CN112384040B - 一种蒙皮换热旁路控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒙皮换热旁路控制系统及其控制方法，属于电子设备热管理的技术领域，分别设定介入边界条件和退出边界条件；当T0和T1满足介入边界条件时，所述蒙皮换热旁路介入电子设备的散热通道；当T0和T1满足退出边界条件时，所述蒙皮换热旁路退出电子设备的散热通道；其中，介入边界条件和退出边界条件中的边界值之间设有过渡区间，当T0和T1位于过渡区间时，则蒙皮换热旁路维持当前所处状态，蒙皮换热旁路根据冷却工质和引气的温度状态选择介入或退出所述散热通路，以达到充分发挥蒙皮换热器在低温环境工况下的散热优势，同时避免蒙皮换热器在高温环境工况对散热的不利影响，以最小的代价为电子设备平台提供更强散热能力的目的。

Description

一种蒙皮换热旁路控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电子设备热管理的技术领域，具体而言，涉及一种蒙皮换热旁路控制系统及其控制方法。

背景技术

蒙皮换热是利用电子设备平台的蒙皮表面与外界环境进行热交换，实现电子设备平台内电子设备的散热，蒙皮换热器在结构上可与蒙皮共形，无需额外占用有效载荷空间，其原理简单，可靠性高。当电子设备平台处于低温环境时，蒙皮换热器具备十分可观的散热能力；当电子设备平台所处环境温度较高时，蒙皮换热器空气侧的温度随之升高，不仅不能为电子设备平台内的电子设备提供散热，反而会对循环冷却介质进行加热，在实际使用中应避免该情况的发生。

针对上述问题，有必要对蒙皮换热旁路控制作出适当的优化和改进，在充分发挥蒙皮换热优势的同时，还应避免蒙皮换热器在高温环境工况对散热的不利影响，提升电子设备平台的整体散热能力。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种蒙皮换热旁路控制系统及其控制方法以达到充分发挥蒙皮换热器在低温环境工况下的散热优势，同时避免蒙皮换热器在高温环境工况对散热的不利影响，以最小的代价为电子设备平台提供更强散热能力的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种蒙皮换热旁路控制系统，所述控制系统包括：

用于电子设备散热的散热通路；

与散热通路连通的循环冷却通路，所述循环冷却通路内循环流通有冷却工质且为循环冷却通路正常工作接入有引气；

蒙皮换热旁路，所述蒙皮换热旁路根据冷却工质和引气的温度状态选择介入或退出所述散热通路。

进一步地，所述控制系统还包括：

循环泵，所述循环泵的进口端分别与循环冷却通路和蒙皮换热旁路的出口端连通且循环冷却通路和蒙皮换热旁路的进口端均连通至散热通路的出口端，循环泵的出口端与散热通路的进口端连接。

