CN101868135A - 通信设备用户外空调机柜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通信设备用户外空调机柜，包括柜体，柜体顶部设有太阳能电池板，柜体内横设有一密封隔板，以将柜体分隔成设备区和电池区，柜体后侧板在设备区和电池区分别设有一半导体空调模块，半导体空调模块前侧设有一以利进行热量交换的风扇模块，柜体上还设有空调控制器，空调控制器上设有两对电源输入口和四对电源输出口，蓄电池的输入端分别经两对电源输入口与市电和太阳能电池板相连接，蓄电池的输出端分别经四对电源输出口与设备区、电池区的半导体空调模块、风扇模块相连接，以对各半导体空调模块、风扇模块的开关进行独立控制。该机柜不仅有利于改善机柜内部的散热性能，而且节能环保，使用效果好。

Description

通信设备用户外空调机柜

技术领域

本发明涉及一种应用于通信领域的户外机柜，特别是一种可容纳具有较大发热量的通信设备，热交换能力强且使用市电、太阳能双模供电的户外空调机柜。

背景技术

随着通信技术的迅猛发展，信息传输量也越来越大，对通信网络的覆盖率要求也越来越高，传统的宏基站无论是数量和功能都满足不了新的需求，因此出现了更加小型化、智能化、覆盖面更广的基站，根据这些客观需求，户外通信机柜越来越受到重视，小型宏基站、BBU、RRU都可以采用这种户外通信机柜，既节省占地，维护也比较简单，是以后小型通讯设备户外安置的一种发展趋势。

装载有较大发热量的通信设备的户外机柜一方面要解决内部通讯设备的发热问题，另一方面要承受外界温度的影响，对于户外的通信机柜，如果不安装空调设备，在太阳暴晒的情况下，内部关键器件的温度可能超过正常工作温度，严重影响了设备的稳定工作，导致故障率急剧升高。据统计，温度每提高10度，设备故障率将增加20％，特别是一些要求通讯不能中断的设备，其供电方面往往都有后备电池，而电池对环境温度的要求更加严格，因此，这些户外通讯设备都离不开空调设备。现有的户外空调机柜主要有以下几种方案：

(1)一种是只采用空调系统，采用此方案，可以比较精确地控制整个机柜的内部温度，适用面比较广，但此种方式也有缺陷，一个方面是能耗比较高，另一方面是空调系统长期不间断运行，设备故障率大大提高，一般2～3年就需要更换空调。

(2)一种是采用空调和新风系统，这种方案使得空调可以在室内外温差比较大的情况下停止运行，而采用新风系统进行降温，可以比较客观的降低能耗，但是由于新风系统采用了直通风，所以必须采用过滤网，如果过滤网孔比较大，柜内灰尘污染比较严重，灰尘容易积聚在电路板上，而影响了设备的传热，如果过滤网孔比较小，则必须经常清洗、更换，维护难度大，故此方案只适用于一些绿化环境好、湿度低、风沙少的北方地区，区域限制性比较大，而且空调必须具备制冷、制热双模式，才能在一些寒冷地区使用。

(3)一种是采用空调和热交换系统，此方案通过热交换器和空调联动在不同气温情况下进行组合控温，其优点是购置成本比较低，热交换器在运行过程中，柜内、柜外空气是100％隔离状况下通过换热器芯体进行热交换，避免了柜外灰尘对柜内精密仪器的污染，而且相对于第二种方案，其能耗较低。但是此方案也有缺点，就是不适合在平均温度比较高的环境下使用，主要是热交换器的传热能力相对比较差，且热交换器在使用2～3年后，其表面会结垢，如果不及时处理，传热能力将大为降低，故障率也升高。

另外，传统的户外空调机柜在供电方面主要是采用市电供电，主要是因为空调需要较大的电能，如果采用自然能供电方式(例如太阳能)，一方面系统的配置比较大，另一方面空调需要交流电供电，所以必须设计比较可靠的交流输出电源模块为空调供电，使整个系统的投资加大，但是户外的太阳能是取之不尽，用之不竭的能源，如果能充分利用，一方面可以实现节能减排，绿色环保，另一方面，从长远来看，也可以节省户外通信设备的运营费用。

