CN103153032B - 集成温控平衡机柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成温控平衡机柜，包括若干个机柜壁和机柜内装置，所述的至少一个机柜壁为外壁、集成温控平衡系统和内壁组成的三层结构，内壁和外壁之间设有风门，风门上连接有控制风门开启或关闭的电动机，所述的集成温控平衡系统包括外风机、外部温度传感器、冷凝器、内风机、内部温度传感器、控制器、蒸发器温度传感器和蒸发器，所述的外部温度传感器、内部温度传感器和蒸发器温度传感器分别与控制器电连接，所述冷凝器和蒸发器之间通过连接管道连接。本发明可以在新风、热交换器、加热、空调制冷四者之间智能切换，从而得到最优的控制结果，换热效率高，低碳环保，节电节能，防尘、防水效果好。

Description

集成温控平衡机柜

技术领域

本发明涉及机柜智能温控技术领域，尤其是指一种集成温控平衡机柜。

背景技术

目前，在对通讯、电力、环保机柜的排热散热情况看，主要有以下几个方式：

1、采用直通风换热的方式。此方法的优点是结构简单、价格低廉、能耗较低，缺点是冷却效果较差，经常把环境中肮脏、潮湿、腐蚀的甚至有害带电粒子一同带入机柜内，引起电器设备的电击、短路等现象,在设备热密度较高及环境温度较高时无法满足控温要求，在某些恶劣的环境下，直通风换热往往是不可取的。

2、采用热电制冷的方式。热电制冷也称半导体制冷，主要原理是通过电子的迁移转移能量，整个系统并没有压缩机和制冷剂，空调的结构比较紧凑，控制也较方便，但它的缺点是制冷量较小，COP(能量与热量之间的转换比率，简称制热能效比)较低，往往满足不了大型化、中型化设备、系统、子系统制冷的要求。

3、采用普通空调的方式。普通空调器从使用场合分：家用、商用，从冷媒来看分空冷、水冷、风冷等，其服务的对象主要是人，是以满足不同人员对表皮感舒适度的要求而设计开发的，要求在空气环境温度不超过40℃、室外通风条件较好的地方使用，以方便换热器的换热。但这些空调器的冷凝器通常与内机分离，致使其体积过于庞大，安装极不方便，关键是不适用于复杂的自然环境。

4、采用传统的机柜空调的形式。传统的机柜空调经过国内几年的发展，国内开发户外机柜的技术人员只是在普通家用空调的基础上对壳体结构、内部机构进行简单的重组，由于对热力工程及流体力学、空气动力学以及通信设备的运行要求都缺乏了解，造成户外机柜与热交换器及机柜空调配合并不成功，并且往往没有远程通讯、控制、新风置换功能，前方基站(设备)等出现了故障但后方机组人员并不知情，而机组人员无法及时对空调器进行调节或进行参数实现远程动态监控，导致人员必须及时赶到现场操作，非常麻烦。

在机柜空调进入中国市场后，主要被应用在如机床等大型工业设备行业，通信行业缺乏大规模实际应用的经验，而且能耗较高，为目前机柜空调难以大范围推广应用的原因之一。其次，在实际应用时，如果户外的环境温度比设定温度要低时，且无法利用户外的自然冷源，就必须采用运行压缩机来制冷的这种形式，这样既耗费能源，外界自然环境中的大量冷媒又得不到利用，极为浪费。在通讯机柜需要制冷散热的时候，前述各方案存在着各种缺陷，都不太适用。而电气设备在工作时由于电流的作用通常会发热，而高热是电子产品的杀手温度过高又会影响电气元件的使用寿命和可靠性，并会使绝缘装置过早老化，或降低绝缘值，使一部分导体的电阻变大、发热进而烧毁。通常电气元件都会标明最高使用温度，或者不同温度对应的不同性能。数电子部件的使用基于正常的环境温度30℃(86℉)，研究表明温度每上升10℃(18℉),电子产品的使用寿命将比预期减半。所以，设计一套能即时、稳定、节能、环保的系统来给机房降温，是一件刻不容缓的事情。

而针对安装形式来说，几乎千篇一律的采用的外装式，也就是说空调器安装在机柜的外面或半嵌，这样一来，影响机柜的整体美观程度，并且机柜空调很容易被盗。

公告日为2010年3月31日、公告号为CN201435017Y的专利文件提出了一种集成式机柜温控系统，包括控制器、设置在机柜内的测温传感器，安装在机柜不同位置的冷却设备，所述的控制器通过控制线缆与各冷却设备和测温传感器联系，根据机柜内外的温度控制各冷却设备的开启和停机，所述的控制器内设置有与远程监控系统联系的接口。该实用新型为空调、热交换器、通风风扇及其它温控设备设置了一个综合控制平台，对温控设备进行统一控制，降低了温控机柜温控功耗，但是该实用新型只能针对温度控制，功能简单，换热效率不能保证。

