CN111800982B - 用于冷却电子机柜的冷却***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种特别是用于电子机柜(10)的冷却***(100)，包括壳体(11)，其中所述壳体(11)包括至少机柜侧隔间部分(12)，其中所述冷却***(100)包括第一冷却回路(15)和第二冷却回路(17)，其中第二冷却回路(17)是主动冷却回路，其中所述第一冷却回路(15)和所述第二冷却回路(17)热耦合，其中第二冷却回路(17)不设置在所述机柜侧隔间(12)中。

Description

用于冷却电子机柜的冷却***和方法
技术领域
本发明涉及一种冷却***，特别是用于电子机柜的冷却***，包括第一冷却回路和第二冷却回路。此外，本发明涉及一种用于冷却电子机柜的方法。
背景技术
冷却***广泛应用于各种技术领域。一个特别的例子是，使用冷却***来冷却电子机柜，例如配电盘、控制柜、围护***或计算机***，或通常用于冷却任何包围产热部件的外壳。这种冷却***通常包括冷却回路，其可以配置为被动冷却回路或主动冷却回路。
现有技术文献DE102012108110B4公开了一种用于电子机柜内部的冷却装置，该冷却装置包括第一冷却回路和第二冷却回路，该第二冷却回路与第一冷却回路流体分离。
出于环境保护的原因，人们希望在冷却***中使用低全球变暖潜能值(GWP)的制冷剂或冷却剂。然而，大多数GWP低的制冷剂或冷却剂(如丙烷)都是可燃、易燃或有害物质。这尤其在电子机柜的冷却***中提出了问题，因为电子机柜的内部体积相对较小，无法使用可燃或易燃的冷却剂或制冷剂，因为在可燃或易燃的冷却剂或制冷剂泄漏到电子机柜中的情况下存在火花点燃的风险。
因此，在本领域中需要一种冷却***，特别是用于电子机柜的冷却***，其提供有效的冷却并允许使用具有非常低的GWP的冷却剂或制冷剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷却***，特别是用于电子机柜的冷却***，其提供有效且环保的冷却，并且还满足进口保护要求。此外，本发明的目的是提供一种用于冷却电子机柜的方法，该方法提供了这些益处。
为了解决本发明的目的，提出了一种冷却***，特别是用于电子机柜的冷却***，其包括壳体，其中壳体包括至少一个机柜侧隔间，其中冷却***包括第一冷却回路和第二冷却回路，其中第二冷却回路是主动冷却回路，其中第一冷却回路和第二冷却回路热耦合，其中第二冷却回路不设置在机柜侧隔间中。
本发明的冷却***适用于包围产热部件的任何外壳，尤其适用于电子机柜，如配电盘、控制柜、围护***或计算机***。
在本发明的上下文中，主动冷却回路是这样一种冷却回路，其涉及使用能量将热量从较低温度的区域传递到较高温度的区域。主动冷却***的一个例子是蒸汽压缩循环冷却***。因此，主动冷却***是可以包括压缩机等的冷却***。相比之下，被动冷却***是一种自发地将热量从较高温度的区域传递到较低温度的区域的冷却***。被动冷却***的例子有热管、热虹吸管、脉动热管或水冷却***。被动冷却***可以包括需要辅助能量的部件，例如风扇，或者特别是在水冷却***的情况下，是循环冷却剂的泵。然而，在这些***中使用的辅助能量仅需要驱动那些支撑部件，而从较高温度的区域到较低温度的区域的热流动是严格被动和自发的。
冷却***包括具有至少一个机柜侧隔间的壳体。机柜侧隔间优选地被配置成流体连接到包括产热部件的外壳的内部。包括发热部件的外壳优选为电子机柜。来自外壳内部的热空气可以循环通过(circulatethrough)机柜侧隔间，以将热量传递到第一冷却回路的吸热热交换器部分。
根据本发明，第二冷却回路不设置在机柜侧隔间中。因此，在第二冷却回路的冷却剂或制冷剂泄漏的情况下，泄漏的冷却剂或制冷剂不会进入包括发热部件的外壳的内部。因此，泄漏的冷却剂或制冷剂火花点燃的风险降低，并且可以在第二冷却回路中使用低GWP的冷却剂或制冷剂和/或可燃、易燃或有害的冷却剂或制冷剂。
第二冷却回路热耦合至第一冷却回路。例如，第二冷却回路的吸热热交换器部分(其没有设置在机柜侧隔间中)可以热耦合至第一冷却回路的放热热交换器部分，在这种情况下，第一冷却回路的放热热交换器部分优选地也没有设置在机柜侧隔间中。因此，从机柜侧隔间中的第一冷却回路的吸热热交换器部分吸收的热量经由机柜侧隔间外部的第一冷却回路的放热热交换器部分传递到第二冷却回路的吸热热交换器部分。
优选地，第一冷却回路是被动冷却回路或主动冷却回路。当第一冷却回路是被动冷却回路时，冷却***的能量消耗减少。
第二冷却回路可以包括全球变暖潜能值(GWP)小于1000的制冷剂或冷却剂，优选小于100，更优选小于10，进一步优选小于5，更进一步优选小于3。
更进一步优选地，第二冷却回路可以包括可燃或易燃或有害的制冷剂或冷却剂。
制冷剂或冷却剂可以是烃，例如聚烯烃或烷烃，特别是丙烷、丙烯或异丁烷。其他冷却剂或制冷剂也可以用在第二冷却回路中。
