藻类等的时间积聚的不期望的生长过程中。更具体而言，这种布置的出口阀对于冷凝的液体的杂质是脆弱的。在诸如沙漠和丛林的偏远位置中，突出了开口系统的问题。通过防水罩壳解决了开口系统的问题吗，人们仍将遇到紧密密封的罩壳内的冷凝的水分的初始问题。

发明内容

因此本发明的目标是提供用于减少电气设备的户外罩壳内冷凝的水分的量的方法和装置，使得通过使用最小量的能量可以保护设备以免暴露于水分。

本发明的目标通过一种用于减少冷凝到用于封闭至少一件电气设备的罩壳内部的水分的量的新颖方法来实现，该电气设备适于在第一电气量级范围中从罩壳外部接收电功率，并且适于在第二电气量级范围中给罩壳外部供给电功率。在该方法中，在第二电气量级范围之外在第一电气量级范围的至少一部分上接收的电功率被利用来加热冷凝的水分以便排出它们。

更具体而言，根据本发明的方法特征在于权利要求1的特征部分。

另一方面，本发明的目标还通过一种用于减少冷凝到用于封闭至少一件电气设备的罩壳内部的水分的量的新颖的装置来实现，该电气设备用于在第一电气量级范围中从罩壳外部接收电功率，并且在第二电气量级范围中给罩壳外部供给电功率。该装置适于将在该第二电气量级范围之外的第一电气量级范围的至少一部分上接收的电功率用于加热冷凝的水分以便排出它们。

更具体而言，根据本发明的装置特征在于权利要求9的特征部分。

借助本发明将获得许多益处。

由于在输出范围之外接收的电功率被用于加热冷凝的水分，因此不需要多余的能量来排出冷凝的水分。此外，由于明确加热的是水分，而不是罩壳内的空气的内部容量，因此水分被蒸发，导致非常高效的排出。换言之，通过本质上没有多余的功率使用，最小化了冷凝的水分在罩壳内的电气设备中引起故障的风险，这从而提高了设备的效率。

在太阳能电池板——即光伏电池——应用中获得特别的好处，其中产生的多余电力用于排出水分。在实践中，太阳能电池通常是规格的，使得在白天期间，当电池吸收最多的日光时，以最高输入速率供给电力网。然而，虽然电力网以最高速率接收电力，但是太阳能电池低于它的最高输出运行。这同样适用以下情况，其中，太阳能电池具有低于电力网的最低输入速率的输出。在这两种情况下，由过大的太阳能电池所产生的多余的能量可以用于除去水分。

通常而言，特别的好处通过以下应用得到，其中罩壳内的设备是用于从电源接收电功率的逆变器或者类似物，其已经从诸如太阳能、风能、热能和动能等另一种形式的能源中恢复了电功率，并且用于给罩壳外部供给电功率。

根据一个实施方式，罩壳是一个基本上封闭的户外容器，其中水分被收集到锅炉的盛器中，该锅炉设置有加热设备。使用加热设备将收集到盛器中的水分加热到至少水分的沸腾温度，其中排出的水分是无菌的。结果是，没有增长被积聚到系统的出口上。

根据一个实施方式，罩壳内的水分被收集到设有电加热电阻器的锅炉的盛器中，该电加热电阻器被布置为加入盛器中的水分。通过使用电加热电阻器，有可能容易地确定用于开始生成电流的最佳时期。所述确定可以通过测量电加热电阻器的功耗来建立，其中功耗指示当前生成的电流有多大。

附图说明

在下文中，将参照附图详细讨论本发明的特定实施例，其中：

图1呈现了根据本发明的一个实施例的装置的横截面图；

图2呈现了图1的罩壳的详细视图；以及

图3呈现了功率范围图表，在功率范围外部恢复的能量用于从罩壳内部排出罩壳水分。

具体实施方式

在本发明上下文之中的罩壳将被理解为可以用于容纳和包含电气设备以及用于保护设备免受环境冲击(例如雨水)的任何罩壳。由图1可见，根据本发明的罩壳的一个示例是用于封闭太阳能电池板设备(例如逆变器31)的罩壳30。其他可想到的罩壳包括重型容器、舱室以及建筑和车辆。根据一个实施例，罩壳30是包括用于变换收到的电功率的逆变器31的户外罩壳。罩壳30被布置成使得逆变器31从外部电源(即从至少部分地位于罩壳30的外部的电源)接收电功率。根据一个实施例，所述外部电源是太阳能电池板32，其已经被设置在罩壳30的外部，以恢复太阳能和向罩壳30内部供给电功率，即直流电流，其中所述电功率由逆变器31接收。根据另一个实施例，电源是水轮机。根据又一个实施例，电源是测功机。根据进一步的实施例，电源是风力涡轮机。虽然如此，电源优选的是用于将一种形式的能量变换为电功率的能量变换器。