发明内容

为了解决现有的机柜空调难以适用于通讯、电力、环保等行业环境的问题，本发明提出了一种集成温控平衡机柜，通过多种内部参数的检测，在新风、热交换器、加热、空调制冷四者之间可以智能切换，从而得到最优的控制结果，换热效率高，低碳环保，节电节能，防尘、防水效果好，可广泛应用于通讯、电力、环保等行业。

本发明所采用的技术方案是：一种集成温控平衡机柜，包括若干个机柜壁和机柜内装置，所述的至少一个机柜壁为外壁、集成温控平衡系统和内壁组成的三层结构，内壁和外壁之间设有风门，风门上连接有控制风门开启或关闭的电动机，所述的集成温控平衡系统包括外风机、外部温度传感器、冷凝器、内风机、内部温度传感器、控制器、蒸发器温度传感器和蒸发器，所述的外风机、外部温度传感器固定在外壁上，所述的内风机、内部温度传感器和控制器固定在内壁上，所述的外部温度传感器、内部温度传感器和蒸发器温度传感器分别与控制器电连接，蒸发器温度传感器和蒸发器抵接，所述冷凝器和蒸发器之间通过连接管道连接，所述的控制器内设有GPRS模块和报警模块，所述的集成温控平衡系统还包括空气品质传感器、湿度传感器和烟雾探测器，所述的空气品质传感器、湿度传感器、烟雾探测器设在内壁上，空气品质传感器、湿度传感器、烟雾探测器分别与控制器电连接。控制器内设置GPRS模块，实现远程监控和参数设定、基站故障自动报警、GPRS通讯等功能，使得操作人员和维护人员的劳动强度和大大降低，同时可大大降低以前不可预见的运行管理和安全风险，从被动管理变为主动的管理。控制器内设置报警模块，当出现故障状况时可实时报警。空气品质传感器测定机柜内部的空气状况并将其传送至控制器。湿度传感器测定机柜内部的湿度并将其传送至控制器。烟雾探测器测定机柜内部的烟雾状况并将其传送至控制器。

本发明充分考虑了各种恶劣的户外环境，在自然温度高于机柜内温度和设定温度时，主动制冷系统将自动运行，使机柜内温度恢复到一个合理的范围。而当自然温度低于设定温度时，系统将自动启用智能新风技术或采用热交换系统来进行内外温度的热交换和空气滤新，可大大节约电力和延长设备的使用寿命。

作为优选，所述的冷凝器包括平行放置的交换机冷凝器和空调冷凝器，所述的蒸发器包括平行放置的交换机蒸发器和空调蒸发器，所述交换机冷凝器的上端通过连接管道与交换机蒸发器的上端连接，所述空调冷凝器的上端通过连接管道与空调蒸发器的上端连接，交换机冷凝器的下端和交换机蒸发器的下端分别通过连接管道连接动力泵，空调冷凝器的下端和空调蒸发器的下端分别通过连接管道连接压缩机，所述的动力泵、压缩机分别与控制器电连接。空调和交换机两套换热系统平行设置，传热介质通过这两套系统循环，完整制冷、加热、热交换。作为优选，所述的内壁和外壁均为百叶窗结构，所述内壁和外壁的表面粘接有镀锌层。百叶窗结构有利于通风，镀锌板可以防锈蚀。

