特别用于电子机柜的冷却系统和具有冷却系统的电子机柜的制作方法

本发明涉及一种冷却系统(100)，特别用于电子机柜(10)，包括壳体(11)，其中所述冷却系统包括第一冷却回路(12)和第二冷却回路(13)，所述第一冷却回路包括放热部分，所述第二冷却回路包括放热部分。此外，本发明涉及一种包括冷却系统的电子机柜。

背景技术：

冷却系统广泛用于技术应用中。一个特别的例子是，使用冷却系统来冷却电子机柜，例如，配电盘、控制柜、围护系统或计算机系统，或通常用于冷却任何包围产热部件的外壳。此种冷却系统通常包括冷却回路，其可以配置为被动冷却回路或配置为主动冷却回路。

现有技术文献wo2014/032649a1公开了一种具有冷却设备的开关柜，其具有第一闭合冷却剂回路和与所述第一冷却剂回路流体地分隔开的第二闭合冷却剂回路，其中所述第一冷却剂回路具有制冷设备或冷却水单元，第二冷却剂回路具有热管装置。

wo2014/032654a1公开了一种用于冷却开关柜的热交换器，具有用于第一冷却剂的第一管道系统和用于第二冷却剂的第二管道系统，所述第二管道系统与所述第一管道系统流体地分隔开。其中所述第一和第二管道系统彼此热耦合。

de102012108108a1公开了一种具有冷却设备的开关柜，所述冷却设备包括第一气流路径和与所述第一气流路径流体地分隔开的第二气流路径，环境空气经导向穿过所述第一气流路径，来自所述开关柜的内部的空气经导向穿过所述第二气流路径。空气-空气热交换器的第一部分设置在第一气流路径中，空气-空气热交换器的第二部分设置在第二气流路径中。

ep3407693a1公开了一种用于冷却电子设备机箱的热交换器，其中所述热交换器具有冷凝器侧和蒸发器侧，且其中所述热交换器的冷凝器侧和蒸发器侧通过屏障彼此分隔开。

cn103491733a公开了一种具有主动和被动冷却系统的结合的机柜。

在包括第一冷却回路(12)和第二冷却回路(13)的冷却系统中，每个冷却回路具有吸热部分和放热部分，通过所述第一冷却回路的吸热部分的气流随后通过所述第二冷却回路的吸热部分，同样地，通过所述第一冷却回路的放热部分的气流随后也通过所述第二冷却回路的放热部分。所述第一和第二冷却回路的吸热部分和放热部分按顺序布置在相同气流路径中导致大的压降，就需要更大风扇以抵抗所述压降。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种冷却系统，特别是用于电子机柜，包括第一冷却回路和第二冷却回路，其提供一种更有效且需要更少能量的热传递，特别是从电子机柜的内部到外部。此外，本发明的目的是提供一种提供相同益处的电子机柜。

为了解决本发明的目的，提供了一种冷却系统，特别是用于电子机柜，包括壳体，其中所述冷却系统包括第一冷却回路和第二冷却回路，所述第一冷却回路包括放热部分，所述第二冷却回路包括放热部分，其中所述壳体包括至少三个隔室，包括机柜侧隔室、第一外侧隔室和第二外侧隔室，其中所述三个隔室彼此流体地分隔开，以便所述机柜侧隔室、第一外侧隔室和第二外侧隔室中的各气流不会混合，其中所述第一冷却回路的放热部分布置在所述第一外侧隔室中，且其中所述第二冷却回路的放热部分布置在所述第二外侧隔室中。

所述壳体可包含将所述至少三个隔室彼此流体地分隔开的分隔壁，以便所述机柜侧隔室、第一外侧隔室和第二外侧隔室中的各气流不会混合。因此，优选地，所述机柜侧隔室、所述第一外侧隔室和所述第二侧隔室之间的分隔壁基本完全地阻止了来自所述至少三个隔室中的任何一个隔室的空气进入所述至少三个隔室中的任何其他隔室。

分隔所述三个隔室的分隔壁可配置为基本不漏气的。

通过将所述第一冷却回路的放热部分布置在所述第一外侧隔室中和将所述第二冷却回路的放热部分布置在所述第二外侧隔室中，通过所述第一冷却回路的放热部分以除去由所述放热部分释放的热量的气流不会通过所述第二冷却回路的放热部分。因而，由所述第一冷却回路的放热部分释放的热量不会使第二冷却回路的放热部分变暖。因此，所述第二冷却回路与现有技术的冷却系统相比可更有效地操作，在现有技术的冷却系统中，第二冷却回路的放热部分的变暖减弱了所述第二冷却回路的冷却功率。另外，因为通过第一冷却回路的放热部分的气流不会通过第二冷却回路的放热部分，由所述第一和第二冷却回路的放热部分的分阶段进行引起的压降被降低，使得可以配置与现有技术相比更小且能量消耗更少的用于驱动气流的风扇。

