CN109388215B - 一种加固型液冷风冷组合式散热系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种加固型液冷风冷组合式散热系统及控制方法，系统包括液冷冷排、流体泵、系统风扇、主功能区、第一进风区和第二进风区；主功能区和第一进风区与后面板之间设置有系统背板；主功能区、第一进风区和第二进风区与顶板之间设置有夹层板，夹层板与顶板之间设置有上部导风板；主功能区包括自上而下平行于顶板和底板的液冷散热模块和风冷散热模块；插拔口与第一侧板之间设置有第一散热窗，第一散热窗与第一进风区连通，插拔口与第二侧板之间设置有第二散热窗，第二散热窗与第二进风区连通；第一进风区内设置有风冷子系统风扇；第二进风区内设置有导风结构。

Description

一种加固型液冷风冷组合式散热系统及控制方法
技术领域
本发明属于加固计算机技术领域，具体涉及一种加固型液冷风冷组合式散热系统及控制方法。
背景技术
风冷、液冷作为电子设备最常见的两种强迫对流换热形式，各有其优势及适用场合。
风冷系统成本低、易实现，易维护。但受限于热源空间位置、散热空间限制以及允许的风扇规格、噪音限制等，实际散热效能往往有限，一般仅能应对体积热流密度不超过0.4W/cm3的场合。
军用、工控类加固产品，一般对高温可靠性有非常高的要求，随着性能要求的提升以及整机功耗密度的提升，高性能计算、图形工作站等核心板卡超高功耗、其他附属板卡功耗相对较低的场合，纯风冷散热系统越发捉襟见肘。
液冷系统，因液冷工质对流换热能力百倍千倍于空气，故在液冷端以远低于风冷鳍片的散热面积即可得到可观的对流换热强度。尽管热量最终仍是通过冷排或液冷源最终传导至大气环境中，且增加了中间热阻，但风冷端常常因空间放开而有非常可观的散热面积，最终可获得更理想的由芯片结-壳到大气环境的温度分布。因此，液冷系统特别适用于解决空间局促条件下的热流密度高、耐温值低的芯片散热问题，如何将液冷-风冷散热方式组合实现加固型计算机系统经济、有效的散热是急需解决的问题。
此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种加固型液冷风冷组合式散热系统及控制方法，是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述军用、工控类加固产品，一般对高温可靠性有非常高的要求，随着性能要求的提升以及整机功耗密度的提升，高性能计算、图形工作站等核心板卡超高功耗、其他附属板卡功耗相对较低的场合，纯风冷散热系统越发捉襟见肘，而如何将液冷-风冷散热方式组合实现加固型计算机系统尚未实现的缺陷，提供一种加固型液冷风冷组合式散热系统及控制方法，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：
一种加固型液冷风冷组合式散热系统，包括机箱外壳，机箱外壳包括前面板、后面板、顶板、底板、第一侧板和第二侧板；
底板的后面板处设置有液冷冷排和流体泵，液冷冷排上设置有系统风扇，且液冷冷排与系统风扇设置在第二侧板处；
机箱外壳内设置有主功能区，主功能区设置在底板的前面板处，主功能区与第一侧板之间设置有第一进风区，主功能区与第二侧板之间设置有第二进风区；主功能区和第一进风区与后面板之间设置有系统背板；
主功能区、第一进风区和第二进风区与顶板之间设置有夹层板，夹层板与顶板之间设置有上部导风板，前面板的上部设置有出风口，出风口与顶板、夹层板以及上部导风板之间区域连通；
主功能区包括自上而下平行于顶板和底板的功能节点；
上层功能节点包括液冷散热模块和功耗节点，中层和/或下层功能节点包括风冷散热模块和功耗节点；
夹层板下部的前面板中部设置有插拔口，插拔口与主功能区相连，用于插入功能节点；
插拔口与第一侧板之间设置有第一散热窗，第一散热窗与第一进风区连通，插拔口与第二侧板之间设置有第二散热窗，第二散热窗与第二进风区连通；
第一进风区内设置有风冷子系统风扇，风冷子系统风扇设置在主功能区外侧，且与风冷散热模块连通；