作为优选，所述的集成温控平衡系统还包括压力开关，所述的压力开关设在内壁上，压力开关与控制器电连接。

作为优选，所述的外风机上设有空气过滤网，所述的空气过滤网与外风机为可拆卸连接。空气过滤网过滤进入外风机的空气。

本发明的有益效果是：在新风、热交换器、加热、空调制冷四者之间可以智能切换，从而得到最优的控制结果，换热效率高，低碳环保，节电节能，防尘、防水效果好。

附图说明

图1是本发明的一种内部结构示意图。

图中，1-动力泵，2-外部温度传感器，3-空气过滤网，4-外风机，5-电动机，6-交换机冷凝器，7-空调冷凝器，8-内部温度传感器，9-湿度传感器，10-烟雾探测器，11-空气品质传感器，12-控制器，13-蒸发器温度传感器，14-风门，15-空调蒸发器，16-交换机蒸发器，17-压缩机，18-内风机，19-连接管道，20-外壁，21-内壁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种集成温控平衡机柜，包括四个机柜壁和机柜内装置，正面的机柜壁为由外壁20、集成温控平衡系统和内壁21组成的三层结构，外壁20和内壁21均为百叶窗结构的镀锌板，内壁20和外壁21之间装有阻隔两个空间的风门14，风门14连接有电动机5。集成温控平衡系统包括外风机4、外部温度传感器2、交换机冷凝器6、空调冷凝器7、内风机18、内部温度传感器8、控制器12、蒸发器温度传感器13、空调蒸发器15、交换机蒸发器16、湿度传感器9、烟雾探测器10、空气品质传感器11、压力开关，其中外风机4、外部温度传感器2固定安装在外壁20的内侧，内风机18、内部温度传感器8、湿度传感器9、烟雾探测器10、空气品质传感器11、压力开关和控制器12固定安装在内壁21上，外部温度传感器2、内部温度传感器8、湿度传感器9、烟雾探测器10、空气品质传感器11、压力开关和蒸发器温度传感器13分别与控制器通过电线连接；交换机冷凝器6的上端通过连接管道19与交换机蒸发器16的上端连接，空调冷凝器7的上端通过连接管道19与空调蒸发器15的上端连接，交换机冷凝器6的下端和交换机蒸发器16的下端分别通过连接管道19连接动力泵1，空调冷凝器7的下端和空调蒸发器15的下端分别通过连接管道19连接压缩机17，蒸发器温度传感器13和空调蒸发器15、交换机蒸发器16分别抵接，动力泵1、压缩机17分别与控制器12电连接。外风机4上装有空气过滤网3，空气过滤网3与外风机4通过螺钉连接。

控制器12的主芯片采用16位低功耗的微处理器，具有检测参数多、运算速度快、精确度高的特点，并有效地节约能源。控制器12内设置有报警模块和GPRS模块。

本发明采用隐藏式设计，集成温控平衡系统设置在机柜壁内部，可以大大增加集成温控平衡机柜的IP等级，并且很美观性、防盗性能力也很强。

本发明内置了温度传感器、湿度传感器9、烟雾探测器10、空气品质传感器11、压力开关分别检测温度、湿度、烟雾状况、空气品质和压力等参数，其中温度传感器设有三个，分别用于测量机柜内的温度、柜外环境的温度和蒸发器的温度。本发明在上电运行后，控制器12会对着三个温度传感器采集过来的温度进行综合对比，在加上空气品质传感器11所采集的值，与预设值进行对比，集成温控平衡系统从新风、热交换、加热和制冷四种温控系统模式中选择最佳的控制方案。

如果外界环境的温度比较低并且空气质量比较好时，集成温控平衡系统将直接采用智能新风技术进行内外的热交换；如果外界环境的温度比较低且空气的质量比较恶劣时，集成温控平衡系统将采用热交换系统来进行室内外的换热；当外界环境的温度比较高时，集成温控平衡系统将自主切换到压缩机制冷的状态，在压缩机自主制冷的过程中，如果蒸发器温度传感器检测到蒸发器表面结霜，那么系统会停止运行，做化霜的处理。

对于机柜内电子元器件来说，如果湿度太大，对机柜降温的时候容易形成冷凝水，这样会形成短路、烧毁电子元器件的严重后果；如果湿度太低，则会形成静电，也会对电子元器件的运行形成干扰。集成温控平衡系统用湿度传感器9对机柜内的湿度进行检测，湿度超过我们的预设值时，集成温控平衡系统将会对机柜内进行除湿处理，若湿度太低时，集成温控平衡系统将会对机柜内进行加湿处理，以保证机柜内的湿度在一个合理的范围之内。

如果外界环境的温度高于机柜内的温度，将会启动制冷系统。压缩机17是制冷系统在运行制冷时的动力，制冷剂经过压缩机17的压缩变成高温高压的气体后排入冷凝器中，在冷凝器中放热变成高压低温的液态制冷剂，经过节流装置节流后变成低压低温状态后进入蒸发器中，制冷剂在蒸发器中吸收热量变成气态介质重新被压缩机吸收来完成一个压缩机制冷循环，如此反复。冷凝器和蒸发器由各自的循环风机以增强空气对流，加强换热效果。其中冷凝器与空气的热交换在机柜外进行，而蒸发器与空气的热交换则在密闭机柜内循环进行。

如果外界环境的温度比机柜内的温度低并且外界环境空气的质量比较好的时候，将会启动新风系统。新风系统从物理角度来说，就是正负压不均衡导致空气流动，根据在密闭的室内一侧用专用设备向室内送新风，再从另一侧由专用设备向室外排出，则在室内会形成“新风流动场”，使一个密闭的空间实现科学的空气对流。温控平衡系统由机柜内温度传感器、柜外温度传感器、空气品质传感器采集数据进行综合对比后，如果柜外的空气质量较高，控制器将打开机柜内外分隔板，由新风系统来给机柜内进行降温。相反，则采用其他的形式给机房降温，从而满足室内新风换气的需要。当新风系统运行后，电动机启动将风门打开，外风机将室外的冷空气吸入，冷风风流经过风门后，在内风机的动力作用下排入到室内，而机柜内的热风由内风机吸收经过风门，被排放到外界环境中了，冷空气的排入和热空气的排除，以此来降低室内的温度。

