CN116528571B - 一种采用液体流动散热技术的室外机柜系统 - Google Patents

一种采用液体流动散热技术的室外机柜系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及室外机柜的冷却技术领域，特别是涉及一种采用液体流动散热技术的室外机柜系统。系统包括室外机柜和散热系统，室外机柜包括柜体，散热系统包括设置在柜体至少一个侧壁上的导热板，导热板靠近柜体内部的第一面上以第一排布方式铺设有导热管；第一排布方式的获取方法包括以下步骤：S100，将所述第一面均分为M*N个子区域；S200，获取DHn和DLm；S300，获取PH和PL；S400，如果PH>PL，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设M条导热管，其中第m条导热管用于对第m列的子区域进行降温，且所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元。本发明提升了对室外机柜的整体降温效果。

Description

一种采用液体流动散热技术的室外机柜系统
技术领域
本发明涉及室外机柜的冷却技术领域，特别是涉及一种采用液体流动散热技术的室外机柜系统。
背景技术
室外机柜作为通信系统中必不可少的设备之一，用量广泛，一般安装在户外各种露天环境，其工作环境常常有高温、高湿、风吹雨淋等等；其内部需安装开关电源、PTN设备、网络交换机、BBU、蓄电池等有源发热设备。长期处在高温场景下工作的室外机柜，受光照影响，柜体温度急剧上升，严重影响柜内设备的正常运行。传统方案采用散热风机或空调进行降温，但是采用风扇散热存在以下问题：1、需在机柜上分别设置进风口及出风口，风扇工作时，常常把外界灰尘带入机柜，或外部异物、蚂蚁等昆虫进入机柜，危害设备安全运行；2、通风孔存在雨水侵入机柜的风险，影响机柜IP防护性能。采用空调存在以下问题：1、增加空调投资及维护保养，运营成本高；2、空调耗电量大，浪费大量能源；3、偏远站点空调维护困难，一旦空调异常，机柜系统失效，影响通信安全。
液体具有良好的流动性和导热性，基于液体流动散热技术的散热方法具有节能环保、能耗低和故障率低的优点，已经成为各种台式计算机和大型工作站散热的首选散热方法。如何采用液体流动散热技术实现对室外机柜进行降温，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明目的在于，提供一种采用液体流动散热技术的室外机柜系统，以采用液体流动散热技术实现对室外机柜进行降温。
根据本发明，提供了一种采用液体流动散热技术的室外机柜系统，所述室外机柜系统包括室外机柜和散热系统，所述室外机柜包括柜体，所述散热系统包括设置在柜体至少一个侧壁上的导热板，所述导热板靠近柜体内部的第一面上以第一排布方式铺设有导热管，所述导热管的内部装有导热液体；所述散热系统还包括用于对所述导热液体进行降温的地埋冷却系统；所述第一排布方式的获取方法包括以下步骤：
S100，将所述第一面均分为M*N个子区域，每个子区域为长为(L/M)且宽为(W/N)的矩形区域，L为所述第一面的长，W为所述第一面的宽，M为所述第一面对应的子区域列数，N为所述第一面对应的子区域行数；每个子区域包括P*Q个分区域单元，每个分区域单元为长为(L/M/P)且宽为(W/N/Q)的矩形区域，P为每个子区域对应的分区域单元列数，Q为每个子区域对应的分区域单元行数。
S200，获取第n行子区域的温度方差DHn和第m列子区域的温度方差DLm，n的取值范围为1到N，m的取值范围为1到M；DHn=(∑M i=1(THn,i-TH’n)2)/M，THn,i为所述第一面对应的第n行第i列的子区域EHn,i的温度，THn,i=((∑P a=1∑Q b=1THn,i a,b)/(P*Q))，THn,i a,b为EHn,i的第b行第a列的分区域单元的温度，a的取值范围为1到P，b的取值范围为1到Q，TH’n为所述第一面对应的第n行的M个子区域的温度的均值；DLm=(∑N j=1(TLm,j-TL’m)2)/N，TLm,j为所述第一面对应的第m列第j行的子区域ELm,j的温度，TLm,j=((∑P a=1∑Q b=1TLm,j a,b)/(P*Q))，TLm,j a,b为ELm,j的第b行第a列的分区域单元的温度，TL’m为所述第一面对应的第m列的N个子区域的温度的均值。
S300，获取所述第一面对应的行排布温度方差的均值PH和列排布温度方差的均值PL，PH=(∑N n=1DHn)/N，PL=(∑M m=1DLm)/M。
