CN1461935A - 用于封闭式设备间的小型空气冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于封闭式设备间的小型空气冷却装置，包括一个壳体、一个蒸发器、一个冷凝器、一台压缩机、一个主风机和一个辅助风机。分隔部件限定一个一次风回路，这样允许在闭式回路中对来自封闭式设备间的内侧的空气进行机械冷却，并允许利用封闭式设备间的外侧的空气对冷凝器进行冷却。这些分隔部件包括能进入一个辅助位置的活动部件，从而二次风回路与蒸发器上游的一次风回路直接连通，内侧进气腔封离一次风回路并与封闭式设备间的外部环境直接连通。

Description

用于封闭式设备间的小型空气冷却装置
技术领域
本发明涉及一种用于装有热发生设备，如电气开关、控制机构和通信设备等的封闭式设备间的小型空气冷却装置。
背景技术
越来越多的这种封闭式设备间需要全年进行强制空冷，以保证设备间内的温度不超过由设备制造商强制规定的最高温度。
用于封闭式设备间的简单的强制空气冷却系统，利用一个风机抽取封闭式设备间内的热空气。在设备间内的热空气简单地用来自设备间外部环境中的空气替换，该外部空气通过通风口进入设备间。这些简单的通风系统的主要缺陷在于：在夏季，设备间的外部环境太热，以致于无法保证设备间内的温度不超过最大温度极限。当然，它们的优点在于设备简单(只需要一个风机和一个恒温器)和耗电低。此外，由于电能消耗低，所以该强迫空气冷却系统在主电源发生故障时，很容易改用应急电源供电。
如果在设备间内需要使用更精密的温度控制器，现有技术中可在设备间的壁部件内装配一个冷却用的小型机械式空气冷却装置。这种小型机械式空气冷却装置包括一个装有压缩机的机械制冷单元、一个设置在一次风回路中的蒸发器和一个设置在二次风回路中的冷凝器。主风机设备使闭合回路中的设备间空气通过一次风回路循环，其中设备间空气在蒸发器内被冷却。辅助风机设备将来自设备间的外部环境的空气通过独立的二次风回路循环，其中该空气对冷凝器进行冷却。这种机械制冷系统的主要缺陷是：全年的耗电相当高。此外，由于制冷压缩机(通常采用单级压缩)的耗电量高，所以机械式空气冷却装置一般不连接到应急电源上，从而在供电发生故障时，就不能对设备间进行冷却。
发明内容
本发明的技术问题在于提供一种用于装有发热装置的封闭式设备间的小型空气冷却装置，其中所述小型空气冷却装置应足够小，以便很容易与设备间的主体结合成一体，并应能保证在设备间内全年进行精密温度控制，以使能源消耗最优化，并在使用应急电源时减小电能消耗。该问题可利用权利要求1限定的小型空气冷却装置来解决。要保护技术方案的较佳实施例由从属权利要求进行限定。
本发明的一种小型空气冷却装置包括一个壳体；一个机械制冷单元，它包括安装在壳体内的一个蒸发器和一个冷凝器；及安装在壳体内的主风机设备和辅助风机设备，它们用于使空气流过蒸发器和冷凝器进行循环。在壳体内安装隔离部件，它们用于在壳体内限定一次风回路和独立的二次风回路。设计的一次风回路使主风机设备通过进气腔内部吸入空气，该进气腔与封闭式设备间内部直接连通，吸入的空气通过蒸发器，然后返回到封闭式设备间内，这样就在封闭回路中对来自封闭式设备间内部的空气进行了机械冷却。设计的二次风回路使辅助风机设备吸入来自封闭式设备间的外部环境中的空气，并使空气经冷凝器回到封闭式设备间的外部环境中去，以便利用封闭式设备间的外部环境的空气来冷却冷凝器。按照本发明的一个重要方面，上述分隔部件包括能进入辅助位置的可动部件，在该辅助位置，二次风回路在蒸发器的上游处与一次回路连通，并且内侧进气腔与一次风回路封离，并与封闭式设备间的外部环境直接连通。
