具有散热结构的户外机柜 【技术领域】
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种具有散热结构的户外机柜。
背景技术
电信运营商为适应城市和农村全覆盖的市场需求，对于人员相对稀少，网络容量需求不大的农村应用环境，为了降低成本，同时满足快速组网的要求，运营商通常不愿意建设成本相对较高的通信机房而采用户外设备。而对于城市来说，主要以补网而主，这时运营商为了节省占地面积，也越来越多地使用户外设备，其成本低并且组网高效。
鉴于通讯户外设备的这些优点，户外机柜应用将越来越广泛。据统计，室外通讯设备在一些发达国家的应用比例已达50％；在我国，对户外设备的需求也越来越多，为适应通讯业发展的需要，户外机柜的研发将是目前结构设计的重点之一。
户外设备就是能够在室外环境中使用的设备。众所周知，室外环境相对于室内来说要严酷很多，户外的使用环境要求通常是工作环境温度为-40℃～+50℃，相对湿度为10％～100％，能适应遮雨、雪、沙尘、盗抢等各种恶劣条件。
随着通讯行业技术的发展，通讯设备的集成度越来越高，单位空间的热耗也越来越大，这使得设备的散热问题日益突出。对于户外设备来说，散热和防护是两个最突出的问题。室外设备同室内设备的最大区别在设备自身的防护上，不同的防护等级对散热手段的影响也不相同。
户外机柜的散热方式主要有三种：内外通风散热、热交换器散热、空调型散热。
内外通风散热，这种散热方式是通过安装在机柜内部的风扇来强迫机柜内部风道实现内外空气的流通，从而将机柜内部设备的热量不断地散发出去。这种方式的采用，可以直接利用外部空气，散热效率较高，重量较轻，运行成本低。但是缺点是对安装在机柜内部的设备没有很好的防护，设备本身需要做“三防”处理，而且机柜结构比较复杂，既要做到防水防尘又不能做成密封的结构。这种散热方式用于设备本身具有较强防护能力，且使用环境良好的场合。
空调型散热，这种散热方式是通过安装在机柜上的空调来实现机柜内部设备的散热。这种方式的优点是机柜内部和外部环境隔绝，从而对安装在机柜中的设备形成很好的保护；其次，由于空调的制冷作用，使得机柜内部的温度可以低于环境温度，散热效率非常高。但是缺点也有明显，首先就是成本高，空调的价格远远高于热交换器，平时运行费用也高，因为工业空调非常耗电，对于运行商来说这是个长期支出，还有一个是维护费用高。在上述三种散热方式中，使用空调的可靠性最差，其次，重量很重。由于空调的费用相对其他两种散热方式高很多，因此空调型散热的机柜基本上被运营商淘汰。
热交换器散热，这种散热方式是通过安装在机柜上的热交换器来实现机柜内外热量的传导，从而将机柜内部设备的热量散发出去。这种方式的优点是机柜内部和外部环境隔绝，从而对安装在机柜中的设备形成很好的保护，同时运行成本低。这种散热方式目前在户外机柜中使用最广泛。
现有技术的热交换器通常包括内循环风机、外循环风机和换热器芯体。热交换器的体积较大，同时这种热交换器的价格较高，不便在户外机柜上推广使用。如何设计一种体积较薄、成本又比较低的密闭热交换系统，是个技术难题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种体积较薄、成本较低的户外机柜，以满足户外机柜对散热结构的要求。
为此，本发明提供的户外机柜，包括：柜体，其至少一侧壁上开设有在侧壁的宽度方向延伸的柜体出风口和柜体进风口；以及至少一散热器，各散热器包括壳体和设置于壳体中的换热芯体，壳体呈扁平盒状、具有与柜体的侧壁相贴合的内侧壁以及位于壳体四周的法兰边，其中，换热芯体将壳体内腔分隔为内循环风道和外循环风道，壳体内侧壁上开设内循环进风口和内循环出风口，分别与柜体出风口、柜体进风口连通；壳体外侧壁上开设有外循环出风口和外循环进风口，其连通外部空间。