太阳能半导体空调技术是一种利用半导体热电效应，通过太阳能光伏电池发出的直流电驱动半导体装置，并利用半导体通电极性的变化来产生制冷、制热效应。随着热电性能比较好的半导体材料的问世，使得热电效应的效率得到很大的提高，基于这种热电效应的空调装置也不断涌现，其主要具有以下特点：

(1)没有管路不必担心泄露，绝不会破坏大气层，是地道的绿色产品；

(2)没有压缩机、没有泵的振动和噪声的困扰；

(3)可在任何状态下运行，工作温度范围大；

(4)电源反向，既可方便地实现制冷和制热的互换；

(5)控温可精细调节，效率基本不便，针对不同的制冷量可以方便地组成多级工作；

另一方面，太阳能光伏发电技术也是一项比较成熟的技术，随着太阳能电池技术的进一步发展，其发电效率有了进一步提高，而价格也进一步降低，促进了太阳能半导体空调技术的进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通信设备用户外空调机柜，该机柜不仅有利于改善机柜内部的散热性能，而且节能环保，使用效果好。

本发明的目的是这样实现的：一种通信设备用户外空调机柜，包括柜体，其特征在于：所述柜体顶部设有太阳能电池板，所述柜体内横设有一密封隔板，以将所述柜体分隔成用于放置通信设备的设备区和设有蓄电池的电池区，所述柜体后侧板在所述设备区和电池区分别设有一半导体空调模块，所述半导体空调模块前侧上设有一以利进行热量交换的风扇模块，所述柜体上还设有空调控制器，所述空调控制器上设有两对电源输入口和四对电源输出口，所述两对电源输入口经输入回路与所述蓄电池的输入端相连接，所述蓄电池的输入端分别经所述两对电源输入口与市电和太阳能电池板相连接，所述蓄电池的输出端分别经所述四对电源输出口与设备区的半导体空调模块、风扇模块以及电池区的半导体空调模块、风扇模块相连接，以对各半导体空调模块、风扇模块的开关进行独立控制。

本发明的有益效果是：

1、将机柜分隔为2个温区，利于设备区和电池区温度的独立控制，以分别满足对于设备区和电池区温度控制的不同需求。

2、采用半导体热电效应来进行制冷制热，只需在半导体热电模块上通直流电既可实现热电效应，并可通过改变极性实现制冷和制热的切换。同时，采用太阳能作为主要供电模式发挥了太阳能直流供电的优势，并达到了节约能源的目的。为了保证空调的连续运行，采用市电作为后备电源，必要的时候对蓄电池进行充电，以供系统的持续运行。

3、热电堆模块主要是通过串联、并联模式进行连接，结构简单，并可根据实际的制冷、制热量进行配置，十分灵活，而且不会出现个别热电堆模块出现故障而导致整个空调模块失效的情况。

4、空调模块可以有制冷、制热两种工作模式，且制冷、制热速度很快，可以在各种环境气候下使用，而且工作时无噪音、无污染，工作寿命比现有的机械类空调产品要长很多，即使部分模块出现问题，只要简单地更换这些模块，既可恢复工作，从而克服了目前类似产品的相关缺陷。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图2是本发明实施例的柜体后侧板的正视图。

图3是本发明实施例中半导体空调模块与风扇模块的连接结构剖视图。

图4是本发明实施例中空调控制器的输入回路电路原理图。

图5是本发明实施例中空调控制器的输出回路电路原理图。

在图中，10、柜体后侧板，20、设于设备区的半导体空调模块，30、密封隔板，40、空调控制器，50、太阳能电池板，60、蓄电池，70、走线槽，80、通讯设备，90、风扇模块，100、设于电池区的半导体空调模块，110、热电堆，120、金属翅片，130、导热绝缘陶瓷面板，140、铜连接片，150、冷露处理模块，160、绝缘绝热模块，170、柜体后侧板肋片。

