CN112437589A - 一种新型冷头组合式机柜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型冷头组合式机柜，包括工作区、冷通道区和一层以上的冷头单元；所述工作区包括内部的工作区箱体及外部的机柜壳体；所述冷头单元自下而上依次设置，并分别连接在工作区和冷通道区之间，每层的冷头单元包括热端模块、冷端模块和脉动热管管束；所述热端模块位于工作区箱体内，所述冷端模块位于冷通道区内，所述脉动热管管束的一端连接至热端模块内部，另一端连接至冷端模块内部；所述热端模块内填充有相变材料，所述脉动热管管束内填注有液体工质。通过相变材料储能完成一次热交换，并通过脉动热管带走大量热量实现二次热交换并控制温度。

Description

一种新型冷头组合式机柜
技术领域
本发明属于通信器材领域，涉及换热器，微通道蒸发冷却以及电子设备散热，具体是一种新型冷头组合式机柜。
背景技术
近年来，随着互联网、大数据、云计算等行业的快速发展，数据中心的数量、规模和功耗急剧增加。而在服务器内部，电子器件逐渐趋于小型化和集成化，其产生的热流密度也快速的增加。尤其是电子封装技术和芯片集成技术的高速发展，使得电子设备的尺寸越来越小，单位时间单位体积内产生的热流越来越高，导致芯片热点温度不断升高，而高温会使得芯片的工作效率、使用寿命和稳定性大大降低。同时，研究发现，现有的风冷技术已经无法满足高密度数据中心电子设备的散热需求。这使得高效的电子设备的冷却手段成为数据中心热管理中的焦点问题之一。
相变材料作为换热媒介具有潜热高且相变时变化体积小的特点，同时具有经济性、温度的延时性等诸多优势，是数据中心散热的有效手段之一。但其低导热率的缺陷影响了其运用。而脉动热管作为一种新型高效换热装置，具有高热导率等优势，可以与相变材料互补。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可以降低能耗，实现能量回收并提高冷却效果的新型冷头组合式机柜。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种新型冷头组合式机柜，包括工作区、冷通道区和一层以上的冷头单元；所述工作区包括内部的工作区箱体及外部的机柜壳体；所述冷头单元自下而上依次设置，并分别连接在工作区和冷通道区之间，每层的冷头单元包括热端模块、冷端模块和脉动热管管束；所述热端模块位于工作区箱体内，所述冷端模块位于冷通道区内，所述脉动热管管束的一端连接至热端模块内部，另一端连接至冷端模块内部；
所述热端模块内填充有相变材料，所述脉动热管管束内填注有液体工质。
具体地，所述的冷端模块包括冷端壳体，脉动热管管束的一端通过位于冷端壳体一侧的连接头连接至冷端壳体内部，并与设置在冷端壳体内的翅片相接触。
进一步地，所述冷端壳体的外部设有风机，所述风机对应内部的翅片设置。
具体地，所述热端模块包括内部的储能箱体以及外部的铝制外壳，储能箱体为一密封的腔体，通过贯穿于铝制外壳的充流口和出流口向储能箱体内充填相变材料；脉动热管管束的一端通过位于铝制外壳一侧的连接头连接至储能箱体内。
进一步地，所述铝制外壳的一侧设有铜制盖片。
具体地，所述脉动热管管束包括一组毛细管道，其一端作为蒸发端分别连接至热端模块内，并与翅片相互接触；另一端作为冷凝端分别连接至冷端模块的内部，并相互连通；位于热端模块与冷端模块之间的一段作为绝热段，与外部环境接触；所述冷凝端相互连通的中部设有一液体工质注入口。
优选地，热端模块内填充有相变材料为膨胀石墨材料与石蜡复合而成的相变材料或微胶囊相变材料。
优选地，脉动热管管束内填注的液体工质为有机工质、微纳胶囊相变材料乳液、纳米流体或者磁流体中的任意一种，充填率为32～42％。
优选地，所述脉动热管管束的毛细管道采用紫铜材质制成，管径控制在2～5mm之间。
有益效果：
本发明冷头组合式机柜工作区内热源与换热铜片直接接触从而将热量传导给储能箱体内的相变材料。相变材料作为换热媒介具有潜热高且相变时变化体积小的特点。随着温度的不断升高，相变材料融化并将大量的热量存储下来从而实现一次热管理。当温度达到脉动热管的启动温度时，脉动热管启动并快速带走热量，将其传递到冷通道内进行冷却，另一部分储存的热量通过充流管道和出流管道的充放过程实现储存能量的循环利用。一次热管理通过相变材料的储能作用完成温升的延时调节，二次热管理通过脉动热管与相变材料的共同作用完成设备的温控调节，采用本发明可以降低能耗，实现能量回收并提高冷却效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为该冷头组合式机柜的整体结构示意图。
图2为该冷头组合式机柜的冷头单元结构俯视图。
图3为冷头单元的热端模块俯视图。
图4为冷头单元的冷端模块俯视图。
图5为冷头单元的脉动热管俯视图。
其中，各附图标记分别代表：1工作区；2工作区箱体；3热端模块；4脉动热管管束；5机柜壳体；6冷通道区；7冷端模块；8冷头单元；9连接头；10蒸发端；11储能箱体；12液体工质注入口；13铝制外壳；14铜制盖片；15冷端壳体；16翅片；17冷凝端；18充流口；19出流口；20绝热段；21风机。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，该新型冷头组合式机柜包括工作区1、冷通道区6和一层以上的冷头单元8；所述工作区1包括内部的工作区箱体2及外部的机柜壳体5；所述冷头单元8自下而上依次设置，并分别连接在工作区1和冷通道区6之间，每层的冷头单元8包括热端模块3、冷端模块7和脉动热管管束4；所述热端模块3位于工作区箱体2内，所述冷端模块7位于冷通道区6内，所述脉动热管管束4的一端连接至热端模块3内部，另一端连接至冷端模块7内部；所述热端模块3内填充有相变材料，所述脉动热管管束4内填注有液体工质。冷端模块7在冷通道区6内采用风冷或水冷等形式完成散热。
