CN100477897C - 电子设备温度控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子设备温度控制系统，包括蒸发器、向上述蒸发器传送液态制冷剂的膨胀阀、收集自蒸发器传送的气态制冷剂的收集装置、压缩气态制冷剂的压缩机、将气态制冷剂液化为液态制冷剂并重新提供给上述膨胀阀的冷凝器、温度控制器以及监测电子设备发热部件(或简称部件)温度的监控台，所述监控台与温度控制器之间相互通信。本发明的温度控制系统可用于多种场合，并且很容易在室内达到静音的效果；如果应用在计算机系统上，机箱可以做得很薄很小从而少占用空间，而且可以做得很封闭，最大限度地降低电磁辐射。本发明还提供一种自适应的、分布式的温度控制方法。

Description

电子设备温度控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电子设备温度控制系统及方法，尤其涉及一种自适应的、分布式的电子设备温度控制系统及方法。

背景技术

目前公知的散热主要的方式有风冷散热、半导体制冷、蒸汽压缩式制冷、热管技术和液冷等。其中风冷散热为目前市场的主流。上述的各种散热方式均具有影响散热快慢的一些因素，而这些因素就成为上述几种散热方式中比较难以克服的缺点。

首先，风冷散热最大的好处是成本低，但是由于风扇是垂直于主板放置的，风扇的大小受机身厚度的限制，因此散热效率也就同样受到了限制，从而防碍机身变薄，这种方法极其费电，而且，这种散热方法不能将温度降到室温以下，因此散热效果也不佳，风扇转动存在噪音，而且风扇寿命有时间限制。并且风扇散热在一些场合并不非常适用，如对于服务器的散热，由于服务器对散热的一些特殊要求：可靠性、稳定性、成本、效率等。对服务器的风冷散热主要采用传导的方式将热量带到机箱内；再通过对流方式将热量从机箱内带到机房中；最后通过空调将机房中的热量带到室外。

由于受成本等因素限制，目前常用的风扇一般采用铝制散热片设计，但是根据热传导率，铜制散热片的散热效果会更好些，但一则增加成本，二则可能会导致风扇安装后转动时不稳定。而且在风冷散热方式中，主要是通过强制对流方式将散热片上的热量传给周围环境，而空气对流的速度、传导的热量以及空气本身的冷却速度与其他液体相比均是比较差的，另外，风冷中，辐射散热一般均不能起到什么作用。

如2003年4月23日公开的中国专利第01136490.4号揭示的目前广泛使用的风冷散热，就是将一块导热性较好的散热片紧贴在发热量较大的芯片上，在散热片的上方再固定一个风扇，热由芯片核心通过热传导传递到芯片表面，散热片与芯片表面接触，再由风扇转动所造成的气流将散热片上的热带走，如此循环不绝实现整个散热的过程，以控制芯片的温度。现有的显卡芯片、CPU、主板北桥芯片都已采用这种方法散热。硬盘、机箱通常也是采用风冷散热，只是一般没有加上散热片，而是直接安装风扇。这种散热方法的缺点是：还需要安装空调来降低机房的温度，这样风扇和空调都会产生很大的噪声；另外，散热风扇容易发生故障；机箱不密闭而引起辐射泄露，而有损使用者的身体健康；且CPU工作温度和机箱内温度高于室温。

半导体制冷器的制冷效果不错，但其功耗较大，对容量较小的电源已是岌岌可危了，即使是功率较大的优质电源可以勉强负担但是工作在极限状态故障的几率也会大大上升，甚至常会发生死机的现象，对于电脑工作者并非是一个最好的选择。

2004年3月24日公开的中国专利第03135513.7号提及了一种蒸汽压缩式制冷方法。其揭示一个基本的单级蒸汽压缩式制冷循环系统，它由压缩机、冷凝器、节流阀(又称膨胀阀)和蒸发器等四个最基本的部件组成。把蒸发器直接安装在发热量较大的部件(比如CPU、硬盘)上，其余制冷设备安装在机箱外，利用蒸发器吸热为部件散热。这种散热方法的缺点是：无法进行自适应调节，不能根据部件的温度动态地调节整个制冷系统的工作频率，达到节能和静音的效果；并且无法进行分布式控制，从而不能根据各个部件温度的差异(比如CPU的温度一般高于硬盘的温度)，采取不同的控制策略。与蒸汽压缩式制冷相关或类似的专利，还可以参照美国专利第6381135号、第6493223号、及日本专利第2004-054837号、第2002-091624号等。

为了解决是述风冷散热的散热效果较差、噪声较大、风扇故障较多且泄露辐射的缺陷，以及现有的蒸汽压缩式制冷无法自适应调节、无法分布式控制等缺点，因此有必要提供一种新的电子设备温度控制的系统及方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种具有较强的散热能力且可以静音节能的电子设备温度控制系统。

