CN112996343A - 柜体降温装置和机柜 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开了一种柜体降温装置以及包括有该柜体降温装置的机柜，用于解决采用外冷的方法导致的柜体降温效果差以及尘埃沉积易造成设备故障的问题。该柜体降温装置包括：进气管道、进气扇、排气管道、排气扇以及空气冷却装置；其中，所述进气扇设置于所述进气管道内，所述进气管道与柜体的腔室连通；所述排气扇设置于所述排气管道内，所述排气管道与所述腔室连通；所述进气管道在与所述腔室的连接处的横截面积小于所述进气管道的平均横截面积；所述空气冷却装置与所述进气管道连接，用于对流经所述进气管道内的空气进行降温。

Description

柜体降温装置和机柜

技术领域

本文件涉及机械装置领域，尤其涉及一种柜体降温装置以及包括有该柜体降温装置的机柜。

背景技术

机柜是电气设备中不可或缺的组成部分，可以提供对存放的设备的防护作用。由于机柜中存放的设备在工作过程中通常会产生大量的热量，因此，通常需要对机柜进行降温。

目前机柜降温主要分内冷与外冷两种方法：内冷的方法通常是在机柜内安装空调，该方法虽然降温效果较佳，但是由于功耗较高不适用于大范围应用。外冷的方法通常是采用大功率风扇向机柜内吹入空气，该方法的安装相对简单，但因是敞开柜体操作，很容易使得外部灰尘沉积在存放的设备内，造成设备中的电子元件短路、烧毁等严重事故；而且相对于高温天气，此种将高温空气吹入机柜的方法，降温效果几乎为零。

因此，有必要提供新的机柜降温的技术方案，以解决采用外冷的方法导致的柜体降温效果差以及尘埃沉积易造成设备故障的问题。

发明内容

本说明书实施例提供一种柜体降温装置以及包括有该柜体降温装置的机柜，用于解决采用外冷的方法导致的柜体降温效果差以及尘埃沉积易造成设备故障的问题。

本说明书实施例采用下述技术方案：

第一方面，提供了一种柜体降温装置，包括：进气管道、进气扇、排气管道、排气扇以及空气冷却装置；

其中，所述进气扇设置于所述进气管道内，所述进气管道与柜体的腔室连通；所述排气扇设置于所述排气管道内，所述排气管道与所述腔室连通；

所述进气管道在与所述腔室的连接处的横截面积小于所述进气管道的平均横截面积；

所述空气冷却装置与所述进气管道连接，用于对流经所述进气管道内的空气进行降温。

第二方面，提供了一种机柜，包括柜体以及如第一方面所述的柜体降温装置。

本说明书提供的一个或多个实施例，在柜体上设置柜体降温装置，柜体降温装置包括有空气冷却装置，可以对由进气管道进入柜体的空气进行冷却处理，排气管道和排气扇可以对进入柜体内的空气起到抽吸的作用，配合进气扇在机柜的腔室内形成对流，让冷却后的空气均匀流通在机柜内部，并通过流动空气带走机柜内灰尘，降低柜体中的设备的温度；同时，进气管道在与柜体的连接处的横截面积小于进气管道的平均横截面积，利用狭管效应对吹入柜体内的空气进行加速，便于将柜体内的灰尘扬起，进而由排气管道排出，避免灰尘在柜体内沉积。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本文件的进一步理解，构成本文件的一部分，本文件的示意性实施例及其说明用于解释本文件，并不构成对本文件的不当限定。在附图中：

图1为本说明书的一个实施例提供的柜体降温装置以及机柜的结构示意图；

图2为本说明书的一个实施例提供的空气冷却装置结构示意图；

图3为本说明书的一个实施例提供的多孔管的横截面示意图；

图4为本说明书的一个实施例提供的空气过滤装置结构示意图。

具体实施方式

为使本文件的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本文件技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本文件一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本本文件保护的范围。

本说明书实施例提供了一种柜体降温装置以及包括有该柜体降温装置的机柜，在柜体上设置柜体降温装置，柜体降温装置包括有空气冷却装置，可以对由进气管道进入柜体的空气进行冷却处理，排气管道和排气扇可以对进入柜体内的空气起到抽吸的作用，配合进气扇在机柜的腔室内形成对流，让冷却后的空气均匀流通在机柜内部，并通过流动空气带走机柜内灰尘，降低柜体中的设备的温度。

同时，进气管道在与柜体的连接处的横截面积小于进气管道的平均横截面积，利用狭管效应对吹入柜体内的空气进行加速，便于将柜体内的灰尘扬起，进而由排气管道排出，避免灰尘在柜体内沉积。

