CN110418213A - 一种光量子交换机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光量子交换机，若干个光量子交换机体设置在柜体内，光量子交换机体的左右两侧设有换热排孔，柜体顶部设有水冷外机，光量子交换机体外侧在左右周向上包覆有内水冷螺旋绕管，内水冷螺旋绕管自后向前螺旋延伸且前后两端分别朝右侧延伸，内水冷螺旋绕管的前端连接有在其下方水平向后延伸的回流管，回流管和内水冷螺旋绕管的后端分别连接有竖直向上延伸的主导流管，两个主导流管竖直向上延伸且上端穿出柜体分别与水冷外机的进水口和出水口相连。本发明采用螺旋缠绕在光量子交换机体外侧的内水冷螺旋绕管进行密封水冷散热，能够对光量子交换机体在一个周向上实现全覆盖式的散热，散热效果好，有利于光量子交换机体保证恒温式工作。

Description

一种光量子交换机

技术领域

本发明涉及量子通信散热硬件的技术领域，尤其涉及一种光量子交换机。

背景技术

光量子交换机体是实现量子通信网络的关键环节，具有量子交换网络与经典通信网络的协调控制功能。要完成一次完整的量子通信，必须借助经典辅助通信网络，传递需要的测量和控制等信息，而一个完整的量子通信网络必须同时具备经典通信网络以及量子传送网络两部分。因此，光量子交换机体不仅要控制量子交换网络，即控制光交叉连接器件进行光路的连接，还要控制经典的通信网络，进行经典信息的传送。光量子交换机体必须具备经典通信网络的交换控制与量子交换网络的控制功能。因此，光量子交换机体方案包含经典交换模块、交换控制模块和光交叉连接模块等三部分。其中，经典交换模块完成经典辅助通信网络的交换控制；交换控制模块依据经典交换信息，控制光交叉连接模块完成量子交换；光交叉连接模块由量子信道交叉交换构成。而一个网络节点结构即对应一个光量子交换机体，只有借助光量子交换机体才能真正构成一个量子通信网络，因此这就决定了光量子交换机体的稳定性和安全性要，其中散热性就是一个对运行稳定性有较大影响的因素，同时在考虑散热性的同时也应当平衡考虑成本，因此，拟设计一种兼顾考量较高散热性和较低散热成本的光量子交换机体。

发明内容

针对以上现有存在的问题，本发明提供一种光量子交换机，采用螺旋缠绕在光量子交换机体外侧的内水冷螺旋绕管进行密封水冷散热，能够对光量子交换机体在一个周向上实现全覆盖式的散热，散热效果好，有利于光量子交换机体保证恒温式工作。

本发明的技术方案在于：

本发明提供一种光量子交换机，包括水冷外机、内水冷模块、柜体和光量子交换机体，所述柜体内设有若干个光量子交换机体，所述光量子交换机体的左右两侧设有换热排孔，所述柜体设有内水冷模块对光量子交换机体的换热排孔进行散热，所述柜体顶部设有水冷外机，所述光量子交换机体外侧嵌套且不接触地设有作为内水冷模块的内水冷螺旋绕管，所述内水冷螺旋绕管自后向前螺旋延伸且前后两端分别朝右侧延伸，所述内水冷螺旋绕管的前端连接有在其下方水平向后延伸的回流管，所述回流管和内水冷螺旋绕管的后端分别连接有竖直向上延伸的主导流管，两个所述主导流管竖直向上延伸且上端穿出柜体分别与水冷外机的进水口和出水口相连。

进一步地，所述柜体包括柜体箱壳和多格内支架，所述多格内支架呈框架结构，若干个所述光量子交换机体依次嵌入在多格内支架内，所述柜体箱壳包裹在多格内支架外，使得所述柜体密封。

进一步地，所述柜体箱壳的左右两侧壁内侧与内水冷螺旋绕管的左右两侧之间存在间隙，所述间隙内设置有导流壳，两个所述导流壳上朝向相邻两个内水冷螺旋绕管之间的部分相对凸起，两个所述导流壳上朝向内水冷螺旋绕管中间的部分上相对凹曲，使得所述光量子交换机体的换热排孔中进气排孔与出气排孔之间的气流，通过所述导流壳导向流动作用，自两个相邻光量子交换机体之间的空间经过，增大内水冷螺旋绕管的换热面积。