因为第二冷却回路没有设置在机柜侧隔间中，并且因为第二冷却回路与第一冷却回路热耦合，可燃或有害的制冷剂或冷却剂，例如丙烷，可以用在冷却***中，用于对火花点燃易损坏设备如电子机柜进行有效且环保的冷却。
优选地，第二冷却回路是蒸汽压缩循环回路或冷却器。
蒸汽压缩循环回路的另一个名称是制冷回路。蒸汽压缩循环回路包括作为吸热热交换器部分的蒸发器、作为放热热交换器部分的冷凝器、压缩机和膨胀阀以及用于制冷剂的流体管线。优选地，第二冷却回路的所有部件不都设置在机柜侧隔间中。第二冷却回路的所有部件可以都设置在机柜侧隔间的外部，此外，甚至可以设置在冷却***的壳体的外部。然而，冷却***的壳体也可以包括外侧隔间，第二冷却***布置在该外侧隔间中。
优选地，第一冷却回路是流体冷却回路，特别是水冷回路，或者热管、热虹吸管或脉动热管(PHP)。
此外，第一冷却回路可以被配置为吸附冷却回路或吸收冷却回路。
然而，特别优选的是，第一冷却回路是热管、热虹吸管或脉动热管。
第二冷却回路可以包括吸热热交换器部分，特别是蒸发器，并且第一冷却回路可以包括放热热交换器部分，特别是冷凝器，其中第二冷却回路的吸热热交换器部分热耦合到第一冷却回路的放热热交换器部分。
在特定的优选实施例中，第二冷却回路是蒸汽压缩循环回路，第一冷却回路是热管、热虹吸管或脉动热管。第一冷却回路的吸热热交换器部分和放热热交换器部分可以是物理分离的，并且优选通过流体管线连接。然而，第一冷却回路的吸热热交换器部分和放热热交换器部分可以直接地彼此连接，而不使用流体管线。如果第一冷却回路是热管或脉动热管，这种配置特别有利，因为它能实现紧凑的设计。
蒸汽压缩循环回路的蒸发器可以热耦合到热管、热虹吸管或脉动热管的冷凝器。当蒸汽压缩循环回路操作时，热管、热虹吸管或脉动热管的冷凝器由蒸汽压缩循环回路的蒸发器冷却，从而提高了第一冷却回路的效果。
优选地，第二冷却回路的吸热热交换器部分和第一冷却回路的放热热交换器部分形成热交换器装置，其中所述热交换器装置包括多个热交换结构，这些热交换结构优选地彼此平行地布置在延伸平面中，其中第二冷却回路的吸热热交换器部分包括第一多个流体引导装置，并且其中第一冷却回路的放热热交换器部分包括第二多个流体引导装置，其中每个热交换结构包括第一多个流体引导装置中的至少一个流体引导装置和第二多个流体引导装置中的至少一个流体引导装置，它们彼此热耦合，并且优选地彼此平行布置，其中间隙设置在两个相邻的热交换结构之间，以允许相邻的热交换结构之间存在气流，和/或其中每个热交换结构包括散热器，以热耦合第一多个流体引导装置中的至少一个流体引导装置和第二多个流体引导装置中的至少一个流体引导装置。
在申请人的欧洲专利申请19168012.3号中更详细地公开了这种热交换器装置及其优选实施例。欧洲专利申请19168012.3号的内容在此引作参考，并且欧洲专利申请19168012.3号中公开的任何热交换器装置都可以用于本发明提出的冷却***中。
优选地，第一冷却回路包括吸热热交换器部分，特别是蒸发器。
更优选地，第一多个流体引导装置和第二多个流体引导装置之间的热耦合在第一冷却回路的放热热交换器部分的一部分或全长上延伸。
更进一步优选地，第二回路的热交换器装置和/或吸热热交换器部分，特别是蒸发器，和/或第一冷却回路的放热热交换器部分，特别是冷凝器，包括气流调节挡板，该挡板在关闭位置至少部分地阻止气流通过相邻热交换结构之间的间隙。
冷却***的壳体可以包括由优选气密的内分隔壁与机柜侧隔间分隔开的外侧隔间，并且第二冷却回路的吸热热交换器部分可以仅设置在外侧隔间中。
外侧隔间可以流体连接到电子机柜的外部或外侧，例如通过入口开口和出口开口，使得环境空气可以循环通过外侧隔间。
此外，优选地，第一冷却回路的放热热交换器部分，特别是冷凝器，设置在外侧隔间中，并且第一冷却回路的吸热热交换器部分，特别是蒸发器，设置在机柜侧隔间中。
优选地，机柜侧隔间包括用于空气从电子机柜内部流入的入口开口和用于空气流出到电子机柜中的出口开口，和/或外侧隔间可以包括至少一个用于空气从外侧流入的入口开口和至少一个用于空气流出到电子机柜外侧的出口开口。
特别是，外侧隔间可以包括两个入口开口和/或两个出口开口。
优选地，外侧隔间包括将外侧隔间分成第一体积和第二体积的分隔壁，或者在关闭位置将外侧隔间分隔成第一体积和第二体积的活门(shutterflap)。优选地，第二冷却回路的吸热热交换器部分和/或第一冷却回路的放热热交换器部分布置在第一体积中，第二冷却回路的放热热交换器部分布置在第二体积中。
特别优选的是，第一冷却回路的吸热热交换器部分仅设置在壳体的机柜侧隔间中。第一冷却回路的放热热交换器部分和第二冷却回路的吸热热交换器部分仅设置在外侧隔间的第一体积中，并且第二冷却回路的放热热交换器部分仅设置在冷却***的壳体的外侧隔间的第二体积中。
优选地，冷却***可以以不同且有利的冷却方式操作。