S400，如果PH>PL，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设M条导热管，其中第m条导热管用于对第m列的子区域进行降温，且所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元；如果PH<PL，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设N条导热管，其中第n条导热管用于对第n行的子区域进行降温，且所述第n条导热管经过第n行的每个子区域的每个分区域单元。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明采用液体流动散热技术实现了对室外机柜的降温，其中，在第一面上铺设了多条导热管，每条导热管对应的子区域不同，任一条导热管对应的子区域的温度差异较小，不同导热管对应的子区域的温度差异较大；基于此，本发明能够利用不同导热管对温度差异较大的子区域进行不同的降温控制，进而将各子区域对应的温度统一降到合理温度范围内，提升了对室外机柜的整体降温效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的第一排布方式的获取方法的流程图。
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，本领域技术人员在没有作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。
根据本发明，提供了一种采用液体流动散热技术的室外机柜系统，所述室外机柜系统包括室外机柜和散热系统，所述室外机柜包括柜体，所述散热系统包括设置在柜体至少一个侧壁上的导热板，所述导热板靠近柜体内部的第一面上以第一排布方式铺设有导热管，所述导热管的内部装有导热液体；所述散热系统还包括用于对所述导热液体进行降温的地埋冷却系统。
可选的，所述导热液体为硅油，导热管为铜管。根据本发明，导热板吸收室外热源和室内热源的热量后将热量传递给导热管内的低温硅油，硅油吸热后升温，变成高热硅油；在辅助泵的带动下，高热的硅油进入循环管路流入地埋冷却系统，地埋冷却系统利用地表内低温进行换热，作为一种实施例，地埋冷却系统包括上层冷却板和铺设在上层冷却板上的导热管，地埋冷却系统还包括设置在上层冷却板下方的底层冷却池，高温硅油在地埋冷却系统中的底部冷却池内降温，降温后的低温的硅油再循环流动，周而复始，使室外机柜形成一个自循环的冷却系统，达到对室外机柜降温散热的目的。
作为一种实施例，在柜体的两侧壁和柜体的前门和后门上均设置导热板，以快速对室外机柜进行散热。
根据本发明，所述第一排布方式的获取方法包括以下步骤：
S100，将所述第一面均分为M*N个子区域，每个子区域为长为(L/M)且宽为(W/N)的矩形区域，L为所述第一面的长，W为所述第一面的宽，M为所述第一面对应的子区域列数，N为所述第一面对应的子区域行数；每个子区域包括P*Q个分区域单元，每个分区域单元为长为(L/M/P)且宽为(W/N/Q)的矩形区域，P为每个子区域对应的分区域单元列数，Q为每个子区域对应的分区域单元行数。
作为一种可选的具体实施方式，P和Q由用户根据经验值设置。
作为一种优选的具体实施方式，P和Q的获取方法包括：
S110，获取所述第一面上的预设点的集合O={o1,o2,…,ox, …,oZ}，ox为所述第一面上的第x个预设点，x的取值范围为1到Z，Z为所述第一面上的预设点的数量。
可选的，预设点的数量和位置由用户根据经验设置。作为一种实施例，Z=4，第1个预设点位于第一面的左上部分区域，第2个预设点位于第一面的右上部分区域，第3个预设点位于第一面的左下部分区域，第4个预设点位于第一面的右下部分区域。
S120，遍历O，以ox为圆心，以第一预设半径r0为半径做圆，如果圆内任意两点之间的温度的差异值小于等于预设温度阈值，则将半径增加预设步长Δr做圆，如果圆内任意两点之间的温度的差异值小于等于预设温度阈值，则再将半径增加Δr做圆；重复判断圆内任意两点之间的温度的差异值是否小于等于预设温度阈值和做圆的操作，直至圆内任意两点之间的温度的差异值大于预设温度阈值，获取当前的半径rx’。
S130，将Z个当前的半径中最小的当前的半径作为目标半径R，如果(R-Δr)≤d1，则获取P=round(L/M/d1)，Q=round(W/N/d1)，d1为第一预设边长，round( )为取整；如果(R-Δr)≥d2，则获取P=round(L/M/d2)，Q=round(W/N/d2)，d2>d1，d2为第二预设边长；如果d1<(R-Δr)<d2且R-Δr-d1≥d2-R+Δr，则获取P=round(L/M/d2)，Q=round(W/N/d2)；如果d1<(R-Δr)<d2且R-Δr-d1<d2-R+Δr，则获取P=round(L/M/d1)，Q=round(W/N/d2)。