优选地，所述冷却系统配置为与电子机柜一起使用。然而，在本发明的保护范围内，所述冷却系统可与包围产热组件的任何外壳一起使用。

优选地，所述机柜侧隔室可流体连接或流体连接至电子机柜的内部，和/或所述第一外侧隔室可流体连接或流体连接至电子机柜的外部，和/或所述第二外侧隔室可流体连接或流体连接至电子机柜的外部。

所述机柜侧隔室可以包括入口开口和出口开口，用于来自所述电子机柜的内部的空气进入或离开所述机柜侧隔室。

当冷却系统连接至电子机柜时，来自所述电子机柜的内部的热空气可通过所述入口开口进入所述机柜侧隔室，和通过所述出口开口离开所述机柜侧隔室，返回到所述电子机柜的内部。

同样地，所述第一和第二外侧隔室可以包含各自的入口开口和出口开口，用于外部的或环境空气通过各自的入口开口进入所述第一或第二外侧隔室，和通过各自的出口开口离开所述第一或第二外侧隔室。

因而，来自所述电子机柜的内部的热空气可以在所述机柜侧隔室中循环，外部的或环境空气可以独立地在所述第一外侧隔室和所述第二外侧隔室中循环，所述机柜侧隔室、所述第一外侧隔室和所述第二外侧隔室中的气流不会混合

优选地，所述第一冷却回路是被动冷却回路，特别是热管，热虹吸管或脉动热管，其中所述第一冷却回路的放热部分进一步优选是被动冷却回路的冷凝侧。

然而，所述第一冷却回路也可配置为流体冷却回路，例如，冷却水回路或任何其他被动冷却回路。

所述第二冷却回路可以配置为主动冷却回路，特别是蒸汽压缩循环回路，优选地，其中所述第二冷却回路的放热部分是主动冷却回路的冷凝器。

在本发明的上下文中，主动冷却回路是需要利用能量进行热传递的冷却回路，例如，从低温区域到高温区域。主动冷却回路的一实例为蒸汽压缩循环冷却回路。因此，主动冷却回路是可以包括压缩机等等的冷却回路。相反，被动冷却回路是自发地将热量从高温区域传递至低温区域的冷却回路。被动冷却系统的实例是热管、热虹吸管、脉动热管或水冷却系统。被动冷却系统可以包括需要辅助能量的支撑部件，例如，风扇，或特别是在水冷却系统的情况下，是循环冷却剂或制冷剂的泵。然而，这些系统使用的辅助能量仅仅被要求来驱动所述支撑部件，而从高温区域到低温区域的热流动是严格被动和自发的。

特别优选地，所述第一冷却回路是被动冷却回路，而所述第二冷却回路是主动冷却回路。被动冷却回路和主动冷却回路的结合考虑到了冷却系统的有效操作。

例如，当所述电子机柜的内部温度比外部的或环境温度高时，仅仅冷却系统的被动冷却回路可操作。如果方便，主动冷却回路可以另外作为支撑冷却回路来操作。当所述电子机柜的内部温度比外部的或环境温度低时，仅仅主动冷却回路可操作。

优选地，所述第一冷却回路包括吸热部分，和/或所述第二冷却回路包括吸热部分。

进一步优选地，所述第一冷却回路的吸热部分和所述第二冷却回路的吸热部分布置在所述机柜侧隔室中，更进一步优选地，其中所述第一冷却回路的吸热部分设置在所述机柜侧隔室中沿气流方向上的所述第二冷却回路的吸热部分的前面。

当操作时，所述冷却系统的机柜侧隔室中将产生或形成气流。空气可以通过入口开口流入所述机柜侧隔室，在所述机柜侧隔室中循环，并通过出口开口离开所述机柜侧隔室。相对于所述机柜侧隔室中气流的方向，所述第一冷却回路的吸热部分可以设置在所述第二冷却回路的吸热部分的前面。特别地，当所述第一冷却回路的吸热部分是被动冷却回路的蒸发侧时，例如，热管、脉动热管或热虹吸管，且所述第二冷却回路的吸热部分是主动冷却回路的蒸发器时，例如蒸汽压缩循环回路，所述第一冷却回路的吸热部分布置在所述第二冷却回路的吸热部分的前面是特别有益的。因为通过被动第一冷却回路的蒸发侧的来自所述电子机柜的内部的热空气还没有被主动第二冷却回路的蒸发器冷却，所述第一被动冷却回路经受电子机柜的内部与电子机柜的环境或外部的空气之间的高的温度δ(delta)。因此，所述第一冷却回路可以更有效地除去热量。

