CN102014593A - 一种水冷机柜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水冷机柜，包括柜体，柜体内设置有至少两个用于调节机柜温度的风机，在柜体内还设置有至少两个分别用于测量每个风机处温度值的温度探头，以及用于根据相应温度探头所测得的温度值来控制相应被控风机转速的控制模块。本发明通过采用不同温度探头来采集各风机对应位置的温度值，使得每个风机的转速由各自对应位置的温度值来控制，使柜体内温度达到平衡，保证了柜体温度的一致性，使得柜体设备工作于恒定环境，能减少故障，并延长机柜设备使用寿命。

Description

一种水冷机柜
技术领域
本发明涉及通信机柜，更具体地说，涉及一种水冷机柜。
背景技术
随着高热密度机房建设速度的加快，机房散热问题被越来越多的关注，传统风冷系统不足以带走每机柜20～30kW的发热量。为了解决这一问题，水冷机柜便是个很好的解决方案。其原理是，把冷水送达到液体冷却柜，先用柜内风机将热风从服务器后部抽到液体冷却柜中，用内部水管制冷热风，然后将冷风吹到服务器前部，而热水再回流到室外的循环制冷设备，通过这一过程不断循环达到制冷效果。
水冷机柜采用封闭柜体，内部与外部隔离，在柜体后门内上、中、下分别设有三个风机，风机转速通过脉冲宽度调制(PWM)来控制，用于调节机柜内的空气流动速度，空气的流动速度决定了热交换是否充分。现有水冷机柜通过监测一个温度点的温度来控制三个风机转速，因此三个风机转速相同。
由于上、中、下三个风机与机柜内盘管的距离不同、风道不同，且每个位置的机柜内设备产生的热量及阻力不同，而三个风机的转速相同，因此多种因素导致机柜后门内上、中、下的不同位置温度不一致，使机柜内设备处于不同的温度环境下，因此会对机柜内设备的正常工作产生影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种水冷机柜。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种水冷机柜，包括柜体，所述柜体内设置有至少两个用于调节机柜温度的风机，其中，在所述柜体内还设置有至少两个分别用于测量每个所述风机处温度值的温度探头，以及用于根据相应温度探头所测得的温度值来控制相应被控风机转速的控制模块。
本发明所述的水冷机柜，其中，所述控制模块包括与相应温度探头相连接的温度采集单元，连接温度采集单元的温度比较单元，以及与相应被控风机相连接的控制单元；其中，
所述温度采集单元，用于采集相连接的温度探头所测得的温度值；
所述温度比较单元，用于在相应被控风机只设置有一个所述温度探头时，将所述温度值与表示柜体内设备最佳工作温度范围的第一预设温度阈值范围的上下限相比较；
所述控制单元，用于在所述温度值超出所述第一温度阈值范围的上限时，控制相应的被控风机转速增加，或在温度值低于所述第一温度阈值范围的下限时，控制相应的被控风机转速减小。
本发明所述的水冷机柜，其中，所述控制模块还包括温度计算单元；其中，
所述温度比较单元，还用于在相应被控风机设置有多个所述温度探头时，判断所采集的多个温度值是否超出表示温度探头在正常工作状态下所能检测到的温度范围的第二预设温度阈值范围；
所述温度计算单元，用于在多个温度值均未超出所述第二预设温度阈值范围时，对多个温度值取平均值，或者在去除多个温度值中超出所述第二预设温度阈值范围的温度值后，对其余的温度值取平均值；
所述温度比较单元，还用于将所述温度计算单元计算得到的平均值作为相应被控风机处温度值与所述第一预设温度阈值范围的上下限相比较；
所述控制单元，用于在所述温度计算单元计算得到的平均值超出所述第一温度阈值范围的上限时，控制相应的被控风机转速增加，或在所述温度计算单元计算得到的平均值低于所述第一温度阈值范围的下限时，控制相应的被控风机转速减小，还用于在多个温度值均超出所述第二预设温度阈值范围时，以默认模式控制所述风机转速。
本发明所述的水冷机柜，其中，所述柜体内设置有至少两个所述控制模块，每个所述控制模块分别与相应被控风机和测量该风机温度值的温度探头相连接，用于根据所述温度探头所测得的温度值控制相应的风机。
本发明所述的水冷机柜，其中，用于测量同一风机温度值的多个所述温度探头规格不同。
本发明所述的水冷机柜，其中，用于测量同一风机温度值的温度探头分别靠近相应的被控风机设置。
