CN217116751U - 一种平板热管及基于热管散热的机柜冷却、调试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平板热管及基于热管散热的机柜冷却、调试系统，涉及热管散热技术领域。该平板热管及基于热管散热的机柜冷却、调试系统，利用平直型翅片的传热系数和阻力较小，而且具有良好的适用性，再结合表面比较平整平板热管的易于安装的性能，能够很好地与换热面结合，而且能大幅度降低散热器的重量。该平板热管及基于热管散热的机柜冷却调试系统，采用数据采集系统对机房内各个温度点进行监测，同时采用供电调压系统对发热板的功率进行调节来模拟出机柜服务器发热，进而确定翅片的安装数量以确保有效的散热效果。

Description

一种平板热管及基于热管散热的机柜冷却、调试系统

技术领域

本实用新型涉及热管散热技术领域，具体为一种平板热管及基于热管散热的机柜冷却、调试系统。

背景技术

随着信息社会的高速发展，越来越多的数据中心被建造出来。数据中心作为信息存储和计算的重要场所，在世界范围内得到了迅速发展。数据中心主要包括IT设备和冷却系统两部分。众所周知，IT设备在计算过程中消耗了过多的电能，这些电能最终转化为热能并输送到机房，导致机房温度迅速上升，威胁数据中心的运行安全。需要立即散热。

目前，数据中心的冷却技术主要包括传统的风冷技术、新型的液冷技术、热电制冷技术和热管冷却技术。其中，用于机柜级别的热管冷却技术近几年一直备受国内外研究人员的广泛关注。而热管散热技术具有高导热、低成本且安全可靠等特点，为解决数据中心机柜服务器温度升高后的散热问题提供了一种可行的办法。

热管是一种利用工质相变进行热量传递的高效传热原件，其中空的金属管体，使其具有质轻的特点，而其快速均温的特性，则使其具有优异的热传导性能。本次设计的基本思路是，在一种机柜冷却系统中，使用铝制平板热管代替传统的排热风扇，并在热管的冷凝段增加翅片进一步的辅助散热。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种平板热管及基于热管散热的机柜冷却、调试系统，解决了排热风扇散热效率低、散热能力不足且电力消耗大的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种平板热管，所述热管的上端冷凝段、下端为蒸发段，所述冷凝段上加装有翅片，所述热管内填充有工作液，所述翅片为平直型翅片，所述热管内的负压为-1.3×(10^-1～10^-4)Pa，所述冷凝段与蒸发段之间设置有吸液芯。

优选的，所述工作液为丙酮，所述工作液在热管中的填充率为50％。

优选的，所述冷凝段与蒸发段的长度相等。

一种基于热管散热的机柜冷却系统，包括机柜，所述机柜上插设有一种平板热管。

优选的，包括机房，所述机房被隔板分为三部分：吊顶回风通道、机房内腔和地板下送风通道，所述机房外部贴有保温层，所述机柜放置在机房内腔的中间位置，所述地板下送风通道内设置有制冷系统。

优选的，包括温度传感器，所述温度传感器设置在机房内腔内、吊顶回风通道入风口、地板下送风通道出风口中的至少一个位置上。

优选的，所述温度传感器设置在冷凝段和翅片上。

一种基于热管散热的机柜冷却调试系统，包括发热板，包括数据采集系统和供电调压系统，所述温度传感器与数据采集系统电性连接，所述供电调压系统与发热板电性连接，包括一种基于热管散热的机柜冷却系统，所述热管的蒸发段与发热板连接。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种平板热管及基于热管散热的机柜冷却、调试系统。具备以下有益效果：

(1)该平板热管及基于热管散热的机柜冷却、调试系统，利用平直型翅片的传热系数和阻力较小，而且具有良好的适用性，再结合表面比较平整平板热管的易于安装的性能，能够很好地与换热面结合，而且能大幅度降低散热器的重量。

(2)该平板热管及基于热管散热的机柜冷却调试系统，采用数据采集系统对机房内各个温度点进行监测，同时采用供电调压系统对发热板的功率进行调节来模拟出机柜服务器发热，进而确定翅片的安装数量以确保有效的散热效果。

附图说明

图1为平板热管结构示意图；

图2为基于热管散热的机柜冷却系统示意图；

图3为基于热管散热的机柜冷却调试系统示意图；

图4为热管温度测点布置图；

图5为发热板温度测点布置图。

图中：1、制冷系统；2、温度传感器；3、热管；31、冷凝段；32、蒸发段；33、翅片；5、发热板；61、机房内腔；62、吊顶回风通道；63、地板下送风通道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：本实用新型的一种平板热管

一种平板热管，所述热管3的上端冷凝段31、下端为蒸发段32，所述冷凝段31上加装有翅片33，所述热管3内填充有工作液，所述翅片33为平直型翅片，所述热管内的负压为-1.3×(10^-1～10^-4)Pa，所述冷凝段31与蒸发段32之间设置有吸液芯。

