КАМЕРА ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G12B15/02 F24F7/08 H02B1/56 H05K7/20 G06F1/20 

Изобретение относится к вентиляции и управлению температурой в камерах для электронного оборудования, в частности к устройствам и способам управления воздушным потоком внутри таких камер.

Во избежание перегрева электрического и электронного оборудования обычно вентилируют камеру, в которой расположено это оборудование, для отвода выделяющегося оборудованием тепла во внешнюю окружающую среду. Когда электрическое оборудование необходимо использовать в удаленных местоположениях, например, в мобильных радиотелекоммуникационных базовых станциях, оборудование обычно остается на продолжительные периоды времени без обслуживающего персонала. Для поддержания температуры оборудования в пределах предпочтительного диапазона температур обычно требуются дополнительные устройства охлаждения и вентиляции. В зависимости от сложности такое оборудование для охлаждения потребляет электроэнергию, которая является как дорогой, так и иногда ограниченной в подаче, а также требует технического обслуживания во избежание дорогостоящих последствий выхода из строя.

В обычной радиотелекоммуникационной базовой станции электрическое оборудование, предназначенное для работы с радиочастотными (РЧ) сигналами, находится внутри вентиляционного шкафа, который расположен непосредственно в герметичном помещении или камере для защиты от внешних воздействий. Часто расположенные внутри шкафа вентиляторы обеспечивают циркуляцию воздуха через электрическое оборудование для обеспечения охлаждения, при этом температура воздуха внутри помещения для оборудования поддерживается блоком кондиционирования воздуха, который удаляет выделяющееся тепло, вырабатываемое электрическим оборудованием, во внешнюю окружающую среду. Блок кондиционирования воздуха должен поддерживать температуру внутри помещения в пределах заданного диапазона для того, чтобы обеспечить надежную работу оборудования внутри помещения. При этом потребляется значительное количество электроэнергии кроме той, которая требуется непосредственно для работы электрического оборудования.

Часто требуется резервное электропитание в виде шкафа с аккумуляторами (обычно свинцово-кислотными) в случае прерывания подачи электроэнергии в помещение для оборудования. Такие аккумуляторы также необходимо поддерживать в пределах заданного диапазона температур, который обычно более ограничен по сравнению с диапазоном для другого электрического оборудования. В связи с этим в обычном помещении для оборудования блок кондиционирования воздуха часто настроен на поддержание диапазона температуры, определяющимся исходя из требований аккумуляторов, а не электрического оборудования, которое обычно может работать без каких-либо проблем при более высоких температурах. Это приводит к работе блока кондиционирования воздуха в более тяжелых условиях, по сравнению с условиями, когда необходимо поддержание правильной работы без отклонений всего оборудования в помещении.

В таких климатических условиях, как в Великобритании, отношение мощности охлаждения к мощности оборудования составляет приблизительно 1 к 4, поэтому если в целом потребляется 4 кВт, то 1 кВт обычно требуется на систему охлаждения. В более жарких климатических условиях это отношение может уменьшиться до 1 к 3 или даже до 1 к 2. Понятно, что летом фактическое потребление электроэнергии может значительно увеличиваться день ото дня, а зимой эти нагрузки могут быть уменьшены.

Таким образом, блок кондиционирования воздуха в обычном помещении с оборудованием может работать, потребляя мощность до 1 кВт при рабочей мощности другого электрического оборудования до 4 кВт. Требуемую мощность можно понизить путем отдельного охлаждения аккумуляторного резервного источника питания, что приводит к повышению температуры внутри помещения до более высокой максимальной температуры. Например, поддержание температуры ниже 20°С во всем помещении для обеспечения необходимых условий работы аккумуляторов приводит по существу к еще большему потреблению электрической мощности вместо того, чтобы увеличить максимальную температуру до 35°С, при которой большая часть электрического оборудования будет по-прежнему работать без проблем. Однако это не устраняет потребности в кондиционировании воздуха в таких помещениях, так как для предотвращения превышения максимальной температуры при определенных условиях по-прежнему будет требоваться некоторое охлаждение.

Другая проблема при использовании блоков кондиционирования воздуха в помещениях с оборудованием, в частности, когда такие помещения находятся в удаленных местоположениях, заключается в его обслуживании и ремонте. Если во время эксплуатации выходит из строя блок кондиционирования воздуха, то электрическое оборудование подвергается риску повреждения, и должен быть вызван инженер-специалист (который обычно отличается от инженера по электрическому оборудованию) для ремонта блока. По существу это может увеличить стоимость технического обслуживания таких помещений с оборудованием. Кроме того, может быть неизвестно например, когда помещение с оборудованием автоматически подает сигнал о неисправности, какая именно случилась неисправность, поэтому может быть вызван инженер по электрическому оборудованию, когда необходим инженер по кондиционированию воздуха. Многочисленные посещения могут дополнительно увеличить стоимость работ по техническому обслуживанию.

