一种液冷系统及其控制方法与流程

本发明属于电子设备冷却技术领域，尤其涉及一种液冷系统及其控制方法。

背景技术

液冷系统通常用于带走电子设备的热量，以实现电子设备的控温。

目前，为对液冷系统中的风机进行降噪，通常获取供液温度值或回液温度值，根据供液温度值或回液温度值的变化，控制风机的转速，以实现液冷系统的降噪。

但现有的方式降噪效果不佳，且对液冷系统中的关键件水泵的寿命并没有起到良好的合理管理的目的，使得水泵的使用寿命有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种液冷系统，以解决现有技术中液冷系统的降噪效果不佳及水泵使用寿命有限的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本申请提供一种液冷系统，包括：控制器，及与控制器连接的变频风机、变频水泵、供液温度传感器、回液温度传感器及环境温度传感器：

其中，供液温度传感器用于检测供液温度值；回液温度传感器用于检测回液温度值；环境温度传感器用于检测环境温度值；控制器用于获取供液温度值、回液温度值和环境温度值，及用于调节变频风机和变频水泵的转速；

控制器被配置为：基于在温度采样周期获取到的供液温度值和回液温度值控制调节变频水泵的转速，并基于在温度采样周期获取到的供液温度值、回液温度值环境温度值控制调节变频风机的转速。

本申请一些实施例中，控制器被进一步配置为：

基于在所温度采样周期获取到的供液温度值和回液温度值，计算供液温度值与回液温度值之间的第一差值；

基于第一差值与第一预设温差阈值的大小及回液温度值与第一预设目标温度值的大小，控制调节变频水泵的转速。

本申请一些实施例中，控制器被进一步配置为：

当第一差值小于第一预设温差阈值时，调节变频水泵以第一预设目标转速值降速运行；

当第一差值大于等于第一预设温差阈值且回液温度值小于等于第一预设目标温度值时，基于第一差值的变化，调节变频水泵的转速；

当第一差值大于等于第一预设温差阈值且回液温度值大于第一预设目标温度值时，调节变频水泵全速运行。

本申请一些实施例中，控制器被进一步配置为：

基于在温度采样周期获取到的供液温度值和环境温度值，计算供液温度值与环境温度值之间的第二差值；

基于第二差值与第二预设温差阈值的大小及回液温度值与第二预设目标温度值的大小，调节变频风机的转速。

本申请一些实施例中，控制器被进一步配置为：

当第二差值小于第二预设温差阈值时，控制变频风机停止运行；

当第二差值大于等于第二预设温差阈值且回液温度值小于等于第二预设目标温度值时，控制变频风机以第二预设目标转速值启动运行，并基于第二差值的变化，调节变频风机的转速；

当第二差值大于等于第二预设温差阈值且回液温度值大于第二预设目标温度值时，调节变频风机全速运行。

本申请一些实施例中，控制器被进一步配置为：

当第二差值小于第三预设温度阈值时，控制变频风机停止运行；其中，第三预设温度阈值小于第二预设温度阈值；

当第二差值大于等于第三预设温度阈值且第二差值小于第二预设温度阈值时，基于前一时刻的变频风机的工作状态，调节变频风机的转速。

本申请一些实施例中，还包括与控制器连接的风机转速传感器、水泵转速传感器、液位传感器及报警模块：

其中，风机转速传感器用于检测变频风机转速值；水泵转速传感器用于检测变频水泵转速值；液位传感用于检测水箱液位值；报警模块用于在液位系统故障时报警提示；

控制器被进一步配置为：

当液位系统上电时，基于获取的供液温度值、回液温度值、环境温度值、变频风机转速值、变频水泵转速值及水箱液位值进行故障判断，当液位系统出现故障时，控制变频风机和变频水泵停止运行，并控制报警模块报警提示；当液位系统未出现故障时，则基于在温度采样周期获取到的相应温度值调节变频水泵和变频风机的转速，并基于故障检测周期，对液位系统进行循环故障判断。

本申请一些实施例中，还包括与控制器连接的上位机，上位机用于接收并显示故障信息；

控制器被进一步配置为：将液位系统的故障信息上报至上位机，由上位机显示故障信息。

本申请一些实施例中，温度采样周期和故障检测周期均为100ms。

第二方面，本申请还提供一种液位系统的控制方法，应用于如上所述的液冷系统，控制方法包括：

通过供液温度传感器检测供液温度值，通过回液温度传感器检测回液温度值，通过环境温度传感器检测环境温度值；

通过控制器基于在温度采样周期获取到的供液温度值和回液温度值控制调节变频水泵的转速，并基于在温度采样周期获取到的供液温度值、回液温度值和环境温度值控制调节变频风机的转速。

