多种操作条件下的热传递系统与控制

文档序号:134669 发布日期:2021-10-22 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 多种操作条件下的热传递系统与控制 (Heat transfer system and control under multiple operating conditions ) 是由 高天翼 于 2020-12-24 设计创作,主要内容包括:本公开公开了多种操作条件下的热传递系统与控制,涉及温度控制领域,尤其涉及用于电子设备的温度控制的系统。公开了包括冷却回路和加热回路的装置的实施例。温度控制板适于热耦接到一个或多个发热电子组件。温度控制板具有流通地耦接到入口控件的流体入口和流通地耦接到出口控件的流体出口。冷却回路和加热回路两者流通地耦接到温度控制板。温度传感器和控制器耦接到系统。基于初始温度测量值,控制器确定电子组件是需要仅冷却温度控制策略,还是需要包括加热、冷却以及加热和冷却之间的过渡的混合温度控制策略。控制器然后实施所选择的策略。(The present disclosure relates to the field of temperature control, and more particularly to a system for temperature control of electronic devices. Embodiments of an apparatus including a cooling circuit and a heating circuit are disclosed. The temperature control plate is adapted to be thermally coupled to one or more heat generating electronic components. The temperature control plate has a fluid inlet fluidly coupled to the inlet control and a fluid outlet fluidly coupled to the outlet control. Both the cooling circuit and the heating circuit are fluidly coupled to the temperature control plate. A temperature sensor and a controller are coupled to the system. Based on the initial temperature measurement, the controller determines whether the electronic component requires a cooling-only temperature control strategy or a hybrid temperature control strategy that includes heating, cooling, and transitions between heating and cooling. The controller then implements the selected policy.)

多种操作条件下的热传递系统与控制

技术领域

所公开的实施例总体上涉及用于电子设备的温度控制的系统,并且具体地但非排他地涉及一种用于多种操作条件下的温度控制的系统。

背景技术

许多现代电子设备在可预测和稳定的温度条件下操作。例如,在数据中心中,控制环境温度非常严格,使得数据中心内的所有服务器、路由器、边缘计算服务器等均在已知的稳定温度条件下操作。在家中,控制温度不太严格、但通常变化不大,使得即使家用电子器件也在较大但仍可忍受的温度范围内操作。在这两种环境中,环境温度使得电子设备常常仅需要冷却、而无需加热。

但是存在电子设备在不受控制的温度条件下操作的应用,在该温度条件下温度可能会有很大变化。在户外操作的电子器件就是示例。取决于地点和季节,它们可能被迫在范围从低于零度到非常热的环境温度下操作。由于电子设备在极冷的条件下启动和在极热的条件下操作都可能会有麻烦,因此这些应用可能需要加热和冷却两者。先前的温度控制系统通常提供加热或冷却,但不能既提供加热又提供冷却。存在一些在冷却回路中使用电加热器的系统,但是这些系统可能不适用于某些类型的电子器件,而且此外,这些系统不容易控制并且具有相对较低的效率,昂贵且需要大空间。

发明内容

本公开提供了一种温度控制装置。

根据本公开的一方面,提供一种温度控制装置,包括:用以循环工作流体的冷却回路、用以循环所述工作流体的加热回路以及控制器。冷却回路包括:至少一个温度控制板,所述至少一个温度控制板具有流体入口和流体出口,热耦接到一个或多个发热电子组件,以及入口控件和出口控件,所述入口控件和出口控件分别流体地耦接到所述至少一个温度控制板的所述流体入口和所述流体出口,其中所述入口控件还耦接到冷流体源。加热回路包括:热流体源和热流体回流,所述热流体源流体地耦接到所述入口控件,所述热流体回流流体地耦接到所述出口控件,以及泵,所述泵使加热流体循环通过至少所述热流体源、所述温度控制板和所述热流体回流。控制器通信地耦接到所述入口控件、所述出口控件和所述泵,其中所述控制器被配置为:获得至少在所述流体入口、所述流体出口和所述冷流体源处测量的初始温度,以及基于所述初始温度,执行冷却策略或混合温度控制策略,所述混合温度控制策略包括经由所述冷却回路或所述加热回路中的至少一个的加热、冷却以及从加热到冷却的过渡。

