CN109164895A - 一种服务器液冷系统及水泵一用一备无扰切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务器液冷系统及水泵一用一备无扰切换控制方法，该液冷系统包括：板式换热器；散热模块，所述散热模块包括进液侧、出液侧，所述进液侧中串联有流量阀，所述进液侧与外部的冷液提供系统连通，所述冷液提供系统为空调水系统；循环液体模块，所述循环液体模块中串联有动力单元、液冷单元，所述动力单元为相互并联设置的第一泵、第二泵，所述动力单元的两端分别设置有第一压力传感器、第二压力传感器，所述液冷单元的入口前串联有第一温度传感器；以及控制器。本发明的有益效果为实现服务器液冷系统可靠运行，大大提高了冷却系统的安全系数。

Description

一种服务器液冷系统及水泵一用一备无扰切换控制方法

技术领域

本发明属于服务器液冷系统领域，具体涉及一种服务器液冷系统及水泵一用一备无扰切换控制方法。

背景技术

在对液冷系统工作持续性和可靠性要求非常高的服务器行业，需要循环水来冷却服务器芯片，一旦冷却水循环终止将造成服务器停机。这种不可预知的突然停机对于服务器行业是不能接受的，将造成重大的经济损失。所以，保证服务器液冷系统水泵工作的可靠性和持续性是整个系统的关键。

目前，我们服务器液冷系统均采用备用水泵方案。但是通常，有两种方案切换水泵，一种是当水泵出现问题导致服务器停机，然后人工切换到备用泵，这种方式将造成非常大的经济损失。另一种是当水泵预计寿命快到了，提前关闭服务器然后切换到备用泵。这两种切换水泵的方式均会造成服务器的停机，降低了服务器的可靠性和持续性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种服务器液冷系统及水泵一用一备无扰切换控制方法，本发明能够满足服务器液冷系统对水泵可靠性和持续性要求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种服务器液冷系统，该液冷系统包括：板式换热器，所述板式换热器包括进行热量交换的第一侧与第二侧；散热模块，所述散热模块包括进液侧、出液侧，所述进液侧、出液侧与所述第一侧构成冷却流道，所述进液侧中串联有流量阀，所述进液侧与外部的冷液提供系统连通，所述冷液提供系统为空调水系统；循环液体模块，所述循环液体模块与所述第二侧构成热量传递流道，所述循环液体模块中串联有动力单元、液冷单元，所述动力单元为相互并联设置的第一泵、第二泵，所述动力单元的两端分别设置有第一压力传感器、第二压力传感器，所述液冷单元的入口前串联有第一温度传感器；以及

控制器，所述控制器与所述流量阀、第一温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第一泵、第二泵均电连接。控制器为PLC系统。流量阀为比例阀。PLC系统输出一电压值来控制第一泵、第二泵的转速大小。

所述液冷单元沿着循环液体的流动方向串联连接有分水器、液冷板组以及集水器。所述液冷板组包括多个液冷板，每个液冷板贴近服务器设置，从而将服务器产生热量带走。

该液冷系统还包括与所述液冷单元相并联的旁通单元，所述旁通单元沿所述流动方向串联连接有第一三通阀、旁通阀以及第二三通阀。旁通单元使得循环液体模块中可以存在部分自循环的液体，该部分液体直接经过旁通单元而不经过冷却单元，通过控制该部分自循环液体的流量大小，从而调整冷却单元的冷却功率。

所述分水器和/或集水器上连通设置有自动排气阀。

所述循环液体模块还包括水箱单元，所述水箱单元串联连接在所述动力单元与所述第一压力传感器中间。

所述水箱单元内部设置有液位开关，所述液位开关与所述控制器电连接，所述水箱单元还与补水系统连通，所述补水系统与所述水箱单元之间串联连接有电磁阀，所述电磁阀与所述控制器电连接。液位开关监测到水箱中水位下降到要求页面以下，控制器即控制电磁阀打开，补水系统向水箱中补水。水箱上开设有排气口。

