专利名称：新型多功能自控温机柜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有制冷、热交换、蓄冷及柜内空气自动排污和直通风功能的新型多功能自控温机柜，属于制冷技术领域。
背景技术：
近年来，随着3G牌照的发放及电力行业数字电网工程建设的启动，较多的数据处 理设备需要直接安装在靠近终端的机柜内。由于安装在户外或户内的机柜内部设备热密度 比越来越高，加之阳光辐射及环境温度过高对机柜内部的间接影响，如何满足机柜内部设 备控温要求成为亟需解决的问题。目前中心机房内机柜的控温方式主要是采用高开孔率的前后门板、使用风量和 制冷量较大的机房空调对机柜进行强制冷却。对于密闭的户内或户外机柜则通常采用风机 直通风、热交换器换热、机柜空调及舒适型空调制冷来实现控温。风机直通风的优点是简 单、价廉、能耗低，缺点是会污染机柜内部，在设备热密度较高及环境温度较高时无法满足 控温要求。热交换器是通过柜内、柜外风机驱动两侧空气在芯体内完成换热的控温装置， 由于两端空气100%被隔离，柜内不会受到外界的污染，但由于存在传热温差，通常柜内比 柜外高10°C，在最高气温45°C的地区，柜内温度将达到55°C，平均气温较高的地区不太适 用。机柜空调采用压缩式制冷方式，无论环境温度如何变化，都可将柜内温度控制在30°C 35°C，但能耗较高，这也是目前机柜空调难以大范围推广应用的原因之一。舒适型空调安装 在机柜内，虽可实现降温，但防护标准及相关服务对象均以满足人体需求为基准，不适合机 柜环境的使用。
发明内容
本发明目的是为解决目前机柜在控温方面存在的缺陷，而提供一种将制冷、热交 换、蓄冷复合系统和通风排污系统与柜体结合成一体的新型多功能自控温机柜，该机柜直 接具有制冷、热交换、蓄冷及柜内空气自动排污和直通风功能，从而能够适用于多种冷量需 求场合，有效调节温度，减少电费支出，并节省安装额外制冷设备的成本。本发明的技术方案是一种新型多功能自控温机柜，包括柜体，所述柜体采用双层 壳体，且柜体外壳和柜体内壳之间填充保温材料而形成保温层；其特征在于所述柜体内部 设有通过管路连接构成制冷系统回路的压缩机、冷凝器、干燥过滤器、节流装置及蒸发器； 同时柜体内还设有蓄冷容器、通风排污装置和传感控制装置，所述蓄冷容器内设有盛装蓄 能材料的密封腔体，所述通风排污装置包括开设于柜体上的进风口、出风口及安装在进风 口上的风机；所述传感控制装置包括设于柜体内外的温度传感器和电连接所述温度传感 器、压缩机、节流装置和风机的控制器。本发明进一步的技术方案中，所述冷凝器紧贴柜体外壳内壁设置，与柜体外壳成 为一体，而所述蒸发器紧贴柜体内壳内壁设置，与柜体内壳成为一体；所述蓄冷容器的一面 侧壁贴靠柜体内壳的内壁设置，而蓄冷容器的其它侧壁至少有一面上设有若干换热片。
对于蒸发器的布置方式，本发明还提供另一种技术方案如下所述冷凝器进一步 紧贴柜体外壳内壁设置，与柜体外壳成为一体，而所述蒸发器设置在所述密封腔体内；所述 蓄冷容器的一面侧壁贴靠柜体内壳的内壁设置，而蓄冷容器的其它侧壁至少有一面上设有 若干换热片。本发明进一步的技术方案中，所述蓄冷容器内还固定有若干竖向贯穿所述密封腔 体的换热管；而所述通风排污装置还包括第一连接风管、第二连接风管、第三连接风管以及 柜内出风管和排风管，所述柜内出风管设置在柜体内侧底部，其侧壁上开有出风栅格；所述 排风管设置在柜体内侧顶部，其侧壁上开有进风栅格；所述第一连接风管连接柜体的进风 口和所有换热管的上端，且风机位于该第一连接风管内；所述第二连接风管一端与所有换 热管的下端相连，而另一端则分出两路，一路与柜内出风管相连，而另一路则与第三连接风 管的一端相连，该第三连接风管的另一端也分出两路，一路与柜体上的出风口相连，而另一 路则与排风管相连，并且所述排风管内设有指向出风口的单向阀，同时所述第二连接风管、 第三连接风管和柜内出风管三者的交汇处设有两位三通电控阀，该两位三通电控阀与所述 控制器电连接。