一种模块化水冷机柜及其噪音冗余控制方法技术

本发明专利技术公开了一种模块化水冷机柜及其噪音冗余控制方法。水冷机柜包括显示控制单元、热交换制冷单元、压力转换单元、故障报警器、减震器、补水箱等，热交换制冷单元包括冗余定量泵、水冷换热器、半导体制冷片、散热片、风机组件、切换电磁阀、控制信号转换模块、进水口及出水口温度传感器。显示控制单元实时采集热交换制冷单元温度值、流量值及外部水冷电子设备温度值、环境温度值、压力转化模块压力值，对水冷机柜的工作状态进行判断和显示，对出水口冷却水温度值与设定温度值的温差值计算后输出控制信号至热交换制冷单元，在保证水冷机柜散热能力或外部水冷电子设备温升的前提下，以冗余方式动态调控散热组件中半导体制冷片电流、风机组件电压以控制水冷机柜噪音。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化水冷机柜及其噪音冗余控制方法
本专利技术属于抗恶劣环境计算机
，特别是一种模块化水冷机柜及其噪音冗余控制方法。
技术介绍
随着电子技术和大规模集成电路技术的不断发展，电子设备功耗、单位体积热量不断增加，目前抗恶劣环境下工作的电子设备普遍采用强制风冷散热技术，虽然结构形式简单，成本低，可靠性高，但由于受电子设备工作环境、设备体积、噪音要求等限制，风冷散热系统一般散热能力较低，无法满足大功率、高性能电子设备的散热要求。水冷却技术作为一种较为成熟的散热技术，一直以来都被广泛应用于汽车、高性能商用服务器散热，如IBM公司Aquasar液冷超级计算机和HP公司的XW9400水冷工作站等，液体冷却系统散热能力比风冷系统高出1～2个数量级，同时在噪音方面也能得到很好的控制。现有水冷机柜多用在大型机房或高端服务器领域，虽然散热能力比风冷散热系统高很多，但普遍存在结构复杂、维修性差、噪音大、环境适应能力弱等缺点，缺少根据环境温度变化调节机柜噪音功能，难以满足在强振动环境下工作的电子设备散热的高可靠性要求，限制了水冷机柜和水冷电子设备的应用领域和使用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以根据环境温度变化或外部水冷电子设备运行工况变化动态调整热交换制冷单元半导体制冷片工作电流、风机组件工作电压的模块化水冷机柜及其噪音冗余控制方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种模块化水冷机柜，包括柜体、显示控制单元、补水箱、热交换制冷单元、压力转换单元、减震器、故障报警装置、环境温度传感器和外部水冷电子设备，其中显示控制单元包括信息采集模块、信息处理模块、显示操控模块和状态指示模块；所述信息采集模块、信息处理模块、显示操控模块、补水箱、状态指示模块均设置于水冷机柜顶部，故障报警装置、环境温度传感器设置于水冷机柜底部，柜体底部四角各设置一个减震器；热交换制冷单元、压力转换单元与外部水冷电子设备之间冷却水通过带平面自锁液流接头管路连通循环，信息采集模块分别通过带航空插头的电缆与热交换制冷单元、压力转换单元连接，信息采集模块接入信息处理模块，显示操控模块分别通过VGA接口、RS422接口与信息处理模块连接，显示操控模块通过CPCI总线与信息采集模块连接；所述水冷机柜以定流量方式工作时，外部水冷电子设备的冷却水通过液流管路连接至热交换制冷单元，热交换制冷单元通过与空气强制对流换热将热量散至空气中，温度降低后的冷却水经液流管路回流至外部水冷电子设备循环使用；水冷机柜以压力可配置方式或混合方式工作时，从热交换制冷单元出来的冷却水经水冷机柜内部管路连通至压力转换单元，压力转换单元对冷却水出水压力调节后经液流管路回流至外部水冷电子设备循环使用。