进一步地，所述多格内支架包括竖直支撑杆和承载角板，两个所述竖直支撑杆呈矩形分布设置在柜体箱壳内且前后两个相邻的竖直支撑杆之间设置有多个采用角钢制成的承载角板，所述承载角板的下侧设有由内水冷螺旋绕管的管线穿过的豁口，并降低对所述进气排孔与出气排孔之间气流的阻碍作用。

进一步地，所述导流壳包括侧竖直板、导流凹曲板和导流尖角，两个所述侧竖直板分别一前一后地固定设置在同一个柜体侧壁上且相对侧面之间固定设置有若干个自上而下依次分布的导流凹曲板，相邻两个所述导流凹曲板之间形成朝向相邻两个内水冷螺旋绕管之间的导流尖角。

进一步地，所述导流凹曲板采用隔热陶瓷制成，且呈轴线水平的半圆筒形板状结构。

进一步地，所述内水冷螺旋绕管采用铜管制成，且靠近所述光量子交换机体的侧面与光量子交换机体的外侧壁之间的间距为6mm-20mm。

进一步地，所述水冷外机包括水箱、水泵、换热器和智能温度检测结构，所述水泵、水箱和换热器依次连通，两个所述主导流管分别与水泵和换热器相连通而作为内水冷螺旋绕管的供水管和排水管，从而内外连通形成一个完整的水冷散热回路。

进一步地，所述智能温度检测结构包括温度传感器和外控制器，所述温度传感器设置在回流管临近的承载角板的侧面中央，所述外控制器与温度传感器电性相连，形成多个并联的温度检测通路。

进一步地，所述外控制器包括PLC控制器和无线通信模块，所述PLC控制器分别与温度传感器和无线通信模块电性相连，并通过无线通信模块将温度传感器检测到的温度信号传输给外界主机，所述外界主机根据获得的温度信号作为光量子交换机体的温度监测依据。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具体的积极有益效果为：

1、本发明采用螺旋缠绕在光量子交换机体外侧的内水冷螺旋绕管进行密封水冷散热，能够对光量子交换机体在一个周向上实现全覆盖式的散热，散热效果好，有利于光量子交换机体保证恒温式工作。

2、本发明在光量子交换机体的换热排孔相对的地方，设置采用隔热陶瓷制成的导流凹曲板，导流凹曲板呈轴线水平的半圆筒形板状结构，有利于气流在导流凹曲板内形成紊流，增大紊流与内水冷螺旋绕管之间的接触面积。

3、本发明中承载角板的下侧设有由内水冷螺旋绕管的管线穿过的豁口，并降低对进气排孔与出气排孔之间气流的阻碍作用。

4、本发明设置智能温度检测结构，外界主机根据获得的温度信号作为光量子交换机体的温度监测依据，也就是出现特定位置的散热问题时能够及时发现、及时维护，以保证整机的高效运行。

附图说明

图1是本发明的外部结构示意图；

图2是本发明去掉门板和后箱板后的结构示意图；

图3是本发明中导流散热结构与光量子交换机体结合的结构示意图；

图4是本发明中导流散热结构的分流结构与光量子交换机体结合的结构示意图；

图5是本发明中导流散热结构的液冷散热结构与光量子交换机体结合的结构示意图。

图中：1-水冷外机，2-柜体，3-竖直支撑杆，4-导流壳，5-内水冷螺旋绕管，6-光量子交换机体，7-主导流管，8-承载角板，9-回流管，10-换热排孔，41-侧竖直板，42-导流凹曲板，43-导流尖角。

具体实施方式

实施例一：

如附图1-附图5所示，本发明提供一种光量子交换机，包括水冷外机1、内水冷模块、柜体2和光量子交换机体6，柜体2内设有若干个光量子交换机体6，光量子交换机体6的左右两侧设有换热排孔10，柜体2设有内水冷模块对光量子交换机体6的换热排孔10进行散热，柜体2顶部设有水冷外机1，光量子交换机体6外侧嵌套且不接触地设有作为内水冷模块的内水冷螺旋绕管5，内水冷螺旋绕管5自后向前螺旋延伸且前后两端分别朝右侧延伸，内水冷螺旋绕管5的前端连接有在其下方水平向后延伸的回流管9，回流管9和内水冷螺旋绕管5的后端分别连接有竖直向上延伸的主导流管7，两个主导流管7竖直向上延伸且上端穿出柜体2分别与水冷外机1的进水口和出水口相连。