本发明更进一步的技术方案中，所述换热管之间优选平行间隔排布，且每根换热 管与蓄冷容器外壳的接触部位密封焊接固定。本发明更进一步的技术方案中，所述换热片在蓄冷容器侧壁上呈竖向平行间隔排布。本发明中，所述冷凝器和蒸发器同常规技术一样，均由呈“U”形迂回布置状态的盘 管构成。本发明中，所述柜体正面设有柜门，而柜体的底部是中空的座体，所述柜门进一步 采用磁性密封材料制成，且同常规技术一样，柜门上装有电子或机械锁具，防止柜门意外打 开；而所述压缩机优选安置在座体内部。本发明中所述温度传感器通过实时检测柜体内外温度，并将温度数据传输给控制 器内的单片机进行分析比较，最后由单片机根据比较结果来输出指令控制压缩机、节流装 置、风机和两位三通电控阀的启、闭，及相互协调运作，从而达到对机柜控温和节能降耗的 目的。当然本发明中涉及的单片机与相关部件之间的连接控制技术均为本领域技术人员所 熟知的技术，不再详述。本发明的工作原理如下本发明通过温度传感器实时测量柜体内外的空气温度，当柜体内部设备发热或光 照辐射传热造成温度升高并超过允许的上限时，或者柜体外侧温度低于柜体内侧温度某一 数值时，机柜的热交换功能得以启动，其具体的过程如下控制器发出指令开启风机，吸入 外界空气流经蓄冷容器内上下贯穿的换热管与蓄冷容器内的蓄能材料换热，再通过蓄能材 料与柜体内的空气换热，使得柜体内的温度下降。此过程中，两位三通电控阀仅接通第二连 接风管和第三连接风管这一路，使得被风机吸入的外界空气最终直接经第三连接风管排出 柜体；并且由于排风管内单向阀的作用，第三连接风管内的空气不会再通过排风管排入柜 体内部。 当夜间环境温度较低时，本实施例在启动上述热交换功能的过程中，借助蓄能材 料与环境空气之间的换热能够同时使蓄能材料产生相变而积蓄冷量。
当所述热交换方式不能满足柜内控温所需冷量(其通常表现为柜内温度始终无法降至某一合适温度)，或者柜内温度已经升高至某一预设的零界温度时，或者环境温度无法使蓄能材料发生相变以积蓄更多冷量时，就需要启动机柜的压缩机制冷功能来调节柜体内部温度，其具体的过程如下在控制器的控制下，压缩机启动，将冷媒压缩成高温高压气体进入与柜体外壳结合成一体的冷凝器内，通过柜体外壳与外界空气对流散热(此过程中风机可以开启，强化柜体内外空气对流，使冷凝器散热更为显著)，冷凝后的液态冷媒经干燥过滤器干燥及节流装置调节至合适的流量后进入蒸发器中，不断吸收柜内气体的热量而汽化。蒸发器内的冷媒吸热汽化后被压缩机吸入进入下一个循环。通过反复上述循环过程便达到制冷的目的，使柜体内的空气被持续冷却。柜内温度下降后，能够反过来与蓄能材料进行换热，补足蓄能材料所需积蓄的冷量。当柜体内部温度低于或等于外界温度，但高于蓄能材料温度时，控制器将关闭压缩机和风机，此时积蓄在蓄能材料内的显冷和潜冷将被自动释放，对柜体内部空气进行降温，直至柜内温度升高到一定值后，压缩机或者风机将再次启动，通过压缩机制冷方式或者热交换的方式来满足柜体的降温需求。