除了逆变器31，罩壳30封闭控制器33，控制器33连接到逆变器31用于对其进行控制。逆变器31进一步连接到例如太阳能电池板32的外部电源，其中逆变器31适于在第一电气量级范围中从罩壳30外部接收电功率，并且适于在第二电气量级范围中给罩壳外部供给电功率。通常，逆变器31适于将在特定电压范围上接收的直流电流变换成交流电流，可以在与所接收的直流电流的电压范围不同或者相同的电压范围中供给该交流电。自然地，逆变器31可以还适于执行其他种类的变换。然而，在图1的示例中，逆变器31适于从太阳能电池板32接收直流电流以及向外部电力网#供给变换的交流电流。自然地，逆变器31可以适于供给可替换的功率容器，例如电池或电气器具。结合根据本发明的方法的实施例来更详细地讨论第一量级范围和第二量级范围。

罩壳30还设置有锅炉10，用于收集和排出由于上文描述的现象而已经冷凝到罩壳30内部的水分。在图1和图2的示例中，锅炉10是大部分布置在罩壳30外部并且连接到罩壳以便借助于气密接头来创建封闭系统的外部设备。此外，罩壳30优选地是基本上封闭的户外容器，其中在罩壳中或者罩壳外的液体流动是可控的。换句话说，罩壳30不漏水或者对外部流体不是开放的，其中罩壳是防水的。可替换地，锅炉10可以被布置为布置在罩壳30内的内部设备(未示出)。

锅炉10包括盛器12，用于收集来自罩壳30内部的冷凝的水分。锅炉10还包括用于将冷凝的水分20从罩壳30内部引导到盛器12的装置。根据图1和图2的示例，引导装置包括入口13，其是将罩壳30的内部容量连接到锅炉10的盛器12的管子。入口13优选地被密封到罩壳30和盛器12二者，使得没有流体20可以从封闭的系统逸出。锅炉10还包括出口14，其是将盛器12连接到大气或者至少罩壳30外部的另一个管子。出口14设置有阀16，用于控制来自盛器12的液体20的排出。入口13还优选地设置有阀15，用于控制液体20的接收。根据一个实施例，阀15和阀16的任一个或二者是简单的瓣阀，其在锅炉10内的压力变化后打开和闭合。根据另一个实施例，阀15和阀16的任一个或二者是可控的电磁阀，其优选地由控制器33控制。然而，本领域技术人员能够想到其他可行的替换品。

锅炉10还包括用于加热收集到盛器12中的液体20的装置，以便通过促进液体的蒸发来排出它们。用于加热的装置是加热设备11，其被布置在与盛器热连接中使得该设备适于加热盛器12中的内容，即液体20。根据一个实施例，加热设备是电加热电阻器11，其被布置成加热盛器12内的液体20。

除湿装置被布置将从外部电源32接收的电功率用于加热收集的冷凝的水分，其中通过促进水分20的蒸发而将其排出。然而，有多种方式将所述电功率引向锅炉10。根据一个实施例，电加热电阻器11直接连接到逆变器31(图1)。在所述的实施例中，控制器33调节逆变器31以向电加热电阻器11供应电功率，而不是外部电力网或其他电功率接收方，或者除了外部电力网或其他电功率接收方之外。根据另一实施例，电加热电阻器11还或者可替换地连接到旁路34，以便绕开逆变器31。借助逆变器旁路34，可以直接从外部电源32向电加热电阻器11供应电功率。在图1的示例中，由太阳能电池板32生成的直流电流由控制器33经由逆变器旁路34引向电加热电阻器11。旁路34可以用多种方式来构建。一个简单的结构将仅是电可控开关。由图1可见，这些实施例的组合也是可行的。

新颖的装置提供了设计用于户外使用的电气设备罩壳的除湿的新颖方法。图3中呈现了根据所述方法的一个实施例的原理，在图3中呈现了上文所描述的太阳能电池面板32的电源图形。由图3可见，太阳能电池板的功率输出根据白天的时间即根据所接收的太阳光量而变化。由图3还清楚的是，在连续数天的周期期间内，功率输出是周期性的。当检查24小时的单个周期(图3)，可以观察到太阳能面板的功率输出逐渐增加并且在中午达到高点。随着夜幕降临，可以在输出功率数量和接收的太阳光量中观察到类似的下降曲线。

