CN1514192A - 新款计算机网络、广电、安保监控等设备用防尘、温控、除霜机柜 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机网络、广播电视、安保监控等设备装备部件和温度控制领域。本发明将传统计算机网络、广播电视、安保监控等设备用非封闭机柜改为封闭机柜达到防尘目的。本发明利用陶瓷半导体致冷器件并辅以电子温度控制技术，达到控制机柜内温度的目的。本发明利用陶瓷半导体致冷器件冷端散热器的安装角度利于水分排泄和致冷器件间歇性工作的特点，将致冷器件冷端化霜产生的少量水分通过特设的通道排泄到致冷器件热端空间并自然蒸发，达到除霜、防结露的目的。

Description

新款计算机网络、广电、安保监控等设备用防尘、温控、除霜机柜

本发明属于温度控制领域。

本发明将传统计算机网络设备、广播电视设备、安保监控设备惯常使用的非封闭机柜改为封闭机柜达到防尘的目的。

本发明利用现有陶瓷半导体致冷器件(又称“温差电致冷组件”。以下简称为冷堆)辅以电子温度控制技术，达到控制机柜内温度，使前述设备不因温度上升影响其稳定工作的目的。

鉴于冷堆工作时具有因低温吸附空气中水分而结霜、结露的物理现象，本发明利用陶瓷半导体致冷器件冷端散热器竖直安装、致冷器件间歇性工作的特点，将致冷器件冷端化霜产生的水分通过特设的通道排泄到致冷器件热端热环境空间自然蒸发，达到除霜、防结露的目的。

附：1.江苏省太仓市致冷器厂网页《致冷原理》、《致冷特点》两分页各一页。

2.TES1-12605型温差电致冷组件主要技术参数表一页。

(注：该表系申请人从零售商贩手中获得，商贩为防止客户绕过自己直接从厂家进货，故意将“太冷”改为“天冷”，杜撰了一个天津厂家，企业标准编号也被改为“津……”。经核实，该技术参数表的其余部分未被改变)

申请人曾于2003年3月6日提出过《计算机网络、广电、安保监控等设备用防尘、温控、除霜机柜》(03113865.9)申请。由于申请人对该申请中的除霜功能有了新的解决办法，特提出新的申请。

计算机网络设备、广播电视设备、安保监控设备惯常使用的非封闭机柜几乎都用一个立式金属柜体及其必要的构件构成各设备及其附属设备的支撑载体。当柜内设备正常工作时，众多设备不断散发出热量，设备越多，产热必然更多。由于机柜是一个内外空气交换不畅的腔体，造成柜内众多设备散发出的热量不断在柜体内堆积，容易使部分设备难以继续正常运行，严重时造成系统瘫痪，给用户带来不同程度的损失乃至重大损失。这种现象较容易出现在设备安装环境条件差的用户和气温较高的夏季。

迄今为止，人们采用了许多降低上述专用机柜内部温度的措施，但大多立足于加速机柜内外空气置换速度之类的被动方式；如果环境温度原本就高的话，加速机柜内外空气置换速度的方式是没有多大效果的，无法从根本上解决问题。况且，加速机柜内外空气置换速度会带来另一个不容忽视的弊端：在机柜散热风机的作用下，机柜实际上是一个持续保持负压的腔体，导致许多细微的灰尘随着机柜的负压效应从柜外窜入并在柜内各部件上堆积。一些机柜虽然加有适当的过滤网，但这种滤网网眼的孔径并不十分细小；何况绝大多数机柜根本没有任何过滤措施。如果采取防尘措施，加强过滤，又会使机柜内外空气置换的速度降低，抵消为柜内降温的主观努力。事实上，凡是在特定环境、特定工况下长期连续工作的传统机柜在使用一定时间再打开时就可以看到，整个机柜内积满了灰尘。

本发明基于既密闭机柜柜体，基本杜绝尘源，又用冷堆为机柜内提供低温条件，辅以电子温度控制技术，达到根据需要使柜内温度稳定在摄氏20～25度范围内，同时又间歇性除霜并及时将可能的水分排出柜外，使网络设备稳定工作的目的。