第二进风区内设置有导风结构，导风结构垂直设置在底板和夹层板之间，且导风结构设置在第二散热窗与系统风扇之间，以及第二散热窗与风冷散热模块之间；
流体泵与液冷冷排进口以及液冷散热模块出口连接，液冷冷排出口与液冷散热模块进口连接。流体泵与液冷冷排和液冷散热模块形成液冷循环，液冷散热模块将功耗节点的热量带到液冷冷排处，系统风扇将热量带走，经顶板、夹层板以及上部导风板之间的出风口排出；
第一散热窗、风冷子系统风扇、风冷散热模块、导风结构以及系统风扇形成“Z”字形散热风道，风冷散热模块将功耗节点的热量由“Z”字形散热风道带到系统风扇处，系统风扇将热量带走，经顶板、夹层板以及上部导风板之间的出风口排出，形成循环。
进一步地，还包括控制模块，控制模块连接有流量计和测温传感器；
流量计设置在液冷散热模块内部，测温传感器设置在各功耗节点外部；
控制模块还与流体泵、系统风扇和风冷子系统风扇连接。控制模块通过精密测温实现液冷散热模块以及风冷散热模块按需启动，液流流速按需调节，改善了系统的经济性能，既能保证达到散热需求，又防止过度散热。
进一步地，控制模块与系统风扇和风冷子系统风扇之间分别连接有PWM调节模块；
或者，控制模块与系统风扇和风冷子系统风扇之间分别连接有电压调节模块。通过PWM方式可以调节风扇转速，通过调节风扇的电压也可调节风扇的转速。
进一步地，液冷散热模块采用板级液冷系统，液冷散热模块进口与液冷冷排出口，以及液冷散热模块出口与流体泵均通过盲插式流体连接器连接。
进一步地，所述液冷散热模块的数量为若干个，所述风冷散热模块的数量为若干个。
进一步地，所述风冷子系统风扇的数量为两个。
本发明还给出如下技术方案：
一种加固型液冷风冷组合式散热系统控制方法，控制模块通过测温传感器获取各功耗节点的温度值，并根据各功耗节点的温度值控制流体泵的启停、风冷子系统风扇的启停、液冷散热模块内液体流速以及风冷子系统风扇的转速。
进一步地，具体步骤如下：
S1.控制模块通过温度传感器获取功耗节点的温度值；
S2.当温度值超过第一温度阈值，且功耗节点采用液冷散热模块散热时，控制模块控制流体泵启动，且控制液冷散热模块内液体流速为第一流速，返回步骤S1；
S3.当温度值超过第一温度阈值，且功耗节点采用风冷散热模块散热时，控制模块控制风冷子系统风扇启动，且控制风冷子系统风扇转速为第一转速，返回步骤S1；
S4.当温度值超过第二温度阈值，且功耗节点采用液冷散热模块散热时，控制模块控制液冷散热模块内液体流速为第二流速，返回步骤S1；
S5.当温度值超过第二温度阈值，且功耗节点采用风冷散热模块散热时，控制模块控制风冷子系统风扇转速为第二转速，返回步骤S1；
S6.当温度值低于第三温度值，且功耗节点采用液冷散热模块散热时，控制模块控制流体泵停止，返回步骤S1；
S7.当温度值低于第三温度值，且功耗节点采用风冷散热模块散热时，控制模块控制风冷子系统风扇停止,返回步骤S1。
本发明的有益效果在于：
本发明通过高效率的液冷散热模块与易实现、低成本的风冷散热模块有机组合，实现恶劣条件下高功耗系统的高效散热、按需散热，从而在保证系统可靠的基础上，获得最佳的经济性表现。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图一；
图2为本发明的系统结构示意图二；
图3为本发明的控制模块的系统连接示意图；
图4为本发明的方法流程图；
其中，1-机箱外壳；1.1-前面板；1.2-后面板；1.3-顶板；1.4-底板；1.5-第一侧板；1.6-第二侧板；2-液冷冷排；3-流体泵；4-系统风扇；5-主功能区；6-第一进风区；7-第二进风区；8-系统背板；9-夹层板；10-上部导风板；11-出风口；12-液冷散热模块；13-风冷散热模块；14-插拔口；15-第一散热窗；16-第二散热窗；17-风冷子系统风扇；18-导风结构；19-控制模块；20-流量计；21-测温传感器。
具体实施方式：
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