根据本公开的另一方面,提供一种温度控制装置,包括:用以循环工作流体的冷却回路、用以循环所述工作流体的加热回路以及控制器。冷却回路包括:至少一个温度控制板,所述至少一个温度控制板具有流体入口和流体出口,热耦接到一个或多个发热电子组件,入口控件和出口控件,所述入口控件和出口控件分别流体地耦接到所述至少一个温度控制板的所述流体入口和所述流体出口,冷流体源和冷流体回流,所述冷流体源流体地耦接到所述入口控件,所述冷流体回流流体地耦接到所述出口控件,热交换器,所述热交换器流体地耦接在所述冷流体源和所述冷流体回流之间,其中所述热交换器提取来自从所述冷流体回流接收的所述工作流体的热量并且将所述工作流体引导到所述冷流体源,风扇,所述风扇用以迫使对流通过所述热交换器,以及冷却泵,所述冷却泵耦接在所述冷却回路中以使所述工作流体循环通过所述冷却回路。加热回路包括:热流体源和热流体回流,所述热流体源流体地耦接到所述入口控件,所述热流体回流流体地耦接到所述出口控件,以及加热泵,所述加热泵使加热流体循环通过至少所述热流体源、所述温度控制板和所述热流体回流。控制器被配置为:获得从所述入口控件、所述出口控件、所述风扇、所述加热泵或所述冷却泵中的至少一个测量的初始温度,以及基于所述初始温度,执行冷却策略或混合温度控制策略,所述混合温度控制策略包括加热、冷却以及从加热到冷却的过渡。

附图的简要说明

参考以下附图描述了本发明的非限制性和非穷举性的实施例,其中除非另外指明,否则在各个视图中相同的附图标记指相同的部分。

图1A-图1B是具有开环冷却的温度控制系统的实施例的示意图。

图2A-图2B一起是用于使图1B的温度控制系统操作的过程的实施例的流程图。

图3A-图3B是具有闭环冷却的温度控制系统的实施例的示意图。

图4A-图4B一起是用于使图3B的温度控制系统操作的过程的实施例的流程图。

图5A-图5C是具有开环冷却的温度控制系统的其他实施例的示意图。

具体实施方式

描述了用于电子组件的温度控制的系统的实施例。描述了具体细节以提供对实施例的理解,但是相关领域的技术人员将认识到,可以在没有一个或多个所描述的细节或具有其他方法、组件、材料等的情况下实践本发明。在一些实例中,没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作,但是它们仍然包含在本发明的范围内。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着所描述的特征、结构或特性可以包括在至少一个所描述的实施例中,使得“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定全部指同一实施例。此外,在一个或多个实施例中可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。

所公开的实施例是一种用于电子器件的热传递系统。系统包括两个回路——用于冷却的回路和用于加热的回路。当需要加热时,加热回路用作冷却回路的旁路回路。还描述了用于公开系统的控制过程的实施例。所公开的实施例能够为在不同温度、季节和地点下运行的处理器或电子器件提供适当的热管理和工作环境。

图1A示出温度控制系统100的实施例。系统100包括冷却回路102和加热回路104,这两个回路均流通地耦接到温度控制板108,使得它们可以用于控制又一个发热电子组件106的温度。在各种操作模式下,冷却回路102可以单独操作,加热回路104可以单独操作,或者冷却回路102和加热回路104可以同时操作以通过加热、冷却或两者的组合控制回路中流体和电子组件106的温度。

温度控制板108热耦接到电子组件106,使得可以在电子组件和流过温度控制板的工作流体之间进行热交换。取决于系统100对电子组件106进行冷却还是加热,热交换的方向可以是从电子组件106到工作流体的方向,或者是从工作流体到电子组件的方向。温度控制板108包括流体入口110和流体出口112。入口控件114流通地耦接到流体入口110,并且出口控件116流通地耦接到出口112。如本文所使用的,如果两个元件彼此直接或间接地耦接,则它们是“流通地耦接”,以这样的方式流体可以在一个或两个方向上在它们之间流动。在图示的实施例中,入口控件114和出口控件116两者均是三通阀,但是在其他实施例中,它们可以是其他类型的控件。例如,在其他实施例中,入口控件114和出口控件116可以是双通阀的组合。还在其他实施例中,入口控件114和出口控件116不必是相同类型的控件。在大多数情况下,入口控件114和出口控件116处于相同的打开状态。另外的实施例还可以省略两个控件114和116中的一个。

冷却回路102是流通地耦接到温度控制板108的开环。冷流体源120流通地耦接到入口控件114,并且冷流体回流122流通地耦接到出口控件116,使得入口控件和出口控件调节来自冷却回路的工作流体通过温度控制板108的流动。