在第一冷却模式中，也称为被动冷却模式，第二冷却回路不操作，该第二冷却回路优选被配置为主动冷却回路，例如蒸汽压缩循环回路。因此，在这种模式中，来自电子机柜的热量被设置在机柜侧隔间的第一冷却回路的吸热热交换器部分吸收，并被传递到外侧隔间的第一冷却回路的放热热交换器部分，在那里热量被释放到环境空气中。在被动冷却模式中，特别有利的是，当冷却***包括如上所述和/或在欧洲专利申请19168012.3号中描述的热交换器装置时，其中包括第二冷却回路的吸热热交换器部分和第一冷却回路的放热热交换器部分的热交换器装置包括相邻热交换结构之间的间隙，以允许相邻热交换结构之间存在气流。
当外部或环境温度Tex低于电子机柜或机柜侧隔间的内部温度Tin时，优选选择第一或被动冷却模式。在说明性示例中，第一冷却回路被配置为脉动热管，第二冷却回路被配置为蒸汽压缩循环回路或冷却器。假设环境温度Tex为25℃，内部温度Tin为35℃，10℃的温差足以通过脉动热管被动地传递来自电子机柜的热量。在这种情况下，脉动热管中的制冷剂温度可以自己调节到30℃。随着气流通过优选热交换器装置中的间隙，从第一冷却回路(特别是热管)的热释放热交换器部分到环境或外部空气的热传递的效果增加。
在第二模式中，也称为混合模式，第一冷却回路和第二冷却回路都操作。当第一冷却回路是被动冷却回路，例如脉动热管，并且当第二冷却回路是主动冷却模式，例如蒸汽压缩循环回路时，混合模式特别有利。下面将针对这种构造解释混合模式。
当外部温度Tex低于电子机柜或机柜侧隔间的内部温度Tin时，可以选择第二冷却模式或混合模式。在混合模式中，主动第二冷却回路中的制冷剂的蒸发温度Tevap可以高于或低于外部温度Tex。下面，首先描述蒸发温度Tevap高于外部温度Tex的情况。
通过设置第二冷却回路的压缩机的操作参数，可以将蒸发温度Tevap调节到高于外部温度Tex。在Tevap高于Tex的混合模式中，第二冷却回路的吸热热交换器部分不会从吸收热交换器部分的外侧隔间中的环境或外部空气中吸收热量。然而，第二冷却回路的吸热热交换器部分冷却第一冷却回路的放热热交换器部分，从而提高第一冷却回路的冷却效果。
因此，除了通过第一冷却回路的放热热交换器部分向环境空气散热之外，第一冷却回路的放热热交换器部分被第二冷却回路的吸热热交换器部分主动冷却，并且热量通过第二冷却回路的放热热交换器部分释放到环境空气。当环境温度Tex低于内部温度Tin时，但是当环境温度和内部温度之间的温差不足以使第一冷却回路有效操作时，混合模式特别有利。考虑到说明性示例，当内部温度Tin为35℃且外部温度Tex为31℃时，混合模式将是有利的。然而，在这种情况下，4℃的温差对于脉动热管的有效操作来说可能太小。通过操作主动第二冷却回路，热耦合到脉动热管的冷凝器的第二冷却回路的蒸发器冷却了脉动热管中的制冷剂或冷却剂，使得制冷剂或冷却剂的温度THP降低。由于脉动热管中的制冷剂或冷却剂的温度THP在脉动热管中大体上是均匀的，所以脉动热管的蒸发器也被有效地冷却，增加了制冷剂或冷却剂温度THP和内部温度Tin之间的温差。这种温差的增加会提高脉动热管的吸热效果以及热量向外部的传递。第二冷却回路的蒸发器中的制冷剂的蒸发温度Tevap已经或者优选被调节为高于环境温度Tex。蒸发温度Tevap的调节可以通过调节第二冷却回路(例如压缩机)的操作参数来完成。在该示例中，蒸发温度Tevap可以被调节到31.5℃，以防止环境空气被第二冷却回路的蒸发器吸热。
当外部温度Tex低于电子机柜或机柜侧隔间的内部温度Tin，而主动第二冷却回路中制冷剂的蒸发温度Tevap低于外部温度Tex时，混合模式可能也是有利的。在这种情况下，第二冷却回路的蒸发器仍然冷却脉动热管中的冷却剂，使得冷却剂温度THP和内部温度Tin之间的温差增大。然而，由于主动第二冷却回路中制冷剂的蒸发温度Tevap低于外部温度Tex，所以第二冷却回路的蒸发器也从环境空气中吸收热量。
如果存在，热交换器装置的气流调节挡板可以关闭，以阻止热交换器装置的热交换结构之间的气流，从而有效地阻止热量从环境空气传递到第二冷却回路的蒸发器。利用关闭的气流调节挡板，第二冷却回路的蒸发器与环境空气绝热，从而当外部温度Tex高于蒸发温度Tevap时，可以使用混合模式，而没有第二冷却回路的蒸发器冷却环境或外部空气的缺点。
在第三冷却模式中，也称为主动模式，第一和第二冷却回路都操作，但是热量没有从第一冷却回路的放热热交换器部分消散到环境空气中。当环境温度Tex高于内部温度Tin时，主动模式是有利的。关于说明性示例，内部温度Tin可以是35℃，环境温度Tex是40℃。第二冷却回路的蒸发器中的制冷剂的蒸发温度Tevap是例如15℃或者被调节到例如15℃，热管的制冷剂的温度THP可以是20℃。由于环境温度Tex高于内部温度Tin和热管中的制冷剂的温度，没有热量从热管消散到环境空气中，并且仅从第二冷却回路的放热热交换器部分释放热量。
本领域普通技术人员将理解，前述温度和温度范围本质上仅是说明性的。冷却***可以在其他温度和温度范围内以三种模式操作。此外，必须理解，冷却***不一定被配置成在混合模式中操作，因为混合模式的操作条件通常不被实现或不可实现。
