CN107548263B - 高热流密度机柜散热冷却方法及其复合换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高热流密度机柜散热冷却方法及其复合换热器，该高热流密度机柜复合换热器包括机柜换热器件和热输运器件，机柜换热器件为设置于机柜背板或侧板并与来自高热流密度机柜内的热空气换热且在机柜内独立完成吸热与放热全过程的换热器件，热输运器件为一端与机柜换热器件面接触且另一端位于机柜外部的独立的器件，机柜换热器件与来自高热流密度机柜内的热空气换热后将热量传递至面接触的热输运器件的一端，热输运器件通过自身内部介质将热量输运至另一端进而带出机柜。该高热流密度机柜复合换热器可以极大的节约传统的空调能耗，而且该复合换热器具有极好的安全可靠性。

Description

高热流密度机柜散热冷却方法及其复合换热器

技术领域

本发明涉及机柜散热冷却技术领域，特别是一种基于微热管阵列板的高热流密度机柜散热冷却方法及其复合换热器。

背景技术

随着经济的高速增长，数据业务呈直线式上升，数据中心迅猛发展。在数据机房中，机柜内服务器的电子器件(如CPU等)越来越微型、高效，随之而来的是服务器高的发热量及其散热问题，而对其进行疏散和冷却逐渐成为数据机房的研究热点和难点，有研究表明，电子芯片的温度超出正常范围10℃时，系统的可靠性下降50％，而超过55％电子设备的失效是由于温度过高引起的。为了保证机柜内电子设备的可靠运行，机房内采用大量的精密空调进行制冷散热，全年耗费大量的电能。但面对“能源危机”的现状及节能降耗的需求，现在所有数据中心都在采用各种形式的新技术来降低IDC机房的能耗，减少空调系统的负荷，提高空调系统的工作效率。而实际上机房外有大量的自然冷能，如何有效利用自然冷能为IDC机房散热已成为一种重要节能技术。此外，由于机柜内相对高温的空气与机柜外的冷空气混合再进入制冷机换热，不仅造成制冷设备的效率低下，而且限制了安装在机柜内电子器件的功率密度，造成机房无法更有效的利用。如果对机柜直接散热并利用冷却媒介将热量直接带出机房散掉，则不仅可以有效的利用机柜内高温空气与冷却媒介的大温度差，而且带出机房的热量可以很方便的利用自然冷能或者制冷冷能，可以极大的节约传统的空调能耗。

传统采用全连通热管换热器的方式对机柜进行散热实现室外自然冷能的利用，其使用蒸发器、气体总管、冷凝器和液体总管构成全连通应用方式，但该系统不仅现场安装工艺要求高、蒸发器与冷凝器温差大，冷能的利用很不充分，而且该系统可靠性极差，一旦系统有任何的泄漏点，则整个系统就会完全失效，完全不适合数据机房，此外该换热系统的空间位置不能灵活变动，在空间的布置形式上还存在很大的局限性。

发明内容

本发明针对现有机柜的散热技术散热效果不佳、可靠性安全性较差且机柜功率密度低、能耗高等问题，提供一种高热流密度机柜复合换热器，该换热器将机柜内的换热的机柜换热器件与将机柜内热带出机柜外的独立的热输运器件配合工作并且两者内部介质物理隔离，独立的热输运器件可进一步与外界独立的冷源连接，不仅可以有效的利用机柜内高温空气与冷却媒介的大温度差换热，冷却媒介将热量带出机房外，充分利用自然冷能，可以极大的节约传统的空调能耗，而且该复合换热器具有极好的安全可靠性。本发明还涉及一种高热流密度机柜散热冷却方法。

本发明的技术方案如下：

一种高热流密度机柜复合换热器，其特征在于，包括机柜换热器件和热输运器件，所述机柜换热器件为设置于机柜背板或侧板并与来自高热流密度机柜内的热空气换热且在机柜内独立完成吸热与放热全过程的换热器件，所述热输运器件为一端与机柜换热器件面接触且另一端位于机柜外部的独立的器件，所述机柜换热器件和热输运器件内均设置有流动介质且两者介质相互物理隔离；所述机柜换热器件与来自高热流密度机柜内的热空气换热后将热量传递至面接触的热输运器件的一端，所述热输运器件通过自身内部介质将热量输运至另一端进而带出机柜。

所述机柜换热器件为带有换热翅片的微热管阵列板，所述热输运器件为带有插槽的平行管式换热管路，所述微热管阵列板为金属材料经挤压或冲压成型的其内具有两个以上并排排列且独立运行的微热管阵列的板状结构，所述换热翅片设置在微热管阵列板的蒸发段，所述微热管阵列板的冷凝段插入平行管式换热管路的插槽内，所述微热管阵列板与平行管式换热管路通过所述插槽面接触；

所述微热管阵列板的换热翅片与来自高热流密度机柜内的热空气换热并传递给微热管阵列板的蒸发段，由微热管阵列板的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由微热管阵列板的冷凝段放热通过平行管式换热管路的插槽壁面导热换热并传递至平行管式换热管路内的介质，所述平行管式换热管路通过介质将热量带出机柜。

所述微热管阵列板的冷凝段紧密插入平行管式换热管路的插槽内；或所述微热管阵列板的冷凝段插入平行管式换热管路的插槽内后与插槽内壁通过钎焊焊接；

所述插槽的方向与平行管式换热管路的平行管长度方向有一定夹角；或所述插槽的方向与平行管式换热管路的平行管长度方向一致，所述微热管阵列板的冷凝段插入平行管式换热管路的插槽后所述微热管阵列板的蒸发段呈回弯设计。

