CN108721821A - 一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统 - Google Patents

一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，当该系统运行温湿度调节系统时，控制低温氮气注入口(14)处于闭合状态，位于进风管(2)内的管式热交换器(4)通过液氮储存室(11)、可控风门(3)和电磁流量阀(5)来调节进风管路(2)的空气温度，从而降低机房的温度；当机房内湿度较大时，通过控制切换开关(10)使空气经过除湿装置(9)，从而调节机房内的湿度；当机房发生火灾时，温湿度调节系统关闭，控制低温氮气注入口处于开合状态，将机房封闭并由低温氮气注入口输入大量氮气进行灭火作业。该系统一方面能精确调控数据中心机房内的温湿度，另一方面能够实现机房快速安全有效灭火。

Description

一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统
技术领域
本发明属于数据中心火灾防护领域，具体涉及一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统。
背景技术
随着信息技术的发展及“大数据”时代的到来，海量数据的挖掘和运用已经渗透到各行各业，数据逐渐成为有价值的财产。数据中心作为数据的物理载体，其投资巨大，存储在其中的数据更是无法估计。
数据中心的电子设备多为精密电子仪器，工作环境的温湿度会对电子设备的正常运转产生巨大的影响。不适宜的温湿度会造成电子设备性能下降，严重时还会导致电子设备的损坏，造成数据的损失。温度偏高易使机器散热不畅，使晶体管的工作参数产生漂移，影响电路的稳定性和可靠性，严重时还可造成元器件的击穿损坏，因此，通信设备在长期运行工作期间，机器温度一般控制在25℃以下较为适宜。湿度太大易引起设备的金属部件和插接件管部件产生锈蚀，并引起电路板、插接件和布线的绝缘性能降低，严重时还可能造成电路短路，因此，数据中心机房内的相对湿度一般保持在60％以下较为适宜。
近年来，随着数据中心的爆发式增长，数据中心也成了重点消防单位。由于数据中心的重要性及准确性，建筑的防灾特别是防火成为工程的设计重点。数据中心具有电气火灾多、难以散热和火灾扑救困难等火灾特点。为解决数据中心发生火灾带来的直接经济损失和数据丢失导致的间接损失，传统的卤代烷灭火系统正在逐渐被淘汰，代之以新型、环保的灭火系统，如FM200、气溶胶等洁净气体灭火系统及细水雾灭火系统。然而，FM200灭火系统在灭火过程中会因灭火时产生的热量而分解生成少量的氟化氢，氟化氢不仅对人体具有一定毒性，而且对设备有一定的腐蚀性；气溶胶灭火产物中的金属阳离子易与水结合生成碱性氧化物，灭火后烟雾大，灭火后产生的液体、固体沉积物对计算机设备性能会造成一定影响；细水雾灭火系统常会对电子信息设备产生水渍和导电敏感性问题，因此上述灭火系统均不适用于数据中心主机房。
发明内容
本发明的目的是提供一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，该系统一方面能精确调控数据中心机房内的温湿度，另一方面能够实现机房快速安全有效灭火。
为实现上述目的，一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，包括制冷系统和冷风输送系统；所述制冷系统包括依次设置在进风管路内的可控风门和管式热交换器；所述管式热交换器的进口通过低温氮气输送管路与设置在机房一侧的低温氮气注入口连接，低温氮气注入口设置有电磁截止阀，低温氮气输送管路上安装有三通阀，管式热交换器与三通阀之间的管路中装有电磁流量阀，三通阀的另一端口与液氮储存室的出口连接，管式热交换器的出口通过氮气回收管路与加压室连接，加压室与液氮储存室的进口连接；
所述冷风输送系统包括风机和位于机房内的冷风配送器，风机设置在管式热交换器沿进风向的后侧，风机的出口通过双管系统与机房地板下方的冷风输送管路连通，双管系统为两条并联管路，其中一条管路中设置有除湿装置，两条并联管路靠近机房一端的连接处设置有切换开关；所述冷风配送器与冷风输送管路连通，机房的出风口设置有电磁风门，出风口通过热风回流管道与进风管路的进风口连通；所述机房内还设置有温度传感器和湿度传感器；所述可控风门、电磁流量阀、切换开关、电磁风门、电磁截止阀、温度传感器和湿度传感器分别与计算机电连接。
进一步的，所述冷风配送器的输风面包括内层和外层，内层上均匀分布若干漏风孔，外层由若干块独立的活动横板组合而成，每块活动横板与控制其开合角度的联动装置相连，联动装置与电动机相连。
进一步的，所述热风回流管道与进风管路的连通处和进风管路的进风口处分别设置有除尘过滤装置。
优选的，所述除湿装置为球式汽水分离器。
优选的，所述冷风配送器设置于两列面对面放置的机柜之间。
优选的，所述管式热交换热器的换热管为翅片管。
优选的，所述低温氮气注入口的注氮喷嘴为扇形。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)安全有效，全淹没灭火，系统损害低：本系统采用液氮作为降温和灭火的介质，液氮具有易获取、环境无害、低温惰性、扩散迅速、对电子设备无损害等显著优点，释放的液氮汽化膨胀，全淹没数据中心空间，其不仅能迅速扑灭机房火灾，快速控制火情，而且由于其本身具有的惰性，还能够大幅度降低灭火作业引起的电子设备损坏问题，十分适宜于数据中心的降温和灭火。
(2)温湿度智能调控：数据中心机房内设置的温度传感器和湿度传感器实时监测机房内的温湿度情况，并将监测信号输送至计算机，通过计算机控制系统智能调控机房内的温湿度；流入进风管路内的风流温度通过电控制可控风门的闭合角度和低温氮气输入管路上的电磁流量阀来实现降温；当风流湿度较大时，通过电控制切换开关使风流经过除湿装置后再输送至机房，从而保证机房处在适宜的温湿度环境内。