根据本发明，P和Q设置的越大，导热管的排布方式越复杂，铺设的导热管越长；P和Q设置的越小，子区域包括的分区域单元的温度越可能存在差异；本发明d1和d2的目的在于兼顾铺设的导热管的排布方式的复杂性和子区域内的分区域单元的温度差异，避免铺设的导热管的排布方式较为复杂或子区域内的分区域单元的温度差异较大。
作为一种实施例，d1=(min(L/M,W/N))/4，min( )为取最小值，d1用于避免将每个子区域划分为数量较多的分区域单元，降低导热管的排布方式的复杂性；d2=(min(L/M,W/N))/3，d2用于避免将每个子区域划分为面积较大的分区域单元，降低子区域内存在温度差异较大的分区域单元的概率。
S200，获取第n行子区域的温度方差DHn和第m列子区域的温度方差DLm，n的取值范围为1到N，m的取值范围为1到M；DHn=(∑M i=1(THn,i-TH’n)2)/M，THn,i为所述第一面对应的第n行第i列的子区域EHn,i的温度，THn,i=((∑P a=1∑Q b=1THn,i a,b)/(P*Q))，THn,i a,b为EHn,i的第b行第a列的分区域单元的温度，a的取值范围为1到P，b的导热管取值范围为1到Q，TH’n为所述第一面对应的第n行的M个子区域的温度的均值；DLm=(∑N j=1(TLm,j-TL’m)2)/N，TLm,j为所述第一面对应的第m列第j行的子区域ELm,j的温度，TLm,j=((∑P a=1∑Q b=1TLm,j a,b)/(P*Q))，TLm ,j a,b为ELm,j的第b行第a列的分区域单元的温度，TL’m为所述第一面对应的第m列的N个子区域的温度的均值。
本发明中分区域单元的温度用于表征第一面上对应位置需要散热量的多少，分区域单元的温度越高，说明第一面上对应位置需要的散热量越大。可选的，分区域单元的温度是相同应用场景下未加装导热管时在历史时间段采集的对应的分区域单元的平均温度。优选的，历史时间段是温度最高的时间段，比如连续3天的14:00-14:30的时间段。
S300，获取所述第一面对应的行排布温度方差的均值PH和列排布温度方差的均值PL，PH=(∑N n=1DHn)/N，PL=(∑M m=1DLm)/M。
S400，如果PH>PL，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设M条导热管，其中第m条导热管用于对第m列的子区域进行降温，且所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元；如果PH<PL，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设N条导热管，其中第n条导热管用于对第n行的子区域进行降温，且所述第n条导热管经过第n行的每个子区域的每个分区域单元。
根据本发明，所述第m条导热管以第一铺设方式经过第m列的每个子区域的每个分区域单元，优选的，所述第一铺设方式的获取方法包括：
S410，获取所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元的铺设方式的集合F，F={f1,f2,…,fg,…,fG}，fg为第g种所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元的铺设方式，g的取值范围为1到G，G为所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元的铺设方式的数量。
S420，遍历F，获取fg对应的相邻分区域单元的温度差异之和STg，STg=∑(N*P*Q-1) h=1ΔTg,h, ΔTg,h为第g种铺设方式经过的第h个分区域单元的温度与第g种方式经过的第(h+1)个分区域单元的温度的差值的绝对值。
S430，将G个相邻分区域单元的温度差异之和中最小的相邻分区域单元的温度差异之和对应的铺设方式作为第一铺设方式。
根据本发明S410-S430获取的第一铺设方式能够减少导热管经过的相邻的分区域单元之间温度差异性，提高对室外机柜的散热效果。
根据本发明，如果PH=PL且M≥N，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设N条导热管，其中第n条导热管用于对第n行的子区域进行降温，且所述第n条导热管经过第n行的每个子区域的每个分区域单元；如果PH=PL且M<N，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设M条导热管，其中第m条导热管用于对第m列的子区域进行降温，且所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元。
