一种通讯设备的液冷漏液的防护方法及装置与流程

本发明涉及用于解决通讯设备液冷漏液的技术领域，特别涉及一种通讯设备的液冷漏液的防护方法及装置。

背景技术：

传统的通讯设备，都是通过强制风冷散热，在机框中有多个风机。风冷存在以下问题：能耗大，占比有效功率一般超过10％，不符合绿色节能的要求；风机的噪音也是通讯设备噪音的最主要来源、大多数情况下是唯一来源。随着技术的发展，市场的发展，器件功耗越来越大，功率密度不断提高，对于处理器、交换芯片这些高功耗器件，根据技术发展路线图，在2年之后，会到风冷散热能力的瓶颈。

液冷技术是利用冷却效率较高的液体传热介质，例如水、油或乙二醇等来进行热交换。具体是通过液体传热介质流经换热器，带走热量，到冷源进行冷热交换。液冷相对风冷优势：高比热容，热容量高，同样的δt，带走的热量多；高热导率，传热快；制冷效果强，可支持功率密度高；能耗小(用于制冷的功耗比有效功耗小，室外冷源还可以采用环境自然制冷)；在设备终端无噪音，仅冷源的泵有声音(小规模的应用，冷源在室内，噪音也小；大规模的应用，冷源是在室外的冷却塔，噪音没有影响，要求低)。

基于以上优点，液冷散热的方式可用于大功率设备及高功率密度的器件或模块。

液体传热介质和发热器件之间热交换方式有两种：直接接触式的浸没式液冷和间接接触式水冷。

直接接触浸没式液冷，需要不导电液体，价格昂贵，维护更换困难；而且浸没式液冷，对单板插拔方式有影响，对机框结构需要全密封，意味着使用场景受到限制。基于以上这些因素，浸没式液冷只在一些特殊领域才会使用。

目前在通讯电子产品中应用的液冷方案主要是间接接触式水冷，即传热液体在管道和冷板内流动，冷板表面接触到发热器件。使用的导热液体材料，是工质水，导电。而100％可靠的东西是不存在的，或者是代价过高的，在实际产品中，往往是失效率在一定范围内的元件。液冷系统也存在失效、泄露的可能，而最容易发生泄露的是管道接口，以及插拔快接头的结合部位。

在设备运行过程中，液冷系统(包括管路、接头等)不可避免的会发生泄露，或者渗漏。如果导热液体掉到单板上会发生信号短路，发生故障；如果导热液体到了电源模块、电源线路上，则会引发电源短路，损毁，甚至引发着火。

为了避免液冷漏液引发的一系列问题，目前的通讯产品给出一些解决方案。

如图1所示，通常机柜是固定的，在机柜的高度方向上可以布置多个机框，而每个机框是根据业务情况随机后装的。在机柜运行工作中，新增的机框整体是在机柜的深度方向上从前往后插进去的。在机柜中，每2个机框中间空一定空间，前端可用于走线，后端可用于放盛水盘。

如图1和2b所示，目前一个机框内的所有单板的后端面是平齐的，且位于同一层的所有单板对应一个背板。如图1、2a、2b和2c所示，一个背板用来支撑单板并用来给单板提供电源和信号(电气信号，如以太网等)，即背板上面既有电源，又有信号；此外，液冷的盲插快接头也安装在同一个背板的同一面上。

结合附图以及上述结构描述，可以得出目前的机框内单板、背板的结构布置，以及液冷漏液的解决方案存在以下问题：

1、由于电源、信号及液冷快接头均位于背板的同一面并且垂直分布，当液冷快接头处出现漏液时，液体在向下滴落的过程中，会滴到位于其下方的电源、信号的电路元器件、连接器、pcb上，容易引起信号短路，电源短路。

即使在同一个机框中仅布置一层单板，该层单板对应一个背板，并且将液冷快接头放在背板的最下方，液体不会滴落到本层单板的电源和信号连接器，但是由于液冷快接头和单板电气连接器位于背板的同一侧，而又无法对背板做局部封闭，液体滴落时仍然会溅到单板及电源、电气连接器上。