本实施例提供的一种液冷系统及其控制方法，综合考虑了供液温度值、回液温度值和环境温度值，以控制调节液冷系统中的变频风机和变频水泵的转速，实现了液冷系统的节能目的，并且还提高了液冷系统的降噪效果以及变频水泵的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的液冷系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的液冷系统的通信示意图；

图3为本发明实施例所提供的液冷系统的控制方法的流程图；

以上各图中：

10、供液模块；11、变频水泵；20、散热模块；21、变频风机；22、换热器；30、水箱模块；31、水箱；40、管路模块；50、控制器；60、报警模块；70、上位机；80、传感器组件；81、供液温度传感器；82、回液温度传感器；83、环境温度传感器；84、风机转速传感器；85、水泵转速传感器；86、液位传感器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为解决现有技术中液冷系统的降噪效果不佳及水泵使用寿命有限的技术问题，本发明实施例提供了一种液冷系统。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

本实施例涉及一种液冷系统，参考图1，包括：供液模块10、散热模块20和水箱模块30，其中供液模块10、散热模块20和水箱模块30通过管路模块40连接，供液模块10主要包括变频水泵11，散热模块20主要包括变频风机21、风道和换热器22，水箱模块30主要包括水箱31和过滤器。液冷系统中，当供液模块10工作时，使得从水箱模块30吸入冷却液，并经管路模块40，送到需要降温的电子设备，吸收热量后，经管路模块40流入散热模块20，将热量排出，降温后的冷却液再次被供液模块10吸入进行不断循环，实现电子设备持续降温。

参考图2，液冷系统还包括控制器50，以及与控制器50相连接传感器组件80，其中，传感器组件80包括但不限于供液温度传感器81、回液温度传感器82、环境温度传感器83、风机转速传感器84、水泵转速传感器85、液位传感器86、报警模块60和上位机70，其中，上位机70可通过无线或有线通信与控制器50连接，本实施例对上位机70与控制器50的通信方式不做具体的限定，具体可根据实际需要进行设置。供液温度传感器81用于检测供液温度值，回液温度传感器82用于检测回液温度值，环境温度传感器83用于检测环境温度值，风机转速传感器84用于检测变频风机转速值，水泵转速传感器85用于检测变频水泵转速值，液位传感器86用于检测水箱液位值，报警模块60用于在液位系统故障时报警提示，上位机70用于在液位系统故障时接收并显示故障信息。

本实施例中，控制器50获取供液温度值、回液温度值和环境温度值，综合考虑和分析供液温度值、回液温度值和环境温度值，以控制调节变频风机21和变频水泵11的转速，实现液冷系统的节能目的，并实现液冷系统的降噪和延长关键部件的使用寿命，其中，控制器50被用于：

基于在温度采样周期获取到的供液温度值和回液温度值控制调节变频水泵11的转速，并基于在温度采样周期获取到的供液温度值、回液温度值和环境温度值控制调节变频风机21的转速。

本实施例提供的液冷系统，综合考虑供液温度值、回液温度值和环境温度值，以控制调节液冷系统中的变频风机21和变频水泵11的转速，实现了液冷系统的节能目的，并且还提高了液冷系统的降噪效果以及变频水泵11的寿命。

本实施例中温度采样周期可根据实现需要进行设置，本实施例为更好的实现液冷系统的节能、降噪及延长使用寿命，温度采样周期为100ms。

本实施例中，控制器50通过供液温度值和回液温度值的第一差值控制调节变频水泵11的转速，具体如下：

变频水泵11的转速与冷却液侧热量的关系如公式(1)所示：

Q1＝C1ρ1V1ΔT1 (1)

上式中，Q1表示为冷却液侧热量；C1表示冷却液介质的热容，单位为J/kg.℃；ρ表示为冷却液介质的密度，单位为kg/m³；ΛT1表示为当前热量下的供液温度值和回液温度值的差值，单位为℃；V1表示为变频水泵11单位时间内的流量输送量，单位为m³/s。

需要说明的是，冷却液侧指供液模块10到散热模块20侧。

上述公式(1)中，变频水泵11单位时间内的流量输送量V1可用公式(2)表示，具体如下：

V1＝n1v (2)

