CN113811138A - 柜门式热管空调系统以及机柜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及散热设备领域，提供一种柜门式热管空调系统以及机柜系统，其中的柜门式热管空调系统包括柜体、柜门冷却设备和外部换热设备；柜体用于安装电器元件；柜门冷却设备设置在柜体开口位置，柜门冷却设备与柜体内的电器元件的进风口和出风口连接，柜门冷却设备用于将柜体内循环空气中的热量交换至柜门冷却设备中的制冷剂中；外部换热设备与柜门冷却设备连接，外部换热设备用于将制冷剂中的热量交换至外部，对制冷剂进行制冷。达到了不改变机柜内部设备格局、不占用柜内空间即可实现内部设备散热的效果。本发明提供的柜门式热管空调系统适用性较强，可直接应用至现有的机柜上。

Description

柜门式热管空调系统以及机柜系统

技术领域

本发明涉及散热设备领域，特别是涉及一种柜门式热管空调系统以及机柜系统。

背景技术

5G通信设备的一个显著特征为设备的高功耗。为防止出现局部热点，从而保证设备的正常运行，需要提供大量冷量对设备进行冷却降温。在基站及传输汇聚机房，对于C-RAN建设方式，大量BBU集中布置于同一机柜，单机柜发热功率超过5kW甚至10kW，导致散热问题成为影响设备使用的重要问题。

通信机房传统的散热方式为集中式制冷方式，由空调末端将冷空气送入室内空间，冷量再传递至设备附近。采用传统的机房级的冷却降温方式效果差、效率低。如果机柜的发热密度很高，很容易产生局部热点，影响设备的正常运行。

对于通信机房空调，首先需要满足设备的散热需求，避免出现局部热点，此外需要严格控制制冷能耗，节省电费开支。目前已有人提出机柜级的制冷方式，将空调末端置于机柜内部，从而使空调贴近热源，全部冷量都能得到充分利用，减少冷量损失，进而提高机柜内部设备的散热效率。

尽管现有的改善方式能够在一定程度上缓解设备过热以及空调高能耗的问题，但仍存在一定问题。第一，柜内空调末端的尺寸较大，占用的空间较多，限制了柜内通信设备布置的数量。第二，空调末端的适用性较差，对于深度较大的机柜，可将空调末端放置其中，但对于深度较小的机柜，却无法放置。第三，柜内空调末端使用时由于需要占用柜内空间，同时需要对机柜进行气流组织设计，因此需要调整原有柜内的设备布局，这对于已投入使用的机房，需要对柜内原有设备进行挪动并重新接线，工程量较大。第四，CT设备如BBU的耐温性较好，在50℃以上仍然能够正常工作，全年90％以上的时间室外环境温度在30℃以下，此时，通过环境温度即可实现超低能耗CT设备制冷，而现有设计无法利用环境冷源，导致能源浪费。

发明内容

本发明实施例的目的是提供柜门式热管空调系统以及机柜系统，用于解决现有技术中基站内设备散热的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种柜门式热管空调系统，包括柜体、柜门冷却设备和外部换热设备；

所述柜体用于安装电器元件；

所述柜门冷却设备设置在柜体开口位置，所述柜门冷却设备与所述柜体内的电器元件的进风口和出风口连接，所述柜门冷却设备用于将所述柜体内循环空气中的热量交换至所述柜门冷却设备中的制冷剂中；

所述外部换热设备与所述柜门冷却设备连接，所述外部换热设备用于将所述制冷剂中的热量交换至外部，对所述制冷剂进行制冷。

进一步地，所述柜门冷却设备包括转动连接于所述柜体开口位置的柜门本体以及设置于所述柜门本体上的热管换热器、送风口和回风口，所述柜门本体内部设置有空腔，所述热管换热器设置于所述空腔内，所述送风口和所述回风口分别设置在所述柜门本体侧壁上，所述送风口与所述电器元件的进风口对接，所述回风口与所述电器元件的出风口对接，所述热管换热器连接所述外部换热设备。

进一步地，所述外部换热设备包括换热装置、分液管和集气管，所述换热装置的制冷剂出口通过所述分液管连接至所述柜门冷却设备的制冷剂入口，所述换热装置的制冷剂入口通过所集气管连接至所述柜门冷却设备的制冷剂出口，所述换热装置用于对所述制冷剂进行制冷。