热管的零件与制造步骤如下：

热管3由管壳、吸液芯和端盖三部分组成，将管内抽成1.3×(10-1～10-4)Pa的负压后注入适量的工作液，然后加以密封。热管3的一端是蒸发段32，另一端是冷凝段31，根据使用的需要，可在蒸发段32与冷凝段31中间设置绝热段。采用铝制平板热管，充以50％的丙酮液体作为导热介质，热管3底部的蒸发段32被加热后，丙酮由于吸收热量而汽化为沸腾热蒸汽，在微小的压差作用下蒸汽流向冷凝段31并放出热量凝结成液体，液体依靠毛细力和重力的作用沿着多孔材料流回蒸发段32。热量由热管3的一端传至另一端，如此循环往复。

热管3的质量在很大程度上取决于热管的制造方法。一般来说，工作温度在50℃到200℃的热管的制造比较方便，主要流程为化学清洗、机械加工、惰性气体焊接、泄漏检测、高真空收集和密封测试。

管子清洗：管子经过化学除油、酸洗除锈和除垢两个工序，特殊情况需要高温氧化处理，清洗的目的是为了避免因杂质或污垢而释放不凝性气体，破坏管道的真空度。

吸液芯的制造：吸液芯的种类很多，主要有筛网式、烧结式和槽式三大类。本发明所用的热管采用带槽的芯，通常采用挤压和拉削工艺制成。管子主要是纵横排列，带有微小的齿，增加了导热液体的附着力和毛细作用。

充液：热管充液过程有三个：1工作液预处理(脱气)，2热管脱气，3充入一定比例的工作液。本发明所用热管为丙酮，填充率为50％。

封焊：真空封是在热管的高真空状态下切断充液管，将管口永久密封。在密封过程中，不允许有气体泄漏到管中。

翅片式热管就是在热管表面加装了翅片33，使表面积变大。其工作原理与普通热管相同。但是，由于加装翅片33后有效地扩大了热管3的散热面积，改善了传热流动条件，使得冷凝端31放热速度加快，传热效果增强。目前，翅片主要分为平直型翅片和波纹型翅片等。平直型翅片不仅结构简单，加工容易，而且成本也比较低。与其它类型翅片相比，平直型翅片的传热系数和阻力较小，而且具有良好的适用性，被认为是最常用的一种热管换热器翅片。平直型翅片热管的传热性能和流动特性与普通型热管的传热性能和流动特性相似，只是由于增加了传热面积，因而换热能力得到显著提高。

实施例2：确定相变工作液的类型及填充率

在实施例1的基础上，工作液为丙酮，工作液在热管3中的填充率为50％。

实施例3：为了更好地使工作液蒸发与回流

在实施例1的基础上，冷凝段31与蒸发段32的长度相等。

实施例4：一种基于热管散热的机柜冷却系统

包括机柜4，所机柜4插设有实施例1～3中任意一个实施例的一种平板热管。

实施例5：为了加强机房的散热

在实施例4的基础上，包括机房，机房被隔板分为三部分：吊顶回风通道62、机房内腔61和地板下送风通道63，机房外部贴有保温层，机柜4放置在机房内腔61的中间位置，地板下送风通道63内设置有制冷系统1。

实施例6：为了对机房内的温度进行监测

在实施例5的基础上，包括温度传感器2，温度传感器2设置在机房内腔61内、吊顶回风通道62入风口、地板下送风通道63出风口中的至少一个位置上。

实施例7：为了对热管的温度进行监测

在实施例6的基础上，温度传感器设置在冷凝段和翅片上(如图4、图5所示)。

温度传感器2常采用T型热电偶。

实施例8：一种基于热管散热的机柜冷却调试系统

包括发热板5，发热板5设置在机柜4内，包括数据采集系统和供电调压系统，温度传感器2与数据采集系统电性连接，供电调压系统与发热板5电性连接，包括实施例6或实施例7中的一种基于热管散热的机柜冷却系统，热管3的蒸发段31与发热板5连接。

本实用新型系统安装调试的方法：

将热管3垂直插入机柜4内，蒸发段32与冷凝段31各占热管总长二分之一，在蒸发段32与发热板5接触面涂抹导热硅脂，使其精密相连。系统内装置的外部贴有保温层，所有接口均用胶带密封，防止冷空气泄漏。其中发热板5用来模拟机柜服务器发热，通过调节发热板5两端电压控制其发热温度，具体流程如下。

监测参数包括发热板5温度、发热板5电压及电流，入口空气温度及风速，出口空气温度，热管蒸发段32和冷凝段31温度，机柜4及机房6空气温度。为了提高精度，每个测试位置至少布置两个测点。机房4送风口布置两个测点测点，机房6回风口布置两个测点，机房6内布置3个测点，机柜4内布置2个测点，热管冷凝段31测布置4个测点，发热板5布置4个测点。下面为具体操作过程。

