一种用于数据中心的后备冷却系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于数据中心的后备冷却系统及其控制方法。其中冷却系统包括气化器、文丘里混合器，所述冷却设备连接液氮管道，液氮管道包括第一管道与第二管道，所述第一管道将液氮输入到所述气化器中，所述气化器将液氮气化为氮气并通过输送管道输出到所述文丘里混合器，所述第二管道将液氮输入到所述文丘里混合器中与氮气进行混合形成冷却气体，冷却气体通过所述文丘里混合器的输出管道输出到室内。本发明专利技术提高了冷却的可靠性，进而保障整个数据中心的设备安全。数据中心的设备安全。数据中心的设备安全。

【技术实现步骤摘要】
一种用于数据中心的后备冷却系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及冷却
，特别是涉及一种用于数据中心的后备冷却系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]数据中心的冷却对象主要是电子信息设备，温度过高会造成电子设备过热而发生运行故障的概率增大。目前常用的冷却方式有风冷式冷却、水冷式冷却，但是对于保障整套冷却系统的可靠性这一非常重要的环节在很多的数据中心没有得到足够的重视。尽管设计的很周到，但是还是无法避免会出现一些意外情况的发生，从而影响冷却系统的正常运转。目前也有采用液氮方式进行冷却，如公布号CN108101356A、公布日2018.6.1的中国专利：一种光纤拉丝在线冷却的方法和系统，该专利通过液氮直接对光纤进行二次冷却，但是输出的冷却温度不稳定不及时，由于数据中心的存储器，服务器等都是高显热的器件，如果没有得到及时的冷却很容易过热，从而导致电子信息设备的损坏，这将会导致大量数据的丢失，所以亟需一种可靠的冷却方式。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有冷却系统可靠性不足的问题，防止冷却系统在遇到突发情况影响正常运转，从而导致电子信息设备的过热以致损坏设备，造成数据的丢失，提出一种用于数据中心的后备冷却系统及其控制方法，从而提高了冷却的可靠性，进而保障整个数据中心的设备安全。
[0004]本专利技术的技术方案为：
[0005]一种用于数据中心的后备冷却系统，包括气化器、文丘里混合器，所述冷却设备连接液氮管道，液氮管道包括第一管道与第二管道，所述第一管道将液氮输入到所述气化器中，所述气化器将液氮气化为氮气并通过输送管道输出到所述文丘里混合器，所述第二管道将液氮输入到所述文丘里混合器中与氮气进行混合形成冷却气体，冷却气体通过所述文丘里混合器的输出管道输出到数据中心；
[0006]冷却系统还设有控制器，所述第一管道与所述气化器的输入口之间设有第一流量控制阀、所述输送管道与所述文丘里混合器的第一输入口之间设有第二流量控制阀、所述第二管道与所述文丘里混合器的第二输入口之间设有第三流量控制阀、所述输出管道上设有第一温度传感器，冷却系统在数据中心内设有第二温度传感器；
[0007]所述第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀、第一温度传感器、第二温度传感器均与所述控制器电性连接。
[0008]第二温度传感器监测数据中心的温度超出设定的目标温度时，控制器根据设定的目标温度对冷却系统输出的冷却气体的温度进行调控，通过数据处理模块计算冷却气体所需的温度，再令PLC控制模块控制上述的三个流量控制阀调整氮气与液氮输入文丘里混合器的入口流量，使得混合后喷出的冷却气体达到所需的温度，之后通过第一温度传感器实
时监测冷却气体的喷出温度，当实时温度与冷却气体所需的温度存在偏差时，通过PID控制模块对输出冷却气体的实时温度进行反馈调控，以使数据中心的温度达到所设定的目标温度。
[0009]进一步，所述控制器包括PID控制模块、数据处理模块、PLC控制模块，所述PID控制模块、PLC控制模块均与所述数据处理模块电性连接。
[0010]进一步，所述气化器的一侧设有吹风装置，所述吹风装置引动空气形成对流沿水平方向吹向所述气化器。可通过吹风装置引起空气快速流动，进而使得超低温液氮在气化器中完全气化，增强气化器的换热效率，可使液氮快速转换成高压氮气，提高气化效率。
[0011]进一步，所述气化器为螺旋管式气化器，增强换热的面积，使液氮快速转换成高压氮气，提高气化效率。
[0012]进一步，所述文丘里混合器的输出管道末端设有喇叭形喷嘴，增强喷出速度，提高冷却气体的喷射范围，使其能对室内进行快速降温。
[0013]本专利技术还提供一种用于对上述的后备冷却系统进行控制的方法，所述控制器包括PID控制模块、数据处理模块、PLC控制模块，所述控制器对所述后备冷却系统进行控制的具体过程如下：
[0014]S1、第二温度传感器监测数据中心的温度T1是否高于设定的目标温度T，是则执行S2，否则不进行调控；
[0015]S2、数据处理模块计算要达到目标温度T所需冷却气体的温度T2；
[0016]S3、根据冷却气体的所需温度T2确定文丘里混合器中进行混合的氮气和液氮的混合比例；
[0017]S4、根据氮气和液氮的混合比例，数据处理模块将第一流量控制阀、第二流量控制阀及第三流量控制阀的开度发送到PLC控制模块，PLC控制模块根据开度对所有流量控制阀进行开启，使冷却设备产生冷却气体输出；
[0018]S5、第一温度传感器检测输出管道输出的冷却气体的实时温度值，数据处理模块判断实时温度值是否达到温度T2，是则结束调控，否则执行S6；
[0019]S6、数据处理模块将实时温度值及温度T2输入到PID控制模块，PID控制模块对温度T2与实时温度值之间的误差进行PID优化，得到需要控制的温差，数据处理模块根据温差再对每个流量控制阀的开度进行调节；