特别是在混合模式中，将外侧隔间分成第一体积和第二体积是有利的。当第一冷却回路的放热热交换器部分设置在第一体积中并且第二冷却回路的放热热交换器部分设置在第二体积中时，从第一冷却回路的放热热交换器部分释放的热量不影响从第二冷却回路的放热热交换器部分的热传递的效果，反之亦然。
优选地，第一体积和/或第二体积各自具有相应的出口开口和入口开口。
活门可以配置成使得它在打开位置关闭第二体积的入口开口。
此外，外侧隔间，特别是第一体积和/或第二体积，可以包括风扇，和/或机柜侧隔间可以包括风扇。
优选地，至少一个风扇布置在外侧隔间的一部分中，当活门关闭时，该部分成为第二体积。
冷却回路***还可以包括第三冷却回路，其中第三冷却回路优选配置为热管、热虹吸管或脉动热管。
更进一步优选地，第三冷却回路的吸热热交换器部分布置在机柜侧隔间中，在气流流动方向上在第一冷却回路的吸热热交换器部分前面，和/或第三冷却回路的放热热交换器部分布置在外侧隔间中，在气流流动方向上在第一冷却回路的放热热交换器部分后面和/或第二冷却回路的吸热热交换器部分后面。
当第一冷却回路的放热热交换器部分和第二冷却回路的吸热热交换器部分包含在欧洲专利申请第19168012.3号中公开的如上所述的热交换器装置中时，提供第三冷却回路是特别有利的，其中热交换器装置的每个热交换结构包括散热器，以热耦合第一多个流体引导装置中的至少一个流体引导装置和第二多个流体引导装置中的至少一个流体引导装置，并且其中散热器优选设置成使得热交换结构之间不存在用于空气在热交换结构之间流动的间隙。
优选地，第三热交换器被配置为热管、热虹吸管或脉动热管。
本发明目的的另一个方案是提供一种利用如上所述的冷却***执行的冷却电子机柜的方法，其中冷却***选择性地在第一模式(尤其是被动模式)、第二模式(尤其是混合模式)或第三模式(尤其是主动模式)中的至少一种模式中操作。
用于执行该方法的冷却***可以根据上述冷却***的任何实施例来配置。此外，结合冷却***描述的任何一个特征都可以应用于冷却电子机柜的方法。
优选地，内部温度Tin在电子机柜和/或机柜侧隔间中测量，外部温度Tex在外侧和/或外侧隔间中测量，并且当内部温度Tin高于外部温度Tex时，激活第一模式，和/或当内部温度Tin高于外部温度Tex且外部温度Tex高于或优选低于第二冷却回路中制冷剂的蒸发温度Tevap时，激活第二模式，和/或当内部温度Tin低于外部温度Tex时，激活第三模式。
例如，在第二冷却回路是蒸汽压缩循环回路的情况下，通过调节压缩机的操作参数，可以将第二冷却回路中制冷剂的蒸发温度Tevap调节为高于外部温度Tex。
在该方法的优选实施例中，在第一模式中，仅操作第一冷却回路和/或第三冷却回路，和/或在第二模式和/或第三模式中，操作第一冷却回路和第二冷却回路，并且优选地操作第三冷却回路。
优选地，在第一模式中，活门处于打开位置，和/或流量调节挡板处于打开位置，和/或在外侧隔间中，特别是在第一体积和/或第二体积中，和/或机柜侧隔间中的至少一个风扇操作。
优选地，在第二模式中，活门处于打开位置，和/或气流调节挡板处于打开位置或关闭位置，和/或在外侧隔间中，特别是在第一体积和/或第二体积中，和/或机柜侧隔间中的至少一个风扇操作。
通过关闭气流调节挡板，防止了气流通过第二冷却回路的吸热热交换器部分，特别是通过热交换器装置的热交换结构之间的间隙。在没有气流通过间隙的情况下，第二冷却回路的吸热热交换器部分有效地与外部或环境空气绝热，并且来自环境或外部空气的热量不被第二冷却回路的吸热热交换器部分吸收。这允许冷却***在第二或混合模式中操作，即使蒸发温度Tevap低于外部温度Tex。
优选地，在第三模式中，活门处于关闭位置，和/或气流调节挡板处于关闭位置，和/或在外侧隔间中，特别是在第一体积和/或第二体积中，和/或操作机柜侧隔间中的至少一个风扇操作。
本发明的目的的另一个方案是提供一种具有上述冷却***的电子机柜。
附图简要说明
参阅附图更详细地描述本发明。
图1示出了冷却***的第一构造；
图2示出了用于冷却***的热交换器装置的第一构造；
图3示出了用于冷却***的热交换器装置的第二构造；
图4示出了在被动、混合和主动模式中操作的冷却***的第一构造；
图5示出了包括气流调节挡板的冷却***的第一构造；
图6示出了在混合模式中操作的冷却***的第二构造；
图7示出了在被动模式中操作的冷却***的第二构造；
图8示出了在主动模式中操作的冷却***的第二构造；
图9示出了在被动和混合模式中操作的冷却***的第三构造；
图10示出了在主动模式中操作的冷却***的第三构造；
图11示出了包括热虹吸管和气流调节挡板的冷却***的第四构造；
图12示出了包括热虹吸管的冷却***的第五构造；
图13示出了包括水冷回路的冷却***的第六构造；以及
图14示出了包括第三冷却回路的冷却***的第七构造。
具体实施方式
