基于半導體制冷技術的端子箱智能除濕裝置設計及應用

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加熱除濕方式及其缺點的基礎上，結合半導體制冷除濕技術的工作原理和優點，設計了端子箱智能除濕裝置，通過與傳統除濕方式運行的對比情況，說明該方案達到了預期除濕效果。

關鍵詞：端子箱；半導體；制冷；除濕

1 緒論

電力系統多種電氣柜安放在室外，內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場使用特點，難以做到完全密閉，從而導致大氣的濕熱空氣積累到電氣柜內，當氣溫驟降時，電氣柜內就會產生凝露，時間較長后，容易引起短路、銹蝕等問題，影響機械和電氣性能。因此包括端子箱在內的電氣柜有效除濕一直是電力設備運行維護管理的一項重要工作。

2 傳統除濕措施和缺點

傳統除濕使用電阻絲加熱器或燈泡加熱結合溫濕度控制器方式實現自動控制，當加熱器工作時，端子箱內溫度不斷升高，空氣包含水分的能力越強，水蒸發得越快，從而促使設備上的凝露蒸發，防止水氣在箱內端子排等上凝露，預防閃絡、短路等事故。

該種除濕方式的缺點是不能從根本上解決凝露問題：一是由于端子箱是一個相對密閉的空間，空氣中的水分一直停留在箱體內部，當環境溫度降低時，空氣的飽和水汽壓降低，多出的水分又會凝結成凝露，達不到除濕的目的和效果；二是加熱器長期開啟會加快端子箱內部線路的老化，也會使加熱器很容易損壞。

3 半導體制冷除濕技術

半導體制冷技術是20世紀50年代發展起來的一門介于制冷技術和半導體技術邊緣的學科，它利用特種半導體材料構成的PN結，形成熱電偶對，產生帕爾帖效應，即通過直流電制冷的一種新型制冷方法。帕爾帖效應是法國物理學家帕爾帖1834年發現的，當有外加直流電流流過由兩種不同導電材料構成的回路時，兩觸點之一將產生吸熱現象，而另一觸點則產生放熱現象。[1]

除濕是將潮濕空氣中水蒸汽冷卻至露點濕度以下將水汽凝結出來達到的，關鍵是冷卻空氣，因此可將熱電的制冷效應應用于除濕。采用通風機加速空氣流動，半導體制冷片將濕空氣反復通過冷端熱交換器加以冷卻，待溫度降至露點溫度以下時，水汽在冷端熱交換器上凝結排入盛水箱，除濕后低溫空氣由通風機強制引向制冷片熱端，將熱端熱量帶走，最后經過除濕處理的空氣出風口排出。[2]

半導體制冷器件不使用制冷劑，運行時不會發生震動產生噪音，制冷片冷熱慣性小，不需要太多時間就可以完成制冷，器件價格較低廉，性能優越，具有廣泛的應用前景。[3]

4 裝置構成及工作過程

4.1 裝置結構

如圖1，端子箱除濕裝置由電源模塊、控制系統、傳感器、顯示及按鍵、通信模塊、凝水排水系統構成。

電源模塊：采用高穩定性電源，由220V電源供電。

控制系統：采用高性能單片機，對顯示及按鍵模塊、傳感器采集的溫濕度數據處理后，與設置的溫濕度定值進行比較，當環境濕度大于系統設置值時，控制系統啟動除濕操作。

傳感器：包括溫濕度傳感器，為系統數據采集提供來源。

顯示及按鍵：采用數碼管與Led指示燈、按鍵相結合，主要完成當前環境溫濕度的顯示以及對控制參數配置。

通信模塊：包括無線通信模塊，實現除濕裝置數據遠傳，在遠方實現顯示和控制，可采用移動、聯通、電信的通信網絡。

凝水排水系統：在控制系統啟動除濕操作后，潮濕空氣在半導體制冷除濕器件形成露珠，當露珠達到一定量時排到外部。

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置工作參數，或者直接使用默認配置，當傳感器測到的環境濕度大于系統閥值時，啟動除濕，在加熱空氣溫度的同時強制形成空氣循環，讓潮濕空氣在半導體制冷器件上形成露珠，當露珠達到一定量時通過排水系統排到外部；當濕度逐漸下降到閥值以下后，停止除濕工作。

5 除濕裝置應用情況

在一個端子箱安裝智能除濕裝置一臺，就近另一端子箱安裝監測溫濕度的智能除濕裝置（不開啟智能除濕控制）并用傳統加熱器除濕，取一天數據進行對比。兩個端子箱的溫濕度等相關數據通過無線通信網絡傳送到后臺顯示查看。兩種除濕裝置均設置為濕度45%至60%，當濕度超過60%時啟動除濕；當濕度低于45%時，關閉除濕操作。

圖 2、圖 3分別是智能除濕和傳統加熱除濕的環境溫濕度曲線圖。智能除濕機根據濕度變化有規律的啟停，端子箱濕度在45%至60%之間，大部為50%，環境溫度在20℃至22℃。使用傳統加熱除濕端子箱環境濕度在40%至64%之間，在啟動加熱器除濕后，濕度下降變化較快，環境溫度也在20℃至22℃。采用智能除濕裝置除濕，濕度隨著除濕機的啟停很好控制在某個范圍之內，不會出現驟升與驟降，除濕效果穩定，除濕系統無需長時間連續運行，裝置具有更長的使用壽命。

6 結語

將半導體制冷技術應用到端子箱除濕，設計了智能除濕裝置，并通過現場運行，解決了傳統加熱除濕方式不能有效除濕的問題。

參考文獻：

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

[2]周斌全.除濕技術在變電設備運行中的應用[D].東南大學，2015.

[3]池桂君.半導體制冷技術原理與應用[J].四川水泥，2016，（06）：313.

作者簡介：劉釗（1973），男，重慶人，碩士，高級工程師，研究方向：電力系統及其自動化。