СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ В ЗАКРЫТЫХ ПРОСТРАНСТВАХ Российский патент 2000 года по МПК H05K7/20 G12B15/04 

Настоящее изобретение относится к способу и блоку для устройств, которые установлены в закрытом пространстве, например, телекоммуникационное оборудование.

Известно, что принцип естественной конвекции можно использовать для охлаждения вертикальных поверхностей путем нагревания холодной среды до более низких значений плотности, посредством чего основная холодная среда с более высокой плотностью вытесняла бы нагретую среду, заставляя ее подниматься вверх. Также известно распространение воздуха с использованием так называемых принципов вытеснения воздушным потоком. Этот тип воздушного потока действует в соответствии с принципами, которые аналогичны принципу естественной конвекции, а именно, что холодный воздух тяжелее теплого воздуха, и поэтому он будет находиться на самом низком уровне. Когда холодный воздух выпускается непосредственно над поверхностью пола, то он будет опускаться вниз на пол, вытесняя воздух с более высокой температурой. Обычно говорят, что холодный воздух "растекается по полу". В этом случае одно из условий заключается в том, что скорость воздуха должна быть достаточно мала для того, чтобы не возникла турбулентность. Турбулентность может привести к смешиванию холодного воздуха с окружающим воздухом, и скорость образованного в результате потока воздуха окажется не больше скорости вытесняющего воздушного потока.

С целью охлаждения телекоммуникационного оборудования в отсеках стоек, установленных в закрытых пространствах, предложены способ и блок для охлаждения телекоммуникационного оборудования, установленного в отсеках стоек, в закрытых пространствах, с энергосбережением, с высокой эксплуатационной надежностью и незначительным техническим обслуживанием и с несколькими подвижными частями. Оба вышеупомянутых принципа объединены и использованы в аппаратных помещениях, в которых необходимо охлаждать установленное в них оборудование. При охлаждении и нагревании воздуха количество тепловой энергии, которое может передаваться через воздух за единицу времени, определяется в основном двумя параметрами:
- количеством охлажденного воздуха (или нагретого) за единицу времени; и
- понижением (повышением) температуры воздуха.

Когда одинаковое количество тепловой энергии необходимо передать за единицу времени, эти два параметра являются противоположными; большое количество воздуха за единицу времени эквивалентно низкой разности температур воздуха; высокая разность температур требует меньшего количества воздуха за единицу времени. Сочетание распространения вытесняющего воздуха (распространение холодного воздуха) и естественной конвекции, возникающей при нагреве воздуха и охлаждении тепловыделяющих предметов, упоминается здесь, как охлаждение вытеснением.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает пространство, в котором согласно изобретению установлены блок охлаждения и охлаждаемое оборудование.

фиг. 2a изображает картину движения поступающего воздуха перед отсеками стойки.

фиг. 2б изображает на виде сбоку прохождение поступающего воздуха через стойку.

фиг. 3 показывает расслоение теплого и холодного воздуха перед стойкой и выше.

На фиг. 1 схематично изображены размещенные в пространстве или в помещении 3 блок 1 охлаждения и оборудование 2, которое необходимо охлаждать. Предполагается, что помещение будет герметичным. Блок 1 охлаждения сконструирован таким образом, чтобы отбирать теплый воздух на уровне потолка, охлаждать воздух и затем выпускать охлажденный воздух с низкой скоростью на уровне пола. Передняя поверхность вывода 4 воздуха делается большой для того, чтобы получить низкую скорость воздуха. Возврат нагретого в помещении воздуха осуществляется посредством всасывания в воздухозаборник 5 блока охлаждения, который расположен как можно ближе к потолку, и охлаждается в блоке охлаждения и возвращается в комнату через вывод 4 воздуха, который расположен как можно ближе к поверхности пола. Поступающий холодный воздух распространяется с низкой скоростью, то есть воздух рассеивается в помещении рядом со стойкой, в которой должны располагаться тепловыделяющие элементы. Поступающий холодный воздух находится теперь перед стойкой и поднимается от поверхности пола вверх до уровня, находящегося ниже наивысшей точки стойки.

Нагреваемый воздух будет проходить различными путями. Это зависит от конструкции стойки и размещенного в ней оборудования. Однако общая особенность заключается в том, что поступающий холодный воздух засасывается во внутреннее пространство стойки и тем самым охлаждает размещенные там тепловыделяющие элементы, в то время как теплый воздух выходит из верхней части стойки. Выходящий теплый выпускаемый воздух намного теплее и легче воздуха, поступающего перед отсеком, и, следовательно, будет находиться между потолком и поступающим воздухом, см. фиг. 3. Теплый выпускаемый воздух также движется с достаточно медленной скоростью для того, чтобы избежать турбулентности. Теплый воздух медленно посредством всасывания поступает обратно в блок охлаждения.