(3)高效降温：机房内的机箱采用面对面的分布方式，冷风配送器布置在两行机箱之间，冷风配送器的内外双层结构能够使绝大部分的冷风输送至机柜的电子设备处，大幅提升降温效率，并能够避免冷风直接汇入回流管道而造成浪费。
(4)经济环保：系统的制冷系统采用冷热流体热交换模式，冷流体为液氮，液氮价格低廉、易于获取，且本系统中的降温循环使用液氮，整个系统没有大型空调等电气设备，系统功耗低，另外，系统在正常运转时也没有产生对环境有害的物质，环境友好且经济高效。
(5)结构简单，便于检修：整个系统将灭火系统和降温除湿系统完美糅合在一起，系统整体结构简单，在部分零件出现故障时，检修作业能快速高效进行。
(6)使用寿命长：氮气的惰化性质可在一定程度上延长管道及部分设备的使用寿命，另外，系统中的除尘过滤装置与之配合，能够有效降低系统中的灰尘含量，提高精密电子设备和风机的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中冷风配送器的结构示意图；
图3为本发明中冷风配送器的外层结构示意图；
图中：1、除尘过滤装置，2、进风管路，3、可控风门，4、管式热交换器，5、电磁流量阀，6、风机，7、低温氮气输入管路，8、氮气回收管路，9、除湿装置，10、切换开关，11、液氮储存室，12、三通阀，13、加压室，14、低温氮气注入口，15、机柜，16、冷风配送器，17、电磁风门，18、冷风输送管路，19、热风回流管道，20、内层，21、外层，22、漏风孔，23、活动横板，24、联动装置，25、电动机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，包括制冷系统和冷风输送系统；所述制冷系统包括依次设置在进风管路2内的可控风门3和管式热交换器4；所述管式热交换器4的进口通过低温氮气输送管路7与设置在机房一侧的低温氮气注入口14连接，低温氮气注入口14设置有电磁截止阀，低温氮气输送管路7上安装有三通阀12，管式热交换器4与三通阀12之间的管路中装有电磁流量阀5，三通阀12的另一端口与液氮储存室11的出口连接，管式热交换器4的出口通过氮气回收管路8与加压室13连接，加压室13与液氮储存室11的进口连接；
所述冷风输送系统包括风机6和位于机房内的冷风配送器16，风机6设置在管式热交换器4沿进风向的后侧，风机6的出口通过双管系统与机房地板下方的冷风输送管路18连通，双管系统为两条并联管路，其中一条管路中设置有除湿装置9，两条并联管路靠近机房一端的连接处设置有切换开关10；所述冷风配送器16与冷风输送管路18连通，机房的出风口设置有电磁风门17，出风口通过热风回流管道9与进风管路2的进风口连通；所述机房内还设置有温度传感器和湿度传感器；所述可控风门3、电磁流量阀5、切换开关10、电磁风门17、电磁截止阀、温度传感器和湿度传感器分别与计算机电连接。
如图2和图3所示，为了提升机柜15内电子设备的降温效率，并避免冷风直接汇入热风回流管道19而造成浪费，所述冷风配送器16的输风面包括内层20和外层21，内层20上均匀分布若干漏风孔22，外层21由若干块独立的活动横板23组合而成，每块活动横板23与控制其开合角度的联动装置24相连，联动装置24与电动机25相连；所述冷风配送器16可以放置在机柜15的一侧，也可以放置在两列面对面放置的机柜15之间，优选的，所述冷风配送器16设置于两列面对面放置的机柜15之间。
为了降低系统中的灰尘含量，提高精密电子设备和风机的使用寿命，所述热风回流管道19与进风管路2的连通处和进风管路2的进风口处分别设置有除尘过滤装置1。
所述除湿装置9可以是放置有吸湿的试剂盒，也可以是球式汽水分离器，为了更快速高效除湿，所述除湿装置9为球式汽水分离器。
为了更快速的实现风流降温，所述管式热交换热器4的换热管为翅片管。
为了使液氮快速气化充满整个机房，所述低温氮气注入口14的注氮喷嘴为扇形。
使用时：该系统能够实现两方面的功能，即机房意外火灾的抢险灭火以及机房的温湿度环境调节。系统在正常情况下，主要运行温湿度调节系统，启动电动机25，控制低温氮气注入口14上的电磁截止阀处于闭合状态，控制低温氮气输入管路7上的电磁流量阀5开启，空调系统进行作业。系统的风流制冷通过处于进风管路2的管式热交换器4进行，当机房内的温度传感器检测到温度较高的信号并将该信号传输至计算机，计算机通过控制可控风门3以及电磁流量阀5，即通过改变冷热流体进行换热的流量大小来实现风流的温度调节。制冷后的冷风通过风机6鼓入冷风输送系统的双管系统，该双管系统用于控制风流的湿度大小，当机房内的湿度传感器检测到风流湿度较大的信号并将该信号传输至计算机，计算机控制切换开关10使风流进入含有除湿装置9的管路，降湿后再进入机房；当风流湿度适宜时，直接从普通管路进入机房，有效调控风流的湿度大小，保证机房有一个适宜的湿度环境。风流进入机房后通过冷风配送器16输送至机柜15用于降温，风流经冷风配送器16的内层20结构改变成水平风流后再通过外层21的导风板进一步调节，控制活动横板23的风口朝向机柜15，保证冷风能大部分用于电子设备的降温。机房内的冷风吸收电子设备放出的热量之后汇入热风回流管道19，经热风回流管路19汇入进风管路2，如此循环往复，持续调节机房的温湿度环境。
降温用的冷流体采用液氮，液氮循环使用，低温氮气吸收热量后通过氮气回收管路8进入加压室13，在加压室13内进行加压作业，将温度较高的氮气重新转化为液氮，再通过管道注入液氮储存室11。
当机房意外发生火情时，温湿度调节系统关闭，关闭控制低温氮气输入管路7的电磁流量阀5、冷风配送器的外层结构21、电磁风门17在内的所有出入口，关闭电动机25，并开启控制低温氮气注入口14的电磁截止阀，将机房封闭并由低温氮气注入口14输入大量氮气进行灭火作业。在火灾完全扑灭后，解除机房的封闭状态，待氮气散尽后，再进行数据的恢复和设备的维修。