所以，存在安全隐患。一方面是业务受损(在电信领域，可靠性要求是非常高的)；另一方面，如果电源短路可能会着火，导致安全事故，是更严重的后果。所以从某种程度上来说，漏液引起故障的风险和后果，是目前液冷迟迟无法在电信设备中得到普及的原因。

2、如图1所示，即使将液冷快接头放在每层单板对应的背板的最下方，在一个机框中，多层单板之间也没有空间放置盛水盘和检测传感器，则无法针对每层单板进行导流，液冷快接头漏液也会滴落到下层单板电气连接器上。

3、一个机框只能对应放置一个盛水盘，而且漏液检测依赖于外部机柜的附加设备。该漏液的检测和处理方案是：只要监测到一个局部有漏液，全机柜马上停机。局部故障影响范围大。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种通讯设备的液冷漏液的防护方法，降低了漏液引起信号短路、电源短路的可能性；并且减小了局部漏液故障影响范围。

本发明的第二目的是提供一种通讯设备的液冷漏液的防护装置。

为了实现本发明的第一目的，提供以下技术方案：一种通讯设备的液冷漏液的防护方法，包括：为安装在机柜内的每个机框内的每层单板设置液冷背板和电源及信号背板，并使所述液冷背板、电源及信号背板分区隔离设置；在每层单板与所述液冷背板的液冷连接接口的下方设置用于接收漏液的承液槽，并对所述承液槽内的漏液状态进行监测；对监测到的漏液状态进行判断后，对所述机柜和机框进行分级关断处理。

优选的，使所述液冷背板、电源及信号背板分区隔离设置包括：将液冷背板设置在电源及信号背板的下方；并使所述液冷背板与电源及信号背板在机框的插拔方向上错开设置。

优选的，所述每层单板与所述液冷背板通过液冷快接头进行液冷连接，所述承液槽放置在所述液冷快接头的接口下方。

优选的，将每块所述单板划分成与所述电源及信号背板连接的第一结构部以及与所述液冷背板连接的第二结构部；其中，所述单板分别与所述液冷背板、电源及信号背板连接后，所述第一结构部位于所述电源及信号背板的一侧；所述第二结构部从所述第一结构部延伸至所述电源及信号背板的另一侧，并且第二结构部位于所述电源及信号背板的下方。

优选的，对监测到的漏液状态进行判断后，对所述机柜和机框进行分级关断处理包括：在每个机框的液冷入口处设置用于打开或关闭液冷的机框液冷阀门，在机柜的液冷入口处设置用于打开或关闭液冷的机柜液冷阀门；当判断是一个机框发生漏液后，将发生漏液的所述机框断电，并将所述机框的机框液冷阀门关闭，其余机框正常工作；当判断是两个或者以上机框发生漏液后，将机柜断电，并将机柜的机柜液冷阀门关闭。

其中，多个所述机框在机柜的高度方向上布置。

优选的，当判断是一个机框发生漏液后，继续判断发生漏液的机框下方是否还有机框；如果发生漏液的机框下方还有机框，将发生漏液的机框的下方机框的告警门限动态调整为高级别，并且将发生漏液的机框断电，以及将漏液机框的机框液冷阀门关闭，其余机框正常工作；如果发生漏液的机框下方没有机框，将发生漏液的机框断电，以及将漏液机框的机框液冷阀门关闭，其余机框正常工作。

其中，每个所述承液槽连接导流管，并通过所述导流管将漏液导流至机柜外部。

为了实现本发明的第二目的，提供以下技术方案：一种通讯设备的液冷漏液的防护装置，包括：分区隔离设置的液冷背板和电源及信号背板，所述液冷背板、电源及信号背板与安装在机柜内的每个机框内的每层单板对应设置；用于接收漏液的承液槽，其设置在每层单板与所述液冷背板的液冷连接接口的下方；漏液监测系统，用于对承液槽内的漏液状态进行监测；分级关断处理系统，其对监测到的漏液状态进行判断后，对所述机柜和机框进行分级关断处理。