Одним общим альтернативным подходом вместо сохранения помещения с оборудованием герметичным и охлажденным является поддержание высокой скорости воздушного потока через помещение посредством большого вентилятора, размещенного для нагнетания воздуха через вентиляционные отверстия, выполненные в помещении. Однако для поддержания требуемого диапазона температур и для минимизации разности температур внутри и вне помещения, требуется большой воздушный поток и, следовательно, большой и мощный вентилятор. Кроме того, воздух, который проходит через помещение, будет способствовать всасыванию в помещение грязи и пыли из внешней окружающей среды, поэтому воздушный поток необходимо будет фильтровать. Добавление фильтров неизбежно приведет к необходимости посещений с целью технического обслуживания для проверки и замены фильтров, чтобы можно было поддерживать достаточно высокую скорость потока воздуха. Таким образом, простая замена кондиционирования воздуха на охлаждение вентилятором не позволяет полностью устранить проблему необходимости отдельных посещений для технического обслуживания и не позволяет существенно снизить требования к электроснабжению помещения, поскольку большие вентиляторы требуют больших энергозатрат. Кроме того, интенсивные потоки воздуха имеют склонность к всасыванию большого количества грязи и пыли, приводя, в конечном счете, к засорению фильтров.

Усовершенствованная альтернатива использования кондиционирования воздуха или больших вентиляторов заключается в направлении тепла, которое вырабатывает электрическое оборудование внутри помещения, во внешнюю окружающую среду, например, путем использования вытяжных воздуховодов, проходящих от шкафов с оборудованием до наружной стены помещения. Воздух, всасываемый в шкаф с оборудованием с помощью внутреннего вентилятора, можно затем выпускать непосредственно во внешнюю окружающую среду, уменьшая нагрев помещения теплом, вырабатываемым электрическим оборудованием. Это позволяет значительно снизить потребность в продувке помещения воздухом. Для вытяжки воздуха из помещения можно использовать маленькие вентиляторы, требующие гораздо меньше электроэнергии, пополняя воздух через приточные вентиляционные отверстия в помещении.

Однако такое решение не устраняет необходимости в посещениях для технического обслуживания, так как в приточных вентиляционных отверстиях в помещении по-прежнему будут требоваться воздушные фильтры, и их периодически необходимо менять. Одним способом решения этой проблемы является применение воздушного фильтра такого типа, который описан в патентном документе UK 0800824.5.

За счет этого можно эксплуатировать камеры для электронного оборудования такого типа, которые используются для мобильных телефонных базовых станций, без кондиционирования воздуха, при условии, что внешняя температура не превышает максимально допустимую внутреннюю температуру камеры на величину, равную минимальной разности температур, которая может поддерживаться в камере. Например, если максимальная температура внутри камеры будет не выше 35°С при минимальной разности температур 5°С, то максимальная допустимая внешняя температура, при которой камера сможет работать, составит 30°С.

Однако если камера будет использоваться в окружающих средах, где внешние температуры могут превысить максимальную допустимую температуру, то по-прежнему потребуется дополнительное активное охлаждение, чтобы внутри камеры не превышалась максимальная допустимая температура.

На фиг.1 схематично изображена (в сечении) типовая камера 110 для оборудования. Воздушный фильтр 111, например, такой, как описан в патентном документе UK 0800824.5, выполнен в форме настенной камеры 112 с воздуховыпускным отверстием 113, проходящим во внутренний объем 115 камеры 110. Более широкое воздуховпускное отверстие 116 выполнено с возможностью всасывания воздуха из внешней окружающей среды 117 через воздуховод, содержащий последовательно расположенные впускной канал 118 и выпускной канал 120, проходящие между воздуховпускным отверстием 116 и воздуховыпускным отверстием 113 воздушного фильтра 111. Направление воздушного потока показано стрелками 119.

Воздушный фильтр 111 установлен на камере 110 для оборудования так, чтобы впускной канал 118 был направлен с возможностью пропускания воздушного потока 119 вертикально вверх через впускной канал 118, а затем вертикально вниз через выпускной канал 120 по направлению к воздуховыпускному отверстию 113.

