一種模塊化水冷機柜及其噪音冗余控制方法

一種模塊化水冷機柜及其噪音冗余控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種模塊化水冷機柜及其噪音冗余控制方法。水冷機柜包括顯示控制單元、熱交換制冷單元、壓力轉換單元、故障報警器、減震器、補水箱等，熱交換制冷單元包括冗余定量泵、水冷換熱器、半導體制冷片、散熱片、風機組件、切換電磁閥、控制信號轉換模塊、進水口及出水口溫度傳感器。顯示控制單元實時采集熱交換制冷單元溫度值、流量值及外部水冷電子設備溫度值、環境溫度值、壓力轉化模塊壓力值，對水冷機柜的工作狀態進行判斷和顯示，對出水口冷卻水溫度值與設定溫度值的溫差值計算后輸出控制信號至熱交換制冷單元，在保證水冷機柜散熱能力或外部水冷電子設備溫升的前提下，以冗余方式動態調控散熱組件中半導體制冷片電流、風機組件電壓以控制水冷機柜噪音。
【專利說明】一種模塊化水冷機柜及其噪音冗余控制方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于抗惡劣環境計算機【技術領域】，特別是一種模塊化水冷機柜及其噪音冗余控制方法。

【背景技術】
[0002]隨著電子技術和大規模集成電路技術的不斷發展，電子設備功耗、單位體積熱量不斷增加，目前抗惡劣環境下工作的電子設備普遍采用強制風冷散熱技術，雖然結構形式簡單，成本低，可靠性高，但由于受電子設備工作環境、設備體積、噪音要求等限制，風冷散熱系統一般散熱能力較低，無法滿足大功率、高性能電子設備的散熱要求。
[0003]水冷卻技術作為一種較為成熟的散熱技術，一直以來都被廣泛應用于汽車、高性能商用服務器散熱，如IBM公司Aquasar液冷超級計算機和HP公司的XW9400水冷工作站等，液體冷卻系統散熱能力比風冷系統高出I?2個數量級，同時在噪音方面也能得到很好的控制。
[0004]現有水冷機柜多用在大型機房或高端服務器領域，雖然散熱能力比風冷散熱系統高很多，但普遍存在結構復雜、維修性差、噪音大、環境適應能力弱等缺點，缺少根據環境溫度變化調節機柜噪音功能，難以滿足在強振動環境下工作的電子設備散熱的高可靠性要求，限制了水冷機柜和水冷電子設備的應用領域和使用范圍。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種可以根據環境溫度變化或外部水冷電子設備運行工況變化動態調整熱交換制冷單元半導體制冷片工作電流、風機組件工作電壓的模塊化水冷機柜及其噪音冗余控制方法。
[0006]實現本發明目的的技術解決方案為:一種模塊化水冷機柜，包括柜體、顯示控制單元、補水箱、熱交換制冷單元、壓力轉換單元、減震器、故障報警裝置、環境溫度傳感器和外部水冷電子設備，其中顯示控制單元包括信息采集模塊、信息處理模塊、顯示操控模塊和狀態指示模塊；所述信息采集模塊、信息處理模塊、顯示操控模塊、補水箱、狀態指示模塊均設置于水冷機柜頂部，故障報警裝置、環境溫度傳感器設置于水冷機柜底部，柜體底部四角各設置一個減震器；熱交換制冷單元、壓力轉換單元與外部水冷電子設備之間冷卻水通過帶平面自鎖液流接頭管路連通循環，信息采集模塊分別通過帶航空插頭的電纜與熱交換制冷單元、壓力轉換單元連接，信息采集模塊接入信息處理模塊，顯示操控模塊分別通過VGA接口、RS422接口與信息處理模塊連接，顯示操控模塊通過CPCI總線與信息采集模塊連接；
[0007]所述水冷機柜以定流量方式工作時，外部水冷電子設備的冷卻水通過液流管路連接至熱交換制冷單元，熱交換制冷單元通過與空氣強制對流換熱將熱量散至空氣中，溫度降低后的冷卻水經液流管路回流至外部水冷電子設備循環使用；水冷機柜以壓力可配置方式或混合方式工作時，從熱交換制冷單元出來的冷卻水經水冷機柜內部管路連通至壓力轉換單元，壓力轉換單元對冷卻水出水壓力調節后經液流管路回流至外部水冷電子設備循環使用。
[0008]一種基于模塊化水冷機柜的噪音冗余控制方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:對所述模塊化水冷機柜進行初始化；
[0010]步驟2:信息采集模塊采集水冷機柜的環境溫度值、外部水冷電子設備溫度值、壓力轉換單元出水口壓力值和熱交換制冷單元進水口溫度值、出水口溫度值；
[0011]步驟3:信息處理模塊判斷水冷機柜環境溫度值是否超過設定閾值范圍，不超過設定閾值范圍時保持半導體制冷片基準工作電流、風機組件基準電壓工作不變；超過設定閾值范圍上限時，經信息處理模塊處理后增大半導體制冷片基準工作電流、風機組件基準工作電壓；超過設定閾值范圍下限時，經信息處理模塊處理后減小風機組件基準工作電壓、半導體制冷片基準工作電流；
[0012]步驟4:信息處理模塊判斷熱交換制冷單元出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，不超過預設溫度閾值范圍時，保持半導體制冷片浮動工作電流、風機組件浮動工作電壓不變，直接轉至步驟8 ;當超出預設溫度閾值范圍下限時，保持半導體制冷片浮動工作電流不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊處理后減小風機組件浮動工作電壓；當超出預設溫度閾值范圍上限時，保持風機組件浮動工作電壓不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊處理后增大半導體制冷片浮動工作電流；
[0013]步驟5:調整風機組件浮動工作電壓或半導體制冷片浮動工作電流后，信息處理模塊判斷熱交換制冷單元出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，不超過預設溫度閾值范圍時，保持調整后半導體制冷片浮動工作工作電流、風機組件浮動工作電壓不變，直接轉至步驟8;當超出預設溫度閾值范圍下限時，保持調整后的風機組件浮動工作電壓不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊處理后減小半導體制冷片浮動工作電流；當超過預設溫度閾值范圍上限時，保持調整后半導體制冷片浮動工作電流不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊處理后增大風機組件浮動工作電壓；
[0014]步驟6:調整風機組件浮動工作電壓或半導體制冷片浮動工作電流后，信息處理模塊判斷熱交換制冷單元出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，當不超過預設溫度閾值范圍時，保持調整后半導體制冷片浮動工作電流、風機組件浮動電壓不變，直接轉至步驟8 ;當出水口冷卻水溫度值超過預設溫度閾值范圍下限或上限時，循環執行步驟4?5，直到半導體制冷片工作電流、風機組件工作電壓均超過設定閾值下限或上限；