进一步地，所述换热装置能够单独进行自然换热、单独进行机械换热或者同时进行自然换热和机械换热。

进一步地，所述换热装置包括自然冷却单元和机械制冷单元，所述自然冷却单元和机械制冷单元同时连接所述分液管和所述集气管。

进一步地，所述柜体和所述柜门冷却设备对应设置有至少两个，所述外部换热设备同时连接各柜门冷却设备。

进一步地，所述分液管上设置有至少两个液管支管，所述集气管上设置有至少两个气管支管，所述分液管通过各所述液管支管连接不同的所述柜门冷却设备的制冷剂入口，所述集气管通过各所述气管支管连接不同的所述柜门冷却设备的制冷剂出口。

进一步地，所述送风口和所述回风口在所述柜门本体上水平排布，且所述送风口和所述回风口为长度方向竖直的长条形开口。

进一步地，所述制冷剂采用氟利昂类制冷剂。

本发明实施例还提供一种机柜系统，包括如上所述的柜门式热管空调系统。

本发明实施例提供的柜门式热管空调系统通过柜门冷却设备和外部换热设备可实现柜体内的电器元件的散热，对于老旧的机柜，通过将原柜门更换为柜门冷却设备，再连接外部换热设备即可实现换热功能，无需调整内部设备。并且，通过柜门冷却设备和外部换热设备进行换热不会占用柜内空间，不影响柜内通信设备的布置。

外部换热设备采用的换热装置既能使用自然换热，又能够进行机械换热，还能够同时进行自然换热和机械换热，在使用过程中使用根据情况合理利用环境冷源能够极大的提高能源利用率，减小能源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明柜门式热管空调系统一个实施例的结构示意图；

图2为本发明柜门式热管空调系统一个实施例中柜体和柜门冷却设备空气流动示意图；

图3为本发明柜门式热管空调系统一个实施例中单独进行自然换热的制冷剂流动示意图；

图4为本发明柜门式热管空调系统一个实施例中单独进行机械换热的制冷剂流动示意图；

图中，1、柜体；11、电源；12、通信设备；2、柜门冷却设备；21、柜门本体；22、热管换热器；23、送风口；24、回风口；25、空腔；3、外部换热设备；31、自然冷却单元；32、机械制冷单元；4、集气管；41、气管支管；5、分液管；51、液管支管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

参见图1，示出了本发明柜门式热管空调系统一个实施例的结构示意图。在图1中，柜门式热管空调系统包括：柜体1、柜门冷却设备2和外部换热设备3，其中，柜体1为常用立柜结构，其侧壁设置开口，柜体1内部用于安装电器元件，在本实施例中，柜体1内部的电器元件为电源11和通信设备12。

柜门冷却设备2设置在柜体1开口位置，柜门冷却设备2与柜体1内的电源11和通信设备12的进风口和出风口连接。柜门冷却设备2用于将柜体1内循环空气中的热量交换至柜门冷却设备2中的制冷剂中，从而降低电源11、通信设备12循环风的温度，实现电源11、通信设备12的冷却、降温，保证柜体1内设备的正常运行。

本发明实施例提供的柜门式热管空调系统可采用氟利昂类制冷剂。

需要说明的是，柜体1内空气的循环可以由安装在柜体1内的风机实现，也可以由柜门冷却设备2上另外安装的风机实现，只要能够使柜体1内空气产生流动，完成电源11、通信设备12与空气的换热，以及空气与柜门冷却设备2的换热的相关结构设计均在本发明实施例的涵盖范围内。

外部换热设备3与柜门冷却设备2连接，外部换热设备3用于将制冷剂中的热量交换至外部，对制冷剂进行制冷。外部换热设备3可设置在室外，既能够对柜门冷却设备2进行降温，又不会使机房内温度升高，为电源11和通信设备12的运行提供良好的环境。

参见图2，图2示出了本发明柜门式热管空调系统一个实施例中柜体1和柜门冷却设备2中的空气流动示意图，图2中A所示方向为空气流动方向。在一个实施例中，柜门冷却设备2包括转动连接于柜体1开口位置的柜门本体21以及设置于柜门本体21上的热管换热器22、送风口23和回风口24，柜门本体21与原有机柜的柜门的大小及尺寸相同，并且也可与现有机柜的柜门一样转动连接在柜体1的开口位置，通过旋转的方式打开柜体1的开口，以方便电源11和通信设备12的安装和维护。