附图1示出了本发明的柜体正面示意图。附图各部位编号及名称对应列于附图下部。

附图仅示出实现本发明相关技术的方法，非具体设计图。鉴于各厂商在采用本发明进行具体设计、安置备具体部件时，必定会引用相应的技术标准，故本说明书各附图中未给出各部件的实际尺寸、具体安装孔位及数值等。

本发明的实现

一、防尘方法

在传统机柜使用中，机柜内的众多设备都不同程度地散发着热量，传统机柜大多采取在机柜下部四周适度开孔，在机柜顶端等部位安置适当数量的风机，将机柜内部的热量带出机柜外的结构形式。这种结构的弊端在于实际散热效能不佳，整机封闭性能差或根本谈不上封闭，造成机柜内容易积尘。

本发明一改传统机柜一个腔体的结构形式，将机柜分为上下(或称内外)两个部分。上部除正面柜门能打开供安装、检修设备之需，以及留出必须的布线安装孔外，其余五面在结构上密闭；下部是冷堆热端散热器和为冷堆提供工作能源的电源装置的安装载体。上下柜体之间用隔板完全隔离。仅留出柜内热空气与冷堆冷端之间的循环回流孔。为防止冷堆散热风机不被意外触碰导致损坏，在冷堆散热风机上方应安放保护隔离栅网。由于上部柜体与外部大气为均压状态，柜体内外又勿须空气置换，从而免除了灰尘的侵入。待设备全部安装完成后，图1的电缆出线孔9应封堵，以防止柜内外空气交换。

二、温控原理

在上下柜体之间隔板的平面上，以适当间距等距开挖适当数量的孔，以安装冷堆组件。孔的大小视所用冷堆的尺寸而定，孔的数量按冷堆实际用量而定。

由前述冷堆生产厂家网页资料《致冷原理》、《致冷特点》可知，冷堆在通以直流工作电压后，它的两面会分别对等产热和产冷。只要将冷端冷功率经散热器充分释放并经风机输送到上部机柜，源源不断的冷风便会在上部机柜里循环，为机柜上部的各类设备降温(上部机柜里安装温度采样探头及信号处理、显示单元组件)。为减少冷功率的损耗，整个上部机柜的内壁应贴附薄型绝热材料，以减少柜内冷量通过金属柜壁过多地散失，无谓地增加功耗。

从冷堆的工作原理可知，人们只需尽量散发掉冷堆热端的热量，冷堆冷端的产冷量(即致冷功率)也就越大。机柜生产厂家可以根据设计的需要自由选取功率适宜的冷堆或向厂家订制符合机柜制冷所需的专用规格的冷堆。

下部柜体是一个开放的腔体，安装了冷堆热端、热端散热器和供冷堆工作所需的电源组件，冷堆热端散热器安装有风机以强制散热，确保冷堆工作时保持热力平衡。外部常温空气经下部柜体的底板进入，为冷堆热端散热器和电源组件散热。

处于柜体下部的供冷堆制冷所需的电源装置只需加装简单的滤网就可起到基本的防尘作用，加之其位于开放的环境，在自身散热风机的作用下，其实际散热效能并不差，勿须为其提供与上部机柜相同的冷环境。

一台机柜所需的冷堆，其制冷电功率可根据实际需要而定。

冷堆，温度探头，完成温度控制和显示所需的相关部件等，都是常用电子器件，它们的种类规格等，早有大量市售品可供选择，这里不再赘述。由这些器件组成温度控制的电路方案多种多样，有完全用分离器件的，有部分用集成电路的，也有用专用温度控制模块的，恕不一一赘述。

三、除霜、防结露功能的实现

由TES1-12605型温差电致冷组件主要技术参数表可知：在摄氏27℃室温、15.2V/4.6A直流、直流电源纹波系数小于等于10％的测试条件下，冷堆冷热两端最大温差达到60℃。可见其显著的温差特性。假设上述机柜工作时的外部环境温度为35℃，则柜内冷堆冷端及其散热器上的温度可达到-20℃左右。在如此低的温度条件下，柜内空气中的少量水分无疑会陆续吸附到冷堆冷端及其散热器上，产生不同程度的结露、结霜现象。我们必须去除冷堆冷端散热器上的霜、露，使机柜内部始终保持干燥状态。