因此，可以得出结论，功率在第一电气量级范围被接收到罩壳30中。在上述示例中，电气量级是功率，即太阳能面板32的输出功率。可替换地，电气量级可以被选择为电压、频率、电流、它们的组合或一些其他的象征值。然而，根据图1和图3的实施例的第一电气量级范围是0到max_input。虽然太阳能面板32在第一电气量级范围上生成电功率，但是向罩壳30外部供应的电功率在第二电气量级范围上供应，第二电气量级范围可以与第一电气量级范围不同。根据图1和图3的实施例，逆变器31的功率输出限制到min_output到max_output的范围，该范围形成第二电气量级范围。这一限制是由于接收电力网#中的限制，该接收电力网#被适配为仅在特定功率范围上接收功率。在这种太阳能应用中，向外部电力网#供应恒定交流电流，从而逆变器31的输出电压根据太阳能面板32的输出电压而变化。

因此，电功率在第一电气量级范围0到max_input的部分A、B和C上被接收到罩壳30中，该部分A到C在第二电气量级范围min_out到max_out之外。在新颖的实施例中，在所述部分A到C上接收的电能被用于加热冷凝的水分以使其排出。在仔细观察之后，部分A由在早晨当太阳能电池板32的输出功率P还没有超过电力网#的最小输入功率min_output时所恢复的电能形成。部分B由在正午当太阳能电池板32的输出功率P超过电力网#的最大输入功率max_output时所恢复的电能形成。部分C由在傍晚当太阳能电池板32的输出功率P低于电力网#的最小输入功率minoutput时所恢复的电能形成。应当理解，图3的图例min_output和max_output涉及功率进入和离开罩壳30。术语输入和输出从而被用于描述相对于罩壳30的方向。

一般来说，第二电气量级范围之外的第一电气量级范围的部分可以通过不同的方式来形成。例如，这样的部分可以在水力发电站中的输出功率峰值期间形成，或者在接收电力网中的调度或非调度断电期间形成。

在任何情况下，在所述部分A到C的至少一个上接收到罩壳30的电功率通过逆变器31或者直接从电源32被供给到加热设备，即电加热电阻器11。盛器12内收集的水分优选地被加热到水分的沸腾温度。特别优选地是通过煮沸排出水分20，因为排出的水分是无菌的，从而没有生长物(例如藻类或者线头)被积聚到出口14上或者特别是系统的出口阀16上。

根据进一步的实施例(未示出)，锅炉10的出口14被布置成使得排出的煮沸的蒸汽被引向光伏电池32，该出口14优选地在该光伏电池32下面。借助根据本实施例的布置，有可能通过热蒸汽来融化积聚在电池32上的雪或冰。用于加热电池32的电流可以从电力网#或者从辅助电池采集。

还可以修改标准罩壳30以便将一体化的锅炉10的风险降到最低，甚至利用它来使罩壳紧接的环境受益。例如，设有锅炉的罩壳的部分可能配备有多层外壁(未示出)以便保持它的外表面凉爽。这可以通过将锅炉的排出蒸汽经由出口引导到罩壳壁层之间的空间来布置。叠加在“蒸汽间隙(steam gap)”上设置的在壁层之间充满空气的另外的空间会将最外面的壁层与热蒸汽隔开，从而使得这种结构对于维修人员更安全。

排出的蒸汽还可以借助于已知方法通过将其冷凝到罩壳外部而进一步被利用，从而罩壳可以被用于在远端位置提供相对干净的水。再凝聚的水可以被用于供应维修人员或者用于为罩壳的周边(例如植物)供应水。这在以下应用中将是有益的，在太阳能电池的罩壳被布置在沙漠的应用中，在一方面有充足的阳光但另一方面没有遮蔽的应用中。在这种情况下，能源生成是有效的，但太阳光使罩壳变热，其中所包含的电气部件可能遭受降低的使用期限。由于沙漠对于植物来说是不友好的环境，因而它们通常不能用于对罩壳提供遮蔽。然而，当再冷凝的水用于给相邻的植物供应水时，由植物提供的遮蔽冷却罩壳，这对于内部的电气部件有益。明显地，将选择用于遮蔽罩壳的植物使得植物不会遮蔽太阳能电池板。

根据又一个实施例，如果锅炉10被布置在罩壳30内部或者与罩壳30端子连接时，则锅炉10的加热器11还可以被用于在寒冷的天气期间加热罩壳。如果加热器11主要或仅用于加热罩壳30的内部容量，则加热会延长罩壳30内部的电气部件的使用期限。

表：附图标记列表

标记部件10“锅炉”11加热器

12盛器13入口14出口15入口阀16出口阀20收集的水分30罩壳31逆变器32光伏电池33控制器43逆变器旁路a能量窗b能量窗c能量窗P功率t时间#电力网