一种机柜冷却系统及其控制方法发明专利

专利名称：一种机柜冷却系统及其控制方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010914540.6

专利申请（专利权）人：中国联合网络通信集团有限公司
权利人地址：北京市西城区金融大街21号

专利发明（设计）人：闫健

专利摘要：本发明公开一种机柜冷却系统及其控制方法，涉及通信设备技术领域，能够提升冷液冷量的利用率，降低冷液的能量损耗，提升机柜冷却系统的能耗比。机柜冷却系统包括机柜、供液管、回液管和换热器，机柜包括多个沿竖直方向间隔设置的服务器箱体，服务器箱体内沿竖直方向由上至下间隔设置分液箱、支架和集液盘，分液箱的底部设有多个压力喷头，支架用于安装服务器，多个压力喷头的密度分布与服务器的各部件的负荷相适应；换热器、供液管、分液箱、集液盘、回液管、换热器依次连通形成冷液循环回路。本发明用于为服务器冷却降温。

主权利要求：
1.一种机柜冷却系统，其特征在于，包括：
机柜，所述机柜包括多个沿竖直方向间隔设置的服务器箱体，所述服务器箱体内沿竖直方向由上至下间隔设置分液箱、支架和集液盘，所述分液箱的底部设有多个压力喷头，所述支架用于安装服务器，多个所述压力喷头的密度分布与所述服务器的各部件的负荷相适应；
供液管，所述供液管包括供液总管和多条并联设置的供液支管，所述供液支管的一端与所述分液箱连通，另一端与所述供液总管连通；
回液管，所述回液管包括回液总管和多条并列设置的回液支管，所述回液支管的一端与所述集液盘连通，另一端与所述回液总管连通；
换热器，所述换热器的进液端与所述回液总管连通，出液端与所述供液总管连通；
压力传感器，所述压力传感器设置于所述分液箱内，用于检测所述分液箱内的压力；
压力控制阀，串联设置于供液支管上；
控制器，所述控制器分别与所述压力传感器和所述压力控制阀电连接，且被配置为根据所述压力传感器测得的压力值，控制所述压力控制阀的开度；
所述控制器用于：获取所述服务器的工作负荷，并根据所述工作负荷获得所述压力喷头的预设工作压力P0；获取所述分液箱内的实际工作压力P1，并判断预设工作压力P0与实际工作压力P1的大小；若P0＜P1，控制调小所述压力控制阀的开度；若P0＞P1，控制调大所述压力控制阀的开度；若P0＝P1，所述控制器控制所述压力控制阀的开度不变。
2.根据权利要求1所述的机柜冷却系统，其特征在于，所述压力喷头的工作压力与所述服务器的工作负荷正相关。
3.根据权利要求1所述的机柜冷却系统，其特征在于，还包括：温度传感器，设置于所述服务器的表面，用于检测所述服务器的表面温度，所述温度传感器与所述控制器电连接；
变频泵，所述变频泵设置于所述供液总管与所述换热器之间，且所述变频泵与所述控制器电连接；
所述控制器还被配置为根据所述温度传感器测得的温度值，控制调节所述变频泵的工作频率。
4.根据权利要求3所述的机柜冷却系统，其特征在于，所述变频泵的数量为两个，两个所述变频泵并联设置，且两个所述变频泵相互冗余配置。
5.一种如权利要求3所述的机柜冷却系统的控制方法，其特征在于，包括：所述控制器获取所述服务器的表面温度T1，并判断预设温度值T0与所述表面温度T1的大小；
若T0＜T1，所述控制器控制调高所述变频泵的转速；
若T0＞T1，所述控制器控制调低所述变频泵的转速；
若T0＝T1，所述控制器控制所述变频泵的转速不变。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述机柜冷却系统与所述服务器联动控制；
当所述服务器开启时，所述机柜冷却系统同步开启；
当所述服务器关闭时，所述机柜冷却系统延时关闭。 说明书 : 一种机柜冷却系统及其控制方法技术领域[0001] 本发明涉及通信设备技术领域，尤其涉及一种机柜冷却系统及其控制方法。背景技术[0002] 随着人工智能、云计算、大数据等分布式计算架构的创新和发展，机房内设置的机柜的密度不断攀升。机柜内设置的室内基带处理单元(英文：BuildingBasebandUnit，简称：BBU)工作时会产生大量热量，为了保证BBU设备能够安全稳定的运行，需要设置冷却系统对BBU设备进行冷却降温处理。常见的冷却系统包括机房的空调系统，以及设置在机柜内的风扇，空调系统对机房内空气降温，风扇使机柜的一侧进入冷风，一侧排出热风，进而实现对BBU设备的冷却降温。[0003] 上述利用风冷对BBU设备降温的方式，功耗高、噪声大、而且机柜的尺寸较大。