在一些特殊情况下，例如机柜内放置有会释放出污染性气体的电池类物品时，由于机柜的高密封性，需定时将机柜内的污染性气体置换成洁净气体，此时就要启动机柜的空气自排污功能，具体过程如下控制器发出指令开启风机，同时驱使两位三通电控阀接通第二连接风管和柜内出风管这一路。由风机吸入的环境空气通过蓄冷容器内上下贯穿的换热管之后首先从柜内出风管的出风栅格中进入柜体内，然后自下而上运动，将柜体内的污染性气体向上逼入排风管侧壁上的出风栅格内，最后这些污染性气体从柜体上的出风口排出，完成气体置换过程。当然在前述机柜实现压缩机制冷或者热交换制冷的过程中，若出现异常时(柜体内部温度始终过高)，那么也可以通过上述空气自排污过程来达到直通风的目的，进一步降低柜体内部温度。本发明优点是1、本发明所提供的这种新型多功能自控温机柜，由于将制冷、热交换、蓄冷复合系统和通风排污系统与柜体结合成一体，使得机柜直接具有制冷、热交换、蓄冷及柜内空气自动排污和直通风功能，从而适用于多种冷量需求场合，能够有效调节温度，减少电费支出。2、本发明所提供的这种新型多功能自控温机柜，由于将制冷、热交换、蓄冷复合系统和通风排污系统与柜体结合成一体，省去了重新在柜体上安装制冷设备的麻烦，从而节省了安装时间和费用，且由于完全不需要在柜体上切割或开孔，可有效防止柜体因开孔过大而导致的变形，一定程度上保持了机柜的完整性和密封性，能够有效减少机柜的故障发生率。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述图1为本发明的外部立体结构示意图；图2为本发明一种实施例去除柜门后的立体结构示意图；图3为图2去除柜体外壳和座体后的立体结构示意图；图4为图2实施例中的蓄冷容器单独立体结构示意图5为本发明另一种实施例去除柜门后的立体结构示意图；图6为图5去除柜体外壳和座体后的立体结构示意图；图7为图5实施例中的蓄冷容器单独立体结构示意图。
其中1、柜体；111、柜门；112、座体；101、柜体外壳；102、柜体内壳；103、进风口 ； 104、出风口 ；2、压缩机；3、冷凝器；4、干燥过滤器；5、节流装置；6、蒸发器；7、蓄冷容器； 701、密封腔体；8、风机；9、换热片；10、换热管；11、第一连接风管；12、第二连接风管；13、 第三连接风管；14、柜内出风管；141、出风栅格；15、排风管；151、进风栅格；16、两位三通电 控阀；17、锁具；18、单向阀。
具体实施例方式实施例1 首先结合图1、图2、图3和图4所示为本发明的一种具体实施方式
，该 实施例的柜体1正面设有柜门111，而柜体1的底部是中空的座体112。所述柜门111采用 磁性密封材料制成，且同常规技术一样，柜门111外围还设有机械密封装置(图中未画出)， 可保证柜体1内部与外部的气密性和高隔热率，而柜门111上装有电子的锁具17，防止柜门 意外打开。本实施例的柜体1采用双层壳体，柜体外壳101和柜体内壳102之间填充保温 材料而形成保温层(图中未标出)。所述柜体1内部设有通过管路连接构成制冷系统回路的压缩机2、冷凝器3、干燥 过滤器4、节流装置5及蒸发器6，其中的压缩机2具体安置在柜体1的座体112内部，所述 冷凝器3和蒸发器6均由呈“U”形迂回布置状态的盘管构成，且所述冷凝器3紧贴柜体外 壳101内壁设置，与柜体外壳101成为一体，而蒸发器6紧贴柜体内壳102内壁设置，与柜 体内壳102成为一体。所述柜体1内同时还设有蓄冷容器7、通风排污装置和传感控制装置(图中未画 出)，所述蓄冷容器7的一面侧壁贴靠柜体内壳102的内壁设置，而蓄冷容器7的另一面侧 壁上设有若干换热片9，这些换热片9在蓄冷容器侧壁上呈竖向平行间隔排布。