加热回路104类似地通过入口控件114和出口控件116耦接到温度控制板108,使得入口控件和出口控件还调节来自加热回路的工作流体通过温度控制板108的流动。热流体源124流通地耦接到入口控件114,并且热流体回流126流通地耦接到出口控件116。热流体源124是用于温度控制板的热工作流体的源,而热流体回流126返回离开温度控制板的热工作流体。泵128流通地耦接到加热回路104中,以使工作流体循环通过该回路。温度控制板108包括用以加热流过温度控制板的工作流体的加热器118。然后,加热回路104使用加热器118以及电子组件106自身产生的热量加热流过加热回路的工作流体。通过选择性地配置入口控件114和出口控件116,可以将冷工作流体、热工作流体或两者的混合物引导通过温度控制板108。因此,加热回路104和冷却回路102不是完全分开的,而是经由入口控件114、出口控件116和温度控制板108彼此流通地耦接。换句话说,在系统100中,温度控制板108是加热回路和冷却回路两者的一部分。由于它们到温度控制板108的共享耦接,冷却回路和加热回路使相同的工作流体循环。

加热回路104实质上比冷却回路102短,使得加热回路104可以在需要时快速加热电子组件106。将加热回路设计为短旁路回路允许使回路中的工作流体快速加热,因为可以产生并且引入回路的热量被限制在一定时间段内。通过尽可能多地利用电子器件106产生的热量,还可以更快地加热回路中的工作流体。因为加热回路与冷却回路相比是一个短得多的回路,所以加热回路中的工作流体较少,并且鉴于所提供的热量有限,加热回路中的流体可以更快地被加热。

温度传感器可以位于系统100的各个位置,以允许对系统性能的监测。图示的实施例包括四个温度传感器T1-T3和T5

-T1位于出口112的下游以测量离开温度控制板108的工作流体的温度。在图示的实施例中,传感器T1位于出口112和出口控件116之间,但是在其他实施例中,T1可以不同地放置,例如在冷流体回流122或热流体回流126中在出口控件116的下游。

-T2位于入口控件114的上游的冷流体源120中,以测量冷工作流体的温度。

-T3正好位于入口110的上游,以测量工作流体进入温度控制板108的温度。

-T5位于电子组件106中、电子组件106上或电子组件106附近,以测量它们的温度。T5也可以是装在组件内部的一个或多个传感器,例如ASIC的结温(junctiontemperature)。

系统100的其他实施例可以具有比所示更多或更少的温度传感器。当加热回路104不运行时,或者如果入口控件114和出口控件116被设置为停止流过加热回路104,则温度T2和T3将相同或接近于相同。但是,当仅仅加热回路104操作(即,入口控件114和出口控件116被设置为仅允许从加热回路104到温度控制板108的流动)时,或者当冷却回路102和加热回路104同时操作(即,入口控件114和出口控件116被设置为允许从冷却回路102和加热回路104两者到温度控制板108的流动)时,则T3通常将大于T2

控制器130被耦接到各种元件以控制系统100的操作。在一个实施例中,控制器130可以是通用计算机,包括处理器、存储器、存储装置、通信接口和其他此类组件,但是在其他实施例中,控制器130可以是专用电路,诸如专用集成电路(ASIC)。控制器130通信地耦接到温度传感器T1-T3和T5,使得控制器可以接收来自温度传感器位置的温度信息。控制器130还通信地耦接到入口控件114和出口控件116、加热器118以及泵128。控制器130具有存储在其上的指令,所述指令当由控制器执行时允许控制器监测测量的温度并控制通信地耦接到其上的其他组件,使得控制器控制系统100的操作。

在操作中,系统100可以至少三种模式操作:冷却模式、加热模式和混合模式:

-模式1:冷却模式,冷却回路再循环以冷却;并且加热回路中的流体保持静止。

-模式2:加热模式,仅加热回路再循环以加热,热量可以来自加热器118、电子组件106或两者。

-模式3:混合模式,这是一种过渡模式,在混合模式下,目的是利用加热回路中产生的热量使冷却回路略微加热并将冷却回路调整到适当的温度,加热源主要是来自106。该设计旨在节省功率,因此在过渡模式期间关闭加热器118。另一目的是当它们处于较低温度时消除冷却流体的影响。这也可以理解为始终将T2控制在适当的操作条件下。

冷却模式可以通过单独操作的冷却回路、或者通过在加热器118关闭的情况下一起操作的冷却回路和加热回路来实现。例如在必须在非常冷的条件下启动电子器件106的情况下调用加热模式。在加热模式下,入口控件和出口控件被设置为闭合的加热回路,这意味着没有工作流体在冷却回路102中循环。一旦加热回路中的流体被加热到一定温度,入口控件和出口控件可以被调整到混合模式,在混合模式下将来自加热回路和冷却回路的工作流体进行混合。在这种模式下,系统被操作以确保电子组件的适当热条件,并调整到最佳操作条件。当两个回路都在工作时,系统可以被调整和控制到系统的最佳传热平衡。无论是在加热模式下还是在混合模式下,可以通过多种方式实现加热。可以仅通过电子组件106、仅通过加热器118或通过电子组件106和加热器118的组合加热工作流体。理想的设计是尽可能少地使用加热器。热量的主要目的是在流体处于非常低的温度且电子组件未通电时对流体进行加热。