可选地，柜体降温装置的进气管道内设置有空气过滤装置，能够对吸入的空气进行除尘、除湿，保证流动在机柜内冷空气的洁净，避免吸入空气携带的灰尘、水分损伤设备。

以下将结合附图对上述柜体降温装置以及包括有该柜体降温装置的机柜进行详细介绍。

如图1所示，本说明书的一个实施例提供一种柜体降温装置以及包括有该柜体降温装置的机柜，该机柜包括有柜体100以及柜体降温装置，以下将对柜体降温装置的主要结构及工作原理进行详细介绍。

柜体降温装置主要包括进气管道10、进气扇20、排气管道30、排气扇40、空气冷却装置50、空气过滤装置60以及位于柜体100的腔室内的温度传感器70，其中，柜体100的腔室内还存放有设备，该设备在图1中未显示。

从图1可以看出，进气扇20设置于进气管道10内，进气管道10与柜体 100的腔室连通，进气管道10在与腔室的连接处的横截面积小于进气管道10 的平均横截面积。

在图1所示的实施例中，进气管道10的入口朝下，可以避免雨水进入；同时，空气冷却装置50设置在进气管道10的入口处，可以避免空气中冷凝的水滴由进气管道10进入柜体100内，进一步降低柜体100内的水汽。

从图1可以看出，进气管道10右半部分的横截面在逐渐缩小，这多个不同横截面积的部分可以通过螺纹可拆卸连接，方便组装拆卸等。同时，通过不断缩小的横截面积，便于形成狭管效应对流入柜体100内的冷空气进行加速。

需要说明的是，实际应用过程中，在进气管道10的外表可以能还包裹有格纹层，可以避免外部环境对空气冷却装置50冷却后的空气的影响，提高对柜体100的降温效果。

进气扇20主要用于将外界空气吸入并将空气推入不断变窄的进气管道10 中形成狭管效应。

空气冷却装置50与进气管道10连接，用于对流经进气管道10内的空气进行降温。

空气过滤装置60设置于进气管道10内，空气过滤装置60用于过滤流经进气管道10的空气中的水汽和尘埃，将吸入的空气进行净化、干燥。

优选地，进入进气管道10内的空气先流经空气冷却装置50，然后再流经空气过滤装置60，主要考虑了外部空气经过空气冷却装置50完成降温后可能会因为冷凝产生更多的水气，通过空气过滤装置60完成吸入空气的除尘与干燥，避免潮湿的空气与灰尘对设备造成损害。

排气扇40设置于排气管道30内，排气管道30也与柜体100的腔室连通。排气扇40主要用于机柜内的热空气抽出，配合进气扇20在机柜100的腔室内形成对流，降低机柜100的腔室内的设备的温度。

排气管道30大致呈管状，其横截面可以是圆形、方形等。从图1可以看出，排气管道30大致平行于水平面设置，在排气管道30的出口位置还设置有风扇保护装置31以及雨水挡32。

风扇保护装置31可以是金属网、金属栅格等，可以对排气扇40起到保护作用，同时避免排气扇40的扇叶造成人员受伤(例如，维修人员不小心用手误触排气管道内部)。

雨水挡32可以防止雨水等通过排气管道30进入柜体100内，可以对柜体 100内的设备以及排气扇40起到雨水防护作用。

优选地，如图1所示，进气管道10与柜体100的腔室的连接处位于柜体 100的中下部，优选为柜体100的竖边底部位置；排气管道30与柜体100的腔室的连接处位于柜体100的中上部，优选为柜体100的竖边的顶部位置。同时，进气管道10与柜体100的腔室的连接处、排气管道30与柜体100的腔室的连接处大致在柜体内为上下方向的对角线设置，便于形成烟囱效应，加速柜体100 内的空气流通，提升对柜体100的降温效果。

可选地，上述柜体降温装置还包括有控制模块(未图示)以及与该控制模块连接的温度传感器70，该温度传感器70设置在柜体100的腔室内，上述控制模块可以用于：

在温度传感器70检测到的温度大于或等于第一预设阈值(可以根据降温需求调整，例如，40度)的情况下，控制进气扇20和排气扇40处于运行状态，以便及时降低柜体100腔室内设备的温度；和/或

在温度传感器70检测到的温度小于第二预设阈值(可以根据降温需求调整，例如，38度)的情况下，控制进气扇20和排气扇40处于关闭状态，以节约电能。

以下将对空气冷却装置50的主要结构进行详细介绍。结合图1和图2可以看出，设置在进气管道10的入口位置的冷却部件主要包括多孔管51以及与该多孔管51近邻设置的降温管52，在图2中，降温管52具体是缠绕在多孔管51的表面。该实施例中，多孔管51和降温管52的材质均可以是金属，以实现更好的导热性。