可理解列，本发明的小型空气冷却装置可通过三种工作模式来冷却设备间。运行的第一种模式在于，使在封闭式设备间内部的空气在通过一次风回路的闭合回路中循环的空气受到机械冷却。在第一模式中，该装置只以与上述用于设备间的小型机械式空气冷却单元相同的方式运行。运行的第二模式在于，使来自封闭式设备间的外部环境中的空气在一个开式环路中受到机械冷却，其中利用过压使来自封闭式设备间内部的空气通过内部空气吸入腔直接排入到封闭式设备间的外部环境中。这种运行模式可节约制冷能量，并仍能保证在“外部空气”比“内部空气”冷、但还没有冷到足以对设备间自由冷却的程度的情况下进行精密温度控制。运行的第三模式在于，在对封闭式设备间进行自由冷却时，来自封闭式设备间外部环境的空气没有受到机械制冷。因此，本发明的小型装置保证全年对封闭式设备间内部温度进行精密控制，同时通过以封闭式设备外部和内部环境的空气热力学状态作为函数，在这三种运行模式之间转换，使能源消耗达到最优化。此外，如果本发明的装置必须用应急电源供电，则该装置可设定到自由冷却模式运行，在该模式是对冷却装置和辅助风机设备的供电中断，所以在应急电源的情况下，对该装置的供电量会大大降低。最后但并非最不重要，应理解到，可进行三种模式运行的本发明装置壳体的总体尺寸，可基本上与只允许在一个闭合回路内对封闭式设备间内部的空气进行机械冷却的小型机械空气冷却装置壳体的总体尺寸相同。
在一个优选实施例中，小型的壳体具有一个前侧、一个后侧、一个上侧、一个下侧和两个横向侧，该壳体安装在封闭式设备间的封闭部件上或内，从而使前侧与封闭式设备间的外部环境直接连通。如果将冷凝器安装在壳体前侧的开口内，所以如果蒸发器倾斜地安装在壳体内，其上缘位于靠近壳体的上侧位置，其中其下缘基本上位于壳体中部，并且其上缘位于壳体后侧与上侧相连的一个角内，而且如果分隔部件包括一个从蒸发器的下缘延伸到冷凝器的上缘的固定隔板，则该优选实施例可变得非常紧凑，这样就使冷凝器的进气腔与蒸发器的排气腔分开。
在一个优选实施例中，分隔部件限定一个外部进气腔，辅助风机设备位于该腔中，并且该腔与冷凝器的进气腔直接连通。可移动的分隔部件有利地包括一个可在第一位置与第二位置之间活动的风门，其中在第一位置时，该风门将外部进气腔与一次风回路封离，在第二位置时，该风门使外部进气腔与蒸发器上游的一次风回路直接连通，同时将内侧进气腔与一次风回路封离。在一个优选实施例中，可移动的分隔部件还包括一个能开启和关闭内侧进气腔与壳体内的内部排气口之间连通的风门，该内部排气口通向封闭式设备的外部环境。
附图说明
现在参照附图，通过举例说明的方式描述本发明，其中：
图1是本发明的空气冷却装置的示意性剖视图，图中表示出在闭合回路中对设备间内部的再循环空气进行机械冷却的情况；
图2是图1的空气冷却装置的示意性剖视图，图中表示出对来自设备间的外部环境空气进行机械冷却的情况；
图3是图1的空气冷却装置的示意性剖视图，图中表示出对来自设备间外部环境的空气进行自由冷却的情况。
具体实施方式
图1至3表示用于装有热发生装置，如电气开关、控制机构和有源通信设备等的封闭式设备间的空气冷却装置10的示意性剖视图。这种封闭式设备间用它的围墙的一个部件12表示，其中设备间的内侧总体地用标记14表示，而外侧总体地用标记16表示。
空气冷却装置10包括一个安装在围墙12的一个开口中的棱柱形壳体18。该壳体具有一个前侧20、一个后侧22、一个上侧24、一个下侧26和两个横向侧。前侧20与封闭式设备间的外部环境16直接连通。壳体18的所有其它侧壁都处于封闭式设备间的内侧14。还应指出的是，围墙部件12做成封闭式设备间的一个铰链式门部件是较为有利的，这样通过简单地开启铰链式门部件12就能很方便地对空气冷却装置10进行维修。此外，应指出的是，棱柱形壳体18的总体尺寸必须相当小，以使其在设备间内只占用最小的空间。一般说来，壳体18的总体尺寸可以如下：例如高度约为750mm，深度约为250mm，宽度(即垂直于图面方向的长度)约为300mm。
在壳体18中装有一个机械制冷单元，它包括一个蒸发器30、一个冷凝器32和一个压缩机34。冷凝器32安装在壳体的前侧20的开口内，以使该冷凝器32与封闭式设备间的外部环境16直接连通。冷凝器的上缘位于靠近壳体18的上侧24的位置，其下缘位于前侧20的高度大约一半的位置。蒸发器30倾斜地安装在壳体18内，其中其下缘基本上位于壳体18的中部，其上缘位于壳体的后侧22与所述壳体的上侧24接合的壳体角内。一个固定的隔板36从蒸发器30的下缘延伸到冷凝器32的上缘，从而在壳体18内使冷凝器的进气腔38与蒸发器的排气腔40分隔开。可以理解，由于上述设计，蒸发器30和冷凝器32都可具有相当大的热交换器表面，而压降相当小，其结果大大提高了能源利用率。