现有技术提供了一种液冷服务器机柜，包括：柜体以及设置于柜体内的进口侧主管路、出口侧主管路、并列设置且分别连接进口侧主管路和出口侧主管路的多个支管路，其中：每个支管路上设置有靠近进口侧主管路的第一开关阀、靠近出口侧主管路的第二开关阀，以及位于第一开关阀和第二开关阀之间的液冷服务器浸没单元。液冷服务器浸没单元内设置BBU设备。[0004] 但是，现有技术提供的浸没式液冷系统，冷却系统的冷液供应量较大，冷液在输送过程中的损耗也较大。而且，由于BBU设备的各个部件发热量不同，示例性的，BBU设备的主控传输模块、信道处理板、通信电源模块负载较大，热量产生较多，通用扩展传输处理单元、防雷单元等负载较小，热量产生较少，各部件对冷液的冷量的利用率不同，热量产生较少的部件的冷液冷量利用率较低，冷却系统的能效较低。发明内容[0005] 本发明的实施例提供一种机柜冷却系统及其控制方法，能够提升冷液冷量的利用率，降低冷液的能量损耗，提升机柜冷却系统能耗比。[0006] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：[0007] 一方面，本发明的实施例提供了一种机柜冷却系统，包括：机柜，机柜包括多个沿竖直方向间隔设置的服务器箱体，服务器箱体内沿竖直方向由上至下间隔设置分液箱、支架和集液盘，分液箱的底部设有多个压力喷头，支架用于安装服务器，多个压力喷头的密度分布与服务器的各部件的负荷相适应；供液管，供液管包括供液总管和多条并联设置的供液支管，供液支管的一端与分液箱连通，另一端与供液总管连通；回液管，回液管包括回液总管和多条并列设置的回液支管，回液支管的一端与集液盘连通，另一端与回液总管连通；换热器，换热器的进液端与回液总管连通，出液端与供液总管连通。[0008] 可选的，压力喷头的工作压力与服务器的工作负荷正相关。[0009] 可选的，机柜冷却系统还包括：压力传感器，压力传感器设置于分液箱内，用于检测分液箱内的压力；压力控制阀，串联设置于供液支管上；控制器，控制器分别与压力传感器和压力控制阀电连接，且被配置为根据压力传感器测得的压力值，控制压力控制阀的开度。[0010] 可选的，机柜冷却系统还包括：温度传感器，设置于服务器的表面，用于检测服务器的表面温度，温度传感器与控制器电连接；变频泵，变频泵设置于供液总管与换热器之间，且变频泵与控制器电连接；控制器还被配置为根据温度传感器测得的温度值，控制调节变频泵的工作频率。[0011] 可选的，变频泵的数量为两个，两个变频泵并联设置，且两个变频泵相互冗余配置。[0012] 本发明实施例提供的机柜冷却系统，服务器安装在服务器箱体内的支架上，分液箱设置于支架上方，且分液箱底部设有多个压力喷头，分液箱通过供液支管与供液总管连通，且与换热器的出液端连通，经换热器换热降温后的低温冷却液依次通过供液总管和供液支管流入分液箱内，然后经压力喷头喷洒在服务器的表面，达到为服务器降温的目的。与服务器换热升温后的冷却液在重力作用下回流至集液盘内，然后依次通过回液支管和回液总管流入换热器内，完成冷液循环。相较于现有技术，本发明实施例提供的机柜冷却系统，一方面，采用喷淋式冷却方式，可以较少冷液的供应量，降低冷液在输送过程中的消耗。另一方面，多个压力喷头的密度分布与服务器的各部件的负荷相适应，服务器中散热量较多的部件上方的压力喷头密度较大，服务器中散热量较少的部件上方的压力喷头密度较小；示例性的，服务器的主要散热部件例如：主控传输模块、信道处理板、通信电源模块上方的压力喷头密度较大，通用扩展传输处理单元、防雷单元等热量产生较少的部件上方的压力喷头的密度较小；基于此，可以实现对服务器各发热部件的精准降温，避免出现对低散热部件过度喷淋的问题，提升冷液的冷量利用率，降低机柜冷却系统的能耗，提升机柜冷却系统的能耗比。[0013] 另一方面，本发明实施例还提供了一种上述机柜冷却系统的控制方法，包括：控制器获取服务器的工作负荷，并根据工作负荷获得压力喷头的预设工作压力P0；控制器获取分液箱内的实际工作压力P1，并判断预设工作压力P0与实际工作压力P1的大小；若P0＜P1，控制器控制调小压力控制阀的开度；若P0＞P1，控制器控制调大压力控制阀的开度；若P0＝P1，控制器控制压力控制阀的开度不变。[0014] 可选的，控制方法还包括控制器获取服务器的表面温度T1，并判断预设温度值T0与表面温度T1的大小；若T0＜T1，控制器控制调高变频泵的转速；若T0＞T1，控制器控制调低变频泵的转速；若T0＝T1，控制器控制变频泵的转速不变。