柜门本体21内部设置有空腔25，热管换热器22设置于空腔25内，送风口23和回风口24分别设置在柜门本体21侧壁上，送风口23和回风口24均位于柜门本体21上用于封堵柜体1开口的一侧。送风口23和回风口24位于柜门本体21内部一端连通至柜门本体21的空腔25，另一端朝向柜体1内部。送风口23背离空腔25一端与进风口对接，回风口24背离空腔25一端与出风口对接，热管换热器22连接外部换热设备3。

送风口23与进风口之间以及回风口24与出风口之间的连接为管道端口的直接抵接或管道端部之间的插接结构。使柜门本体21旋转打开时送风口23与进风口之间以及回风口24与出风口之间脱离，在柜门本体21旋转关闭时送风口23与进风口之间以及回风口24与出风口之间顺利对接。在一种优选方案中，送风口23与进风口的连接位置以及回风口24与出风口的连接位置分别设置有密封圈，增加连接位置的密封性。密封圈可设置在送风口23和回风口24上，也可设置在进风口和出风口上。

进一步地，柜体1内部也可不设置循环风道，进风口和出风口也仅仅是柜体1开口位置的两部分区域。此种情况下，具有两种空气循环形式，其中一种为柜门冷却设备2内产生的气流从送风口23流出后，经进风口所在的开口区域进入柜体1内部，受柜体1侧壁阻挡后由出风口所在的开口区域吹向回风口24，形成空气循环；另一种为，柜体1内产生的气流由出风口所在的开口区域吹向回风口24，由回风口24进入柜门冷却设备2内部，气流在柜门冷却设备2内受空腔25侧壁阻挡流向送风口23，气流穿过送风口23后由进风口所在的开口区域进入柜体1内，形成空气循环。

在柜门本体21关闭时，电源11和通信设备12的循环风道与柜门本体21的内部空腔25处于连通状态，柜体1内的循环风经过柜门本体21的内部空腔25，并由热管换热器22进行降温。

在一种可选方案中，柜体1内的循环风由安装在送风口23和/或安装在出风口的风扇产生。

在一个实施例中，外部换热设备3包括换热装置、分液管5和集气管4，换热装置的制冷剂出口通过分液管5连接至柜门冷却设备2的制冷剂入口，换热装置的制冷剂入口通过所述集气管4连接至柜门冷却设备2的制冷剂出口，换热装置用于对制冷剂进行制冷。

在对柜体1内设备进行降温时，循环风带走电池和通信设备12的热量，并将热量交换至热管换热器22的制冷剂内，制冷剂吸热后形成高温制冷剂蒸汽，高温制冷剂蒸汽通过集气管4进入外部换热设备3，外部换热设备3将高温制冷剂蒸汽中的热量交换至室外空气中，高温制冷剂蒸汽冷凝成液态制冷剂，并通过分液管5回流至热管换热器22中。

参见图3和图4，图3和图4中B、C所示方向为制冷剂流动方向。在一个实施例中，换热装置能够单独进行自然换热、单独进行机械换热或者同时进行自然换热和机械换热。三种换热形式根据设备种类及环境温度进行选择，当自然冷源满足全部制冷需求时，仅使用自然换热；当自然冷源只能满足部分制冷需求时，同时进行自然换热和机械换热；当自然冷源不能满足制冷需求时，仅使用机械换热。通过灵活运用换热装置，能够充分利用自然冷源，降低能源消耗。

换热装置包括自然冷却单元31和机械制冷单元32，自然冷却单元31和机械制冷单元32同时连接分液管5和集气管4，自然冷却单元31和机械制冷单元32可同时进行制冷作业也可单独进行制冷作业。

在一种可实现方式中，自然换热和机械换热的切换可通过手动开关的形式实现。

在另一种可实现方式中自然换热和机械换热的切换通过控制器控制实现。通过控制器进行控制的形式可具体设置为控制器连接用于采集室外温度的温度传感器，并通过控制器同时控制控制自然冷却单元31和机械制冷单元32的开闭，控制器内预设第一温度阈值和第二温度阈值，当环境温度低于第一阈值时自然冷却单元31的开关处于闭合状态，机械制冷单元32的开关处于断路状态；当环境温度介于第一温度阈值和第二温度阈值之间时，自然冷却单元31和机械制冷单元32的开关同时处于闭合状态；当环境温度高于第二温度阈值时，自然冷却单元31的开关处于断路状态，机械制冷单元32的开关处于闭合状态。