本发明的有益效果体现在以下方面：

1)本发明将液冷背板从电源及信号背板上分离出来独立设置，仅采用普通结构件制作即可，由于不必与电源及信号背板共用高速板材，节约材料成本。

2)本发明每层单板对应一块液冷背板，液冷背板设置在电源及信号背板的下方，且在每层单板的液冷快接头下方均设置承液槽，同时将液冷背板、电源及信号背板分区隔离设置，使漏液滴落时不经过且不会溅到有电源、信号的区域，从而避免电源、信号短路。

3)本发明针对每层单板的漏液状态进行监测并采用分级关断处理的方法，使局部漏液的影响范围减小。

附图说明

图1是目前通讯设备的液冷漏液的防护装置的结构示意图；

图2a是目前的一个机框内的单板、背板及风扇的俯视图；

图2b是目前的一个机框内的单板、背板及风扇的后视图；

图2c是目前的一个机框内的单板、背板及风扇的前视图(该机框内有两层单板)；

图3是本发明一种通讯设备的液冷漏液的防护装置的结构示意图；

图4a是本发明一个机框内的单板、背板及风扇的俯视图；

图4b是本发明一个机框内的单板、背板及风扇的后视图；

图4c是本发明一个机框内的单板、背板及风扇的前视图(该机框内有两层单板)；

图5是本发明应用于一个高性能服务器的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种通讯设备的液冷漏液的防护方法及装置，减小液冷漏液引起信号短路、电源短路的可能性，并且减小局部漏液故障影响的范围。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图3、4a、4b和4c所示，本实施例的通讯设备的液冷漏液的防护装置，包括：机柜1；机框2，在机柜1的高度方向上分布多个机框2；单板3，本实施例的一个机框2内分布有两层单板，每层单板又有若干单板(图4c所示)；对应每层单板设置的液冷背板4、电源及信号背板5；用于接收漏液的承液槽6，其设置在每层单板3与液冷背板4的液冷连接接口的下方；用于对承液槽内的漏液状态进行监测的漏液监测系统；对监测到的漏液状态进行判断后，对机柜和机框进行分级关断处理的分级关断处理系统。

本实施例的每层单板3对应的液冷背板4与电源及信号背板5在机框内是分区隔离设置的。具体的，如图3所示，通过将液冷背板4设置在电源及信号背板5的下方；并使液冷背板4与电源及信号背板5在机框的插拔方向上错开设置，以避免液冷漏液滴落在电源及信号背板5上有电源、信号的区域，从而避免信号短路、电源短路。

如图3所示，本实施例的每层单板3与液冷背板4通过液冷快接头7进行液冷连接，承液槽6放置在液冷快接头的接口下方。

实施时，液冷背板4可以仅由结构件组成，节约材料成本，如图3所示，本实施例的液冷背板4由用于固定液冷快接头7的结构件组成。

如图3所示，本实施例的每块单板3由第一结构部31和第二结构部32组成，似刀把形。其中，第一结构部31与电源及信号背板5连接，第二结构部32与液冷背板4连接。当单板3分别与液冷背板4、电源及信号背板5连接后，第一结构部31位于电源及信号背板5的一侧；第二结构部32从第一结构部31延伸至电源及信号背板5的另一侧，并且第二结构部32位于电源及信号背板5的下方。

其中，第一结构部31通过电源及信号背板5上安装的元器件与电源及信号背板5连接；第二结构部32通过其上安装的液冷快接头7与液冷背板4连接(液冷快接头7的一端固定在液冷背板4上，另一端固定在第二结构部32上，两端可实现快速连接)。