Во внутреннем объеме 115 камеры 110 расположен шкаф 121 с электронным оборудованием, который ограничивает дополнительный внутренний объем 115а, внутри которого можно разместить различное электронное оборудование (не показано). Впускное вентиляционное отверстие 122 выполнено с возможностью ввода воздуха из внутреннего объема 115 в шкаф 121 (воздушный поток показан стрелками 123). Другое вентиляционное отверстие 124 выполнено с возможностью вывода воздуха из шкафа 121 в вытяжной воздуховод 125 через вытяжной колпак 126, расположенный сверху шкафа 121. Вытяжной вентилятор 127 выводит воздух из воздуховода 125 и камеры 110 во внешнюю окружающую среду 117. Таким образом, вентилятор 127 за счет создания частичного разрежения во внутреннем объеме 115 обеспечивает всасывание воздуха из внешней окружающей среды 117 во внутренний объем 115 через воздушный фильтр 111. С другой стороны, при достаточно герметичной камере 110 вентилятор 127 может при нормальных условиях пропускать весь воздушный поток через камеру 110, обеспечивая охлаждение как внутреннего объема 115, так и оборудования внутри шкафа 121 при условии, что внешняя температура не превысит максимально допустимую температуру. Так как воздух из шкафа 121 не может циркулировать в пределах основного внутреннего объема 115 камеры 110, снижается требование к охлаждению внутри камеры 110 в отличие от известных решений, включающих кондиционирование воздуха всего внутреннего объема 115. Альтернативно, вытяжной вентилятор 127 может быть расположен во воздуховпускном отверстии в камере 110, т.е., вплотную к воздуховыпускному отверстию 113 воздушного фильтра 111, создавая в объеме 115 камеры избыточное давление относительно внешней окружающей среды 117.

Для предотвращения повышения температуры в камере 110 для оборудования выше заданного максимального значения, можно установить блок 130 кондиционирования воздуха и выполнить его с возможностью включения после превышения измеренной внутренней температуры (или при ее приближении) заданного максимального значения. Блок 130 кондиционирования воздуха обеспечивает рециркуляцию воздуха внутри камеры и его охлаждение путем отвода тепла во внешнюю окружающую среду через теплообменник 131, расположенный с внешней стороны камеры 110. Однако использование такой системы кондиционирования воздуха в комбинации с другими элементами камеры 110, показанной на фиг.1, приводит к возможному избыточному потреблению электроэнергии для охлаждения камеры 110. В рабочем состоянии кондиционер 130 обеспечивает рециркуляцию охлажденного воздуха в пределах внутреннего объема 115 камеры 110. Этот воздух также всасывается в шкаф 121 с оборудованием и затем выводится через воздуховод 125 во внешнюю окружающую среду с помощью вытяжного вентилятора 127. При таком способе охлаждения возникает проблема, заключающаяся в том, что охлажденный воздух, т.е., воздух, имеющий температуру ниже температуры внешней окружающей среды, может быть выпущен обратно во внешнюю окружающую среду вместо его рециркуляции внутри камеры для обеспечения дополнительного охлаждения. Это приводит к бесполезному расходу энергии, потребляемой при работе кондиционера, и увеличивает период времени, в течение которого блок 130 должен находиться в рабочем состоянии. Проблема может усугубиться тем, что существует тенденция увеличения габаритных размеров вентиляторов в камерах для оборудования и слабый контроль. Другая проблема принудительного охлаждения воздуха может заключаться в переохлаждении. Когда наружная температура становится низкой, непрерывное принудительное охлаждение воздуха может привести к переохлаждению оборудования, чувствительного к низким температурам. В результате при работе в условиях холодной погоды оборудование внутри камеры может выйти из строя из-за постоянной подачи холодного воздуха, что вызывает падение температуры внутри камеры ниже минимальной рабочей.

Одним из возможных решений данной проблемы является использование заслонки для изменения направления потока воздуха, что описано, например, в патентном документе UK 0813462.9. Заслонку для изменения потока воздуха, которая устанавливается, например, в вытяжном воздуховоде, можно использовать для активного изменения направления потока воздуха от выпуска и вывода во внешнюю окружающую среду до рециркуляции воздуха внутри камеры в соответствии с наиболее эффективным режимом использования электроэнергии. Активное управление потоком воздуха в этом способе позволяет понизить потребность в энергоемком кондиционировании воздуха.

Однако использование активного управления воздушным потоком приводит к дополнительным элементам, включая подвижные части и электрическое управление, которые могут иногда выходить из строя или требовать технического обслуживания для обеспечения их продолжительной работы.

Задачей изобретения является уменьшение потери энергии в камерах для оборудования при поддержании термически чувствительного оборудования в пределах безопасных рабочих температур при минимальном использовании дополнительных подвижных частей и электрического управления.

Согласно первому варианту осуществления изобретения камера для оборудования с управлением температурой содержит:

- воздуховпускное отверстие, снабженное приточным вентилятором, предназначенным для подачи воздуха в камеру из внешней окружающей среды через воздуховпускное отверстие для создания избыточного давления воздуха внутри камеры;

- воздуховыпускное отверстие;

- воздуховод, проходящий между выпускным отверстием и шкафом с оборудованием во внутреннем объеме камеры;

- вытяжной вентилятор, предназначенный для подачи воздуха через шкаф и воздуховод по направлению к выпускному отверстию.