或者，所述第一冷却回路的吸热部分可以布置在所述机柜侧隔室中，所述第二冷却回路的吸热部分可以布置在所述第一外侧隔室中且热耦合至所述第一冷却回路的放热部分。

申请人的欧洲专利申请第19168029.7号公开了本申请的冷却系统的此种实施例，其内容在此引作参考。此外，申请人的欧洲专利申请第19168012.3号公开了一种适合于本发明冷却系统的热交换器装置中的热耦合至第一冷却回路的放热部分的第二冷却回路的吸热部分，其内容在此引作参考。

通过将所述第一冷却回路的放热部分热耦合至所述第二冷却回路的吸热部分，所述冷却系统可以第一或被动方式、第二或混合方式和第三或主动方式有利地操作，特别是当所述第一冷却回路是被动冷却回路且当所述第二冷却回路是主动冷却回路时。例如，当所述电子机柜的内部温度比外部的或环境温度高温度δ，且该温度δ足以所述第一被动冷却回路有效工作时，可仅仅用被动冷却回路以被动方式操作所述冷却系统。当所述电子机柜的内部温度比外部的或环境温度高温度δ，且该温度δ不足以所述第一被动冷却回路有效工作时，所述第二主动冷却回路可以混合方式来操作，以提高所述冷却系统的冷却功率。当所述第一冷却回路配置为热虹吸管、热管或脉动热管且所述第二冷却回路配置为蒸汽压缩循环回路时，所述混合方式是最有利的。混合方式的所述主动冷却回路的蒸发器或吸热部分冷却了所述热管、热虹吸管或脉动热管的冷凝侧或放热部分，因此降低了热管、热虹吸管脉动热管中的冷却剂或制冷剂的温度。因为热管、热虹吸管或脉动热管中的冷却剂或制冷剂的温度大体上是均匀的，所述冷却剂或制冷剂的较低温度导致所述热管、热虹吸管或脉动热管的蒸发侧或吸热部分的温度较低。通过降低所述被动冷却回路的蒸发侧或吸热部分的温度，提高了所述被动冷却回路的冷却功率。当所述电子机柜的内部温度比外部的或环境温度低时，可以仅仅利用主动冷却回路以主动方式操作所述冷却系统。

优选地，所述机柜侧隔室包括经配置在所述机柜侧隔室中产生气流的风扇，和/或所述第一外侧隔室包括经配置在所述第一外侧隔室中产生气流的风扇，和/或所述第二外侧隔室包括经配置在所述第二外侧隔室中产生气流的风扇。

因此，所述机柜侧隔室、第一外侧隔室和第二外侧隔室中的每一个可以包括风扇，以通过各自隔室产生各自气流。

更进一步地，优选地，所述机柜侧隔室的风扇设置在所述机柜侧隔室中沿气流的方向上的所述第一冷却回路的吸热部分的前面或后面和/或所述第二冷却回路的吸热部分的前面或后面；和/或所述第一外侧隔室的风扇设置在所述第一外侧隔室中的沿气流的方向上的所述第一冷却回路的放热部分的前面或后面和/或所述第二冷却回路的吸热部分的前面或后面；和/或所述第二外侧隔室的风扇设置在所述第二外侧隔室中沿气流的方向上的所述第二冷却回路的放热部分的前面或后面。

在一构造中，其中所述第一冷却回路的吸热部分和所述第二冷却回路的吸热部分两者都布置在所述机柜侧隔室中，因此，所述机柜侧隔室中的风扇可设置在沿气流方向上的两个吸热部分的前面或后面，或在所述第一冷却回路的吸热部分与所述第二冷却回路的吸热部分之间。这种构造中，所述第一外侧隔室中的风扇可设置在所述第一冷却回路的放热部分的前面或后面，所述第二外侧隔室中的风扇可设置在沿气流的方向上的所述第二冷却回路的放热部分的前面或后面。

在一构造中，其中所述第二冷却回路的吸热部分布置在所述第一外侧隔室中，且热耦合至所述第一冷却回路的放热部分，所述第一外侧隔室中的风扇可以设置在所述第一冷却回路的放热部分和所述第二冷却回路的吸热部分两者的前面或后面，或所述风扇可以设置在所述第一冷却回路的放热部分与所述第二冷却回路的吸热部分之间。