如图3所示，当单板3分别与液冷背板4、电源及信号背板5连接后，液冷快接头7的连接接口处、电源及信号背板5上安装的元器件分别被电源及信号背板5隔离设置在电源及信号背板5的两侧。即液冷快接头7被延伸到远离电源及信号背板5上的元器件以及单板3的位置处，且位于风扇的下方。

漏液在重力作用下滴落时，会向下滴落到位于液冷快接头7的接口下方的承液槽6内，而不经过有电源、电路的区域；通过电源及信号背板5的隔离，可以对液冷快接头7局部封闭，漏液在滴落时也不会飞溅到有电源、电路的区域，从而避免引起短路故障。

漏液在多数情况下是滴落，如果出现持续的、大的渗漏，会流到承液槽6内。如图3所示，本实施例的每个承液槽6连接导流管8，漏液可通过导流管导流至机柜1外部。

此外，本实施例还提供一种通讯设备的液冷漏液的防护方法，包括：为机柜1内的每个机框2内的每层单板3设置液冷背板4和电源及信号背板5，并使液冷背板4、电源及信号背板5分区隔离设置；每层单板3与液冷背板4的液冷连接接口的下方设置用于接收漏液的承液槽6，并对承液槽内的漏液状态进行监测；对监测到的漏液状态进行判断后，对机柜和机框进行分级关断处理。

具体的，对监测到的漏液状态进行判断后，对机柜和机框进行分级关断处理包括：在每个机框2的液冷入口处设置用于打开或关闭液冷的机框液冷阀门9，在机柜1的液冷入口处设置用于打开或关闭液冷的机柜液冷阀门；漏液监测系统向分级关断处理系统发送漏液状态；当判断是一个机框发生漏液后，分级关断处理系统将发生漏液的机框断电，并将发生漏液的机框的机框液冷阀门关闭，避免持续漏液，引发严重问题，而其余机框正常工作；当判断是两个或者以上机框发生漏液后，分级关断处理系统将机柜断电，并将机柜的机柜液冷阀门关闭。

一个机柜中的多个机框在机柜的高度方向上布置，为避免上方机框漏液影响到下方机框正常工作，本实施例进一步设置了安全策略。

具体的，当判断是一个机框发生漏液后，继续判断发生漏液的机框下方是否还有机框；

如果发生漏液的机框下方还有机框，分级关断处理系统将发生漏液的机框的下方机框的告警门限动态调整为高级别，并且将发生漏液的机框断电，以及将漏液机框的机框液冷阀门关闭，其余机框正常工作；

如果发生漏液的机框下方没有机框，将发生漏液的机框断电，以及将漏液机框的机框液冷阀门关闭，其余机框正常工作。使局部漏液的影响范围减小。

如果一个机框发生漏液后，又出现另一个机框漏液，则判断机柜处于高危状态，分级关断处理系统将机柜断电，并将机柜的机柜液冷阀门关闭。避免发生安全事故。

本实施例的漏液监测系统为放置在每个承液槽内的漏液检测绳，由两根金属导线缠成双绞线形式，中间有绝缘吸水材料隔开，当接触到液体，吸水后，两根导线之间的导电率会发生变化，即阻值的变化。通过检测电阻的变化来检测是否有漏液。

为了节约成本，且便于升级改版。实施时也可以将电源及信号背板5分成两块，分别为电源背板和信号背板。由于信号背板要走高速信号，要采用高速pcb板材，价格贵；而电源背板采用便宜的板材即可，液冷背板采用结构件即可，如果分开使用，可以节约材料成本。

如图5所示是本发明在某高性能服务器的应用。一个机框内有上下两层单板3、每块单板3由第一结构部31和第二结构部32组成。第一结构部31与电源及信号背板5(图中未示出)连接，第二结构部32从第一结构部31延伸出并与液冷背板4连接。第一结构部31和液冷背板4之间连接有液冷快接头7，液冷快接头7下方设置承液槽6，每个承液槽6内放置漏液检测绳10。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。