本发明要解决的另一技术问题在于提供一种可以减少中间热交换环节，提高散热效率的温度控制系统。

本发明要解决的其他技术问题在于提供一种自适应、分布式并且减少中间热交换环节的温度控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明温度控制系统，包括固定在发热部件上的蒸发器、向上述蒸发器传送液态制冷剂的膨胀阀、收集自蒸发器传送的气态制冷剂的收集装置、压缩气态制冷剂的压缩机、将气态制冷剂液化为液态制冷剂并重新提供给上述膨胀阀的冷凝器、温度控制器以及监测发热部件温度的监控台；所述监控台在其测得的温度大于预定的目标温度时向所述温度控制器传送信号，所述温度控制器根据上述信号加大膨胀阀的制冷剂传送量，进而降低发热部件的温度。

优选的，所述膨胀阀的数目为多个，分别控制多个元件组，每一个元件组由至少一个发热部件组成。

优选的，所述电子设备温度控制系统还包括向每一膨胀阀供应液态制冷剂的供应装置，所述温度控制器是控制膨胀阀的膨胀阀控制器或控制压缩机的压缩机控制器。

为解决上述的其他技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明电子设备温度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将液态制冷剂经过膨胀阀注入蒸发器；

2)蒸发器散发热量将液态制冷剂转化为低压高温的气态制冷剂；

3)监控台定时检测各部件的温度，并在每一元件组中选定一个温度与事先设定的正常工作温度值进行比较；

4)如果选定的温度大于设定的正常工作温度值，监控台向温度控制器传送信号；

5)温度控制器根据监控台的信号向相应的膨胀阀传送控制信息，使其加大液态制冷剂的供应量，进而降低相应的主控元件的工作温度；

6)蒸发器传送出的气态制冷剂经过压缩及冷凝后变为液态制冷剂，传送到膨胀阀中重复步骤1)～5)。

优选的，如果在步骤4)中判断的结果是选定的温度小于或等于设定的正常工作温度值，监控台与温度控制器之间不进行信息交换，重复上述的1)～3)的步骤。

优选的，在步骤1)之前还可以包括如下步骤：将所有部件进行分组，并在每一元件组的部件中选择一个主控部件，上述选定的温度即为主控部件所测定的温度。

优选的，在上述步骤5)还可以包括下述步骤：温度控制器对于监控台所发送的信号没有反馈，或者监控台收到“响应失败”的信号后，监控台启动报警装置开始报警。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明的温度控制系统适用于各种电子设备，特别是包括台式个人计算机、移动计算机、交换机、服务器在内的所有计算机机型，由于采用蒸发器散热，热量没有散发到空气中，所以机房内不需要安装空调；同时又可以将压缩机、冷凝器等能够产生噪声的部件放置于机房外，所以很容易在室内达到静音的效果；由于蒸发器的厚度相比于风扇是非常小的，所以机箱可以做得很薄很小；而且由于散热性能优越，机箱可以做得很封闭，这样就可以最大限度地降低电磁辐射。本发明的温度控制方法能够用于多种场合，且可以对各部件进行分别控制，因此该自适应和分组控制的调节方案可以最大程度地节约能源。而且由于对各部件的温度可控制的幅度非常大，比较安全可靠。

附图说明

图1为本发明电子设备温度控制系统的拓扑图。

图2为本发明电子设备温度控制系统的第一实施例示意图。

图3为本发明电子设备温度控制系统的第二实施例示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明电子设备温度控制系统100包括温度控制器1、膨胀阀2、设置在发热部件3、4上的蒸发器(未图示)、监控部件3、4温度并与温度控制器1相互通信的监控台6。为了更清楚说明原理，以温度控制器通过控制膨胀阀来控制温度的膨胀阀控制器为例。

所述部件3、4通过蒸汽压缩式制冷方法进行制冷，并按照其正常工作的温度幅值划分为不同的元件组5。例如有2台计算机，其中，需要散热及控制温度的部件包括CPUA、CPU B、芯片A、芯片B、硬盘A、硬盘B，所有部件的正常温度幅值如表1所示。

表1

机器A	正常的温度幅值	机器B	正常的温度幅值
				CPU A	70℃～90℃	CPU B	50℃～70℃
芯片A	30℃～45℃	芯片B	35℃～50℃
				硬盘A	30℃～50℃	硬盘B	35℃～45℃

