一种多回路翅片式表冷器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热交换装置技术领域，具体涉及一种多回路翅片式表冷器，该表冷器用于高性能集群水冷机柜循环水系统。
【背景技术】
[0002]传统的计算机房采用精密空调构建的下送风通道为设备提供制冷，设备散热排放到机房环境中，再由空调回收。这种热循环方式针对机房整体空间制冷，热负荷巨大，电力消耗巨大。随着新一代超级计算中心的建设，计算机、网络、服务、存储等基础设备进一步集中，大规模的计算和大容量存储设备在速度和处理能力不断提升的同时，也带来了热流密度急剧上升的突出矛盾，这就对数据中心的环境控制方案提出了新的要求，新方案必须解决以机房整体为对象、更有针对性和高效率的热管理模式，以达到节省能源，保障设备运行安全的目的，热封闭的水冷机柜应运而生。通过采用封闭的水冷机柜将热量控制在一个较小范围，并在此范围内设置高效的热交换设备(表冷器)，将设备散热直接带出机房环境。
[0003]现有的超级计算机水冷机柜用表冷器翅片排数少，通路面积及热交换面积小，材质导热性差，翅片与管路结合紧密度不够等因素造成表冷器换热效率低，浪费能源，无法满足超级计算机高通量散热要求。
【发明内容】
[0004]为了在有限空间内提高表冷器的换热效率，本发明提供一种多回路翅片式表冷器，该表冷器通过合理的结构与材质设计，提高了水冷机柜用表冷器的换热效率，节约能源。最大限度地加大了通过表冷器的循环空气的温差，满足超级计算机冷却要求。
[0005]本发明所采用的技术方案是:
[0006]一种多回路翅片式表冷器，包括长方体壳体以及设于其内的进水主管道、出水主管道、热交换管路和散热翅片；其中:所述进水主管道和出水主管道设于壳体内部相对两侧面的上方，进水主管道和出水主管道上分别开设孔，用于与热交换管路的两端相连接；所述热交换管路为八个双U型铜管，双U型铜管所在平面垂直于壳体上表面；每个双U型铜管的外侧设置散热翅片。
[0007]所述表冷器的壳体尺寸由安装空间决定，壳体为薄铁板焊接而成，壳体起到固定内部零件并形成气体通路的作用。
[0008]所述进水主管道、出水主管道和八个双U型铜管构成循环水流路。每相邻两个双U型铜管为一组，每组双U型铜管外侧套装一排散热翅片，双U型铜管紧密贴合散热翅片，散热翅片间隙形成空气流通流道；八个双U型铜管外侧共套装四排相互串联的散热翅片，每排散热翅片中有两个管路。
[0009]所述散热翅片为铜制片状散热翅片；所述进水主管道和出水主管道为不锈钢管。
[0010]本发明设计原理如下:
[0011]1、空气的热量传递过程:
[0012]热空气从表冷器一端流入，从散热翅片间隙流过，空气与翅片间发生热交换。较高温度的热空气将热量传给较冷的翅片。翅片分为四组，因此空气流经四组串联的翅片，温度逐渐降低。
[0013]2、翅片管路热量传递过程:
[0014]翅片接受空气的热量后温度升高，将热量传递给与其连接的双U型管。U型管再将热量传递给其内流动的循环水。
[0015]3、循环水的热量传递过程。
[0016]冷水从进水主管道流入，流经U型铜管，将铜管的热量带走，水温升高，从出水主管道流出。流出的热水在室外制冷设备中降温后再流回进水主管道。
[0017]因此通过空气循环，水循环及空气-翅片、翅片-管路、管路-水间的热量传递，将热空气的热量传递给循环水，到达制冷目的。
[0018]本发明具有如下优点和有益效果:
[0019]1、本发明通过使用铜制散热翅片和U型管，提高热传递效率。
[0020]2、本发明通过U型管增加散热翅片与管路的接触面积，提高热传递效率。
[0021]3、本发明通过多排散热翅片，提高空气-翅片接触面积、时间，提高热传递效率。
[0022]4、本发明表冷器可在有限空间内实现25KW以上的制冷量，在高性能集群水冷机柜中已高效工作3年，保证了服务器的稳定运行。
[0023]5、本发明热传递效率提高后，在保证冷却后的空气温度的同时，可以提高冷却水进水温度，从而节约制冷能耗。实际应用于高性能集群水冷机柜中，从使用旧形式表冷器的7摄氏度进水，提高到使用新形式表冷器的15摄氏度进水，显著降低了制冷机的能耗，按目前负荷计算，至少节能20%。
[0024]6、由于冷水温度的提高，防止了冷水管及表冷器中冷凝水的出现，避免了冷凝水被吸入计算机的可能性，最大限度地保证了计算机的安全。
【附图说明】
[0025]图1为本发明表冷器的结构示意图(主视图)。
[0026]图2为本发明表冷器的结构示意图(俯视图)。
[0027]图中:1_进水主管道；2_出水主管道；3_双U型铜管；4_散热翅片；5_壳体。
【具体实施方式】