具体实施方式

本发明的通信设备用户外空调机柜，如图1、2、3所示，包括柜体，所述柜体顶部设有太阳能电池板50，所述柜体内横设有一密封隔板30，以将所述柜体分隔成用于放置通信设备80的设备区和设有蓄电池60的电池区，所述柜体后侧板10在所述设备区和电池区分别设有半导体空调模块20、100，所述半导体空调模块20、100前侧设有一以利进行热量交换的风扇模块90，所述柜体设备区内靠近柜体顶部的侧壁上还设有空调控制器40，所述空调控制器40上设有两对电源输入口和四对电源输出口，所述两对电源输入口经输入回路与所述蓄电池60的输入端相连接，所述蓄电池60的输入端分别经所述两对电源输入口与市电和太阳能电池板50相连接，所述蓄电池60的输出端分别经所述四对电源输出口与设备区的半导体空调模块20、风扇模块90以及电池区的半导体空调模块100、风扇模块90相连接，以对各半导体空调模块、风扇模块的开关进行独立控制。

上述半导体空调模块20、100分别由半导体热电模块构成，所述半导体热电模块由热电堆模块和设于热电堆模块前后两工作端面上的导热绝缘陶瓷面板130构成，所述热电堆模块由热电堆110经铜连接片140通过串联和并联的方式连接组成，设于热电堆模块前侧的导热绝缘陶瓷面板130前侧面连接有金属翅片120，在本实施例中为铝翅片，所述风扇模块90与所述金属翅片120相连接，以加速金属翅片与柜体内腔的冷热量交换，设于热电堆模块后侧的导热绝缘陶瓷面板130直接贴在柜体后侧板肋板170上。为了增强传热性能，在各种结合面上都涂上硅脂以改善接触效果。

在本实施例中，上述风扇模块90为抽风式风扇。

在本发明的较佳实施例中，上述空调控制器上还可设置两对数据采集口，并将两对数据采集口分别与设于设备区和电池区内的温度传感器相连接。

为了实现充放电管理功能，用于市电输入的电源输入口经AC/DC充电控制模块与所述蓄电池的输入端相连接，用于太阳能输入的电源输入口经充电控制模块与所述蓄电池的输入端相连接。

上述输入回路上设有四个mos管，以通过四个mos管的组合实现市电、太阳能两种供电模式的切换。

上述蓄电池与各半导体空调模块之间的输出回路上设有四个mos管，以通过四个mos管的组合实现输出电源极性的变换，从而实现温区的制冷、制热切换。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例的整体结构示意图，该机柜的主要部件包括柜体后侧板10、空调模块20、密封隔板30、空调控制器40、太阳能电池板50、蓄电池60，通信设备80主要以矩阵的形式叠放在设备区的隔架之上，通信设备之间是互相通风的，所有的通讯线，电源线都是通过侧面的走线槽70走线。空调控制器40安置在靠近机柜顶部的侧壁上，空调控制器40有两对电源输入口、两对数据采集口，以及四对电源输出口。其中，两对电源输入口中的一对接的是市电输入，另外一对接的是太阳能电池输入，两对数据采集口分别接的是设备区和电池区两个温区的温度传感输入，四对电源输出口分别接的是设备区的空调模块、风扇模块和电池区的空调模块、风扇模块。

图2为本发明实施例的柜体后侧板的正视图，从图中可以看出设备区的半导体空调模块20和电池区的半导体空调模块100分别固结在同一块柜体后侧板10上，设备区、电池区的密封隔板30将整个机柜划分为设备区和电池区，实现了两个温区的独立控温，风扇模块90是固定在半导体空调模块20的铝翅片上，以提高半导体的热电效应，而在空调模块的四周会固结上一圈的冷露处理模块150，本发明是利用防霉海绵在设计成一个来吸收一部分的冷露。

图3为本发明实施例中半导体空调模块与风扇模块的连接结构剖视图，从图中可以看出一个完整的半导体空调模块结构，其中位于最中间的就是热电堆110，此热电堆110是购买定制的热电堆模块，其结构可分为铜连接片140、P型半导体、N型半导体，每个热电堆的两侧都固结了两片导热绝缘陶瓷面板130，前侧的陶瓷面板130与铝翅片120之间通过硅脂进行固结，后侧的陶瓷片130与柜体后侧板肋片170之间也是通过硅脂进行固结。热电堆与热电堆之间通过绝缘隔热模块分隔开来。风扇模块90是抽风式的，其将通讯设备80散发出来的热量抽进制冷的铝翅片中，热空气经过铝翅片的制冷之后变成较冷的冷气再从风扇排出重新返回机柜内部，实现机柜内部的制冷，而机柜外部主要是通过背板肋片170和自然风进行辅助散热。