При этом воздуховод содержит пассивное средство перепуска воздуха, соединяющее внутренний объем камеры с внутренним объемом воздуховода так, что при выключенном приточном вентиляторе воздух, перемещаемый с помощью вытяжного вентилятора, рециркулирует в пределах внутреннего объема камеры, а при включенном приточном вентиляторе воздух выпускается из камеры через воздуховыпускное отверстие.

Средство перепуска воздуха является пассивным в том смысле, что оно не требует дополнительного управления или приведения в действие, что позволяет менять первый режим работы камеры, когда воздух проходит через камеру, на второй режим работы, когда воздух рециркулирует внутри камеры, и наоборот.

Преимущество приведенной выше конструкции заключается в том, что камера может работать в первом режиме работы, когда воздушные потоки через камеру обеспечивают охлаждение, и во втором режиме работы, когда воздух рециркулирует для обеспечения нагрева, причем переход между двумя режимами возможен только посредством включения или выключения приточного вентилятора. В этом случае не требуется дополнительных подвижных частей, что, следовательно, упрощает конструкцию и уменьшает вероятность выхода ее из строя.

Изобретение позволяет сократить или устранить потребность в дополнительных нагревателях для работы оборудования внутри камеры в холодных погодных условиях, так как выделяющееся самим оборудованием тепло можно использовать для его нагрева. Это, в свою очередь, позволяет расширить географию применения таких систем охлаждения, известных как системы направленного воздуха (или НВ), в регионы с более холодным климатом.

Использование пассивного средства перепуска дополнительно повышает эффективность систем НВ в жарком климате, где требуется охлаждение, за счет возможности выбора режима работы камеры в зависимости от действия приточного вентилятора.

Благодаря сокращению подвижных частей повышается надежность системы по сравнению с известными системами направленного воздушного потока, в которых для управления воздушным потоком в различных режимах работы обычно используются воздушные клапаны и исполнительные механизмы.

Средство перепуска воздуха может быть выполнено в виде одного или нескольких отверстий в самом воздуховоде или в коллекторе, соединяющем шкаф с воздуховодом.

Средство перепуска воздуха может быть выполнено с возможностью управления количеством воздуха, который возвращается обратно во внутренний объем камеры, в частности, путем изменения площади проходного сечения для протекания воздуха. Меньшее поперечное сечение приводит к уменьшению количества рециркулируемого воздуха при работе приточного вентилятора, но к ограничению рециркуляции при выключенном приточном вентиляторе. Наоборот, большее поперечное сечение приводит к увеличению рециркуляции при выключенном приточном вентиляторе, уменьшая тем самым эффект охлаждения проходящего через камеру воздушного потока. Таким образом, предпочтителен оптимальный размер средства перепуска воздуха, который зависит от таких факторов, как скорости воздушных потоков каждого из вентиляторов (приточного и вытяжного) и конкретные размеры камеры, шкафа и воздуховода.

Предпочтительно камера для оборудования содержит контроллер температуры, выполненный с возможностью отключения приточного вентилятора, когда температура воздуха внутри камеры падает ниже заданного уровня. При отключении приточного вентилятора устраняется избыточное давление, которое заставляет воздух проходить сквозь камеру и выходить наружу, так что воздух в основном рециркулирует внутри камеры, проходя внутри воздуховода и обратно во внутренний объем камеры через средство перепуска воздуха. Тепло, вырабатываемое оборудованием внутри шкафа, используется для нагревания внутренней части камеры, предотвращая тем самым падение температуры внутри камеры ниже минимальной рабочей температуры, не требуя дополнительного нагрева.

Камера для оборудования дополнительно может содержать клапан, отклоняющийся в сторону закрытия для ограничения воздушного потока, проходящего через воздуховод по направлению к воздуховыпускному отверстию, когда приточный вентилятор выключен. Отклоненный клапан уменьшает утечку воздуха через выпускное отверстие, когда камера находится в режиме рециркуляции, предотвращая всасывание воздуха в камеру через отключенный приточный вентилятор или через воздуховыпускное отверстие. Такой клапан может быть выполнен в виде расположенной в воздуховоде слегка подпружиненной поворотной заслонки, причем эта заслонка выполнена с возможностью открытия за счет действия избыточного давления внутри камеры. Предпочтительно клапан является обратным, который позволяет либо пропускать воздух к воздуховыпускному отверстию, либо возвращать его.

Предпочтительно камера содержит блок кондиционирования, выполненный с возможностью охлаждения воздуха внутри камеры, если температура в ней превышает максимально заданную. Блок кондиционирования позволяет использовать камеру во внешних окружающих средах, когда нагнетаемого воздуха, исключительно охлаждающего, будет недостаточно для поддержания температуры внутреннего объема камеры в пределах предпочтительного диапазона температур.