Claims (7)

1.一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，其特征在于，包括制冷系统和冷风输送系统；
所述制冷系统包括依次设置在进风管路(2)内的可控风门(3)和管式热交换器(4)；所述管式热交换器(4)的进口通过低温氮气输送管路(7)与设置在机房一侧的低温氮气注入口(14)连接，低温氮气注入口(14)设置有电磁截止阀，低温氮气输送管路(7)上安装有三通阀(12)，管式热交换器(4)与三通阀(12)之间的管路中装有电磁流量阀(5)，三通阀(12)的另一端口与液氮储存室(11)的出口连接，管式热交换器(4)的出口通过氮气回收管路(8)与加压室(13)连接，加压室(13)与液氮储存室(11)的进口连接；
所述冷风输送系统包括风机(6)和位于机房内的冷风配送器(16)，风机(6)设置在管式热交换器(4)沿进风向的后侧，风机(6)的出口通过双管系统与机房地板下方的冷风输送管路(18)连通，双管系统为两条并联管路，其中一条管路中设置有除湿装置(9)，两条并联管路靠近机房一端的连接处设置有切换开关(10)；所述冷风配送器(16)与冷风输送管路(18)连通，机房的出风口设置有电磁风门(17)，出风口通过热风回流管道(19)与进风管路(2)的进风口连通；
所述机房内还设置有温度传感器和湿度传感器；所述可控风门(3)、电磁流量阀(5)、切换开关(10)、电磁风门(17)、电磁截止阀、温度传感器和湿度传感器分别与计算机电连接。
2.根据权利要求1所述的一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，其特征在于，所述冷风配送器(16)的输风面包括内层(20)和外层(21)，内层(20)上均匀分布若干漏风孔(22)，外层(21)由若干块独立的活动横板(23)组合而成，每块活动横板(23)与控制其开合角度的联动装置(24)相连，联动装置(24)与电动机(25)相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，其特征在于，所述热风回流管道(19)与进风管路(2)的连通处和进风管路(2)的进风口处分别设置有除尘过滤装置(1)。
4.根据权利要求1或2所述的一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，其特征在于，所述除湿装置(9)为球式汽水分离器。
5.根据权利要求1或2所述的一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，其特征在于，所述冷风配送器(16)设置于两列面对面放置的机柜(15)之间。
6.根据权利要求1或2所述的一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，其特征在于，所述管式热交换热器(4)的换热管为翅片管。
7.根据权利要求1或2所述的一种数据中心液氮防灭火及温湿度调控系统，其特征在于，所述低温氮气注入口(14)的注氮喷嘴为扇形。
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