[0015] 可选的，机柜冷却系统与服务器联动控制；当服务器开启时，机柜冷却系统同步开启；当服务器关闭时，机柜冷却系统延时关闭。[0016] 本发明实施例提供的机柜冷却系统的控制方法，服务器的散热量直接与服务器的工作负荷正相关，工作负荷越大，散热量越多。压力喷头的工作压力近似等于分液箱内的压力值，工作压力越大，压力喷头的喷液量越多。本发明实施例提供的控制方法，可以根据服务器的实时负荷通过压力控制阀灵活调整分液箱的压力值，实现对服务器的精准降温，防止出现冷液供应量大于实际降温需求的供应量，进而提升冷液的利用率，提升机柜冷却系统的能耗比。附图说明[0017] 图1为本发明实施例的机柜冷却系统的结构示意图；[0018] 图2为本发明实施例的服务器箱体的结构示意图；[0019] 图3为本发明实施例的压力喷头的分布图；[0020] 图4为本发明实施例的冷液循环回路示意图；[0021] 图5为本发明实施例的机柜冷却系统的控制流程图。[0022] 附图标记[0023] 11‑分液箱；12‑支架；13‑集液盘；14‑压力喷头；15‑供液管；151‑供液总管；152‑供液支管；16‑回液管；161‑回液总管；162‑回液支管；17‑换热器；171‑进液端；172‑出液端；18‑压力传感器；19‑压力控制阀；20‑变频泵；21‑储液箱；22‑截止阀；23‑止回阀；100‑机柜；101‑服务器箱体；200‑服务器；201‑主控传输模块；202‑信道处理板；203‑通信电源模块；204‑通用扩展传输处理单元；205‑防雷单元。具体实施方式[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0025] 在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。[0026] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0027] 本发明的实施例提供了一种机柜冷却系统，包括：机柜100，参照图1，机柜100包括多个沿竖直方向间隔设置的服务器箱体101，服务器箱体101内沿竖直方向由上至下间隔设置分液箱11、支架12和集液盘13，参照图2和图3，分液箱11的底部设有多个压力喷头14，支架12用于安装服务器200，多个压力喷头14的密度分布与服务器200的各部件的负荷相适应；供液管15，参照图1，供液管15包括供液总管151和多条并联设置的供液支管152，供液支管152的一端与分液箱11连通，另一端与供液总管151连通；回液管16，回液管16包括回液总管161和多条并列设置的回液支管162，回液支管162的一端与集液盘13连通，另一端与回液总管161连通；换热器17，参照图1和图4，换热器17的进液端171与回液总管161连通，出液端172与供液总管151连通。[0028] 本发明实施例提供的机柜冷却系统，服务器200安装在服务器箱体101内的支架12上，分液箱11设置于支架12上方，且分液箱11的底部设有多个压力喷头14，分液箱11通过供液支管152与供液总管151连通，且与换热器17的出液端172连通，经换热器17换热降温后的低温冷却液依次通过供液总管151和供液支管152流入分液箱11内，然后经压力喷头14喷洒在服务器200的表面，达到为服务器200降温的目的。与服务器200换热升温后的冷却液在重力作用下回流至集液盘13内，然后依次通过回液支管162和回液总管161从进液端171流入换热器17内，完成冷液循环。相较于现有技术，本发明实施例提供的机柜冷却系统，一方面，采用喷淋式冷却方式，可以较少冷液的供应量，降低冷液在输送过程中的冷量消耗。另一方面，多个压力喷头14的密度分布与服务器200的各部件的负荷相适应，服务器200中散热量较多的部件上方的压力喷头14密度较大，服务器200中散热量较少的部件上方的压力喷头14密度较小；示例性的，服务器200的主要散热部件例如：主控传输模块201、信道处理板202、通信电源模块203上方的压力喷头14的密度较大，通用扩展传输处理单元204、防雷单元205等热量产生较少的部件上方的压力喷头14的密度较小；基于此，可以实现对服务器200各发热部件的精准降温，避免出现对低散热部件过度喷淋的问题，提升冷液的冷量利用率，降低机柜冷却系统的能耗，提升机柜冷却系统的能耗比。