本发明所述的水冷机柜，其中，所述控制模块还包括连接所述温度比较单元的定时单元，用于控制所述温度比较单元在控制单元对风机完成一次控制操作之后，间隔预定时间再将所述温度采集单元所采集到的温度值与所述第一预设温度阈值范围的上下限相比较。
本发明所述的水冷机柜，其中，所述水冷机柜还包括连接所述控制单元的报警装置，用于在多个温度值中有超出所述第二预设温度阈值范围时，对相应的温度探头发出报警信号。
本发明所述的水冷机柜，其中，所述柜体后门上、中、下三个位置分别设置有一个所述风机。
本发明的有益效果在于：通过在柜体内设置至少两个分别与两个风机相对应的温度探头，即采用不同温度探头来采集各风机对应位置的温度值，使得每个风机的转速由各自对应位置的温度值来控制，当对应位置的温度值过高时，则控制对应风机转速增加，当对应位置的温度值过低时，则控制对应风机转速减小，最终将柜体内不同位置的温度调节至相同，使柜体内温度达到平衡，保证了柜体温度的一致性，使得柜体设备工作于恒定环境，能减少故障，并延长机柜设备使用寿命。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明较佳实施例的水冷机柜中多个风机控制原理结构示意图；
图2是本发明较佳实施例的水冷机柜中其中一个风机控制结构原理图一；
图3是本发明较佳实施例的水冷机柜中其中一个风机控制结构原理图二；
图4是本发明另一实施例的水冷机柜中多个风机控制原理结构示意图；
图5是本发明另一实施例的水冷机柜中不同风机连接不同数目温度探头原理结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例的水冷机柜中多个风机控制原理结构示意图如图1所示。根据图1所示，水冷机柜包括柜体1，例如可以是封闭的柜体，用于支撑、保护、隔离内部设备。柜体1内设置有至少两个用于调节机柜温度的风机20，如图1中所示的三个，但不限于三个。在柜体1内还设置有至少两个分别用于测量每个风机20处温度值的温度探头30，即给每个风机20至少设置一个温度探头30，在柜体1内还设置有用于单独控制每个风机20转速的控制模块10。控制模块10分别与被控风机20及相应的温度探头30相连接，以根据相应温度探头30所测得的风机温度值来控制相应被控风机20的转速。其中，对于只设置有一个温度探头的风机，这里所指的风机温度值对应的就是该温度探头所测得的温度值，对于设置有多个温度探头的风机，这里所指的风机温度值对应的是该多个温度探头全部或部分所测得温度的平均值。
通过在柜体内设置至少两个分别与两个风机20相对应的温度探头30，即采用不同温度探头30来分别采集风机20所处位置的温度值，使得每个风机20的转速由各自对应位置的温度值来控制，以保证了柜体1内温度的一致性，使得柜体内设备工作于恒定环境，减少故障，并延长机柜设备使用寿命。
上述实施例中，温度探头30可直接采用温度传感器。每个温度探头30可分别放置在柜体内合适的位置，以准确测得相应被控风机20附近位置的温度。当对应位置的温度值过高时，则控制模块10可控制对应风机20转速增加，以降低该位置的温度；当对应位置的温度值过低时，则控制模块10可控制对应风机20转速减小，以提高该位置的温度。最终将柜体内不同位置的温度调节至相同，使柜体1内温度达到平衡，使得柜体设备工作于恒定环境，减少故障，并延长机柜设备使用寿命。
在进一步的实施例中，如图2所示，控制模块10包括：与温度探头30相连接的温度采集单元11，连接温度采集单元11的温度比较单元12，以及与相应被控风机20相连接的控制单元13。其中，该温度采集单元11、温度比较单元12、控制单元13可采用硬件或软件来实现。
温度采集单元11，用于采集相连接的温度探头30所测得的温度值。温度采集单元11可连续的采集温度值，并发送给温度比较单元12。
温度比较单元12，用于在相应被控风机只设置有一个温度探头时，将温度采集单元11所测得的温度值与第一预设温度阈值范围的上下限相比较。其中，第一预设温度阈值范围为柜体内设备最佳工作温度，该第一预设温度阈值范围可在机柜系统中根据需要设定，可以是某一温度值，或者是某一温度值范围。当第一预设温度阈值范围为某一温度值范围时，将温度探头30所测得的温度值分别与该温度值范围的上限和下限进行比较；当该第一预设温度阈值范围只是一个具体的温度值时，则将该温度值既作为上限，也作为下限进行比较。
控制单元13，用于在某一温度探头30所检测的温度值超出第一温度阈值范围的上限时，控制与该温度探头30相对应的被控风机20转速增加，或在某一温度探头30所检测的温度值低于第一温度阈值范围的下限时，控制与该温度探头30相对应的被控风机20转速减小。由于对不同的风机分别进行控制，这样可保证柜体温度的一致性，使得柜体设备工作于恒定环境，减少故障，并延长机柜设备使用寿命。