[0015]步驟7:信息處理模塊判斷熱交換制冷單元出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，當出口冷卻水溫度值高于預設溫度閾值范圍上限且半導體制冷片工作電流、風機組件工作電壓均高于預設閾值范圍上限時，保持半導體制冷片電流、風機組件工作電壓至預設閾值范圍上限狀態工作，向故障報警裝置、顯示操控模塊發送故障狀態信息，狀態指示模塊相應熱交換制冷單元狀態指示燈變為紅色報警狀態；當出水口冷卻水溫度值超過預設溫度閾值范圍下限且半導體制冷片電流、風機組件工作電壓均超過預設閾值范圍下限時，保持半導體制冷片電流、風機組件工作電壓至預設閾值范圍下限狀態工作，向故障報警裝置、顯示操控模塊發送故障狀態信息；
[0016]步驟8:信息處理模塊判斷主定量泵流量值是否超出預設閾值范圍，當流量值超出預設閾值范圍時，發送熱交換制冷單元定量泵工作故障信號給顯示操控模塊、故障報警裝置，發送切換信號至控制信號轉換模塊，經控制信號轉換模塊轉換后切換主定量泵切換電磁閥、備用定量泵切換電磁閥工作狀態，改變狀態指示模塊相應熱交換制冷單元定量泵的狀態指示燈為閃爍提醒狀態或紅色報警狀態；
[0017]步驟9:信息處理模塊判斷壓力轉換單元出水口壓力值是否超出預設閾值范圍，當出水口壓力值超出預設閾值范圍時，發送壓力轉換單元對應壓力調節閥故障信號給顯示操控模塊、故障報警裝置，改變狀態指示模塊相應壓力轉換單元對應壓力調節閥狀態指示燈為紅色報警狀態。
[0018]本發明與現有技術相比，其顯著優點為:(1)通過顯示控制單元，水冷機柜可實時檢測定量泵、半導體制冷片、風機組件、壓力調節閥的工作狀態，根據外部電子設備運行狀況變化或環境溫度變化以冗余方式動態調整半導體制冷片工作工作電流、風機組件工作電壓，在線切換主定量泵、備用定量泵的工作狀態，水冷機柜出水口冷卻水溫度可實現±0.5°C控制精度，實現了水冷機柜在較低噪音下可靠工作，可減少了約10%?25%的電能損耗；(2)通過對熱交換制冷單元半導體制冷片工作電流、風機組件工作電壓的動態冗余調節，有效控制水冷機柜噪音，可滿足惡劣環境下大功率、變功率電子設備散熱需求；(3)根據環境溫度變化或外部水冷電子設備運行工況變化動態調整熱交換制冷單元半導體制冷片工作電流、風機組件工作電壓，水冷機柜自動采用匹配工況運行，達到良好節能和靜音效果，以充分滿足惡劣環境下工況變化較大的大功率電子設備或在溫差變化較大的環境中工作的電子設備散熱要求，并具有結構簡單、可靠性高、維修性好、可現場更換等優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發明模塊化水冷機柜的結構示意圖。
[0020]圖2為本發明中熱交換制冷單元的機構示意圖
[0021]圖3為本發明中熱交換制冷單元的散熱組件結構示意圖。
[0022]圖4為本發明中熱交換制冷單元的定流量方式工作原理圖。
[0023]圖5為本發明中熱交換制冷單元的壓力可配置方式工作原理圖。
[0024]圖6為本發明中壓力轉換單元的工作原理示意圖。
[0025]圖7為本發明中顯示控制單元的工作原理示意圖。
[0026]圖8為本發明模塊化水冷機柜的噪音冗余控制方法的初始化流程圖。
[0027]圖9為本發明模塊化水冷機柜的噪音冗余控制方法流程圖。
[0028]圖中標號說明
[0029]1-柜體2-顯示控制單元3-信息采集模塊4-信息處理模塊5-顯示操控模塊6_補水箱7-狀態指示模塊8-熱交換制冷單元9-壓力轉換單元10-減震器11-故障報警裝置12-環境溫度傳感器13-水冷電子設備14-液流管路15-第一進水口自鎖液流接頭16-進水口溫度傳感器17-散熱組件18-主定量泵切換電磁閥19-備用定量泵切換電磁閥20-冗余泵組件21-主定量泵22-備用定量泵23-流量傳感器24-控制信號轉換模塊25-第一電源模塊26-向導式溢流閥27-第一電源濾波器28-出水口溫度傳感器29-第一出水口自鎖液流接頭30-航空插座31-半導體制冷片32-水冷換熱器33-散熱片34-風機組件35-第二進水口自鎖液流接頭36-進水口壓力傳感器37-第二電源模塊38-壓力調節閥39-第二電源濾波器40-出水口壓力傳感器41-第二出水口自鎖液流接頭42-水冷電子設備溫度傳感器

【具體實施方式】
[0030]本發明模塊化水冷機柜組成示意圖如圖1所示，包括柜體1、顯示控制單元2、補水箱6、熱交換制冷單元8、壓力轉換單元9、減震器10、故障報警裝置11、環境溫度傳感器12和外部水冷電子設備13，其中顯示控制單元2包括信息采集模塊3、信息處理模塊4、顯示操控模塊5和狀態指示模塊7 ;所述信息采集模塊3、信息處理模塊4、顯示操控模塊5、補水箱6、狀態指示模塊7均設置于水冷機柜頂部，故障報警裝置11、環境溫度傳感器12設置于水冷機柜底部，柜體I底部四角各設置一個減震器10 ;熱交換制冷單元8、壓力轉換單元9與外部水冷電子設備13之間冷卻水通過帶平面自鎖液流接頭管路連通循環，信息采集模塊3分別通過帶航空插頭的電纜與熱交換制冷單元8、壓力轉換單元9連接，信息采集模塊3接入信息處理模塊4，顯示操控模塊5分別通過VGA接口、RS422接口與信息處理模塊4連接，顯示操控模塊5通過CPCI總線與信息采集模塊3連接；
[0031]所述水冷機柜以定流量方式工作時，外部水冷電子設備13的冷卻水通過液流管路14連接至熱交換制冷單元8，熱交換制冷單元8通過與空氣強制對流換熱將熱量散至空氣中，溫度降低后的冷卻水經液流管路14回流至外部水冷電子設備13循環使用；水冷機柜以壓力可配置方式或混合方式工作時，從熱交換制冷單元8出來的冷卻水經水冷機柜內部管路連通至壓力轉換單元9，壓力轉換單元9對冷卻水出水壓力調節后經液流管路14回流至外部水冷電子設備13循環使用。
[0032]所述顯示操控模塊5對熱交換制冷單元8、壓力轉換單元9的不同工作狀態、故障信息進行顯示，狀態指示模塊7根據熱交換制冷單元8和壓力轉換單元9的工作狀態、故障信息切換對應狀態指示燈的顏色。柜體I采用ZL102鋁合金鑄造而成，底部安裝4個無諧振GWF-50型減震器10，可實現在強振動環境中長時間可靠工作。顯示操控模塊4采用12.1英寸LB121S03-TL01高亮度觸摸液晶顯示屏。
[0033]所述熱交換制冷單元8工作原理示意圖如圖2所示，熱交換制冷單元8包括第一進水口自鎖液流接頭15、進水口溫度傳感器16、散熱組件17、主定量泵切換電磁閥18、備用定量泵切換電磁閥19、冗余泵組件20、主定量泵21、備用定量泵22、流量傳感器23、控制信號轉換模塊24、第一電源模塊25、向導式溢流閥26、第一電源濾波器27、出水口溫度傳感器28、第一出水口自鎖液流接頭29、航空插座30、出水口壓力傳感器40、第二出水口自鎖液流接頭41 ；
