CN105115084B - 重力热管式冷源蓄冷系统及冷水机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重力热管式冷源蓄冷系统及冷水机组，蓄冷系统包括重力热管和蓄冷池，重力热管的下端连接设置在蓄冷池中，重力热管的上端设置在冷凝换热装置中，还包括换热管，换热管埋设在地下，换热管包括中心管和外侧管，中心管和外侧管的上端分别联通冷凝换热装置的两端。本发明还公开了一种利用重力热管式冷源蓄冷系统为冷水机组提供蓄冷系统的重力热管式冷源蓄冷系统冷水机组，本发明的重力热管式冷源蓄冷系统利用换热管为重力热管提供冷源，换热管能够充分利用钻孔井内的热交换面积，使换热管与井壁保持大面积的接触，有效提高换热管的吸冷效率。

Description

重力热管式冷源蓄冷系统及冷水机组
技术领域
本发明涉及一种重力热管式冷源蓄冷系统及冷水机组。
背景技术
现有技术中，数据中心对冷水机组持续制冷能力要求比较高，当外部电源断电后，UPS可以用于IT设备供电，一般无法给同样耗电巨大的空调设备进行供电，但是可以给风机、水泵等功耗小的设备进行供电。此外，数据中心为解决蓄冷事宜，在水系统中增设大型蓄冷罐，体积庞大，占据空间巨大，给保温工作，承重工作带来麻烦；并且这种系统并不能节能。出于断电后提供冷量的角度以及减少蓄冷设备体积的角度考虑。
因此，需要一种蓄冷系统以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中冷水机组的缺陷，提供一种节能高效的重力热管式蓄冷系统。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的重力热管式冷源蓄冷系统采用如下技术方案：一种重力热管式冷源蓄冷系统，所述冷水机组设有冷水管道，所述蓄冷系统包括重力热管和蓄冷池、冷凝换热装置和换热管，所述蓄冷池的进口和出口与冷水机组的冷水管道连接形成并联，并通过控制阀实现接入或断开；所述重力热管为分离式热管，其蒸发段设在蓄冷池中，冷凝段则设在冷凝换热装置中获取冷源；所述换热管埋设在地下，所述换热管包括中心管和外侧管，所述中心管和外侧管的上端分别通过绝热管联通所述冷凝换热装置的进口和出口，所述中心管和外侧管平行，所述外侧管均匀设置在所述中心管的外侧，所述外侧管之间相互分离，所述外侧管的横截面均由三个等弧长等半径的弧依次首尾相接构成，所述外侧管的棱与所述中心管的外壁表面连接，所述外侧管远离所述中心管的弧面与所述中心管同轴。
更进一步的，所述外侧管的横截面面积均相等。
更进一步的，所述冷凝换热装置为水冷装置、风冷装置或者喷淋蒸发冷凝换热装置。
更进一步的，所述外侧管的横截面的面积总和大于所述中心管的横截面面积。
更进一步的，所述中心管的内壁直径为40±0.5mm,所述换热管整体外直径为80±0.5mm，所述中心管和所述外侧管的管壁厚度均为3±0.5mm。
更进一步的，所述中心管靠近地面的一端内壁绝热或在其内壁设置绝热管套。
更进一步的，所述中心管的截面积为所述外侧管截面积之和的50-60%。此时换热效率更高。
更进一步的，所述蓄冷系统应用于冷水机组上，所述蓄冷池与所述冷水机组并联。当冷水机组出现故障或者停电时，可以利用蓄冷池持续提供冷量。
更进一步的，所述蓄冷池中存储有蓄冷介质，所述蓄冷介质是水、乙二醇溶液、35％～40%的氯化钙水溶液、或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～25%三水合醋酸钠的水溶液，或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～30%氯化钙的水溶液。此蓄冷介质具有5～20℃下相变温度，从而在温度较高的环境下有效利用其相变潜热。
有益效果：本发明的重力热管式冷源蓄冷系统利用换热管为重力热管提供冷源，换热管能够充分利用钻孔井内的热交换面积，使换热管与井壁保持大面积的接触，有效提高换热管的吸冷效率，同时因为外侧管的各弧面弧度均相同可以使外侧管管压平均分配，防止外侧管破裂，延长外侧管使用寿命。
本发明还公开了一种重力热管式冷源蓄冷系统冷水机组，采用如上所述的重力热管式冷源蓄冷系统，所述蓄冷池与所述冷水机组并联。
