CN107421173A - 应急制冷装置及机房空调连续制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应急制冷装置及机房空调连续制冷系统，应急制冷装置包括存储液态工质的存储单元、蒸发冷凝换热器、节流器件、输入管道以及输出管道；所述蒸发冷凝换热器内设有供机房空调的气态冷媒通过的第一换热通道、供所述存储单元的液态工质通过并与所述第一换热通道的气态冷媒进行热交换的第二换热通道；所述存储单元、输入管道、节流器件、第二换热通道和输出管道依次连接，形成供液态工质热交换后以气态形式排出的热交换通路。本发明的应急制冷装置，利用液态工质的汽化吸热过程，适于作为机房空调连续制冷的应急冷源，很好解决了机房空调(CRAC)的连续制冷的难题。

Description

应急制冷装置及机房空调连续制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种应急制冷装置及机房空调连续制冷系统。
背景技术
随着信息科技的高速发展，IT设备功率密度迅速上升，高热密度机柜在数据中心成为常态，数据中心内所需单位面积制冷量越来越大。一旦供电电源发生故障，此时由于制冷设备停止运行，致使机房温度快速上升，将会导致服务器过热而停止工作。
传统的分散式单元式机房空调(CRAC)组成的数据中心制冷系统，产业技术成熟，可靠性高，整体制冷系统安全性高，在数据中心得到了广泛应用。随着科技进步和时代发展，数据中心的规模越来越大，机柜热密度越来越高，一般为4kW/机柜-10kW/机柜，有的甚至高达30kW/机柜，一旦制冷中断，服务器的进风温度就会迅速攀升，可能只需要60秒甚至更短时间，就会达到破坏性水平，引发宕机或设备损坏酿成事故。因此，需要为机房空调配置连续制冷功能，但机房空调内部装有耗电量较大制冷压缩机，使用昂贵的大容量 UPS(不间断电源)为整机供电成本太高，因而限制了机房空调的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现机房空调连续制冷的应急制冷装置及具有该应急制冷装置的机房空调连续制冷系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种应急制冷装置，包括存储液态工质的存储单元、蒸发冷凝换热器、节流器件、输入管道以及输出管道；所述蒸发冷凝换热器内设有供机房空调的气态冷媒通过的第一换热通道、供所述存储单元的液态工质通过并与所述第一换热通道的气态冷媒进行热交换的第二换热通道；所述存储单元、输入管道、节流器件、第二换热通道和输出管道依次连接，形成供液态工质热交换后以气态形式排出的热交换通路。
优选地，所述节流器件选用毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀或孔板。
优选地，所述液态工质为液态二氧化碳或液氨。
优选地，所述应急制冷装置还包括设置在所述输入管道上的电磁阀，设置在所述输出管道上的背压控制阀和/或减压排气阀。
优选地，所述应急制冷装置还包括连接所述输出管道、吸收气态工质的吸收装置。
本发明还提供一种机房空调连续制冷系统，包括机房空调、以上任一项所述的应急制冷装置，所述机房空调包括室内蒸发器；
所述室内侧蒸发器的出口端通过气体管路连接所述应急制冷装置中蒸发冷凝换热器的第一换热通道，所述室内侧蒸发器的进口端通过液体管路连接所述第一换热通道，从而所述室内侧蒸发器与所述第一换热通道相连通形成空调冷媒通过并与应急制冷装置的液态工质热交换的应急制冷循环回路。
优选地，所述机房空调还包括连接在所述气体管路上的室外侧冷凝器和/ 或旁通阀，连接在所述液体管路上的储液器和冷媒泵。
优选地，所述机房空调还包括连接在所述气体管路上的压缩机。
优选地，所述机房空调还包括设置在所述气体管路和/或液体管路上的单向阀、设置在所述液体管路上的膨胀阀。
优选地，所述机房空调还包括对应所述室内侧蒸发器设置的室内风机、对应所述室外侧冷凝器设置的室外风机。
优选地，所述机房空调连续制冷系统还包括用于供电的不间断电源或应急电源。
本发明的应急制冷装置，利用液态工质的汽化吸热过程，适于作为机房空调连续制冷的应急冷源，很好解决了机房空调(CRAC)的连续制冷的难题。在机房空调供电故障压缩机停止运行时，能通过应急制冷装置的快速放冷，提供所需的制冷量，维持正常的室内温度，防止IT设备因温度超限发生宕机或故障。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的应急制冷装置的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的机房空调连续制冷系统的结构示意图；