其中，柜体2包括柜体2箱壳和多格内支架，多格内支架呈框架结构，五个光量子交换机体6依次嵌入在具有五个容纳格子的多格内支架内，柜体2箱壳包裹在多格内支架外，使得柜体2密封，避免灰尘进入柜体2内，有效提高整个柜体2内光量子交换机体6的工作稳定性。

而在柜体2箱壳的左右两侧壁内侧与内水冷螺旋绕管5的左右两侧之间存在间隙，间隙内设置有导流壳4，两个导流壳4上朝向相邻两个内水冷螺旋绕管5之间的部分相对凸起，两个导流壳4上朝向内水冷螺旋绕管5中间的部分上相对凹曲，使得光量子交换机体6的换热排孔10中进气排孔与出气排孔之间的气流，通过导流壳4导向流动作用，自两个相邻光量子交换机体6之间的空间经过，增大内水冷螺旋绕管5的换热面积。

其中，多格内支架包括竖直支撑杆3和承载角板8，两个竖直支撑杆3呈矩形分布设置在柜体2箱壳内且前后两个相邻的竖直支撑杆3之间设置有多个采用角钢制成的承载角板8，承载角板8的下侧设有由内水冷螺旋绕管5的管线穿过的豁口，并降低对进气排孔与出气排孔之间气流的阻碍作用。

其中，导流壳4包括侧竖直板41、导流凹曲板42和导流尖角43，两个侧竖直板41分别一前一后地固定设置在同一个柜体2侧壁上且相对侧面之间固定设置有若干个自上而下依次分布的导流凹曲板42，相邻两个导流凹曲板42之间形成朝向相邻两个内水冷螺旋绕管5之间的导流尖角43。

而导流凹曲板42采用隔热陶瓷制成，且呈轴线水平的半圆筒形板状结构，有利于气流在导流凹曲板42内形成紊流，增大紊流与内水冷螺旋绕管5之间的接触面积。

而内水冷螺旋绕管5采用内径为5mm的细铜管制成，且靠近光量子交换机体6的侧面始终与光量子交换机体6的外侧壁存在6mm-20mm的间距。

水冷外机1包括水箱、水泵、换热器和智能温度检测结构，水泵、水箱和换热器依次连通，两个主导流管7分别与水泵和换热器相连通而作为内水冷螺旋绕管5的供水管和排水管，从而内外连通形成一个完整的水冷散热回路。

其中，智能温度检测结构包括温度传感器和外控制器，温度传感器设置在回流管9临近的承载角板8的侧面中央，对临近的光量子交换机体6进行测温，使得光量子交换机体6周围的温度保持在20℃-25℃的较好工作温度范围内，外控制器与温度传感器电性相连，形成多个并联的温度检测通路；进一步地看，外控制器包括PLC控制器和无线通信模块，PLC控制器分别与温度传感器和无线通信模块电性相连，并通过无线通信模块将温度传感器检测到的温度信号传输给外界主机，外界主机根据获得的温度信号作为光量子交换机体6的温度监测依据，也就是出现特定位置的散热问题时能够及时发现、及时维护，以保证整机的高效运行。

在运行时，五个光量子交换机体6依次上下排列在柜体2的多格内支架内，每个光量子交换机体6上均嵌套有内水冷螺旋绕管5，内水冷螺旋绕管5的水体对光量子交换机体6左右周向上的空间吸收热量，吸收热量的水体从与内水冷螺旋绕管5连通的回流管9进入与换热器相连通的主导流管7内，水体的热量在换热器内被向上排出到机房的中央空调系统内，换热器冷却后的水体进入水箱，水箱内的水体由水泵驱动进入与内水冷螺旋绕管5后端连通的主导流管7内，由此冷却水体从内水冷螺旋绕管5的后端进入内水冷螺旋绕管5，完成一次散热回路的水体流动，这是水冷运转；

而相对的在光量子交换机体6周围的气流运转，则是由于光量子交换机体6两侧的换热排孔10中一侧为进气排孔，另一侧为出气排孔，出气排孔与回流管9临近，气流自出气排孔排出后，由于出气排孔呈多孔状结构，喷射到导流凹曲板42的凹曲面上被打散混合形成紊流，此时与内水冷螺旋绕管5完成一次接触，然后经过导流凹曲板42的导流作用，到达光量子交换机体6的两侧，再次与内水冷螺旋绕管5完成一次接触，最后在进气排孔的吸力作用下，冲击到与进气排孔相对的导流凹曲板42上，形成二次紊流效果，并第三次与内水冷螺旋绕管5接触，由此气流运转过程中形成紊流效果好并能够最大限度地与内水冷螺旋绕管5接触，实现对整个光量子交换机体6在左右周向上较为均匀地散热，以保证出气排孔处被温度传感器检测的温度保持在25℃左右，而对应地进气排孔则能保证在20℃左右，以使得整个光量子交换机体6获得较好的散热效果。