蓄冷容器7 内设有盛装蓄能材料的密封腔体701，且蓄冷容器7内还固定有若干竖向贯穿所述密封腔 体701的换热管10，这些换热管10之间平行间隔排布，且每根换热管10与蓄冷容器7外 壳的接触部位密封焊接固定。所述通风排污装置包括开设于柜体1上的进风口 103、出风 104、安装在进风口 103上的风机8、第一连接风管11、第二连接风管12、第三连接风管13以 及柜内出风管14和排风管15，所述柜内出风管14设置在柜体1内侧底部，其侧壁上开有 出风栅格141 ；所述排风管15设置在柜体1内侧顶部，其侧壁上开有进风栅格151 ；所述第 一连接风管11连接柜体1的进风口 103和所有换热管10的上端，且风机8位于该第一连 接风管11内；所述第二连接风管12 —端与所有换热管10的下端相连，而另一端则分出两 路，一路与柜内出风管14相连，而另一路则与第三连接风管13的一端相连，该第三连接风 管13的另一端也分出两路，一路与柜体1上的出风口 104相连，而另一路则与排风管15相 连，并且所述排风管15内设有指向出风口 104的单向阀18，同时所述第二连接风管12、第 三连接风管13和柜内出风管14三者的交汇处设有两位三通电控阀16。所述传感控制装置 包括设于柜体1内外的温度传感器和电连接温度传感器、压缩机2、节流装置5、风机8和两 位三通电控阀16的控制器。本实施例的工作原理如下
本实施例的这种新型多功能自控温机柜，通过温度传感器实时测量柜体1内外的空气温度，当柜体1内部设备发热或光照辐射传热造成温度升高并超过允许的上限时，或 者柜体1外侧温度低于柜体1内侧温度某一数值时，机柜的热交换功能得以启动，其具体的 过程如下控制器发出指令开启风机8，吸入外界空气流经蓄冷容器7内上下贯穿的换热管 10与蓄冷容器7内的蓄能材料换热，再通过蓄能材料与柜体1内的空气换热，使得柜体1内 的温度下降。此过程中，两位三通电控阀16仅接通第二连接风管12和第三连接风管13这 一路，使得被风机8吸入的外界空气最终直接经第三连接风管13排出柜体1 ；并且由于排 风管15内单向阀18的作用，第三连接风管13内的空气不会再通过排风管15排入柜体1 内部。当夜间环境温度较低时，本实施例在启动上述热交换功能的过程中，借助蓄能材 料与环境空气之间的换热能够同时使蓄能材料产生相变而积蓄冷量。当所述热交换方式不能满足柜内控温所需冷量(其通常表现为柜内温度始终无 法降至某一合适温度)，或者柜内温度已经升高至某一预设的零界温度时，或者环境温度无 法使蓄能材料发生相变以积蓄更多冷量时，就需要启动机柜的压缩机制冷功能来调节柜体 1内部温度，其具体的过程如下在控制器的控制下，压缩机2启动，将冷媒压缩成高温高压 气体进入与柜体外壳101结合成一体的冷凝器3内，通过柜体外壳101与外界空气对流散 热(此过程中风机8可以开启，强化柜体1内外空气对流，使冷凝器3散热更为显著)，冷凝 后的液态冷媒经干燥过滤器4干燥及节流装置5调节至合适的流量后进入蒸发器6中，不 断吸收柜内气体的热量而汽化。蒸发器6内的冷媒吸热汽化后被压缩机2吸入进入下一个 循环。通过反复上述循环过程便达到制冷的目的，使柜体1内的空气被持续冷却。柜内温 度下降后，能够反过来与蓄能材料进行换热，补足蓄能材料所需积蓄的冷量。当柜体1内部温度低于或等于外界温度，但高于蓄能材料温度时，控制器将关闭 压缩机2和风机8，此时积蓄在蓄能材料内的显冷和潜冷将被自动释放，对柜体1内部空气 进行降温，直至柜内温度升高到一定值后，压缩机2或者风机8将再次启动，通过压缩机制 冷方式或者热交换的方式来满足柜体1的降温需求。