[0034]其中主定量泵21、備用定量泵22采用雙葉片齒輪泵HTP-212HA，以冗余結構連接于主通路中，正常情況下主定量泵21工作，備用定量泵22待機；主定量泵切換電磁閥18與主定星栗21連接，備用定星栗切換電磁閥19與備用定星栗22連接，當主定星栗21出現故障情況時，在線實現對主定量泵21、備用定量泵22切換，以提高熱交換制冷單元7工作可靠性；第一進水口自鎖液流接頭15和第一出水口自鎖液流接頭29均采用TSA-8Z05平面自鎖液流接頭，通過液流管路14與外部水冷電子設備13連通，控制信號轉換模塊24依次通過YMC防水型卡口式航空插座30、通信電纜與信息處理模塊4連接，實現電路、液流通路的接通和斷開，方便維修和現場更換；進水口溫度傳感器16設置于第一進水口自鎖液流接頭15后端，出水口溫度傳感器28設置于第一出水口自鎖液流接頭29前端，有利于保證采集溫度數據的精度，從而實現對半導體制冷片31電流和風機組件34電壓更加精確的控制，有效保證外部水冷電子設備13工作的穩定性。
[0035]所述散熱組件17組成示意圖如圖3所示，包括半導體制冷片31、水冷換熱器32、散熱片33、風機組件34，其中散熱片33采用鋁合金精密鑄造成型，尺寸為(長X寬X高)240X65x35mm,基板厚度4mm，散熱片33分為2片，分別設置于水冷換熱器32的上、下兩側，散熱片33與水冷換熱器32之間分別設置有半導體制冷片31，散熱片33與半導體制冷片31之間、半導體制冷片31與水冷換熱器32之間均通過螺釘緊固，導熱界面間隙填充高導熱系數導熱膠SE4420，以減小水冷換熱器32至半導體制冷片31、半導體制冷片31至散熱片33的等效傳導熱阻；風機組件32采用2組10個DC12伏8412NGMV型風機，半導體制冷片31采用2組8片PCR-12708半導體制冷片，水冷換熱器32采用FZ450R12ME型鋁合金水冷板，信息采集模塊3采集環境溫度傳感器12或外部水冷電子設備溫度傳感器42的溫度值，經信息處理模塊4的數字式PID控制算法根據出水口冷卻水溫度值與設定溫度值的溫差Λ ?\計算后，發送控制信號給控制信號轉換模塊24，對半導體制冷片31電流、風機組件34電壓進行實時控制，保證水冷機柜在較低噪音水平下可靠工作。控制信號轉換模塊24為模擬信號放大裝置，根據信息處理模塊4的控制信號經放大后調整半導體制冷片31工作電流、風機組件34工作電壓和主定量泵切換電磁閥18、備用定量泵切換電磁閥19開關狀
--τ ο
[0036]水冷機柜以定流量方式工作時，外部水冷電子設備13的冷卻水通過液流管路14連接至熱交換制冷單元8的第一進水口自鎖液流接頭15，在主定量泵21驅動下與水冷換熱器31對流換熱，熱量經半導體制冷片32、散熱片傳導33，最后由風機組件34通過與空氣強制對流換熱將熱量散至空氣中，溫度降低后的冷卻水經第一出水口自鎖液流接頭29、液流管路14回流至外部水冷電子設備13循環使用；水冷機柜以壓力可配置方式或混合方式工作時，從交換制冷單元8第一出水口自鎖液流接頭29出來的冷卻水經水冷機柜內部管路連通至壓力轉換單元9第二進水口自鎖液流接頭15，經壓力調節閥38對冷卻水出水壓力調節后經第二出水口自鎖液流接頭41、液流管路14回流至外部水冷電子設備13循環使用。
[0037]信息采集模塊3實時采集熱交換制冷單元8內溫度值、流量值和機柜1工作環境溫度值、外部水冷電子設備13溫度值，根據環境溫度變化幅度和反應外部水冷電子設備13運行工況變化的進水口冷卻水溫度值，在控制水冷機柜噪音和外部水冷電子設備13溫升的前提下，經信息處理模塊4的PID控制算法根據設定溫度值與出水口冷卻水溫度值的溫差值計算后，輸出控制信號到熱交換制冷單元8內控制信號轉換模塊24，以動態增大半導體制冷片31電流、風機組件34電壓或動態減小風機組件34電壓、半導體制冷片31電流的冗余控制方式，控制水冷機柜噪音，出現故障時輸出報警信號至故障報警裝置11報警。
[0038]在水冷機柜中熱交換制冷單元8均以定流量方式為單個或多個水冷電子設備13散熱時，工作原理如圖4所示如下:外部水冷電子設備13的冷卻水通過液流管路14連接至熱交換制冷單元8的第一進水口自鎖液流接頭15，冷卻液在ΗΤΡ-212ΗΑ雙葉片齒輪主定量泵21驅動下與FZ450R12ME型鋁合金水冷換熱器32內部蛇形光滑液流通道四周壁面強制對流換熱，經由半導體制冷片31、散熱片33和風機組件34組成的散熱組件17散熱后溫度降低，通過第一出水口自鎖液流接頭29、液流管路14回流至外部水冷電子設備13循環使用。信息采集模塊3采集外部水冷電子設備溫度傳感器42、環境溫度傳感器12、進水口溫度傳感器16、出水口溫度傳感器28、流量傳感器23等傳感器的溫度、流量信號，送信息處理模塊4判斷出水口冷卻水溫度值、定量泵流量值是否在設定閾值范圍內及環境溫度變化幅度是否超出設定溫度閾值范圍1.5，°C保持或動態調整熱交換制冷單元8半導體制冷片31工作電流、風機組件34工作電壓及主定量泵切換電磁閥18開關、狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8狀態指示燈狀態、故障報警裝置11狀態。
[0039]在水冷機柜為單個或多個水冷電子設備散熱時，水冷機柜以定流量方式工作時，工作原理圖如圖5所示:外部水冷電子設備13通過液流管路14連接到熱交換制冷單元8第一進水口自鎖液流接頭15，冷卻水在主定量泵21驅動下與FZ450R12ME型鋁合金水冷換熱器32內部蛇形光滑液流通道四周壁面強制對流換熱，經半導體制冷片31、散熱片33和風機組件34組成的散熱組件17散熱后溫度降低，溫度降低后的冷卻水通過第一出水口自鎖液流接頭29、液流管路14回流至外部水冷電子設備13循環使用。
[0040]在水冷機柜為單個或多個水冷電子設備散熱時，水冷機柜以壓力可配置方式工作時，工作原理圖如圖6所示:外部水冷電子設備13通過液流管路14連接到熱交換制冷單元8的第一進水口自鎖液流接頭15，冷卻水在主定量泵21驅動下與FZ450R12ME型鋁合金水冷換熱器32內部蛇形光滑液流通道四周壁面強制對流換熱，經半導體制冷片31、散熱片33和風機組件34組成的散熱組件17散熱后溫度降低。溫度降低后的冷卻水通過第一出水口自鎖液流接頭29、帶平面自鎖液流接頭內部液流管路進入到壓力轉換單元9的第二進水口自鎖液流接頭35，壓力調節閥38對冷卻水壓力調整后經出第二出水口自鎖液流接頭41、液流管路14回流至外部水冷電子設備13循環使用。
[0041]信息采集模塊3采集外部水冷電子設備溫度傳感器42、環境溫度傳感器12、進水口溫度傳感器16、出水口溫度傳感器28、流量傳感器23、出水口壓力傳感器40的溫度、流量、壓力值經過模數轉換后，信息處理模塊4根據采集的流量、壓力值是否超出閾值范圍及環境溫度變化幅度是否超出設定溫度閾值±1.5°C范圍，依據出水口設定溫度與出水口冷卻水溫度的溫差值Λ T1,經數字式PID控制算法計算后發送控制信號給控制信號轉換模塊24，保持或動態調整半導體制冷片31電流、風機組件34電壓、主定量泵切換電磁閥18開關、狀態指示模塊7狀態指示燈狀態、故障報警裝置11狀態。
[0042]優選地，水冷機柜包括多個不同規格或不同位置的環境溫度傳感器12，可防止同一規格溫度探頭造成的同時失效，也能有效避免相同規格溫度探頭測量造成的誤差放大現象，使得對環境溫度的測量更加精確，從而實現更加精確的溫度控制。
