CN113225993B - 一种节能型室外运行机柜降温装置 - Google Patents

一种节能型室外运行机柜降温装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机柜降温技术领域，尤其涉及一种节能型室外运行机柜降温装置，包括机柜、以及安装在机柜门板或后壁外侧的降温装置，降温装置包括冷凝器组件、设于冷凝器组件下方的蒸发器组件、以及控制器；蒸发器组件包括蒸发器板组、以及设于蒸发器板组外侧的蒸发器外壳，蒸发器板组内侧下部设有第一风机固定板，第一风机固定板上设有第一风机和第二风机；冷凝器组件包括冷凝器板组、以及设于冷凝器板组外侧的冷凝器外壳，冷凝器板组外侧上部设有第二风机固定板，第二风机固定板上设有第三风机和第四风机；本发明利用重力回流原理和分离式相变传热技术，充分利用环境资源，实现了无能动高效降温，大大节约了电能，降低运行成本。

Description

一种节能型室外运行机柜降温装置
技术领域
本发明涉及机柜降温技术领域，尤其涉及一种节能型室外运行机柜降温装置。
背景技术
随着科学技术的进步，电力电子设备和元器件的应用越来越广泛，正向着功能越来越完善而体积越来越小的方向发展。在电力电子设备装置内部往往会产生高密度热流，尤其对一些长期被置于室外运行的机柜(如通信发射基站的控制柜、电力系统的汇控柜等)来说，高温易使柜内的设备发生元件老化、面板花屏、装置死机、运行不稳定等问题，对设备的可靠性造成极大的威胁。为了提高电器设备的热可靠性以及对恶劣环境条件的适应能力，相关冷却技术的研究得到了普遍的重视和发展。
目前室外运行机柜降温的方法主要有使用隔热材料、直接风冷(风扇)、间接风冷(热交换器)和安装机柜空调。其主要存在的问题如下：
1)使用隔热材料成本高、效果差；
2)直接风冷的优点是成本低，能耗少，但容易出现水或灰尘渗入及通风风量不足等情况，风冷系统本身结构较大，不利于机械结构的设计；
3)热交换器利用芯体进行热交换，避免了柜外灰尘对柜内精密设备的污染，但效率较低，降温效果较差，只适用于温度较低散热较少的机柜中；
4)机柜空调降温能力好，但投资运维成本高，空调运转耗费大量的电能，且基站交流停电时空调不工作，停电时可能会导致柜内温度过高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种节能型室外运行机柜降温装置，利用重力回流原理和分离式相变传热技术，充分利用环境资源，实现了无能动高效降温，大大节约了电能，降低运行成本。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种节能型室外运行机柜降温装置，包括机柜、以及安装在机柜门板或后壁外侧的降温装置，所述降温装置包括冷凝器组件、设于冷凝器组件下方的蒸发器组件、以及控制器；
所述蒸发器组件包括蒸发器板组、以及设于蒸发器板组外侧的蒸发器外壳，所述蒸发器板组内侧下部设有第一风机固定板，所述第一风机固定板上设有第一风机和第二风机；
所述冷凝器组件包括冷凝器板组、以及设于冷凝器板组外侧的冷凝器外壳，所述冷凝器板组外侧上部设有第二风机固定板，所述第二风机固定板上设有第三风机和第四风机。
优选地，所述蒸发器板组包括竖直设置的若干组板片组件，相邻两组板片组件之间通过第一隔板间隔设置；
若干组板片组件的上、下端分别设有上腔体和下腔体，所述上腔体上设有蒸发器连接管道，所述蒸发器连接管道通过第一格兰头与冷凝器组件连接。
优选地，每组所述板片组件包括并排设置的垂直方向板片和水平方向板片，所述垂直方向板片和水平方向板片之间设有第二隔板；
所述垂直方向板片上设有垂直方向板片通道，所述垂直方向板片通道为工质通道，所述工质通道分别与上腔体和下腔体连通；
所述水平方向板片上设有水平方向板片通道，所述水平方向板片通道为环境气体通道，所述环境气体通道与大气相通；
所述垂直方向板片的前后侧设有板片侧面封条，所述水平方向板片的顶部和底部设有板片上下封条。