本发明在PH=PL的情况下选择以数量较少的导热管进行散热，可以降低导热管的排布方式的复杂性和简化对导热管的控制。
根据本发明，所述室外机柜系统还包括用于控制导热液体流速的控制器，优选的，所述控制器按照如下方式控制所述导热液体的流速：
S1，获取第k1条导热管经过的子区域的温度的均值Tk1；当PH>PL时，k1的取值范围为1到M；当PH<PL时，k1的取值范围为1到N。
S2，获取第k2条导热管经过的子区域的温度的均值Tk2；当PH>PL时，k2的取值范围为1到M；当PH<PL时，k2的取值范围为1到N；k2≠k1。
S3，如果Tk1>Tk2，则控制第k1条导热管内导热液体的流速大于第k2条导热管内导热液体的流速；如果Tk1<Tk2，则控制第k1条导热管内导热液体的流速小于第k2条导热管内导热液体的流速。
作为一种具体实施方式，每个导热管上设置有控制阀，所述控制器通过控制所述控制阀来实现对流速的控制。可选的，在满足上述流速相对大小关系的前提下，各导热管的流速根据用户经验设置。
本发明采用液体流动散热技术对室外机柜进行散热，本发明的散热系统包括设置在柜体至少一个侧壁上的导热板，导热板上靠近柜体内部的第一面以第一排列方式铺设有导热管；本发明获取第一排布方式的方法中，先将第一面划分为子区域，每个子区域包括多个分区域单元，将每个子区域包括的分区域单元的温度的均值作为对应子区域的温度，然后再获取各行的子区域的温度方差和各列的子区域的温度方差；如果各行的子区域的温度方差的均值大于各列的子区域的温度方差的均值，则将每一列子区域作为一个需要散热的单元由一条导热管进行散热；如果各行的子区域的温度方差的均值小于各列的子区域的温度方差的均值，则将每一行子区域作为一个需要散热的单元由一条导热管进行散热。本发明在第一面上铺设了多条导热管，每条导热管对应的子区域不同，任一条导热管对应的子区域的温度差异较小，不同导热管对应的子区域的温度差异较大；基于此，本发明能够利用不同导热管对温度差异较大的子区域进行不同的降温控制，进而将各子区域对应的温度统一降到合理温度范围内，提升了对室外机柜的整体降温效果。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本发明的范围和精神。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种采用液体流动散热技术的室外机柜系统，其特征在于，所述室外机柜系统包括室外机柜和散热系统，所述室外机柜包括柜体，所述散热系统包括设置在柜体至少一个侧壁上的导热板，所述导热板靠近柜体内部的第一面上以第一排布方式铺设有导热管，所述导热管的内部装有导热液体；所述散热系统还包括用于对所述导热液体进行降温的地埋冷却系统；所述第一排布方式的获取方法包括以下步骤：
S100，将所述第一面均分为M*N个子区域，每个子区域为长为(L/M)且宽为(W/N)的矩形区域，L为所述第一面的长，W为所述第一面的宽，M为所述第一面对应的子区域列数，N为所述第一面对应的子区域行数；每个子区域包括P*Q个分区域单元，每个分区域单元为长为(L/M/P)且宽为(W/N/Q)的矩形区域，P为每个子区域对应的分区域单元列数，Q为每个子区域对应的分区域单元行数；
S200，获取第n行子区域的温度方差DHn和第m列子区域的温度方差DLm，n的取值范围为1到N，m的取值范围为1到M；DHn=(∑M i=1(THn,i-TH’n)2)/M，THn,i为所述第一面对应的第n行第i列的子区域EHn,i的温度，THn,i=((∑P a=1∑Q b=1THn,i a,b)/(P*Q))，THn,i a,b为EHn,i的第b行第a列的分区域单元的温度，a的取值范围为1到P，b的取值范围为1到Q，TH’n为所述第一面对应的第n行的M个子区域的温度的均值；DLm=(∑N j=1(TLm,j-TL’m)2)/N，TLm,j为所述第一面对应的第m列第j行的子区域ELm,j的温度，TLm,j=((∑P a=1∑Q b=1TLm,j a,b)/(P*Q))，TLm,j a,b为ELm,j的第b行第a列的分区域单元的温度，TL’m为所述第一面对应的第m列的N个子区域的温度的均值；
S300，获取所述第一面对应的行排布温度方差的均值PH和列排布温度方差的均值PL，PH=(∑N n=1DHn)/N，PL=(∑M m=1DLm)/M；