Предпочтительно блок кондиционирования выполнен с возможностью прекращения работы, если температура воздуха в камере больше измеренной наружной температуры с учетом заданной разности температур, и если измеренная внешняя температура ниже максимальной внешней температуры на более чем заданную разность температур. Управление блоком кондиционирования воздухом в зависимости от внешней, а не внутренней температуры воздуха позволяет отключить блок кондиционирования воздуха в случае, когда охлаждаемого нагнетаемого воздуха будет достаточно для поддержания внутренней температуры в пределах предпочтительного диапазона температур.

Вторым объектом изобретения является способ работы описанной выше камеры для оборудования с управлением температурой, включающий в себя следующие этапы, на которых:

- включают приточный вентилятор для подачи воздуха в камеру;

- включают вытяжной вентилятор для нагнетания воздуха через воздуховод по направлению к воздуховыпускному отверстию;

- выключают приточный вентилятор с сохранением включенного состояния вытяжного вентилятора для осуществления рециркуляции воздуха в пределах внутреннего объема через средство перепуска воздуха, когда измеренная температура воздуха в пределах внутреннего объема камеры падает ниже заданной минимальной температуры.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично показана камера для оборудования, имеющая воздушное охлаждение, вид в сечении;

на фиг.2 - схематично показана камера для оборудования, содержащая средство перепуска воздуха согласно настоящему изобретению, которая работает в проточном режиме;

на фиг.3 - то же, но в режиме рециркуляции;

на фиг.4 показана последовательность операций, иллюстрирующая типичный способ работы камеры для оборудования.

Камера 110 для оборудования, показанная на фиг.1, представлена выше при описании уровня техники.

На фиг.2 показана типовая камера 110 для оборудования, такая же, как и на фиг.1, но с определенными изменениями в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Эта камера 110 включает в себя приточный вентилятор 228 и средство 240 перепуска воздуха, выполненное в воздуховоде 125. Средство 240 перепуска воздуха показано в виде отверстия в стенке воздуховода 125. Как вариант, оно может быть выполнено в колпаке или коллекторе 126, соединяющем шкаф 121 с воздуховодом 125. В показанной конструкции поток воздуха через камеру 110 образуется за счет создания установленным в воздуховпускном отверстии 113 в камере 110 приточным вентилятором 228 избыточного давления во внутреннем объеме 115 и совместно с вытяжным вентилятором 127, нагнетающим воздух через воздуховод 125 по направлению к воздуховыпускному отверстию 150. В результате внутреннее давление р₂ выше, чем внешнее давление p₁ (давление окружающей атмосферы). Эта разность давления (p₂-p₁) вызывает перемещение воздуха, который проходит в воздуховод через средство 240 перепуска воздуха и выходит наружу из камеры через воздуховыпускное отверстие 150. При этом, когда работают оба вентилятора 228 и 127, воздух не возвращается обратно во внутренний объем 115 камеры 110, если камера 110 является в достаточной мере герметичной для предотвращения выхода воздуха из камеры где-нибудь в другом месте, кроме воздуховыпускного отверстия 150.

Таким образом, в режиме работы, показанном на фиг.2, воздух проходит в направлении, показанном стрелками 215, 123, 216 и 217, из воздуховпускного отверстия 113, через шкаф 121, через вытяжной вентилятор 128 и наружу из камеры через воздуховод 125 и воздуховыпускное отверстие 150 во внешнюю окружающую среду. Часть воздуха, подаваемого с помощью приточного вентилятора 228, проходит в воздуховод 125 через средство 240 перепуска воздуха, как показано стрелкой 218. Количество этого воздуха ограничено проходным сечением средства 240 перепуска воздуха. Большее проходное сечение средства 240 перепуска воздуха приводит к большему количеству воздуха, протекающему через это средство 240 по сравнению с воздухом, протекающим через шкаф 121.

Кроме того, на фиг.2 показан дополнительный клапан 220, установленный на участке воздуховода 125. Клапан 220 показан на фиг.2 в открытом состоянии, обусловленном разностью давлений воздуха внутри и снаружи камеры 110.

На фиг.3 показана камера 110 во втором режиме работы, когда приточный вентилятор 228 выключен. Это приводит к падению внутреннего давления р₂ и уменьшению тяги для воздуха, который выпускается из камеры через воздуховыпускное отверстие 150. В результате воздух, подаваемый вытяжным вентилятором 127, проходит в основном через средство 240 перепуска воздуха обратно во внутренний объем 115 камеры 110, как показано стрелкой 318, обеспечивая тем самым циркуляцию тепла, выделяемого оборудованием внутри шкафа 121. Преимущество данного режима работы заключается в том, что не обязателен дополнительный нагрев для предотвращения охлаждения оборудования внутри камеры ниже минимальной рабочей температуры в случае, когда внешние температуры являются низкими. Другим преимуществом, которое в дальнейшем будет изложено более подробно, является снижение требования к питанию, когда кондиционирование воздуха становится обязательным в результате повышения внешних температур.