优选地，所述蒸发器板组的左右两侧设有蒸发器侧面封条，所述蒸发器外壳为焊接密封结构，所述蒸发器外壳的顶部开设有用于冷凝器组件上的第三风机和第四风机电缆穿过的小孔，所述小孔通过第二格兰头密封。
优选地，所述冷凝器板组的底部设有冷凝器连接管道，所述冷凝器连接管道与蒸发器组件的蒸发器连接管道连接，所述冷凝器板组的顶部设有充液阀。
优选地，所述冷凝器外壳为开放式结构，所述冷凝器外壳与外部环境相通。
优选地，所述控制器包括单片机、LCD驱动芯片、LCD显示器、温度采集器、蜂鸣器和电源电路，所述温度采集器与单片机电性连接，所述单片机通过LCD驱动芯片与LCD显示器电性连接，所述单片机与蜂鸣器电性连接，所述单片机通过四组继电器分别与第一风机、第二风机、第三风机和第四风机电性连接，所述电源电路用于给单片机、LCD驱动芯片和LCD显示器供电。
优选地，所述温度采集器采用热敏传感电阻传感器，所述温度采集器安装于蒸发器组件的一侧。
优选地，所述降温装置通过螺栓和螺母与机柜门板固定连接，所述机柜门板与机柜之间设有第一橡胶垫片和加强板；所述机柜门板与降温装置之间设有第二橡胶垫片和第三橡胶垫片，所述第二橡胶垫片和第三橡胶垫片上下设置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明工质通道的循环依靠重力回流，无需压缩机等驱动能源，实现了无能动传热，大大降低了能耗；风机的作用是为了加强冷凝器、蒸发器与环境之间的热交换，提升降温效果，与空调压缩机相比，耗电量很小。
2、当室外机柜即使在交流停电的情况下，本发明的热交换过程仍在进行，不会因为停电而导致柜内温度过高。
3、本发明利用分离式相变冷却技术和重力回流原理，实现单向传热，如外部出现高温等恶劣情况，不会将热量反向传递给机柜内部。
4、本发明当内部或外部体积由于受限制，可增加另一端的体积(即换热面积)或改变安装位置，使得热流密度可变，可起到同样的冷却效果。
5、本发明采用分离式设计，可根据机柜外部空间条件，灵活设计装置结构，适用于电力、通信等行业室外运行机柜的节能降温改造。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中蒸发器组件的整体结构示意图；
图3为本发明中蒸发器组件的分解结构示意图；
图4为本发明中蒸发器板组的分解结构示意图；
图5为本发明中单组板片组件的分解结构示意图；
图6为本发明中冷凝器组件的整体结构示意图；
图7为本发明中冷凝器组件的分解结构示意图；
图8为本发明的安装结构示意图；
图9为本发明中控制器的电路原理图。
图中：1机柜、2机柜门板、3冷凝器组件、4蒸发器组件、5蒸发器板组、6蒸发器外壳、6-1小孔、7第一风机固定板、8第一风机、9第二风机、10冷凝器板组、11冷凝器外壳、12第二风机固定板、13第三风机、14第四风机、15第一隔板、16上腔体、17下腔体、18蒸发器连接管道、19第一格兰头、20垂直方向板片、20-1垂直方向板片通道、21水平方向板片、21-1水平方向板片通道、22板片侧面封条、23板片上下封条、24蒸发器侧面封条、25冷凝器连接管道、26充液阀、27单片机、28LCD驱动芯片、29LCD显示器、30温度采集器、31蜂鸣器、32电源电路、33继电器、34第一橡胶垫片、35加强板、36第二橡胶垫片、37第三橡胶垫片、38第二隔板、39第二格兰头。
具体实施方式
下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-图9，一种节能型室外运行机柜降温装置，包括机柜1、以及安装在机柜门板2或后壁外侧的降温装置，所述降温装置包括冷凝器组件3、设于冷凝器组件3下方的蒸发器组件4、以及控制器；这里采用将冷凝器组件3安装在上方，蒸发器组件4安装在下方，便于工质冷凝后因重力作用回流至蒸发器。
参照图2-3，所述蒸发器组件4包括蒸发器板组5、以及设于蒸发器板组5外侧的蒸发器外壳6，所述蒸发器板组5内侧下部设有第一风机固定板7，所述第一风机固定板7上设有第一风机8和第二风机9；通过第一风机8和第二风机9，以加强空气流通，提高换热效果。