图1示出了用于电子机柜10的冷却***100。冷却***100包括壳体11。壳体11被内部且优选基本上气密的分隔壁14分成机柜侧隔间12和外侧隔间13。冷却***100包括配置为脉动热管16的第一冷却回路15和配置为蒸汽压缩循环回路18的第二冷却回路17。第二冷却回路17，特别是蒸汽压缩循环回路18，包括作为吸热热交换器部分20的蒸发器19、压缩机21、作为放热热交换器部分23的冷凝器22、膨胀阀24和流体管线25。第一冷却回路15的脉动热管16包括作为吸热热交换器部分27的蒸发器26和作为放热热交换器部分29的冷凝器28。脉动热管16的冷凝器28热耦合到蒸汽压缩循环回路18的蒸发器19。第二冷却回路17即蒸汽压缩循环回路18的所有部件都设置在外侧隔间13中，使得第二冷却回路17不设置在机柜侧隔间12中。脉动热管16的蒸发器26仅设置在机柜侧隔间12中，而脉动热管16的冷凝器28仅设置在外侧隔间13中。
机柜侧隔间12包括入口开口30和出口开口31，用于空气从电子机柜10的内部32进入和离开机柜侧隔间12。为了使空气循环通过机柜侧隔间12，第一风扇33设置在机柜侧隔间12的内部。
外侧隔间13还包括入口开口34和出口开口35。来自电子机柜10外部的环境空气经由入口开口34和出口开口35循环通过外侧隔间13。为了使环境空气循环通过外侧隔间13，第二风扇36设置在外侧隔间13的内部。
分隔壁14被配置成气密的，使得外侧隔间13和机柜侧隔间12内的气流彼此流体地分隔开。第二冷却回路17的蒸汽压缩循环回路18包括具有低全球变暖潜能值(GWP)的制冷剂，其可以是易燃的，例如丙烷。脉动热管16中的制冷剂是不可燃或不易燃的制冷剂，例如R134a。
图2示出了适用于图1的冷却***100的热交换器装置37。热交换器装置37包括脉动热管16，该热管具有配置成蒸发器26的吸热热交换器部分27和配置成冷凝器28的放热热交换器部分29。脉动热管16的冷凝器28热耦合到第二冷却回路17的蒸发器19。为了热耦合，第二冷却回路17的蒸发器19包括第一多个条状流体引导装置38。第一冷却回路15的冷凝器28包括第二多个条状流体引导装置39。第一多个流体引导装置38和第二多个流体引导装置39彼此面对面热接触。第一多个流体引导装置中的一个流体引导装置38和第二多个流体引导装置中的一个流体引导装置39形成相应的热交换结构40。热交换结构在构想的延伸平面41中彼此平行布置。在相邻的热交换结构40之间设置有间隙42，间隙42中设置有打褶的散热片43，用于将热交换结构40相互连接。在脉动热管16的蒸发器26中吸收的热量被传递到脉动热管16的冷凝器28，并通过热耦合传递到第二冷却回路17的蒸发器19。此外，热量可以从脉动热管16的第二多个冷凝器28的流体引导装置38传递到通过间隙42的气流。
申请人的欧洲专利申请第19168012.3号中提供了根据图2的热交换器装置37的更详细的描述。
图3示出了适用于图1的冷却***100的热交换器装置44的另一种构造。在根据图3的热交换器装置44中，脉动热管16包括蒸发器26和冷凝器28。与图2的构造相比，第二冷却回路17的蒸发器19布置在构想的延伸平面41中，而脉动热管16的冷凝器28设置在平行于延伸平面41的构想的第二平面45中。为了第二冷却回路17的蒸发器19和脉动热管16的冷凝器28之间的热耦合，设置了散热器46，其被配置为实心铝块47。申请人的欧洲专利申请19168012.3号中提供了根据图3的热交换器装置44的更详细的描述。
根据图1的冷却***100可以在三种冷却模式中的至少一种模式中操作，这将参阅图4进行更详细的解释。
冷却***100可以在第一模式中操作，即所谓的被动模式，当外部温度Tex低于电子机柜10的内部温度Tin时选择该模式。在被动模式中，只有脉动热管16***作以将热量从机柜侧隔间12传递到外侧隔间13，即第二冷却回路17不***作。在被动模式中，风扇33、36可***作以使空气循环通过机柜侧隔间12和外侧隔间13。然而，风扇也有可能不在被动模式中操作。循环通过机柜侧隔间的气流48的热量仅通过脉动热管16传递到循环通过外侧隔间13的气流49。在被动模式中，当第一冷却回路15和第二冷却回路17根据图2的热交换器装置37配置时，这是特别有利的，其中气流可以通过热交换结构40之间的间隙42。
当外部温度Tex低于电子机柜10的内部温度Tin，同时第二冷却回路17中制冷剂的蒸发温度Tevap高于外部温度Tex时，选择第二冷却模式，即所谓的混合模式。在混合模式中，脉动热管16的被动冷却***和蒸汽压缩循环回路18的主动第二冷却***17都操作，并且优选地，两个风扇33、36都在运行。通过设置第二冷却回路17的压缩机21的操作参数，蒸发温度Tevap可以优选地被调节为高于外部温度Tex，从而为混合模式提供条件。在混合模式中，第二冷却回路17的蒸发器19不从外侧隔间13中的气流49吸收热量，因为蒸发器19中制冷剂的蒸发温度Tevap高于外部温度Tex。然而，蒸发器19冷却热管16的冷凝器28，从而提高热管16和冷却***100的冷却效果。