[0029] 需要说明的是，换热器17可以为板式换热器、冷却塔或者其他任何种类的换热器，在此不做具体限定。示例性的，参照图4，本实施例中所示的换热器17为板式换热器。服务器箱体101为专用化箱体，需要保证箱体的密封性，防止冷液外泄，同时还要确保分液箱11具有一定的承压能力。常用的冷液可以为去离子水、硅油、电子氟化液等，在此不再一一列举。[0030] 在一些实施例中，压力喷头14的工作压力与服务器200的工作负荷正相关。服务器200的工作负荷随用户活跃度还不断变化，服务器200分忙时负荷(功耗)和闲时负荷。服务器200在忙时负荷下，功率较高，散热负荷也会较大，相应的，温度也较高，散热冷却所需的冷液量也较多，服务器200在闲时负荷下的状态与忙时负荷相反，在此不再赘述。本实施例中，在不同时段根据服务器200的负荷的大小调节压力喷头14的工作压力以适应服务器200的负荷变化。压力喷头14的工作压力与服务器200的工作负荷正相关，据服务器200的实时负荷调整压力喷头14的喷液量，可以实现对服务器200的精准降温，防止出现冷液供应量大于实际降温需求的供应量，进而提升冷液的利用率，提升机柜冷却系统的能耗比。[0031] 在一些实施例中，机柜冷却系统还包括：压力传感器18，压力传感器18设置于分液箱11内，用于检测分液箱11内的压力；压力控制阀19，串联设置于供液支管152上；控制器，控制器分别与压力传感器18和压力控制阀19电连接，且被配置为根据压力传感器18测得的压力值，控制压力控制阀19的开度。本实施例中，压力传感器18检测得到的分液箱11内的压力值可以近似等于压力喷头14的实际工作压力P1；压力控制阀19开度越大流入分液箱11内的冷液越多，分液箱11内的压力也就越大。控制器获取压力传感器18测得的实际工作压力与压力喷头14所需要的预设工作压力P0进行对比，当实际工作压力P1较低时，控制器调大压力控制阀19的开度以增加分液箱11的供液量，增加分液箱11的压力值，直至实际工作压力P1与压力喷头14所需要的预设压力P0相等。[0032] 需要说明的是，控制器可以实时获取服务器200的工作负荷，对应的，压力传感器18也实时检测分液箱11内的压力值，控制器实时调控压力控制阀19的开度；控制器还可以周期性的获取服务器200的工作负荷，周期性的调控压力控制阀19的开度，在此不做具体限定。[0033] 在一些实施例中，机柜冷却系统还包括：温度传感器，设置于服务器200的表面，用于检测服务器200的表面温度，温度传感器与控制器电连接；变频泵20，变频泵20设置于供液总管151与换热器17之间，且变频泵20与控制器电连接；控制器还被配置为根据温度传感器测得的温度值，控制调节变频泵20的工作频率。示例性的，变频泵20可以为普通循环泵和VFD变频器的组合。变频泵20的转速n＝60×交流电频率f÷磁极对数p，变频泵20的转速n与变频泵20的功率(供液量)正相关。基于此，本实施例中，分液箱11的供液量还与服务器200的温度正相关，当温度较高时，增加变频泵20的交流电频率，以增加变频泵20的转速，增加变频泵20的功率，即增加供液量，加快为服务器200进行冷却降温。温度较低时，反之，在此不再赘述。温度传感器、压力传感器18和控制器相互辅助工作，能够更加精准的对服务器200的温度进行调控，提升机柜冷却系统的能耗比。[0034] 在一些实施例中，参照图4，变频泵20的数量为两个，两个变频泵20并联设置，且两个变频泵20相互冗余配置。示例性的，两个变频泵20可以根据预设的系统逻辑进行轮训工作，降低单个变频泵20的持续工作时长，降低变频泵20发生故障的几率，同时，当其中一台变频泵20发生故障时，可以立即切换到另一台变频泵20工作，以使机柜冷却系统能够在不停机的前提下更换变频泵20，确保服务器200能够正常稳定的长期工作。[0035] 在一些实施例中，压力喷头14为雾化喷头。雾化喷头能够使得冷液在一定范围内喷洒的更均匀，同时防止冷液在服务器200表面发生溅射。雾化喷头喷出的冷液能够在服务器200的表面形成液膜，防止出现服务器200的同一部件的表面冷液分布不均匀的问题。雾化喷头以高压微雾形式喷洒冷液，压力喷头14存在易堵的风险，因此，对冷液的质量要求较高，需要控制冷液内的杂质含量。可选的，控制器还可以对压力喷头14的动作特性进行检测，以便及时发现并且报送发生故障的压力喷头14。[0036] 在一些实施例中，供液支管51与分液箱11之间通过液压管接头连通。