流经进气管道10的空气首先流经多孔管51，多孔管51外侧围绕的是降温管52，降温管52内部中空，降温管52中包括有冷却液。

多孔管51的横截面示意图可以参见图3，实际上，多孔管51中的包括的多个细管的横截面积会更小，多孔管51沿长度方向也可以更长，且多孔管51 整体也可以呈U形、Z形，S形等，以增加空气在多孔管中的滞留时间，实现对外部空气的充分降温。

从图2还可以看出，空气冷却装置50还包括：冷却液降温装置53、冷却液存储装置54以及冷却液驱动装置55。

冷却液存储装置54可以是罐体状，主要用于存储冷却液，冷却液存储装置54与降温管52的入口连通(液体连通)。冷却液驱动装置55具体可以是水泵，冷却液驱动装置55可以设置在冷却液存储装置54中，用于驱动冷却液存储装置55内的冷却液流向降温管52，图2中的虚线箭头示意性地显示出了冷却液的循环流动方向。

降温管52的出口与冷却液降温装置53连通(液体连通)，冷却液降温装置53与冷却液存储装置55连通(液体连通)。

在一个优选的实施例中，冷却液降温装置53具体可以包括埋设于地面之下的多个散热铜管，通过多个铜管可以实现冷却液的有效散热，并传递到地下。

该实施例将冷却液降温装置53设置于地下，可以不占用地面上的有限空间(例如对于设置于路侧的机柜，机柜附近并没有广泛的可用空间)；同时，考虑到了地下温度普遍低于空气温度，无需耗电类的降温设备(如空调)即可实现对冷却液的降温，便于节约电能。

优选地，上述空气冷却装置50还包括控制模块以及与该控制模块连接的温度传感器(均未图示)，该温度传感器与降温管52近邻设置，该控制模块可以用于：

在温度传感器检测到的温度大于或等于第三预设阈值(可以根据降温需求调整，例如，25度)的情况下，控制冷却液驱动装置55处于运行状态，即，当高温空气流过多孔管51，使多孔管51以及降温管52吸热达到一定温度后，冷却液驱动装置55启动，推动降温管52中的冷却液流动吸走多孔管51的热量，并将热量传输到冷却液降温装置53散出，和/或

在温度传感器检测到的温度小于第四预设阈值(可以根据降温需求调整，例如，23度)的情况下，控制冷却液驱动装置55处于关闭状态，以节约电能。

优选地，本说明书上述各个实施例提到的空气过滤装置60的结构如图4 所示，在该空气过滤装置60的内部设置有滤尘网(未图示)以及木炭包(未图示)等，可以过滤流经进气管道10的空气中的水汽和灰尘。

图4显示的空气过滤装置60可以是对空气进行二次过滤，实际上，图4 所示的空气过滤装置60可以不局限于两个层级，可以为四层、五层等，以实现对水汽和灰尘的充分过滤。

本说明书实施例提供的上述柜体降温装置可以实现模块化组装，各个部件，例如空气冷却装置50、空气过滤装置60、进气扇20、排气扇40等均可独立拆卸，便于维护人员组装、拆卸、维护、替换等操作。

优选地，进气管道10包括多个子管道，所述多个子管道可拆卸连接，具体例如，进气管道10为螺纹管嵌套组装，便于维护人员组装、拆卸、维护、替换等操作。

本说明书上述实施例提供柜体降温装置以及包括有该柜体降温装置的机柜能够实现如下功能：

1)柜体100内温度的自动控制

通过柜体100内设置的温度传感器70以及控制模块，当柜体100内温度达到启动温度后，自动控制启动进气扇20和排气扇40进行降温；当柜体100 内温度低于设定关闭温度时，自动关闭进气扇20和排气扇40，环保节能。

2)空气冷却

外部空气通过多孔管51，多孔管51外嵌套降温管52，通过热传递原理，将吸入空气的热量传递到降温管52，由降温管52将热量带走，从而达到降低空气温度的目的。

降温管52工作温度设置为25度(可根据实际需要调整)，当过滤的空气过多，导致多孔管51和降温管52温度高于25度时，启动冷却液驱动装置55，通过加速冷却液的循环速度，加速将空气热量带到冷却液降温装置53，当降温管温度降低到23度时，自动关闭冷却液驱动装置55，达到节能的目的。