上式中，V1表示为变频水泵11单位时间内的流量输送量；n1表示为变频水泵11的转速，单位为rad/s；v1表示为每转的流量输送量，单位为m³/rad。

由公式(1)和公式(2)分析可知，当变频水泵11的转速不变时，冷却液侧热量变化与温差(即供液温度值和回液温度值的差值)呈线性关系，热量越高，温差越大，热量下降，温差变小，为节省能源，降低噪声，延长变频水泵11的寿命，在供液温度值和回液温度值的差值较小时，则用户端负载较低(即需降温的电子设备的热量较小)，可相应的降低变频水泵11的转速，以节省能源，反之，可相应的提升变频水泵11的转速，以提高液冷系统的散热性能，具体如下：

本实施例中，控制器50被一步用于：基于在温度采样周期获取到的供液温度值和回液温度值，计算供液温度值与回液温度值之间的第一差值；

基于第一差值与第一预设温差阈值的大小及回液温度值与第一预设目标温度值的大小，控制调节变频水泵11的转速。

上述中，控制器50被进一步用于：当第一差值小于第一预设温差阈值时，调节变频水泵11以第一预设目标转速值降速运行；

当第一差值大于等于第一预设温差阈值且回液温度值小于等于第一预设目标温度值时，基于第一差值的变化，调节变频水泵11的转速；

当第一差值大于等于第一预设温差阈值且回液温度值大于第一预设目标温度值时，调节变频水泵11全速运行。

本实施例中，第一预设温差阈值、第一预设目标转速值、第一预设目标温度值可根据实际需要进行设定，本实施例中为提高液冷系统的降噪效果和变频水泵11的使用寿命，第一预设温差阈值可为2℃，第一预设目标温度值可为85℃，第一预设目标转速值可为变频水泵11的全速运行的10％。

其中，需要说明的是，本实施例中当第一差值大于等于第一预设温差阈值且回液温度值小于等于第一预设目标温度值时，第一差值的变化增大时，相应的提高变频水泵11的转速，以提高液冷系统的散热性能，第一差值的变化减小时，相应的降低变频水泵11的转速，本实施例中，当第一差值与前一时刻相比，第一差值每增加1℃，相应的将变频水泵11的转速提升5％(即全速运行的5％)，反之，第一差值每减少1℃，相应的将变频水泵11的转速降低5％。

本实施例中，根据第一差值(供液温度值与回液温度值的差值)与第一预设温差阈值的大小以及回液温度值与第一预设目标温度值的大小，从而控制调节变频水泵11的升速和降速，有效的提高了变频水泵11的使用寿命，并且实现了液冷系统的有效节能。

本实施例中，控制器50通过供液温度值和环境温度值的第二差值控制调节变频风机21的转速，具体如下：

变频风机21的转速与风机侧散热量的关系如公式(3)所示。

Q2＝C2ρ2V2ΔT2 (3)

上式中，Q2表示为风机侧热量；C2表示空气介质的热容，单位为J/kg.℃；ρ2表示为空气介质的密度，单位为kg/m³；ΛT1表示为当前热量下供液温度值和环境温度值的差值，单位为℃；V2表示为变频风机21单位时间内的流量输送量，单位为m³/s。

上述公式(3)中，变频风机21单位时间内的流量输送量V2可用公式(4)表示，具体如下：

V2＝n2v2 (4)

上式中，V2表示为变频风机21单位时间内的流量输送量；n2表示为变频风机21的转速，单位为rad/s；v2表示为每转的流量输送量，单位为m³/rad。

由公式(3)和公式(4)分析可知，当风机侧的热量不变时，温差(供液温度值和环境温度值的差值)与变频风机21的输送流量之间成强相关关系，热量越高，温差越大，可相应的提升变频风机21的转速，以提高液冷系统的散热性能，热量下降时，在供液温度值和环境温度值的差值较小的情况下，可相应的降低变频风机21的转速，以提高液冷系统的降噪效果及实现液冷系统的有效节能，具体如下：

基于在温度采样周期获取到的供液温度值和环境温度值，计算供液温度值与环境温度值之间的第二差值；

基于第二差值与第二预设温差阈值的大小及回液温度值与第二预设目标温度值的大小，调节变频风机21的转速。

上述中，控制器50被进一步用于：

当第二差值小于第二预设温差阈值时，控制变频风机21停止运行；

当第二差值大于等于第二预设温差阈值且回液温度值小于等于第二预设目标温度值时，控制变频风机21以第二预设目标转速值启动运行，并基于第二差值的变化，调节变频风机21的转速；