进一步地，所述循环冷却通路包括：

分别与循环泵和散热通道连通的冷却系统，所述冷却系统设有接入引气的引气口和排出气体的排气口，冷却系统内循环有冷却工质。

进一步地，所述蒙皮换热旁路包括：

蒙皮换热器，所述蒙皮换热器的出口端与循环泵连接；

与蒙皮换热器进口端连接的阀门，所述阀门的另一端与散热通道的出口端连接，并通过阀门的开启或关闭切换所述蒙皮换热旁路介入或退出所述散热通路。

进一步地，所述控制系统还包括：

控制器，所述控制器与阀门电性连接且通过控制器控制阀门的开启或关闭；

分别与控制器通信连接的T0温度传感器和T1温度传感器，所述T0温度传感器设于循环冷却通路的引气接入处，T1温度传感器设于散热通道的进口端。

进一步地，所述控制系统还包括：

电子设备平台，所述电子设备平台与控制器通信连接且实时接收控制器上传的状态数据。

本发明中还提供了一种蒙皮换热旁路控制方法，该控制方法应用于上述的蒙皮换热旁路控制系统，该控制方法包括：

取引气和冷却工质的温度值分别为T0和T1，并分别设定介入边界条件和退出边界条件；

当T0和T1满足介入边界条件时，所述蒙皮换热旁路介入电子设备的散热通道；当T0和T1满足退出边界条件时，所述蒙皮换热旁路退出电子设备的散热通道；

其中，介入边界条件和退出边界条件中的边界值之间设有过渡区间，当T0和T1位于过渡区间时，则蒙皮换热旁路维持当前所处状态。

进一步地，设定所述介入边界条件为：“T0≤T_下限”或“T0≤T1且T0≤T_上限”；并设定所述退出边界条件为：“T0≥(T_上限+△T_a)”或“T0≥(T1+△T_b)且T0≥(T_下限+△T_c)”；

其中，边界值T_上限、T1和T_下限的过渡区间分别为△T_a、△T_b和△T_c；满足T_上限＞T_下限，△T_a＞△T_c，且△T_a、△T_b、△T_c为正值。

进一步地，所述蒙皮换热旁路通过阀门的启闭选择介入或退出所述散热通路，且当T0和T1满足介入边界条件时，下达开启指令至阀门；当T0和T1满足退出边界条件时，下达关闭指令至阀门；当T0和T1位于过渡区间时，下达阀门当前的状态控制指令至阀门。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的蒙皮换热旁路控制系统，由于蒙皮换热旁路根据冷却工质和引气的温度状态选择介入或退出所述散热通路，在低温环境工况，可以充分发挥蒙皮换热旁路的散热优势，弥补电子设备平台的温度控制系统在该类工况中制冷效率低的不足；在高温环境工况，蒙皮换热旁路不参与换热，可避免蒙皮加热对电子设备平台温度控制系统带来的负面影响；进而实现蒙皮换热技术的优势得到充分发挥，同时避免了在高温环境工况蒙皮被加热的不利影响。

2.采用本发明所提供的蒙皮换热旁路控制方法，该控制方法对蒙皮换热旁路切入或退出温度控制系统的非对称控制边界，可以避免旁路阀门在临界状态点反复动作，提高了系统的稳定性与可靠性，同时，在合适条件下使蒙皮换热旁路能够“介入”或“退出”系统的散热，以最小的代价为电子设备平台提供更强的散热能力，充分发挥了蒙皮换热旁路的散热能力，尤其在低温环境工况，蒙皮换热旁路可使系统散热能力提升50％～90％。

附图说明

图1是本发明所提供的蒙皮换热旁路控制系统的整体流程图；

图2是本发明所提供的蒙皮换热旁路控制系统的拆分结构示意图；

图3是本发明所提供的蒙皮换热旁路控制方法的控制逻辑图；

附图中标注如下：

1-制冷系统，2-蒙皮换热器，3-阀门，4-控制器，5-T0温度传感器，6-T1温度传感器，7-引气口，8-排气口，9-循环泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

在本实施例中具体公开了一种蒙皮换热旁路控制系统，通过该控制系统能够根据温度状态选择将蒙皮换热旁路介入或者退出用于电子设备散热的散热通路，以实现蒙皮换热技术的优势得到充分发挥，同时避免了在高温环境工况蒙皮被加热的不利影响。

在本实施例所提供的蒙皮换热旁路控制系统主要是应用于电子设备的散热，在电子设备内需要散热的部位布置有用于其换热散热的散热管路，蒙皮换热旁路控制系统主要包括：循环冷却通路、蒙皮换热旁路、散热通路以及控制部分组成，如图1、图2所示，其具体设计如下：

①散热通路

在散热通路中通过循环流动冷却工质，由冷却工质与电子设备之间精细换热，以实现电子设备的有效散热，在实际应用中，为对冷却工质的流动提供足够的动力，在散热通道上连通有对冷却工质提供驱动力的循环泵，循环泵可采用液体泵，以确保冷却工质的正常流动，其管路连接关系如下：