[0028]图1-2所示，本发明表冷器包括长方体壳体5以及设于其内的进水主管道1、出水主管道2、热交换管路和散热翅片4 ;所述进水主管道I和出水主管道2设于壳体5内部相对的两侧面的上方，进水主管道I和出水主管道2上分别开设孔，用于与热交换管路的两端相连接；所述热交换管路为八个双U型铜管3，双U型铜管3所在平面垂直于壳体5上表面；每个双U型铜管3的外侧设置散热翅片4。
[0029]所述表冷器的壳体尺寸由安装空间决定，壳体5为不锈钢板焊接而成，壳体起到固定内部零件并形成气体通路的作用。
[0030]所述进水主管道1、出水主管道2和八个双U型铜管3构成循环水流路。每相邻两个双U型铜管3为一组，每组双U型铜管3外侧套装一排散热翅片4，共四排串联，散热翅片4与双U型铜管3套接相连，保证紧密连接，散热翅片4间隙形成空气流通流道。
[0031]所述散热翅片4为铜制片状散热翅片，与普通的铝制散热翅片相比可提高换热效率；所述进水主管道和出水主管道为不锈钢管，不采用铜管是因为其不参与热交换。而进出水主管道之间与散热翅片相连接的热交换管路采用铜制复杂双U型管，可以提高散热效率。
[0032]实施例1
[0033]本实施例为本发明表冷器一优选设计方案:
[0034]1、散热翅片:
[0035]散热翅片为薄铜片，其长度略小于壳体宽度，其宽度根据翅片排数确定。例如安装四排翅片，则翅片宽度要小于1/4的壳体长度。翅片厚度为亚毫米级。在一组薄片上开2排孔，每排4个。在孔内穿入铜管。铜管采用拉涨等方法，增加外径，使铜管与翅片紧密结合，保证热传递效率。穿管数量及长度也决定了热传递面积，应该尽量多穿管并多绕转，使管路形成密度较高的U型。本发明结合空间尺寸及工艺等因素，每组翅片开8孔。翅片间隙为数毫米。该间隙决定了风阻及通风量，间隙增大则通风量越大，但安装的翅片数减少，热交换面积减小。反之通风量减小而热交换面积增加。因此要根据实际需要确定翅片间隙。四排散热翅片为串联关系，保证空气逐级流经散热翅片因此逐渐降温。
[0036]2、U 型管路:
[0037]穿入翅片的直铜管还是独立的，没有形成连续的流路。需在铜管末端间隔焊接连接铜管，形成连续的流道，共形成8个流路。8根管路分两组，每组2个复杂U型管路，其上安装I组翅片。。
[0038]进出水主管路:8个U型流路，有8个入口和8个出口。将进水主管路开8个孔，与U型管路的8个入口焊接。将出水主管路开8个孔，与U型管路的8个出水口焊接。形成完整的循环水流路。进出水主管路与U型管将四组翅片连接起来。8条复杂U型管路之间为并联关系，保证每条管路中的冷却水温度均较低。
[0039]3、壳体:
[0040]用不锈钢板按尺寸折弯，形成盒状。折弯后对接边进行焊接。将焊接后的主管道、U型管、翅片组合体装入壳体，铜管主管道焊接到壳体上，完成固定。
【主权项】
1.一种多回路翅片式表冷器，其特征在于:该表冷器包括长方体壳体以及设于其内的进水主管道、出水主管道、热交换管路和散热翅片；其中:所述进水主管道和出水主管道设于壳体内部相对两侧面的上方，进水主管道和出水主管道上分别开设孔，用于与热交换管路的两端相连接；所述热交换管路为八个双U型铜管，双U型铜管所在平面垂直于壳体上表面；每个双U型铜管的外侧设置散热翅片。2.根据权利要求1所述的多回路翅片式表冷器，其特征在于:所述表冷器的壳体为不锈钢板焊接而成。3.根据权利要求1所述的多回路翅片式表冷器，其特征在于:所述进水主管道、出水主管道和八个双U型铜管构成循环水流路。4.根据权利要求1所述的多回路翅片式表冷器，其特征在于:每相邻两个双U型铜管为一组，每组双U型铜管外侧套装一排散热翅片，双U型铜管紧密贴合散热翅片，散热翅片间隙形成空气流通流道。5.根据权利要求1所述的多回路翅片式表冷器，其特征在于:所述散热翅片为铜制片状散热翅片。6.根据权利要求1所述的多回路翅片式表冷器，其特征在于:所述进水主管道和出水主管道为不锈钢管。7.根据权利要求4所述的多回路翅片式表冷器，其特征在于:八个双U型铜管外侧共套装四排相互串联的散热翅片，每排散热翅片中有两个管路。
【专利摘要】本发明公开了一种多回路翅片式表冷器，属于热交换装置技术领域。该表冷器采用进出水主管道间并联八根循环热交换铜质管，每两根热交换管上牢固套接铜质散热翅片，共四排串联散热翅片的方法，最大限度的在限定尺寸内加大了热交换面积，加大了冷却水的利用率，因此增加了热交换效率，增大了循环空气的温度差。保证了超级计算机的冷却要求，为计算机的稳定工作提供了可靠的环境。本发明可以用于一般热交换领域，如超级计算机水冷机柜用换热器。
【IPC分类】F28B1/02
【公开号】CN105588452
【申请号】CN201410653116
【发明人】滕春禹, 徐东生, 杨锐
【申请人】中国科学院金属研究所
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年11月17日