图4为本发明实施例中空调控制器的输入回路电路原理图，输入主要有两个回路，一路是市电输入，一路是太阳能输入，通过4个mos管的组合逻辑来选择输入的回路，4个mos管的驱动信号是由空调控制器控制的。市电输入的这一回路的充电模块相对比较复杂，出来具有AC/DC的功能，还具有充电管理功能，而太阳能输入这一路相对比较简单，主要是充电管理功能。

图5为本发明实施例中空调控制器的输出回路电路原理图，热电堆模块主要是通过串联、并联模式进行连接，根据制冷量的需求，可以灵活地进行扩展。在本实施例中，热电堆是定制的，其最大温差电压为12v，最大电流为3A，系统中采用的蓄电池是24v系统，所以最高电压一般不超过27v，而每一行设置3个热电堆，这样就可以保证每个热电堆的电压不会超过其额定电压值，以免击穿半导体块，即使每一行中有个别热电堆出现故障，只是部分热电堆工作在其额定电压值附近，整个空调模块还是能继续工作。热电堆之间采用绝缘隔热材料160进行填充。输入回路的4个mos管的驱动信号是由空调控制器控制的，空调控制器根据蓄电池的容量情况，采用特定的判决策略对mos管进行组合逻辑控制以选择相应的输出回路的极性。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种通信设备用户外空调机柜，包括柜体，其特征在于：所述柜体顶部设有太阳能电池板，所述柜体内横设有一密封隔板，以将所述柜体分隔成用于放置通信设备的设备区和设有蓄电池的电池区，所述柜体后侧板在所述设备区和电池区分别设有一半导体空调模块，所述半导体空调模块前侧设有一以利进行热量交换的风扇模块，所述柜体上还设有空调控制器，所述空调控制器上设有两对电源输入口和四对电源输出口，所述两对电源输入口经输入回路与所述蓄电池的输入端相连接，所述蓄电池的输入端分别经所述两对电源输入口与市电和太阳能电池板相连接，所述蓄电池的输出端分别经所述四对电源输出口与设备区的半导体空调模块、风扇模块以及电池区的半导体空调模块、风扇模块相连接，以对各半导体空调模块、风扇模块的开关进行独立控制。

2.根据权利要求1所述的通信设备用户外空调机柜，其特征在于：所述半导体空调模块由半导体热电模块构成，所述半导体热电模块由热电堆模块和设于热电堆模块前后两工作端面上的导热绝缘陶瓷面板构成，设于热电堆模块前侧的导热绝缘陶瓷面板前侧面连接有金属翅片，所述风扇模块与所述金属翅片相连接，以加速金属翅片与柜体内腔的冷热量交换，设于热电堆模块后侧的导热绝缘陶瓷面板与所述柜体后侧板相连接。

3.根据权利要求2所述的通信设备用户外空调机柜，其特征在于：所述热电堆模块由热电堆经铜连接片通过串联和并联的方式连接组成。

4.根据权利要求1所述的通信设备用户外空调机柜，其特征在于：所述风扇模块为抽风式风扇。

5.根据权利要求1所述的通信设备用户外空调机柜，其特征在于：所述空调控制器上还设有两对数据采集口，所述两对数据采集口分别与设于设备区和电池区内的温度传感器相连接。

6.根据权利要求1所述的通信设备用户外空调机柜，其特征在于：所述空调控制器设于所述设备区内靠近柜体顶部的侧壁上。

7.根据权利要求1所述的通信设备用户外空调机柜，其特征在于：用于市电输入的电源输入口经AC/DC充电控制模块与所述蓄电池的输入端相连接，用于太阳能输入的电源输入口经充电控制模块与所述蓄电池的输入端相连接。

8.根据权利要求1所述的通信设备用户外空调机柜，其特征在于：所述输入回路上设有四个mos管，以通过四个mos管的组合实现市电、太阳能两种供电模式的切换。

9.根据权利要求1所述的通信设备用户外空调机柜，其特征在于：所述蓄电池与各半导体空调模块之间的输出回路上设有四个mos管，以通过四个mos管的组合实现输出电源极性的变换。

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