机箱组合散热装置及其控制方法与流程

本发明涉及机房空调机组，尤其涉及一种机箱组合散热装置及其控制方法。

背景技术：

目前计算机的散热方式主要有风冷和水冷两种形式。风冷为大多数台式机和笔记本所采用，在此种形式下，cpu和gpu的热量由热管传导至冷凝段，最终由冷凝段处风扇吹风带走。由于不同场合各部件发热功率有较大差异，因此在一定风速下容易导致局部元件温度过高。同时为强化散热而提高风扇转速，也会带来噪音和振动等弊端。一旦使用时间增长，风扇易积聚灰尘，散热元件上累积污垢，都使得整体换热效果变差。若在粉尘、潮湿、炎热环境下，非封闭式机箱极易发生故障、散热不佳，甚至引发安全问题。

此外市场上高性能主机一般采用水冷散热方式。通过水环路对发热元件降温，该方法一定程度上避免积尘问题，但由于水环路需水泵驱动，无法体现出节能优势。另一方面，复杂的管路也增加了加工难度和机箱体积。同时水环路因涉及水泵、水箱等带来额外的体积占用，并不便携。此外由于不涉及风扇，在机箱长期高强度运行时仅能通过持续水冷为主的形式散热，因而能耗较高。

因此，亟待解决上述技术难题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的第一目的是提供一种布局合理、具备多种散热方式的机箱组合散热装置。

本发明的第二目的是提供该机箱组合散热装置的控制方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种机箱组合散热装置，包括机箱主体、分别位于机箱主体两侧的第一散热腔体和第二散热腔体，该机箱主体与第一散热腔体之间隔有第一真空隔热板和平板热管，其中平板热管位于上、下两块第一真空隔热板之间；该机箱主体与第二散热腔体之间隔有第二真空隔热板；所述机箱主体顶部开设有氮气注气口，底部开设有氮气排气口，内腔自下而上依次设有发热元件和蒸发器，该发热元件与平板热管相连；位于所述第一散热腔体内的平板热管上设有散热翅片，该第一散热腔体顶部设有第一排风扇，底部开设有第一进风口；所述第二散热腔体顶部设有第二排风扇，底部开设有第二进风口，内腔自下而上依次设有压缩机和冷凝器，其中压缩机、冷凝器与蒸发器之间通过制冷剂管路依次闭环连接。

本发明第二种机箱组合散热装置，其特征在于，包括机箱主体、位于机箱主体一侧的第一散热腔体和位于室外的第二散热腔体，该机箱主体与第一散热腔体之间隔有第一真空隔热板和平板热管，其中平板热管位于上、下两块第一真空隔热板之间；该机箱主体上、与第一散热腔体相对的一侧设有第二真空隔热板；所述机箱主体顶部开设有氮气注气口，底部开设有氮气排气口，内腔自下而上依次设有发热元件和蒸发器，该发热元件与平板热管相连；位于所述第一散热腔体内的平板热管上设有散热翅片，所述第一散热腔体顶部设有第一排风扇，底部开设有第一进风口；所述第二散热腔体顶部设有第二排风扇，底部开设有第二进风口，内腔自下而上依次设有压缩机和冷凝器，其中压缩机、冷凝器与蒸发器之间通过制冷剂管路依次闭环连接。

其中，所述氮气注气口通过管路依次串联有注气手动阀、减压阀、氮气罐阀门和氮气罐，所述氮气排气口上依次连接有排气手动阀和氮气传感器。

优选的，所述机箱主体内、发热元件的下方还设有循环风扇。

再者，所述发热元件通过导热硅脂与平板热管的蒸发端相连，散热翅片位于平板热管的冷凝端上，热量通过导热硅脂传递至平板热管的蒸发端，平板热管内的液体工质吸收热量后蒸发将热量转移至平板热管的冷凝端，再由散热翅片将热量散至第一散热腔体内的空气中。

