CN103491733A - 一种具有主/被动复合冷却系统的密封机柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，包括机柜壳体与主被动复合冷却系统，所述机柜内部分隔为载荷设备区和热管散热器，其中载荷设备区为密封设计。机柜采用的主/被动复合冷却系统包括热管散热器和机柜空调器，热管散热器进行被动式散热，包括风机组件与热管组件；机柜空调器进行主动制冷和冷却，包括室外制冷机、供冷管路、机柜内空气换热器或冷板式设备安装架。本发明还公开了一种主、被动综合机柜热控方法，包含被动散热模式、主动制冷模式和组合热控模式，可通过机柜内的温度采集、反馈和自控系统实现热控模式的自动切换，也可以人工切换与设置，能够以最经济的方式实现密封机柜的长时间热控需求，具有节能减排的优势。

Description

一种具有主/被动复合冷却系统的密封机柜

技术领域

本发明涉及一种密封机柜，具体涉及一种具有主/被动复合冷却系统的密封机柜；本发明还涉及一种主/被动综合机柜热控方法。

背景技术

工业电子机柜内部通常集成较多大发热量的高精度控制模块及电子元器件，如果机柜内温度过高，这些精密元件就会提前老化，缩短使用寿命，甚至导致元气件烧毁，造成意外停工，因此需要对机柜内部环境采取有效的散热和温度控制措施。采用强制对流风冷或利用机柜空调冷却对流空气后对机柜进行通风冷却是电子机柜常用的热控方法。但是在许多高湿度、高粉尘、高盐雾、高腐蚀性等环境条件恶劣的场合，采用通风冷却方式进行机柜热控会导致机柜内出现凝露、盐结晶、长霉菌和粉尘堆积等问题，严重影响电子设备的安全性和可靠性，所以必须采用密封机柜，具有防尘、防潮、防腐蚀性气体，防小动物侵入等性能，在恶劣的大环境中为机柜内仪表和器件创造优良的小环境。

密封机柜的特殊要求使其无法采用通风冷却方法，适用于密封机柜的热控方法包括机柜壳体直接对外散热、热交换器散热、机柜空调器主动制冷等。

一般情况下将电子设备紧靠机柜的侧壁安装，或在电子设备与机柜壳体之间设立良好的传热通道，电子元件散发的热量可直接通过壳体的侧壁传导出去。但是由于往往只有一部分壳体侧壁和发热体接触，大部分侧壁起不到散热作用，机柜壳体直接对外散热的散热效果比较差，仅适用于散热量小的情况，如一些低功率通讯中继设备的散热。

热交换器散热是密封机柜常用的散热形式，通过热交换器将机柜内空气循环系统的热量传递到另一流体，并带出机柜外部，可以采用的热交换器包括热管式热交换器、管壳式热交换器、板式热交换器、板管式热交换器、板翅式热交换器等。其中热管式热交换器无需外力驱动就能进行被动式散热，也可添加小功率风机对换热面强制散热就能显著提高性能，其能耗最低；其他形式换热器可采用空气或液体作为介质，散热能力也随介质不同而变化，但是通常需要动力驱动介质的循环和流动，因此能耗较高。

机柜空调器主动制冷是在密闭机柜内部或外部安装一套小型制冷装置主动制冷，将产生的冷量输入机柜内来消除器件散发的热量，维持电子器件的正常工作温度。这种方法可以有较大的散热量，而且容易实现温度控制，但是成本高、能耗大、结构复杂，通常用于功率密度大、对工作温度要求高的电子机柜。

随着电子技术的迅猛发展，目前电子机柜的应用范围不断扩展。在某些领域的应用中，机柜内的电子设备需要常年累月不间断工作，但设备功率随时间呈现周期性的变化，其高功率和低功率工况对热控性能要求的差别较大。如果单纯采用被动式散热器无法满足设备高功率工况下电子机柜内的散热要求，而单纯采用机柜空调器主动制冷方式不仅能耗较高，长期连续不间断工作也会对机柜空调器的制冷机组造成很大负担，降低其工作寿命。因此需要由一种综合热控方法来集合主、被动热控方式的优势，以最小的能耗代价实现该类密封机柜的长时间不间断的热控任务。

发明内容

本发明的目的是针对某些需要常年累月不间断工作，但内部热载荷周期性变化的电子机柜散热问题，提供一种具有主/被动复合冷却系统，可以根据机柜内的热载荷大小和散热需求自动选择热控模式的密封机柜，以最小的能耗实现长时不间断的机柜热控，达到节能减排的效果。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，可以通过被动式热控方式和主动式热控方式的交替工作，实现机柜的长时不间断热控。