根据表1中列出的正常温度幅值将上述的部件分成三个元件组5，每一个元件组5均由一个膨胀阀2控制，如表2所示，第一元件组有1个部件，第二元件组有1个部件，第三元件组有4个部件。每个元件组5由一个膨胀阀2控制，所有的膨胀阀2由一个温度控制器1集中控制。

表2

第一元件组	CPU A
		第二元件组	CPU B
第三元件组	芯片A、芯片B、硬盘A、硬盘B

如表3所示，根据实际情况，把每个元件组5的温度幅值划分成若干个温度区域，并且定义每个温度区域的工作状态。由于每个元件组5可能含有多个部件3、4，在某个时刻，每个部件3、4可能处于不同的温度区域。根据实际情况，合理选择一个主控部件4，上述选择的主控部件4可以是当前温度最高的部件、或者是温度跳跃幅度最大的部件。通过只控制主控部件4，即可以达到控制整个元件组5的效果。当某个元件组5只包括一个部件时，该部件就一直是主控部件4，例如在上述例中，第一元件组、第二元件组均分别只有一个部件CPU A、CPU B，那么。CPU A、CPU B则分别是第一、第二元件组的主控部件4。如果在某个时刻测得各个部件的温度分别如表4所示，此时可选择第三元件组中的主控元件为硬盘B。

表3

表4

所述监控台6主要由监控软件和若干传感器(未图示)构成，且监控台6定时侦测每个元件组5中的所有部件的温度，监控台6的监控软件和温度控制器1之间按照预先设定的规范(举例而言：规范中设定需要传送哪些信息、信息的格式、信息的传送方式等)进行交互，比如：监控台6的监控软件向温度控制器1发送膨胀阀2的编号与该膨胀阀2对应的主控元件4需要控制的目标温度值，温度控制器1接收到上述信息后可以返回给监控台6的“成功”或者“失败”之类的信息。当然，监控软件也可以根据需要向温度控制器1发送其他的信息。

根据上面选定的主控部件4；判断主控部件4的温度区域，并根据该温度区域所定义的工作状态，决定是否向温度控制器1发出指令、或者发出哪种指令。此时，可选择的主控部件和相应的指令可以如表5所示。

表5

元件组	主控部件	监控台的指令
			第一元件组	CPU A	指示膨胀阀A维持温度到75℃
第二元件组	CPU B	主控部件处于安全区域，不发指令
			第三元件组	硬盘B	指示膨胀阀C降低温度到35℃

温度控制器1接收到监控台发来的指令后，马上对膨胀阀2进行调节，同时进行反馈，最终达到预期效果。值得注意的是，由于调节膨胀阀2和实现效果之间有一段延迟，所以要求监控台根据具体的延迟时间和主控部件的温度变化情况，提前发出指令。

以交换机为例，如图2所示，所述温度控制系统100包括温度控制器1、由温度控制器1控制的至少一个膨胀阀2(图2中所示为2个)、芯片组、CPU8、蒸发器10、以及测定监控芯片组、CPU8温度并与温度控制器1相互通信的监控台6。当然本发明温度控制系统100还可以包括供给液态制冷剂的供应装置11、吸收气态制冷剂并传送到压缩机13的收集装置12、压缩气态制冷剂的压缩机13及将气态制冷剂液化为液态制冷剂的冷凝器14。

所述蒸发器10分别直接放置在CPU8及芯片组上进行散热，正常的散热过程如下：液态制冷剂经过膨胀阀2流入蒸发器10，液态制冷剂吸收芯片组及蒸发器8所散发的热而蒸发变成低压高温的气态制冷剂，低压高温的气态制冷剂经过压缩机13后变成高压高温的气态制冷剂，高压高温的气态制冷剂经过冷凝器14后又变成液态制冷剂，液态制冷剂又经过膨胀阀2流入蒸发器10，如此循环，达到散热的效果。

如上所述，由于芯片组、CPU8正常工作的温度幅值差异较大，所以将芯片组、CPU8分成两个元件组5，每一个元件组5分别用一个膨胀阀2控制，由于每个元件组5中都只有一个的部件，因此该部件也就是上述的主控部件4。

监控台6通过定时测量传感器测温点8的温度，得到每个主控部件4的温度，并判断该温度处于哪个温度区域，并且根据该温度区域所定义的工作状态向控制器发出指示，当然如果工作状态不需要发指示时则监测台6并不发送指示(参考上述的例子及表1-5)。如果监控台6发送指示，当温度控制器1接收到指示后，马上响应，并且向监控台反馈。可以理解的，本发明的温度控制系统100还可以设置报警装置，当监控台6在规定的时间内没有收到温度控制器1的反馈信号时、或者收到诸如“响应失败”的信号时，进行报警，要求进行人工干预。