当第二差值大于等于第二预设温差阈值且回液温度值大于第二预设目标温度值时，调节变频风机21全速运行。

本实施例中，第二预设温差阈值、第二预设目标转速值和第二预设目标温度值可根据实际需要进行设定，本实施例中为提高液冷系统的降噪效果和变频水泵11的使用寿命，第二预设温差阈值可为5℃，第二预设目标温度值可与第一预设目标温度值相同，均为85℃，第二预设目标转速值可为变频风机21的全速运行的10％。

其中，需要说明的是，本实施例中当第二差值大于等于第二预设温差阈值且回液温度值小于等于第二预设目标温度值时，调节变频风机21的转速时，第二差值的变化增大时，相应的提高变频风机21的转速，以提高液冷系统的散热性能，第二差值的变化减小时，相应的降低变频风机21的转速或停止变频风机21的运行，以节省能源，本实施例中，当第二差值与前一时刻相比，第二差值每增加1℃，相应的将变频风机21的转速提升5％(即全速运行的5％)，反之，第二差值每减少1℃，相应的将变频风机21的转速降低5％。

本实施例中，根据第二差值(供液温度值与环境温度值的差值)与第二预设温差阈值的大小以及回液温度值与第二预设目标温度值的大小，控制变频风机21的升速、降速和停机，有效的提高了液冷系统的降噪效果，并且实现了液冷系统的有效节能。

本实施例中，为防止变频风机21的启动时频繁抖动，控制器50被进一步用于：当第二差值小于第三预设温度阈值时，控制变频风机21停止运行；其中，第三预设温度阈值小于第二预设温度阈值；

当第二差值大于等于第三预设温度阈值且第二差值小于第二预设温度阈值时，基于前一时刻的变频风机21的工作状态，调节变频风机21的转速。

本实施例中，第三预设温度阈值可根据实际需要进行设定，本实施例中，第三预设温度阈值为3℃。需要说明的是，基于前一时刻的变频风机21的工作状态，调节变频风机21的转速，具体指，当第二差值大于等于第三预设温度阈值且第二差值小于第二预设温度阈值时，若前一时刻变频风机21的工作状态为第二差值大于等于第二预设温度阈值时的工作状态，在当前时刻时第二差值大于等于第三预设温度阈值且第二差值小于第二预设温度阈值时，控制器50控制当前时刻的变频风机21的工作状态与前一时刻一致，直至第二差值小于第三预设温度阈值，控制变频风机21停止运行，同样的，若前一时刻变频风机21的工作状态为第二差值小于第三预设温度阈值时的工作状态，其控制调节变频风机21的转速的原理与上述类似。

本实施例中，控制器50还获取变频风机转速值、变频水泵转速值、水箱液位值，在液冷系统上电时，对液冷系统进行自检，并在液冷系统工作过程中对液冷系统进行周期性故障判断，具体地说，控制器50被进一步用于：

当液位系统上电时，基于获取的供液温度值、回液温度值、环境温度值、变频风机转速值、变频水泵转速值及水箱液位值进行故障判断，当液位系统故障时，控制变频风机21和变频水泵11停止运行，并控制报警模块60报警提示；当液位系统未故障时，则基于在温度采样周期获取到的相应温度值调节变频水泵11和变频风机21的转速，并基于故障检测周期，对液位系统进行循环故障判断。

需要说明的是，当供液温度值、回液温度值和环境温度值为无穷大或无穷小时，可判定相应的温度传感器故障，由控制器50控制报警模块60报警提示；当变频风机转速值和变频水泵转速值无反馈信号时，则判定相应的转速传感器故障，由控制器50控制报警模块60报警提示；当水箱液位值低于预设液位目标值，则水箱中冷却液容量不足，若继续工作，则会损坏变频水泵11，此时可由控制器50控制报警模块60报警提示。

其中，本实施例中报警模块60可为一蜂鸣器，也可为一指示灯，具体可根据实际需要进行选择。本实施例中故障检测周期可根据实现需要进行设置，本实施例为更好的实现液冷系统的节能、降噪及延长使用寿命，故障检测周期为100ms。

