一种数据中心干冰制冷系统及其控制方法与流程

1.本发明属于数据中心制冷技术领域，尤其涉及一种数据中心干冰制冷系统及其控制方法。


背景技术：

2.目前，在信息化时代下，数据的传递、计算和储存变得日益重要。为了满足对于数据大规模和灵活性运用的需求，数据中心行业得到大力发展。数据中心内设备在运行过程中，将产生大量热量，这些热量如果没有被及时排除，将导致电子元件过热，降低工作性能，甚至导致数据被破坏。
3.数据中心的制冷系统对于保障服务器正常运行来说至关重要。目前数据中心制冷系统多采用冷水机组制冷的方式，其制冷剂大多有毒性，对环境有害。且冷源附属设备及管道的布置占用大量空间。在数据中心更新扩建时，改造困难。
4.现有数据中心制冷系统存在以下具体缺陷和问题：
5.1)制冷剂有毒性：目前大部分数据中心采用冷水机组制冷，而其制冷剂多为氟利昂等有毒有害物质，对环境和人体有一定危害性。
6.2)占用空间大：冷水机组制冷需要占用大量的机房空间，包括冷源附属设备及管道的布置，这限制了数据中心的扩建和改造，增加了运维成本。
7.3)能耗高：传统的冷水机组制冷系统能耗较高，不仅增加了能源成本，还加重了环境负担。
8.4)维护难度大：冷水机组制冷系统的维护难度较大，需要专业人员进行维护和调试，维护成本相对较高。
9.5)改造不灵活：现有数据中心制冷系统改造不灵活，特别是在扩建时，需要将原有的系统进行破坏性改造，增加了系统的维护成本和运维风险。
10.6)难以适应高密度服务器：随着计算机技术的不断发展，数据中心内部的服务器数量和密度不断增加，传统的制冷系统难以满足高密度服务器的需求，容易出现过热现象。
11.7)噪音大：冷水机组制冷系统需要通过风扇进行散热，产生噪音较大，对数据中心的工作环境和用户体验造成一定影响。
12.综上所述，现有数据中心制冷系统存在制冷剂有毒性、占用空间大、能耗高、维护难度大、改造不灵活、难以适应高密度服务器、噪音大等问题和缺陷，需要寻找更加先进、高效、环保的制冷技术来满足数据中心的制冷需求。