参照图6-7，所述冷凝器组件3包括冷凝器板组10、以及设于冷凝器板组10外侧的冷凝器外壳11，所述冷凝器板组10外侧上部设有第二风机固定板12，所述第二风机固定板12上设有第三风机13和第四风机14；通过第三风机13和第四风机14，加强冷凝器与环境之间的热交换，提升降温效果，耗电量较小。
参照图4，具体的，所述蒸发器板组5包括竖直设置的若干组板片组件，相邻两组板片组件之间通过第一隔板15间隔设置；若干组板片组件的上、下端分别设有上腔体16和下腔体17，所述上腔体16上设有蒸发器连接管道18，所述蒸发器连接管道18通过第一格兰头19与冷凝器组件3连接。
参照图5，具体的，每组所述板片组件包括并排设置的垂直方向板片20和水平方向板片21，所述垂直方向板片20和水平方向板片21之间设有第二隔板38；这里垂直方向板片20和水平方向板片21均为锯齿型波纹板片，且垂直方向板片20和水平方向板片21通过焊接固定成一整体；为使热交换充分，相邻两组板片组件之间波纹方向相互垂直，即所述垂直方向板片20上设有垂直方向板片通道20-1，所述垂直方向板片通道20-1为工质通道，所述工质通道分别与上腔体16和下腔体17连通；所述水平方向板片21上设有水平方向板片通道21-1，所述水平方向板片通道21-1为环境气体通道，所述环境气体通道与大气相通。
所述垂直方向板片20的前后侧设有板片侧面封条22，所述水平方向板片21的顶部和底部设有板片上下封条23。
其中，所述蒸发器板组5的左右两侧设有蒸发器侧面封条24，所述蒸发器外壳6为焊接密封结构，与机柜内部环境相通；所述蒸发器外壳6的顶部开设有用于冷凝器组件3上的第三风机13和第四风机14电缆穿过的小孔6-1，为保证蒸发器组件与外部环境隔绝，所述小孔6-1通过第二格兰头39密封。
参照图7，具体的，所述冷凝器板组10的结构与蒸发器板组5的结构相似，其不同之处在于：所述冷凝器板组5的底部设有冷凝器连接管道25，所述冷凝器连接管道25与蒸发器组件4的蒸发器连接管道18连接，所述冷凝器板组10的顶部设有充液阀26，以供填充工质使用；所述冷凝器外壳11为开放式结构，所述冷凝器外壳11与外部环境相通，且冷凝器外壳11不与冷凝器板组10焊接；安装时，冷凝器板组10与蒸发器组件作为一个整体安装，冷凝器外壳单独固定在板壁外侧。
参照图9，具体的，所述控制器包括单片机27、LCD驱动芯片28、LCD显示器29、温度采集器30、蜂鸣器31和电源电路32，所述温度采集器30与单片机27电性连接，所述单片机27通过LCD驱动芯片28与LCD显示器29电性连接，所述单片机27与蜂鸣器31电性连接，所述单片机27通过四组继电器33分别与第一风机8、第二风机9、第三风机13和第四风机14电性连接，所述电源电路32用于给单片机27、LCD驱动芯片28和LCD显示器29供电。
其中，单片机27采用STM32F103RCT6单片机，LCD驱动芯片28采用PCF8542ATT驱动芯片，温度采集器30采用热敏传感电阻传感器，所述温度采集器30安装于蒸发器组件的一侧。
本实施例中，控制器采用的是CJ8000-1W温控仪，外壳材质为ABS，可显示、设置温度，带有两组有源输出；通过温度阈值设定可实现当温度≥30℃时，自动开启第一风机8和第二风机9；当温度≥35℃时，自动开启第三风机13和第四风机14；当温度<35℃时，自动关闭第三风机13和第四风机14，当温度<30℃时，自动关闭第一风机8和第二风机9。
参照图8，具体的，所述降温装置通过螺栓和螺母与机柜门板2固定连接，所述机柜门板2与机柜1之间设有第一橡胶垫片34和加强板35；所述机柜门板2与降温装置之间设有第二橡胶垫片36和第三橡胶垫片37，所述第二橡胶垫片36和第三橡胶垫片37上下设置。
本实施例中，该降温装置在安装时，板壁与蒸发器罩壳之间通过橡胶垫片和加强板，可保证螺栓连接处具有良好的密封性能和足够的刚度。