在本发明中，将机柜的一个或多个侧壁设计成可以进行充分热交换的结构，这样就能在机柜密闭的状态下通过侧壁地热交换能力将机柜内部的热量源源不断地散发出去。在需要较大散热能力的时候，通过风扇对侧壁散热结构施加一定的风量风压来提高散热能力。而且，在本发明中，将散热器和机柜设计成分开的两部分，使得柜体和散热器的可加工性和散热能力均较好。
当户外机柜内部安装的设备功率不大且机柜使用环境温度不是世界上的高温地区的时候，机柜散热器外循环根据烟囱效应实现自然通风，可以不用风机。这个时候，机柜的噪音将是非常环保的，是个静音设备。
当户外机柜内部安装的设备功率较大且机柜使用环境温度是世界上的高温地区的时候，机柜外循环可以通过增加风机来加大散热器的换热效率，从而保证户外机柜内部设备的长期可靠运行。
对比使用传统热交换器的户外机柜，本侧壁散热结构具有如下诸多优点：
首先是在本发明中散热器结构简单，只需要外壳和散热芯体即可，制作成本低。与相同性能的传统热交换器相比，便宜一半以上的价格。
其次是这种结构的散热器设计尺寸非常灵活，由于传统热交换器包含了风机和换热芯体，尤其是风机的尺寸直接限制了传统热交换器的厚度尺寸，而本散热器不包含风机，即使配风机也是分开安装的，因此可以根据机柜的需要来设计厚度尺寸，使得设计厚度较薄的户外机柜成为可能。
再次是重量轻，由于尺寸可以做薄做小，因此重量也会随之降低。
实施本发明的实施例，可以设计成本低、可靠性高的密闭户外机柜。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明的其它的目的、特征和效果作进一步详细的说明。
【附图说明】
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。图中，
图1是根据本发明的户外机柜散热结构方案的示意图；
图2是根据本发明的户外机柜的立体图；
图3是根据本发明的散热器的立体图，其示出了散热器的内循环面；
图4是图3所示散热器的外循环面的立体图；
图5是机柜的示意性后视立体图；
图6是安装有散热器的机柜的示意性后视立体图；
图7是安装有散热器的机柜的示意性前视立体图；
图8是加上外循环风扇后的机柜的示意性侧视图。
【具体实施方式】
下面将参考附图并结合优选实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明的户外机柜散热结构方案的示意图。图中，101是机柜顶盖，102是机柜门、103是机柜柜体、104是机柜的散热器、105是内循环风道、106是外循环风道、107是换热芯体，散热器和机柜是互相独立的两个部件。为了提高散热器的换热效率，散热器材料使用传统热交换器的芯体材料，如此保证了这种散热器的换热效率理论上跟传统热交换器一样。
如图1所示，在机柜中散热器104上形成2个互相密闭的循环风道——内循环风道105和外循环风道106，内循环风道和机柜内部互连互通，在户外机柜中，通常有风扇插箱跟设备插箱配合，通过适当的风道将设备运行时产生的热量吹(或抽)入散热器的内循环风道，再通过散热芯体107的热传导功能，将散热器内循环风道中的热量传递到散热器的外循环风道中，由于散热器的外循环风道跟外界互连互通，因此外循环风道的热量将被传递到外界环境中，机柜系统的内外循环将使得机柜内设备的发热被源源不断地散发出去，从而使机柜中设备能够长期可靠运行。
图2是根据本发明的户外机柜的立体图。图中，201是机柜顶盖，202是机柜门，203是机柜底座，204是机柜柜体，205是机柜后盖。在205机柜后盖中安装了一个散热器部件，这个散热器部件就是给机柜系统散热的核心部件，结合机柜的风道、风扇就构成了一个完整的户外机柜散热系统。
图3和图4示出了根据本发明的散热器。图中，301是散热器内循环进风口，302是散热器的安装法兰边，通过该法兰边将散热器安装到机柜上，303是散热器内侧壁，其与机柜柜体贴合，304是散热器内循环出风口。401是外循环出风口，402是外循环面，403是外循环进风口。这个侧壁散热器实际上就是一个没有风机和监控等电气附件的热交换器结构，所使用的换热材料也是传统热交换器的芯体材料，例如铝箔或铜箔，在本发明中，铝箔或铜箔的厚度优选为0.1～0.3mm，并且呈折叠状，所以纯粹从换热能力上来说跟传统热交换器一样，但是价格却大大降低。