所述服务器液冷系统还包括滴液盘，所述滴液盘设置在所述服务器液冷系统的底部，所述滴液盘中还设有泄露传感器，所述泄露传感器与所述控制器电连接。泄露传感器在发现滴液盘中出现液体时，向控制器发出泄露报警。

所述动力单元中还包括与所述第一泵串联连接的第一单向阀、与所述第二泵串联连接的第二单向阀。第一单向阀、第二单向阀使得第一泵与第二泵一起运转时，在动力单元内部不会产生自循环的液体流动以至于浪费功率。

所述进液侧中沿循环液体的流动方向还串联连接有过滤器和/或第二温度传感器和/或流量传感器。

一种水泵一用一备无扰切换控制方法，用于控制所述的服务器液冷系统，包括以下步骤：

步骤一、启动服务器液冷系统，向控制器中输入设定温度值和设定系统压差值；

步骤二、控制器实时获取第一压力传感器、第二压力传感器、第一温度传感器和流量阀的数值；

步骤三：基于PID控制，控制器将第一温度传感器的数值与设定温度值进行比较产生第一反馈，控制器将第一压力传感器与第二压力传感器的数值差和设定系统压差值进行比较产生第二反馈，根据第一反馈、第二反馈调节第一泵或第二泵的转速大小、流量阀的开放大小，使第一温度传感器的数值趋向所述设定温度值、第一压力传感器与第二压力传感器的数值差趋向所述设定系统压差值；

其中，当第一泵出现故障，控制器检测到第一压力传感器与第二压力传感器的数值差变小，控制器控制第二泵以第一泵故障之前的转速投入运行；

控制器中预存有压差-流量曲线图，压差为第一压力传感器与第二压力传感器的数值差，流量为在对应压差下单位时间内通过热量传递流道的横截面的液体流量，控制器根据压差即可计算出对应的流量，根据流量变化监测服务器液冷系统的运行；压差-流量曲线图是在设备生产时通过试运行确立的，后续工作中只需要测得压差就可估算出对应的流量，而不需要在系统中添加流量传感器，节省了产品成本。

所述循环液体模块设置有第三温度传感器，所述第三温度传感器串联设置在所述板式换热器与集水器之间，控制器根据所述第三温度传感器与第一温度传感器的数值差、流量计算出所述服务器液冷系统的冷却功率。流量可以算出流经冷却单元的总共液体数量，根据液体的比热容以及液体的温度数值差，可以算出液体吸收了多少热量，再除以时间就可以得到冷却单元的冷却功率，也即是被散热的服务器具有的热功耗。

所述各模块之间、各单元之间以及空调水系统的接入、补水系统的接入均采用自闭式快速接头。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的服务器液冷系统，通过控制器PLC控制调速水泵进行恒定压差控制，并结合系统固有压差-流量曲线实现恒定流量控制。当第一泵不可预知损坏，第二泵立即以第一泵损坏之前的转速启动，由于系统流量响应比较慢，切换过程流量没有扰动，实现服务器液冷系统可靠运行，大大提高了冷却系统的安全系数；

2、本发明的服务器液冷系统中分水器、集水器和自动排气阀，能够使服务器多机架服务器通过单个液冷系统实现集中冷却，而且能够自动排空系统中的空气；

3、本发明的服务器液冷系统中使用的自闭式快速接头使整个系统各部件连接更加快捷，便于安装和维护，而且在安装过程中无液体流出，保证服务器的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

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付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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本实施例提供一种服务器液冷系统，该液冷系统包括：板式换热器1，所述板式换热器1包括进行热量交换的第一侧与第二侧；散热模块2，所述散热模块包括进液侧21、出液侧22，所述进液侧21、出液侧22与所述第一侧构成冷却流道，所述进液侧21中串联有流量阀211，所述进液侧21与外部的冷液提供系统连通；循环液体模块3，所述循环液体模块3与所述第二侧构成热量传递流道，所述循环液体模块3中串联有动力单元31、液冷单元32，所述动力单元31为相互并联设置的第一泵311、第二泵312，所述动力单元31的两端分别设置有第一压力传感器4、第二压力传感器5，所述液冷单元32的入口前串联有第一温度传感器6；以及