图1B图示温度控制系统150的实施例。系统150在大多数方面类似于系统100。系统150和100之间的主要区别在于加热回路中在何处加热工作流体。

系统150包括热耦接到发热电子器件106的冷板154。冷板154在大多数方面类似于温度控制板108:它包括流体入口110和流体出口112,并具有流通地耦接到流体入口110的入口控件114和流通地耦接到出口112的出口控件116。冷板154允许由发热电子组件106自身提供的热量加热流过冷板的工作流体。但是与温度控制板108不同,冷板154不包括用以加热工作流体的独立内部加热器。

冷却回路102在系统150中与其在系统100中是基本相同的:它是流通地耦接到冷板154的开环。冷流体源120流通地耦接到入口控件114,并且冷流体回流122流通地耦接到出口控件116,从而入口控件和出口控件调节冷工作流体通过冷板154的流动。

加热回路152不同于加热回路104。如在加热回路104中的那样,热流体源124流通地耦接到入口控件114,热流体回流126流通地耦接到出口控件116,以及泵128流通地耦接到加热回路104中,以使工作流体通过该回路循环。不像加热回路104,加热回路152包括加热板156,加热板156与冷板154分开并且位于加热回路中的其他地方,以加热流过该回路的工作流体。加热板156包括一个或多个加热器158以加热工作流体。加热板的实施例示出在图2A-图2B中并且如下描述。

为了允许监测系统的性能,系统150包括相同的温度传感器T1-T5。温度传感器T1-T3和T5位于与在系统100中相同的位置,但是由于现在大部分加热都发生在加热板156而不是冷板154处,因此系统150包括在加热板的下游的附加温度传感器T4,用以监测离开加热板的流体的温度。在图示的实施例中,温度传感器T4在泵128的下游,但是在其他实施例中,它可以位于加热板的出口处。

控制器130耦接到几个元件以控制系统150的操作。在一个实施例中,控制器130可以是通用计算机,包括处理器、存储器、存储装置、通信接口和其他此类组件,但是在其他实施例中,控制器130可以是专用电路,诸如专用集成电路。控制器130通信地耦接到温度传感器T1-T5,使得控制器可以接收来自温度位置的温度信息以监测系统100内的状况。控制器130还通信地耦接到入口控件114和出口控件116、加热器158以及泵128。控制器130具有存储在其上的指令,所述指令当由控制器执行时允许控制器监测测量的温度并控制通信地耦接到其上的其他组件,使得控制器控制系统150的操作。

尽管它们不同,但是系统150和系统100类似地操作并且具有相同的操作模式。通过选择地配置入口控件114和出口控件116,可以将冷工作流体、热工作流体或两者的混合物引导通过冷板154,以调节电子器件106的温度。下面结合图2A-图2B描述控制器130可以控制系统150的过程的实施例。

图2A-图2B一起图示用于使具有开环冷却的温度控制系统操作的过程200的实施例。尽管参考系统150进行了描述,但是过程200可以扩展到其他实施例,诸如系统100(参见图1A)。为了减少混乱,流程图及其说明使用以下术语:

-入口控件114和出口控件116根据上下文需要分别或统称为I/O控件。

-入口控件114具有位置1和位置2、以及位置1和位置2之间的一个或多个中间位置。位置1仅允许通过冷却回路的流动,位置2仅允许通过加热回路的流动,以及中间位置允许通过冷却回路和加热回路两者的流动。确切的中间位置调节多少工作流体流过每个回路。

-出口控件116类似地具有位置1和位置2、以及位置1和位置2之间的一个或多个中间位置。位置1仅允许通过冷却回路的流动,位置2仅允许通过加热回路的流动,以及中间位置允许通过冷却回路和加热回路两者的流动。确切的中间位置调节多少工作流体流过每个回路。