更进一步的，所述蓄冷池通过三通阀连接冷水机组。此种设计可简单方便实现控制介质从冷水机组或者蓄冷池通过。
有益效果：本发明的重力热管式冷源蓄冷系统冷水机组，利用重力热管式冷源蓄冷系统为冷水机组提供蓄冷系统，且本发明的重力热管式冷源蓄冷系统利用换热管为重力热管提供冷源，换热管能够充分利用钻孔井内的热交换面积，使换热管与井壁保持大面积的接触，有效提高换热管的吸冷效率，同时因为外侧管的各弧面弧度均相同可以使外侧管管压平均分配，防止外侧管破裂，延长外侧管使用寿命。
附图说明
图1 本发明的重力热管式冷源蓄冷系统的结构示意图；
图2本发明的重力热管的结构示意图；
图3本发明的换热管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
请参阅图1、图2和图3所示，本发明的重力热管式冷源蓄冷系统，蓄冷系统应用于冷水机组上，冷水机组设有冷水管道，蓄冷系统包括重力热管6、蓄冷池5、冷凝换热装置4和换热管，重力热管6的下端设置在蓄冷池5中，重力热管6的上端设置在冷凝换热装置4中。其中，蓄冷池5与冷水机组4并联。当冷水机组出现故障或者停电时，可以利用蓄冷池5持续提供冷量。
蓄冷池的进口和出口与冷水机组的冷水管道连接形成并联，并通过控制阀实现接入或断开；重力热管为分离式热管，其蒸发段设在蓄冷池中，冷凝段则设在冷凝换热装置中获取冷源；换热管埋设在地下。
蓄冷池5中存储有蓄冷介质，所述蓄冷介质是水、乙二醇溶液、35％～40%的氯化钙水溶液、或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～25%三水合醋酸钠的水溶液，或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～30%氯化钙的水溶液。此蓄冷介质具有5～20℃下相变温度，从而在温度较高的环境下有效利用其相变潜热。
本发明的换热管埋设在地下，包括中心管1和外侧管2，中心管1和外侧管2的上端分别通过绝热管联通所述冷凝换热装置4的进口和出口，形成循环，从而为冷凝换热装置提供作为冷凝冷源的冷水。中心管1的横截面为圆形，外侧管2与中心管1平行，外侧管2均匀设置在中心管1的外侧，外侧管2之间相互分离，外侧管2的横截面均由三个等弧长等半径的弧依次首尾相接构成，外侧管2的棱与中心管1的外壁表面连接，外侧管2远离中心管1的弧面与中心管1同轴。其中外侧管2为进流管，中心管1为回流管。上述设计能够使换热管充分利用钻孔井内的热交换面积，使换热管与井壁保持大面积的接触，有效提高换热管的吸冷效率。本实施例中，外侧管2之间相互分离、不接触。外侧管2的横截面面积均相等。所有外侧管2的横截面的面积的总和大于中心管1的横截面面积。此设计可使换热管的进流管的管压大大降低。可保证进流时流体较缓慢流动，停留时间长，吸收更多的热量。回流截面小，经过底部热交换的液体能快速流回地面，避免回流液体受进流管的热干扰。优选的，中心管1的截面积为外侧管1截面积之和的50-60%。
优选的，外侧管2的外管壁上设置有凹槽3。凹槽3可以沿外侧管2的轴线方向设置。其中，凹槽3均匀分布在外侧管2的外管壁。凹槽3的长度与外侧管2的长度相等。在外侧管2上设置凹槽3用来扩大外侧管2的表面积，可以更有效的吸收热量，提高换热管的热交换效率。能够充分利用钻孔井内的热交换面积，使换热管与井壁保持大面积的接触，有效提高换热管的吸冷效率。中心管1靠近地面的一端内壁绝热或者在其内壁设置绝热管套。靠近地表的部分，进流管和回流管之间热干扰大，对回流管靠近地面的上端的管腔接触面绝热或插入绝热套管就可提高热交换效率。为保证使用寿命大于50年，换热管的材质为高密度聚乙烯或聚丙烯。中心管1的内壁直径为40±0.5mm,换热管的整体外直径为80±0.5mm，中心管1和外侧管2的管壁厚度均为3±0.5mm。
本发明还公开了一种重力热管式冷源蓄冷系统冷水机组，采用如上所述的重力热管式冷源蓄冷系统，蓄冷池5与冷水机组并联。蓄冷池5通过三通阀连接冷水机组。此种设计，简单方便实现控制介质从冷水机组或者蓄冷池通过。