所述插槽垂直于平行管式换热管路的平行管长度方向且所述插槽与高热流密度机柜内的热空气流平行，所述微热管阵列板的换热翅片沿高热流密度机柜内的热空气流方向设置；

和/或，所述微热管阵列板上的换热翅片与微热管阵列板通过钎焊焊接。

所述平行管式换热管路为其内具有两个以上平行微细管且各平行微细管两端连通均有流动介质的管路，所述流动介质为单相介质或两相介质，所述平行管式换热管路至少有一个侧面为平板状，在平板状的所述侧面设置所述插槽；

或，所述平行管式换热管路为包括至少一个圆热管的回路，所述插槽设置于圆热管的蒸发段，圆热管的冷凝段设置于机房外与外部冷源换热器连接，所述外部冷源换热器为空冷冷凝器或者冷水换热器。

所述微热管阵列板采用两个以上，各微热管阵列板并排呈阵列排布，所述平行管式换热管路的平行板状的侧面沿平行管长度方向依次设置若干与各微热管阵列板相对应的插槽；所述插槽的宽度与微热管阵列板厚度一致，所述微热管阵列板的冷凝段与插槽壁面紧密贴合，且各插槽与各微热管阵列板的接触面积大于各微热管阵列板表面积的5％；

和/或，所述平行管式换热管路的外侧面或下侧面为平板状，所述插槽相应设置在平行管式换热管路的外侧或下侧；所述平行管式换热管路的平板状的所述侧面机械加工出垂直于平行管长度方向的插槽，或者在所述平行管式换热管路的平板状的所述侧面焊接或者粘接或者铆接所述插槽。

所述平行管式换热管路采用两个独立运行的循环管路，两个循环管路分别连接冷却介质和冷冻水，所述冷却介质为在室外经空-液换热器与自然冷源交换热量冷却后的载冷剂或是经过冷却塔的冷却水或非导电载冷剂，所述冷冻水为制冷机组空调冷冻水；

和/或，所述复合换热器还包括一个或多个可调风速的风机，所述风机固定设置于带有换热翅片的微热管阵列板的外侧；

和/或，所述微热管阵列板中的各微热管的内壁中设置有毛细结构，所述毛细结构为在各微热管的内壁中设置的具备强化传热作用的微翅或沿微热管长度方向走向的内凹微槽，所述微翅的大小和结构适合于与微热管内壁形成沿微热管长度方向走向的毛细微槽。

一种高热流密度机柜散热冷却方法，其特征在于，采用设置于机柜背板或侧板且在机柜内独立完成吸热与放热全过程的机柜换热器件实现与来自高热流密度机柜内的热空气换热，并采用一端与机柜换热器件面接触且另一端位于机柜外部的独立的热输运器件，采用的机柜换热器件和热输运器件内均设置有流动介质且两者介质相互物理隔离；在机柜换热器件与来自高热流密度机柜内的热空气换热后将热量传递至面接触的热输运器件的一端，由热输运器件通过自身内部介质将热量输运至另一端进而带出机柜。

所述方法采用的机柜换热器件为带有换热翅片的微热管阵列板，采用的热输运器件为带有插槽的平行管式换热管路，所述微热管阵列板为金属材料经挤压或冲压成型的其内具有两个以上并排排列且独立运行的微热管阵列的板状结构，将换热翅片设置在微热管阵列板的蒸发段，微热管阵列板的冷凝段插入平行管式换热管路的插槽内，微热管阵列板与平行管式换热管路通过所述插槽面接触；通过微热管阵列板的换热翅片与来自高热流密度机柜内的热空气换热并传递给微热管阵列板的蒸发段，由微热管阵列板的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由微热管阵列板的冷凝段放热通过平行管式换热管路的插槽壁面导热换热并传递至平行管式换热管路内的介质，再由平行管式换热管路通过介质将热量带出机柜实现散热冷却。

所述方法设置插槽垂直于平行管式换热管路的平行管长度方向且插槽与高热流密度机柜内的热空气流平行，将微热管阵列板的换热翅片沿高热流密度机柜内的热空气流方向设置；和/或，采用的平行管式换热管路为其内具有两个以上平行微细管且各平行微细管两端连通均有流动介质的管路，所述流动介质为单相介质或两相介质，将平行管式换热管路的至少一个侧面设置为平板状，将插槽设置在平板状的所述侧面；或，采用的平行管式换热管路为包括至少一个圆热管的回路，将所述插槽设置于圆热管的蒸发段，并将圆热管的冷凝段设置于机房外与外部冷源换热器连接，所述外部冷源换热器为空冷冷凝器或者冷水换热器，由微热管阵列板的冷凝段放热通过插槽壁面导热换热并传递至圆热管的蒸发段，在圆热管的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由圆热管的冷凝段放热将热量带出机房外并与外部冷源换热器换热。

所述方法采用两个以上微热管阵列板，将各微热管阵列板并排呈阵列排布，在平行管式换热管路的平行板状的侧面沿平行管长度方向依次设置若干与各微热管阵列板相对应的插槽；平行管式换热管路的平板状的所述侧面机械加工出垂直于平行管长度方向的插槽，或者在平行管式换热管路的平板状的所述侧面焊接或者粘接或者铆接所述插槽；

设置所述插槽的宽度与微热管阵列板厚度一致从而将微热管阵列板的冷凝段与插槽壁面紧密贴合，且各插槽与各微热管阵列板的接触面积大于各微热管阵列板表面积的5％。

在带有换热翅片的微热管阵列板的外侧还固定设置一个或多个可调风速的风机；

和/或，将平行管式换热管路设计为两个独立运行的循环管路，将两个循环管路分别连接冷却介质和冷冻水，连接的冷却介质为在室外经空-液换热器与自然冷源交换热量冷却后的载冷剂或是经过冷却塔的冷却水或非导电载冷剂，连接的冷冻水为制冷机组空调冷冻水；