-电子器件指一个或多个电子组件106。

-自加热指加热回路或冷却回路中的工作流体仅由电子组件106自身加热的状况。

-T1-T3和T5用于指代温度传感器T1-T3和T5,或指代根据上下文需要由这些传感器测量的温度。

过程开始于框202。在框204-框212处,该过程确定系统是否可以根据其正常操作策略进行操作,并且如果可以,则调整该系统以根据该策略进行操作。在大多数情况下,冷却是正常的操作策略。在框204处,该过程检查温度T1和T3是否满足操作和设计要求。如果在框204处T1和T3两者满足设计和操作要求,这意味着不需要加热,则该过程移动到框206,在框206处启动电子器件,然后进行到框208,在框208处调用用于在期望的温度下维持电子器件的正常操作策略。然后,该过程移动到框210,在框210处结束。但是,如果在框204处T1和T3不满足设计和操作要求,则该过程进行到框212,在框212处确定T1和T3是太高还是太低。如果在框212处该过程确定T1和T3太高,则该过程进行到框214,在框214处正常操作策略中会增加冷却流速和/或尝试降低温度。然后该过程进行到框208,在框208处继续用于控制系统150的温度的正常操作策略,然后在框210处结束。

如果在框204-框212处该过程不能使用其正常操作策略,则框216-240实施混合控制策略。如果在框212处该过程确定T1和T3太低,这意味着系统在低于设计温度的低温下启动,则该过程执行混合控制策略,在该混合控制策略中先加热然后当条件合适时返回到其正常操作策略。加热开始于框216,在框216处该过程启动加热器158,然后移动到框218,在框218处将I/O控件设置为位置2,并开始运行泵128。

框216-框220形成一个循环,其中该过程监测T1和T3并相应地调整加热,缓慢使工作流体变暖直到达到所需的温度——即直到T1和T3不再太低时。在框220处,该过程确定在框216处打开加热器之后,T1和T3是否太低。如果在框220处该过程确定T1和T3两者均太低,则返回到框216,在框216处增大加热器158的加热,继续到框218,在框218处继续运行泵128,然后返回到框220再次进行检查T1和T3是否太低。

当T1和T3已达到可接受的值时,这意味着可以启动电子器件106,该过程打开电子器件,并开始切换到正常控制策略。如果在框220处该过程确定T1和T3不再太低,则进行到框222,在框222处启动电子器件106,然后进行到框224,在框224处增大泵128的泵速,使更多的工作流体通过加热回路循环。然后,该过程进行到框226,在框226处关闭加热板,然后进行到框228,在框228处检查T3是否在设计范围内。已启动电子器件106并关闭加热板,系统现在正自加热(即由电子器件106自身加热)。

如果在框228处该过程确定T3在设计范围内,则进行到框230,在框230处维持当前的泵速并将I/O控件保持在位置2——即只要T3在设计范围内,就允许加热回路继续提供所有温度控制。但是如果在框228处该过程确定T3不再在设计范围内,则意味着加热回路不再能够自行控制温度,则该过程进行到框232,在框232处继续以自加热的方式运行加热回路,然后还移动到框234,在框234处开始将I/O控件从位置2切换到中间位置,以便工作流体循环通过加热回路和冷却回路两者。例如,I/O控件最初可能切换到其中50%在加热回路中流动以及50%在冷却回路中流动的位置。在入口控件和出口控件处于中间位置的情况下,冷却回路可以开始平衡自加热的加热回路。

在框236处该过程然后检查T2是否在工作温度范围内。如果在框236处T2不在工作温度范围内,则该过程返回到框232,在框232处继续以自加热的方式运行加热回路,并继续到框234,在框234处进一步将I/O控件朝向位置1切换——即允许在冷却回路中流动更多而在加热回路中流动更少。该过程然后返回到框236,以再次检查T2是否在工作温度范围内。如果在框236处该过程确定T2在工作温度范围内,则将I/O控件完全切换到位置1,因此在框238处仅允许通过冷却回路的流动,以及然后继续进行到框240,在框240处调用其正常温度控制策略。该过程在框242处结束。

图3A图示温度控制系统300的实施例。系统300在大多数方面与系统100类似:系统300和系统100之间的主要区别在于冷却回路,该冷却回路在系统100中是开环但是在系统300中是闭环。

系统300包括温度控制板108,温度控制板108热耦接到发热电子器件106。温度控制板108包括流体入口110和流体出口112,其中入口控件114流体地耦接到流体入口110以及出口控件116流体地耦接到出口112。温度控制板108允许由发热电子组件106自身提供的热量加热流过其的工作流体。温度控制板108还包括加热器118以加热工作流体。

加热回路104在系统300中与其在系统100中是基本相同的:它是流体地耦接到温度控制板108的闭环。热流体源124流体地耦接到入口控件114以及热流体回流126流体地耦接到出口控件116,使得入口控件和出口控件调节热工作流体通过温度控制板108的流动。