在图5中，示出了图1和图4的冷却***100的修改例。图5的冷却***100包括可转动地连接到热耦合的蒸发器19和冷凝器28的气流调节挡板50。蒸发器19和冷凝器28之间的热耦合不会在冷凝器28的整个长度上延伸。在图5中，流量调节挡板50处于关闭位置，防止气流通过蒸发器19，从而有效地将第二冷却回路17的蒸发器19与外侧隔间13中的气流49绝热。由于绝热，即使蒸发器19中制冷剂的蒸发温度Tevap低于外部温度Tex，冷却***100也能够在混合模式中操作，因为来自气流49的热量不会被蒸发器19吸收。
回到图4，描述了第三冷却模式，即所谓的主动模式。当外部温度Tex高于内部温度Tin时，选择激活模式。在主动模式中，第一冷却回路15(即脉动热管16)和第二冷却回路17(即蒸汽压缩循环回路18)都操作。由于外部温度Tex高于内部温度Tin，脉动热管16的被动冷却***15不能将热量从机柜侧隔间12传递到外侧隔间13。为了迫使热量从机柜侧隔间12传递到外侧隔间13，第二主动冷却回路17的蒸发器19用于将外侧隔间13中的脉动热管16的冷凝器28冷却到低于机柜侧隔间12中的内部温度Tin。吸收的热量通过第二冷却回路17的冷凝器22释放。
图6示出了冷却***100的第三构造。图6所示的构造与图1的构造的不同之处在于外侧隔间13中的内部分隔壁51。分隔壁51将外侧隔间13分成第一体积52和第二体积53。在第一体积52中，布置有第二冷却回路17的蒸发器19、膨胀阀24和压缩机21以及第一冷却回路15的冷凝器28。此外，第一体积52容纳第三风扇54。第一体积52包括入口开口55和出口开口56，以允许气流57循环通过第一体积52。第二体积53包括第二冷却回路17的冷凝器22以及第二风扇36，以使气流58经由入口开口59和出口开口60循环通过第二体积53。图6示出了冷却***100的混合模式操作。在混合模式中，第一冷却回路15和第二冷却回路17都操作。为了有效地从第一体积52和第二体积53移除热量，风扇36和54都操作。在替代构造中，蒸发器19和冷凝器28可以如图5所示配置，热耦合不在冷凝器28的整个长度上延伸，并且还包括气流调节挡板50，以将蒸发器19与第一体积52内的空气绝热。
图7示出了处于被动模式的***100。在被动模式中，第二冷却回路17不操作。热量仅通过设置在第一体积52中的第一冷却回路15的冷凝器28释放。在被动模式中，第二风扇36不一定运行，因为热量不从第二冷却回路17的冷凝器22释放。
图8示出了处于主动模式的图6和图7的***。在主动模式中，第一体积52中的风扇54不操作。热量仅通过第二冷却回路17的冷凝器22释放。此外，第一体积52的入口开口55和出口开口56可以在主动模式中用合适的挡板关闭。
图9示出了冷却***100的第三构造。与图1和图4至图8的冷却***相比，提供了活门61，在所示的打开位置，活门61优选关闭第二体积53的入口开口59，并且在关闭位置，活门61将外侧隔间13分成第一体积52和第二体积53，如图10所示。此外，第一体积52不包括专用出口开口。
在被动模式和混合模式中，活门61处于如图9所示的打开位置，并且第一风扇33和第二风扇36***作以使气流48、49分别在机柜侧隔间12和外侧隔间13中循环。当外部温度Tex低于内部温度Tin时，操作被动模式，并且当另外第二冷却回路17的蒸发器19中的制冷剂的蒸发温度Tevap优选高于外部温度Tex时，选择混合模式。
图10示出了处于主动模式的图9的冷却***100的构造。在主动模式中，活门61处于关闭位置，使得外侧隔间13被分成第一体积52和第二体积53。在主动模式中，第一风扇33和第二风扇36操作。由于关闭的活门61，气流58仅循环通过第二体积53，以将从第二冷却回路17的冷凝器22释放的热量传递到壳体11的外部。
在图9和图10的配置中，第二冷却回路17的蒸发器19和第一冷却回路15的冷凝器28之间的热耦合可以配置为图5的构造，其中热耦合不在冷凝器28的整个长度上延伸。还可以提供气流调节挡板50。
图11至图13示出了第一冷却回路15和第二冷却回路17的构造的变型，其可以以任何合适的组合应用于图1和图4至图10的每种构造。
在图11中，第一冷却回路15被配置为热虹吸管62。机柜侧隔间12中的热虹吸管62的蒸发器63通过流体管线65连接到外侧隔间13中的热虹吸管62的冷凝器64。热虹吸管62的蒸发器63和冷凝器64在物理上彼此分离。类似于图5的构造，图11的冷却***100包括可转动地连接到热耦合的蒸发器19和冷凝器64的气流调节挡板50。气流调节挡板50图示为处于打开位置，允许气流通过蒸发器19和冷凝器64。蒸发器19和冷凝器64之间的热耦合不在冷凝器64的整个长度上延伸。
图12示出了类似于图11的构造。然而，蒸发器19和冷凝器64的热耦合确实在冷凝器64的整个长度上延伸，并且没有设置气流调节挡板50。
在图13的配置中，第一冷却回路15是包括泵67的水冷回路66。第一冷却回路15可以包括不同的冷却剂或制冷剂，代替水。