本发明的工作原理如下：当柜内元器件发热，温度升高至一定值时(由温控器设定)，在第一风机和第二风机的作用下，热空气被吸进蒸发器气体通道，通过板片，将热量传递给工质，工质吸热，由液体转变成气体上升，带走热量；汽化的工质聚集于上部腔体后工质通道；通过板片与外部环境中冷空气接触后，汽态工质液化成液滴，在重力作用下沿管道内壁回流至蒸发器；周而复始，可将柜内热量带至柜外，实现降温；冷凝器的第三风机和第四风机可不断吸进环境中的冷空气，提升降温效果。
本发明中披露的说明和实践，对于本技术领域的普通技术人员来说，都是易于思考和理解的，且在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种节能型室外运行机柜降温装置，包括机柜、以及安装在机柜门板或后壁外侧的降温装置，其特征在于，所述降温装置包括冷凝器组件、设于冷凝器组件下方的蒸发器组件、以及控制器；
所述蒸发器组件包括蒸发器板组、以及设于蒸发器板组外侧的蒸发器外壳，所述蒸发器板组内侧下部设有第一风机固定板，所述第一风机固定板上设有第一风机和第二风机；
所述冷凝器组件包括冷凝器板组、以及设于冷凝器板组外侧的冷凝器外壳，所述冷凝器板组外侧上部设有第二风机固定板，所述第二风机固定板上设有第三风机和第四风机。
2.根据权利要求1所述的一种节能型室外运行机柜降温装置，其特征在于，所述蒸发器板组包括竖直设置的若干组板片组件，相邻两组板片组件之间通过第一隔板间隔设置；
若干组板片组件的上、下端分别设有上腔体和下腔体，所述上腔体上设有蒸发器连接管道，所述蒸发器连接管道通过第一格兰头与冷凝器组件连接。
3.根据权利要求2所述的一种节能型室外运行机柜降温装置，其特征在于，每组所述板片组件包括并排设置的垂直方向板片和水平方向板片，所述垂直方向板片和水平方向板片之间设有第二隔板；
所述垂直方向板片上设有垂直方向板片通道，所述垂直方向板片通道为工质通道，所述工质通道分别与上腔体和下腔体连通；
所述水平方向板片上设有水平方向板片通道，所述水平方向板片通道为环境气体通道，所述环境气体通道与大气相通；
所述垂直方向板片的前后侧设有板片侧面封条，所述水平方向板片的顶部和底部设有板片上下封条。
4.根据权利要求2所述的一种节能型室外运行机柜降温装置，其特征在于，所述蒸发器板组的左右两侧设有蒸发器侧面封条，所述蒸发器外壳为焊接密封结构，所述蒸发器外壳的顶部开设有用于冷凝器组件上的第三风机和第四风机电缆穿过的小孔，所述小孔通过第二格兰头密封。
5.根据权利要求1所述的一种节能型室外运行机柜降温装置，其特征在于，所述冷凝器板组的底部设有冷凝器连接管道，所述冷凝器连接管道与蒸发器组件的蒸发器连接管道连接，所述冷凝器板组的顶部设有充液阀。
6.根据权利要求1所述的一种节能型室外运行机柜降温装置，其特征在于，所述冷凝器外壳为开放式结构，所述冷凝器外壳与外部环境相通。
7.根据权利要求1所述的一种节能型室外运行机柜降温装置，其特征在于，所述控制器包括单片机、LCD驱动芯片、LCD显示器、温度采集器、蜂鸣器和电源电路，所述温度采集器与单片机电性连接，所述单片机通过LCD驱动芯片与LCD显示器电性连接，所述单片机与蜂鸣器电性连接，所述单片机通过四组继电器分别与第一风机、第二风机、第三风机和第四风机电性连接，所述电源电路用于给单片机、LCD驱动芯片和LCD显示器供电。
8.根据权利要求7所述的一种节能型室外运行机柜降温装置，其特征在于，所述温度采集器采用热敏传感电阻传感器，所述温度采集器安装于蒸发器组件的一侧。
9.根据权利要求1所述的一种节能型室外运行机柜降温装置，其特征在于，所述降温装置通过螺栓和螺母与机柜门板固定连接，所述机柜门板与机柜之间设有第一橡胶垫片和加强板；所述机柜门板与降温装置之间设有第二橡胶垫片和第三橡胶垫片，所述第二橡胶垫片和第三橡胶垫片上下设置。
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