CN103997879B - 散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种散热器,用于对机柜中至少一个电子器件进行散热，包括：制冷模块、制冷开闭模块、与至少一个电子器件一一对应散热包含用于控制冷液流量的流量控制单元和安装在电子器件上与冷管相连接用于释放冷量的冷板的至少一个散热模块、空气温度感应转换模块、风扇模块、设定部、采集部、存储部、比较部以及控制部。本发明所涉及的散热器通过至少一个散热模块和控制部分别控制不同电子器件上散热模块中冷板的冷液流量，实现对不同电子器件一对一的不同程度的散热。

Description

散热器

技术领域

本发明涉及机柜电子器件散热领域，具体涉及一种散热器。

背景技术

目前，随着电子工业的不断发展，云控制计算等新的电子科技的不断涌现，人们对高热流密度电子器件的需求的不断提高，电子产品性能的稳定性及热可靠性的要求不断提高，GPU等一系列封装电子器件的集成度、工作频率都将不断提高，这类微电子芯片的散热问题将制约其发展。因此电子设备的散热设计越发关键，电子设备中功率器件尤其是高热流密度器件运行时产生的大量的热量，这不仅会影响服务器的工作效率而且会增加能源消耗。

针对数据中心机柜散热，传统的制冷解决方案是采用风冷精密空调，但由于其安装困难、在夏天室外温度很高时制冷能力严重下降甚至保护停机、易形成严重的热岛效应、需启动加湿功能柜散热和不能只针对工作的电子器件进行散热消耗大量的能源等缺点，不能满足大型数据中心的冷却和节能要求。市场上存在将压缩机和冷凝器直接放置于机柜顶端的产品，由于压缩机运行时会产生震动，易对机柜内的电子器件造成震动损坏，该产品的蒸发器及风扇放置于机柜柜门处，采用这种散热方法机柜的纵向温区无法实现均衡。现在市场上采用的水冷空调***由于比较复杂，成本也比较高，维护也有难度，传统散热已经无法满足机柜电子器件的散热要求，更无法满足服务器在负荷不同情况下多个芯片的冷却散热，不能使机器的GPU、CPU的运行温度保持稳定，从而对于服务器的运行寿命有影响。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种散热器，用于对至少一个电子器件进行一对一变流量散热。

本发明提供散热器,用于对机柜中至少一个电子器件进行散热，其特征在于，包括：制冷模块，设置于机柜外部，包含用于导流冷液的冷管；制冷开闭模块，用于启动与关闭制冷模块；至少一个散热模块，与至少一个电子器件一一对应散热，每个散热模块包含设置在电子器件表面用于感应该电子器件的表面温度的器件温度感应器、用于将表面温度转换为器件温度值的器件温度AD转换器、连接在冷管上用于控制冷液流量的流量控制单元和安装在电子器件上与冷管相连接用于释放冷量的冷板；空气温度感应转换模块，设置在机柜内部，包含用于感应机柜内的空气温度的空气温度感应器和将空气温度转换为空气温度值的空气温度AD转换器；风扇模块，包含用于朝向机柜内至少一个电子器件的风扇和与至少一个电子器件的启动电源相连接用于启动该风扇的风扇启动单元和用于关闭该风扇的风扇关闭单元；设定部，用于设定正常温度范围值和设定最大值低于该正常温度范围值的最大值的风扇关机温度范围值；采集部，包含以第一预定间隔时间采集空气温度值的空气温度采集单元和与至少一个散热模块一一对应用于第二预定间隔时间采集器件温度值的至少一个器件温度采集单元；存储部，用于存储采集部所采集的空气温度值和器件温度值；比较部，用于比较得到器件温度值高出正常限温度范围值的器件温度差值；以及控制部，用于当器件温度差值加大时控制相应的流量控制单元加大冷液流量；一旦器件温度值高于正常限温度范围值时来控制制冷开闭模块进行启动；当空气温度值处于正常温度范围值内时来控制制冷开闭模块进行关闭；当至少一个电子器件都关闭且空气温度值处于风扇关机温度范围值内时控制风扇关闭单元进行关闭；当任一或两个以上电子器件被启用时来控制风扇启动单元进行启动。

在本发明所提供的散热器中，还具有这样的特征：流量控制单元包含将器件温度差值转换为差值模拟信号的DA转换器、根据差值模拟信号调整转动角的大小的步进机和被设置在冷管中用于调节冷液流量的阀门。