如图1和图2所示，本发明提供一种加固型液冷风冷组合式散热系统，包括机箱外壳1，机箱外壳包括前面板1.1、后面板1.2、顶板1.3、底板1.4、第一侧板1.5和第二侧板1.6；
底板1.4的后面板1.2处设置有液冷冷排2和流体泵3，液冷冷排2上设置有系统风扇4，且液冷冷排2与系统风扇4设置在第二侧板1.5处；
机箱外壳1内设置有主功能区5，主功能区5设置在底板1.4的前面板1.1处，主功能区5与第一侧板1.5之间设置有第一进风区6，主功能区5与第二侧板1.6之间设置有第二进风区7；主功能区5和第一进风区6与后面板1.2之间设置有系统背板8；
主功能区5、第一进风区6和第二进风区7与顶板1.3之间设置有夹层板9，夹层板9与顶板1.3之间设置有上部导风板10，前面板1.1的上部设置有出风口11，出风口11与顶板1.3、夹层板9以及上部导风板10之间区域连通；
主功能区5包括自上而下平行于顶板1.3和底板1.4的3U功能节点；
上层功能节点包括液冷散热模块12和功耗节点，中层和下层功能节点包括风冷散热模块13和功耗节点；
夹层板9下部的前面板1.1中部设置有插拔口14，插拔口14与主功能区5相连，用于插入功能节点；
插拔口14与第一侧板1.5之间设置有第一散热窗15，第一散热窗15与第一进风区6连通，插拔口14与第二侧板1.6之间设置有第二散热窗16，第二散热窗16与第二进风区7连通；
第一进风区6内设置有风冷子系统风扇17，风冷子系统风扇17设置在主功能区5外侧，且与风冷散热模块13连通；所述风冷子系统风扇17的数量为两个；
第二进风区7内设置有导风结构18，导风结构18垂直设置在底板1.4和夹层板9之间，且导风结构18设置在第二散热窗16与系统风扇4之间，以及第二散热窗16与风冷散热模块13之间；
流体泵3与液冷冷排2进口以及液冷散热模块12出口连接，液冷冷排2出口与液冷散热模块12进口连接；
如图3所示，系统还包括控制模块19，控制模块19连接有流量计20和测温传感器21；
流量计20设置在液冷散热模块12内部，测温传感器21设置在各功耗节点外部；
控制模块19还与流体泵3、系统风扇4和风冷子系统风扇17连接。
上述实施例1中，控制模块19与系统风扇4和风冷子系统风扇17之间分别连接有PWM调节模块；
或者，控制模块19与系统风扇4和风冷子系统风扇17之间分别连接有电压调节模块。
上述实施例1中，液冷散热模块12采用板级液冷系统，液冷散热模块12进口与液冷冷排2出口，以及液冷散热模块12出口与流体泵3均通过盲插式流体连接器连接。
上述实施例1中，以3U插板式上架服务器为例，实际并非仅限于此种形式。
实施例2：
如图4所示，本发明提供一种加固型液冷风冷组合式散热系统控制方法，控制模块通过测温传感器获取各功耗节点的温度值，并根据各功耗节点的温度值控制流体泵的启停、风冷子系统风扇的启停、液冷散热模块内液体流速以及风冷子系统风扇的转速；具体步骤如下：
S1.控制模块通过温度传感器获取功耗节点的温度值；
S2.当温度值超过第一温度阈值，且功耗节点采用液冷散热模块散热时，控制模块控制流体泵启动，且控制液冷散热模块内液体流速为第一流速，返回步骤S1；
S3.当温度值超过第一温度阈值，且功耗节点采用风冷散热模块散热时，控制模块控制风冷子系统风扇启动，且控制风冷子系统风扇转速为第一转速，返回步骤S1；
S4.当温度值超过第二温度阈值，且功耗节点采用液冷散热模块散热时，控制模块控制液冷散热模块内液体流速为第二流速，返回步骤S1；
S5.当温度值超过第二温度阈值，且功耗节点采用风冷散热模块散热时，控制模块控制风冷子系统风扇转速为第二转速，返回步骤S1；
S6.当温度值低于第三温度值，且功耗节点采用液冷散热模块散热时，控制模块控制流体泵停止，返回步骤S1；
S7.当温度值低于第三温度值，且功耗节点采用风冷散热模块散热时，控制模块控制风冷子系统风扇停止,返回步骤S1。