本发明主要在于分离式热管的冷凝段的制冷方式，通过换热管引入地下冷水对冷凝段进行降温，同时该换热管的结构有改进提高了换热效率。
本发明的重力热管式冷源蓄冷系统冷水机组，利用重力热管式冷源蓄冷系统为冷水机组提供蓄冷系统，且本发明的重力热管式冷源蓄冷系统利用换热管为重力热管提供冷源，换热管能够充分利用钻孔井内的热交换面积，使换热管与井壁保持大面积的接触，有效提高换热管的吸冷效率，同时因为外侧管的各弧面弧度均相同可以使外侧管管压平均分配，防止外侧管破裂，延长外侧管使用寿命。
原理如下：
蓄冷过程：在冷凝换热装置4温度低于设定值时，重力热管6启动运行，载冷剂在室外冷凝换热装置和蓄冷池5之间进行循环，在冷凝换热装置4中排放热量，在蓄冷池5中吸收热量，从而降低蓄冷池5中蓄冷介质的温度，甚至使得制冷剂介质发生相变，从而储存热量。
释放冷量的过程：当需要释放冷量的时候，通过开启通断阀的方式，使得冷水机组的进水先流经蓄冷池5，这些水和蓄冷池5中介质发生热量交换，降低了冷水机组的水温。实现释放冷量的过程。
本发明的重力热管6式冷源蓄冷系统利用换热管为重力热管6提供冷源，换热管能够充分利用钻孔井内的热交换面积，使换热管与井壁保持大面积的接触，有效提高换热管的吸冷效率，同时因为外侧管的各弧面弧度均相同可以使外侧管管压平均分配，防止外侧管破裂，延长外侧管使用寿命。

Claims (10)

1.一种重力热管式冷源蓄冷系统，所述冷水机组设有冷水管道，其特征在于：所述蓄冷系统包括重力热管（6）和蓄冷池（5）、冷凝换热装置（4）和换热管，所述蓄冷池的进口和出口与冷水机组的冷水管道连接形成并联，并通过控制阀实现接入或断开；所述重力热管为分离式热管，其蒸发段设在蓄冷池中，冷凝段则设在冷凝换热装置中获取冷源；所述换热管埋设在地下，所述换热管包括中心管（1）和外侧管（2），所述中心管（1）和外侧管（2）的上端分别通过绝热管联通所述冷凝换热装置（4）的进口和出口，所述中心管（1）和外侧管（2）平行，所述外侧管（2）均匀设置在所述中心管（1）的外侧，所述外侧管（2）之间相互分离，所述外侧管（2）的横截面均由三个等弧长等半径的弧依次首尾相接构成，所述外侧管（2）的棱与所述中心管（1）的外壁表面连接，所述外侧管（2）远离所述中心管（1）的弧面与所述中心管（1）同轴。
2.如权利要求1所述的重力热管式冷源蓄冷系统，其特征在于，所述外侧管（2）的横截面面积均相等。
3.如权利要求1所述的重力热管式冷源蓄冷系统，其特征在于，所述冷凝换热装置为水冷装置、风冷装置或者喷淋蒸发冷凝换热装置。
4.如权利要求1所述的重力热管式冷源蓄冷系统，其特征在于，所述外侧管（2）的横截面的面积总和大于所述中心管（1）的横截面面积。
5.如权利要求1所述的重力热管式冷源蓄冷系统，其特征在于，所述中心管（1）的内壁直径为40±0.5mm,所述换热管整体外直径为80±0.5mm，所述中心管（1）和所述外侧管（2）的管壁厚度均为3±0.5mm。
6.如权利要求1所述的重力热管式冷源蓄冷系统，其特征在于，所述中心管（1）靠近地面的一端内壁绝热或在其内壁设置绝热管套。
7.如权利要求1所述的重力热管式冷源蓄冷系统，其特征在于，所述中心管（1）的截面积为所述外侧管（1）截面积之和的50-60%。
8.如权利要求1所述的重力热管式冷源蓄冷系统，其特征在于，所述蓄冷池（5）中存储有蓄冷介质，所述蓄冷介质是水、乙二醇溶液、35％～40%的氯化钙水溶液、或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～25%三水合醋酸钠的水溶液，或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～30%氯化钙的水溶液。
9.一种重力热管式冷源蓄冷系统冷水机组，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的重力热管式冷源蓄冷系统，所述蓄冷池（5）与冷水机组并联。
10.如权利要求9所述的重力热管式冷源蓄冷系统冷水机组，其特征在于，所述蓄冷池（5）通过三通阀连接冷水机组。
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