优选的，所述第一进风口和第二进风口均为百叶型进风口，在该百叶型进风口内侧均设有初效过滤网。

进一步，所述第二散热腔体内还设有控制系统，该控制系统分别与蒸发器、压缩机、冷凝器、第一排风扇、第二排风扇和循环风扇电连接，并控制其开启。

优选的，所述冷凝器与蒸发器之间的管路上还设有节流阀，该节流阀位于第一真空隔热板内。

再者，所述冷凝器与蒸发器之间的管路上还设有节流阀，该节流阀位于第二散热腔体内，且裸露在第二散热腔体和机箱主体外的制冷剂管路上敷设有保温层和防水套管。

本发明一种机箱组合散热装置的控制方法，包括如下步骤：机箱启动开始工作，平板热管进行散热；当发热元件的工作温度高于第一设定温度时，控制系统开启第一排风扇进行散热；当发热元件的工作温度继续升高且高于第二设定温度时，控制系统开启蒸发器、压缩机、冷凝器、第二排风扇和循环风扇进行散热，同时关闭第一排风扇。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明通过两个散热腔体的两种不同散热方法以实现不同使用场合下的散热优化；结合目前机箱主体内的发热元件一般在白天使用较夜间多、强度高的特点，采用多散热方式结合，如在运行强度较小的夜间可只采用第一散热腔体内的平板热管散热方式，而在强度较大的白天主要采用第二散热腔体内的制冷剂方式，从而相比于目前单一的散热方案更为节能，散热效果更佳；此外由于机箱主体全封闭，可避免灰尘积累，能够适应各种恶劣的工作环境，同时减少故障率，且两个散热腔体定期清理也相对简单，无需涉及主机内部元件拆卸。

附图说明

图1为本发明的第一种结构示意图；

图2为本发明的第二种结构示意图；

图3为本发明的控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本发明一种机箱组合散热装置，包括机箱主体1、第一散热腔体2和第二散热腔体3，其中第一散热腔体2和第二散热腔体3分别位于机箱主体1两侧。其中机箱主体1与第一散热腔体2之间隔有第一真空隔热板4和平板热管5，其中平板热管5位于上、下两块第一真空隔热板4之间，并通过螺栓固定连接；该机箱主体1与第二散热腔体2之间隔有第二真空隔热板6。

本发明的机箱主体1顶部开设有氮气注气口，底部开设有氮气排气口，其中氮气注气口通过管路依次串联有注气手动阀16、减压阀17、氮气罐阀门18和氮气罐19，所述氮气排气口上依次连接有排气手动阀20和氮气传感器。在机箱组合散热装置初次工作前需提前注入氮气，排出机箱主体1内部残余空气，氮气罐19接口通过气体软管与机箱主体1顶部氮气注气口管道连接，排气手动阀20后端接入氮气传感器。保持注气手动阀16和排气手动阀20开启，开启氮气罐阀门18，氮气从罐中流出经由氮气罐阀门18、减压阀17、注气手动阀16后流入机箱主体内部。由于氮气密度较空气小，因而氮气逐渐占据机箱主体上部，并将空气挤压，使其经排气口手动阀14流出。随着释放的氮气增加，空气将全部从机箱内排出。由排气手动阀20末端氮气传感器检测排出气体中氮气浓度，若一分钟内氮气浓度保持99％后，将排气手动阀20关闭，卸下氮气传感器。为了防止蒸发器的盘管结露影响换热，通过氮气罐19向机箱主体1内部加注氮气，排尽机箱主体1内剩余空气，将氮气作为机箱主体1内部传热介质；为了更快排出机箱主体1内部空气，利用氮气密度比空气略小的特性，将氮气注气口设于机箱主体顶部，氮气排气口设于机箱主体侧面底部，并由氮气传感器检测氮气排气口处氮气浓度，由此控制排气手动阀20的启闭。机箱主体1内腔自下而上依次设有发热元件7和蒸发器8，该发热元件7与平板热管5相连。机箱主体1内、发热元件7的下方还设有循环风扇21。蒸发器8通过蒸发器支架固定在机箱主体1的内腔上部。机箱主体1内部较高温度的氮气经蒸发器8冷却后下沉至机箱主体1下方，冷却后的氮气在循环风扇21的作用下，上浮冷却发热元件7后，继续上浮被蒸发器8的盘管重新冷却，以此循环冷却发热元件。