一种基于模块化水冷机柜的噪音冗余控制方法，包括以下步骤：步骤1：对所述模块化水冷机柜进行初始化；步骤2：信息采集模块采集水冷机柜的环境温度值、外部水冷电子设备温度值、压力转换单元出水口压力值和热交换制冷单元进水口温度值、出水口温度值；步骤3：信息处理模块判断水冷机柜环境温度值是否超过设定阈值范围，不超过设定阈值范围时保持半导体制冷片基准工作电流、风机组件基准电压工作不变；超过设定阈值范围上限时，经信息处理模块处理后增大半导体制冷片基准工作电流、风机组件基准工作电压；超过设定阈值范围下限时，经信息处理模块处理后减小风机组件基准工作电压、半导体制冷片基准工作电流；步骤4：信息处理模块判断热交换制冷单元出水口冷却水温度值是否超出预设温度阈值范围，不超过预设温度阈值范围时，保持半导体制冷片浮动工作电流、风机组件浮动工作电压不变，直接转至步骤8；当超出预设温度阈值范围下限时，保持半导体制冷片浮动工作电流不变，根据出水口冷却水温度值与预设温度阈值的温差值，经信息处理模块处理后减小风机组件浮动工作电压；当超出预设温度阈值范围上限时，保持风机组件浮动工作电压不变，根据出水口冷却水温度值与预设温度阈值的温差值，经信息处理模块处理后增大半导体制冷片浮动工作电流；步骤5：调整风机组件浮动工作电压或半导体制冷片浮动工作电流后，信息处理模块判断热交换制冷单元出水口冷却水温度值是否超出预设温度阈值范围，不超过预设温度阈值范围时，保持调整后半导体制冷片浮动工作工作电流、风机组件浮动工作电压不变，直接转至步骤8；当超出预设温度阈值范围下限时，保持调整后的风机组件浮动工作电压不变，根据出水口冷却水温度值与预设温度阈值的温差值，经信息处理模块处理后减小半导体制冷片浮动工作电流；当超过预设温度阈值范围上限时，保持调整后半导体制冷片浮动工作电流不变，根据出水口冷却水温度值与预设温度阈值的温差值，经信息处理模块处理后增大风机组件浮动工作电压；步骤6：调整风机组件浮动工作电压或半导体制冷片浮动工作电流后，信息处理模块判断热交换制冷单元出水口冷却水温度值是否超出预设温度阈值范围，当不超过预设温度阈值范围时，保持调整后半导体制冷片浮动工作电流、风机组件浮动电压不变，直接转至步骤8；当出水口冷却水温度值超过预设温度阈值范围下限或上限时，循环执行步骤4～5，直到半导体制冷片工作电流、风机组件工作电压均超过设定阈值下限或上限；步骤7：信息处理模块判断热交换制冷单元出水口冷却水温度值是否超出预设温度阈值范围，当出口冷却水温度值高于预设温度阈值范围上限且半导体制冷片工作电流、风机组件工作电压均高于预设阈值范围上限时，保持半导体制冷片电流、风机组件工作电压至预设阈值范围上限状态工作，向故障报警装置、显示操控模块发送故障状态信息，状态指示模块相应热交换制冷单元状态指示灯变为红色报警状态；当出水口冷却水温度值超过预设温度阈值范围下限且半导体制冷片电流、风机组件工作电压均超过预设阈值范围下限时，保持半导体制冷片电流、风机组件工作电压至预设阈值范围下限状态工作，向故障报警装置、显示操控模块发送故障状态信息；步骤8：信息处理模块判断主定量泵流量值是否超出预设阈值范围，当流量值超出预设阈值范围时，发送热交换制冷单元定量泵工作故障信号给显示操控模块、故障报警装置，发送切换信号至控制信号转换模块，经控制信号转换模块转换后切换主定量泵切换电磁阀、备用定量泵切换电磁阀工作状态，改变状态指示模块相应热交换制冷单元定量泵的状态指示灯为闪烁提醒状态或红色报警状态；步骤9：信息处理模块判断压力转换单元出水口压力值是否超出预设阈值范围，当出水口压力值超出预设阈值范围时，发送压力转换单元对应压力调节阀故障信号给显示操控模块、故障报警装置，改变状态指示模块相应压力转换单元对应压力调节阀状态指示灯为红色报警状态。