以上的控制器控制方式为仅采集环境温度进行控制，当然也可采用同时采集环境温度和柜体1内部温度的形式进行控制。

需要说明的是，通过控制器根据温度控制开关的开闭仅仅是示例性的提供一种自然冷却单元31和机械制冷单元32自动切换的可行形式。

在一个实施例中，柜体1和柜门冷却设备2对应设置有至少两个，外部换热设备3同时连接各柜门冷却设备2。通过此种方式，一个外部换热设备3同时为至少两个柜体1内的设备提供冷源，有效减小设备占用的空间，降低设备安装和使用的成本。

在一个实施例中，分液管5上设置有至少两个液管支管51，集气管4上设置有至少两个气管支管41，分液管5通过各液管支管51连接不同的柜门冷却设备2的制冷剂入口，集气管4通过各气管支管41连接不同的柜门冷却设备2的制冷剂出口。

分液管5与液管支管51之间以及气管支管41与集气管4之间可采用焊接等非可拆卸连接形式，也可采用密封管接头连接等可拆卸连接形式，只要是能够实现稳定、安全、不漏液的连接形式均在本发明实施例的保护范围内。

在一个实施例中，送风口23和回风口24在柜门本体21上水平排布，且送风口23和回风口24为长度方向竖直的长条形开口，相对应的，柜体1内电源11和通信设备12的进气口和出气口也采用长度方向竖直的长条形开口，从而使柜体1内不同高度位置均可形成循环风，柜体1内一侧进风另一侧出风的方式可在柜体1内产生在竖直方向各个位置的有序气流，不会存在散热盲区。

在本发明另一个实施例中，提供了一种机柜系统，该机柜系统包括以上任一实施例所述的柜门式热管空调系统，机柜系统还可包括电源11、通信设备12等，机柜系统内的设备可由柜门式热管空调系统进行充分降温，用于散热、降温的能耗较低，实现设备的超低能耗散热。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种柜门式热管空调系统，其特征在于，包括柜体、柜门冷却设备和外部换热设备；

所述柜体内用于安装电器元件；

所述柜门冷却设备设置在柜体开口位置，所述柜门冷却设备与所述柜体内的电器元件的进风口和出风口连接，所述柜门冷却设备用于将所述柜体内循环空气中的热量交换至所述柜门冷却设备中的制冷剂中；

所述外部换热设备与所述柜门冷却设备连接，所述外部换热设备用于将所述制冷剂中的热量交换至外部，对所述制冷剂进行制冷。

2.根据权利要求1所述的柜门式热管空调系统，其特征在于，所述柜门冷却设备包括转动连接于所述柜体开口位置的柜门本体以及设置于所述柜门本体上的热管换热器、送风口和回风口，所述柜门本体内部设置有空腔，所述热管换热器设置于所述空腔内，所述送风口和所述回风口分别设置在所述柜门本体的侧壁上，所述送风口与所述电器元件的进风口对接，所述回风口与所述电器元件的出风口对接，所述热管换热器连接所述外部换热设备。

3.据权利要求1所述的柜门式热管空调系统，其特征在于，所述外部换热设备包括换热装置、分液管和集气管，所述换热装置的制冷剂出口通过所述分液管连接至所述柜门冷却设备的制冷剂入口，所述换热装置的制冷剂入口通过所述集气管连接至所述柜门冷却设备的制冷剂出口，所述换热装置用于对所述制冷剂进行制冷。

4.据权利要求3所述的柜门式热管空调系统，其特征在于，所述换热装置能够单独进行自然换热、单独进行机械换热或者同时进行自然换热和机械换热。

5.据权利要求4所述的柜门式热管空调系统，其特征在于，所述换热装置包括自然冷却单元和机械制冷单元，所述自然冷却单元和所述机械制冷单元同时连接所述分液管和所述集气管。

6.根据权利要求1所述的柜门式热管空调系统，其特征在于，所述柜体和所述柜门冷却设备对应设置有至少两个，所述外部换热设备同时连接各柜门冷却设备。

7.根据权利要求3所述的柜门式热管空调系统，其特征在于，所述分液管上设置有至少两个液管支管，所述集气管上设置有至少两个气管支管，所述分液管通过各所述液管支管连接不同的所述柜门冷却设备的制冷剂入口，所述集气管通过各所述气管支管连接不同的所述柜门冷却设备的制冷剂出口。

8.根据权利要求2所述的柜门式热管空调系统，其特征在于，所述送风口和所述回风口在所述柜门本体上水平排布，且所述送风口和所述回风口为长度方向竖直的长条形开口。

9.根据权利要求1所述的柜门式热管空调系统，其特征在于，所述制冷剂采用氟利昂类制冷剂。

10.一种机柜系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的柜门式热管空调系统。

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