CN108006862B - 用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，包括制冷机组、信号采集检测器、信号分析控制器、水冷系统和若干个伸缩式可变微槽道；伸缩式可变微槽道均设在服务器主机的散热板上，制冷机组通过循环管道与各个伸缩式可变微槽道相连通；每个伸缩式可变微槽道均包括滑动连接的主槽道和副槽道。伸缩式可变微槽道通过信号分析控制器的电子信号进行伸缩变化；制冷机组通过信号分析控制器的电子信号控制循环管道的变频充液。本发明通过伸缩变化伸缩式可变微槽道的截面积，实现随服务器主机接入数据的增减而增减换热量，从而改变换热器的换热性能，充分满足机房高峰访问量、低谷访问量时的散热需求，达到节能、及时、高效的散热效果。

Description

用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器
技术领域
本发明涉及节能、制冷领域，特别是一种用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器。
背景技术
微电子领域飞速发展，伴随晶体管集成度的不断提高，高速电子器件的热密度已达5～10MW/m2，由此带来的过高温度会降低芯片的工作稳定性，增加出错率，同时模块内部与其外部环境间所形成的热应力会直接影响到芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性，因此对微元件的高效散热要求就越来越高。如果微元件散热处理不好，元件温度就会上升，直接影响元件的性能，从而影响微电子器件的整体性能，散热已经成为其发展的主要“瓶颈”，微槽道换热器取代传统换热装置已成必然趋势，研究微元件高效换热技术具有非常重要的意义。
数据已经全面进入各行各业，互联网、云计算、大数据等快速发展，促进了数据机房的大规模建设。由于电子计算机与数据处理机房内微电子设备密度大、发热量大且随着主机接入数据的增减，机房主机散热量会短时间急剧增减，而计算机系统的正常运行对环境的温度有严格的要求，因此应有一种高效及时的散热方案来满足机房不同时段的散热需求。传统的机房散热方法单纯依靠普通空调系统对整个机房房间进行散热，缺乏针对于主机的一种及时响应、高效节能的换热装置。
现有的变制冷剂流量空调系统变频技术通过控制循环管路中的载冷流体充液率，实现了空调在变频蒸气压缩循环制冷和热管循环制冷状态下以载冷流体最佳充液率进行运作，满足室内冷热负荷要求。由于变频技术仅仅通过改变载冷流体充液率来实现调节，变化范围、速度受限制。而机房主机散热量随服务器主机接入数据的增减，短时间急剧增减，现有的变频技术无法短时间适应满足机房主机高峰时段巨大的散热量和低谷时段极小的散热量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，该用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器能用于机房散热，通过伸缩变化伸缩式可变微槽道的截面积，实现随服务器主机接入数据的增减增减换热量，从而改变换热器的换热性能，实现快速响应、充分满足机房高峰访问量、低谷访问量时的散热需求，达到节能、及时、高效的散热效果，同时制冷机组具有控制循环管道充液率的变频功能，当机房散热需求变化时，制冷机组变频功能与伸缩式可变微槽道换热器共同实现快速响应，提高系统的灵敏度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，包括制冷机组、信号采集检测器、信号分析控制器、水冷系统和若干个伸缩式可变微槽道。
制冷机组设置在机房外侧，信号采集检测器设置在服务器主机的信号接入口处，用于采集服务器主机的网络数据接入量。
若干个伸缩式可变微槽道均设置在服务器主机的散热板上，制冷机组通过循环管道与各个伸缩式可变微槽道相连通。
每个伸缩式可变微槽道均包括主槽道和副槽道；副槽道滑动设置在主槽道内，当副槽道完全收缩滑移至主槽道内部时，构成伸缩式可变微槽道最小截面积Amin；当副槽道完全伸长滑移至主槽道外侧时，构成伸缩式可变微槽道最大截面积Amax。
制冷机组、信号采集检测器和若干个伸缩式可变微槽道均与信号分析控制器电连接；伸缩式可变微槽道通过信号分析控制器的电子信号进行伸缩变化；制冷机组通过信号分析控制器的电子信号控制循环管道的变频充液。
服务器主机的壳体与每个伸缩式可变微槽道的壁面之间形成冷却水道，冷却水道底部设置有入水口，冷却水道顶部设置出水口；冷却水道、入水口和出水口构成水冷系统。
伸缩式可变微槽道最大截面积Amax和伸缩式可变微槽道最小截面积Amin，满足如下计算公式：
其中，
式中，Qce，max-单位长度单个伸缩式可变微槽道中载冷流体能吸收的最大热量，J；
Qce，min-单位长度单个伸缩式可变微槽道中载冷流体能吸收的最小热量，J；
cc-循环管道中载冷流体的比热容，J/(kg·℃)；
ρc-循环管道中载冷流体的密度，kg/m3；