Claims (10)

1.一种光量子交换机，包括水冷外机、内水冷模块、柜体和光量子交换机体，所述柜体内设有若干个光量子交换机体，所述光量子交换机体的左右两侧设有换热排孔，所述柜体设有内水冷模块对光量子交换机体的换热排孔进行散热，所述柜体顶部设有水冷外机，其特征在于：所述光量子交换机体外侧嵌套且不接触地设有作为内水冷模块的内水冷螺旋绕管，所述内水冷螺旋绕管自后向前螺旋延伸且前后两端分别朝右侧延伸，所述内水冷螺旋绕管的前端连接有在其下方水平向后延伸的回流管，所述回流管和内水冷螺旋绕管的后端分别连接有竖直向上延伸的主导流管，两个所述主导流管竖直向上延伸且上端穿出柜体分别与水冷外机的进水口和出水口相连。

2.根据权利要求1所述的一种光量子交换机，其特征在于：所述柜体包括柜体箱壳和多格内支架，所述多格内支架呈框架结构，若干个所述光量子交换机体依次嵌入在多格内支架内，所述柜体箱壳包裹在多格内支架外，使得所述柜体密封。

3.根据权利要求2所述的一种光量子交换机，其特征在于：所述柜体箱壳的左右两侧壁内侧与内水冷螺旋绕管的左右两侧之间存在间隙，所述间隙内设置有导流壳，两个所述导流壳上朝向相邻两个内水冷螺旋绕管之间的部分相对凸起，两个所述导流壳上朝向内水冷螺旋绕管中间的部分上相对凹曲，使得所述光量子交换机体的换热排孔中进气排孔与出气排孔之间的气流，通过所述导流壳导向流动作用，自两个相邻光量子交换机体之间的空间经过，增大内水冷螺旋绕管的换热面积。

4.根据权利要求3所述的一种光量子交换机，其特征在于：所述多格内支架包括竖直支撑杆和承载角板，两个所述竖直支撑杆呈矩形分布设置在柜体箱壳内且前后两个相邻的竖直支撑杆之间设置有多个采用角钢制成的承载角板，所述承载角板的下侧设有由内水冷螺旋绕管的管线穿过的豁口，并降低对所述进气排孔与出气排孔之间气流的阻碍作用。

5.根据权利要求3所述的一种光量子交换机，其特征在于：所述导流壳包括侧竖直板、导流凹曲板和导流尖角，两个所述侧竖直板分别一前一后地固定设置在同一个柜体侧壁上且相对侧面之间固定设置有若干个自上而下依次分布的导流凹曲板，相邻两个所述导流凹曲板之间形成朝向相邻两个内水冷螺旋绕管之间的导流尖角。

6.根据权利要求5所述的一种光量子交换机，其特征在于：所述导流凹曲板采用隔热陶瓷制成，且呈轴线水平的半圆筒形板状结构。

7.根据权利要求1所述的一种光量子交换机，其特征在于：所述内水冷螺旋绕管采用铜管制成，且靠近所述光量子交换机体的侧面与光量子交换机体的外侧壁之间的间距为6mm-20mm。

8.根据权利要求1-7中任一项中所述的一种光量子交换机，其特征在于：所述水冷外机包括水箱、水泵、换热器和智能温度检测结构，所述水泵、水箱和换热器依次连通，两个所述主导流管分别与水泵和换热器相连通而作为内水冷螺旋绕管的供水管和排水管，从而内外连通形成一个完整的水冷散热回路。

9.根据权利要求8所述的一种光量子交换机，其特征在于：所述智能温度检测结构包括温度传感器和外控制器，所述温度传感器设置在回流管临近的承载角板的侧面中央，所述外控制器与温度传感器电性相连，形成多个并联的温度检测通路。

10.根据权利要求9所述的一种光量子交换机，其特征在于：所述外控制器包括PLC控制器和无线通信模块，所述PLC控制器分别与温度传感器和无线通信模块电性相连，并通过无线通信模块将温度传感器检测到的温度信号传输给外界主机，所述外界主机根据获得的温度信号作为光量子交换机体的温度监测依据。