技术实现要素：

13.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种数据中心干冰制冷系统及其控制方法。
14.本发明是这样实现的，一种数据中心干冰制冷系统包括：
15.封闭冷通道，用于分隔冷空气与热空气，防止冷空气与外界换热；
16.干冰换热装置，用于利用干冰作为冷源，和热空气换热，降低空气温度及湿度，并将冷空气送至机柜进行散热。
17.进一步，所述封闭冷通道包括机柜、封闭门和顶板，所述封闭门安装在相邻机柜的正面中间，所述顶板安装在机柜上端，所述封闭门和顶板均采用保温材料。
18.进一步，所述干冰换热装置设置在机柜顶部，包括干冰盒和风机，所述干冰盒内储存有干冰，所述干冰盒一侧设有开口门，所述封闭冷通道两端分别安装有一个风机。
19.进一步，所述干冰盒的上侧和侧面分别连通有排气管和冷凝水管，所述排气管上端在封闭冷通道上侧伸出。
20.进一步，所述干冰盒下端设置有接水盘。
21.进一步，所述干冰盒外侧包裹有保温材料。
22.进一步，所述风机位于热空气进口处，用于产生空气循环动力。
23.进一步，所述冷凝水管外包裹有保温材料。
24.本发明的另一目的在于提供一种数据中心干冰制冷系统的控制方法，所述数据中心干冰制冷系统的控制方法包括：
25.步骤一，热空气首先在风机作用下到达干冰换热装置，干冰盒吸收热空气中的热量，空气温度降低，同时干冰升华为二氧化碳，从排气管排出，换热过程中产生的冷凝水流入接水盘，从冷凝水管排出；
26.步骤二，热空气和干冰换热后，进入封闭冷通道，在进入机柜前和冷凝水管进行第二次换热，空气温度进一步降低；
27.步骤三，冷空气从机柜前端进入，给设备降温后，空气温度升高，形成的热空气从机柜后端排出至热通道，热通道内的气体再由风机送至干冰换热装置进行换热，如此循环，对数据中心机柜进行冷却。
28.结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
29.第一、本发明的数据中心干冰制冷系统，通过干冰的升华吸热，冷却数据中心热空气，保障数据中心的正常工作。该系统结构简单，不存在有毒有害物质，占用空间小，安装灵活。干冰的沸点约为-78℃，在升华过程中可以吸收大量热量，广泛应用于食品保鲜、冷藏运输和消防等领域。目前传统的制冷剂有毒性，且多会破坏环境，但干冰升华成的二氧化碳不可燃，无毒性，对环境危害小。
30.本发明在干冰盒上装有排气管，将干冰升华产生的二氧化碳排至室外，避免直接散发到机房内，保障了运维人员的安全作业。
31.热空气在与温度较低的干冰盒换热时，由于干冰盒表面温度低，会产生冷凝水。一方面，降低了空气湿度。达到了降温和除湿的双重效果。另一方面，收集的冷凝水还可以与空气再一次进行换热，增强了冷却效果。
32.本发明的数据中心干冰制冷系统，将冷通道设置为封闭冷通道，阻止了冷空气和热空气混合，并且冷源放置在封闭冷通道中，顶板和封闭门均采用保温材料，防止冷量损失，增强了冷却效果。
33.第二，本发明利用干冰升华吸热的原理，对数据中心进行散热。系统结构简单，占地面积小，系统布置改造灵活。在制冷过程中，只需给风机供电以提供空气循环动力，无需
其他电力。且减少了常规冷源中的冷水机组、室外机等设备，噪声影响降低。
34.第三，本发明还可以带来以下优点和积极效果：
35.1)提高制冷效率：通过优化风机位置、干冰储存、保温材料、排气管设计、冷凝水管道等方面，可以提高制冷效率，使系统更加高效地降低机柜内部的温度，从而保证数据中心的正常运行。
36.2)降低能耗和成本：通过合理利用干冰和优化制冷系统，可以降低能耗和成本，提高系统的能源利用效率，从而降低数据中心的运营成本。
37.3)提高稳定性和可靠性：通过对制冷系统的优化，可以提高系统的稳定性和可靠性，从而减少故障发生的概率和维修的成本，保证数据中心的稳定性和可靠性。
38.4)提高智能化程度：采用智能控制系统可以对制冷系统进行更加精确和智能的调节，从而提高系统的智能化程度和自动化程度，减少人工干预的需求，提高运维效率和数据中心的可管理性。
39.5)提高适应性：通过采用多重制冷技术，可以提高系统的适应性和灵活性，使得系统可以更好地适应不同的环境和工作负载，保证数据中心的稳定性和可靠性。
40.6)改善用户体验：通过提高制冷效率和降低噪音等方面的优化，可以改善用户体验，提高用户满意度，从而增加用户的忠诚度和口碑。
41.总之，通过优化数据中心干冰制冷系统，可以提高制冷效率、降低能耗和成本、提高稳定性和可靠性、提高智能化程度和适应性，改善用户体验等方面的积极效果，从而为数据中心的稳定运行和可持续发展提供有力的支持。