本发明的实施例是说明性的，而非限定性的，上述实施例只是帮助理解本发明，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他的具体实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种加固型液冷风冷组合式散热系统，其特征在于，包括机箱外壳，机箱外壳包括前面板、后面板、顶板、底板、第一侧板和第二侧板；
底板的后面板处设置有液冷冷排和流体泵，液冷冷排上设置有系统风扇，且液冷冷排与系统风扇设置在第二侧板处；
机箱外壳内设置有主功能区，主功能区设置在底板的前面板处，主功能区与第一侧板之间设置有第一进风区，主功能区与第二侧板之间设置有第二进风区；主功能区和第一进风区与后面板之间设置有系统背板；
主功能区、第一进风区和第二进风区与顶板之间设置有夹层板，夹层板与顶板之间设置有上部导风板，前面板的上部设置有出风口，出风口与顶板、夹层板以及上部导风板之间区域连通；
主功能区包括自上而下平行于顶板和底板的功能节点；
上层功能节点包括液冷散热模块和功耗节点，中层和/或下层功能节点包括风冷散热模块和功耗节点；
夹层板下部的前面板中部设置有插拔口，插拔口与主功能区相连，用于插入功能节点；
插拔口与第一侧板之间设置有第一散热窗，第一散热窗与第一进风区连通，插拔口与第二侧板之间设置有第二散热窗，第二散热窗与第二进风区连通；
第一进风区内设置有风冷子系统风扇，风冷子系统风扇设置在主功能区外侧，且与风冷散热模块连通；
第二进风区内设置有导风结构，导风结构垂直设置在底板和夹层板之间，且导风结构设置在第二散热窗与系统风扇之间，以及第二散热窗与风冷散热模块之间；
流体泵与液冷冷排进口以及液冷散热模块出口连接，液冷冷排出口与液冷散热模块进口连接。
2.如权利要求1所述的一种加固型液冷风冷组合式散热系统，其特征在于，还包括控制模块，控制模块连接有流量计和测温传感器；
流量计设置在液冷散热模块内部，测温传感器设置在各功耗节点外部；
控制模块还与流体泵、系统风扇和风冷子系统风扇连接。
3.如权利要求2所述的一种加固型液冷风冷组合式散热系统，其特征在于，控制模块与系统风扇和风冷子系统风扇之间分别连接有PWM调节模块；
或者，控制模块与系统风扇和风冷子系统风扇之间分别连接有电压调节模块。
4.如权利要求1所述的一种加固型液冷风冷组合式散热系统，其特征在于，液冷散热模块采用板级液冷系统，液冷散热模块进口与液冷冷排出口，以及液冷散热模块出口与流体泵均通过盲插式流体连接器连接。
5.如权利要求1所述的一种加固型液冷风冷组合式散热系统，其特征在于，所述液冷散热模块的数量为若干个，所述风冷散热模块的数量为若干个。
6.如权利要求1所述的一种加固型液冷风冷组合式散热系统，其特征在于，所述风冷子系统风扇的数量为两个。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的加固型液冷风冷组合式散热系统控制方法，其特征在于，控制模块通过测温传感器获取各功耗节点的温度值，并根据各功耗节点的温度值控制流体泵的启停、风冷子系统风扇的启停、液冷散热模块内液体流速以及风冷子系统风扇的转速；具体步骤如下：
S1.控制模块通过温度传感器获取功耗节点的温度值；
S2.当温度值超过第一温度阈值，且功耗节点采用液冷散热模块散热时，控制模块控制流体泵启动，且控制液冷散热模块内液体流速为第一流速，返回步骤S1；
S3.当温度值超过第一温度阈值，且功耗节点采用风冷散热模块散热时，控制模块控制风冷子系统风扇启动，且控制风冷子系统风扇转速为第一转速，返回步骤S1；
S4.当温度值超过第二温度阈值，且功耗节点采用液冷散热模块散热时，控制模块控制液冷散热模块内液体流速为第二流速，返回步骤S1；
S5.当温度值超过第二温度阈值，且功耗节点采用风冷散热模块散热时，控制模块控制风冷子系统风扇转速为第二转速，返回步骤S1；
S6.当温度值低于第三温度值，且功耗节点采用液冷散热模块散热时，控制模块控制流体泵停止，返回步骤S1；
S7.当温度值低于第三温度值，且功耗节点采用风冷散热模块散热时，控制模块控制风冷子系统风扇停止,返回步骤S1。
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