本发明目的的另一个方案是提供一种电子机柜，其包括如上所述的冷却系统。

附图简要说明

参阅附图阐述本发明：

图1示出了连接至电子机柜的冷却系统的第一构造；

图2示出了连接至电子机柜的冷却系统的第二构造；

图3示出了连接至电子机柜的冷却系统的第三构造，及；

图4示出了连接至电子机柜的冷却系统的第四构造。

具体实施方式

图1至图4中图示的冷却系统100是示例性构造，不会以任何方式限制本发明的范围。本领域的普通技术人员将理解，如图1至图4所图示那些构造的其他构造在本发明的范围内。

图1展示冷却系统100。所述冷却系统连接至电子机柜10。所述冷却系统包括壳体11、第一冷却回路12和第二冷却回路13。所述第一冷却回路12包括放热部分14。所述第二冷却回路13也包括放热部分15。另外，所述第一冷却回路12包括吸热部分16，所述第二冷却回路13包括吸热部分17。所述第一冷却回路配置为被动冷却回路18，且更特别地，配置为脉动热管19。所述第二冷却回路13配置为主动冷却回路20，且更特别地，配置为蒸汽压缩循环回路21。所述蒸汽压缩循环回路21包括蒸发器22、冷凝器23、压缩机24、膨胀阀25和互连这些组件的流体管线26。冷凝器23是所述第二冷却回路的放热部分15，蒸发器22是所述第二冷却回路13的吸热部分17。同样地，所述脉动热管19包括作为所述第一冷却回路12的放热部分14的冷凝侧27，和作为所述第一冷却回路12的吸热部分16的蒸发侧28。

所述冷却系统100的壳体11细分为机柜侧隔室29、第一外侧隔室30和第二外侧隔室31。所述机柜侧隔室29、所述第一外侧隔室30和所述第二外侧隔室31通过基本上不漏气的分隔壁32彼此分隔开。所述第一冷却回路12的放热部分14布置在所述第一外侧隔室30中，所述第一冷却回路12的吸热部分16布置在所述机柜侧隔室29中。因为所述第一冷却回路12配置为脉动热管19，所述脉动热管19“插进(stickthrough)”所述机柜侧隔室29与所述第一外侧隔室30之间的分隔壁32。为了防止空气从所述机柜侧隔室29进入所述第一外侧隔室30，密封件33设置在所述分隔壁32中，将所述机柜侧隔室29与所述第一外侧隔室30分隔开并围绕所述脉动热管19。而且，所述第二冷却回路13的吸热部分17设置在所述机柜侧隔室29中，所述第二冷却回路13的放热部分15设置在所述第二外侧隔室31中。所述机柜侧隔室29、所述第一外侧隔室30和所述第二外侧隔室31中的每一个包括各自的入口开口34a、34b、34c和出口开口35a、35b、35c。第一风扇36设置在所述机柜侧隔室29中。第二风扇37设置在所述第一外侧隔室30中，第三风扇38设置在所述第二外侧隔室31中。如箭头所示，通过驱动来自所述电子机柜10的内部40的空气穿过所述机柜侧隔室29的入口开口34a，风扇36在所述机柜侧隔室29中产生气流39。气流39通过所述第一冷却回路12的吸热部分16和所述第二冷却回路13的吸热部分17，并经由出口开口35a离开所述机柜侧隔室29。风扇36设置在沿气流39的方向上的所述第一冷却回路12的吸热部分16和所述第二冷却回路13的吸热部分17的前面。而且，相对于气流39的方向，所述第一冷却回路12的吸热部分16设置在所述第二冷却回路13的吸热部分17的前面。同样地，风扇37在所述第一外侧隔室30中产生气流41。环境空气或外部的空气通过入口开口34b进入所述第一外侧隔室30，通过出口开口35b离开所述第一外侧隔室30。所述第一外侧隔室30中的气流41通过所述第一冷却回路12的放热部分14。因此，吸热部分16从所述机柜侧隔室29中的气流39吸收的热量传递到所述第一外侧隔室30中的所述第一冷却回路12的放热部分14，并经由气流41释放至环境空气。所述第二外侧隔室31中的风扇38在所述第二外侧隔室31中产生气流42。环境空气或外部的空气经由入口开口34c进入所述第二外侧隔室31，并经由出口开口35c离开所述第二外侧隔室31。气流42通过所述第二冷却回路13的放热部分15，以便吸热部分17从所述机柜侧隔室29中的气流39吸收的热量经由所述第二冷却回路13的放热部分15释放至外部。风扇37和风扇38两者都考虑所述气流41和气流42的方向来设置，分别在所述第一冷却回路12的放热部分14和所述第二冷却回路13的放热部分15的前面。