在本发明所提供的散热器中，还具有这样的特征：冷板包含壳体和在壳体内的S形的冷液通道，壳体的表面设有复数个用于释放冷量的小孔。

在本发明所提供的散热器中，还具有这样的特征还包括：至少一个支架，数量与至少一个电子器件的数量一一对应,每个支架与电子器件之间存在一定间隙用于支撑冷板吊挂在电子器件上。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的散热器，通过至少一个散热模块和控制部分别控制不同电子器件上散热模块中冷板的冷液流量，实现对不同电子器件一对一的散热。通过采用器件温度感应器感应到电子器件表面的温度与设定部设定的正常温度范围值经过比较得到器件温度差值，控制部根据器件温度差值的大小来控制散热模块中冷板的冷液流量的大小，从而实现对不同发热程度的电子器件进行不同程度地散热，同时节约能源。因此，在至少一个电子器件中的一个电子器件不运作时，该电子器件对应的散热模块不对其进行散热。当机柜内的空气温度在设定的正常温度范围值范围中，制冷模块被关闭，实现自动调节制冷模块的开闭。

附图说明

图1是本发明实施例中的散热器的结构流程图；

图2是本发明实施例中的散热器的冷板结构图；以及

图3是本发明实施例中的散热器的制冷模块结构图。

具体实施案例

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所涉及的散热器作具体阐述。

<实施例>

图1是本发明实施例中的散热器的结构流程图。

如图1所示，在本实施例中的散热器100包括：制冷模块1、制冷开闭模块2、两个散热模块3、空气温度感应转换模块4、风扇模块5、设定部6、采集部7、存储部8、比较部9、控制部10和两个支架11。制冷开闭模块2用于启动与关闭制冷模块1。

制冷模块1设置于机柜(图中未画出)外部，包含用于导流冷液的冷管(图中未画出)。

两个散热模块3包含散热模块31和散热模块32，散热模块31用于对电子器件A进行散热，散热模块32用于对电子器件B进行散热。电子器件A和电子器件B位于机柜内。

散热模块31包含器件温度感应器311、器件温度AD转换器312、流量控制单元313和冷板314，器件温度感应器311与器件温度AD转换器312连接。冷板314安装在电子器件A上与冷管相连接。

器件温度感应器311设置在电子器件A表面用于感应电子器件A的表面温度。该表面温度被器件温度AD转换器312将表面温度转换为器件温度值。

流量控制单元313连接在冷管上且被设置于机柜外部用于控制冷液流量，包含DA转换器313a、步进机313b和电子膨胀阀313c。电子膨胀阀313c被设置在冷管中，根据步进机313b的转动角的大小调节电子膨胀阀313c开口大小从而调节冷液流量。

散热模块32包含器件温度感应器321、器件温度AD转换器322、流量控制单元323和冷板324，器件温度感应器321与器件温度AD转换器322连接。

器件温度感应器321设置在电子器件B表面用于感应电子器件B的表面温度。该表面温度被器件温度AD转换器322将表面温度转换为器件温度值。冷板324安装在电子器件B上与冷管相连接。

流量控制单元323连接在冷管上且被设置于机柜外部，用于控制冷液流量，包含DA转换器323a、步进机323b和电子膨胀阀323c，电子膨胀阀323c被设置在冷管中根据步进机323b的转动角的大小调节电子膨胀阀323c开口大小从而调节冷液流量。

空气温度感应转换模块4设置在机柜内部，包含空气温度感应器41和空气温度AD转换器42。空气温度感应器41与空气温度AD转换器42连接。

空气温度感应器41用于感应机柜内的空气温度，空气温度被空气温度AD转换器42转换为空气温度值。

风扇模块5包含风扇51、风扇启动单元52和风扇关闭单元53。风扇启动单元52用于启动风扇51，风扇关闭单元53用于关闭风扇51。风扇51对机柜内的电子器件A和电子器件B吹风。风扇启动单元52与电子器件A和电子器件B的启动电源都相连接。

设定部6设定正常温度范围值为不大于40和设定风扇关机温度范围值为不大于35；

采集部7包含空气温度采集单元71和两个器件温度采集单元72。

空气温度采集单元71以预定的间隔0.2s进行采集空气温度值。

两个器件温度采集单元72都以预定的间隔0.1s进行采集，含有用于采集器件温度AD转换器312的器件温度值的器件温度采集单元721和用于采集器件温度AD转换器322的器件温度值的器件温度采集单元722。