为解决以上技术问题，本发明的技术解决方案为：

一种具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其特征在于：包括机柜壳体（1）与主/被动复合冷却系统；所述机柜壳体内部分隔为载荷设备区（4）和热管散热器（2），热管散热器又分割为蒸发吸热区（21）和冷凝散热区（22），其中载荷设备区（4）和蒸发吸热区（21）相连通，它们组成的整个空间为密封防尘设计，冷凝散热区（22）与机柜外部环境相连通；所述主/被动复合冷却系统由热管散热器（2）和机柜空调器（3）组成；热管散热器包括风机组件（201）与热管组件（202）；机柜空调器包括制冷机组（301）、供冷管路（302）及机柜内空气换热器（303）或冷板式设备安装架（403）。热管散热器（2）和机柜空调器（3）可独立工作，也可组合工作。

所述热管散热器（2）利用热管组件（202）进行机柜内热量的转移和排放，并利用风机组件（201）进行强制的对流换热提高散热性能。

所述机柜空调器（3）的制冷机组（301）为外置式，通过外部供冷管路（302）与机柜顶部的空气换热器（303）相连接；或内置于机柜内部，通过内部供冷管路（302）与机柜顶部空气换热器（303）相连接。

所述机柜空调器（3）的供冷管路（302）连接机柜内空气换热器（303），通过与机柜内载荷设备区（4）的高温空气进行热交换带走热量；或通过冷板式电子设备安装架（403）内部，直接带走电子设备的热量。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种主/被动综合机柜热控方法，可以根据机柜内的热载荷大小和散热需求，自动切换被动式和主动式热控方式，降低机柜长时间工作的热控能耗。

为解决以上技术问题，本发明的技术解决方案为：

在机柜内部加装温度测量与控制系统（5），在机柜面板上安装温度显示与设定装置（501）。人工设定一系列温度阈值，通过机柜内的温度采集、反馈和自控系统（502）实现热控模式的自动切换。如有需要，也可人工进行热控模式的切换。

被动散热模式时，热管散热器（2）在内外部温差的驱动下自发进行被动式散热，蒸发吸热区（21）内热管（202）表面吸收机柜内空气热量，冷凝散热区（22）的热管（202）表面与外部空气换热带出机柜外部，风机组件（201）开启，强化散热性能；主动制冷模式时，机柜空调器（3）开启工作，制冷机组（301）产生冷量通过供冷管路（302）传至机柜顶部空气换热器（303）或冷板式电子设备安装架（403）相连，进行机柜内的冷却；组合热控模式时，热管散热器（2）与机柜空调器（3）同时进行散热和冷却。

本发明的技术效果和优势是：

1．本发明提供的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜集合了主动式制冷和被动式散热的优势：其中热管散热器属于被动式热控装置，当机柜内温度高于机柜外环境温度时，无需外力驱动就可进行被动式散热；通过小功率风机产生的强制对流可显著提高散热性能，具有静音低噪、绿色环保、低能耗的优势，能够以极低功耗、甚至零功耗的代价实现小功率工况下的机柜热控；而机柜空调器属于主动式热控装置，热控能力强，能够实现大功率工况下的电子机柜精确温度控制；

2．本发明提供的主/被动综合机柜热控方法可以根据机柜内的热载荷大小和散热需求，自动切换被动式和主动式热控方式，能够以最低的综合能耗代价实现机柜的长时间不间断热控任务；

3．本发明提供的主/被动综合机柜热控方法可以实现机柜内温度的采集、反馈和热控模式的自动控制、切换；

4．本发明提供的主/被动综合机柜热控方法可以实现不同热控需求下主、被动热控系统的交替工作，缩短机柜空调器的连续工作时间，降低其连续工作负荷，从而提高其使用寿命。

附图说明

图1是采用本发明技术方案的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其机柜空调器（3）采用内置式制冷机组（301），热交换方式采用机柜内空气换热器（303）。

图2是机柜下部（冷凝散热区（21）与蒸发吸热区（22）间机柜隔板以下）的水平截面图，示意了热管散热器蒸发吸热区（22）内的结构布局和空气流动换热形式。

图3是机柜上部（冷凝散热区（21）与蒸发吸热区（22）间机柜隔板以上）的水平截面图，示意了热管散热器冷凝散热区（21）内的结构布局和空气流动换热形式。

图4是采用本发明技术方案的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其机柜空调器（3）采用内置式制冷机组（301），热交换方式采用冷板式设备安装架（403）。

图5是采用本发明技术方案的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其机柜空调器（3）采用外置式制冷机组（301），热交换方式采用机柜内空气换热器（303）。

图6是采用本发明技术方案的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其机柜空调器（3）采用外置式制冷机组（301），热交换方式采用冷板式设备安装架（403）。