[0043]在進一步的實施例中，如圖7所示，信息處理模塊4包括接受信息采集模塊3采集的外部水冷電子設備溫度傳感器42、環境溫度傳感器12、進水口溫度傳感器16、出水口溫度傳感器28、流量傳感器23、進水口壓力傳感器36、出水口壓力傳感器40的溫度、流量、壓力信號并進行判斷處理的溫度/壓力/流量判斷模塊4-1和采用數字式PID控制算法計算半導體制冷片31調整工作電流、風機組件34調整工作電壓的溫度/壓力/流量計算模塊
4-2，該溫度/壓力/流量計算模塊4-2采用軟件方式來實現，也可以采用硬件方式實現。在進一步的實施例中，可在信息處理模塊4增加溫度/壓力/流量控制信號模塊對溫度/壓力/流量計算模塊4-2的電流、電壓值進行數模轉換，去掉熱交換制冷單元8的控制信號轉換模塊24，減小控制滯后現象，提高控制精度。
[0044]溫度/壓力/流量判斷模塊4-1用于判斷信息采集模塊4采集的外部水冷電子設備13溫度傳感器42、環境溫度傳感器12、進水口溫度傳感器16、出水口溫度傳感器28、流量傳感器23、出水口壓力傳感器40多個溫度、流量、壓力值是否超出預設閾值范圍。預設溫度閾值、預設壓力閾值范圍可在機柜系統中根據需要設定，可包括能表明外部設備溫度傳感器42、環境溫度傳感器12、進水口溫度傳感器16、出水口溫度傳感器28、流量傳感器23、出水口壓力傳感器40等傳感器在正常工作狀態下所能檢測到的溫度值、流量值、壓力值上限和下限，以及調整半導體制冷片31基準電流、風機組件34基準電壓的環境溫度閾值范圍。
[0045]溫度/壓力/流量計算模塊4-2，用于在出水口冷卻水溫度值超出預設閾值范圍時，根據出水口設定溫度與出水口冷卻水溫度的溫差值Λ T1，采用數字式PID控制算法計算后，動態增大或減小半導體制冷片31工作電流、風機組件34工作電壓。
[0046]所述熱交換制冷單元8、壓力轉換單元9之間及與外部液冷管路14、外部水冷電子設備13均通過帶有TSA型平面快速自鎖液流接頭的管路連接，可實現開機狀態下更換熱交換制冷單元8，提高了機柜系統的可靠性，方便系統維修。同時，由于溫度傳感器同時檢測熱交換制冷單元8進水口和出水口位置的溫度值，更能保證采集溫度數據的精度，從而實現對半導體制冷片31工作電流和風機組件34工作電壓更加精確的控制，有效保證對外部水冷電子設備13冷卻的有效性和可靠性。
[0047]需要說明的是，本發明的水冷機柜除了包括前述各實施例中的各部分外，還可包括其余必要設備，在此不作詳細描述。所設置的溫度傳感器個數，除了如圖5、圖6、圖7所示外，即2路環境溫度傳感器、2路進出水口溫度傳感器、I路流量傳感器、4路壓力傳感器，為控制進度和監控設備工作狀態需要，不同類型傳感器可以是大于2個的任意個數，在此不再以附圖示出。
[0048]在以上水冷機柜的基礎上，本發明還提供了一種水冷機柜的冗余溫度控制方法，包括一種水冷機柜的初始化方法，具體步驟如下:
[0049]步驟1:對所述模塊化水冷機柜進行初始化；
[0050]步驟Al:確定熱交換制冷單元8的工作狀態、工作模式；
[0051]步驟Α2:信息采集模塊3分別采集環境溫度值、外部水冷電子設備13溫度值、壓力轉換單元9壓力值和熱交換制冷單元8的進水口溫度值、出水口溫度值、出水口流量值；
[0052]步驟A3:信息處理模塊4判斷水冷機柜環境溫度值是否超過設定閾值范圍，不超過設定閾值范圍時保持半導體制冷片31基準工作電流、風機組件34基準工作電壓不變；超過設定閾值范圍上限時，經信息處理模塊4處理后增大半導體制冷片31基準工作電流、風機組件34基準工作電壓；超過設定閾值范圍下限時，減小風機組件34基準工作電壓、半導體制冷片31基準工作電流；
[0053]步驟Α4:信息處理模塊4判斷溫度值、流量值、壓力值是否超出預設閾值范圍，判斷各熱交換制冷單元8中定量泵、散熱組件17工作狀態和壓力轉換單元9壓力調節閥38工作狀態是否正常，均不超出預設閾值時，向顯示操控模塊5發送狀態正常信息，狀態指示模塊7狀態指示燈變變為綠色正常狀態；溫度值、流量值、壓力值超出預設閾值時，向顯示操控模塊5發送報警或信息故障，狀態指示模塊7指示燈變為閃爍報警狀態或紅色故障狀
--τ O
[0054]步驟2:信息采集模塊3采集水冷機柜的環境溫度值、外部水冷電子設備13溫度值、壓力轉換單元9出水口壓力值和熱交換制冷單元8進水口溫度值、出水口溫度值；
[0055]步驟3:信息處理模塊4判斷水冷機柜環境溫度值是否超過設定閾值范圍，不超過設定閾值范圍時保持半導體制冷片31基準工作電流、風機組件34基準電壓工作不變；超過設定閾值范圍上限時，經信息處理模塊4處理后增大半導體制冷片31基準工作電流、風機組件34基準工作電壓；超過設定閾值范圍下限時，經信息處理模塊4處理后減小風機組件34基準工作電壓、半導體制冷片31基準工作電流；
[0056]步驟4:信息處理模塊4判斷熱交換制冷單元8出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，不超過預設溫度閾值范圍時，保持半導體制冷片31浮動工作電流、風機組件34浮動工作電壓不變，直接轉至步驟8 ;當超出預設溫度閾值范圍下限時，保持半導體制冷片31浮動工作電流不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊4處理后減小風機組件34浮動工作電壓；當超出預設溫度閾值范圍上限時，保持風機組件34浮動工作電壓不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊4處理后增大半導體制冷片31浮動工作電流；
[0057]步驟5:調整風機組件34浮動工作電壓或半導體制冷片31浮動工作電流后，信息處理模塊4判斷熱交換制冷單元8出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，不超過預設溫度閾值范圍時，保持調整后半導體制冷片31浮動工作工作電流、風機組件34浮動工作電壓不變，直接轉至步驟8 ;當超出預設溫度閾值范圍下限時，保持調整后的風機組件34浮動工作電壓不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊4處理后減小半導體制冷片31浮動工作電流；當超過預設溫度閾值范圍上限時，保持調整后半導體制冷片31浮動工作電流不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊4處理后增大風機組件34浮動工作電壓；
[0058]步驟6:調整風機組件34浮動工作電壓或半導體制冷片31浮動工作電流后，信息處理模塊4判斷熱交換制冷單元8出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，當不超過預設溫度閾值范圍時，保持調整后半導體制冷片31浮動工作電流、風機組件34浮動電壓不變，直接轉至步驟8;當出水口冷卻水溫度值超過預設溫度閾值范圍下限或上限時，循環執行步驟4?5，直到半導體制冷片31工作電流、風機組件34工作電壓均超過設定閾值下限或上限；