图14示出了冷却***100的另一种构造。图14的冷却***100包括第三冷却回路68，其被配置为脉动热管69。冷却***100还包括图3的热交换器装置44，其中第二冷却回路17的蒸发器19平行于第一冷却回路15的冷凝器28布置，并且经由散热器46热连接到第一冷却回路15的冷凝器28。散热器46阻止空气流过蒸发器19和冷凝器28。为了提高被动冷却模式的效果，提供了第三冷却回路68。第一风扇33在机柜侧隔间12中产生气流48，第二风扇36在外侧隔间13中产生气流49。第三冷却回路68的吸热热交换器部分70布置在机柜侧隔间12中，在气流48的流动方向上在第一冷却回路15的吸热热交换器部分27前面，并且第三冷却回路68的放热热交换器部分71布置在外侧隔间13中，在气流49的流动方向上在第一冷却回路15的放热热交换器部分29后面并且在第二冷却回路17的吸热热交换器部分20之后。
元件符号列表
100冷却***
10电子机柜
11壳体
12机柜侧隔间
13外侧隔间
14分隔壁
15第一冷却回路
16脉动热管
17第二冷却回路
18蒸汽压缩循环回路
19蒸发器
20吸热热交换器部分
21压缩机
22冷凝器
23放热热交换器部分
24膨胀阀
25流体管线
26蒸发器
27吸热热交换器部分
28冷凝器
29放热热交换器部分
30入口开口
31出口开口
32内部
33第一风扇
34入口开口
35出口开口
36第二风扇
37热交换器装置
38流体引导装置
39流体引导装置
40热交换结构
41延伸平面
42间隙
43打褶的散热片
44热交换器装置
45第二平面
46散热器
47块
48气流
49气流
50气流调节挡板
51分隔壁
52第一体积
53第二体积
54第三风扇
55入口开口
56出口开口
57气流
58气流
59入口开口
60出口开口
61活门
62热虹吸管
63蒸发器
64冷凝器
65流体管线
66水冷回路
67泵
68第三冷却回路
69脉动热管
70吸热热交换器部分
71放热热交换器部分

Claims (13)

1.一种冷却***（100），用于电子机柜（10），其包括壳体（11），其中所述壳体（11）包括至少一个机柜侧隔间（12），其中所述冷却***（100）包括第一冷却回路（15）和第二冷却回路（17），其中所述第二冷却回路（17）是主动冷却回路，其中所述第一冷却回路（15）和所述第二冷却回路（17）热耦合，其中所述第二冷却回路（17）不设置在所述机柜侧隔间（12）中；所述第二冷却回路（17）是蒸汽压缩循环回路（18）或冷却器，
其中所述壳体（11）被内部气密的分隔壁分成机柜侧隔间（12）和外侧隔间（13）；第二冷却回路（17）包括具有低全球变暖潜能值的、可燃或有害的制冷剂或冷却剂都设置在外侧隔间（13）中，不设置在机柜侧隔间（12）中。
2.根据权利要求1所述的冷却***（100），其中所述第一冷却回路（15）是被动冷却回路或主动冷却回路，和/或其中所述第二冷却回路（17）包括制冷剂或冷却剂，其具有小于1000的全球变暖潜能值，和/或其中所述第二冷却回路（17）包括可燃或有害的制冷剂或冷却剂，和/或其中所述第一冷却回路（15）是流体冷却回路，所述流体冷却回路是水冷回路，或热管、热虹吸管或脉动热管（16）。
3.根据权利要求1所述的冷却***（100），其中所述第二冷却回路（17）包括吸热热交换器部分（20），并且其中所述第一冷却回路（15）包括放热热交换器部分（29），其中所述第二冷却回路（17）的吸热热交换器部分（20）热耦合至所述第一冷却回路（15）的所述放热热交换器部分（29）。
4.根据前述权利要求3所述的冷却***（100），其中所述第二冷却回路（17）的吸热热交换器部分（20）和所述第一冷却回路（15）的放热热交换器部分（29）形成热交换器装置（37，44），其中所述热交换器装置（37，44）包括多个热交换结构（40），这些热交换结构彼此平行地布置在延伸平面（41）中，其中所述第二冷却回路（17）的吸热热交换器部分（20）包括第一多个流体引导装置（38），并且其中所述第一冷却回路（15）的所述放热热交换器部分（29）包括第二多个流体引导装置（39），其中每个热交换结构（40）包括所述第一多个流体引导装置中的至少一个流体引导装置（38）和所述第二多个流体引导装置中的至少一个流体引导装置（39），它们彼此热耦合，并且彼此平行布置，其中间隙（42）设置在两个相邻的热交换结构（40）之间，以允许所述相邻的热交换结构（40）之间存在气流，和/或其中每个热交换结构（40）包括散热器（46），以热耦合所述第一多个流体引导装置中的所述至少一个流体引导装置（38）和所述第二多个流体引导装置中的所述至少一个流体引导装置（39）。
5.根据前述权利要求4所述的冷却***（100），其中所述第一冷却回路（15）包括吸热热交换器部分（27）。
6.根据权利要求5所述的冷却***（100），其中所述第一冷却回路（15）的所述放热热交换器部分（29），设置在所述外侧隔间（13）中，并且其中所述第一冷却回路（15）的所述吸热热交换器部分（27），设置在所述机柜侧隔间（12）中。