系统300中的冷却回路302与系统100中的冷却回路102不同。在系统300中,冷却回路是闭环而不是开环。结果,冷却回路302包括在冷却回路102中未发现的附加组件。如在系统100中的那样,冷流体源120耦接到入口控件114并且冷流体回流122耦接到出口控件116。冷流体回流122耦接到阀304以及耦接到热交换器306的入口。在一个实施例中,热交换器306可以是具有或不具有风扇308的风冷散热器(air-cooled radiator)用以迫使对流通过散热器,但在其他实施例中可以是另一种类型的热交换器。泵310在热交换器304的出口处耦接到冷却回路,以使工作流体循环通过冷却回路。系统300可以在与系统100相同的位置处包括相同的温度传感器T1-T3和T5

控制器130耦接到几个元件以控制系统300的操作。在一个实施例中,控制器130可以是通用计算机,包括处理器、存储器、存储装置、通信接口和其他此类组件,但是在其他实施例中,控制器130可以是专用电路,诸如专用集成电路(ASIC)。控制器130通信地耦接到温度传感器T1-T5,使得控制器可以接收来自温度传感器位置的温度信息。控制器130还通信地耦接到入口控件114和出口控件116、加热器118、风扇308以及泵128和泵310。控制器130具有存储在其上的指令,当指令由控制器执行时允许控制器监测测量的温度并控制通信地耦接到其上的其他组件,使得控制器控制系统300的操作。

尽管它们不同,但是系统300和系统100类似地操作并且具有相同的操作模式。通过选择性地配置入口控件114和出口控件116,可以将冷工作流体、热工作流体或两者的混合物引导通过温度控制板108,以调节电子器件106的温度。

图3B图示温度控制系统350的另一实施例。系统350在大多数方面类似于系统150:系统350与系统150之间的主要区别在于冷却回路。

系统350包括热耦接到发热电子器件106的冷板154。冷板154包括流体入口110和流体出口112,其中入口控件114流体地耦接到流体入口110以及出口控件116流体地耦接到出口112。冷板154允许由发热电子组件106自身提供的热量加热流过其的工作流体。

加热回路104在系统350中与其在系统150中是基本相同的:它是流体地耦接到冷板154的闭环。热流体源124流体地耦接到入口控件114以及热流体回流126流体地耦接到出口控件116,使得入口控件和出口控件调节工作流体通过冷板154的流动。加热板156和泵128流体地耦接在加热回路中。在一个实施例中,加热板156和泵128可以组合成单个单元或模块160,单元或模块160可以容易地与加热回路耦接和脱离,并且其中需要单个电源来给电阻器供电以产生热量并给泵马达供电。

系统350中的冷却回路352与系统150中的冷却回路102不同。在系统350中,冷却回路是闭环而不是开环。结果,冷却回路352包括在冷却回路102中未发现的附加组件。如在系统150中的那样,冷流体源120耦接到入口控件114并且冷流体回流122耦接到出口控件116。冷流体回流122耦接到阀304以及耦接到热交换器306的入口。在一个实施例中,热交换器306可以是具有或不具有风扇308的风冷散热器用以迫使对流通过散热器,但在其他实施例中可以是另一种类型的热量交换器。泵310在热交换器304的出口处耦接到冷却回路,以使工作流体循环通过冷却回路。系统350可以在与系统150相同的位置处包括相同的温度传感器T1-T5

控制器130耦接到几个元件以控制系统350的操作。在一个实施例中,控制器130可以是通用计算机,包括处理器、存储器、存储装置、通信接口和其他此类组件,但是在其他实施例中,控制器130可以是专用电路,诸如专用集成电路(ASIC)。控制器130通信地耦接到温度传感器T1-T5,使得控制器可以接收来自温度位置的温度信息以监测系统100内的状况。控制器130还通信地耦接到入口控件114和出口控件116、加热器158、风扇130、泵128以及泵310。控制器130具有存储在其上的指令,当指令由控制器执行时允许控制器监测测量的温度并控制通信地耦接到其上的其他组件,使得控制器控制系统350的操作。

尽管它们不同,但是系统350和系统150类似地操作并且具有相同的操作模式。通过选择性地配置入口控件114和出口控件116,可以将冷工作流体、热工作流体或两者的混合物引导通过冷板154,以调节电子器件106的温度。下面结合图4A-图4B描述用于控制系统350的过程的实施例。

图4A-图4B一起图示用于使具有闭环冷却的温度控制系统(诸如系统350)操作的过程400的实施例。尽管参考系统350进行了描述,但是图示的过程可以扩展到诸如系统300(参见图3A)的其他实施例。为了使流程图更少的混乱,在流程图及其下面说明中使用以下术语:

-入口控件114和出口控件116根据上下文需要分别或统称为I/O控件

-入口控件114具有位置1和位置2、以及位置1和位置2之间的一个或多个中间位置。位置1仅允许通过冷却回路的流动,位置2仅允许通过加热回路的流动,以及中间位置允许通过冷却回路和加热回路两者的流动。确切的中间位置调节多少工作流体流过每个回路。

-出口控件116类似地具有位置1和位置2、以及位置1和位置2之间的一个或多个中间位置。位置1仅允许通过冷却回路的流动,位置2仅允许通过加热回路的流动,以及中间位置允许通过冷却回路和加热回路两者的流动。确切的中间位置调节多少工作流体流过每个回路。

-电子器件指一个或多个电子组件106。

-自加热指加热回路中的工作流体仅由电子组件106自身加热的状况。

-根据上下文需要,T1-T5用于指代温度传感器T1-T5或指代由这些传感器测量的温度。

-“热泵”指使流体循环通过加热回路的泵(图3B的实施例中的泵128),而“冷泵”指使工作流体循环通过冷却回路的泵(图3B的实施例中的泵310)。

该过程开始于框402。在框404-框418处,该过程首先确定系统是否可以根据其正常操作策略进行操作,并且如果可以,则调整系统以根据该策略操作。在大多数情况下,冷却是正常操作策略。在框404处,该过程检查T1和T3是否满足操作和设计要求。如果在框404处,T1和T3满足设计和操作要求,这意味着不需要加热,则该过程移动到框406,在框406处启动冷泵和电子器件106。该过程然后继续到框408,在框408处监测T5和其他温度以及控制风扇308和泵310的速度以优化性能。在框410处,该过程监测T3和T5是否继续满足设计/操作要求。如果在框410处T3和T5继续满足要求,则在框408处根据正常操作策略继续系统的操作。

如果在框404处系统确定T1和T3不在电子器件的工作范围内,或者如果在框410处T3和T5不满足设计/操作要求,则该过程移动到框412,在框412处确定T1和T3是否高于其设计范围。如果在框412处T1和T3高于其设计范围,这意味着需要更多的冷却,则该过程移动到框414,在框414处将风扇308转到最大速度,然后继续到框412,在框412处再次确定T1和T3是否高于其设计范围。如果在框416处T1和T3高于其设计范围,则系统不能提供足够的冷却并且在框418处关闭。但如果在框416处T1和T3低于其设计范围,则过程移动到框406-框410,在框406-框410处根据以上描述的正常策略进行操作。

如果在框412处过程确定T1和T3不高于其设计范围,这意味着系统需要加热并且不能立即执行其正常操作策略。框420框-454实施混合控制策略,在该混合控制策略中该过程先加热以及然后当条件合适时返回其正常操作策略。在框420处,该过程开始或增大由加热器158的加热,然后继续到框422,在框422处开始运行热泵。在框424处将I/O控件设置到位置2,并且在框426处测量T3

框426-框428监测T3以查看其是否超过最小值。在框428处该过程检查T3是否为至少最小值。如果在框428处T3不是至少最小值,则过程返回到框426再次测量T3以及返回到框428。但如果在框428处T3等于或超过最小值,这意味着工作流体温度足够高以启动电子器件。在框430处,电子器件被启动(即,被打开)并且加热器158被关闭,使得加热回路现在被电子器件自加热。框432监测T3是否超过最大值。如果在框432处T3未超过其最大值,则系统保持在其当前自加热状态下操作。但是如果在框432处T3确实超过其最大值,则系统移动到框434以开始从加热到冷却的过渡。

在框434处,系统开始将I/O控件从位置2切换到位置1,并且在框436处,系统以低速启动冷泵,使得加热回路和冷却回路两者均为自加热。在框438处该过程继续将I/O控件从位置2切换到中间位置,同时在框440处该过程监测T3是否已经达到最大设计温度。如果在框440处T3尚未达到其最大值,则系统继续以其当前状态操作。但如果在框440处T3已经达到其最大值,则系统移动到框442,在框442处检查T2是否处于其最小设计温度。

如果在框442处T2未处于其最小设计温度,则不再需要自加热回路,并且该过程移动到框444,在框444处逐渐将I/O控件从位置2切换到位置1,因此逐步将冷却回路的冷却能力提高,并使回路之间的加热和冷却达到平衡。这种逐渐切换可以按照时间表发生,例如50%位置1、60%位置1、70%位置1等,以逐步离开加热回路并逐步进入冷却回路。但如果在框442处T2处于其最小设计温度,则过程移动到框446,在框446处关闭热泵,将I/O控件转到位置1,然后继续到框448,在框448处增大冷泵的速度,因此增加了冷却流体的流动。