空气冷却装置10还包括安装在壳体18内的一个主风机设备和一个辅助风机设备，用于通过蒸发器30和冷凝器32循环空气。主风机设备有利地包括一个或多个安装在壳体18的上侧24的送风出口43内的轴流风机42。辅助风机设备有利地包括一个安装在壳体18的外部进气腔46内的径流风机44，以使从外部环境16中吸入的空气能通过设置在壳体18的前侧20、紧靠冷凝器32下部的外侧进气口48。内侧进气口50设置在壳体18(或者也可是后侧22或横向侧的下部)的下侧26。该内侧进气口50通向壳体18的内侧进气腔52，在内侧进气腔内有利地装有压缩机34。内侧排气口54设置在壳体18的前侧20并靠近壳体下沿的位置。
还应注意到，空气冷却装置10还包括一个设置在蒸发器30上游的空气过滤器39，该空气过滤器从隔板36的下缘倾斜地向上方延伸到后侧22，并基本上覆盖住壳体18的整个宽度。可以理解，该空气过滤器39很容易从壳体18的后侧22进行更换。此外，由于空气过滤器具有相当大的过滤表面，所以它具有相当高的过滤效率和较小的压降。
在图1所示的运行模式(即在闭合回路中的机械冷却)中，上述固定隔板36及其它固定和活动分隔部件56，58，60，在壳体18内共同限定了一次风回路和二次风回路。在一次风回路中，主风机设备42从内侧14通过内侧进气腔52的进气口50吸入空气，并使空气通过蒸发器30流入蒸发器排气腔40，然后送回到封闭式设备间的内侧14。在二次风回路中，辅助风机设备44从外部环境16吸入空气，并使空气进入外侧进气腔46。空气从外侧进气腔流入冷凝器进气腔38，然后经冷凝器32离开壳体18并进入空气环境16。可注意到，在该运行模式中，在一次风回路和二次风回路之间并没有明显的空气交换。设备间的空气通过一次风回路再循环，并利用制冷剂在蒸发器30内蒸发而使空气冷却，而外部空气通过二次风回路再循环，以冷凝冷凝器32中的制冷剂。
现在同时参照图1和2，可注意到，用标号58表示的活动分隔部件作为第一风门，该风门在第一位置与第二位置之间活动，其中在第一位置时，该风门将外侧进气腔46与一次风回路封离(参见图1)，在第二位置时，该风门使外侧进气腔46与蒸发器30上游的一次风回路之间直接连通，同时使内侧进气腔52与一次风回路封离(参见图2)。用标号60表示的活动分隔部件作为第二风门，该风门可在第一位置与第二位置之间活动，其中在第一位置，该风门使内侧进气腔52与内侧排气口54封离(参见图1)，在第二位置，该风门使内侧进气腔52与内侧排气口54之间直接连通(参见图2)。
在图2所示的运行模式中，由辅助风机设备44吸入的外部空气被分成两股流。第一流通过冷凝器32(在冷凝器中第一流冷凝制冷剂)流回到外部环境16中。第二流通过蒸发器30(在蒸发器中制冷剂由于被蒸发而被冷却)流入蒸发器排气腔40，并由主风机设备42送入封闭式设备间。利用过压使剩余的空气通过内侧进气腔52、开口风门60和内侧排气口54离开封闭式设备间，并流入外部环境16。如图2所示，如果相对机械冷却装置的能量消耗来说，外部空气的热力学状态比再循环的内部空气更有利，则对外部空气进行机械冷却是具有优越性的。
在图3所示的运行模式中，风门58和60处于与图2相同的位置上。但辅助风机设备44关闭，压缩机34也停机。辅助风机设备42通过外侧进气口48和冷凝器32吸入外部空气，并且不对外部空气进行任何机械制冷地将其送入封闭式设备间。如果外部空气的热力学状态允许对封闭式设备进行自由冷却，则采用这种运行模式。由于空气冷却装置10的气流通路的独特设计，使得在自由冷却期间设备间只有较小的过压。这样就能保证该自由冷却运行模式具有较高的空气流量和能源效率。
本发明的小型空气冷却装置10还包括一个电气加热部件60。该电气加热部件有利地设置在蒸发器排气腔40内，并能例如在外部空气非常冷的自由冷却情况下对供风进行再加热。
利用控制装置(图中未示出)可有利地控制三种运行模式之间的转换。这种控制装置测量封闭式设备间外部和内部的空气的热力学状态(温度、湿度)，并根据这些热力学状态将风门58，60调整到图1的位置或是图2的位置。此外，如果外部空气的热力学状态允许对封闭式设备间进行自由冷却，则控制装置关闭辅助风机设备44，并停止压缩机34的运行，这时将风门58，60调整到图2所示的位置。