图3是本发明第二实施例的机房空调连续制冷系统的结构示意图；
图4是本发明第三实施例的机房空调连续制冷系统的结构示意图；
图5是本发明第四实施例的机房空调连续制冷系统的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明一实施例的应急制冷装置，包括存储液态工质的存储单元11、蒸发冷凝换热器12、节流器件13、输入管道14以及输出管道15。蒸发冷凝换热器12内设有相隔绝且可相互热传递的第一换热通道121和第二换热通道122，存储单元11、输入管道14、节流器件13、第二换热通道122 和输出管道15依次连接，形成供液态工质热交换后以气态形式排出的热交换通路。
其中，第一换热通道121用于连接机房空调的冷媒回路，供机房空调的气态冷媒(氟利昂)通过；第二换热通道122供存储单元11的液态工质通过；液态工质在第二换热通道122内与第一换热通道121内的来自机房空调的气态冷媒进行热交换，气态冷媒放热后形成液态冷媒回到机房空调，来自存储单元11的液态工质则吸热变成气态，从而为机房空调提供所需的制冷量，维持正常的室内温度，防止机房内IT设备因温度超限发生宕机或故障；可作为机房空调连续制冷的应急冷源，很好解决了机房空调(CRAC)的连续制冷的难题。
存储单元11通过输入管道14和节流器件13与第二换热通道122的一端连接，存储单元11内的液态工质依次通过输入管道14和节流器件13进入第二换热通道122。输出管道15连接在第二换热通道122的另一端，在第二换热通道122内热交换后形成的气态工质通过输出管道15排出。
存储单元11可包括钢瓶，可为一个或多个并联。
液态工质优选液态二氧化碳。二氧化碳是常见的工业生产副产品，价格便宜，易于获得，在生产生活中得到广泛应用，如灭火剂、汽水、干冰等等。二氧化碳空气中所含有的自然成分，可直接排放。同时，二氧化碳也是一种环保的自然冷媒(制冷剂编号：R744)，以R744为制冷剂的商业制冷、汽车空调等产业链发展较快，技术逐渐成熟，器件成本逐渐降低。
液态二氧化碳0℃时饱和压力为34.8bar，属于一种高压制冷剂，在应用中应使用二氧化碳专用的阀件器件。液态二氧化碳的汽化潜热大，为 231kJ/kg，即1kg液体二氧化碳变成气态可吸收231kJ的热量，适于用作制冷剂使用。
当然，液态工质也可采用液氨(制冷剂编号：R717)，其原理与二氧化碳相同。液氨在0℃时的汽化潜热为1261kJ/kg，热容量大，是液态二氧化碳(汽化潜热231kJ/kg)的5.5倍。为50kW制冷量机房空调提供70％负荷应急制冷能力，如果用液态二氧化碳，每分钟需要配置9kg。而实现同样的应急制冷能力，仅需要配置每分钟1.67kg液氨。
节流器件13可选用毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀或孔板等。其中毛细管结构简单，使用方便，价格低廉，有更好的经济性。
进一步地，应急制冷装置还包括设置在输入管道14上的电磁阀16，用于控制液态工质的流量。
应急制冷装置还包括设置在输出管道15上的背压控制阀17和/或减压排气阀18。
液态二氧化碳在蒸发冷凝换热器12中吸收热量变成气态后，流经背压控制阀17排出。背压控制阀17的作用是控制二氧化碳在蒸发冷凝换热器12中蒸发压力；选择特定压力的背压控制阀17，可以保持液态二氧化碳汽化时的温度。本实施例中，可控制二氧化碳的饱和温度稳定在-5℃至5℃之间或其间的某个值，以实现最佳的应用效果。
背压控制阀17也可以用动作压力在设定压力范围内的安全阀代替。
变成气态的二氧化碳经过背压控制阀17后，压力较高，再经过减压排气阀18排出。气态二氧化碳降压膨胀后，温度降低，可以继续冷却周围的空气。
应急制冷装置还包括吸收装置，连接输出管道15，以吸收排出的气态工质。优选地，吸收装置(如水箱等)连接输出管道15上的减压排气阀18，气态工质经减压后进入吸收装置。以液氨作为工质为例，液氨吸热汽化后成为氨气，有毒可燃而且有刺激性气味，不能直接排到空气中，并且氨气极易溶于水，1kg的氨气可以溶解到1.5kg的水中，因此可按照1：1.5重量比例配置水箱来吸收汽化的氨，所形成的氨水具有工业和农业应用价值。