在框450处,过程监测T2和T1是否满足设计值。如果在框450处T2和T1满足设计值,则系统以其当前状态操作。但如果在框450处T2和T1不满足其设计值,则过程移动到框452,在框452处打开风扇308,然后在框408处返回到其正常控制策略。该过程在框454处结束。

图5A-图5C图示具有开环冷却的系统100和系统150的其他实施例,但这些实施例也可以在具有闭合冷却回路的系统300和系统350中实施。图2A-图2B所示的控制过程可以扩展到图示的开环实施例,而图4A-图4B中所示的控制过程可以扩展到图示的实施例的闭环版本。

图5A图示在大多数方面与系统100类似的系统500。系统500和系统100之间的主要区别在于,系统500包括相应耦接到控制器130的多个温度控制板108、而不是仅一个温度控制板108。在图示的实施例中,系统500包括两个相同的温度控制板108,但在其他实施例中,系统500可以包括比所示更多的温度控制板,并且温度控制板不需要相同。图示的实施例还示出热耦接到独立电子组件106的每个温度控制板108,但在其他实施例中,多个温度控制板108可以热耦接到相同的电子组件106。控制过程,诸如过程200(图2A-图2B)的控制过程可以适于允许控制器130控制系统500的操作。

图5B图示在大多数方面与系统150类似的系统550。系统550和系统150之间的主要区别在于,系统500在冷却回路102中包括多个冷板154、而不是仅一个冷板154,并且在加热回路152中还包括多个加热板156、而不是仅一个加热板156。如在系统500中的那样,附加组件具有与控制器130的相应耦接。在图示的实施例中,冷却回路102包括两个相同的冷板154,但在其他实施例中其可以具有比所示更多或更少的冷板,并且冷板不需要相同。类似地,在图示的实施例中,加热回路152包括两个相同的加热板156,但在其他实施例中,加热回路可以包括比所示更多或更少的加热板,并且加热板不需要相同。图示的实施例还示出热耦接到独立电子组件106的每个冷板154,但在其他实施例中,多个冷板154可以热耦接到相同的电子组件106。在图示的实施例中,两个加热板156由单个泵128服务,但在其他实施例中,每个加热板156可以由其自己的泵128服务,例如如果回路中存在多个模块160(参见图3B)。诸如过程200(图2A-图2B)的控制过程可以适于允许控制器130控制系统550的操作。

图5C图示在大多数方面与系统550类似的系统575。系统575和系统550之间的主要区别在于,系统575包括多个加热回路152。为了容纳多个加热回路,在一个实施例中入口控件114和出口控件116可以是四通阀,但在其他实施例中,入口控件和出口控件可以是其他形式(诸如阀的组合),并且入口控件和出口控件不需要相同。如在系统550中的那样,在系统575中冷却回路包括多个冷板154、而不是仅一个冷板154,并且加热回路包括多个加热板156而不是仅一个加热板156。如在系统500和系统550中的那样,系统575中的附加组件具有与控制器130的相应耦接。

在系统575的图示实施例中,冷却回路包括两个相同的冷板154,但在其他实施例中,冷却回路可以具有比所示更多或更少的冷板,并且冷板不需要相同。类似地,在系统550的图示实施例中,每个加热回路152包括两个相同的加热板156,但在其他实施例中,每个加热回路可以包括比所示更多或更少的加热板,每个回路中的加热板的数量不需要相同,并且每个回路中的加热板不需要相同。

图示的实施例还示出热耦接到独立电子组件106的每个冷板154,但在其他实施例中,多个冷板154可以热耦接到相同的电子组件106。在图示实施例中,两个加热板156由单个泵128服务,但在其他实施例中,每个加热板156可以由其自己的泵128服务,例如,如果回路中存在多个模块160(参见图3B)。诸如过程200(图2A-图2B)的控制过程可以适于允许控制器130控制系统575的操作。

除了以上描述的实施例之外,其他冷却系统实施例也是可能的。例如:

·该解决方案可以扩展到具有多个加热回路和/或冷却回路的热传递系统。

·设计可以用于多个热传递回路和子冷却或/和加热回路。

·机器学习算法可以用于在满足系统设计要求的同时将系统调整到最佳操作效率。

实施例的以上描述并非旨在穷举或将本发明限制为所描述的形式。本文出于说明性目的描述了本发明的特定实施例和示例,但是各种修改是可能的。

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