本发明的小型空气冷却装置10有利地连接到主电源和应急电源上，当主电源发生故障时，该装置必需以应急电源供电，控制装置自动地将风门58，60调整到图2所示的位置，并且中断向冷却装置的压缩机34和辅助风机设备44的供电。在一个优选实施例中，主风机设备42和风门58，60的控制装置可通过48V的备用电池作为直流电源供电，而辅助风机设备44和压缩机34直接连接到交流主电源上。
还应指出的是，壳体18可整体安装在封闭式设备间的围墙部件12的内侧，如图1至3所示，或也可“一半在里，一半在外”地安装，即前侧20从围墙部件12的前面伸出，但内侧进气口50和送风排气口43仍位于封闭式设备间内部，这样只占据设备间较少的地方。此外，在一个不太优选的实施例中，壳体18做得较高，内侧进气口50和送风排气口43整体地安装在壳体18的后侧22。因此，该实施例可整体安装在封闭式设备间的围墙部件12的外侧。
最后，应理解到，壳体18的总体尺寸，基本上与只允许在闭合回路中对来自封闭式设备间内侧的空气进行机械冷却的、小型机械冷却装置的壳体的总体尺寸相同。

Claims (21)

1.一种用于其内装有热发生设备的、并且必须精密控制温度的封闭式设备间的小型空气冷却装置，所述空气冷却装置包括：
一个壳体(18)；
一个机械制冷单元，包括安装在所述壳体(18)内的一个蒸发器(30)和一个冷凝器(32)；
一个主风机设备(42)和辅助风机设备(44)，它们安装在所述壳体(18)内，用于通过所述蒸发器(30)和所述冷凝器(32)循环空气；及
分隔部件(36，56，58，60)，它们安装在所述壳体(18)内，用于在壳体中限定一个一次风回路和一个二次风回路，其中：
所述一次风回路这样设计：主风机设备(42)通过与所述封闭式设备间的内侧(14)直接连通的内侧进气腔(52)吸入空气，并使空气通过蒸发器(30)并返回到所述封闭式设备间的内侧(14)，以在闭合回路中对来自所述封闭式设备内侧(14)的空气进行机械冷却；
所述二次风回路这样设计：辅助风机设备(44)从所述封闭式设备间的外部环境(16)吸入空气，并使空气通过所述冷凝器(32)返回到所述封闭式设备间的外部环境(16)中，以冷却所述冷凝器(32)；
其特征在于，所述分隔部件(36，56，58，60)包括活动部件(58，60)，该活动部件能进入一个辅助位置，在该辅助位置，使所述二次风回路与所述蒸发器(30)上游的所述一次风回路连通，并且所述内侧进气腔(52)与所述一次风回路封离，并与所述封闭式设备间的所述外部环境直接连通。
2.按照权利要求1的装置，其中：所述壳体(18)具有一个前侧(20)、一个后侧(22)、一个上侧(24)、一个下侧(26)和两个横向侧，该壳体安装在所述封闭式设备间的围墙部件(12)上或内，以使其前侧(20)与所述封闭式设备间的外部环境(16)直接连通。
3.按照权利要求2的装置，其中所述冷凝器(32)安装在所述前侧(20)的一个开口内，以使其上缘位于靠近所述壳体(18)的所述上侧(24)的地方；所述蒸发器(30)倾斜地安装在所述壳体(18)内，其中其下缘基本上位于所述壳体(18)的中部，并且其上缘位于壳体的所述后侧(22)与所述上侧(24)接合的角内；及所述分隔部件(36，56，58，60)包括一个固定隔板(36)，它从所述蒸发器(30)的下缘延伸到所述冷凝器(32)的上缘，以使冷凝器(32)进气腔与蒸发器(30)排气腔分隔开。
4.按照权利要求1至3中任一的装置，其中所述辅助风机设备(42)包括至少一个轴流风机。
5.按照权利要求4的装置，其中所述壳体(18)包括一个与所述封闭式设备间的内侧直接连通的上侧(24)；及所述至少一个轴流风机(42)安装在所述壳体(18)的所述上侧(24)的一个开口内。
6.按照权利要求1至5中任一的装置，其中所述壳体(18)包括一个与所述封闭式设备间的外部环境(16)直接连通的前侧(20)；及所述辅助风机设备(44)包括至少一个安装在所述壳体(18)内的径流风机，以便能通过低于所述冷凝器(32)的所述前侧(20)的进气口(48)吸入来自所述外部环境的空气。