图2展示冷却系统100的第二构造。所述冷却系统100附接至电子机柜10。图2的冷却系统100与图1的冷却系统100基本上相同，且相同的标号指代相应的组件。图2的冷却系统100与图1的冷却系统100之间的唯一差别在于，所述第二外侧隔室31中的第二风扇38设置在气流42的方向，在所述第二冷却回路13的放热部分15的后面。

图3展示冷却系统100的第三构造，其类似于图1的冷却系统100。相同的标号指代相应的组件。与图1的冷却系统100相比，在图3的冷却系统100中，所述第二冷却回路13的吸热部分17不是设置在所述机柜侧隔室29中，而是布置在所述第一外侧隔室30中，并热耦合至所述第一冷却回路12的放热部分14。因此，所述第二冷却回路13的吸热部分17冷却所述第一冷却回路12的放热部分14。在图3的构造中，所述第一冷却回路12配置为脉动热管19，所述第二冷却回路13配置为蒸汽压缩循环回路21。当所述电子机柜10的内部温度比外部的或环境温度仅仅高不足以使所述脉动热管19有效地工作的温度δ时，图3的冷却系统100可以所谓的混合方式特别有利地操作。在这种情况下，所述蒸汽压缩循环回路21的蒸发器22用来冷却所述脉动热管19的冷凝侧27，并因此降低所述脉动热管19中冷却剂或制冷剂的温度。因为所述脉动热管19中的制冷剂或冷却剂的温度在所述脉动热管19的全长上基本是均匀的，所述脉动热管19的蒸发侧28也被冷却，因此提高了所述脉动热管19的效率。

图4展示冷却系统100的第四构造，其类似于图1的冷却系统100。相同的标号指代相应的组件。与图1的所述冷却系统相比，在图4的冷却系统100中，所述第一外侧隔室30和所述第二外侧隔室31是调换的，即，在图4的冷却系统100中，所述第一外侧隔室30位于所述第二外侧隔室31之下，而在图1中，所述第一外侧隔室30位于第二外侧隔室31之上。在图1的构造中，来自气流42的暖空气可以通过出口开口35c离开第二外侧隔室31，并通过入口开口34b进入第一外侧隔室30。这种暖气流42和41的短循环(shortcircuiting)可导致脉动热管19的冷凝侧27变暖。因为脉动热管19是被动冷却回路18，脉动热管19的冷凝侧27的变暖降低了脉动热管19的冷却功率。返回到图4的构造中，脉动热管19的冷凝侧27设置在第一外侧隔室30中，所述第一外侧隔室30布置在第二外侧隔室31之下。因此，因为暖空气上升，通过出口开口35c离开的来自第二外侧隔室31的气流42的暖空气不会通过入口开口34b进入第一外侧隔室30。第一外侧隔室30和第二外侧隔室31的这种布置防止脉动热管19的冷凝侧27变暖，因此确保了所述脉动热管19的被动冷却回路18的高冷却功率。虽然气流41、42的短循环依然是可能的，即，来自气流41的暖空气可以通过出口开口35b离开第一外侧隔室30，并通过入口开口34c进入第二外侧隔室31，所导致的蒸汽压缩循环回路21的冷凝器23的变暖不会相当大地影响冷却系统100的总冷却功率，因为蒸汽压缩循环回路21的冷却功率可以通过调节其操作参数来提高。

元件标号列表

100冷却系统

10电子机柜

11壳体

12第一冷却回路

13第二冷却回路

14第一冷却回路的放热部分

15第二冷却回路的放热部分

16第一冷却回路的吸热部分

17第二冷却回路的吸热部分

18被动冷却回路

19脉动热管

20主动冷却回路

21蒸汽压缩循环回路

22蒸发器

23冷凝器

24压缩机

25膨胀阀

26流体管线

27冷凝侧

28蒸发侧

29机柜侧隔室

30第一外侧隔室

31第二外侧隔室

32分隔壁

33密封件

34a入口开口

34b入口开口

34c入口开口

35a出口开口

35b出口开口

35c出口开口

36机柜侧隔室的风扇

37第一外侧隔室的风扇

38第二外侧隔室的风扇

39机柜侧隔室中的气流

40内部

41第一外侧隔室中的气流

42第二外侧隔室中的气流