以上实施例中对温度比较单元12和控制单元13的功能描述是在相应被控风机只设置有一个温度探头时的情况。
在进一步的实施例中，如图3所示，控制模块10还包括温度计算单元14。其中，温度比较单元12，还用于在给同一风机20设置有多个温度探头30时，判断温度采集单元11所采集到的多个温度探头30检测的温度值是否超出第二预设温度阈值范围。其中，该第二预设温度阈值范围表示温度探头30在正常工作状态下所能检测到的温度上限和温度下限，可在机柜系统中根据需要设定，超出该温度值范围表示相应的温度探头30出现故障，否则为正常。
温度计算单元14，用于在多个温度值均未超出第二预设温度阈值范围时，对多个温度值取平均值，或者在有部分温度值超出第二预设温度阈值范围时，去除多个温度值中超出第二预设温度阈值范围的温度值后，对其余的温度值取平均值。温度比较单元12再将计算所得到的平均值作为该风机20处温度值与第一预设温度阈值范围的上下限相比较。
控制单元13，此时根据温度计算单元14的判断结果，在测量同一风机的多个温度探头30所检测的全部或部分温度值的平均值超出第一温度阈值范围的上限时，控制相应的被控风机转速增加，或在测量同一风机的多个温度探头30所检测的全部或部分温度值的平均值低于第一温度阈值范围的下限时，控制相应的被控风机转速减小。
通过对风机20附近多个位置的温度取平均值，更能真实反映出风机20所处位置的温度，因此可以实现更加精确的温度控制，从而更加精确的调节每个风机20的转速，以保证柜体1内温度一致。同时这样也可减小单点测量中出现的故障几率，只要有其中一个温度探头30处于正常状态，就可使控制模块10能有效控制柜体内的风机20，保证机柜系统可靠性运行。
需要理解的是，以上实施例中，当柜体1内有多个风机20时，例如3个，如图5所示，其中的至少一个风机20设置有多个温度探头30，而另外一个或两个可以设置有一个温度探头30，也可以设置有两个或更多个温度探头30，在此不作限制。也就是说，柜体1内的风机20所设置的温度探头30个数可根据需要设定，并不是全部设置一个温度探头30，或者全部设置多个温度探头30。
以上实施例中，多个温度值均未超出第二预设温度阈值范围，表明所有的温度探头都处于正常工作状态，此时每个温度探头所采集的温度均可信；多个温度值中有部分超出第二预设温度阈值范围，表明其中有部分温度探头出现故障，其所采集的温度不可信，而只采用其余正常温度探头所采集的温度，保证柜体1内温度控制处于正常。
如果所有的温度值均超出第二预设温度阈值范围，表明所有的温度探头30均损坏，则控制单元13以默认模式来控制风机20转速。例如，为避免柜体内温度过高而损坏设备，默认此时柜体内温度已达到最大值，从而控制风机20降低转速。
在进一步的实施例中，在柜体1内给至少其中一个风机20设置有多个温度探头30时，该用于检测同一风机温度的多个温度探头30规格可以相同，也可以不同。但是优选地，该多个温度探头30规格不同，这样可防止同一规格温度探头造成的同时失效，也能有效避免相同规格温度探头测量造成的误差放大现象，使得对风机所处位置温度测量更加精确，从而实现更加精确的温度测量。
更优选地，将温度探头30设置在靠近相应被控风机20的位置，以精确测得各风机20附近的温度，以调节柜体1内温度平衡，保证柜体1内设备正常工作。
更优选地，如图3所示，控制模块10还包括定时单元15，用于控制温度比较单元12在控制单元13对风机20完成一次控制操作之后，间隔预定时间再将温度采集单元11所采集到的温度值与第一预设温度阈值范围的上下限相比较。其中，所间隔的预定时间可根据需要在机柜系统中设置。
进一步地，如图3所示，水冷机柜还包括用于在多个温度值中有超出第二预设温度阈值范围时，对相应的温度探头30发出报警信号的报警装置40，以提示该温度探头30出现故障。
在更加具体的实施例中，柜体后门上、中、下三个位置分别设置有一个用于调节机柜温度的风机20；在柜体内设置有与三个风机20相对应的三个温度探头30，以及三个分别用于单独控制三个风机20转速的控制模块10。其中控制模块10的结构如前述各实施例中所示，在此不再赘述。
其中，如图1所示，在柜体1内可只设置一个控制模块10，也可设置至少两个控制模块10，如图4中所示的替代方案，每个控制模块10分别与相应的被控风机20和测量该风机温度值的温度探头30相连接，用于根据温度探头30所测得的温度值控制相应的风机20。