7.按照权利要求1至6中任一的装置，其中所述分隔部件(56，58，60)限定一个外侧进气腔(46)，所述辅助风机设备(44)位于该外侧进气腔内，该外侧进气腔与所述冷凝器进气腔(38)直接连通。
8.按照权利要求7的装置，其中限定外侧进气腔(46)的所述分隔部件(56，58，60)包括一个可在第一位置与第二位置之间活动的风门，其中在第一位置时，该风门将所述外侧进气腔(46)与所述一次风回路封离，在第二位置时，该风门使外侧进气腔(46)与蒸发器(30)上游的所述一次风回路直接连通，同时将所述内侧进气腔(52)与所述一次风回路封离。
9.按照权利要求1至8中任一的装置，其中所述活动分隔部件(36，56，58，60)包括一个风门(60)，其能开启和关闭所述内侧进气腔(52)与所述壳体(18)内的一个通向所述封闭式设备间的所述外部环境(16)的内侧排气口(54)之间的连通。
10.按照权利要求9的装置，其中所述壳体(18)包括一个与所述封闭式设备间的外部环境(16)直接连通的前侧(20)；及所述内侧排气口(54)设置在所述壳体(18)的所述前侧(20)。
11.按照权利要求1至10中任一的装置，其中所述活动分隔部件(58，60)包括一个能使所述内侧进气腔(52)与所述一次风回路封离的风门(58)。
12.按照权利要求1至11中任一的装置，其中所述机械制冷单元包括一个安装在所述内侧进气腔(52)中的压缩机(34)。
13.按照权利要求1至12中任一的装置，还包括：用于所述活动分隔部件(58，60)的控制装置，所述控制装置测量外部空气和内部空气的热力学状态，并根据所述热力学状态调整所述活动分隔部件(58，60)的位置。
14.按照权利要求13的装置，其中所述控制装置能将所述活动分隔部件(58，60)调整到下述位置：
在第一位置，如果所述封闭式设备间内部的空气的热力学状态，比所述封闭式设备间外部的空气的热力学状态更有利，则所述装置在一个闭合回路中对来自所述封闭式设备间的内侧(14)的空气进行机械冷却；及
在第二位置，如果所述封闭式设备间外部的空气的热力学状态，比所述封闭式设备间内部的空气的热力学状态更有利，则所述装置在一个开式回路中对来自所述封闭式设备间的内侧的空气进行机械冷却，其中利用过压，将来自所述封闭式设备间内侧的空气，通过所述内侧进气腔(52)直接排放到所述封闭式设备间的所述外部环境(16)中。
15.按照权利要求14的装置，其中所述控制装置这样设计：如果外部空气的热力学状态允许对所述封闭式设备间进行自由冷却，则将所述活动分隔部件(58，60)调整到第二位置，并断开所述机械冷却装置与所述辅助风机设备(44)。
16.按照权利要求15的装置，其中所述装置连接到主电源和应急电源上；当所述装置由所述应急电源供电时，所述控制装置自动地将所述活动分隔部件(36，56，58，60)调整到它们的第二位置；及当所述装置由所述应急电源供电时，中断对所述机械冷却装置和所述辅助风机设备(44)的供电。
17.按照权利要求15的装置，其中所述主风机设备(42)和所述控制装置通过装有备用电池的直流电源供电；并且所述辅助风机设备(44)和所述机械制冷单元直接连接到交流主电源上。
18.按照权利要求1至17中任一的装置，还包括：一个与所述蒸发器(30)平行安装的空气过滤器(39)。
19.按照权利要求1至18中的任一的装置，还包括：一个安装在所述蒸发器(30)下游的电加热部件(62)。
20.一种装有热发生设备的封闭式设备间，所述设备间包括一个按照上述权利要求的小型空气冷却装置(10)。
21.按照权利要求20的封闭式设备间，包括一个门部件(12)，其中所述小型空气冷却装置(10)的所述壳体(18)具有一个前侧(20)、一个后侧(22)、一个上侧(24)、一个下侧和两个横向侧；所述壳体(18)安装在所述封闭式设备间的所述门部件上或内，以使其前侧(20)与所述封闭式设备间的外部环境直接连通，其上侧(24)与所述封闭式设备间的内侧直接连通。
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