和/或，针对高热流密度机柜内的某一小面积高功率电子器件的散热，还采用板式热管将其蒸发段与所述小面积高功率电子器件的发热面贴合以吸收所述小面积高功率电子器件的热量，再由板式热管的冷凝段将热量直接或通过一薄翅片间接传递至机柜内的空气中或传递至机柜壁面。

本发明的技术效果如下：

本发明涉及一种高热流密度机柜复合换热器，将机柜内的换热的机柜换热器件与将机柜内热带出机柜外的独立的热输运器件配合工作并且两者内部介质物理隔离，机柜换热器件在机柜内独立完成吸热与放热全过程，热输运器件一端与机柜换热器件面接触且另一端位于机柜外部，机柜换热器件与来自高热流密度机柜内的热空气换热后将热量传递至面接触的热输运器件的一端，热输运器件通过自身内部介质将热量输运至另一端进而带出机柜；独立的热输运器件可以设置一个、两个或更多个，并且热输运器件可进一步与外界独立的冷源连接，不仅可以有效的利用机柜内高温空气与冷却媒介的大温度差换热，冷却媒介将热量带出机房外，充分利用自然冷能，该复合换热器可以极大的节约传统的空调能耗，而且具有极好的安全可靠性。

优选采用特定结构的机柜换热器件和热输运器件，即相互配合工作的带有换热翅片的微热管阵列板以及带有插槽的平行管式换热管路，微热管阵列板的换热翅片与来自高热流密度机柜内的热空气换热并传递给微热管阵列板的蒸发段，由微热管阵列板的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由微热管阵列板的冷凝段放热通过平行管式换热管路的插槽壁面导热换热并传递至平行管式换热管路内的介质，平行管式换热管路通过介质将热量带出机柜，即高热流密度机柜内的热量通过微热管阵列板间接输送至机柜外部，该机柜复合换热器能够实现高热流密度机柜(机柜内的高热流密度芯片等电子器件)的快速散热冷却，不仅可以有效的利用机柜内高温空气与平行管式换热管路内的流动介质为冷却媒介的大温度差换热，冷却媒介将热量带出机房外，充分利用自然冷能，可以极大的节约传统的空调能耗，而且该换热器具有极好的安全可靠性。为提高换热效率，将设计的以微热管阵列板为基础的平板热管-翅片式散热器应用于机柜服务器中，均温性能相对较好，使机柜服务器中局部高热流密度器件的热量分散，有效控制在安全运行的温度范围内。该复合换热器能有效解决高热流密度机柜的散热问题，并大幅实现节能，解决了现有的散热技术采用传统翅片式散热器散热效果差以及发热体温度较高的问题，也解决了现有的散热技术采用传统圆热管-翅片式散热器作为热沉换热面积相对较小使得传热效果差的问题，有效提高了散热效率和效果，本发明通过微热管阵列板、散热翅片以及插槽等独特机构设计，使得各部件之间尽可能大面积的接触进行换热，提高了换热接触面积，进行高效热传导，将高热流密度均匀分布，能较好的实现机柜内温度分散，同时快速降低机柜内高功率发热器件的温度，使得高热流密度机柜在短时间内达到散热冷却，散热效率高、结构紧凑、无噪声、无传动部件且能耗低。本发明提出的高热流密度机柜复合换热器，可以方便地实现微热管阵列板和平行管式换热管路的组装，使用方便、易安装和拆卸，采用全干式接触的散热模块，具有热输运快，换热效率高，可靠性高，免维护等一系列优点，并克服了传统液冷出现泄漏的隐患。

本发明采用的微热管阵列板为金属材料经挤压或冲压成型的具有两个以上并排排列的微热管阵列的平板结构，各微热管两端封闭且其内灌装流动介质，自然形成热管效应，整体构成微热管阵列板，该结构的微热管阵列板制作工艺简单，具有传热效率高的优点，同时蒸发段具有比较大的吸热面，散热翅片优选沿高热流密度机柜内的热空气流方向设置能够充分换热，能够进一步提高吸收高热流密度机柜内的热空气的效率和传热效率。采用的微热管阵列板具有两个以上并排排列且独立运行的微热管阵列，各微热管内能够独立发生热管效应，即使某一微热管的损坏也不会影响其它微热管正常工作，同时，微热管阵列可以同时协同工作，显著提高换热效率；此外，各微热管内还可以设置有强化传热的微翅(以形成毛细微槽)或内凹微槽，使得无论蒸发段还是冷凝段的单位蒸汽流通量的散热能力得到极大强化，具有传统热管不可比拟的传热效果。设置插槽的宽度与微热管阵列板厚度一致，便于微热管阵列板的冷凝段与插槽壁面紧密贴合，使得两者接触面积达到最大，提高换热效率。

优选地，平行管式换热管路为其内具有两个以上平行微细管且各平行微细管两端连通均有流动介质的管路，平行管式换热管路至少有一个侧面为平板状，在平板状的所述侧面设置所述插槽，方便插槽在平行管式换热管路的安装。平行管式换热管路作为散热装置，在各微细管内通冷水可进一步吸收微热管阵列板的冷凝段释放的热量，将热量更快速地带离机柜。该进一步限定的结构可以根据实际应用情况进行选择，并且可以根据实际应用情况采用不同尺寸，以适应具体的散热量(目标温度)以及抗压能力的需求。

本发明的高热流密度机柜复合换热器优选在带有换热翅片的微热管阵列板的外侧设置风机，在散热冷却应用时，能够保证送风的均匀性以及换热的充分性，并可降低对流散热的风速，大幅提高送风温度，将会大幅降低制冷功耗与风机功耗，最终实现大幅节能的目的。优选平行管式换热管路采用两个独立运行的循环管路，两个循环管路分别连接冷却介质和冷冻水，形成双回路水循环管路结构，这样设计更有利于冷源的切换，以实现更好节能的目的。