控制器7，所述控制器7与所述流量阀211、第一温度传感器6、第一压力传感器4、第二压力传感器5、第一泵311、第二泵312均电连接。

作为优选，本实施例所述液冷单元32沿着循环液体的流动方向串联连接有分水器321、液冷板组322以及集水器323。

作为进一步优选，本实施例该液冷系统还包括与所述液冷单元32相并联的旁通单元33，所述旁通单元33沿所述流动方向串联连接有第一三通阀331、旁通阀332以及第二三通阀333。

作为进一步优选，本实施例所述分水器321和/或集水器323上连通设置有自动排气阀324。

作为进一步优选，本实施例所述循环液体模块3还包括水箱单元34，所述水箱单元34串联连接在所述动力单元31与所述第一压力传感器4中间。

作为进一步优选，本实施例所述水箱单元34内部设置有液位开关341，所述液位开关341与所述控制器7电连接，所述水箱单元34还与补水系统连通，所述补水系统与所述水箱单元34之间串联连接有电磁阀342，所述电磁阀342与所述控制器7电连接。

作为进一步优选，本实施例所述服务器液冷系统还包括滴液盘8，所述滴液盘8设置在所述服务器液冷系统的底部，所述滴液盘8中还设有泄露传感器9，所述泄露传感器9与所述控制器7电连接。

作为进一步优选，本实施例所述动力单元31中还包括与所述第一泵311串联连接的第一单向阀313、与所述第二泵312串联连接的第二单向阀314。

作为进一步优选，本实施例所述进液侧21中沿循环液体的流动方向还串联连接有过滤器212和/或第二温度传感器213和/或流量传感器214。

本实施例还公开了一种水泵一用一备无扰切换控制方法，用于控制所述的服务器液冷系统，包括以下步骤：

步骤一、启动服务器液冷系统，向控制器7中输入设定温度值和设定系统压差值；

步骤二、控制器7实时获取第一压力传感器4、第二压力传感器5、第一温度传感器6和流量阀211的数值；

步骤三：基于PID控制，控制器7将第一温度传感器6的数值与设定温度值进行比较产生第一反馈，控制器7将第一压力传感器4与第二压力传感器5的数值差和设定系统压差值进行比较产生第二反馈，根据第一反馈、第二反馈调节第一泵311或第二泵312的转速大小、流量阀211的开放大小，使第一温度传感器6的数值趋向所述设定温度值、第一压力传感器4与第二压力传感器5的数值差趋向所述设定系统压差值；

其中，当第一泵311出现故障，控制器7检测到第一压力传感器4与第二压力传感器5的数值差变小，控制器7控制第二泵312以第一泵311故障之前的转速投入运行；

控制器7中预存有压差-流量曲线图，压差为第一压力传感器4与第二压力传感器5的数值差，流量为在对应压差下单位时间内通过热量传递流道的横截面的液体流量，控制器7根据压差即可计算出对应的流量，根据流量变化监测服务器液冷系统的运行；

所述循环液体模块3设置有第三温度传感器10，所述第三温度传感器10串联设置在所述板式换热器1与集水器323之间，控制器7根据所述第三温度传感器10与第一温度传感器的数值差、流量计算出所述服务器液冷系统的冷却功率。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (10)

1.一种服务器液冷系统，其特征在于，该液冷系统包括：

板式换热器（1），所述板式换热器（1）包括进行热量交换的第一侧与第二侧；

散热模块（2），所述散热模块（2）包括进液侧（21）、出液侧（22），所述进液侧（21）、出液侧（22）与所述第一侧构成冷却流道，所述进液侧（21）中串联有流量阀（211），所述进液侧（21）与外部的冷液提供系统连通；