附图说明
42.图1是本发明实施例提供的数据中心干冰制冷系统的结构示意图；
43.图中：1、机柜；2、封闭门；3、顶板；4、干冰盒；5、排气管；6、接水盘；7、冷凝水管；8、风机。
具体实施方式
44.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
45.本发明实施例提供的数据中心干冰制冷系统的工作原理如下：
46.1)冷空气循环：机柜、封闭门和顶板构成封闭的冷通道，冷空气通过干冰换热装置产生，然后被风机吸入机柜内，形成循环。
47.2)干冰制冷：干冰盒内储存有干冰，通过干冰盒上端的排气管将干冰吸热升华成二氧化碳，从排气管排出，此过程会吸收大量热量，从而降低冷通道内的温度。
48.3)冷凝水排放：热空气通过干冰盒后，产生的冷凝水流入接水盘并通过冷凝水管排出，冷凝水管外包裹保温材料以防止冷凝水在管道中重新生成。
49.4)空气循环动力：风机位于热空气进口处，通过产生气流的动力，促进空气循环，使冷空气不断流动，从而实现数据中心的制冷效果。
50.总体来说，该系统利用干冰制冷的原理，通过干冰换热装置将热量吸收，从而降低
冷通道内的温度，同时通过空气循环动力使得冷空气不断流动，从而实现数据中心的制冷效果。同时，系统中采用保温材料防止过度换热和二次换热，从而提高系统的效率和运行稳定性。
51.如图1所示，本发明实施例提供的数据中心干冰制冷系统包括封闭冷通道和干冰换热装置。
52.所述封闭冷通道利用机柜1、封闭门2以及顶板3构成，封闭门2和顶板3均采用保温材料，以阻止冷通道内冷空气与外界换热。
53.所述干冰换热装置设置在机柜顶部，包括干冰盒4、排气管5、接水盘6、冷凝水管7、风机8。
54.所述干冰盒4内储存有干冰，一侧设有开口门，可用于添加干冰。
55.所述干冰盒4外侧包裹有保温材料，干冰在常温下即可升华，为了防止干冰消耗过快，采用保温材料减少干冰和热空气的过度换热。
56.所述干冰盒4上端设有排气管5，干冰吸热升华成二氧化碳后，从排气管5排向室外。
57.所述干冰盒4下端设有接水盘6及冷凝水管7，热空气流过干冰盒4后，产生的冷凝水流入接水盘6，再通过冷凝水管7统一排出。
58.所述冷凝水管7外包裹有保温材料，防止空气与冷凝水管二次换热过程中再次产生冷凝水，影响机柜正常运行。
59.所述风机8位于热空气进口处，用于产生空气循环动力。
60.本发明的工作原理是：该数据中心干冰制冷系统的工作过程如下：
61.热空气首先在风机8作用下到达干冰换热装置，干冰盒4吸收热空气中的热量，空气温度降低，同时干冰升华为二氧化碳，从排气管5排出。换热过程中产生的冷凝水流入接水盘6，从冷凝水管7排出。热空气和干冰换热后，进入封闭冷通道，在进入机柜1前将和冷凝水管7进行第二次换热，空气温度进一步降低。冷空气从机柜1前端进入，给设备降温后，空气温度升高，形成的热空气从机柜1后端排出至热通道。热通道内的气体再由风机8送至干冰换热装置进行换热。如此循环，对数据中心机柜进行冷却。
62.需要说明的是，本发明的具体实施例为两个机柜平行布置，中间形成封闭冷通道，对机柜进行冷却。在仅有一个机柜的情况下，同样可以使用，将另一个机柜的位置替换为保温隔板即可。此外，在有多个机柜并列排布的情况下，机柜列之间可形成封闭冷通道，安装多个干冰换热装置，以满足散热需求。并且，不同干冰换热装置中产生的二氧化碳通过排气管汇总，统一排放至室外。换热过程中产生的冷凝水流入冷凝水管后，也统一汇总进行处理。
63.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
64.本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确
具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
65.本发明的数据中心干冰制冷系统，通过干冰的升华吸热，冷却数据中心热空气，保障数据中心的正常工作。该系统结构简单，不存在有毒有害物质，占用空间小，安装灵活。且利用排气管将干冰升华产生的二氧化碳排至室外，未直接散发到机房内部，保障了运维人员的安全。
66.热空气在与温度较低的干冰盒换热时，会产生冷凝水。一方面，降低了空气湿度。另一方面，收集的冷凝水还可以与空气再一次进行换热，增强了冷却效果。此外，将冷通道设置为封闭冷通道，阻止了冷空气和热空气混合，并且冷源放置在封闭冷通道中，顶板和封闭门均采用保温材料，防止冷量损失，增强了冷却效果。