在机房空调的供电停止后，压缩机运行停止，应急制冷装置可代替压缩机制冷系统的功能，继续为数据中心提供冷量。应急制冷装置可通过不间断电源(UPS)或应急电源(EPS)供电。
如图2所示，本发明第一实施例的机房空调连续制冷系统，包括机房空调以及上述的应急制冷装置。机房空调包括室内蒸发器20。
蒸发冷凝换热器12作为空调冷媒和液态工质吸热蒸发汽化的桥梁。室内侧蒸发器20的出口端通过气体管路21连接蒸发冷凝换热器12的第一换热通道121，室内侧蒸发器20的进口端通过液体管路22连接第一换热通道122，从而室内侧蒸发器20与第一换热通道121相连通形成空调冷媒通过并与应急制冷装置的液态工质热交换的应急制冷循环回路。
气体管路21上可根据需要连接室外侧冷凝器30。液体管路22上可设有冷媒泵，提供动力将液化的冷媒泵回室内侧蒸发器20。
机房空调还包括对应室内侧蒸发器20设置的室内风机23，促进室内空气流动。该机房空调连续制冷系统可通过不间断电源(UPS)或应急电源(EPS) 供电。
应急制冷装置收到应急制冷指令后，电磁阀16打开，存储单元11内的液态工质通过输入管道14和节流器件13进入蒸发冷凝换热器12的第二换热通道122，同时室内蒸发器20运转，氟利昂在室内蒸发器20内吸收热量，变成气体，通过气体管路21流到蒸发冷凝换热器12的第一换热通道121内放热，第二换热通道122内的液态工质在与氟利昂热交换过程中吸热蒸发汽化，并沿着输出管道15，经由背压控制阀17和减压排气阀18排出。氟利昂放热后冷凝成液体，再通过重力作用或冷媒泵流回到室内蒸发器20中，再次吸收热量汽化，完成换热循环，实现应急制冷功能。
如图3所示，本发明第二实施例的机房空调连续制冷系统，包括机房空调以及上述的应急制冷装置。机房空调包括室内蒸发器20。
室内侧蒸发器20的出口端通过气体管路21连接蒸发冷凝换热器12的第一换热通道121，室内侧蒸发器20的进口端通过液体管路22连接第一换热通道122，从而室内侧蒸发器20与第一换热通道121相连通形成空调冷媒通过并与应急制冷装置的液态工质热交换的应急制冷循环回路。
本实施例中，机房空调还包括连接在气体管路21上的室外侧冷凝器30。室外侧冷凝器30的进口端连接室内侧蒸发器20，出口端连接蒸发冷凝换热器 12。
机房空调还包括对应室内侧蒸发器20设置的室内风机23，促进室内空气流动；还包括对应室外侧冷凝器30设置的室外风机31，促进室外空气流动。
进一步地，机房空调还包括连接在液体管路22上的储液器40和冷媒泵 50。在液体管路22上，储液器40和冷媒泵50依次位于蒸发冷凝换热器12 和室内侧蒸发器20之间；放热冷凝成液体的冷媒(氟利昂)从蒸发冷凝换热器12输出后，可存储在储液器40内，在冷媒泵50的作用下沿着液体管路22 流回室内侧蒸发器20。
本实施例中，机房空调还包括连接在气体管路21上的压缩机60，设置在室内侧蒸发器20的输出端的单向阀23，设置在冷媒泵50和室内侧蒸发器20 的输入端之间的膨胀阀24。其中，压缩机60在供电正常情况下工作，促进空调冷媒的循环；单向阀23设置在气体管路21上，防止室内侧蒸发器20输出的气态冷媒逆流；膨胀阀24设置在液体管路22上，对液体管路22内的冷媒减压降温。
此外，液体管路22上也还可设置单向阀25，防止蒸发冷凝换热器12输出的液态冷媒逆流。通过液体管路22上单向阀25的设置，蒸发冷凝换热器 12的第一换热通道121可直接通过液体管路22和膨胀阀24连接室内侧蒸发器20的输入端，液态冷媒可通过重力作用流回室内侧蒸发器20。
供电正常时，机房空调按照正常的制冷循环工作。当供电故障时，压缩机60停止运行，控制装置给出信号，应急制冷装置收到应急制冷指令后，电磁阀16打开，存储单元11内的液态工质通过输入管道14，经过节流器件13 的节流，使其成为设定温度(如-5℃至5℃)和设定压力的饱和液体，进入蒸发冷凝换热器12吸热热量变成气体。吸收的热量来自机房空调的冷媒，冷媒 (气态氟利昂)放出热量后变成液态，经由储液器40和冷媒泵50送入室内侧蒸发器20吸收热量，实现连续制冷。
液态工质在蒸发冷凝换热器12中吸收热量变成气态后，流经背压控制阀 17和减压排气阀18排出。
如图4所示，本发明第三实施例的机房空调连续制冷系统，包括机房空调以及上述的应急制冷装置。机房空调包括室内蒸发器20。