Дополнительный клапан 220, показанный на фиг.3 в закрытом состоянии, дополнительно уменьшает поток воздуха, выводимого из камеры 110 в случае, когда приточный вентилятор 228 выключен. Клапан 220 выполнен с возможностью выпуска воздуха из камеры, когда минимальная разность между давлением внутри камеры и давлением внешней окружающей среды повышается. Эта возможность реализуется с помощью слегка отклоненной подпружиненной поворотной заслонки, которая отклоняется с помощью пружины в закрытое состояние при малой разности давлений. Клапан 220 также выполняет функцию обратного клапана для предотвращения всасывания воздуха в камеру через воздуховыпускное отверстие 150. Как вариант, в камере 110 можно использовать другое средство для увеличения противодавления, такое как приводной клапан, который выполнен с возможностью закрытия воздуховыпускного отверстия 150, когда приточный вентилятор 228 отключен. В общих чертах, такое средство для повышения противодавления внутри камеры 110 позволяет дополнительно управлять коэффициентом перепуска воздуха, который представляет собой количество воздуха, выходящего из камеры 110, когда приточный вентилятор 228 выключен, по отношению к количеству воздуха, проходящего в камеру 110 и из нее, когда приточный вентилятор 228 включен. Другими элементами, которые могут влиять на этот коэффициент, являются дополнительные детали, такие как вытяжная воздухораспределительная решетка или крышка на воздуховыпускном отверстии 150, любые другие элементы, ограничивающие поток внутри воздуховода 125, а также внутренние размеры самого воздуховода 125.

Блок 130 кондиционирования воздуха, показанный на фиг.2 и 3, установлен на боковой стенке камеры 110. В рабочем состоянии блок 130 кондиционирования рециркулирует воздух и охлаждает его в пределах внутреннего объема 115 камеры 110, выводя тепло во внешнюю окружающую среду. Блок 130 кондиционирования может быть установлен на любой доступной боковой стенке или на крыше камеры.

В соответствующих местах внутри и вокруг камеры 110 могут быть расположены датчики температуры (не показаны) для измерения температуры воздуха внутри камеры. Такие датчики могут быть выполнены в виде, например, термопар или термисторов. Для согласованной работы приточного вентилятора 228 и блока 130 кондиционирования может использоваться блок управления или контроллер 230, который подсоединен как к приточному вентилятору 228, так и к блоку 130 кондиционирования, а также к датчикам температуры, распложенным по всей камере 110. Блок 230 управления может быть выполнен с возможностью управления блоком 130 кондиционирования и приточным вентилятором 228 для того, чтобы минимизировать потери электроэнергии при работе системы охлаждения в камере 110. Типичный контроллер содержит микропроцессор, имеющий ряд входов и выходов, причем входы подсоединены к одному или нескольким датчикам температуры, расположенным в камере 110, а выходы выполнены с возможностью управления работой кондиционера 130 и приточного вентилятора 228, например, путем управления одним или несколькими электрическими реле. Преимущественно датчики температуры расположены в пределах внутреннего объема 115 камеры 110 и внутри воздуховода 125, предпочтительно по потоку перед средством 240 перепуска воздуха для контроля над температурой воздуха внутри шкафа 121.

Поскольку работа блока 130 кондиционирования, показанного на фиг.2 и 3, приводит к потреблению существенно большего количества энергии по сравнению с работой одного вентилятора 227, блок 130 кондиционирования предпочтительно выполнен с возможностью работы только тогда, когда недостаточно охлаждения, обеспечиваемого режимом работы, показанным на фиг.2, т.е. когда измеренная температура T₁ внутреннего объема 115 превышает заданное максимальное значение. Эта температура определяется путем измерения температуры воздуха, протекающего через воздуховод 125, так как полученное значение соответствует температуре оборудования внутри шкафа 121. Заданное максимальное значение T_max может быть установлено согласно максимальной внешней температуре совместно с минимальной разностью температур ΔT_min, которая предложена при работе камеры 110 в первом режиме (фиг.2), т.е., только с помощью охлаждения вентилятором. Например, если камера может работать с минимальной разностью температур воздуха внутри и снаружи камеры 5°С (ΔT_min=5°C), и максимальная заданная температура воздуха в пределах внутреннего объема составляет 35°С (T_max=35°С), то при температуре воздуха снаружи 30°С или более потребуется принудительное охлаждение камеры 110 путем использования блока 130 кондиционирования.

Сразу после начала работы блока 130 кондиционирования температура воздуха внутри камеры 110 может быстро падать, в результате чего холодный воздух может быть выпущен через первое выпускное отверстие 206 перед тем, как оборудование внутри шкафа охладится до требуемой температуры. Понятно, что выпуск воздуха из камеры 110, температура в которой ниже по сравнению с температурой внешней окружающей среды, является неэкономичным и приведет к необходимости более интенсивной работы блока 130 кондиционирования для достижения требуемого эффекта охлаждения. В связи с этим приточный вентилятор 228 выключается, когда работает блок 130 кондиционирования.