67.在制冷过程中，只需给风机供电以提供空气循环动力，无需其他电力。且减少了常规冷源中的冷水机组、室外机等设备，噪声影响降低。
68.本发明实施例还可以采用以下几种优化可以应用于该数据中心干冰制冷系统：
69.1)优化风机位置：将风机放置在冷通道的出口处，可以更好地促进空气循环，使冷空气快速流入机柜内部，提高制冷效果。
70.2)优化干冰储存：干冰的储存和管理也可以优化，比如增加干冰储存盒的数量，使得干冰储存更加方便和稳定，并且可以根据需求进行定时或定量添加。
71.3)优化保温材料：选择更加高效的保温材料，可以减少热量的损失和干冰的消耗，提高制冷效率。
72.4)优化排气管设计：为排气管加入可调控的口径和开度，可以更好地控制干冰的升华速度，从而提高干冰的利用效率和降低干冰的消耗量。
73.5)优化冷凝水管道：在冷凝水管道中加入排水装置，可以更好地排出冷凝水，防止冷凝水积聚和漏水，同时也可以减少管道阻力和二次换热的影响，提高系统效率和稳定性。
74.6)采用智能控制系统：通过采用智能控制系统，可以根据机柜内部的温度、湿度等参数，自动调节干冰的使用量和风机的转速，以实现更加精确和高效的制冷效果。
75.7)采用多重制冷技术：可以考虑将干冰制冷与其他制冷技术，如压缩式制冷、吸收式制冷等相结合，以实现更加高效和节能的制冷效果，同时也可以提高制冷系统的可靠性和适应性。
76.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种数据中心干冰制冷系统，其特征在于，所述数据中心干冰制冷系统包括：封闭冷通道，用于分隔冷空气与热空气，防止冷空气与外界换热；干冰换热装置，用于利用干冰作为冷源，和热空气换热，降低空气温度及湿度，并将冷空气送至机柜进行散热。2.如权利要求1所述的数据中心干冰制冷系统，其特征在于，所述封闭冷通道包括机柜、封闭门和顶板，所述封闭门安装在相邻机柜的正面中间，所述顶板安装在机柜上端，所述封闭门和顶板均采用保温材料。3.如权利要求1所述的数据中心干冰制冷系统，其特征在于，所述干冰换热装置设置在机柜顶部，包括干冰盒和风机，所述干冰盒内储存有干冰，所述干冰盒一侧设有开口门，所述封闭冷通道两端分别安装有一个风机。4.如权利要求3所述的数据中心干冰制冷系统，其特征在于，所述干冰盒的上侧和侧面分别连通有排气管和冷凝水管，所述排气管上端在封闭冷通道上侧伸出。5.如权利要求3所述的数据中心干冰制冷系统，其特征在于，所述干冰盒下端设置有接水盘。6.如权利要求3所述的数据中心干冰制冷系统，其特征在于，所述干冰盒外侧包裹有保温材料。7.如权利要求3所述的数据中心干冰制冷系统，其特征在于，所述风机位于热空气进口处，用于产生空气循环动力。8.如权利要求4所述的数据中心干冰制冷系统，其特征在于，所述冷凝水管外包裹有保温材料。9.一种用于实施权利要求1-8任意一项所述的数据中心干冰制冷系统的控制方法，其特征在于，所述数据中心干冰制冷系统的控制方法包括：步骤一，热空气首先在风机作用下到达干冰换热装置，干冰盒吸收热空气中的热量，空气温度降低，同时干冰升华为二氧化碳，从排气管排出，换热过程中产生的冷凝水流入接水盘，从冷凝水管排出；步骤二，热空气和干冰换热后，进入封闭冷通道，在进入机柜前和冷凝水管进行第二次换热，空气温度进一步降低；步骤三，冷空气从机柜前端进入，给设备降温后，空气温度升高，形成的热空气从机柜后端排出至热通道，热通道内的气体再由风机送至干冰换热装置进行换热，如此循环，对数据中心机柜进行冷却。10.一种数据中心系统，其特征在于，所述数据中心系统安装有如权利要求1-8任意一项所述的数据中心干冰制冷系统。

技术总结
本发明属于数据中心制冷技术领域，公开了一种数据中心干冰制冷系统及其控制方法，包括封闭冷通道和干冰换热装置；封闭冷通道利用机柜、封闭门以及顶板构成，封闭门和顶板均采用保温材料，干冰换热装置设置在机柜顶部，包括干冰盒、排气管、接水盘、冷凝水管、风机，干冰盒内放置有干冰，一侧有开口门，用于添加干冰，排气管用于排放干冰升华产生的二氧化碳，接水盘和冷凝水管用于收集换热过程中产生的冷凝水，风机用于产生空气循环动力。本发明的数据中心干冰制冷系统，通过干冰的升华吸热，冷却数据中心热空气，保障数据中心的正常工作。该系统结构简单，不存在有毒有害物质，占用空间小，安装灵活。装灵活。装灵活。


技术研发人员：曾宪毅 苏志鹏 邱朝明
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司广州供电局
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/9