图3所示为本发明温度控制系统100用于服务器机群的实施例，其与图2所示实施例不同之处在于：所述电子设备温度控制系统100的第一元件组5内包括多个部件3、4(芯片、硬盘等)，监控台6定时测量所有元件组5中每个部件3、4的温度，并参照上述的方式，在每个元件组5的所有部件3、4中选择一个主控部件4。

可以理解的，上述的温度控制器也可以是控制压缩机的压缩机控制器，或控制其他元件以达到控制温度的控制器。

如图1-3所示，本发明电子设备温度控制方法包括如下步骤：

步骤一：液态制冷剂经过膨胀阀2流入蒸发器10；

步骤二：液态制冷剂吸收蒸发器10中的热量转化为低压高温的气态制冷剂；

步骤三：监控台6定时检测每一元件组5中各个部件3、4的温度，并将测定到的主控部件4的温度与事先设定的正常工作温度值进行比较；

步骤四：如果判断的结果是测定的温度小于或等于设定的正常工作温度值，监控台6与温度控制器1之间不进行信息交换，整个温度控制系统重复上述的三个步骤；如果判断的结果是测定的温度大于设定的正常工作温度值，监控台6向温度控制器1传送信号，执行步骤五；

步骤五：温度控制器1收到信号后，向相应的膨胀阀2传送信息，膨胀阀2加大供应给相应的蒸发器10的液态制冷剂的量，使温度超出设定值的主控元件4的工作温度降低到设定的正常工作温度值。

在上述的步骤中，如果温度控制器1对于监控台6所发送的信号没有反馈，或者监控台6收到诸如“响应失败”的信号后，监控台6会启动报警装置，要求进行人工干预，以保证整个系统的正常工作。

优选的，本发明的温度控制方法还可以包括以下工作步骤：

在步骤一之前具有如下步骤：将温度控制系统100中的部件3、4根据测定的工作温度或工作温度范围进行分组，并将每一元件组5的部件中工作温度高或者温度变化大的部件设定为主控部件4。

在步骤五之后具有如下步骤：蒸发器10传送出的气态制冷剂经过压缩及冷凝后再次变为液态制冷剂，传送到膨胀阀2后中重复上述步骤一至步骤五的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电子设备温度控制系统，包括固定在发热部件上的蒸发器、向上述蒸发器传送液态制冷剂的膨胀阀、收集自蒸发器传送的气态制冷剂的收集装置、压缩气态制冷剂的压缩机，以及将气态制冷剂液化为液态制冷剂并重新提供给上述膨胀阀的冷凝器，其特征在于：还包括温度控制器以及监测发热部件温度的监控台；所述监控台在其测得的温度大于预定的目标温度时向所述温度控制器传送信号，所述温度控制器根据上述信号加大膨胀阀的制冷剂传送量，进而降低发热部件的温度。

2.如权利要求1所述的电子设备温度控制系统，其特征在于：所述膨胀阀的数目为多个，分别控制多个元件组，每一个元件组由至少一个发热部件组成。

3.如权利要求1或2所述的电子设备温度控制系统，其特征在于：还包括向每一膨胀阀供应液态制冷剂的供应装置，所述温度控制器是控制膨胀阀的膨胀阀控制器或控制压缩机的压缩机控制器。

4.一种电子设备温度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)将液态制冷剂经过膨胀阀注入蒸发器；

2)蒸发器散发热量将液态制冷剂转化为低压高温的气态制冷剂；

3)监控台定时检测各发热部件的温度，并在每一元件组中选定一个温度与事先设定的正常工作温度值进行比较；

4)如果选定的温度大于设定的正常工作温度值，监控台向温度控制器传送信号；

5)温度控制器根据监控台的信号向相应的膨胀阀传送控制信息，使其加大液态制冷剂的供应量，进而降低相应的主控元件的工作温度；

6)蒸发器传送出的气态制冷剂经过压缩及冷凝后变为液态制冷剂，传送到膨胀阀中重复步骤1)～5)。

5.如权利要求4所述的电子设备温度控制方法，其特征在于：如果在步骤4)中判断的结果是选定的温度小于或等于设定的正常工作温度值，监控台与温度控制器之间不进行信息交换，重复上述的1)～3)的步骤。

6.如权利要求4所述的电子设备温度控制方法，其特征在于：在步骤1)之前还可以包括如下步骤：将所有发热部件进行分组，并在每一元件组的部件中选择一个主控部件，上述选定的温度即为主控部件所测定的温度。

7.如权利要求4-6中任一项所述的电子设备温度控制方法，其特征在于：在上述步骤5)还包括下述步骤：温度控制器对于监控台所发送的信号没有反馈，或者监控台收到“响应失败”的信号后，监控台启动报警装置开始报警。

Images