如图2所示，冷端模块7包括冷端壳体15，脉动热管管束4的一端通过位于冷端壳体15一侧的连接头9连接至冷端壳体15内部，并与设置在冷端壳体15内的翅片16相接触。冷端壳体15的外部设有风机21，所述风机21对应内部的翅片16设置。
如图2和图3所示，热端模块3包括内部的储能箱体11以及外部的铝制外壳13，储能箱体11为一密封的腔体，通过贯穿于铝制外壳13的充流口18和出流口19向储能箱体11内充填相变材料；脉动热管管束4的一端通过位于铝制外壳13一侧的连接头9连接至储能箱体11内。铝制外壳13的一侧设有铜制盖片14。热端模块3通过铜制盖片14与热源直接接触并以容置于储能箱体11内的相变材料(微胶囊相变材料)作为导热媒介配合脉动热管管束4进行换热。
如图4和图5所示，脉动热管管束4包括一组毛细管道，其一端作为蒸发端10分别连接至热端模块3内，并与翅片16相互接触；另一端作为冷凝端17分别连接至冷端模块7的内部，并相互连通；位于热端模块3与冷端模块7之间的一段作为绝热段20，与外部环境接触；所述冷凝端17相互连通的中部设有一液体工质注入口12。
脉动热管管束4的冷凝端17位于冷通道区6内，热管表面焊有翅片16强化换热，通过风冷或者水冷的形式将蒸发端传递来的热量带走。脉动热管管束4的蒸发端10位于储能箱体11内与相变材料直接接触从而带走一部分热量。充流口18和出流口19与储能箱体相连，通过联合工作带走一部分被相变材料储存的热量。脉动热管管束4分为蒸发端10，冷凝端17和绝热段20，加工时从注液口12将脉动热管管束4抽真空，然后注入一定体积的工质(甲醇)，推荐的充液率为32～42％，最后封闭注液口。
在使用时，热源经由铜制盖片传递给储能箱体内的相变材料从而带走大部分热量，储能箱体内部的相变材料具有潜热高且相变时变化体积小的特点，随着温度的不断升高，相变材料融化并将大量的热量存储下来。剩余的热量一部分通过脉动热管传递到冷通道内进行冷却，另一部分通过充流口和出流口对相变材料的充放过程实现散热，这部分带走的热量可以进行再利用，实现节能。
本发明提供了一种新型冷头组合式机柜的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种新型冷头组合式机柜，其特征在于，包括工作区(1)、冷通道区(6)和一层以上的冷头单元(8)；所述工作区(1)包括内部的工作区箱体(2)及外部的机柜壳体(5)；所述冷头单元(8)自下而上依次设置，并分别连接在工作区(1)和冷通道区(6)之间，每层的冷头单元(8)包括热端模块(3)、冷端模块(7)和脉动热管管束(4)；所述热端模块(3)位于工作区箱体(2)内，所述冷端模块(7)位于冷通道区(6)内，所述脉动热管管束(4)的一端连接至热端模块(3)内部，另一端连接至冷端模块(7)内部；
所述热端模块(3)内填充有相变材料，所述脉动热管管束(4)内填注有液体工质。
2.根据权利要求1所述的新型冷头组合式机柜，其特征在于，所述的冷端模块(7)包括冷端壳体(15)，脉动热管管束(4)的一端通过位于冷端壳体(15)一侧的连接头(9)连接至冷端壳体(15)内部，并与设置在冷端壳体(15)内的翅片(16)相接触。
3.根据权利要求2所述的新型冷头组合式机柜，其特征在于，所述冷端壳体(15)的外部设有风机(21)，所述风机(21)对应内部的翅片(16)设置。
4.根据权利要求1所述的新型冷头组合式机柜，其特征在于，所述热端模块(3)包括内部的储能箱体(11)以及外部的铝制外壳(13)，储能箱体(11)为一密封的腔体，通过贯穿于铝制外壳(13)的充流口(18)和出流口(19)向储能箱体(11)内充填相变材料；脉动热管管束(4)的一端通过位于铝制外壳(13)一侧的连接头(9)连接至储能箱体(11)内。
5.根据权利要求4所述的新型冷头组合式机柜，其特征在于，所述铝制外壳(13)的一侧设有铜制盖片(14)。
6.根据权利要求1所述的新型冷头组合式机柜，其特征在于，所述脉动热管管束(4)包括一组毛细管道，其一端作为蒸发端(10)分别连接至热端模块(3)内，并与翅片(16)相互接触；另一端作为冷凝端(17)分别连接至冷端模块(7)的内部，并相互连通；位于热端模块(3)与冷端模块(7)之间的一段作为绝热段(20)，与外部环境接触；
所述冷凝端(17)相互连通的中部设有一液体工质注入口(12)。
7.根据权利要求1所述的新型冷头组合式机柜，其特征在于，热端模块(3)内填充有相变材料为膨胀石墨材料与石蜡复合而成的相变材料或微胶囊相变材料。
8.根据权利要求1所述的新型冷头组合式机柜，其特征在于，脉动热管管束(4)内填注的液体工质为有机工质、微纳胶囊相变材料乳液、纳米流体或者磁流体中的任意一种，充填率为32～42％。
9.根据权利要求6所述的新型冷头组合式机柜，其特征在于，所述脉动热管管束(4)的毛细管道采用紫铜材质制成，管径控制在2～5mm之间。
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