Когда блок 130 кондиционирования работает, а приточный вентилятор 228 выключен, как показано на фиг.3, температура T_I рециркулирующего внутреннего воздуха контролируется и сравнивается с внешней температурой T_E. Если T_I превышает T_E на заданную величину (которая может быть равна нулю), а T_E ниже максимально разрешенной внутренней температуры более чем на минимальную разность температуры ΔT_min, контроллер 230 посылает сигнал в блок 130 кондиционирования для прекращения работы. Таким образом, блок 130 кондиционирования можно выключить в случае, когда он не нужен, т.е. тогда, когда температура внешнего воздуха является достаточно низкой, чтобы обеспечить охлаждение только посредством пропускания воздуха через камеру.

Сразу после выключения блока кондиционирования приточный вентилятор 228 может оставаться выключенным, чтобы позволить воздуху рециркулировать внутри камеры до тех пор, пока его температура T_I не повысится до уровня чуть ниже T_max, т.е. T_max - ΔТ, где ΔТ - разность температур, выбранная в соответствии с производительностью охлаждения камеры только в режиме работы вентилятора. Затем контроллер 230 посылает сигнал на включение приточного вентилятора 288, возвращаясь к проточному режиму работы (фиг.2).

Приведенная выше последовательность этапов изображена в виде алгоритма на фиг.4, который представляет собой логические решения, которые может принимать соответствующий программируемый контроллер 230 для управления системой охлаждения камеры 110. Последовательность операций начинается (этап 400) в первом режиме работы камеры 110, т.е. при выключенном блоке 130 кондиционирования воздуха и включенных обоих вентиляторов 228 и 127 (этап 410). Контроллер сравнивает внутреннюю температуру T_I с максимальной температурой T_max (этап 420). Если T_I>T_max, то включается блок 130 кондиционирования (этап 430). Затем контроллер 230 сравнивает температуру T_O выпускаемого воздуха с температурой Т_Е внешнего воздуха (этап 440). Если T_O<T_E, то приточный вентилятор 228 отключается (этап 450). Затем контроллер 230 сравнивает внутреннюю температуру T_I с внешней температурой T_E с учетом минимальной разности температур ΔT_min (этап 406). Если T_I больше T_E+ΔT_min и при условии, что T_E+ΔT_min не равно или больше чем T_max, блок 130 кондиционирования отключается (этап 470). Затем контроллер 230 сравнивает внутреннюю температуру T_I с максимально допустимой температурой с учетом заданной разности ΔТ (этап 480). Если T_I больше T_max-ΔТ, то приточный вентилятор 228 включается (этап 490). Затем система охлаждения переходит в состояние, в котором начинается процесс, и контроллер возвращается к контролю внутренней температуры (этап 420).

Вместо последовательного выполнения некоторых этапов вышеприведенного процесса некоторые этапы можно выполнять совместно или без ожидания завершения результате проверки. Например, этап 480 может быть пропущен, что приводит к отключению приточного вентилятора 228 сразу после отключения блока 130 кондиционирования воздуха. Альтернативно или дополнительно может быть пропущен этап 440, что приводит к выключению приточного вентилятора 228 сразу после включения блока кондиционирования воздуха.

Во избежание переохлаждения оборудования внутри камеры, когда внешняя температура является низкой (например, ночью), приточный вентилятор 228 может быть выключен, если измеренная температура воздуха, проходящего через выпускное отверстие 150, падает ниже заданного уровня. Тепло, вырабатываемое оборудованием внутри камеры, можно затем использовать для обогрева внутреннего объема камеры, за счет чего можно предотвратить переохлаждение оборудования, чувствительного к изменениям температуры (такого как аккумуляторы).

В случае выхода из строя блока 130 кондиционирования, например, из-за неисправности оборудования или отключения электроэнергии, контроллер 230 можно выполнить так, чтобы при этом включался приточный вентилятор 228, предотвращая чрезмерный нагрев. Для достижения этого температуру потока воздуха через средство 240 перепуска воздуха можно сравнивать с помощью контроллера 230 с другим заданным значением высокой температуры, и средство 240 перепуска воздуха переключается сразу после превышения этого заданного значения. Предпочтительно, чтобы в таком случае контроллер 230 был выполнен также с возможностью подачи сигнала тревоги (например, посредством радиосвязи) для информирования удаленного пользователя о неисправности для того, чтобы можно было выполнить ремонт блока 130 кондиционирования. Таким образом, камера 110 может находиться в рабочем состоянии за счет поддержания функционирования со сниженным уровнем охлаждения, обеспечиваемого одними вентиляторами 228 и 127, которые могут питаться с помощью аварийного аккумуляторного питания, если блок 130 кондиционирования воздуха выйдет из строя из-за отключения электроэнергии.