本发明还涉及一种高热流密度机柜散热冷却方法，与上述的高热流密度机柜复合换热器相对应，在高热流密度机柜的背板或侧板采用特定工作原理的机柜换热器件，其配合采用面接触的特定设置的热输运器件，优选采用特定结构的微热管阵列板通过特定结构的平行管式换热管路进行换热，两者协同工作，将高热流密度机柜内的热空气快速高效散热冷却，采用空气对流换热、热管效应相变换热及介质显热换热的方式，在较短时间内即可将高热流密度机柜达到理想散热冷却温度，并且可以保证高热流密度机柜内的热量分散，传热效率高、冷却效果好，易于广泛推广应用。

附图说明

图1a和图1b分别为本发明高热流密度机柜复合换热器的第一种优选结构的正视示意图和侧视示意图。

图2为本发明高热流密度机柜复合换热器的第二种优选结构示意图。

图2a为图2中的带有换热翅片的微热管阵列板的结构示意图。

图2b为图2中的平行管式换热管路的结构示意图。

图2c为图2中的带插槽的平行管式换热管路的局部放大示意图。

图3为本发明高热流密度机柜复合换热器的第三种优选结构示意图。

图3a为图3中的带插槽的平行管式换热管路的示意图。

图4为本发明高热流密度机柜复合换热器的第四种优选结构示意图。

图5为本发明高热流密度机柜复合换热器中的风机布置示意图。

图6a和图6b为针对高热流密度机柜内的某一小面积高功率电子器件的散热冷却模式的两种结构示意图。

图中各标号列示如下：

1－微热管阵列板；101－微热管阵列板的蒸发段；102－微热管阵列板的冷凝段；103－换热翅片；2－平行管式换热管路；201－平行微细管；3－插槽；4－空气进口；5－空气出口；6－风机；7－板式热管；8－薄翅片；9－CPU高功率电子器件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明涉及一种高热流密度机柜复合换热器，包括机柜换热器件和热输运器件，机柜换热器件设置于机柜背板或侧板并与来自高热流密度机柜内的热空气换热，该机柜换热器为在机柜内独立完成吸热与放热全过程的换热器件，热输运器件为一端与机柜换热器件面接触且另一端位于机柜外部的一个、两个或更多个独立的器件，机柜换热器件和热输运器件内均设置有流动介质且两者介质相互物理隔离，两者内的流动介质可以相同或者不同；机柜换热器件与来自高热流密度机柜内的热空气换热后将热量传递至面接触的热输运器件的一端，热输运器件通过自身内部介质将热量输运至另一端进而带出机柜。

如图1a和图1b所示的其第一种优选结构的正视和侧视示意图，机柜换热器件和热输运器件分别为带有换热翅片103的微热管阵列板1以及带有插槽3的平行管式换热管路2，其中，微热管阵列板1包括蒸发段101和冷凝段102，换热翅片103设置在微热管阵列板的蒸发段101，微热管阵列板的冷凝段102插入平行管式换热管路2的插槽3内，微热管阵列板1与平行管式换热管路2通过插槽2壁面面接触，微热管阵列板1的内部与平行管式换热管路2的内部均设置有流动介质且两者内部的流动介质相互物理隔离，两者内的流动介质可以相同或者不同。微热管阵列板1的换热翅片103与来自高热流密度机柜内的热空气换热并传递给微热管阵列板的蒸发段101，由微热管阵列板的蒸发段101蒸发吸热后发生热管效应再由微热管阵列板的冷凝段102放热通过平行管式换热管路2的插槽3壁面导热换热并传递至平行管式换热管路2内的介质，平行管式换热管路2通过介质将热量带出机柜。

微热管阵列板1为金属材料经挤压或冲压成型的其内具有两个以上并排排列且独立运行的微热管阵列的板状结构，优选地，微热管阵列中各微热管的等效直径可以设置为0.2mm-5.0mm，各微热管的内壁中优选可以设置有毛细结构，该毛细结构优选为在各微热管的内壁中设置的具备强化传热作用的微翅或沿微热管长度方向走向的内凹微槽，该微翅的大小和结构适合于与微热管内壁形成沿微热管长度方向走向的毛细微槽，当然，也可以采用其它形式的毛细结构；各微热管两端封闭且其内灌装介质，自然形成热管效应，整体构成微热管阵列板1。

插槽3的方向与平行管式换热管路2的平行管长度方向有一定夹角，如图1a和图1b所示，为进一步提高散热冷却效率，可将插槽3垂直于平行管式换热管路2的平行管长度方向设置，且插槽3与高热流密度机柜内的热空气流平行，微热管阵列板1的换热翅片103沿高热流密度机柜内的热空气流方向设置，或者说是换热翅片103与高热流密度机柜内的热空气流平行。微热管阵列板1上的换热翅片103与微热管阵列板1可通过钎焊焊接。此外，优选设置平行管式换热管路2至少有一个侧面为平板状，如设置平行管式换热管路2的外侧面或下侧面为平板状，在平板状的所述侧面设置插槽3，也就是说，插槽3相应设置在平行管式换热管路2的外侧或下侧。该实施例中，是设置平行管式换热管路2的下侧面为平板状，插槽3相应设置在平行管式换热管路2的下侧。具体地，可在平行管式换热管路2的平板状的所述侧面机械加工出垂直于平行管长度方向的插槽3，或者在平行管式换热管路2的平板状的所述侧面焊接或者粘接或者铆接插槽3。微热管阵列板1的冷凝段可紧密插入平行管式换热管路2的插槽3内；或者是微热管阵列板1的冷凝段插入平行管式换热管路2的插槽3内后与插槽3内壁通过钎焊焊接。微热管阵列板1的厚度优选可以设置为1.0mm-4.0mm，插槽3的宽度最好与微热管阵列板1厚度一致，该设置可使得微热管阵列板的冷凝段102与插槽3壁面紧密贴合以减少热阻，且插槽3与微热管阵列板1的接触面积大于微热管阵列板1表面积的5％以进一步提高换热接触面积，保证换热效果。