在一些特殊情况下，例如机柜1内放置有会释放出污染性气体的电池类物品时， 由于机柜1的高密封性，需定时将机柜1内的污染性气体置换成洁净气体，此时就要启动 机柜的空气自排污功能，具体过程如下控制器发出指令开启风机8，同时驱使两位三通电 控阀16接通第二连接风管12和柜内出风管14这一路。由风机8吸入的环境空气通过蓄 冷容器7内上下贯穿的换热管10之后首先从柜内出风管14的出风栅格141中进入柜体1 内，然后自下而上运动，将柜体1内的污染性气体向上逼入排风管15侧壁上的出风栅格151 内，最后这些污染性气体从柜体1上的出风口 104排出，完成气体置换过程。当然在前述机 柜实现压缩机制冷或者热交换制冷的过程中，若出现异常时(表现为柜体1内部温度始终 过高)，那么也可以通过上述空气自排污过程来达到直通风的目的，进一步降低柜体1内部 温度。本实施例所具有的优点如下1、可利用夜间气温低、冷凝效果好、压缩机2制冷COP值较高的特点结合电力公司 实施的峰谷计费制度，在制冷COP值较高的夜间时段来蓄冷，通过蓄能材料温度变化的显 冷和状态变化的潜冷来满足白天热负荷较高或电费较高时的用冷需要，并避免在用电计价较高时段用电，有效减少用电支出。2、由于蓄能材料释冷时无需通过用电装置就能完成，故可在市电断电的情况下利 用蓄能材料供冷，减少对直流电的消耗。且本实施例采用单个风机8即可满足直通风、换热 及排污的多重功能，降低了成本，提高了系统可靠性。3、由于采用冷凝器3与柜体外壳101结合一个整体的设计，使柜体外部无开孔或 突出物，防雨防盗性好，IP防护等级高，无需专门设计针对冷凝器散热用的风机，占用空间 小，降低了工作噪音。且由于柜体外壳101与外部环境冷源自然对流，特别是春、秋、冬三 季，环境温度不高时，制冷效率高。4、具有热交换功能，最大限度地利用了自然冷源，并且在换热时仅需一个风机8 运行，即可完成换热蓄能，简单高效，同时可利用自然界昼夜温差的特性，将夜间的冷量蓄 积供白天使用，或在夏季夜晚为压缩机2工作提供辅助冷却。实施例2 结合图1、图5、图6和图7所示为本发明的另一种具体实施方式
，该实施例与实施例1的区别仅在于其蒸发器6设置在蓄冷容器7的密封腔体701内，而其余则 同实施例1。本实施例的工作原理参见实施例1，而相比实施例1，由于将蒸发器6埋入蓄能 材料中，故优点是进一步提高了蒸发器6与外界的换热效率，增强了蒸发器6的工作效果。以上仅是本发明的两个具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除 上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方 案，均落在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
一种新型多功能自控温机柜，包括柜体(1)，所述柜体(1)采用双层壳体，且柜体外壳(101)和柜体内壳(102)之间填充保温材料而形成保温层；其特征在于所述柜体(1)内部设有通过管路连接构成制冷系统回路的压缩机(2)、冷凝器(3)、干燥过滤器(4)、节流装置(5)及蒸发器(6)；同时柜体(1)内还设有蓄冷容器(7)、通风排污装置和传感控制装置，所述蓄冷容器(7)内设有盛装蓄能材料的密封腔体(701)，所述通风排污装置包括开设于柜体(1)上的进风口(103)、出风口(104)及安装在进风口(103)上的风机(8)；所述传感控制装置包括设于柜体(1)内外的温度传感器和电连接所述温度传感器、压缩机(2)、节流装置(5)和风机(8)的控制器。