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过显示控制单元，水冷机柜可实时检测定量泵、半导体制冷片、风机组件、压力调节阀的工作状态，根据外部电子设备运行状况变化或环境温度变化以冗余方式动态调整半导体制冷片工作工作电流、风机组件工作电压，在线切换主定量泵、备用定量泵的工作状态，水冷机柜出水口冷却水温度可实现±0.5℃控制精度，实现了水冷机柜在较低噪音下可靠工作，可减少了约10％～25％的电能损耗；(2)通过对热交换制冷单元半导体制冷片工作电流、风机组件工作电压的动态冗余调节，有效控制水冷机柜噪音，可满足恶劣环境下大功率、变功率电子设备散热需求；(3)根据环境温度变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化水冷机柜，其特征在于：包括柜体(1)、显示控制单元(2)、补水箱(6)、热交换制冷单元(8)、压力转换单元(9)、减震器(10)、故障报警装置(11)、环境温度传感器(12)和外部水冷电子设备(13)，其中显示控制单元(2)包括信息采集模块(3)、信息处理模块(4)、显示操控模块(5)和状态指示模块(7)；所述信息采集模块(3)、信息处理模块(4)、显示操控模块(5)、补水箱(6)、状态指示模块(7)均设置于水冷机柜顶部，故障报警装置(11)、环境温度传感器(12)设置于水冷机柜底部，柜体(1)底部四角各设置一个减震器(10)；热交换制冷单元(8)、压力转换单元(9)与外部水冷电子设备(13)之间冷却水通过带平面自锁液流接头管路连通循环，信息采集模块(3)分别通过带航空插头的电缆与热交换制冷单元(8)、压力转换单元(9)连接，信息采集模块(3)接入信息处理模块(4)，显示操控模块(5)分别通过VGA接口、RS422接口与信息处理模块(4)连接，显示操控模块(5)通过CPCI总线与信息采集模块(3)连接；所述水冷机柜以定流量方式工作时，外部水冷电子设备(13)的冷却水通过液流管路(14)连接至热交换制冷单元(8)，热交换制冷单元(8)通过与空气强制对流换热将热量散至空气中，温度降低后的冷却水经液流管路(14)回流至外部水冷电子设备(13)循环使用；水冷机柜以压力可配置方式或混合方式工作时，从热交换制冷单元(8)出来的冷却水经水冷机柜内部管路连通至压力转换单元(9)，压力转换单元(9)对冷却水出水压力调节后经液流管路(14)回流至外部水冷电子设备(13)循环使用。...

【技术特征摘要】
1.一种模块化水冷机柜，其特征在于：包括柜体(1)、显示控制单元(2)、补水箱(6)、热交换制冷单元(8)、压力转换单元(9)、减震器(10)、故障报警装置(11)、环境温度传感器(12)和外部水冷电子设备(13)，其中显示控制单元(2)包括信息采集模块(3)、信息处理模块(4)、显示操控模块(5)和状态指示模块(7)；所述信息采集模块(3)、信息处理模块(4)、显示操控模块(5)、补水箱(6)、状态指示模块(7)均设置于水冷机柜顶部，故障报警装置(11)、环境温度传感器(12)设置于水冷机柜底部，柜体(1)底部四角各设置一个减震器(10)；热交换制冷单元(8)、压力转换单元(9)与外部水冷电子设备(13)之间冷却水通过带平面自锁液流接头管路连通循环，信息采集模块(3)分别通过带航空插头的电缆与热交换制冷单元(8)、压力转换单元(9)连接，信息采集模块(3)接入信息处理模块(4)，显示操控模块(5)分别通过VGA接口、RS422接口与信息处理模块(4)连接，显示操控模块(5)通过CPCI总线与信息采集模块(3)连接；所述水冷机柜以定流量方式工作时，外部水冷电子设备(13)的冷却水通过液流管路(14)连接至热交换制冷单元(8)，热交换制冷单元(8)通过与空气强制对流换热将热量散至空气中，温度降低后的冷却水经液流管路(14)回流至外部水冷电子设备(13)循环使用；水冷机柜以压力可配置方式或混合方式工作时，从热交换制冷单元(8)出来的冷却水经水冷机柜内部管路连通至压力转换单元(9)，压力转换单元(9)对冷却水出水压力调节后经液流管路(14)回流至外部水冷电子设备(