当然，插槽3的方向与平行管式换热管路2的平行管长度方向也可以一致，此时微热管阵列板1的冷凝段插入平行管式换热管路2的插槽3内且微热管阵列板1的蒸发段呈回弯设计，具体可以是在将微热管阵列板1的冷凝段插入平行管式换热管路2的插槽3后，再将微热管阵列板1的蒸发段掰弯或者说是使其回弯，保证微热管阵列板1的蒸发段与高热流密度机柜内的热空气流的换热。

图2为本发明高热流密度机柜复合换热器的第二种优选结构示意图，图2a和图2b分别为该实施例中的带有换热翅片的微热管阵列板以及平行管式换热管路的结构示意图，图2c为局部放大示意图。该实施例中，微热管阵列板1采用两个以上，各微热管阵列板1并排排布，平行管式换热管路2的平行板状的侧面沿平行管长度方向依次设置若干与各微热管阵列板1相对应的插槽3，各微热管阵列板1插入各相应插槽3中。微热管阵列板的蒸发段101上设置的换热翅片103呈锯齿形，并且与高热流密度机柜内的热空气流平行，换热翅片103可采用薄铝材料，其具体结构可以根据实际应用情况进行选择，并且可以根据实际应用情况采用不同尺寸，以同时满足导热、强度及重量的最优化，因此在达到复合散热器散热冷却需求的同时，结构紧凑，减小装置所占空间，节约了成本。该实施例采用的平行管式换热管路2为其内具有两个以上平行微细管201且各平行微细管201两端连通均有流动介质的管路，该平行管式换热管路2的外形为扁平状，即多个侧面均为平板状，可在该平行管式换热管路2的一面或者双面设置插槽3，该实施例是在单面(下侧面)设置插槽3，各微热管阵列板1位于下方通过冷凝段102插入各相应插槽3中且两者紧密结合，减少了界面接触电阻，提高了界面接触面积，进一步提高了热交换效率和效果，使得高热流密度机柜在较短的时间内即可达到理想散热温度，并且可以保证高热流密度机柜内温度均匀。该实施例的平行管式换热管路2在制作时可用将金属材料经挤压或冲压成型，优选可以采用铝金属材料制作而成，并排排列的各平行微细管201的等效直径可以设置为1.0mm-10.0mm，优选为2.0mm-3.0mm，各平行微细管201内壁沿微通道方向可以设置微翅结构以增强流体换热。平行管式换热管路2的两端设置有进水口和出水口，以进行介质灌装与流动换热，平行管式换热管路2作为散热装置，在平行管式换热管路2内通冷水可进一步吸收微热管阵列板的冷凝段释放的热量，将热量更快速地带离机柜。高热流密度机柜的热空气通过换热翅片103与微热管阵列板1进行换热，再由微热管阵列板1通过插槽3贴合平行管式换热管路2，通过平行管式换热管路2中的冷水将热量带走。

本发明高热流密度机柜复合换热器中的平行管式换热管路2可采用单一管路，其内流动单一液体通路，连接单一冷源的液体；也可以采用两个相互独立的循环管路，即双通路，可分别通过两种不同的冷源的液体，如图3所示的本发明高热流密度机柜复合换热器的第三种优选结构示意图，图3a为带插槽的平行管式换热管路的示意图。该实施例中，各微热管阵列板1并排呈阵列排布，即多排多列设置；平行管式换热管路2采用两个独立运行的循环管路，两个循环管路分别连接冷却介质和冷冻水，其中，冷却介质为在室外经空-液换热器与自然冷源交换热量冷却后的载冷剂或是经过冷却塔的冷却水或其它非导电载冷剂，连接冷却介质的平行管式换热管路2的一端为冷却水供水，另一端为冷却水回水；冷冻水为制冷机组空调冷冻水，连接冷冻水的平行管式换热管路2的一端为冷冻水供水，另一端为冷冻水回水。进一步优选地，可在冷却介质和冷冻水之间设置智能控制器，根据需要调节目标温度、流动介质流速、流动介质温度等参数。该智能控制器主要包括监控单元、判断器和执行单元，监控单元主要针对室内外温度进行检测；判断器主要根据室内外温差与某一设定值相比较，冷却水COP与制冷机组冷冻水COP相比较，当二者同时满足设定要求，判定开启冷却介质循环管路或冷冻水循环管路；执行单元主要是通过循环管路的控制程序，开启冷却介质循环管路或者冷冻水循环管路。两循环管路可以相互切换，独立运行，更有利于机柜散热节能。高热流密度机柜内的热空气(如图3所示的空气入口4)进入该机柜复合换热器，该机柜复合换热器工作实现散热冷却，被散热冷却后的冷空气(如图3所示的空气出口5)可进入下一机组，完成一个工况循环。

平行管式换热管路2也可以为包括至少一个圆热管的回路，此时插槽3设置于圆热管的蒸发段，圆热管的冷凝段设置于机房外与一外部冷源换热器连接，该外部冷源换热器可以为空冷冷凝器或者冷水换热器。此时本发明高热流密度机柜复合换热器的工作原理是：微热管阵列板的换热翅片与来自高热流密度机柜内的热空气换热并传递给微热管阵列板的蒸发段，由微热管阵列板的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由微热管阵列板的冷凝段放热通过圆热管的插槽壁面导热换热并传递至圆热管的蒸发段，在圆热管的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由圆热管的冷凝段放热将热量带出机房外并与外部冷源换热器换热。