2.根据权利要求1所述的新型多功能自控温机柜，其特征在于所述冷凝器(3)紧贴 柜体外壳(101)内壁设置，与柜体外壳(101)成为一体，而所述蒸发器(6)紧贴柜体内壳 (102)内壁设置，与柜体内壳(102)成为一体；所述蓄冷容器(7)的一面侧壁贴靠柜体内壳 (102)的内壁设置，而蓄冷容器(7)的其它侧壁至少有一面上设有若干换热片(9)。
3.根据权利要求1所述的新型多功能自控温机柜，其特征在于所述冷凝器(3)紧贴柜 体外壳(101)内壁设置，与柜体外壳(101)成为一体，而所述蒸发器(6)设置在所述密封腔 体(701)内；所述蓄冷容器(7)的一面侧壁贴靠柜体内壳(102)的内壁设置，而蓄冷容器 (7)的其它侧壁至少有一面上设有若干换热片(9)。
4.根据权利要求1或2或3所述的新型多功能自控温机柜，其特征在于所述蓄冷容 器(7)内还固定有若干竖向贯穿所述密封腔体(701)的换热管(10)；而所述通风排污装置 还包括第一连接风管(11)、第二连接风管(12)、第三连接风管(13)以及柜内出风管(14) 和排风管(15)，所述柜内出风管(14)设置在柜体(1)内侧底部，其侧壁上开有出风栅格 (141)；所述排风管(15)设置在柜体(1)内侧顶部，其侧壁上开有进风栅格(151)；所述第 一连接风管(11)连接柜体⑴的进风口(103)和所有换热管(10)的上端，且风机⑶位 于该第一连接风管(11)内；所述第二连接风管(12) —端与所有换热管(10)的下端相连， 而另一端则分出两路，一路与柜内出风管(14)相连，而另一路则与第三连接风管(13)的一 端相连，该第三连接风管(13)的另一端也分出两路，一路与柜体(1)上的出风(104)相连， 而另一路则与排风管(15)相连，并且所述排风管(15)内设有指向出风口(104)的单向阀 (18)，同时所述第二连接风管(12)、第三连接风管(13)和柜内出风管(14)三者的交汇处设 有两位三通电控阀(16)，该两位三通电控阀(16)与所述控制器电连接。
5.根据权利要求4所述的新型多功能自控温机柜，其特征在于所述换热管(10)之间平 行间隔排布，且每根换热管(10)与蓄冷容器(7)外壳的接触部位密封焊接固定。
6.根据权利要求2或3所述的新型多功能自控温机柜，其特征在于所述换热片(9)在 蓄冷容器侧壁上呈竖向平行间隔排布。
7.根据权利要求1或2或3所述的新型多功能自控温机柜，其特征在于所述冷凝器(3) 和蒸发器(6)均由呈“U”形迂回布置状态的盘管构成。
8.根据权利要求1所述的新型多功能自控温机柜，其特征在于所述柜体(1)正面设有 柜门(111)，而柜体(1)的底部是中空的座体(112)，所述柜门(111)采用磁性密封材料制 成，且柜门(111)上装有电子或机械锁具(17)；所述压缩机(2)安置在座体(112)内部。
全文摘要
本发明公开了一种将制冷、热交换、蓄冷复合系统和通风排污系统与柜体结合成一体的新型多功能自控温机柜，该机柜直接具有制冷、热交换、蓄冷及柜内空气自动排污和直通风功能，从而能够适用于多种冷量需求场合，有效调节温度，减少电费支出，并节省安装额外制冷设备的成本。
文档编号F25B49/02GK101801168SQ201010113188
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月25日 优先权日2010年1月25日
发明者刘明国 申请人:苏州昆拓冷机有限公司