循环液体模块（3），所述循环液体模块（3）与所述第二侧构成热量传递流道，所述循环液体模块（3）中串联有动力单元（31）、液冷单元（32），所述动力单元（31）为相互并联设置的第一泵（311）、第二泵（312），所述动力单元（31）的两端分别设置有第一压力传感器（4）、第二压力传感器（5），所述液冷单元（32）的入口前串联有第一温度传感器（6）；以及

控制器（7），所述控制器（7）与所述流量阀（211）、第一温度传感器（6）、第一压力传感器（4）、第二压力传感器（5）、第一泵（311）、第二泵（312）均电连接。

2.根据权利要求1所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述液冷单元（32）沿着循环液体的流动方向串联连接有分水器（321）、液冷板组（322）以及集水器（323）。

3.根据权利要求2所述的服务器液冷系统，其特征在于，该液冷系统还包括与所述液冷单元（32）相并联的旁通单元（33），所述旁通单元（33）沿所述流动方向串联连接有第一三通阀（331）、旁通阀（332）以及第二三通阀（333）。

4.根据权利要求3所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述分水器（321）和/或集水器（323）上连通设置有自动排气阀（324）。

5.根据权利要求1所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述循环液体模块（3）还包括水箱单元（34），所述水箱单元（34）串联连接在所述动力单元（31）与所述第一压力传感器（4）之间。

6.根据权利要求5所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述水箱单元（34）内部设置有液位开关（341），所述液位开关（341）与所述控制器（7）电连接，所述水箱单元（34）还与补水系统连通，所述补水系统与所述水箱单元（34）之间串联连接有电磁阀（342），所述电磁阀（342）与所述控制器（7）电连接。

7.根据权利要求1所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述服务器液冷系统还包括滴液盘（8），所述滴液盘（8）设置在所述服务器液冷系统的底部，所述滴液盘（8）中还设有泄露传感器（9），所述泄露传感器（9）与所述控制器（7）电连接。

8.根据权利要求1所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述动力单元（31）中还包括与所述第一泵（311）串联连接的第一单向阀（313）、与所述第二泵（312）串联连接的第二单向阀（314）。

9.根据权利要求1所述的服务器液冷系统，其特征在于，所述进液侧（21）中沿循环液体的流动方向还串联连接有过滤器（212）和/或第二温度传感器（213）和/或流量传感器（214）。

10.一种水泵一用一备无扰切换控制方法，用于控制如权利要求1-9中所述的服务器液冷系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、启动服务器液冷系统，向控制器（7）中输入设定温度值和设定系统压差值；

步骤二、控制器（7）实时获取第一压力传感器（4）、第二压力传感器（5）、第一温度传感器（6）和流量阀（211）的数值；

步骤三：基于PID控制，控制器（7）将第一温度传感器（6）的数值与设定温度值进行比较产生第一反馈，控制器（7）将第一压力传感器（4）与第二压力传感器（5）的数值差和设定系统压差值进行比较产生第二反馈，根据第一反馈、第二反馈调节第一泵（311）或第二泵（312）的转速大小、流量阀（211）的开放大小，使第一温度传感器（6）的数值趋向所述设定温度值、第一压力传感器（4）与第二压力传感器（5）的数值差趋向所述设定系统压差值；

其中，当第一泵（311）出现故障，控制器（7）检测到第一压力传感器（4）与第二压力传感器（5）的数值差变小，控制器（7）控制第二泵（312）以第一泵（311）故障之前的转速投入运行；

控制器（7）中预存有压差-流量曲线图，压差为第一压力传感器（4）与第二压力传感器（5）的数值差，流量为在对应压差下单位时间内通过热量传递流道的横截面的液体流量，控制器（7）根据压差即可计算出对应的流量，根据流量变化监测服务器液冷系统的运行；

所述循环液体模块（3）设置有第三温度传感器（10），所述第三温度传感器（10）串联设置在所述板式换热器（1）与集水器（323）之间，控制器（7）根据所述第三温度传感器（10）与第一温度传感器的数值差、流量计算出所述服务器液冷系统的冷却功率。