tc-循环管道中载冷流体的温度，℃；
tf-冷却水道中水的定性温度，℃；
ti-入水口水初温，℃；
to-出水口水终温，℃；
Qmax-机房高峰时段最大所需散热量，J；
Qmin-机房低谷时段最小所需散热量，J；
l-伸缩式可变微槽道长度，m；
n-伸缩式可变微槽道的个数；
η-散热损失率。
每个伸缩式可变微槽道均还包括导轨和滑块，导轨设置在主槽道内，副槽道通过滑块与导轨滑动连接。
滑块能在导轨上无级滑移。
当信号采集检测器检测到接入服务器主机的网络数据接入量增加时，信号分析控制器分析信号，指令滑块外移，副槽道向外滑动，增大伸缩式可变微槽道截面积；反之，副槽道向内滑动，减小伸缩式可变微槽道截面积。
伸缩式可变微槽道的材料为铝或铝合金。
当副槽道完全滑移至最大位移即具有伸缩式可变微槽道最大截面积Amax时，主槽道、副槽道四周与其他相邻的主槽道、副槽道的壁面之间均具有间隙。
本发明具有如下有益效果：主要应用于机房散热，通过伸缩变化伸缩式可变微槽道的截面积，实现随服务器主机接入数据的增减增减换热量，从而改变换热器的换热性能，实现快速响应、充分满足机房高峰访问量、低谷访问量时的散热需求，达到节能、及时、高效的散热效果，同时制冷机组具有控制循环管道充液率的变频功能，当机房散热需求变化时，制冷机组变频功能与伸缩式可变微槽道换热器共同实现快速响应，提高系统的灵敏度。
附图说明
图1显示了本发明一种用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器的结构示意图。
图2显示了伸缩式可变微槽道不同工作状态的示意图；其中，图(a)显示了伸缩式可变微槽道的截面积A＝Amin时的示意图；图(b)显示了伸缩式可变微槽道的截面积A在Amin～Amax之间变化时的示意图；图(c)显示了伸缩式可变微槽道的截面积A＝Amax时的示意图。
其中有：1-制冷机组；2-循环管道；3-服务器主机；4-入水口；5-出水口；6-冷却水道；7-伸缩式可变微槽道；71-主槽道；72-副槽道；73-导轨；74-滑块；8-信号采集检测器；9-信号分析控制器；10-电缆。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，包括制冷机组1、信号采集检测器8、信号分析控制器9、水冷系统和若干个伸缩式可变微槽道。
制冷机组设置在机房外侧。
信号采集检测器设置在服务器主机的信号接入口处，用于采集服务器主机的网络数据接入量。
若干个伸缩式可变微槽道均设置在服务器主机3的散热板上，制冷机组通过循环管道2与各个伸缩式可变微槽道相连通，若干个伸缩式可变微槽道之间并联连接。
伸缩式可变微槽道的材料优选为铝或铝合金等，具有良好的导热性能。
服务器主机的壳体与每个伸缩式可变微槽道的壁面之间形成冷却水道6，冷却水道底部设置有入水口4，冷却水道顶部设置出水口5；冷却水道、入水口和出水口构成水冷系统。
每个伸缩式可变微槽道均包括主槽道71和副槽道72，副槽道滑动设置在主槽道内。
每个伸缩式可变微槽道均还优选包括导轨73和滑块74，导轨设置在主槽道内，副槽道通过滑块与导轨滑动连接，滑块优选能在导轨上无级滑移。
当副槽道完全滑移至最大位移即具有伸缩式可变微槽道最大截面积Amax时，主槽道、副槽道四周与其他相邻的主槽道、副槽道的壁面之间均优选具有间隙。
优选，当所有伸缩式可变微槽道在全都处于最大截面积工作状态时，主槽道或副槽道与四周壁面间距不得小于1/3主槽道未设导轨一侧的固定边边长，以保证冷却水道不过于狭窄而影响换热。
伸缩式可变微槽道导轨宽度不得大于1/5即主槽道未设导轨一侧的固定边边长，伸缩式可变微槽道的截面积可近似看作矩形，以便工程设计时在可接受误差内计算设计。
假设伸缩式可变微槽道的截面积为A，当副槽道完全收缩滑移至主槽道内部时，如图2中的(a)图所示，A＝Amin；其中，Amin表示伸缩式可变微槽道最小截面积。
当副槽道完全伸长滑移至主槽道外侧时，如图2中的(c)图所示，A＝Amax，其中Amax表示伸缩式可变微槽道最大截面积。
图2中的(b)图显示了伸缩式可变微槽道的截面积A在Amin～Amax之间变化时的状态图。
制冷机组、信号采集检测器和若干个伸缩式可变微槽道均与信号分析控制器电连接；伸缩式可变微槽道通过信号分析控制器的电子信号进行伸缩变化；制冷机组通过信号分析控制器的电子信号控制循环管道的变频充液，当机房散热需求变化时，制冷机组变频功能与伸缩式可变微槽道换热器共同实现快速响应，提高系统的灵敏度。
当信号采集检测器检测到接入服务器主机的网络数据接入量增加时，信号分析控制器分析信号，指令滑块外移，副槽道向外滑动，增大伸缩式可变微槽道截面积；反之，副槽道向内滑动，减小伸缩式可变微槽道截面积。
伸缩式可变微槽道最大截面积Amax和伸缩式可变微槽道最小截面积Amin，满足如下计算公式：
其中，
式中，Qce，max-单位长度单个伸缩式可变微槽道中载冷流体能吸收的最大热量，J；
Qce，min-单位长度单个伸缩式可变微槽道中载冷流体能吸收的最小热量，J；