图4为本发明高热流密度机柜复合换热器的第四种优选结构示意图，该实施例的高热流密度机柜复合换热器还包括风机6，该风机可以理解为是与机柜背板或侧板并列的部件，也可以理解为是属于机柜背板或侧板的部件，风机6的布置如图5所示，可设置一个或多个且风机速度可调，将其均固定设置于带有换热翅片103的微热管阵列板1的外侧(或者说是微热管阵列板的蒸发段101的外侧)，保证送风的均匀性，以使得换热的充分性。高热流密度机柜内30-50℃的热空气能够被散热冷却为22-30℃。

本发明还涉及一种高热流密度机柜散热冷却方法，该散热冷却方法与上述的高热流密度机柜复合换热器相对应，可理解为是实现本发明提出的上述高热流密度机柜复合换热器的方法，采用设置于机柜背板或侧板且在机柜内独立完成吸热与放热全过程的机柜换热器件实现与来自高热流密度机柜内的热空气换热，并采用一端与机柜换热器件面接触且另一端位于机柜外部的独立的热输运器件，采用的机柜换热器件和热输运器件内均设置有流动介质且两者介质相互物理隔离；在机柜换热器件与来自高热流密度机柜内的热空气换热后将热量传递至面接触的热输运器件的一端，由热输运器件通过自身内部介质将热量输运至另一端进而带出机柜。具体优选实施例可参考图1a、图2、图3和图4所示，其步骤为，采用带有换热翅片103的微热管阵列板1作为机柜换热器件以及采用带有插槽3的平行管式换热管路2作为热输运器件，即可理解为是将原有的高热流密度机柜的背板或侧板拆除，替换为本发明的带有换热翅片103的微热管阵列板1并安装带有插槽3的平行管式换热管路2后两者协同工作，采用的微热管阵列板1为金属材料经挤压或冲压成型的其内具有两个以上并排排列的微热管阵列的板状结构，将换热翅片103设置在微热管阵列板的蒸发段101，微热管阵列板的冷凝段102插入平行管式换热管路2的插槽3内，平行管式换热管路2的内部设置流动介质；通过微热管阵列板1的换热翅片103与来自高热流密度机柜内的热空气换热并传递给微热管阵列板的蒸发段101，由微热管阵列板的蒸发段101蒸发吸热后发生热管效应再由微热管阵列板的冷凝段102放热通过平行管式换热管路2的插槽3壁面导热换热并传递至平行管式换热管路2内的介质，再由平行管式换热管路2通过介质将热量带出机柜实现散热冷却。该方法的空气对流换热、相变换热、介质显热换热方式及工作介质相互独立。

优选地，本发明的高热流密度机柜散热冷却方法可设置插槽3垂直于平行管式换热管路2的平行管长度方向，如图1a、图2和图3所示，插槽3与高热流密度机柜内的热空气流平行，将微热管阵列板1的换热翅片103沿高热流密度机柜内的热空气流方向设置。如图2所示，采用的平行管式换热管路2为其内具有两个以上平行微细管201且各平行微细管201两端连通均有流动介质的管路，将平行管式换热管路2的至少一个侧面设置为平板状，将插槽3设置在平板状的所述侧面。如图2和图3所示，优选采用两个以上微热管阵列板1，将各微热管阵列板1并排呈阵列排布，在平行管式换热管路2的平行板状的侧面沿平行管长度方向依次设置若干与各微热管阵列板1相对应的插槽3；平行管式换热管路2的平板状的所述侧面机械加工出垂直于平行管长度方向的插槽3，或者在平行管式换热管路2的平板状的所述侧面焊接或者粘接或者铆接所述插槽3；优选设置所述插槽3的宽度与微热管阵列板1厚度一致从而将微热管阵列板的冷凝段102与插槽3壁面紧密贴合，且各插槽3与各微热管阵列板1的接触面积大于各微热管阵列板表面积的5％。如图3和图4所示，在带有换热翅片的微热管阵列板的外侧还固定设置风机6，将平行管式换热管路2设计为两个循环管路，即双回路的平行管式换热管路2，将两个循环管路分别连接冷却介质和冷冻水，连接的冷却介质为在室外经空-液换热器与自然冷源交换热量冷却后的载冷剂或是经过冷却塔的冷却水或非导电载冷剂，连接的冷冻水为制冷机组空调冷冻水，两循环管路可以相互独立运行。高热流密度机柜内的热空气首先与换热翅片103及微热管阵列板1进行对流换热，而后换热翅片103与微热管阵列板1之间进行导热换热，微热管阵列板1内发生热管效应，升温后的微热管阵列板1迅速将热量向上传递，通过插槽传递至双回路的平行管式换热管路2，通过双回路的平行管式换热管路2对微热管阵列板1传递的热量进行冷却。

本发明高热流密度机柜散热冷却方法采用的平行管式换热管路2也可以是包括至少一个圆热管的回路，此时是将插槽设置于圆热管的蒸发段，并将圆热管的冷凝段设置于机房外与一外部冷源换热器连接，该外部冷源换热器为空冷冷凝器或者冷水换热器，由微热管阵列板的冷凝段放热通过插槽壁面导热换热并传递至圆热管的蒸发段，在圆热管的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由圆热管的冷凝段放热将热量带出机房外并与外部冷源换热器换热。