13)循环使用；所述热交换制冷单元(8)包括第一进水口自锁液流接头(15)、进水口温度传感器(16)、散热组件(17)、主定量泵切换电磁阀(18)、备用定量泵切换电磁阀(19)、冗余泵组件(20)、主定量泵(21)、备用定量泵(22)、流量传感器(23)、控制信号转换模块(24)、第一电源模块(25)、向导式溢流阀(26)、第一电源滤波器(27)、出水口温度传感器(28)、第一出水口自锁液流接头(29)、航空插座(30)、出水口压力传感器(40)、第二出水口自锁液流接头(41)；其中主定量泵(21)、备用定量泵(22)以冗余结构连接于主通路中，正常情况下主定量泵(21)工作，备用定量泵(22)待机；主定量泵切换电磁阀(18)与主定量泵(21)连接，备用定量泵切换电磁阀(19)与备用定量泵(22)连接，当主定量泵(21)出现故障情况时，在线实现对主定量泵(21)、备用定量泵(22)切换；第一进水口自锁液流接头(15)和第一出水口自锁液流接头(29)通过液流管路(14)与外部水冷电子设备(13)连通，控制信号转换模块(24)依次通过航空插座(30)、通信电缆与信息处理模块(4)连接，实现电路、液流通路的接通和断开；进水口温度传感器(16)设置于第一进水口自锁液流接头(15)后端，出水口温度传感器(28)设置于第一出水口自锁液流接头(29)前端。2.根据权利要求1所述的模块化水冷机柜，其特征在于：所述显示操控模块(5)对热交换制冷单元(8)、压力转换单元(9)的不同工作状态、故障信息进行显示，状态指示模块(7)根据热交换制冷单元(8)和压力转换单元(9)的工作状态、故障信息切换对应状态指示灯的颜色。3.根据权利要求1所述的模块化水冷机柜，其特征在于：所述柜体(1)采用ZL102铝合金铸造而成，柜体(1)底部四角所设置的减震器(10)采用无谐振GWF-50型减震器。4.根据权利要求1所述的模块化水冷机柜，其特征在于：所述散热组件(17)包括半导体制冷片(31)、水冷换热器(32)、散热片(33)、风机组件(34)，其中散热片(33)分为2片，分别设置于水冷换热器(32)的上、下两侧，散热片(33)与水冷换热器(32)之间分别设置有半导体制冷片(31)，其中散热片(33)与半导体制冷片(31)之间、半导体制冷片(31)与水冷换热器(32)之间均通过螺钉紧固，导热界面间隙填充导热胶，以减小水冷换热器(32)至半导体制冷片(31)、半导体制冷片(31)至散热片(33)的等效传导热阻。5.根据权利要求1所述的模块化水冷机柜，其特征在于：所述主定量泵(21)、备用定量泵(22)均采用双叶片齿轮泵HTP-212HA。6.根据权利要求1所述的模块化水冷机柜，其特征在于：所述航空插座(30)为YMC防水型卡口式航空插座。7.一种基于权利要求1所述模块化水冷机柜的噪音冗余控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对所述模块化水冷机柜进行初始化；步骤2：信息采集模块(3)采集水冷机柜的环境温度值、外部水冷电子设备(13)温度值、压力转换单元(9)出水口压力值和热交换制冷单元(8)进水口温度值、出水口温度值；步骤3：信息处理模块(4)判断水冷机柜环境温度值是否超过设定阈值范围，不超过设定阈值范围时保持半导体制冷片(31)基准工作电流、风机组件(34)基准电压工作不变；超过设定阈值范围上限时，经信息处理模块(4)处理后增大半导体制冷片(31)基准工作电流、风机组件(34)基准工作电压；超过设定阈值范围下...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢锡铭，翟永宁，孙成宽，袁丽，张苗，王涛，黄宇辉，黄江丰，陈欢峰，梁尚勇，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32