如果外界环境的温度比机柜内的温度低，但外界环境空气的质量比较差的时候，若还采用新风系统，那么新风系统前的空气过滤网3将会很容易堵塞，如果不经常维护，新风系统将会失去效果，而经常维护，维护费用较高，所以此时应当启动热交换系统。在新风系统中，由于介质的物理效应，在柜外温度较低时，介质将会散热冷凝变成液态，由重力的作用流入到动力泵1入口处，再由动力泵1将液体介质送到机柜内的蒸发器，由于机柜内的温度较高，完全满足介质的蒸发温度，故介质将吸收机柜内的热量，介质吸收热量变成气体后再次进入冷凝器，依此反复进行，达到机柜内的降温效果。冷凝器和蒸发器由各自的循环风机以增强空气对流，加强换热效果。其中冷凝器与空气的热交换在控制柜外进行，而蒸发器与空气的热交换则在密闭控制机柜内循环进行。综上所述，当热交换系统启动运行后，动力泵1产生推动力，使高效的制冷剂进入平行流的冷凝器中，由于外界环境温度低，这种介质会立马形成液态形式，然后进入室内的蒸发器中，由于室内温度高，这种介质马上吸热变成气态物质再由动力泵1吸入来完成一个制冷循环。

内风机18从机柜内吸入热的气体，风流经过蒸发器的翅片后变成冷的气体排出，以达到机柜内降温的作用；内风机4从柜外吸入环境中的气体，风流经过冷凝器翅片后变成热的气体排出。这样就形成一次热量从室内向室外的转移。

当柜外的温度高于机柜内的温度时，控制器12将会关闭动力泵1，介质的通道将会从动力泵1处截断，由此避免介质由于柜外温度高于机柜内温度而在机柜内散热。

控制器12内的报警模块有机柜内高温报警、蒸发器冻结报警、系统低压、高压报警、过压过流报警等多项报警功能。报警发生后，控制器会将报警错误码通过GPRS发送到维护人员的通讯设备中，让维护人员及时的得到新风、热交换、加热、制冷智能温控系统的运行状况，使得维护及时，不会发生系统出现故障而维护人员很久不知道的这种情况。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种集成温控平衡机柜，包括若干个机柜壁和机柜内装置，其特征在于：所述的至少一个机柜壁为外壁、集成温控平衡系统和内壁组成的三层结构，内壁和外壁之间设有风门，风门上连接有控制风门开启或关闭的电动机，所述的集成温控平衡系统包括外风机、外部温度传感器、冷凝器、内风机、内部温度传感器、控制器、蒸发器温度传感器和蒸发器，所述的外风机、外部温度传感器固定在外壁上，所述的内风机、内部温度传感器和控制器固定在内壁上，所述的外部温度传感器、内部温度传感器和蒸发器温度传感器分别与控制器电连接，蒸发器温度传感器和蒸发器抵接，所述冷凝器和蒸发器之间通过连接管道连接，所述的控制器内设有GPRS模块和报警模块，所述的集成温控平衡系统还包括空气品质传感器、湿度传感器和烟雾探测器，所述的空气品质传感器、湿度传感器、烟雾探测器设在内壁上，空气品质传感器、湿度传感器、烟雾探测器分别与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的集成温控平衡机柜，其特征在于：所述的冷凝器包括平行放置的交换机冷凝器和空调冷凝器，所述的蒸发器包括平行放置的交换机蒸发器和空调蒸发器，所述交换机冷凝器的上端通过连接管道与交换机蒸发器的上端连接，所述空调冷凝器的上端通过连接管道与空调蒸发器的上端连接，交换机冷凝器的下端和交换机蒸发器的下端分别通过连接管道连接动力泵，空调冷凝器的下端和空调蒸发器的下端分别通过连接管道连接压缩机，所述的动力泵、压缩机分别与控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的集成温控平衡机柜，其特征在于：所述的内壁和外壁均为百叶窗结构，所述内壁和外壁的表面粘接有镀锌层。

4.根据权利要求1所述的集成温控平衡机柜，其特征在于：所述的集成温控平衡系统还包括压力开关，所述的压力开关设在内壁上，压力开关与控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的集成温控平衡机柜，其特征在于：所述的外风机上设有空气过滤网，所述的空气过滤网与外风机为可拆卸连接。