[0059]步驟7:信息處理模塊4判斷熱交換制冷單元8出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，當出口冷卻水溫度值高于預設溫度閾值范圍上限且半導體制冷片31工作電流、風機組件34工作電壓均高于預設閾值范圍上限時，保持半導體制冷片31電流、風機組件34工作電壓至預設閾值范圍上限狀態工作，向故障報警裝置11、顯示操控模塊5發送故障狀態信息，狀態指示模塊7相應熱交換制冷單元8狀態指示燈變為紅色報警狀態；當出水口冷卻水溫度值超過預設溫度閾值范圍下限且半導體制冷片31電流、風機組件34工作電壓均超過預設閾值范圍下限時，保持半導體制冷片31電流、風機組件34工作電壓至預設閾值范圍下限狀態工作，向故障報警裝置11、顯示操控模塊5發送故障狀態信息；
[0060]步驟8:信息處理模塊4判斷主定量泵21流量值是否超出預設閾值范圍，當流量值超出預設閾值范圍時，發送熱交換制冷單元8定量泵工作故障信號給顯示操控模塊5、故障報警裝置11，發送切換信號至控制信號轉換模塊24，經控制信號轉換模塊24轉換后切換主定量泵切換電磁閥18、備用定量泵切換電磁閥19工作狀態，改變狀態指示模塊7相應熱交換制冷單元8定量泵的狀態指示燈為閃爍提醒狀態或紅色報警狀態；
[0061]步驟9:信息處理模塊4判斷壓力轉換單元9出水口壓力值是否超出預設閾值范圍，當出水口壓力值超出預設閾值范圍時，發送壓力轉換單元9對應壓力調節閥故障信號給顯示操控模塊5、故障報警裝置11，改變狀態指示模塊7相應壓力轉換單元9對應壓力調節閥狀態指示燈為紅色報警狀態。
[0062]詳細流程圖請參見圖8?9，圖8中所示的方法開始于步驟SlOl:
[0063]在步驟S102中，信息采集模塊3通過讀取熱交換制冷單元8模式開關狀態，經信息處理模塊4判斷后，確定各熱交換制冷單元8是否工作及對應工作模式。
[0064]在步驟S103中，信息采集模塊3采集柜體I內部環境溫度信號、熱交換制冷單元8的溫度、流量信號或壓力轉換單元9的壓力信號，將每個溫度、流量、壓力信號模數轉換后與相應預設閾值比較，判斷是否超出預設閾值范圍及傳感器工作是否正常，其中預設閾值可在機柜系統中根據需要設定，可包括能表明溫度、流量、壓力傳感器在正常工作狀態下所能檢測到的上限和下限。
[0065]在步驟S104中進一步判斷所述水冷柜體I環境溫度值是否超出27°C的預設溫度閾值范圍±1.5，°〇包括兩步，分別為:
[0066]在步驟S105中，如果判斷環境溫度值在預設溫度閾值±1.5°C范圍以內，即環境溫度值在25.5-28.5°C范圍時，維持現有半導體制冷片31基準電流、風機組件34基準電壓不變；
[0067]在步驟S106中，如果環境溫度值超出預設溫度閾值范圍，信息處理模塊4根據環境溫度值與設定溫度閾值的溫差值Λ T1，經數字式PID控制算法計算后在設定基準工作電流、基準工作電壓基礎上調整半導體制冷片31基準工作電流、風機組件34基準工作電壓值，并設定為半導體制冷片31新的基準工作電流、風機組件34新的基準工作電壓值。
[0068]在步驟S107中進一步判斷熱交換制冷單元8的溫度、流量值是否超出預設流量閾值范圍；
[0069]在步驟S108中進一步判斷熱交換制冷單元8流量值超出預設流量閾值范圍，包括三步，分別為:
[0070]如果判斷熱交換制冷單元8中主定量泵21流量值不超預設流量閾值范圍，在步驟S109中保持主定量泵切換電磁閥18、備用定量泵切換電磁閥19狀態控制信號不變，在步驟SllO中設置主定量泵21為工作狀態，在步驟Slll中向顯示操控模塊5發送對應主定量泵21狀態正常信息，狀態指示模塊7中對應熱交換制冷單元8的冗余泵組件20狀態指示燈變為綠色狀態；
[0071]如果判斷熱交換制冷單元8中主定量泵21流量值超出預設流量閾值范圍，在步驟S112中切換主定量泵切換電磁閥18、備用定量泵切換電磁閥19狀態控制信號，在步驟S213中切換備用定量泵22至工作狀態，在步驟S114中向顯示操控模塊5發送主定量泵21故障信息，變換狀態指示模塊7中對應熱交換制冷單元8冗余泵組件20狀態指示燈至閃爍提醒狀態。
[0072]切換備用定量泵22至工作狀態后，經步驟SI 15判斷，如果熱交換制冷單元8流量值仍然超出正常閾值范圍，在步驟S120中輸出該熱交換制冷單元8初始化不成功信息，在步驟S121中輸出相應錯誤代碼至顯示操控模塊5，輸出該熱交換制冷單元8冗余泵組件20故障報警信號至故障報警裝置11，變換狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8冗余泵組件20狀態指示燈至紅色報警狀態。
[0073]在步驟S116中進一步判斷熱交換制冷單元進水口、出水口冷卻水溫差值Λ 1~2是否超出預設溫度閾值范圍，包括兩步，分別為:
[0074]如果判斷熱交換制冷單元8中進水口溫度傳感器16溫度值與出水口溫度傳感器28溫度值的溫差值Λ Τ2不超出預設溫度閾值范圍，在步驟117中向顯示操控模塊5發送散熱組件17狀態正常信息，狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8中散熱組件17狀態指示燈變為綠色狀態。
[0075]如果判斷熱交換制冷單元8中進水口溫度傳感器16與出水口溫度傳感器28的溫度溫差值Λ '超出預設溫度閾值范圍，在步驟S118中向顯示操控模塊5發送散熱組件17狀態故障信息，狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8中散熱組件17狀態指示燈變為紅色報警狀態，在步驟S119中輸出該熱交換制冷單元8散熱組件17報警信息至故障報警裝置
11ο
[0076]經步驟S116判斷熱交換制冷單元8中進水口溫度傳感器16與出水口溫度傳感器28的溫度溫差值與經步驟S117判斷定量泵流量值均不超出正常閾值范圍時，在步驟S122中向顯示操控模塊5發送交換制冷單元8初始化成功信息。
[0077]順序對其它交換制冷單元8進行初始化，所有交換制冷單元8初始化完成后，在顯示操控模塊5對相應報警、故障信息進行處理后，即可啟動水冷機柜開始工作。
[0078]以上為熱交換制冷單元8以恒流量方式工作的初始化步驟，如果熱交換制冷單元8與壓力轉換單元9配合以壓力可配置方式工作時，增加壓力轉換單元9壓力判斷分支即可。
[0079]在以上水冷機柜的基礎上，本發明還提供了一種水冷機柜的冗余溫度控制方法，其詳細流程圖請參見圖9。圖9中所示的方法開始于步驟S201。
[0080]在步驟S202中，信息采集模塊3采集柜體1內部至少兩個不同位置的環境溫度信號、壓力轉換單元9的壓力信號和交換制冷單元8溫度、流量值后，將每個溫度、流量、壓力值與對應預設閾值比較，判斷是否超出預設閾值范圍，其中預設閾值可在水冷機柜系統中根據需要設定，可包括能表明溫度、流量、壓力傳感器在正常工作狀態下所能檢測到的溫度上限和溫度下限。