本发明高热流密度机柜散热冷却方法的最终目的是降低机柜内电子器件温度，而针对高热流密度机柜内的某一小面积高功率电子器件的散热，本发明散热方法还可采用进一步针对性散热冷却的方式，可理解为是增加了板式热管-薄翅片式散热方式，特别适用于小面积高热流电子器件的散热，如CPU高功率电子器件等等，采用板式热管将其蒸发段与小面积高功率电子器件的发热面贴合以吸收所述小面积高功率电子器件的热量，再由板式热管的冷凝段将热量直接或通过一薄翅片间接传递至机柜内的空气中或传递至机柜壁面。如图6a和图6b所示，针对CPU高功率电子器件9的散热，将板式热管7通过粘合的方式置于CPU高功率电子器件9之上，而后在板式热管7表面粘合薄翅片8，以强化换热。当CPU高功率电子器件9工作时，局部将会产生高热流密度，由于板式热管7具备高局部热流密度与高效远程输运的功能，板式热管7与CPU高功率电子器件9接触的部分为蒸发段，板式热管7与薄翅片8接触的部分为冷凝段，板式热管7发生热管效应，此时通过板式热管7将高热流密度均匀分布，同时板式热管7将热量传递至薄翅片8，增大了与空气的接触面积。根据所需换热条件，可灵活设置板式热管7的形状，如图6a所示的工艺简单的直板型，又如图6b所示的工艺稍微复杂的U型，不限于上述两种设计形状，可设计为多种样式。板式热管7将高热流密度均匀分布在机柜内部，通过板式热管7的冷凝段上的热量与机柜风机吸入的冷空气进行热量交换，升温后的热空气与所述机柜散热背板或侧板进行热量交换，达到快速散热冷却的目的。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，如本发明复合换热器以及所述散热冷却方法中所述的机柜换热器件和热输运器件除采用实施例所述的带有换热翅片的微热管阵列板以及带有插槽的平行管式换热管路外，也可以采用能够实现在机柜内独立完成吸热与放热全过程的其它换热器件以及采用与机柜换热器件面接触的其它热输运器件，只要工作原理满足本发明技术方案的要求均可；亦或者是对本发明实施例中的带有换热翅片的微热管阵列板以及带有插槽的平行管式换热管路进行不影响工作原理的适当异形变形等等。总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种高热流密度机柜复合换热器，用于高热流密度机柜内的电子器件散热，其特征在于，包括机柜换热器件和热输运器件，所述机柜换热器件为设置于机柜背板或侧板并与来自高热流密度机柜内的热空气换热且在机柜内独立完成吸热与放热全过程的换热器件，所述热输运器件为一端与机柜换热器件面接触且另一端位于机柜外部的独立的器件，所述机柜换热器件和热输运器件内均设置有流动介质且两者介质相互物理隔离；所述机柜换热器件与来自高热流密度机柜内的热空气换热后将热量传递至面接触的热输运器件的一端，所述热输运器件通过自身内部介质将热量输运至另一端进而带出机柜；

所述机柜换热器件为带有换热翅片的微热管阵列板，所述热输运器件为带有插槽的平行管式换热管路，所述微热管阵列板为金属材料经挤压或冲压成型的其内具有两个以上并排排列且独立运行的微热管阵列的板状结构，所述换热翅片设置在微热管阵列板的蒸发段，所述微热管阵列板的冷凝段插入平行管式换热管路的插槽内，所述微热管阵列板与平行管式换热管路通过所述插槽面接触；所述微热管阵列板的换热翅片与来自高热流密度机柜内的热空气换热并传递给微热管阵列板的蒸发段，由微热管阵列板的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由微热管阵列板的冷凝段放热通过平行管式换热管路的插槽壁面导热换热并传递至平行管式换热管路内的介质，所述平行管式换热管路通过介质将热量带出机柜；

所述插槽的方向与平行管式换热管路的平行管长度方向有一定夹角；或所述插槽的方向与平行管式换热管路的平行管长度方向一致，所述微热管阵列板的冷凝段插入平行管式换热管路的插槽后所述微热管阵列板的蒸发段呈回弯设计。

2.根据权利要求1所述的高热流密度机柜复合换热器，其特征在于，所述微热管阵列板的冷凝段紧密插入平行管式换热管路的插槽内；或所述微热管阵列板的冷凝段插入平行管式换热管路的插槽内后与插槽内壁通过钎焊焊接。

3.根据权利要求1所述的高热流密度机柜复合换热器，其特征在于，所述插槽垂直于平行管式换热管路的平行管长度方向且所述插槽与高热流密度机柜内的热空气流平行，所述微热管阵列板的换热翅片沿高热流密度机柜内的热空气流方向设置；

和/或，所述微热管阵列板上的换热翅片与微热管阵列板通过钎焊焊接。

4.根据权利要求1至3之一所述的高热流密度机柜复合换热器，其特征在于，所述平行管式换热管路为其内具有两个以上平行微细管且各平行微细管两端连通均有流动介质的管路，所述流动介质为单相介质或两相介质，所述平行管式换热管路至少有一个侧面为平板状，在平板状的所述侧面设置所述插槽；

或，所述平行管式换热管路为包括至少一个圆热管的回路，所述插槽设置于圆热管的蒸发段，圆热管的冷凝段设置于机房外与外部冷源换热器连接，所述外部冷源换热器为空冷冷凝器或者冷水换热器。

5.根据权利要求4所述的高热流密度机柜复合换热器，其特征在于，所述微热管阵列板采用两个以上，各微热管阵列板并排呈阵列排布，所述平行管式换热管路的平行板状的侧面沿平行管长度方向依次设置若干与各微热管阵列板相对应的插槽；所述插槽的宽度与微热管阵列板厚度一致，所述微热管阵列板的冷凝段与插槽壁面紧密贴合，且各插槽与各微热管阵列板的接触面积大于各微热管阵列板表面积的5％；