Изобретение относится к вентиляции и управлению температурой в камерах для электронного оборудования, в частности к устройствам и способам управления воздушным потоком внутри таких камер. Технический результат - повышение эффективности охлаждения путем направления тепла, вырабатываемого электрическим оборудованием внутри помещения, во внешнюю окружающую среду, что снижает затраты электроэнергии и частоту технического обслуживания и затраты на него, - достигается тем, что камера (110) для оборудования с управлением температурой содержит: воздуховпускное отверстие (113) с приточным вентилятором (228) для подачи воздуха в камеру из внешней окружающей среды через воздуховпускное отверстие, создавая избыточное давление воздуха внутри камеры, когда он включен; воздуховыпускное отверстие (150); воздуховод (125), проходящий во внутреннем объеме (115) камеры между шкафом (121) с оборудованием и выпускным отверстием; и вытяжной вентилятор (127) для нагнетания воздуха через шкаф и воздуховод по направлению к выпускному отверстию. При этом воздуховод содержит средство (240) перепуска воздуха, соединяющее внутренний объем камеры с внутренним объемом воздуховода, так что при выключенном приточном вентиляторе воздух, перемещаемый с помощью вытяжного вентилятора, рециркулирует в пределах внутреннего объема камеры, а при включенном приточном вентиляторе воздух выпускается из камеры через воздуховыпускное отверстие. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Камера для оборудования с управлением температурой, содержащая воздуховпускное отверстие, снабженное приточным вентилятором, предназначенным для подачи воздуха в камеру из внешней окружающей среды через воздуховпускное отверстие для создания избыточного давления воздуха внутри камеры, воздуховыпускное отверстие, воздуховод, проходящий между выпускным отверстием и шкафом с оборудованием во внутреннем объеме камеры, и вытяжной вентилятор, предназначенный для подачи воздуха через шкаф и воздуховод по направлению к выпускному отверстию, в которой воздуховод содержит пассивное средство перепуска воздуха, соединяющее внутренний объем камеры с внутренним объемом воздуховода, так что при выключенном приточном вентиляторе воздух, перемещаемый с помощью вытяжного вентилятора, рециркулирует в пределах внутреннего объема камеры, а при включенном приточном вентиляторе воздух выпускается из камеры через воздуховыпускное отверстие.

2. Камера по п. 1, в которой средство перепуска воздуха представляет собой одно или несколько отверстий в стенке воздуховода.

3. Камера по п. 1, в которой средство перепуска воздуха представляет собой одно или несколько отверстий в коллекторе, расположенном между воздуховодом и шкафом.

4. Камера по любому из пп. 1-3, которая содержит блок кондиционирования воздуха, выполненный с возможностью управления охлаждением воздуха внутри камеры в случае, если температура воздуха внутри камеры превышает заданную максимальную температуру.

5. Камера по любому из пп. 1-3, которая содержит контроллер, выполненный с возможностью отключения приточного вентилятора в случае, когда температура воздуха, проходящего через воздуховод, опускается ниже заданной минимальной температуры.

6. Камера по п. 4, которая содержит контроллер, выполненный с возможностью отключения приточного вентилятора в случае, когда температура воздуха, проходящего через воздуховод, опускается ниже заданной минимальной температуры.

7. Камера по п. 4, которая содержит контроллер, выполненный с возможностью отключения приточного вентилятора в случае, когда блок кондиционирования воздуха находится в рабочем состоянии.

8. Камера по любому из пп. 1-3, 6, 7, которая содержит клапан, отклоненный в направлении к закрытому положению и выполненный с возможностью ограничения потока воздуха через воздуховод по направлению к воздуховыпускному отверстию в случае, когда приточный вентилятор выключен.

9. Камера по п. 4, которая содержит клапан, отклоненный в направлении к закрытому положению и выполненный с возможностью ограничения потока воздуха через воздуховод по направлению к воздуховыпускному отверстию в случае, когда приточный вентилятор выключен.

10. Камера по п. 5, которая содержит клапан, отклоненный в направлении к закрытому положению и выполненный с возможностью ограничения потока воздуха через воздуховод по направлению к воздуховыпускному отверстию в случае, когда приточный вентилятор выключен.

11. Способ работы камеры для оборудования с управлением температурой по п. 1, включающий в себя этапы, на которых: включают приточный вентилятор для подачи воздуха в камеру, включают вытяжной вентилятор для нагнетания воздуха через воздуховод по направлению к воздуховыпускному отверстию, выключают приточный вентилятор при работающем вытяжном вентиляторе для осуществления рециркуляции воздуха в пределах внутреннего объема через средство перепуска воздуха, когда измеренная температура воздуха в пределах внутреннего объема камеры падает ниже заданной минимальной температуры.

12. Способ по п. 11, включающий в себя выключение приточного вентилятора в случае, если температура воздуха, проходящего через воздуховод, падает ниже заданной минимальной температуры.