存储部8用于存储采集部7所采集的器件温度值和空气温度值。

比较部9是PID控制器，用于比较得到空气温度值高出正常温度范围值的空气温度差值和比较得到器件温度值高出正常限温度范围值的器件温度差值。

控制部10用于控制流量控制单元中冷液流量，也控制制冷开闭模块、风扇启动单元和风扇关闭单元进行启动和关闭。

两个支架11包含用于支撑冷板314的支架111和用于支撑冷板324的支架112。

图2是本发明实施例中的散热器的冷板结构图。

如图2所示，在本实施例中的冷板314含有壳体(图中未显示)和冷液通道314a。壳体的表面设有600个用于释放冷量的小孔。

冷液通道314a呈S形安装在壳体内，含有冷液进口314b和冷液出口314c。

冷板324与冷板314具有相同的结构。

图3是本发明实施例中的散热器的制冷模块工作流程图。

如图3所示，在本实施例中的制冷模块1包含变转速压缩机1a、油分离器1b、单向阀1c、过滤器1x、过滤器1y、过滤器1z、冷凝器1e、节流阀1f、气液分离器1g和回气过滤器1h。

变转速压缩机1a压缩得到高压气体，高压气体经过油分离器1b后由单向阀1c流出，高压气体被过滤器1x过滤后进入冷凝器1e。高压气体经过冷凝器1e转换成低温液体。低温液体经过节流阀1f后进入气液分离器1g。气液分离器1g分离得到冷液。冷液经过滤器1y和冷管中的电子膨胀阀313c进入冷板314，也经过滤器1z和冷管中的电子膨胀阀323c进入冷板324。冷液从冷板314和冷板324流出后，经过气液分离器1g后被回气过滤器1h过滤，最后流回变转速压缩机1a。

本实施例中，结合图1对机柜中的两个电子器件在不同散热量的情况下进行说明，即电子器件A的表面温度高于正常工作范围值，电子器件B的表面温度在正常工作范围值的范围中。

当接通机柜内的电子器件A和电子器件B的启动电源时，控制部10控制风扇启动单元52进行启动，从而风扇51被启动。电子器件A被启动后运作，电子器件A运作后产生热量，使电子器件A表面和机柜内的温度升高。

那么器件温度感应器311感应到机柜内的空气温度为45℃，器件温度为45℃经过器件温度AD转换器转换得到器件温度的数值信号45，数值信号45被器件温度采集单元721采集后由存储部8存储该数值信号45。比较部9对数值信号45和设定部6设定的正常温度范围值不大于40进行比较后，得到器件差值为5。控制部10根据器件差值5控制制冷开闭模块进行启动，从而制冷模块被启动。

由于电子器件A继续运作产生更多的热量，器件温度感应器311感应到电子器件A的表面温度为55℃，表面温度55℃的信号经过器件温度AD转换器312转换得到数值信号55，数值信号55被器件温度采集单元721采集后由存储部8存储该数值信号55。比较部9对数值信号55和设定部6设定的正常温度范围值不大于40进行比较，得到器件差值15。器件差值15经过DA转换器313a得到模拟信号加载到步进机313b上，步进机313b转动角增大带动电子膨胀阀313c的开口加大，从而冷管中冷液的流量加大。冷液通过冷液进口314b进入冷板314的冷液通道314a，冷液的冷量由冷板的小孔释放。冷板314是被一个2毫米厚的支架支撑，呈吊挂式安装在电子器件A上，与电子器件A之间存在间隙。冷液在冷液通道314a内进行吸热过程，然后通过冷液出口314c流出冷板314返回制冷模块1中。电子器件A的表面温度增大相对应的冷板314中冷液的流量加大。

当器件温度感应器321感应到电子器件B的表面温度为39℃时，表面温度39℃信号经过器件温度AD转换器322转换得到数值信号39，数值信号39被器件温度采集单元722采集后由存储部8存储该数值信号39。比较部9对数值信号39和设定部6设定的正常温度范围值不大于40进行比较，得到数值信号39在正常温度范围值不大于40范围内。步进机323b没有进行调节电子膨胀阀323c开口，电子膨胀阀323c保持关闭冷管状态，以至冷液没有流入冷板324中。从而散热模块32不对电子器件B进行散热。

在电子器件A和电子器件B都被停止时，空气温度感应器41感应机柜内空气温度40℃，空气温度40℃信号经过空气温度AD转换器得到空气温度值40，空气温度值40被空气温度采集单元71采集后由存储部8存储该空气温度值40。控制部10判断空气温度值40在正常温度范围值不大于40范围内，控制部10控制制冷开闭模块进行关闭，从而制冷模块1被关闭。此时风扇51继续向电子器件A和电子器件B吹风，当空气气温度感应器41感应到空气温度为35℃，空气温度35℃信号经过空气温度AD转换器42得到空气温度值35，空气温度值35被空气温度采集单元71采集后由存储部8存储该空气温度值35。控制部10判断空气温度值35在设定部6设定的风扇关闭范围值不大于35范围内，控制部10控制风扇关闭单元53进行关闭，从而风扇51被关闭。