[0081]采集柜體1內不同位置的環境溫度值，不僅可減小單點測量中環境溫度傳感器12出現故障的幾率，即只要有其中一個環境溫度傳感器12有效工作即可保證對環境溫度采集有效，而且多點測量值平均更能減小測量誤差，保證采集環境溫度數據的精度。
[0082]在步驟S203中進一步判斷所述柜體1內環境溫度值是否超出27°C的預設溫度閾值±1.5°C范圍，包括兩步，分別為:
[0083]如果判斷環境溫度值不超過設定溫度閾值±1.5°C范圍，即環境溫度值在25.5-28.5°C范圍時，在步驟S204中維持現有半導體制冷片31基準電流、風機組件34基準電壓不變；
[0084]如果環境溫度值超過預設溫度閾值±1.5°C范圍，信息處理模塊4根據環境溫度值與設定溫度值27°C的溫差值Λ ?\采用PID控制算法計算后，在步驟S205中在設定基準工作電流、電壓工作基礎上調整半導體制冷片31基準工作電流、風機組件34基準電工作壓值。
[0085]在步驟S206中進一步判斷熱交換制冷單元流量8溫度、流量值是否超出預設流量閾值范圍；
[0086]在步驟S207中進一步判斷熱交換制冷單元8主定量泵21的流量值是否超出預設流量閾值范圍，包括三步，分別為:
[0087]如果熱交換制冷單元8主定量泵21的流量值不超出預設流量閾值范圍，在步驟S210中保持主定量泵切換電磁閥18、備用定量泵切換電磁閥19狀態控制信號不變，在步驟S212中向顯示操控模塊5發送主定量泵18狀態正常信息，狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8冗余泵組件20狀態指示燈保持綠色狀態；
[0088]如果判斷熱交換制冷單元8主定量泵21流量值超出預設流量閾值范圍，在步驟S209中切換主定量泵切換電磁閥18、備用定量泵切換電磁閥19狀態控制信號，在步驟S213中切換備用定量泵22至工作狀態，在步驟213中向顯示操控模塊5發送主定量泵21故障信息，變換狀態指示模塊7中對應熱交換制冷單元8冗余泵組件20狀態指示燈至閃爍報警狀態。
[0089]切換至備用定量泵22工作后，在步驟S223中進一步判斷備用定量泵22的流量值是否超出預設流量閾值范圍，如果熱交換制冷單元8流量值不超出預設流量閾值范圍，在步驟S224保持狀態指示模塊7中對應熱交換制冷單元8冗余泵組件20狀態指示燈為閃爍報警狀態；如果熱交換制冷單元8備用定量泵22流量值仍然超出預設流量閾值范圍，在步驟S224輸出錯誤代碼至顯示操控模塊5，輸出冗余泵組件20報警信號至故障報警裝置11，變換狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8冗余泵組件20狀態指示燈至紅色報警狀態。
[0090]在步驟214中進一步判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28的溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，包括兩步，分別為:
[0091]如果判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28的溫度值不超出預設溫度閾值±0.5°C范圍時，在步驟S215中保持現有半導體制冷片31浮動工作電流、風機組件34浮動工作電壓不變，在步驟S220中向顯示操控模塊5發送散熱組件17狀態正常信息，狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8中散熱組件17狀態指示燈保持綠色狀態。
[0092]如果步驟214中判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值超出預設溫度閾值±0.5°C范圍上限時，包括兩步，分別為:
[0093]在步驟S216中根據出水口溫度傳感器28溫度值與預設溫度值的溫差值Λ Τ2，經信息處理模塊4數字式PID控制算法計算后增大半導體制冷片31浮動工作電流。
[0094]在步驟217中進一步判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值是否超出預設溫度閾值±0.5°C范圍上限，包括兩步，分別為:
[0095]如果判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值不超出預設溫度閾值±0.5°C范圍上限時，保持調整后半導體制冷片31浮動工作電流和風機組件34現有浮動工作電壓不變，轉至步驟S220執行。
[0096]如果判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值超出設定溫度閾值±0.5°C范圍上限時，在步驟218中保持調整后半導體制冷片31浮動工作電流不變，根據出水口溫度傳感器28的溫度值與設定溫度值的溫差值Λ Τ2，經信息處理模塊4數字式PID控制算法計算后增大風機組件34的浮動工作電壓。
[0097]在步驟219中進一步判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28的溫度值是否超出預設溫度閾值±0.5°C范圍上限，包括兩步，分別為:
[0098]如果判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值不超出設定溫度閾值±0.5°C范圍上限時，在步驟220中保持調整后的風機組件34浮動工作電壓、半導體制冷片31浮動工作電流不變，在步驟221中向顯示操控模塊5發送對應熱交換制冷單元8散熱組件17狀態正常信息，狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8中散熱組件17狀態指示燈保持綠色狀態。
[0099]經過步驟216中增大半導體制冷片31浮動工作電流和步驟218中增大風機組件34浮動工作電壓后，經步驟219中判斷如果交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值仍然超出設定溫度閾值±0.5°C范圍上限時，循環執行步驟216、步驟217、步驟218、步驟219，直至熱交換制冷單元8半導體制冷片31工作電流、風機組件34工作電壓均達到預設閾值范圍上限時，在步驟222中向顯示操控模塊5發送散熱組件17狀態故障信息，狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8中散熱組件17狀態指示燈由綠色變為紅色狀態。
[0100]如果步驟214中判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值超出預設溫度閾值±0.5°C范圍下限時，包括兩步，分別為:
[0101]在步驟S218中根據出水口溫度傳感器28溫度值與預設溫度值的溫差值Λ Τ2，經信息處理模塊4數字式PID控制算法計算后減小風機組件34的浮動工作電壓。
[0102]在步驟219中進一步判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值是否超出預設溫度閾值±0.5°C范圍下限，轉至步驟S216執行，在保持調整后風機組件34的浮動工作電壓基礎上，根據出水口溫度傳感器28的溫度值與設定溫度值的溫差值Λ Τ2，經信息處理模塊4數字式PID控制算法計算后減小半導體制冷片31的浮動工作電流。
[0103]在步驟217中進一步判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28的溫度值是否超出預設溫度閾值±0.5°C范圍下限，包括兩步，分別為:
[0104]如果判斷熱交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值不超出設定溫度閾值±0.5°C范圍下限時，直接轉至步驟S220執行，保持調整后半導體制冷片31浮動工作電流和風機組件34現有浮動工作電壓不變。
[0105]經過步驟216中步驟218中減小風機組件34浮動工作電壓和減小半導體制冷片31浮動工作電流后，經步驟217中判斷如果交換制冷單元8出水口溫度傳感器28溫度值超出預設溫度閾值±0.5°C下限時，循環執行步驟216、步驟217、步驟218、步驟219，直至熱交換制冷單元8半導體制冷片31電流、風機組件34工作電壓均超過預設閾值范圍下時，在步驟222中向顯示操控模塊5發送散熱組件17狀態故障信息，狀態指示模塊7對應熱交換制冷單元8中散熱組件17狀態指示燈由綠色變為至閃爍報警狀態。
[0106]以上為熱交換制冷單元8以恒流量方式工作時動態判斷、調節出水口冷卻水溫度的步驟，如果熱交換制冷單元8與壓力轉換單元9配合以壓力可配置方式工作時，增加壓力轉換單元9出口壓力值動態判斷分支即可。
[0107]綜上所述，本發明水冷機柜包括4個模塊化的交換制冷單元8，既能以定流量方式單獨對外部水冷電子設備13散熱，也能與壓力轉換單元9配合以壓力可配置方式對外部水冷電子設備13散熱，冗余泵組件20以冗余工作方式提高了系統可靠性；進水口溫度傳感器16、出水口溫度傳感器28位于熱交換制冷單元8冷卻水進出水口位置，有利于保證采集溫度數據的精確性和可靠性，從而實現對熱交換制冷單元8中半導體制冷片31工作電流、風機組件34工作電壓更加精確的冗余動態調節，保證水冷機柜在較低噪音水平下可靠工作。
【權利要求】
1.一種模塊化水冷機柜，其特征在于:包括柜體(I)、顯示控制單元(2)、補水箱(6)、熱交換制冷單元(8)、壓力轉換單元(9)、減震器(10)、故障報警裝置(11)、環境溫度傳感器(12)和外部水冷電子設備(13)，其中顯示控制單元(2)包括信息采集模塊(3)、信息處理模塊(4)、顯示操控模塊(5)和狀態指示模塊(7);所述信息采集模塊(3)、信息處理模塊(4)、顯示操控模塊(5)、補水箱(6)、狀態指示模塊(7)均設置于水冷機柜頂部，故障報警裝置(11)、環境溫度傳感器(12)設置于水冷機柜底部，柜體(I)底部四角各設置一個減震器(10);熱交換制冷單元(8)、壓力轉換單元(9)與外部水冷電子設備(13)之間冷卻水通過帶平面自鎖液流接頭管路連通循環，信息采集模塊(3)分別通過帶航空插頭的電纜與熱交換制冷單元(8)、壓力轉換單元(9)連接，信息采集模塊(3)接入信息處理模塊(4)，顯示操控模塊(5)分別通過VGA接口、RS422接口與信息處理模塊(4)連接，顯示操控模塊(5)通過CPCI總線與信息采集模塊(3)連接； 所述水冷機柜以定流量方式工作時，外部水冷電子設備(13)的冷卻水通過液流管路(14)連接至熱交換制冷單元(8)，熱交換制冷單元(8)通過與空氣強制對流換熱將熱量散至空氣中，溫度降低后的冷卻水經液流管路(14)回流至外部水冷電子設備(13)循環使用；水冷機柜以壓力可配置方式或混合方式工作時，從熱交換制冷單元(8)出來的冷卻水經水冷機柜內部管路連通至壓力轉換單元(9)，壓力轉換單元(9)對冷卻水出水壓力調節后經液流管路(14)回流至外部水冷電子設備(13)循環使用。
2.根據權利要求1所述的模塊化水冷機柜，其特征在于:所述熱交換制冷單元(8)包括第一進水口自鎖液流接頭(15)、進水口溫度傳感器(16)、散熱組件(17)、主定量泵切換電磁閥(18)、備用定星栗切換電磁閥(19)、幾余栗組件(20)、主定星栗(21)、備用定星栗(22)、流量傳感器(23)、控制信號轉換模塊(24)、第一電源模塊(25)、向導式溢流閥(26)、第一電源濾波器(27)、出水口溫度傳感器(28)、第一出水口自鎖液流接頭(29)、航空插座(30)、出水口壓力傳感器(40)、第二出水口自鎖液流接頭(41)； 其中主定量泵(21)、備用定量泵(22)以冗余結構連接于主通路中，正常情況下主定量栗(21)工作，備用定星栗(22)待機；主定星栗切換電磁閥(18)與主定星栗(21)連接，備用定量泵切換電磁閥(19)與備用定量泵(22)連接，當主定量泵(21)出現故障情況時，在線實現對主定量泵(21)、備用定量泵(22)切換；第一進水口自鎖液流接頭(15)和第一出水口自鎖液流接頭(29)通過液流管路(14)與外部水冷電子設備(13)連通，控制信號轉換模塊(24)依次通過航空插座(30)、通信電纜與信息處理模塊(4)連接，實現電路、液流通路的接通和斷開；進水口溫度傳感器(16)設置于第一進水口自鎖液流接頭(15)后端，出水口溫度傳感器(28)設置于第一出水口自鎖液流接頭(29)前端。
3.根據權利要求1所述的模塊化水冷機柜，其特征在于:所述顯示操控模塊(5)對熱交換制冷單元(8)、壓力轉換單元(9)的不同工作狀態、故障信息進行顯示，狀態指示模塊(7)根據熱交換制冷單元(8)和壓力轉換單元(9)的工作狀態、故障信息切換對應狀態指示燈的顏色。
4.根據權利要求1所述的模塊化水冷機柜，其特征在于:所述柜體(I)采用ZL102鋁合金鑄造而成，柜體(I)底部四角所設置的減震器(10)采用無諧振GWF-50型減震器。
5.根據權利要求2所述的模塊化水冷機柜，其特征在于:所述散熱組件(17)包括半導體制冷片(31)、水冷換熱器(32)、散熱片(33)、風機組件(34)，其中散熱片(33)分為2片，分別設置于水冷換熱器(32)的上、下兩側，散熱片(33)與水冷換熱器(32)之間分別設置有半導體制冷片(31)，其中散熱片(33)與半導體制冷片(31)之間、半導體制冷片(31)與水冷換熱器(32)之間均通過螺釘緊固，導熱界面間隙填充導熱膠，以減小水冷換熱器(32)至半導體制冷片(31)、半導體制冷片(31)至散熱片(33)的等效傳導熱阻。