以上各图中的标示说明如下：1为机箱壳体，101为机箱外壳，102为机箱隔板，103为机箱开口（通风口），2为热管散热器，21为冷凝散热区，22为蒸发吸热区，201为风机组件，202为热管组件，3为机柜空调器，301为制冷机组，302为供冷管路，303为空气换热器，4为载荷设备区，401为电子设备，402为设备安装架，403为冷板式设备安装架。

具体实施方式

下面结合说明书附图列举几种典型的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜为例说明本发明的具体实施方式，然而实例仅为参考和说明之用，并非用来对本发明的应用范围加以限制。

图1所示为本发明技术方案的实施方式1，其机柜空调器（3）采用内置式制冷机组（301），热交换方式采用机柜内空气换热器（303）：制冷机组（301）内置于机柜底部，通过内置的循环供冷管路（302）与机柜顶部的空气换热器（303）相连接，通过与机柜内高温空气的热交换带走热量。

图4所示为本发明技术方案的实施方式2，其机柜空调器（3）采用内置式制冷机组（301），热交换方式采用冷板式设备安装架（403）：制冷机组（301）内置于机柜底部，内置的循环供冷管路（302）通过冷板式设备安装架（403）内部，直接带走安装在冷板式设备安装架（403）上的电子设备产生的热量。

图5所示为本发明技术方案的实施方式3，其机柜空调器（3）采用外置式制冷机组（301），热交换方式采用机柜内空气换热器（303）：制冷机组（301）置于机柜外部，或根据需要进一步安装到室外，循环供冷管路（302）穿过机箱壳体（1），将制冷机组（301）与机柜顶部的空气换热器（303）相连接，通过与机柜内高温空气的热交换带走热量。

图6所示为本发明技术方案的实施方式4，其机柜空调器（3）采用外置式制冷机组（301），热交换方式采用冷板式设备安装架（403）：制冷机组（301）置于机柜外部，或根据需要进一步安装到室外，循环供冷管路（302）穿过机箱壳体（1）后，通过冷板式设备安装架（403）内部，直接带走安装在冷板式设备安装架（403）上的电子设备产生的热量。

Claims (9)

1.一种具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其特征在于：包括机柜壳体（1）与主/被动复合冷却系统； 

所述机柜壳体内部分隔为载荷设备区（4）和热管散热器（2），热管散热器又分割为蒸发吸热区（21）和冷凝散热区（22），其中电子载荷区和蒸发吸热区相连通，电子载荷区和蒸发吸热区组成的整个空间为密封防尘设计，冷凝散热区与机柜外部环境相连通； 

所述主/被动复合冷却系统由热管散热器（2）和机柜空调器（3）组成；热管散热器包括风机组件（201）与热管组件（202）；机柜空调器包括制冷机组（301）、供冷管路（302）及机柜内空气换热器（303）或冷板式设备安装架（401）。热管散热器和机柜空调器可独立工作，也可组合工作。 

2.如权利要求1所述的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其特征进一步在于：被动式热管散热器采用氨铝热管或铜水热管，热管外部为整体挤压成形的螺旋翅片，热管内部具有轴向槽道吸液芯。 

3.如权利要求1所述的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其特征进一步在于：制冷机组（301）为外置式，通过外部供冷管路（302）与机柜顶部空气换热器（303）相连接。 

4.如权利要求1所述的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其特征进一步在于：制冷机组（301）内置于机柜内部，通过内部供冷管路（302）与机柜顶部空气换热器（303）相连接。 

5.如权利要求1所述的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其特征进一步在于：供冷管路（302）通过冷板式电子设备安装架（401）内部，带走电子设备的热量。 

6.如权利要求1所述的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其特征进一步在于：供冷管路（302）连接机柜内空气换热器（303），通过与机柜内循环空气热交换带走热量。 

7.如权利要求1所述的具有主/被动复合冷却系统的密封机柜，其特征进一步在于：机柜内部具有温度测量与控制系统（5），机柜面板上设有温度显示与设定装置（501）。 

8.一种主/被动综合机柜热控方法，其特征在于：由被动散热模式和主动热控模式组成，两种模式可独立进行机柜内部的散热冷却，也可进行组合热控； 

被动散热模式时，风机组件（201）开启工作，热管散热器（2）进行被动式散热，蒸发吸热区（21）内热管（202）表面吸收机柜内空气热量，冷凝散热区（22）的热管（202）表面与外部空气换热带出机柜外部；主动热控模式时，机柜空调器（3）开启工作，制冷机组（301）产生通过供冷管路（302）传至机柜顶部空气换热器（303）或冷板式电子设备安装架（401）相连，带走机柜内热量；组合热控模式时，热管散热器与机柜空调器同时进行散热和热控。 

9.如权利要求8所述的主/被动综合机柜热控方法，其特征进一步在于：机柜热控系统可以设定一系列温度阈值，通过机柜内的温度采集、反馈和自控系统实现热控模式的自动切换。也可人工进行热控模式的切换。 

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