基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的交換機(jī)外置散熱系統(tǒng)研制

引言

2019年3月,我公司提出了扎實(shí)推進(jìn)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),而網(wǎng)絡(luò)安全、穩(wěn)定運(yùn)行是信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。如今公司所屬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已全面接入監(jiān)控平臺,具備狀態(tài)全面感知功能,為網(wǎng)絡(luò)層提供有力支撐。經(jīng)長期監(jiān)測發(fā)現(xiàn),由于受空間、成本等因素影響,機(jī)房環(huán)境溫度過高,交換機(jī)長時間在高溫環(huán)境下運(yùn)行極易發(fā)生故障。半導(dǎo)體制冷技術(shù)是比較常用的制冷技術(shù),將其科學(xué)、合理地應(yīng)用在交換機(jī)上能夠提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性,降低安全隱患發(fā)生的概率。

目前,制冷系統(tǒng)在家用、汽車發(fā)動機(jī)等行業(yè)得到普及,并取得良好的應(yīng)用效果,但市場上流通的制冷設(shè)備成本較高,占地面積大,缺少應(yīng)用于交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的小型制冷散熱設(shè)備。本文針對當(dāng)前半導(dǎo)體制冷技術(shù)進(jìn)行簡單分析,提出了外置散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,通過制冷效果試驗(yàn),證明了該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果,能有效提升計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

1半導(dǎo)體制冷技術(shù)分析

半導(dǎo)體制冷技術(shù)以溫差電現(xiàn)象為基礎(chǔ),半導(dǎo)體元件通過直流電源供電。因電流方向不同,使得其熱電偶接觸點(diǎn)產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象,稱為塞貝克效應(yīng)。半導(dǎo)體制冷材料結(jié)構(gòu)獨(dú)特,更容易產(chǎn)生溫差電現(xiàn)象。

半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)和壓縮機(jī)制冷、吸收式制冷方式相比,其結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、精度高且降溫快速,已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、軍事、紅外探測等很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。此外,半導(dǎo)體制冷不需要使用大量制冷劑,既能夠避免制冷劑泄漏造成交換機(jī)故障,影響網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行,還能有效避免對機(jī)房環(huán)境造成污染。同時,半導(dǎo)體制冷在制冷過程中噪聲較小,不需要多余的制冷設(shè)備,基本不會影響周圍員工的正常辦公,也便于后期維護(hù),具有一定的實(shí)用價值和推廣價值。

1外置散熱系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

外置散熱系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)分4個單元,分別為溫度控制單元、散熱器單元、信息采集單元和數(shù)據(jù)處理單元,具體如下:

(1）溫度控制單元,能夠根據(jù)環(huán)境或設(shè)備溫度進(jìn)行判斷。當(dāng)環(huán)境或設(shè)備溫度>22℃(可自行設(shè)置溫度）時,斷電器吸合,啟動散熱器單元:當(dāng)溫度≤22℃(可自行設(shè)置溫度）時,斷電器會自動斷開,關(guān)閉散熱器單元,起到了節(jié)能環(huán)保的作用。在溫控開關(guān)工作電源和開關(guān)型號的選擇上,遵循安全、節(jié)能、成本低等原則,選取了12V低壓電源和xH-w1209數(shù)字溫控器。

(2）散熱器單元,是散熱系統(tǒng)的核心,通過直流電源給半導(dǎo)體制冷片供電,采用硅膠密封方式,確保與外界空氣完全隔離,冷熱端分別加裝風(fēng)扇,保持冷熱端的溫差,使其具有良好的制冷及散熱條件。筆者通過調(diào)研市場上常見的半導(dǎo)體制冷片內(nèi)部阻值、額定電壓、制冷功率等參數(shù),最終選取了TEC1-12705制冷片。

3）信息采集單元,采集環(huán)境溫度信息、散熱模塊工作狀態(tài)信息、交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息等,將數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理單元。該單元主要涉及傳輸過程中數(shù)據(jù)的質(zhì)量和安全,并對數(shù)據(jù)傳輸方式、數(shù)據(jù)加解密方式以及加密算法進(jìn)行對比選擇,最終選擇移動4G/5G網(wǎng)絡(luò)傳輸,采用端對端方式進(jìn)行加密,加密通過軟件實(shí)現(xiàn),可以進(jìn)行用戶認(rèn)證,安全性能相對較高。另外,對比了MD5、RsA和AEs三種數(shù)據(jù)加密算法,AEs運(yùn)算速度快、安全性高、資源消耗低,而且適合大數(shù)據(jù)量的加解密處理,符合該單元的要求。

4）數(shù)據(jù)處理單元,根據(jù)采集單元收集到的數(shù)據(jù)在服務(wù)器端生成數(shù)據(jù)庫圖表,更直觀顯示交換機(jī)和散熱器工作狀態(tài),能夠進(jìn)行智能分析,并提前預(yù)判可能發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)安全隱患。該單元主要選取可視化形式展示數(shù)據(jù)信息,其可以直觀反映溫度超過標(biāo)準(zhǔn)溫度的時長以及變化趨勢。

3外置散熱系統(tǒng)性能分析試驗(yàn)

3.1半導(dǎo)體制冷芯片制冷效果測試

半導(dǎo)體制冷芯片的制冷效果好壞直接影響交換機(jī)外置散熱系統(tǒng)的有效性,實(shí)驗(yàn)選用型號為TEC1-12705的半導(dǎo)體制冷片,尺寸為40mmx40mm×3.8mm,額定電壓12V。分別對風(fēng)冷散熱和水冷散熱兩種散熱模式達(dá)到規(guī)定溫度時進(jìn)行數(shù)據(jù)對比,如表1所示。

表1兩種散熱模式制冷效果對比

從表1可以看出,兩種散熱模式均能滿足交換機(jī)運(yùn)行適宜溫度。水冷較風(fēng)冷節(jié)省時間,且制冷保持時間長,風(fēng)冷模式具備價格便宜、技術(shù)較成熟、占地面積小、置放要求低等特點(diǎn),更重要的是可靠性高,而水冷模式可能會出現(xiàn)設(shè)備漏水現(xiàn)象,造成交換機(jī)故障,影響網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此,本文選取風(fēng)冷模式,達(dá)到了理想的制冷效果。

3.0智能溫控開關(guān)性能測試

筆者將散熱系統(tǒng)模型安裝在公司11樓配線間一臺交換機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并將溫度控制器的控制溫度設(shè)置為22℃,經(jīng)過1h后的觀測,結(jié)果如表2所示。

表2溫控開關(guān)斷電器狀態(tài)表

經(jīng)過測試,交換機(jī)溫度超過22℃時,溫控開關(guān)斷電器閉合,啟動散熱單元,否則斷開斷電器,正確率達(dá)100%,符合目標(biāo)要求。

4結(jié)語

本文提出了基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的交換機(jī)外置散熱系統(tǒng)研制方案,該系統(tǒng)采用半導(dǎo)體制冷、智能溫控、加解密等技術(shù),能夠科學(xué)、合理地達(dá)到降溫效果,并實(shí)時采集交換機(jī)狀態(tài)信息。但由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷增加,僅僅依賴設(shè)備降溫進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全防御也是不夠的,還需要智能分析采集到的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)、告警信息等實(shí)時發(fā)送到移動端APP,提高故障處理的及時率,這也是筆者下一階段將要研究的內(nèi)容。