供液支管51和分液箱11之间存在巨大的液体压力，且该液体压力变化较大，若使用普通的接头，容易在供液支管51与分液箱11的连接处发生爆裂故障，使用液压管接头可以提升供液支管51与分液箱11连接的稳定性和可靠性，进而提升机柜冷却系统的安全性。进一步的，液压管接头可以选择双层的带自锁功能的快速插拔形式的液压管接头。[0037] 需要说明的是，在一些实施例中，机柜冷却系统还包括储液箱21，参照图4，储液箱21设置于回液总管161与变频泵20之间，且储液箱21的两侧均设有截止阀22。在变频泵20与换热器17之间，沿冷液流动方向依次设置截止阀22和止回阀23。[0038] 另一方面，本发明实施例还提供了一种上述机柜冷却系统的控制方法，参照图5，控制方法包括：[0039] 步骤S10，控制器获取服务器200的工作负荷，并根据工作负荷200获得压力喷头14的预设工作压力P0。压力喷头14的预设工作压力P0与服务器200的工作负荷正相关，在此不再赘述。[0040] 步骤S11，控制器获取分液箱11内的实际工作压力P1。压力传感器实时或者间歇性的测量分液箱11内的压力值，并将该压力值传输给控制器，该压力值视为压力喷头14的实际工作压力。[0041] 步骤S12，判断预设工作压力P0与实际工作压力P1的大小，并根据预设工作压力P0与实际工作压力P1的大小关系调整压力控制阀19的开度。[0042] 若P0＜P1，证明压力喷头14的实际工作压力P1大于所需的预设工作压力P0，此时控制器控制调小压力控制阀19的开度，减少送入分液箱11内的冷液，以降低压力喷头14的实际工作压力P1。[0043] 若P0＞P1，证明压力喷头14的实际工作压力P1小于所需的预设工作压力P0，此时控制器控制调大压力控制阀19的开度，增加送入分液箱11内的冷液，以提升压力喷头14的实际工作压力P1。[0044] 若P0＝P1，控制器控制压力控制阀19的开度不变。[0045] 本发明实施例提供的机柜冷却系统的控制方法，服务器200的散热量直接与服务器的工作负荷正相关，工作负荷越大，散热量越多。压力喷头14的工作压力近似等于分液箱11内的压力值，工作压力越大，压力喷头14的喷液量越多。本发明实施例提供的控制方法，可以根据服务器200的实时负荷通过压力控制阀19灵活调整分液箱11的压力值，实现对服务器200的精准降温，防止出现冷液供应量大于实际降温需求的供应量，进而提升冷液的利用率，提升机柜冷却系统的能耗比。[0046] 在一些实施例中，参照图5，控制方法还包括：[0047] 步骤S20，控制器获取服务器200的表面温度T1。[0048] 步骤S21，判断预设温度值T0与表面温度T1的大小；预设温度值T0最大可以为服务器200能够保持最佳的工作状态的临界温度值，但是，由于机柜冷却系统调节服务器200温度具有滞后性，因此，预设温度值T0通常小于服务器200能够保持最佳的工作状态的临界温度值。[0049] 若T0＜T1，控制器控制调高变频泵20的转速，以增加变频泵20的功率，增加冷液的供应量，使机柜冷却系统能够快速为服务器200降温。[0050] 若T0＞T1，控制器控制调低变频泵20的转速，以降低变频泵20的功率，减少冷液的供应量，降低冷液的损耗，降低柜冷却系统的功耗。[0051] 若T0＝T1，控制器控制变频泵20的转速不变；此时，控制器不改变机柜冷却系统的运行状态。[0052] 本实施例中，机柜冷却系统的供液量还直接与服务器200表面的温度相关，可以精准的控制服务器200表面的温度，提升机柜冷却系统的能耗比。[0053] 在一些实施例中，机柜冷却系统与服务器联动控制；当服务器200开启时，机柜冷却系统同步开启，防止服务器200出现温度过高的问题。当服务器关闭时，机柜冷却系统延时关闭，以使机柜冷却系统将服务器200的温度降低至预设值之后关闭，对服务器200进行保护，防止服务器200因为内部余热导致温度升高烧坏服务器200。[0054] 在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0055] 以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

专利地区：北京

专利申请日期：2020-09-03

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114144016B