将循环泵的进口端分别与循环冷却通路和蒙皮换热旁路的出口端连通且循环泵的出口端与散热通路的进口端连接，以在循环泵的作用下实现冷却工质的循环流动；

将循环冷却通路和蒙皮换热旁路的进口端均连通至散热通路的出口端，以实现将散热通道热交换后的冷却工质回流至循环冷却通路和蒙皮换热旁路中，以此持续对电子设备进行散热冷却。

②循环冷却通路

将循环冷却通路与散热通路连通，具体的，循环冷却通路包括：冷却系统，冷却系统在工作时，以冷却工质作为其内部循环的介质，且冷却系统的冷却工质进口和冷却工质出口分别与循环泵和散热通道连通；同时，为实现冷却系统的制冷，在冷却系统上设有用于接入引气的引气口和用于排出气体的排气口，以此实现冷却系统能够对冷却工质进行热交换，进而确保冷却系统所循环的冷却工质始终处于适当的温度范围内。

③蒙皮换热旁路

将蒙皮换热旁路与散热通路连通，所述蒙皮换热旁路根据冷却工质和引气的温度状态选择介入或退出所述散热通路。蒙皮换热旁路包括蒙皮换热器以及设于该蒙皮换热器通路上的阀门，具体设计如下：

将所述蒙皮换热器的出口端与循环泵的进口端连接，并在蒙皮换热器进口端连接有阀门，而阀门的另一端与散热通道的出口端连接，并通过阀门的开启或关闭切换所述蒙皮换热旁路介入或退出所述散热通路。

④控制部分

控制部分主要是采集温度状态信息并根据温度状态信息进行阀门的执行动作控制，控制部分主要包括：控制器、T0温度传感器和T1温度传感器，具体设计如下：

将控制器与阀门电性连接且通过控制器下发控制指令，由控制指令控制阀门的开启或关闭，经阀门的开启或关闭实现将蒙皮换热旁路介入或退出所述散热通路。

将控制器分别与T0温度传感器和T1温度传感器通信连接，将所述T0温度传感器设于循环冷却通路的引气接入处，以检测引气的有效温度值；将T1温度传感器设于散热通道的进口端，以检测进入散热通道内冷却工质的有效温度值。

将所述电子设备平台与控制器通信连接，且在电子设备平台下达数据采集指令时，实时接收控制器上传的状态数据，以能够清楚的掌握当前系统的状态信息(例如：蒙皮换热旁路是否介入至电子设备的散热中)。

本实施例中所提供的蒙皮换热旁路控制系统在应用时，其工作原理是：

控制器检测引气温度与冷却介质温度，按照控制逻辑进行判定，当前状态属于控制边界以内时，控制器输出阀门打开指令，以将阀门打开，蒙皮换热旁路参与系统换热；当前状态处于控制边界之外时，控制器输出阀门关闭指令，以将阀门关闭，蒙皮换热旁路断开，不参与换热。

实施例2

在实施例1的基础上，还提供了一种蒙皮换热旁路控制方法，通过该控制方法应用于上述的蒙皮换热旁路控制系统，旨在实现蒙皮换热旁路切入或退出温度控制系统的非对称控制，以避免旁路阀门在临界状态点反复动作，并提高系统的稳定性与可靠性。

经过研究蒙皮换热器与制冷系统在不同工况的散热特性，提出以引气温度、冷却介质温度为变量的蒙皮换热旁路控制边界条件，该边界条件并不是简单的曲线，而是异形过渡区域，过渡区域的大小取决于使用需求，具体的，如图3所示，该控制方法包括：

通过T0温度传感器和T1温度传感器获取引气和冷却工质的温度值，并分别设为T0和T1，经过研究蒙皮换热器与制冷系统在不同工况的散热特性，根据使用需求，分别设定介入边界条件和退出边界条件；

在本实施例中，设定所述介入边界条件为：“T0≤T_下限”或“T0≤T1且T0≤T_上限”；并设定所述退出边界条件为：“T0≥(T_上限+△T_a)”或“T0≥(T1+△T_b)且T0≥(T_下限+△T_c)”；