6.根據權利要求2所述的模塊化水冷機柜，其特征在于:所述主定量泵(21)、備用定量泵(22)均采用雙葉片齒輪泵HTP-212HA，所述第一進水口自鎖液流接頭(15)和第一出水口自鎖液流接頭(29)均采用TSA-8Z05平面自鎖液流接頭。
7.根據權利要求2所述的模塊化水冷機柜，其特征在于:所述航空插座(30)為YMC防水型卡口式航空插座。
8.一種基于權利要求1所述模塊化水冷機柜的噪音冗余控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:對所述模塊化水冷機柜進行初始化； 步驟2:信息采集模塊(3)采集水冷機柜的環境溫度值、外部水冷電子設備(13)溫度值、壓力轉換單元(9)出水口壓力值和熱交換制冷單元(8)進水口溫度值、出水口溫度值； 步驟3:信息處理模塊(4)判斷水冷機柜環境溫度值是否超過設定閾值范圍，不超過設定閾值范圍時保持半導體制冷片(31)基準工作電流、風機組件(34)基準電壓工作不變；超過設定閾值范圍上限時，經信息處理模塊(4)處理后增大半導體制冷片(31)基準工作電流、風機組件(34)基準工作電壓；超過設定閾值范圍下限時，經信息處理模塊(4)處理后減小風機組件(34)基準工作電壓、半導體制冷片(31)基準工作電流； 步驟4:信息處理模塊(4)判斷熱交換制冷單元⑶出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，不超過預設溫度閾值范圍時，保持半導體制冷片(31)浮動工作電流、風機組件(34)浮動工作電壓不變，直接轉至步驟8 ;當超出預設溫度閾值范圍下限時，保持半導體制冷片(31)浮動工作電流不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊(4)處理后減小風機組件(34)浮動工作電壓；當超出預設溫度閾值范圍上限時，保持風機組件(34)浮動工作電壓不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊(4)處理后增大半導體制冷片(31)浮動工作電流； 步驟5:調整風機組件(34)浮動工作電壓或半導體制冷片(31)浮動工作電流后，信息處理模塊(4)判斷熱交換制冷單元(8)出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，不超過預設溫度閾值范圍時，保持調整后半導體制冷片(31)浮動工作工作電流、風機組件(34)浮動工作電壓不變，直接轉至步驟8 ;當超出預設溫度閾值范圍下限時，保持調整后的風機組件(34)浮動工作電壓不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊(4)處理后減小半導體制冷片(31)浮動工作電流；當超過預設溫度閾值范圍上限時，保持調整后半導體制冷片(31)浮動工作電流不變，根據出水口冷卻水溫度值與預設溫度閾值的溫差值，經信息處理模塊(4)處理后增大風機組件(34)浮動工作電壓； 步驟6:調整風機組件(34)浮動工作電壓或半導體制冷片(31)浮動工作電流后，信息處理模塊(4)判斷熱交換制冷單元(8)出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，當不超過預設溫度閾值范圍時，保持調整后半導體制冷片(31)浮動工作電流、風機組件(34)浮動電壓不變，直接轉至步驟8;當出水口冷卻水溫度值超過預設溫度閾值范圍下限或上限時，循環執行步驟4?5，直到半導體制冷片(31)工作電流、風機組件(34)工作電壓均超過設定閾值下限或上限； 步驟7:信息處理模塊(4)判斷熱交換制冷單元⑶出水口冷卻水溫度值是否超出預設溫度閾值范圍，當出口冷卻水溫度值高于預設溫度閾值范圍上限且半導體制冷片(31)工作電流、風機組件(34)工作電壓均高于預設閾值范圍上限時，保持半導體制冷片(31)電流、風機組件(34)工作電壓至預設閾值范圍上限狀態工作，向故障報警裝置(11)、顯示操控模塊(5)發送故障狀態信息，狀態指示模塊(7)相應熱交換制冷單元(8)狀態指示燈變為紅色報警狀態；當出水口冷卻水溫度值超過預設溫度閾值范圍下限且半導體制冷片(31)電流、風機組件(34)工作電壓均超過預設閾值范圍下限時，保持半導體制冷片(31)電流、風機組件(34)工作電壓至預設閾值范圍下限狀態工作，向故障報警裝置(11)、顯示操控模塊(5)發送故障狀態信息； 步驟8:信息處理模塊(4)判斷主定量泵(21)流量值是否超出預設閾值范圍，當流量值超出預設閾值范圍時，發送熱交換制冷單元(8)定量泵工作故障信號給顯示操控模塊(5)、故障報警裝置(11)，發送切換信號至控制信號轉換模塊(24)，經控制信號轉換模塊(24)轉換后切換主定量泵切換電磁閥(18)、備用定量泵切換電磁閥(19)工作狀態，改變狀態指示模塊(X)相應熱交換制冷單元(8)定量泵的狀態指示燈為閃爍提醒狀態或紅色報警狀態； 步驟9:信息處理模塊(4)判斷壓力轉換單元(9)出水口壓力值是否超出預設閾值范圍，當出水口壓力值超出預設閾值范圍時，發送壓力轉換單元(9)對應壓力調節閥故障信號給顯示操控模塊(5)、故障報警裝置(11)，改變狀態指示模塊(7)相應壓力轉換單元(9)對應壓力調節閥狀態指示燈為紅色報警狀態。
9.根據權利要求8所述的噪音冗余控制方法，其特征在于，步驟I所述對所述模塊化水冷機柜進行初始化，具體如下: 步驟Al:確定熱交換制冷單元(8)的工作狀態、工作模式； 步驟A2:信息采集模塊(3)分別采集環境溫度值、外部水冷電子設備(13)溫度值、壓力轉換單元(9)壓力值和熱交換制冷單元(8)的進水口溫度值、出水口溫度值、出水口流量值； 步驟A3:信息處理模塊(4)判斷水冷機柜環境溫度值是否超過設定閾值范圍，不超過設定閾值范圍時保持半導體制冷片(31)基準工作電流、風機組件(34)基準工作電壓不變；超過設定閾值范圍上限時，經信息處理模塊(4)處理后增大半導體制冷片(31)基準工作電流、風機組件(34)基準工作電壓；超過設定閾值范圍下限時，減小風機組件(34)基準工作電壓、半導體制冷片(31)基準工作電流； 步驟A4:信息處理模塊(4)判斷溫度值、流量值、壓力值是否超出預設閾值范圍，判斷各熱交換制冷單元(8)中定量泵、散熱組件(17)工作狀態和壓力轉換單元(9)壓力調節閥(38)工作狀態是否正常，均不超出預設閾值時，向顯示操控模塊(5)發送狀態正常信息，狀態指示模塊(7)狀態指示燈變變為綠色正常狀態；溫度值、流量值、壓力值超出預設閾值時，向顯示操控模塊(5)發送報警或信息故障，狀態指示模塊(7)指示燈變為閃爍報警狀態或紅色故障狀態。
【文檔編號】H05K7/20GK104457068SQ201410742918
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優先權日:2014年12月8日
【發明者】盧錫銘, 翟永寧, 孫成寬, 袁麗, 張苗, 王濤, 黃宇輝, 黃江豐, 陳歡峰, 梁尚勇 申請人:中國船舶重工集團公司第七一六研究所