[发明专利]一种以二氧化碳为工质的机柜冷却系统及方法

说明书

本发明涉及一种以二氧化碳为工质的机柜冷却系统及方法，其特征在于：包括CO₂制冷机组、CO₂供给管路、机柜、CO₂回流管路及CO₂存储罐，所述机柜包括柜体及设置在柜体上的CO₂进口、CO₂出口、CO₂换热管路及风扇，所述CO₂制冷机组通过CO₂供给管路连接至所述柜体的CO₂进口，所述CO₂进口连接至所述CO₂换热管路一端，所述CO₂换热管路另一端连接至所述CO₂出口，所述柜体的CO₂出口通过CO₂回流管路连接至所述CO₂存储罐，所述CO₂存储罐通过CO₂回流管路连接至所述CO₂制冷机组。本发明结构设计科学合理，具备制冷灭火功能，能够实现机柜的高效、安全冷却，保证机柜的使用安全性能。

技术领域

本发明属于制冷冷却技术领域，涉及机柜冷却，特别涉及一种以二氧化碳为工质的机柜冷却系统及方法。

背景技术

随着国家大数据战略、互联网+战略实施，国家信息化水平不断提高，图像识别、大数据展示等新业务新应用带来数据业务的快速增长。而数据中心作为必要的基础设施逐渐向大规模、高密度方向发展，这带来了两个问题：

一是伴随着计算机和服务器性能的提高，设备功率也越来越大，从而导致计算机和通信设备在工作的过程中会产生更多的热量。若设备散热较差,则可能导致系统无法稳定运行，甚至可能导致系统崩溃。机房属于动态密集型热源，大规模高密度的布置会进一步增大散热压力，因此，要求制冷系统能够及时有效地将产生的热量散发出去，且尽可能地高效制冷，减小能量消耗。

二是由于机柜布置密集，机柜的防火工作尤为重要，一旦发生火灾，不仅会导致硬件损坏，还会导致系统的瘫痪，数据的丢失等严重后果，因此机房也需要高效且损失小的灭火方式。

传统的数据机房冷却通常采用机房级的冷却，有研究者采用热管换热机组，将整个机房的温度和湿度以及洁净度保持恒定。这种冷却形式需要消耗大量的能量使机房整体冷却效率较低，且容易出现局部热岛现象，从而引发事故。

对此，有研究者改变了机房空调送风方式，但未从根本上解决问题。目前也有许多数据机房对机柜直接冷却，有专利使用货柜式数据中心或在终端设置多个制冷单元分别制冷实现了制冷量的调节，提高了制冷效率，提高了数据中心运行的安全性，有效减少了制冷能耗。但以上的机柜级制冷形式，采用的制冷剂通常为R134a、R22、R410a或R407c等，这些制冷剂多数具有毒性，一旦泄露会造成人员伤亡，和臭氧层的破坏，加剧温室效应。还有一些机柜级冷却将水作为循环工质，而水一旦泄露，会造成机房短路，造成巨大破坏。

此外，数据机房的灭火方式也至关重要，随着数据中心向高密度、高运算速度的方向发展，机柜的布置越来越密集，给灭火工作带来困难。

一是电子设备对灭火剂的要求较高。若采用水作为灭火剂，会导致电子设备短路而损坏。通常选用磷酸铵盐干粉灭火器、碳酸氢钠干粉灭火器或二氧化碳灭火器对数据机房灭火，而干粉器灭火后残留的粉末状覆盖物会对电子元器件则有一定的腐蚀作用和粉尘污染，而且也还很难清洁。若采用气体灭火系统对数据机房灭火，气体灭火系统主要使用的灭火剂为二氟-氯-溴甲烷、三氟溴甲烷或者1,2-二溴四氟乙烷，此类物质常温下为绝缘性气体，当暴露于火焰高温受热时，灭火剂会发生裂解反应生成高反应活性的自由基，这些自由基会打断燃烧链式反应进而达到灭火的目的。然而此类化合物会严重破坏臭氧层，被逐步禁用。