本发明位于所述第一散热腔体2内的平板热管5上设有散热翅片9，发热元件7通过导热硅脂与平板热管5的蒸发端相连，散热翅片9位于平板热管5的冷凝端上，热量通过导热硅脂传递至平板热管5的蒸发端，平板热管5内的液体工质吸收热量后蒸发将热量转移至平板热管5的冷凝端，再由散热翅片9将热量散至第一散热腔体2内的空气中；第一散热腔体2的腔内热空气上浮从顶部排出，空气由第一进风口11进入腔体内，形成自然对流。该第一散热腔体2顶部设有第一排风扇10，底部侧面开设有3个第一进风口11，每一个第一进风口11为百叶型进风口，在该百叶型进风口内侧均设有初效过滤网；借助热空气上浮特性，空气可由3个第一进风口11流入，从顶部第一排风扇10流出，以实现更好的散热效果。机箱主体1内的发热元件7散发的热量一方面经由带散热翅片9的平板热管5转移至第一散热腔体2内部空气中，此时可通过开启第一散热腔体2顶部的第一排风扇10，从而变空气侧自然对流为强迫对流，强化对流换热效果。

本发明第二散热腔体3顶部设有第二排风扇12，底部侧面开设有3个第二进风口13，其中每一个第二进风口13均为百叶型进风口，在该百叶型进风口内侧均设有初效过滤网；借助热空气上浮特性，空气可由3个第二进风口13流入，从顶部第二排风扇12流出，以实现更好的散热效果。第二散热腔体3内腔自下而上依次设有压缩机14和冷凝器15，其中冷凝器15通过冷凝器支架固定在第二散热腔体的中上部。冷凝器15与蒸发器8之间的管路上还设有节流阀23，该节流阀23位于第一真空隔热板4内，以节省额外制冷剂管路保温措施；其中压缩机14、冷凝器15、节流阀23与蒸发器8之间通过制冷剂管路依次闭环连接。本发明第二散热腔体3内还设有控制系统22，该控制系统22分别与蒸发器8、压缩机14、冷凝器15、第一排风扇10、第二排风扇12和循环风扇21电连接，并控制其开启。本发明若采用第一散热腔体2的强迫对流方案依然无法使发热元件温度降至理想工作温度，则开启压缩机14、冷凝器15、节流阀23与蒸发器8，关闭第一排风扇10；液态制冷剂经蒸发器8吸收机箱主体1内部热量后，在第二散热腔体3内冷凝器15释放热量，并通过开启顶部第二排风扇12由空气将冷凝器15散发热量带走。

如图3所示，本发明一种机箱组合散热装置的控制方法，包括如下步骤：机箱启动开始工作，平板热管5进行散热；当发热元件7的工作温度高于第一设定温度时，控制系统开启第一排风扇10进行散热；当发热元件7的工作温度继续升高且高于第二设定温度时，控制系统开启蒸发器8、压缩机14、冷凝器15、第二排风扇12和循环风扇21进行散热，同时关闭第一排风扇10；其中第一设定温度为50℃，第二设定温度为70℃。

实施例2

如图2所示，本发明一种机箱组合散热装置，包括机箱主体1、第一散热腔体2和第二散热腔体3，其中第一散热腔体2位于机箱主体1一侧，第二散热腔体3位于室外。其中机箱主体1与第一散热腔体2之间隔有第一真空隔热板4和平板热管5，其中平板热管5位于上、下两块第一真空隔热板4之间，并通过螺栓固定连接；该机箱主体1上、与第一散热腔体2相对的一侧设有第二真空隔热板6。

本发明的机箱主体1顶部开设有氮气注气口，底部开设有氮气排气口，其中氮气注气口通过管路依次串联有注气手动阀16、减压阀17、氮气罐阀门18和氮气罐19，所述氮气排气口上依次连接有排气手动阀20和氮气传感器。在机箱组合散热装置初次工作前需提前注入氮气，排出机箱主体1内部残余空气，氮气罐19接口通过气体软管与机箱主体1顶部氮气注气口管道连接，排气手动阀20后端接入氮气传感器。保持注气手动阀16和排气手动阀20开启，开启氮气罐阀门18，氮气从罐中流出经由氮气罐阀门18、减压阀17、注气手动阀16后流入机箱主体内部。由于氮气密度较空气小，因而氮气逐渐占据机箱主体上部，并将空气挤压，使其经排气口手动阀14流出。随着释放的氮气增加，空气将全部从机箱内排出。由排气手动阀20末端氮气传感器检测排出气体中氮气浓度，若一分钟内氮气浓度保持99％后，将排气手动阀20关闭，卸下氮气传感器。为了防止蒸发器的盘管结露影响换热，通过氮气罐19向机箱主体1内部加注氮气，排尽机箱主体1内剩余空气，将氮气作为机箱主体1内部传热介质；为了更快排出机箱主体1内部空气，利用氮气密度比空气略小的特性，将氮气注气口设于机箱主体顶部，氮气排气口设于机箱主体侧面底部，并由氮气传感器检测氮气排气口处氮气浓度，由此控制排气手动阀20的启闭。机箱主体1内腔自下而上依次设有发热元件7和蒸发器8，该发热元件7与平板热管5相连。机箱主体1内、发热元件7的下方还设有循环风扇21。蒸发器8通过蒸发器支架固定在机箱主体1的内腔上部。机箱主体1内部较高温度的氮气经蒸发器8冷却后下沉至机箱主体1下方，冷却后的氮气在循环风扇21的作用下，上浮冷却发热元件7后，继续上浮被蒸发器8的盘管重新冷却，以此循环冷却发热元件。