由实验和经验可知：在温控电路的控制下，当柜内温度达到设定温度的下限(假设为20℃)时，冷堆将停止工作，其停止工作的时长取决于柜内温度回升到温控上限的时间(即环境温度通过柜体剩余缝隙和柜壁对机柜内部环境温度影响的程度)。

正常情况下，除冷堆冷端散热器外，柜体内部整体温度均不低于设定温度(假设为20℃至25℃)，那么，一旦冷堆停止工作而冷堆冷端风机继续运转使柜内空气在冷堆冷端散热器表面持续流动时，凝结在冷堆冷端散热器上的轻微霜露将陆续化解为水，由于冷堆冷端散热器叶片开槽呈上下竖直安装，有利于化霜后的少量水分自上而下自然流向下端汇集，在冷堆冷、热端之间的隔板下部，为排泄水分而专门开设了横置的长条状孔隙，并填充有塑料泡沫，化霜后汇集的水分经泡沫吸附到冷堆热端散热器所在的热环境而自然蒸发。同时，由于有塑料泡沫的阻隔，冷堆冷、热两端的空气不会形成对流。

当柜内温度回升到设定温度的上限(如25℃)时，冷堆再次开始工作，依次循环。

事实上，由于机柜内其它部位的温度不低于设定值如20℃，故结露、结霜现象不会发生在机柜内其它部位。不仅如此，由于柜体封闭(当然不是绝对封闭)，柜体内外空气交换不畅，加之该型机柜长期运转和持续不断的间歇性除霜，柜体内的空气实际上将长期保持干燥状态。

附图说明

图1是机柜上下冷热温区隔离区域示意图。其中左图为左侧示意图，右图为正面示意图。图中1是机柜上部温控区，2是保护性网板，3是上下不同温区隔离板，4是机柜下部非温控区

图2是致冷模块组件不同方向示意图。其中2-1为机柜左侧安装示意图，2-2为A向顺时针旋转90度示意图，2-3为C向顶部示意图，2-4为B向顶部示意图，2-5为B向隔板以上顶视效果图。图中1是柜内常温空气入口，2是冷风出口，3是冷风出口风机，4是导风筒，5是柜内常温空气交换路径，6是致冷器件热端，7是致冷器件热端散热器，8是致冷器件冷端，9是致冷器件冷端散热器，10是纵隔板，11是横隔板，12是水分导向挡板，13是化霜水分排泄孔，14是冷堆安装位置，15是冷堆热端热风出口风机，16是冷堆热端热风流向，17是保护性隔离网板，18是柜壁。

图3为机柜左侧结构示意图。图中1是柜内常温空气流向冷堆，2是冷风出口，3是冷风出口风机，4是导风筒，5是柜内空气交换路径，6是致冷器件热端散热器，7是致冷器件冷端散热器，8是隔板，9是保护性网板，10是将化霜水分导向低端的倾斜挡板，11是柜门，12是电压、温度显示及控制开关板，13是设备及设备安装架，14是电源，15是电缆出入孔，16是电源线孔，17是空气自机柜底部进入，供电源和致冷器件热端散热器冷却用。

图4为机柜正面结构示意图。图中1是电源，2是冷风出口，3是冷风出口风机，4是导风筒，5是热风出口风机，6是热风出口，7是电源及冷堆冷却空气进入，8是电压、温度显示及控制板，9是致冷器件冷端散热器，10是纵隔板，11是横隔板，12是保护性隔离网板，13是化霜水分排泄孔，14是致冷器件位置孔。

Claims (2)

1.用隔板将各类(指网络设备用、广播电视设备用、安保监控设备用)机柜分隔成上下、大小不同的两个区域，上部较大的具有防尘功能的封闭柜体用于安装如网络设备、广播电视设备、安保监控设备等及相当数量的陶瓷半导体致冷器件冷端及其散热器，下部较小的开放柜体用于安装供陶瓷半导体致冷器件(包括控制、显示电路等部件)工作所需的电源和陶瓷半导体致冷器件热端及其散热器。

2.为解决权利要求1中陶瓷半导体致冷器件冷端工作时存在结霜、结露的问题，在冷、热端之间的隔板上开孔并用塑料泡膜封堵该开孔，从而既不使冷、热端空气互换，又能使除霜、除露后化解的水分通过该开孔排到陶瓷半导体致冷器件热端散热器所在的与大气相通的空间并利用热端的热环境自然蒸发。

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