图5是机柜的示意性后视立体图，其中，机柜散热系统中的散热器就安装在机柜的背面，图中，504是机柜底部，505是机柜顶部，501是机柜背面的上长方孔，即机柜出风口。当安装散热器的时候，对应散热器的内循环进风口，502是机柜柜体和散热器的贴合面，503是机柜背面的下长方孔，即机柜进风口，当安装散热器的时候，对应散热器的内循环出风口。
图6是安装有散热器的机柜的示意性后视立体图。图中，602是散热器，604是机柜，散热器602通过散热器安装法兰边302安装到机柜604的背面。当散热器602和机柜604安装时，散热器内循环进风口301和机柜背面的上长方孔501正好对齐；散热器内循环出风口304和机柜背面的下长方孔503正好对齐。
由于散热器法兰安装边302和机柜604接合面之间粘贴有密封条，所以散热器602安装到机柜604上并紧固后，就使得散热器的内循环和机柜内部融为一体，同时使得散热器外循环跟散热器内循环隔绝，这个隔绝对于机柜是非常有益处的，因为它使户外机柜在散热这个环节具有很好的密闭性。图6中还有两个部分：散热器外循环出风口601和散热器外循环进风口603，散热器外循环进、出风口601、603都和外部环境连通。
图7是安装有散热器的机柜的示意性前视立体图，为了示出内部，移除了前门。图中，701是机顶风腔，该风腔只有两个缺口，一个跟散热器内循环进风口301相通，另一个跟风扇插箱702相通，703是设备插箱，该插箱是主要的发热插箱，该插箱内设备所产生的热气流通过风扇插箱702汇聚到机顶风腔中，704是机柜内部内循环出风口。
当然，设备插箱703也可以直接或通过管道与机顶风腔701相通，以便设备插箱产生的热气流汇聚到机顶风腔701中。可以想到，机柜内产生热量的设备插箱通常具有多个，这些设备插箱可以通过管道连接至机顶风腔，以便各设备插箱产生的热气流汇聚到机顶风腔中，再由内循环进风口301进入内循环风道。
图7中的向上箭头代表机柜中的风流方向。从图中可以看出机柜内循环的流向，风扇插箱702将设备插箱703的热量抽入机顶风腔701，然后进入散热器内循环进风口301，通过散热器内循环风道，完成换热过程，冷风从机柜内部内循环出风口704流出，这就是机柜内部散热内循环的过程。而散热器外循环风道中的风流是从下往上的，根据烟囱效应，在一个竖直的通道中，热空气会自然的从下往上流动，所以即使没有对散热器外循环风道施加一个外部强迫风流，散热器也具有一定的散热能力。这个时候，由于没有外部风扇，机柜的噪音将是非常环保的，是个静音设备。
当机柜内部设备的热耗较大时，需要散热器具有较高的散热效率和散热能力，这个时候，需要对散热器外循环风道施加一个强迫风流，以提高散热器内外循环之间的热交换效率。
图8是加上外循环风扇后的机柜的示意性侧视图。图中，801是散热器外循环风扇组，这个风扇组有多个风扇，取决于系统设备的热耗。由于散热器外循环是和机柜内部隔绝的，因此散热器外循环风扇组801只能安装在机柜外面，图8中是安装在机柜底部的，从图2中可以看出，它是在机柜203底座中。
散热器外循环风道加上散热器外循环风扇组801以后，通过控制风扇运转的个数和转速可以来实现散热器散热能力的调节，通过这个技术，使得这个散热系统成为一个柔性系统，即根据不同的环境温度和设备功耗来自动调节散热系统的散热能力。
综上所述，本发明实施例通过安装在机柜侧壁上的散热器可以实现机柜的密闭散热；同时，通过配套的外循环风扇组，可以实现整机系统的散热能力的提升；另外，通过对风扇运转个数和转速的调节，可以自动调节整机散热能力。由于散热器的价格比较便宜，即使加上配套的风扇组，其价格也远远低于传统热交换器，因此通过本发明实施，可以设计和生产出低成本和高效率的密闭户外机柜。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。