本发明位于所述第一散热腔体2内的平板热管5上设有散热翅片9，发热元件7通过导热硅脂与平板热管5的蒸发端相连，散热翅片9位于平板热管5的冷凝端上，热量通过导热硅脂传递至平板热管5的蒸发端，平板热管5内的液体工质吸收热量后蒸发将热量转移至平板热管5的冷凝端，再由散热翅片9将热量散至第一散热腔体2内的空气中；第一散热腔体2的腔内热空气上浮从顶部排出，空气由第一进风口11进入腔体内，形成自然对流。该第一散热腔体2顶部设有第一排风扇10，底部侧面开设有3个第一进风口11，每一个第一进风口11为百叶型进风口，在该百叶型进风口内侧均设有初效过滤网；借助热空气上浮特性，空气可由3个第一进风口11流入，从顶部第一排风扇10流出，以实现更好的散热效果。机箱主体1内的发热元件7散发的热量一方面经由带散热翅片9的平板热管5转移至第一散热腔体2内部空气中，此时可通过开启第一散热腔体2顶部的第一排风扇10，从而变空气侧自然对流为强迫对流，强化对流换热效果。

本发明第二散热腔体3顶部设有第二排风扇12，底部侧面开设有3个第二进风口13，其中每一个第二进风口13均为百叶型进风口，在该百叶型进风口内侧均设有初效过滤网；借助热空气上浮特性，空气可由3个第二进风口13流入，从顶部第二排风扇12流出，以实现更好的散热效果。第二散热腔体3内腔自下而上依次设有压缩机14和冷凝器15，其中冷凝器15通过冷凝器支架固定在第二散热腔体的中上部。冷凝器15与蒸发器8之间的管路上还设有节流阀23，该节流阀23位于第二散热腔体3内，且裸露在第二散热腔体3和机箱主体1外的制冷剂管路上敷设有保温层和防水套管。当机箱主体内发热元件功率较大时，机箱主体内部热负荷较大。此时将第二散热腔体与机箱主体连接安装易造成室内温度较高、噪音较大，因此考虑将第二散热腔体放置在室外，并给裸露在第二散热腔体3和机箱主体1外的制冷剂管路敷设聚乙烯保温材料层以及防水套管后，将第二散热腔体放置于室外，以减小室内噪音及热负荷。

其中压缩机14、冷凝器15、节流阀23与蒸发器8之间通过制冷剂管路依次闭环连接。本发明第二散热腔体3内还设有控制系统22，该控制系统22分别与蒸发器8、压缩机14、冷凝器15、第一排风扇10、第二排风扇12和循环风扇21电连接，并控制其开启。本发明若采用第一散热腔体2的强迫对流方案依然无法使发热元件温度降至理想工作温度，则开启压缩机14、冷凝器15、节流阀23与蒸发器8，关闭第一排风扇10；液态制冷剂经蒸发器8吸收机箱主体1内部热量后，在第二散热腔体3内冷凝器15释放热量，并通过开启顶部第二排风扇12由空气将冷凝器15散发热量带走。

如图3所示，本发明一种机箱组合散热装置的控制方法，包括如下步骤：机箱启动开始工作，平板热管5进行散热；当发热元件7的工作温度高于第一设定温度时，控制系统开启第一排风扇10进行散热；当发热元件7的工作温度继续升高且高于第二设定温度时，控制系统开启蒸发器8、压缩机14、冷凝器15、第二排风扇12和循环风扇21进行散热，同时关闭第一排风扇10；其中第一设定温度为50℃，第二设定温度为70℃。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制技术方案。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术实验，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。