同时，介入边界条件和退出边界条件中的边界值之间设有过渡区间，当T0和T1位于过渡区间时，则蒙皮换热旁路维持当前所处状态；其中，边界值T_上限、T1和T_下限的过渡区间分别为△T_a、△T_b和△T_c；T_下限、T_上限、△T_a、△T_b、△T_c均可按照实际使用需求确定，需满足T_上限＞T_下限，△T_a＞△T_c，且△T_a、△T_b、△T_c为正值。

在实际运行中，分为以下几种情况：

(a)假设当前蒙皮换热旁路处于“退出”温度控制系统的状态，需判断T0和T1是否满足介入边界条件；

若满足引气温度T0、冷却介质温度T1达到“介入”边界，即“T0≤T_下限或“T0≤T1且T0≤T_上限”，则通过控制器下达开启指令至阀门，阀门开启，以将蒙皮换热旁路介入电子设备的散热通道中，此时，蒙皮换热旁路的状态切换为“介入”；

否则，引气温度T0、冷却介质温度T1达到过渡区间，即满足“T_下限<T0<(T_下限+△T_c)”或者“T1<T0<(T1+△T_b)且T_上限<T0<(T_上限+△T_a)”，则通过控制器下达当前控制状态指令(即控制器输出的状态控制指令与阀门当前状态保持一致)，阀门不动作，蒙皮换热旁路的状态维持当前的状态；

在该情况下，当检测到引气温度T0、冷却介质温度T1开始进入过渡区间时，蒙皮换热旁路的状态保持不变，只有当引气温度T0、冷却介质温度T1穿过过渡区间并达到介入边界条件时，蒙皮换热旁路的状态才会切换为“介入”状态。

(b)假设当前蒙皮换热旁路处于“介入”温度控制系统的状态，需判断T0和T1是否满足退出边界条件；

若满足引气温度T0、冷却介质温度T1达到退出边界条件，即满足“T0≥(T_上限+△T_a)”或“T0≥(T1+△T_b)且T0≥(T_下限+△T_c)”，则通过控制器下达关闭指令至阀门，阀门关闭，以将蒙皮换热旁路退出电子设备的散热通道中，此时，蒙皮换热旁路的状态切换为“退出”；

否则，引气温度T0、冷却介质温度T1达到过渡区间，即满足“T_下限<T0<(T_下限+△T_c)”或者“T1<T0<(T1+△T_b)且T_上限<T0<(T_上限+△T_a)”，则通过控制器下达当前控制状态指令(即控制器输出的状态控制指令与阀门当前状态保持一致)，阀门不动作，蒙皮换热旁路的状态维持当前的状态；

在该情况下，当检测到引气温度T0、冷却介质温度T1开始进入过渡区间时，蒙皮换热旁路的状态保持不变，只有当引气温度T0、冷却介质温度T1穿过过渡区间并达到退出边界条件时，蒙皮换热旁路的状态切换为“退出”状态。

在上述两种情况下，在介入边界条件以内时，蒙皮换热旁路对散热的介入可进一步提高平台散热能力，电子设备平台将充分利用蒙皮换热器的散热能力进行快速散热冷却；而在介入边界条件以外时，由于高温环境的影响，蒙皮换热器散热效果不佳，甚至对系统有加热效应，此时电子设备平台将蒙皮换热旁路切断，即蒙皮换热器不参与散热，避免蒙皮换热旁路对散热产生的影响。

使用上述的蒙皮换热旁路控制方法，充分发挥了蒙皮换热旁路的散热能力，尤其在低温环境工况下，蒙皮换热旁路可使系统散热能力提升50％～90％。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蒙皮换热旁路控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