[0020]S7、数据处理模块将调节后的开度发送至PLC控制模块，PLC控制模块调控第一流量控制阀、第二流量控制阀及第三流量控制阀的开度，进而改变文丘里混合器中氮气和液氮的混合比例，以使冷却气体的实时温度改变；
[0021]S8、通过第一温度传感器再次检测输出管道输出的冷却气体的实时温度值，如此时的实时温度值还未达到温度T2，则返回S6继续循环，当实时温度值达到温度T2时，则数据中心的温度T1达到目标温度T，结束调控。
[0022]进一步，步骤S2中，数据处理模块计算要达到目标温度T所需冷却气体的温度T2，具体过程如下：
[0023]根据理想气体状态方程：
[0024]PV＝nRT
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(1)
[0025]得到：
[0026]M1P1V1/RT1+M2P2V2/RT2＝(M1+M2)PV/RT
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(2)
[0027]其中M1、M2，P1、P2，V1、V2，T1、T2分别为数据中心内空气与冷却气体的摩尔质量、压强、气体体积和温度，P、V、T分别为冷却气体与数据中心内空气混合后的气体压强、体积和温度，R为气体常数；
[0028]因P、P1、P2相等，R为常数，上式(2)简化得到：
[0029][0030]得到要达到目标温度T所需冷却气体的温度T2为：
[0031][0032]进一步，步骤S3中，根据冷却气体的所需温度T2确定文丘里混合器中进行混合的氮气和液氮的混合比例，具体过程如下：
[0033]由于液氮管道输入的液氮的温度T3和流速S3为恒定值，因此根据氮气的温度T4能确定两者的流量比，而氮气的温度T4由气化器的气化过程得到，所以根据氮气的温度T4以及冷却气体的温度T2，能计算出进行混合的氮气的流速S4，即得到液氮与氮气的混合比例，计算过程如下：
[0034]液氮在气化器中的气化过程中温度变化的计算公式为：
[0035][0036]Q1＝M
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于数据中心的后备冷却系统，其特征在于，包括气化器(1)、文丘里混合器(2)、液氮管道，液氮管道包括第一管道(3)与第二管道(4)，所述第一管道(3)将液氮输入到所述气化器(1)中，所述气化器(1)将液氮气化为氮气并通过输送管道(5)输出到所述文丘里混合器(2)，所述第二管道(4)将液氮输入到所述文丘里混合器(2)中与氮气进行混合形成冷却气体，冷却气体通过所述文丘里混合器(2)的输出管道(6)输出到数据中心；冷却系统还设有控制器，所述第一管道(3)与所述气化器(1)的输入口之间设有第一流量控制阀(9)、所述输送管道(5)与所述文丘里混合器(2)的第一输入口之间设有第二流量控制阀(10)、所述第二管道(4)与所述文丘里混合器(2)的第二输入口之间设有第三流量控制阀(11)、所述输出管道(6)上设有第一温度传感器(12)，冷却系统在数据中心内设有第二温度传感器；所述第一流量控制阀(9)、第二流量控制阀(10)、第三流量控制阀(11)、第一温度传感器(12)、第二温度传感器均与所述控制器电性连接。2.根据权利要求1所述的后备冷却系统，其特征在于，所述控制器包括PID控制模块、数据处理模块、PLC控制模块，所述PID控制模块、PLC控制模块均与所述数据处理模块电性连接。3.根据权利要求1所述的后备冷却系统，其特征在于，所述气化器(1)的一侧设有吹风装置(7)，所述吹风装置(7)引动空气形成对流沿水平方向吹向所述气化器(1)。4.根据权利要求1所述的后备冷却系统，其特征在于，所述气化器(1)为螺旋管式气化器。5.根据权利要求1所述的后备冷却系统，其特征在于，所述文丘里混合器(2)的输出管道末端设有喇叭形喷嘴(8)。6.一种用于对权利要求1
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5任一所述的后备冷却系统进行控制的方法，其特征在于，所述控制器包括PID控制模块、数据处理模块、PLC控制模块，所述控制器对所述后备冷却系统进行控制的具体过程如下：S1、第二温度传感器监测数据中心的温度T1是否高于设定的目标温度T，是则执行S2，否则不进行调控；S2、数据处理模块计算要达到目标温度T所需冷却气体的温度T2；S3、根据冷却气体的所需温度T2确定文丘里混合器(2)中进行混合的氮气和液氮的混合比例；S4、根据氮气和液氮的混合比例，数据处理模块将第一流量控制阀(9)、第二流量控制阀(10)及第三流量控制阀(11)的开度发送到PLC控制模块，PLC控制模块根据开度对所有流量控制阀进行开启，使冷却设备产生冷却气体输出；S5、第一温度传感器(12)检测输出管道(6)输出的冷却气体的实时温度值，数据处理模块判断实时温度值是否达到温度T2，是则结束调控，否则执行S6；S6、数据处理模块将实时温度值及温度T2输入到PID控制模块，PID控制模块对温度T2与实时温度值之间的误差进行PID优化，得到需要控制的温差，数据处理模块根据温差再对每个流量控制阀的开度进行调节；S7、数据处理模块将调节后的开度发送至PLC控制模块，PLC控制模块调控第一流量控制阀(9)、第二流量控制阀(10)及第三流量控制阀(11)的开度，进而改变文丘里混合器(2)
中氮气和液氮的混合比例，以使冷却气体的实时温度改变；S8、通过第一温度传感器(12)再次检测输出管道(6)输出的冷却气体的实时温度值，如此时的实时温度值还未达到温度T2，则返回S...

【专利技术属性】
技术研发人员：高生明，曹成虎，滕飞，杨清万，
申请(专利权)人：长沙广钢气体有限公司，
类型：发明
国别省市：