本实施例中，在液位系统上电时，对液位系统进行自检，若液位系统故障，则故障报警提示，若未故障则在温度采样周期内调节变频水泵11和变频风机21的转速，并在故障检测周期内循环对液位系统进行故障判断，提高了液位系统的安全性，保证了液位系统的可靠运行。

为进一步提高液冷系统故障时的安全性及保证液位系统的可靠运行，控制器50被进一步配置为：将液位系统的故障信息上报至上位机70，由上位机70显示故障信息。

本实施例还提供一种液位系统的控制方法，应用于如上所述的液冷系统，参考图3，控制方法包括：

通过供液温度传感器81检测供液温度值，通过回液温度传感器82检测回液温度值，通过环境温度传感器83检测环境温度值；

通过控制器50基于在温度采样周期获取到的供液温度值和回液温度值控制调节变频水泵11的转速，并基于在温度采样周期获取到的供液温度值、回液温度值和环境温度值控制调节变频风机21的转速。

本实施例提供的液冷系统的控制方法，综合考虑供液温度值、回液温度值和环境温度值，以控制调节液冷系统中的变频风机21和变频水泵11的转速，实现了液冷系统的节能目的，并且还提高了液冷系统的降噪效果以及变频水泵11的寿命。

其中，调节变频水泵11的转速具体地说，通过控制器50基于在温度采样周期获取到的供液温度值和回液温度值，计算供液温度值与回液温度值之间的第一差值；

基于第一差值与第一预设温差阈值的大小及回液温度值与第一预设目标温度值的大小，控制调节变频水泵11的转速。

上述中，更具体地说，当第一差值小于第一预设温差阈值时，通过控制器50调节变频水泵11以第一预设目标转速值降速运行；

当第一差值大于等于第一预设温差阈值且回液温度值小于等于第一预设目标温度值时，基于第一差值的变化值，调节变频水泵11的转速；

当第一差值大于等于第一预设温差阈值且回液温度值大于第一预设目标温度值时，调节变频水泵11全速运行。

本实施例中，根据第一差值(供液温度值与回液温度值的差值)与第一预设温差阈值的大小以及回液温度值与第一预设目标温度值的大小，从而控制调节变频水泵11的升速和降速，有效的提高了变频水泵11的使用寿命，并且实现了液冷系统的有效节能。

其中，调节变频风机21的转速具体地说，通过控制器50基于在温度采样周期获取到的供液温度值和环境温度值，计算供液温度值与环境温度值之间的第二差值；

基于第二差值与第二预设温差阈值的大小及回液温度值与第二预设目标温度值的大小，调节变频风机21的转速。

上述中，更具体地说，当第二差值小于第二预设温差阈值时，控制变频风机21停止运行；

当第二差值大于等于第二预设温差阈值且回液温度值小于等于第二预设目标温度值时，控制变频风机21以第二预设目标转速值启动运行，并基于第二差值的变化值，调节变频风机21的转速；

当第二差值大于等于第二预设温差阈值且回液温度值大于第二预设目标温度值时，调节变频风机21全速运行。

本实施例中，根据第二差值(供液温度值与环境温度值的差值)与第二预设温差阈值的大小以及回液温度值与第二预设目标温度值的大小，控制变频风机21的升速、降速和停机，有效的提高了液冷系统的降噪效果，并且实现了液冷系统的有效节能。

上述中，更具体地说，为防止变频风机21启动时的频繁抖动，当第二差值小于第三预设温度阈值时，控制变频风机21停止运行；其中，第三预设温度阈值小于第二预设温度阈值；

当第二差值大于等于第三预设温度阈值且第二差值小于第二预设温度阈值时，基于前一时刻的变频风机21的工作状态，调节变频风机21的转速。

本实施例中，为提高液位系统的安全性，保证了液位系统的可靠运行，当液位系统上电时，通过控制器50基于获取的供液温度值、回液温度值、环境温度值、变频风机转速值、变频水泵转速值及水箱液位值进行故障判断，当液位系统故障时，控制变频风机21和变频水泵11停止运行，并控制报警模块60报警提示；当液位系统未故障时，则基于在温度采样周期获取到的相应温度值调节变频水泵11和变频风机21的转速，并基于故障检测周期，对液位系统进行循环故障判断。

上述中，更具体地说，为进一步提高液冷系统故障时的安全性及保证液位系统的可靠运行，通过控制器将液位系统的故障信息上报至上位机70，由上位机70显示故障信息。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。