cc-循环管道中载冷流体的比热容，J/(kg·℃)；
ρc-循环管道中载冷流体的密度，kg/m3；
tc-循环管道中载冷流体的温度，℃；
tf-冷却水道中水的定性温度，℃；
ti-入水口水初温，℃；
to-出水口水终温，℃；
Qmax-机房高峰时段最大所需散热量，J；
Qmin-机房低谷时段最小所需散热量，J；
l-伸缩式可变微槽道长度，m；
n-伸缩式可变微槽道的个数；
η-散热损失率，由伸缩式可变微槽道的材质。
本发明将一种伸缩式可变微槽道换热器应用于机房散热，伸缩式可变微槽道换热器通过伸缩变化微槽道截面积实现随服务器主机接入数据的增减微槽道换热器换热量的增减，从而改变换热器换热性能，实现快速响应、充分满足机房高峰访问量、低谷访问量时的散热需求，达到节能、及时、高效的散热效果。
如图2(a)所示，低谷时段，信号采集检测器检测接入主网的网络数据减少时，主机散热量大大减小，信号分析控制器分析信号，发出滑块内移指令，副槽道向内滑动，此时各微槽道截面积最小，单位长度单个伸缩式可变微槽道中载冷流体能吸收的热量减小，快速响应，在满足主机散热需求的同时，实现节能的效果。
如图2(c)所示，高峰时段，信号采集检测器检测接入主网的网络数据增加时，主机散热量急剧增加，信号分析控制器分析信号，发出滑块外移指令，副槽道向外滑动，各微槽道截面积达到最大，单位长度单个伸缩式可变微槽道中载冷流体能吸收的热量增加，快速响应，满足主机散热需求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，其特征在于：包括制冷机组、信号采集检测器、信号分析控制器、水冷系统和若干个伸缩式可变微槽道；
制冷机组设置在机房外侧，信号采集检测器设置在服务器主机的信号接入口处，用于采集服务器主机的网络数据接入量；
若干个伸缩式可变微槽道均设置在服务器主机的散热板上，制冷机组通过循环管道与各个伸缩式可变微槽道相连通；
每个伸缩式可变微槽道均包括主槽道和副槽道；副槽道滑动设置在主槽道内，当副槽道完全收缩滑移至主槽道内部时，构成伸缩式可变微槽道最小截面积Amin；当副槽道完全伸长滑移至主槽道外侧时，构成伸缩式可变微槽道最大截面积Amax；
制冷机组、信号采集检测器和若干个伸缩式可变微槽道均与信号分析控制器电连接；伸缩式可变微槽道通过信号分析控制器的电子信号进行伸缩变化；制冷机组通过信号分析控制器的电子信号控制循环管道的变频充液；
服务器主机的壳体与每个伸缩式可变微槽道的壁面之间形成冷却水道，冷却水道底部设置有入水口，冷却水道顶部设置出水口；冷却水道、入水口和出水口构成水冷系统。
2.根据权利要求1所述的用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，其特征在于：伸缩式可变微槽道最大截面积Amax和伸缩式可变微槽道最小截面积Amin，满足如下计算公式：
其中，
式中，Qce,max—单位长度单个伸缩式可变微槽道中载冷流体能吸收的最大热量，J；
Qce,min—单位长度单个伸缩式可变微槽道中载冷流体能吸收的最小热量，J；
cc—循环管道中载冷流体的比热容，J/(kg·℃)；
ρc—循环管道中载冷流体的密度，kg/m3；
tc—循环管道中载冷流体的温度，℃；
tf—冷却水道中水的定性温度，℃；
ti—入水口水初温，℃；
to—出水口水终温，℃；
Qmax—机房高峰时段最大所需散热量，J；
Qmin—机房低谷时段最小所需散热量，J；
l—伸缩式可变微槽道长度，m；
n—伸缩式可变微槽道的个数；
η—散热损失率。
3.根据权利要求1所述的用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，其特征在于：每个伸缩式可变微槽道均还包括导轨和滑块，导轨设置在主槽道内，副槽道通过滑块与导轨滑动连接。
4.根据权利要求3所述的用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，其特征在于：滑块能在导轨上无级滑移。
5.根据权利要求3所述的用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，其特征在于：当信号采集检测器检测到接入服务器主机的网络数据接入量增加时，信号分析控制器分析信号，指令滑块外移，副槽道向外滑动，增大伸缩式可变微槽道截面积；反之，副槽道向内滑动，减小伸缩式可变微槽道截面积。
6.根据权利要求1所述的用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，其特征在于：伸缩式可变微槽道的材料为铝或铝合金。
7.根据权利要求1所述的用于机房散热的伸缩式可变微槽道换热器，其特征在于：当副槽道完全滑移至最大位移即具有伸缩式可变微槽道最大截面积Amax时，主槽道、副槽道四周与其他相邻的主槽道、副槽道的壁面之间均具有间隙。
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