На фиг. 2a изображено движение воздушного потока перед стойкой и в стойке. Обычно, лицевые панели стойки делают перфорированными так, чтобы позволить поступающему воздуху проходить в стойку. Часть воздушного потока проходит вдоль первой стойки к стоящей рядом соседней стойке, и так далее. На фиг. 2б изображен поступающий воздух, проходящий через переднюю перфорированную панель 6 стойки и расположенные напротив тепловыделяющие элементы 7, размещенные в стойке, и затем проходящий вверх через стойку. На фиг. 2б также показаны траектории, соответствующие прохождению воздуха через стойку, когда тепловыделяющие элементы размещены на полках 8. Совсем не обязательно эти полки можно изготавливать так, чтобы они отводили нагретый воздух по направлению к вытяжке, расположенной у задней панели стойки. Принцип эффективен при условии, что выходящий воздух может подниматься и выходить из верхней части стойки. Также совершенно не обязательно иметь перфорированную переднюю панель. Однако для того чтобы обеспечить контакт с тепловыделяющими элементами обязательно должен быть ввод для поступающего воздуха в нижней части конструкции стойки. Вентиляторы можно также установить в стойке для всасывания поступающего холодного воздуха. В сокращенном виде представлены три требования по конструкции стойки:
- поступающий воздух должен вводиться через переднюю панель или через нижнюю часть стойки;
- воздух должен проходить, соприкасаясь с тепловыделяющими элементами, размещенными в стойке, и таким образом нагреваться.

- воздух должен выходить из верхней части стойки.

Обнаружено, что при следовании по пути перемещения поступающего воздуха от передней части блока охлаждения до места расположения одной из полок, которые поддерживают тепловыделяющие элементы внутри стойки, как обозначено стрелками на фиг. 2a и фиг. 2б, температура остается неизменной по всей траектории вплоть до этого места. Выпускаемый воздух выходит из верхней части стойки. Поступающий холодный воздух 9 и выпускаемый теплый воздух 10 остаются разделенными друг от друга. Поступающий воздух рассеивается по всей поверхности пола, от уровня пола до точки, незначительно превышающей переднюю панель стойки, тогда как выпускаемый воздух собирается ниже уровня потолка. На фиг.3 изображен вид с одной стороны положения двух областей относительно стойки и показано расслоение теплого и холодного воздуха перед стойкой и над стойкой.

Распространение вытесняющего воздуха, поступающего из блока охлаждения, и вывод воздуха из стойки с очень низкой турбулентностью приводит в результате к двум слоям воздуха с различной температурой и с низкими скоростями потоков в противоположных направлениях, холодному воздуху, распространяющемуся по поверхности пола дальше от блока охлаждения и поблизости от всех стоек в помещении или в пространстве, и теплому воздуху, проходящему вдоль потолка дальше от стойки и обратно в блок охлаждения. В свою очередь, это приводит к тому, что поступающий воздух заполняет все стойки, расположенные в помещении, и выводится изо всех стоек. Кроме того, поступающий воздух будет иметь ту же самую температуру перед всеми стойками при условии, что температура поступающего воздуха, выходящего из блока охлаждения, будет постоянной во времени. Это дает равномерное и эффективное охлаждение всех стоек, расположенных в помещении.

Вышеописанная конструкция также обеспечивает высоко эффективную систему, благодаря тому, что большое отличие по температуре между поступающим воздухом и выпускаемым воздухом в блоке охлаждения сочетается с относительно высокой температурой поступающего воздуха, и к тому же температура парообразования увеличивает эффективность схемы компрессора, хотя низкая скорость воздушного потока позволит использовать относительно небольшие и маломощные вентиляторы.

Использование: для охлаждения оборудования в закрытых пространствах, преимущественно телекоммуникационного. Технический результат заключается в повышении энергосбережения, высокая эксплуатационная надежность. Согласно изобретению распространение вытесняющего воздуха и поток воздуха, связанный с земным притяжением, объединяются и используются для охлаждения оборудования. Выпускаемый охлаждающим устройством холодный воздух распространяется с низкой скоростью, т.е. он перемещается в помещении по направлению к отсеку с охлаждаемым оборудованием. Холодный воздух поступает в отсеки, нагревается, охлаждая размещенные в нем тепловыделяющие элементы. Затем нагретый воздух выходит из верхних частей отсеков и рециркулирует с низкой скоростью так, чтобы избежать турбулентности на воздухозаборнике охлаждающего его устройства. 2 с.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ охлаждения устройств, таких как тепловыделяющие элементы телекоммуникационного оборудования, установленного в стойках, расположенных в закрытом пространстве, в котором размещают блок охлаждения, обеспечивающий подачу холодного воздуха снизу и перемещение его с достаточно медленной скоростью вдоль пола закрытого пространства для того, чтобы избежать турбулентности, так что холодный воздух проходит в первую стойку, а часть потока холодного воздуха проходит мимо первой стойки в соседнюю стойку и т.д., достигая контакта с охлаждаемыми устройствами, а нагретый установленными в стойках устройствами воздух проходит с низкой скоростью вдоль потолка и всасывается блоком охлаждения, что приводит в результате к образованию слоев воздуха с различной температурой. 2. Система охлаждения для охлаждения устройств, таких как тепловыделяющие элементы телекоммуникационного оборудования, установленного в стойках, расположенных в закрытом пространстве, в котором установлен блок охлаждения, содержащий вывод воздуха, который расположен как можно ближе к поверхности пола, передняя поверхность которого выполнена большой и обеспечивает перемещение холодного воздуха с достаточно медленной скоростью, чтобы избежать турбулентности, в нижней части закрытого пространства, и воздухозаборник нагретого воздуха в верхней части блока, расположенный как можно ближе к потолку, обеспечивая всасывание проходящего с низкой скоростью вдоль потолка нагретого установленными в стойках устройствами воздуха.