本实施例与上述第二实施例不同的是：机房空调还包括旁通阀70(旁通电磁阀)。旁通阀70与室外侧冷凝器30并联在气体管路21上。
在应急制冷状态下，旁通阀70导通，气态氟利昂可通过旁通阀70而不经过室外侧冷凝器30，直接进入蒸发冷凝换热器12并冷凝成液体。
如图5所示，本发明第四实施例的机房空调连续制冷系统，包括多台机房空调以及上述的应急制冷装置。
应急制冷装置可同时连接多台机房空调，为多台机房空调提供应急冷源，实现连续制冷。
如图5中所示，每一台机房空调均可包括室内蒸发器20、连接室内蒸发器20的出口端和蒸发冷凝换热器12之间的气体管路21、连接室内蒸发器20 的进口端和蒸发冷凝换热器12之间的液体管路22、设置在气体管路21上的压缩机60和室外侧冷凝器30、设置在液体管路22上的储液器40和冷媒泵 50、对应室内侧蒸发器20设置的室内风机23、应室外侧冷凝器30设置的室外风机31等等，具体可参照上述第二、第三实施例中相关所述。
进一步地，应急制冷装置也可包括多个存储单元11、多个蒸发冷凝换热器12、多个节流器件13、多条输入管道14以及多条输出管道15等。每一个蒸发冷凝换热器12分别连接通过输入管道14连接存储单元11，通过气体管路21和液体管路22与机房空调连接。
上述第一至第四实施例的机房空调连续制冷系统中，应急制冷装置可设置一套，也可以多套并联设置，根据需要一套或多套同时工作。
另外，上述第一至第四实施例的机房空调连续制冷系统还可包括用于供电的不间断电源(UPS)或应急电源(EPS)供电。不间断电源(UPS)或应急电源(EPS)可连接电磁阀16，室内风机23，各管路上的单向阀23、25，膨胀阀24等，为上述各阀供电。
此外，不间断电源(UPS)或应急电源(EPS)可为一个供电线路，同时为室外侧和室内侧的电磁阀16、室内风机23、单向阀23、25和膨胀阀24等各阀供电，也可独立设置，分为室外侧供电线路和室内侧供电线路，分别为对应的各阀供电。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种应急制冷装置，其特征在于，包括存储液态工质的存储单元、蒸发冷凝换热器、节流器件、输入管道以及输出管道；所述蒸发冷凝换热器内设有供机房空调的气态冷媒通过的第一换热通道、供所述存储单元的液态工质通过并与所述第一换热通道的气态冷媒进行热交换的第二换热通道；所述存储单元、输入管道、节流器件、第二换热通道和输出管道依次连接，形成供液态工质热交换后以气态形式排出的热交换通路。
2.根据权利要求1所述的应急制冷装置，其特征在于，所述节流器件选用毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀或孔板。
3.根据权利要求1所述的应急制冷装置，其特征在于，所述液态工质为液态二氧化碳或液氨。
4.根据权利要求1-3任一项所述的应急制冷装置，其特征在于，所述应急制冷装置还包括设置在所述输入管道上的电磁阀，设置在所述输出管道上的背压控制阀和/或减压排气阀。
5.根据权利要求1-3任一项所述的应急制冷装置，其特征在于，所述应急制冷装置还包括连接所述输出管道、吸收气态工质的吸收装置。
6.一种机房空调连续制冷系统，其特征在于，包括机房空调、权利要求1-5任一项所述的应急制冷装置，所述机房空调包括室内蒸发器；
所述室内侧蒸发器的出口端通过气体管路连接所述应急制冷装置中蒸发冷凝换热器的第一换热通道，所述室内侧蒸发器的进口端通过液体管路连接所述第一换热通道，从而所述室内侧蒸发器与所述第一换热通道相连通形成空调冷媒通过并与应急制冷装置的液态工质热交换的应急制冷循环回路。
7.根据权利要求6所述的机房空调连续制冷系统，其特征在于，所述机房空调还包括连接在所述气体管路上的室外侧冷凝器和/或旁通阀、连接在所述液体管路上的储液器和冷媒泵。
8.根据权利要求6所述的机房空调连续制冷系统，其特征在于，所述机房空调还包括设置在所述气体管路和/或液体管路上的单向阀、设置在所述液体管路上的膨胀阀。
9.根据权利要求6所述的机房空调连续制冷系统，其特征在于，所述机房空调还包括对应所述室内侧蒸发器设置的室内风机、对应所述室外侧冷凝器设置的室外风机。
10.根据权利要求6-9任一项所述的机房空调连续制冷系统，其特征在于，所述机房空调连续制冷系统还包括用于供电的不间断电源或应急电源。
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