实施例的作用与效果

根据本发明所涉及的散热器，通过至少一个散热模块和控制部分别控制不同电子器件上散热模块中冷板的冷液流量，实现对不同电子器件一对一的散热。通过采用器件温度感应器感应到电子器件表面的温度与设定部设定的正常温度范围值经过比较得到器件温度差值，控制部根据器件温度差值来控制散热模块中冷板的冷液流量，从而实现对不同发热程度的电子器件进行散热，同时节约能源。通过将制冷模块、流量控制单元设置在机柜外，制冷模块产生的震动不会对机柜内的电子器件产生震动损坏，并且便于对制冷模块和流量控制单元进行安装和维护。风扇在制冷模块被关闭后继续对机柜吹风，如此可避免冷板结露结霜。

在本实施例中的流量控制单元中的步进电机和电子膨胀阀组合，步进机根据差值模拟信号调节电子膨胀阀的开口大小从而控制冷液流量。

在本实施例中的制冷模块、流量控制单元设置在机柜外，制冷模块产生的震动不会对机柜内的电子器件产生震动损坏，并且便于对制冷模块和流量控制单元进行安装和维护。风扇在制冷模块被关闭后继续对机柜吹风。

在本实施例中的支架用于支撑冷板，使冷板与电子器件之间有间隙，与风扇联合使用可防止制冷模块关闭后电子器件表面结露和结霜。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

比较部也不仅限为优选案例中的PID控制器，也可采用其他如神经网络控制器。

Claims (4)

1.一种散热器，用于对机柜中至少一个电子器件进行散热，其特征在于，包括：

制冷模块，设置于所述机柜外部，包含用于导流冷液的冷管；

制冷开闭模块，用于启动与关闭所述制冷模块；

至少一个散热模块，与所述至少一个电子器件一一对应散热，每个所述散热模块包含设置在所述电子器件表面用于感应该电子器件的表面温度的器件温度感应器、用于将所述表面温度转换为器件温度值的器件温度AD转换器、连接在所述冷管上用于控制所述冷液流量的流量控制单元和安装在所述电子器件上与所述冷管相连接用于释放冷量的冷板；

空气温度感应转换模块，设置在所述机柜内部，包含用于感应所述机柜内的空气温度的空气温度感应器和将所述空气温度转换为空气温度值的空气温度AD转换器；

风扇模块，包含用于朝向机柜内所述至少一个电子器件的风扇和与所述至少一个电子器件的启动电源相连接用于启动该风扇的风扇启动单元和用于关闭该风扇的风扇关闭单元；

设定部，用于设定正常温度范围值和设定最大值低于该正常温度范围值的最大值的风扇关机温度范围值；

采集部，包含以第一预定间隔时间采集所述空气温度值的空气温度采集单元和与所述至少一个散热模块一一对应用于第二预定间隔时间采集所述器件温度值的至少一个器件温度采集单元；

存储部，用于存储采集部所采集的所述空气温度值和所述器件温度值；

比较部，用于比较得到所述器件温度值高出所述正常温度范围值的器件温度差值；以及

控制部，用于当所述器件温度差值加大时控制相应的所述流量控制单元加大所述冷液流量；一旦所述器件温度值高于所述正常温度范围值时来控制所述制冷开闭模块进行启动；当所述空气温度值处于所述正常温度范围值内时来控制所述制冷开闭模块进行关闭；当所述至少一个电子器件都关闭且所述空气温度值处于所述风扇关机温度范围值内时控制所述风扇关闭单元进行关闭；当任一或两个以上所述电子器件被启用时来控制所述风扇启动单元进行启动。

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于：

其中，所述流量控制单元包含将所述器件温度差值转换为差值模拟信号的DA转换器、根据所述差值模拟信号调整转动角的大小的步进机和被设置在所述冷管中用于调节所述冷液流量的阀门。

3.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于：

其中，所述冷板包含壳体和在所述壳体内的S形的冷液通道，

所述壳体的表面设有复数个用于释放冷量的小孔。

4.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，还包括：

至少一个支架，数量与所述至少一个电子器件的数量一一对应,每个所述支架与所述电子器件之间存在一定间隙用于支撑所述冷板吊挂在所述电子器件上。