根据前面各实施例中的描述，给每个风机设置的温度探头个数并不限制，因此每个风机所设置的温度探头个数可以不相等，如图5所示，其中一个风机设置一个温度探头，另一风机设置两个温度探头，另一风机再设置三个温度探头。对于设置有两个或两个以上温度探头的风机，控制模块则采用取平均值的方式来处理多个采集的温度值，以实现对风机的控制，具体方式可参见前面实施例的描述，在此不再赘述；对于只设置有一个温度探头的风机，则直接采用所测得的温度值来作为该风机处的温度值进行控制。
需要说明的是，本发明的水冷机柜除了包括前述各实施例中的各部分外，还可包括其余必要设备，在此不作详细描述。
本发明的有益效果在于：通过在柜体内设置至少两个分别与两个风机相对应的温度探头，即采用不同温度探头来采集各风机对应位置的温度值，使得每个风机的转速由各自对应位置的温度值来控制，当对应位置的温度值过高时，则控制对应风机转速增加，当对应位置的温度值过低时，则控制对应风机转速减小，最终将柜体内不同位置的温度调节至相同，使柜体内温度达到平衡，保证了柜体温度的一致性，使得柜体设备工作于恒定环境，能减少故障，并延长机柜设备使用寿命。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种水冷机柜，包括柜体，所述柜体内设置有至少两个用于调节机柜温度的风机，其特征在于，在所述柜体内还设置有至少两个分别用于测量每个所述风机处温度值的温度探头，以及用于根据相应温度探头所测得的温度值来控制相应被控风机转速的控制模块。
2.根据权利要求1所述的水冷机柜，其特征在于，所述控制模块包括与相应温度探头相连接的温度采集单元，连接温度采集单元的温度比较单元，以及与相应被控风机相连接的控制单元；其中，
所述温度采集单元，用于采集相连接的温度探头所测得的温度值；
所述温度比较单元，用于在相应被控风机只设置有一个所述温度探头时，将所述温度值与表示柜体内设备最佳工作温度范围的第一预设温度阈值范围的上下限相比较；
所述控制单元，用于在所述温度值超出所述第一温度阈值范围的上限时，控制相应的被控风机转速增加，或在温度值低于所述第一温度阈值范围的下限时，控制相应的被控风机转速减小。
3.根据权利要求2所述的水冷机柜，其特征在于，所述控制模块还包括温度计算单元；其中，
所述温度比较单元，还用于在相应被控风机设置有多个所述温度探头时，判断所采集的多个温度值是否超出表示温度探头在正常工作状态下所能检测到的温度范围的第二预设温度阈值范围；
所述温度计算单元，用于在多个温度值均未超出所述第二预设温度阈值范围时，对多个温度值取平均值，或者在去除多个温度值中超出所述第二预设温度阈值范围的温度值后，对其余的温度值取平均值；
所述温度比较单元，还用于将所述温度计算单元计算得到的平均值作为相应被控风机处温度值与所述第一预设温度阈值范围的上下限相比较；
所述控制单元，用于在所述温度计算单元计算得到的平均值超出所述第一温度阈值范围的上限时，控制相应的被控风机转速增加，或在所述温度计算单元计算得到的平均值低于所述第一温度阈值范围的下限时，控制相应的被控风机转速减小，还用于在多个温度值均超出所述第二预设温度阈值范围时，以默认模式控制所述风机转速。
4.根据权利要求3所述的水冷机柜，其特征在于，所述柜体内设置有至少两个所述控制模块，每个所述控制模块分别与相应被控风机和测量该风机温度值的温度探头相连接，用于根据所述温度探头所测得的温度值控制相应的风机。
5.根据权利要求3所述的水冷机柜，其特征在于，用于测量同一风机温度值的多个所述温度探头规格不同。
6.根据权利要求3所述的水冷机柜，其特征在于，用于测量同一风机温度值的温度探头分别靠近相应的被控风机设置。
7.根据权利要求3所述的水冷机柜，其特征在于，所述控制模块还包括连接所述温度比较单元的定时单元，用于控制所述温度比较单元在控制单元对风机完成一次控制操作之后，间隔预定时间再将所述温度采集单元所采集到的温度值与所述第一预设温度阈值范围的上下限相比较。
8.根据权利要求3所述的水冷机柜，其特征在于，所述水冷机柜还包括连接所述控制单元的报警装置，用于在多个温度值中有超出所述第二预设温度阈值范围时，对相应的温度探头发出报警信号。
9.根据权利要求3所述的水冷机柜，其特征在于，所述柜体后门上、中、下三个位置分别设置有一个所述风机。
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