用于电子设备散热的散热通路；

与散热通路连通的循环冷却通路，所述循环冷却通路内循环流通有冷却工质且为循环冷却通路正常工作接入有引气；

蒙皮换热旁路，所述蒙皮换热旁路根据冷却工质和引气的温度状态选择介入或退出所述散热通路；取引气和冷却工质的温度值分别为T0和T1，并分别设定介入边界条件和退出边界条件；当T0和T1满足介入边界条件时，所述蒙皮换热旁路介入电子设备的散热通道；当T0和T1满足退出边界条件时，所述蒙皮换热旁路退出电子设备的散热通道；其中，介入边界条件和退出边界条件中的边界值之间设有过渡区间，当T0和T1位于过渡区间时，则蒙皮换热旁路维持当前所处状态；

设定所述介入边界条件为：“T0≤T_下限”或“T0≤T1且T0≤T_上限”；

并设定所述退出边界条件为：“T0≥(T_上限+△T_a)”或“T0≥(T1+△T_b)且T0≥(T_下限+△T_c)”；

其中，边界值T_上限、T1和T_下限的过渡区间分别为△T_a、△T_b和△T_c；满足T_上限＞T_下限，△T_a＞△T_c，且△T_a、△T_b、△T_c为正值。

2.根据权利要求1所述的蒙皮换热旁路控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

循环泵，所述循环泵的进口端分别与循环冷却通路和蒙皮换热旁路的出口端连通且循环冷却通路和蒙皮换热旁路的进口端均连通至散热通路的出口端，循环泵的出口端与散热通路的进口端连接。

3.根据权利要求2所述的蒙皮换热旁路控制系统，其特征在于，所述循环冷却通路包括：

分别与循环泵和散热通道连通的冷却系统，所述冷却系统设有接入引气的引气口和排出气体的排气口，冷却系统内循环有冷却工质。

4.根据权利要求3所述的蒙皮换热旁路控制系统，其特征在于，所述蒙皮换热旁路包括：

蒙皮换热器，所述蒙皮换热器的出口端与循环泵连接；

与蒙皮换热器进口端连接的阀门，所述阀门的另一端与散热通道的出口端连接，并通过阀门的开启或关闭切换所述蒙皮换热旁路介入或退出所述散热通路。

5.根据权利要求4所述的蒙皮换热旁路控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

控制器，所述控制器与阀门电性连接且通过控制器控制阀门的开启或关闭；

分别与控制器通信连接的T0温度传感器和T1温度传感器，所述T0温度传感器设于循环冷却通路的引气接入处，T1温度传感器设于散热通道的进口端。

6.根据权利要求1所述的蒙皮换热旁路控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

电子设备平台，所述电子设备平台与控制器通信连接且实时接收控制器上传的状态数据。

7.一种蒙皮换热旁路控制方法，其特征在于，该控制方法应用于上述的蒙皮换热旁路控制系统，该控制方法包括：

取引气和冷却工质的温度值分别为T0和T1，并分别设定介入边界条件和退出边界条件；

当T0和T1满足介入边界条件时，所述蒙皮换热旁路介入电子设备的散热通道；当T0和T1满足退出边界条件时，所述蒙皮换热旁路退出电子设备的散热通道；

其中，介入边界条件和退出边界条件中的边界值之间设有过渡区间，当T0和T1位于过渡区间时，则蒙皮换热旁路维持当前所处状态；

设定所述介入边界条件为：“T0≤T_下限”或“T0≤T1且T0≤T_上限”；并设定所述退出边界条件为：“T0≥(T_上限+△T_a)”或“T0≥(T1+△T_b)且T0≥(T_下限+△T_c)”；

其中，边界值T_上限、T1和T_下限的过渡区间分别为△T_a、△T_b和△T_c；满足T_上限＞T_下限，△T_a＞△T_c，且△T_a、△T_b、△T_c为正值；

所述蒙皮换热旁路通过阀门的启闭选择介入或退出所述散热通道，且当T0和T1满足介入边界条件时，下达开启指令至阀门；当T0和T1满足退出边界条件时，下达关闭指令至阀门；当T0和T1位于过渡区间时，下达阀门当前的状态控制指令至阀门。

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