7.根据权利要求6所述的冷却***（100），其中所述机柜侧隔间（12）包括用于空气从电子机柜（10）的内部（32）流入的入口开口（30）和用于空气流出到所述电子机柜（10）中的出口开口（31），和/或其中所述外侧隔间（13）包括用于空气从外侧流入的至少一个入口开口（34，55，59）和用于空气流出到所述电子机柜（10）的外侧的至少一个出口开口（35，56，60）。
8.根据权利要求6或7所述的冷却***（100），其中所述外侧隔间（13）包括将所述外侧隔间（13）分成第一体积（52）和第二体积（53）的分隔壁（51），或者在关闭位置将所述外侧隔间（13）分隔成第一体积（52）和第二体积（53）的活门（61），其中所述第二冷却回路（17）的所述吸热热交换器部分（20）和/或所述第一冷却回路（15）的所述放热热交换器部分（29）布置在所述第一体积（52）中，并且其中所述第二冷却回路（17）的所述放热热交换器部分（23）布置在所述第二体积（53）中，其中所述第一体积（52）和/或所述第二体积（53）各自具有相应的出口开口（56，60）和相应的入口开口（55，59），其中处于打开位置的所述活门（61）关闭所述第二体积（53）的所述入口开口（59），和/或其中所述外侧隔间（13），所述第一体积（52）和/或所述第二体积（53），包括风扇（36，54），和/或其中所述机柜侧隔间（12）包括风扇（33）。
9.根据权利要求4-7中任意一项所述的冷却***（100），其包括第三冷却回路（68），其中所述第三冷却回路（68）被配置为热管、热虹吸管或脉动热管（69）；其中所述第三冷却回路（68）的吸热热交换器部分（70）布置在所述机柜侧隔间（12）中，在气流的流动方向上在所述第一冷却回路（15）的所述吸热热交换器部分（27）前面；和/或其中所述第三冷却回路（68）的放热热交换器部分（71）布置在所述外侧隔间（13）中，在所述气流的流动方向上在所述第一冷却回路（15）的所述放热热交换器部分（29）后面和/或所述第二冷却回路（17）的所述吸热热交换器部分（20）后面。
10.一种用根据权利要求1至9中任一项所述的冷却***（100）执行的冷却电子机柜（10）的方法，
冷却***(100)至少选择性地在第一模式即被动模式中操作，其中所述第二冷却回路（17）被配置为一个活跃的冷却蒸汽压缩循环电路，没有操作，或者第二模式即混合模式的第一冷却回路(15)和第二冷却回路(17)均操作，或者第三模式即主动模式，其中第一冷却回路 (15)和第二冷却回路(17)均操作，但是热量不从第一冷却回路(15)的放热热交换器部分散发到环境空气。
11.根据权利要求10所述的冷却***（100）执行的冷却电子机柜（10）的方法，在所述电子机柜（10）和/或所述机柜侧隔间（12）中测量内部温度Tin，并且在机柜外侧和/或所述外侧隔间（13）中测量外部温度Tex，当所述内部温度Tin高于所述外部温度Tex时，激活所述第一模式；在所述第一模式中，仅操作第一冷却回路（15）和/或第三冷却回路（68），第二冷却回路（17）不***作；当所述内部温度Tin高于所述外部温度Tex且所述外部温度Tex低于所述第二冷却回路（17）中的所述制冷剂的蒸发温度Tevap时，激活所述第二模式，当所述内部温度Tin低于所述外部温度Tex时，激活所述第三模式；其中在所述第二模式和在所述第三模式中，所述第一冷却回路（15）和所述第二冷却回路（17）均工作。
12.根据权利要求10或11所述的冷却***（100）执行的冷却电子机柜（10）的方法，其中冷却***（100）包括活门（61），所述活门（61）在关闭位置将所述外侧隔间（13）分隔成第一体积（52）和第二体积（53），其中，热交换器装置（37，44）包括多个热交换结构（40），其中，间隙（42）设置在两个相邻的热交换结构之间，以允许所述相邻的热交换结构（40）之间存在气流，并且其中所述热交换器装置（37，44）还包括气流调节阀片，所述气流调节阀片在关闭位置至少部分地防止气流通过相邻热交换结构之间的间隙，并且
其中在所述第一模式中，所述活门（61）处于打开位置，其中气流调节挡板（50）处于打开位置，其中操作在所述外侧隔间（13），所述机柜侧隔间（12）中的至少一个风扇（33，36，54），和/或其中在所述第二模式中，所述活门（61）处于打开位置，其中所述气流调节挡板（50）处于打开位置或关闭位置，其中操作在所述外侧隔间（13），所述机柜侧隔间（12）中的至少一个风扇（33，36，54），和/或其中在所述第三模式中，所述活门（61）处于关闭位置，其中所述气流调节挡板（50）处于关闭位置，其中操作在所述外侧隔间（13），在所述机柜侧隔间（12）中的至少一个风扇（33，36，54）。
13.具有根据权利要求1-9任意一项所述的冷却***（100）的电子机柜（10）。
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