S400，如果PH>PL，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设M条导热管，其中第m条导热管用于对第m列的子区域进行降温，且所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元；如果PH<PL，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设N条导热管，其中第n条导热管用于对第n行的子区域进行降温，且所述第n条导热管经过第n行的每个子区域的每个分区域单元。
2.根据权利要求1所述的采用液体流动散热技术的室外机柜系统，其特征在于，所述室外机柜系统还包括用于控制导热液体流速的控制器，所述控制器按照如下方式控制所述导热液体的流速：
S1，获取第k1条导热管经过的子区域的温度的均值Tk1；当PH>PL时，k1的取值范围为1到M；当PH<PL时，k1的取值范围为1到N；
S2，获取第k2条导热管经过的子区域的温度的均值Tk2；当PH>PL时，k2的取值范围为1到M；当PH<PL时，k2的取值范围为1到N；k2≠k1；
S3，如果Tk1>Tk2，则控制第k1条导热管内导热液体的流速大于第k2条导热管内导热液体的流速；如果Tk1<Tk2，则控制第k1条导热管内导热液体的流速小于第k2条导热管内导热液体的流速。
3.根据权利要求1所述的采用液体流动散热技术的室外机柜系统，其特征在于，S400中，第m条导热管以第一铺设方式经过第m列的每个子区域的每个分区域单元，所述第一铺设方式的获取方法包括：
S410，获取第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元的铺设方式的集合F，F={f1,f2,…,fg,…,fG}，fg为第g种所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元的铺设方式，g的取值范围为1到G，G为所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元的铺设方式的数量；
S420，遍历F，获取fg对应的相邻分区域单元的温度差异之和STg，STg=∑(N*P*Q-1) h=1ΔTg,h, ΔTg,h为第g种铺设方式经过的第h个分区域单元的温度与第g种方式经过的第(h+1)个分区域单元的温度的差值的绝对值；
S430，将G个相邻分区域单元的温度差异之和中最小的相邻分区域单元的温度差异之和对应的铺设方式作为第一铺设方式。
4.根据权利要求1所述的采用液体流动散热技术的室外机柜系统，其特征在于，P和Q的获取方法包括：
S110，获取所述第一面上的预设点的集合O={o1,o2,…,ox, …,oZ}，ox为所述第一面上的第x个预设点，x的取值范围为1到Z，Z为所述第一面上的预设点的数量；
S120，遍历O，以ox为圆心，以第一预设半径r0为半径做圆，如果圆内任意两点之间的温度的差异值小于等于预设温度阈值，则将半径增加预设步长Δr做圆，如果圆内任意两点之间的温度的差异值小于等于预设温度阈值，则再将半径增加Δr做圆；重复判断圆内任意两点之间的温度的差异值是否小于等于预设温度阈值和做圆的操作，直至圆内任意两点之间的温度的差异值大于预设温度阈值，获取当前的半径rx’；
S130，将Z个当前的半径中最小的当前的半径作为目标半径R，如果(R-Δr)≤d1，则获取P=round(L/M/d1)，Q=round(W/N/d1)，d1为第一预设边长，round( )为取整；如果(R-Δr)≥d2，则获取P=round(L/M/d2)，Q=round(W/N/d2)，d2>d1，d2为第二预设边长；如果d1<(R-Δr)<d2且R-Δr-d1≥d2-R+Δr，则获取P=round(L/M/d2)，Q=round(W/N/d2)；如果d1<(R-Δr)<d2且R-Δr-d1<d2-R+Δr，则获取P=round(L/M/d1)，Q=round(W/N/d2)。
5.根据权利要求1所述的采用液体流动散热技术的室外机柜系统，其特征在于，S400还包括：如果PH=PL且M≥N，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设N条导热管，其中第n条导热管用于对第n行的子区域进行降温，且所述第n条导热管经过第n行的每个子区域的每个分区域单元。
6.根据权利要求1所述的采用液体流动散热技术的室外机柜系统，其特征在于，S400还包括：如果PH=PL且M<N，则获取第一排列方式为：在所述第一面上铺设M条导热管，其中第m条导热管用于对第m列的子区域进行降温，且所述第m条导热管经过第m列的每个子区域的每个分区域单元。
7.根据权利要求1所述的采用液体流动散热技术的室外机柜系统，其特征在于，所述导热液体为硅油。
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