和/或，所述平行管式换热管路的外侧面或下侧面为平板状，所述插槽相应设置在平行管式换热管路的外侧或下侧；所述平行管式换热管路的平板状的所述侧面机械加工出垂直于平行管长度方向的插槽，或者在所述平行管式换热管路的平板状的所述侧面焊接或者粘接或者铆接所述插槽。

6.根据权利要求5所述的高热流密度机柜复合换热器，其特征在于，所述平行管式换热管路采用两个独立运行的循环管路，两个循环管路分别连接冷却介质和冷冻水，所述冷却介质为在室外经空-液换热器与自然冷源交换热量冷却后的载冷剂或是经过冷却塔的冷却水或非导电载冷剂，所述冷冻水为制冷机组空调冷冻水；

和/或，所述复合换热器还包括一个或多个可调风速的风机，所述风机固定设置于带有换热翅片的微热管阵列板的外侧；

和/或，所述微热管阵列板中的各微热管的内壁中设置有毛细结构，所述毛细结构为在各微热管的内壁中设置的具备强化传热作用的微翅或沿微热管长度方向走向的内凹微槽，所述微翅的大小和结构适合于与微热管内壁形成沿微热管长度方向走向的毛细微槽。

7.一种高热流密度机柜散热冷却方法，用于高热流密度机柜内的电子器件散热，其特征在于，采用设置于机柜背板或侧板且在机柜内独立完成吸热与放热全过程的机柜换热器件实现与来自高热流密度机柜内的热空气换热，并采用一端与机柜换热器件面接触且另一端位于机柜外部的独立的热输运器件，采用的机柜换热器件和热输运器件内均设置有流动介质且两者介质相互物理隔离；在机柜换热器件与来自高热流密度机柜内的热空气换热后将热量传递至面接触的热输运器件的一端，由热输运器件通过自身内部介质将热量输运至另一端进而带出机柜；

采用的机柜换热器件为带有换热翅片的微热管阵列板，采用的热输运器件为带有插槽的平行管式换热管路，所述微热管阵列板为金属材料经挤压或冲压成型的其内具有两个以上并排排列且独立运行的微热管阵列的板状结构，将换热翅片设置在微热管阵列板的蒸发段，微热管阵列板的冷凝段插入平行管式换热管路的插槽内，微热管阵列板与平行管式换热管路通过所述插槽面接触；通过微热管阵列板的换热翅片与来自高热流密度机柜内的热空气换热并传递给微热管阵列板的蒸发段，由微热管阵列板的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由微热管阵列板的冷凝段放热通过平行管式换热管路的插槽壁面导热换热并传递至平行管式换热管路内的介质，再由平行管式换热管路通过介质将热量带出机柜实现散热冷却；

所述插槽的方向与平行管式换热管路的平行管长度方向有一定夹角；或所述插槽的方向与平行管式换热管路的平行管长度方向一致，所述微热管阵列板的冷凝段插入平行管式换热管路的插槽后所述微热管阵列板的蒸发段呈回弯设计。

8.根据权利要求7所述的高热流密度机柜散热冷却方法，其特征在于，设置插槽垂直于平行管式换热管路的平行管长度方向且插槽与高热流密度机柜内的热空气流平行，将微热管阵列板的换热翅片沿高热流密度机柜内的热空气流方向设置；

和/或，采用的平行管式换热管路为其内具有两个以上平行微细管且各平行微细管两端连通均有流动介质的管路，所述流动介质为单相介质或两相介质，将平行管式换热管路的至少一个侧面设置为平板状，将插槽设置在平板状的所述侧面；或，采用的平行管式换热管路为包括至少一个圆热管的回路，将所述插槽设置于圆热管的蒸发段，并将圆热管的冷凝段设置于机房外与外部冷源换热器连接，所述外部冷源换热器为空冷冷凝器或者冷水换热器，由微热管阵列板的冷凝段放热通过插槽壁面导热换热并传递至圆热管的蒸发段，在圆热管的蒸发段蒸发吸热后发生热管效应再由圆热管的冷凝段放热将热量带出机房外并与外部冷源换热器换热。

9.根据权利要求8所述的高热流密度机柜散热冷却方法，其特征在于，采用两个以上微热管阵列板，将各微热管阵列板并排呈阵列排布，在平行管式换热管路的平行板状的侧面沿平行管长度方向依次设置若干与各微热管阵列板相对应的插槽；平行管式换热管路的平板状的所述侧面机械加工出垂直于平行管长度方向的插槽，或者在平行管式换热管路的平板状的所述侧面焊接或者粘接或者铆接所述插槽；

设置所述插槽的宽度与微热管阵列板厚度一致从而将微热管阵列板的冷凝段与插槽壁面紧密贴合，且各插槽与各微热管阵列板的接触面积大于各微热管阵列板表面积的5％。

10.根据权利要求7至9之一所述的高热流密度机柜散热冷却方法，其特征在于，在带有换热翅片的微热管阵列板的外侧还固定设置一个或多个可调风速的风机；

和/或，将平行管式换热管路设计为两个独立运行的循环管路，将两个循环管路分别连接冷却介质和冷冻水，连接的冷却介质为在室外经空-液换热器与自然冷源交换热量冷却后的载冷剂或是经过冷却塔的冷却水或非导电载冷剂，连接的冷冻水为制冷机组空调冷冻水；

和/或，针对高热流密度机柜内的某一小面积高功率电子器件的散热，还采用板式热管将其蒸发段与所述小面积高功率电子器件的发热面贴合以吸收所述小面积高功率电子器件的热量，再由板式热管的冷凝段将热量直接或通过一薄翅片间接传递至机柜内的空气中或传递至机柜壁面。