(1)首先打开制冷风扇对机房6进行散热，使机房6温度保持在与室外温度基本一致(可适当变动),因为当热管换热器室内外温差不超过20度时，全年可以节约约40％的能量。然后通过调节发热板5的电压，监测其电流，控制其功率，从而使其温度维持稳定，最后利用多路温度测试仪记录无热管参与散热的发热板5温度曲线作为对比参数。

(2)对比实验完成以后，待发热板5自然冷却后，热管3开始参与散热。将所选热管3垂直插入机柜4内，蒸发段32与冷凝段31各占热管总长二分之一，在蒸发段32与发热板5接触面涂抹导热硅脂，使其精密相连。

(3)制冷风扇送风温度设定为室外温度，制冷风扇满功率运行，用风速仪在送风口测定风速，制冷风扇将冷风从送风口送入地板下通道，将冷空气输送到机房6，冷空气流经热管冷凝段31带走热量，流经机房6吊顶空间输送到机房6外部，直到使机房6温度稳定。

(4)打开多路温度测试仪，采集测点温度值，并取平均值。待测点温度值稳定之后，将交流调压器将发热板5设定到模拟的发热温度，记录发热板5在热管3冷却条件下的温度变化值。

(5)在热管3上加装翅片33，并重复上述流程。

在进行完上述操作后还需对数据进行修正，有如下几个步骤。

(1)为了降低外部环境对装置的影响，应在机房6外部用保温材料对装置进行保温措施，从而降低环境温度对机房6内部冷空气的影响，保证所有测量参数参数的稳定性。

(2)为了避免因为测点导致的随机误差，均取测点位置的平均值作为测试数据；

(3)为了保证机房6内部气流的稳定性，机房6内部所有接缝处均采用玻璃胶带密封，如此可以降低冷空气的损耗；

(4)为了降低测试仪器本身的系统误差，采用高频率的数据采集方法来逐时记录不同工况下各测点的参数，数据采集仪器间隔设置为10s，同时在数据后期处理过程中去除异常数据，从而使试验数据更可靠，如出现波动较大的数据，则重新进行测试；

(5)为了保证测试点之间的测试温度更加准确，在测试前采用差值法对仪器进行了校准。首先，将T型热电偶探头和一个标准的二级温度计置于一个稳定的环境中，记录探头与和温度计的数据，然后调整环境温度，并记录数据。最后，根据温度计测得的数据，采用差值法对温度测量点的温度进行基准测试，校核各温度测点的测试温度。校核公式为：Tn＝tn-Δtn

式中Tn—点n校核温度的数值；tn—点n在温度测试仪上的数值；△tn—点n的温度与标准温度的差值。

综上所述，该平板热管及基于热管散热的机柜冷却、调试系统，利用平直型翅片的传热系数和阻力较小，而且具有良好的适用性，再结合表面比较平整平板热管的易于安装的性能，能够很好地与换热面结合，而且能大幅度降低散热器的重量。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本实用新型结构的说明，仅是为了便于描述本实用新型的简便，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实用新型的限制。

对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。

另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本实用新型的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

Claims (8)

1.一种平板热管，所述热管(3)的上端冷凝段(31)、下端为蒸发段(32)，所述冷凝段(31)上加装有翅片(33)，所述热管(3)内填充有工作液，其特征在于：所述翅片(33)为平直型翅片，所述热管内的负压为-1.3×(10^-1～10^-4)Pa，所述冷凝段(31)与蒸发段(32)之间设置有吸液芯。

2.根据权利要求1所述的一种平板热管，其特征在于：所述工作液为丙酮，所述工作液在热管(3)中的填充率为50％。

3.根据权利要求1所述的一种平板热管，其特征在于：所述冷凝段(31)与蒸发段(32)的长度相等。

4.一种基于热管散热的机柜冷却系统，包括机柜(4)，其特征在于：所述机柜(4)上插设有权利要求1～3中任意一项权利要求所述的一种平板热管。

5.根据权利要求4所述的一种基于热管散热的机柜冷却系统，其特征在于：包括机房，所述机房被隔板分为三部分：吊顶回风通道(62)、机房内腔(61)和地板下送风通道(63)，所述机房外部贴有保温层，所述机柜(4)放置在机房内腔(61)的中间位置，所述地板下送风通道(63)内设置有制冷系统(1)。

6.根据权利要求5所述的一种基于热管散热的机柜冷却系统，其特征在于：包括温度传感器(2)，所述温度传感器(2)设置在机房内腔(61)内、吊顶回风通道(62)入风口、地板下送风通道(63)出风口中的至少一个位置上。

7.根据权利要求6所述的一种基于热管散热的机柜冷却系统，其特征在于：所述温度传感器(2)设置在冷凝段(31)和翅片(33)上。

8.一种基于热管散热的机柜冷却调试系统，包括发热板(5)，包括数据采集系统和供电调压系统，所述供电调压系统与发热板(5)电性连接，其特征在于：包括权利要求6或7所述的一种基于热管散热的机柜冷却系统，所述热管(3)的蒸发段(31)与发热板(5)连接，所述温度传感器(2)与数据采集系统电性连接。

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