3)空气过滤

空气经过多孔管51完成降温后，空气中仍然会带有水分与灰尘，这就需要靠空气过滤装置60完成吸入空气的除尘与干燥，避免潮湿的空气与灰尘对设备造成损害。

4)冷空气加速

利用进气扇20对空气的推力，将空气挤压入小于进口的进气管道10，人为制造狭管效应，达到使用小功率风扇达到高风速的效果，以将柜体100底部的灰尘扬起，由排气扇40通过排气管道30抽出，起到除尘的作用。

5)柜体100降温

降温、除尘后的空气加速气注入柜体100内，同时在柜体100另一侧增加排气管道30以及排气扇40，通过冷空气的推入挤压，与排气管道30对柜体 100内热空气的牵引，形成烟囱效应，加快柜体100内的热空气流出，而且强劲推入气流可以起到清理部分设备灰尘的作用。

为了更进一步理解本说明书实施提供的柜体降温装置以及机柜，下面具体描述其工作流程：

1)柜体100内的温度传感器70探测到温度超过设定限额(可根据需求调整)，进气扇20和排气扇40开始工作，驱动外部空气开始流动进入柜体100 内部。

2)空气首先经过空气冷却装置50的多孔管51，如果外部空气低于设定值，空气冷却装置50不工作，空气直接流向图示1所示的空气过滤装置60，若流过的外部空气温度较高，将导致多孔管51发热，空气冷却装置50的冷却液驱动装置55开始工作，循环流动的冷却液对进入的空气进行冷却。

3)被冷却后的空气携带有水分与尘埃，因此在流向空气过滤装置60时，会被滤网滤清空气中的水分和尘埃，根据需求，可以设置空气过滤装置60实现2-5次的过滤。

4)完成冷却和过滤后的空气将被进气扇20推入逐渐狭窄的进气管道10，由于空气进入的空间变窄，对空气形成了压力，人为造成了狭管效应，在相同功率的进气扇20情况下，可以有效提高空气的流入柜体100的速度。

5)冷空气进入柜体100会起到两个效果，高速流入的空气可以扬起带走灰尘；冷空气可以降低设备的温度。

6)排气扇40可以对进入柜体100内的冷空气进行流向引导，形成烟囱效应，引导被高速空气吹起的灰尘尽快排出柜体100。

7)当柜体100内温度降低到设定值后，整个柜体降温装置停止工作，以节约电能。

以下将对本说明书实施例提供的柜体降温装置的功率消耗进行计算：

针对不同大小的柜体100与换气时间(兼顾耗电需求)要求，通过公式可计算出应选用的进气扇20和排气扇40的功率。

柜体100的容积：长×宽×高＝柜体容积

排气管道30的出风口风量：

方形：长×宽×风扇风速×时间T＝柜体容积

圆形：π×r×r×风扇风×时间T＝柜体容积

在一个具体的例子中，柜体100的标准长0.905m、宽0.905m、高2.2m、容积1.8m³，假定设定柜体100完成一次完全换气时间1分钟，排气管道30横截面为方形，长0.12m，宽0.12m，确认风扇风速需达125CMF，考虑到进气扇20和排气扇40这两个风扇，因此单个风扇的风速仅需要达到62.5CMF即可达到要求，一般CPU小风扇均能满足。

按一般设备满功耗试计算，进气扇20和排气扇40的功率为55.2w，冷却液驱动装置55(如水泵)功耗8w，温度传感器耗电可以忽略不计，因此实际满功耗为63.2w，24小时用电量为1.52度。而某一体化空调的功耗为2300w， 24小时(按半天制冷量计算)用电量为27.6度，因此，本说明书实施例提供的柜体降温装置可以大大节约电量消耗。

本说明书实施例提供的柜体降温装置，在传统外冷方式的基础上，利用狭管效应对自然进入的空气进行一系列的热传导和液体冷却处理，让制冷后的空气均匀流通在柜体内部，无死角的对一体化机柜内所有设备进行降温，并通过流动空气带走机柜内灰尘。

本说明书实施例提供的柜体降温装置多孔管和降温管，空气通过多孔管流入柜体，增大空气的接触面积，达到外部空气的有效降温，而降温管围绕在多孔管外侧，在高温空气流动过多，使多孔管吸热达到一定温度后，能够推动降温管中冷却液流动，吸走多孔管热量，将热量传输至地下冷却液降温装置散出。

本说明书实施例在传统外冷方式的基础上，增加了空气净化装置，对吸入的空气进行除尘、除湿，保证流动在柜体内冷空气的洁净，避免吸入空气携带的灰尘、水分损伤设备。

启用温度传感器控制进气扇、排气扇、冷却液驱动装置启、闭，改变了传统的24小时不间断工作浪费电能的弊端，同时延长设备使用寿命；且温度传感器更可靠，免却待机功耗，有效节能。

本说明书实施例提供的柜体降温装置功耗较小，因此能够在普通油机发电环境下仍然能够正常运行，关闭柜体的柜门，整个柜体成空间密闭状态，降低安全隐患。

本说明书实施例提供的柜体降温装置的进气扇、排气扇、冷却液驱动装置可灵活配置、替换，选取配件的方案多样，可适用于任何大小的柜体需求，物美价廉。

本说明书实施例提供的柜体降温装置的配件充裕，可以快速维修、替换，节约返修时间，可以快速恢复工作。

本说明书实施例使用冷却、除尘、除湿，加速后的冷却空气加速进入柜体内部，同时排气扇对柜体内热空气的牵引，可以有效带走柜体内热空气，避免了外冷方式的不彻底、不均匀且有外部灰尘与水分进入的缺点。

本说明书实施例的柜体降温装置的功耗较传统内冷(如空调降温)大大降低，采用温度传感器自动启动、关闭备，避免的在不需要制冷的情况下的无故损耗，待机时几乎无电能耗费，降低了运营成本。

本说明书实施例提供的柜体降温装置不仅仅用于一体化机柜，也可用于局房内设备柜传输柜等，有效解决因空调的摆放位置(无法摆放空调)的局限性导致无法彻底降温的问题。

以上仅为本文件的实施例而已，并不用于限制本文件。对于本领域技术人员来说，本文件可以有各种更改和变化。凡在本文件的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本文件的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种柜体降温装置，其特征在于，包括：进气管道、进气扇、排气管道、排气扇以及空气冷却装置；

其中，所述进气扇设置于所述进气管道内，所述进气管道与柜体的腔室连通；所述排气扇设置于所述排气管道内，所述排气管道与所述腔室连通；

所述进气管道在与所述腔室的连接处的横截面积小于所述进气管道的平均横截面积；

所述空气冷却装置与所述进气管道连接，用于对流经所述进气管道内的空气进行降温。

2.根据权利要求1所述的柜体降温装置，其特征在于，所述空气冷却装置包括多孔管以及与所述多孔管近邻的降温管，所述降温管中包括有冷却液；

其中，流经所述进气管道的空气流经所述多孔管。

3.根据权利要求2所述的柜体降温装置，其特征在于，所述空气冷却装置还包括：冷却液存储装置、冷却液驱动装置，冷却液降温装置；

其中，所述冷却液存储装置与所述降温管的入口连通；所述降温管的出口与所述冷却液降温装置连通，所述冷却液降温装置与所述冷却液存储装置连通；

所述冷却液驱动装置用于驱动所述冷却液存储装置内的冷却液流向所述降温管。

4.根据权利要求3所述的柜体降温装置，其特征在于，所述冷却液降温装置包括埋设于地面之下的多个散热铜管。

5.根据权利要求3所述的柜体降温装置，其特征在于，所述空气冷却装置还包括：第一控制模块以及与所述第一控制模块连接的第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述降温管近邻设置；其中，所述第一控制模块用于：

在所述第一温度传感器检测到的温度大于或等于第一预设阈值的情况下，控制所述冷却液驱动装置运行；和/或

在所述第一温度传感器检测到的温度小于第二预设阈值的情况下，控制所述冷却液驱动装置关闭；

其中，所述第一预设阈值大于或等于所述第二预设阈值。

6.根据权利要求1至5任一项所述的柜体降温装置，其特征在于，还包括空气过滤装置；

其中，所述空气过滤装置设置于所述进气管道内；所述空气过滤装置用于过滤流经所述进气管道的空气中的水汽和灰尘。

7.根据权利要求6所述的柜体降温装置，其特征在于，还包括：第二控制模块以及与所述第二控制模块连接的第二温度传感器，所述第二温度传感器设置在所述腔室内；其中，所述第二控制模块用于：

在所述第二温度传感器检测到的温度大于或等于第三预设阈值的情况下，控制所述进气扇和所述排气扇运行；和/或

在所述第二温度传感器检测到的温度小于第四预设阈值的情况下，控制所述进气扇和所述排气扇关闭；

其中，所述第三预设阈值大于或等于所述第四预设阈值。

8.根据权利要求1所述的柜体降温装置，其特征在于，

所述进气管道与所述腔室的连接处位于所述柜体的中下部；且

所述排气管道与所述腔室的连接处位于所述柜体的中上部。

9.根据权利要求1所述的柜体降温装置，其特征在于，所述进气管道包括多个子管道，所述多个子管道可拆卸连接。

10.一种机柜，其特征在于，包括柜体以及如权利要求1至9任一项所述的柜体降温装置。

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