CN205119377U - 数据中心液冷散热系统的余热回收系统 - Google Patents

数据中心液冷散热系统的余热回收系统 Download PDF

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李立华
陈丽君
杨春辉
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    • Y02B30/56Heat recovery units

Abstract

本实用新型提供一种数据中心液冷散热系统的余热回收系统,包括设置在数据机房内的送风风管和回风风管,连接空气-液体换热器的液体源热泵机组,液体源热泵机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器、控制器,其中冷凝器、压缩机、蒸发器、空气-液体换热器之间形成导通的冷却回路,且冷却回路上设有冷冻液泵以驱动液体在冷却回路内流动;系统还包括余热回收装置,余热回收装置包括热水储备水箱,其中热水储备水箱连接到冷凝器并与冷凝器导通形成加热回路以通过热水储备水箱内的水为冷凝器内的受热的制冷剂降温后将吸收了热量的水通过加热回路输送回热水储备水箱。

Description

数据中心液冷散热系统的余热回收系统
技术领域
本实用新型涉及热回收技术领域,特别是指一种数据中心液冷散热系统的余热回收系统。
背景技术
随着网络技术的发展和信息化进程的加快,各种互联网数据中心、云计算数据中心等各种大型服务器集群建设也得到了快速发展。现有数据中心的大型服务器集群面临着能耗极高的问题,这是由于大型服务器集群在工作时会产生大量的热,据统计一个数据中心消耗的电力中只有约15-20%被用来进行计算和数据传输,其余的80-85%的电力都被各种设备消耗并转化成了热能。而为了维持大型服务器集群的正常工作,还需要大量电力来进行散热。现有技术中有两种数据机房的散热系统:
一种是如图1所示的液冷式散热,包括设置在数据机房1内的送风风管11和回风风管12,送风风管1和回风风管2通过换热器导通,换热器连接水冷式冷水机组2,在水冷式冷水机组2内设有蒸发器21、压缩机22、冷凝器23,其中冷凝器23连接冷却塔3。蒸发器21、压缩机22、冷凝器23之间形成冷却回路,冷却回路上设有冷却水泵24,且在冷凝器23与蒸发器21之间的冷却回路上设有膨胀阀25。
一种是如图2所示的风冷式散热,包括数据机房100内的送风风管101和回风风管102,送风风管101和回风风管102通过换热器导通,换热器连接风冷式冷水机组200,风冷式冷水机组2内设有蒸发器201、压缩机202,蒸发器201、压缩机202之间形成冷却回路,在冷却回路上设有冷却水泵203,且散热风扇与蒸发器201之间设有膨胀阀204。
这两种散热系统只是对冷凝器的散热方式不同,其他结构基本相同。但是从图1和图2可以看出,这两种系统都是直接将热排放到大气中,造成了对能源的浪费。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种数据中心液冷散热系统的余热回收系统,能够合理的利用液冷散热系统的余热,有效利用资源。
为了解决上述问题,本实用新型实施例提出了一种数据中心液冷散热系统的余热回收系统,包括设置在数据机房内的送风风管和回风风管,其中所述送风风管和回风风管通过空气-液体换热器导通;还包括连接所述空气-液体换热器的液体源热泵机组,所述液体源热泵机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器、控制器,其中所述冷凝器、压缩机、蒸发器、空气-液体换热器之间形成导通的冷却回路,且所述冷却回路上设有冷冻液泵以驱动液体在所述冷却回路内流动;所述控制器连接所述压缩机以控制所述压缩机工作,以通过制冷剂对冷却回路中的液体进行冷却,并将受热的制冷剂后输送到所述冷凝器;所述系统还包括余热回收装置,所述余热回收装置包括热水储备水箱,其中所述热水储备水箱连接到冷凝器并与所述冷凝器导通形成加热回路以通过热水储备水箱内的水为冷凝器内的受热的制冷剂降温后将吸收了热量的水通过加热回路输送回热水储备水箱。
其中,所述加热回路在所述冷凝器与热水储备水箱之间设有加热循环泵。
其中,所述冷却回路在所述空气-液体换热器的出口端设有第一温度检测机构,所述第一温度检测机构连接所述控制器。
其中,所述热水储备水箱内设有第二温度检测机构,所述第二温度检测机构连接所述控制器。
其中,所述冷凝器和蒸发器之间的冷却回路上设有膨胀阀。
其中,所述热水储备水箱内设有水位检测机构,所述水位检测机构连接所述控制器。
其中,所述热水储备水箱设有补水管,所述补水管上设有补水阀,所述控制器连接所述补水阀以控制所述补水阀的开启/关闭。
其中,所述热水储备水箱设有热水出口以连接热水输出管,所述热水输出管上设有热水循环泵,所述控制器连接所述热水循环泵以控制所述热水循环泵的启动/关闭。
其中,所述制冷剂为常压下低沸点工质。
本实用新型的上述技术方案的有益效果如下:
上述方案中,采用余热回收装置对冷凝器发出的热量进行回收以防止浪费能源,且上述系统简单易实现、成本低。
附图说明
图1为现有的水冷系统的结构示意图;
图2为现有的风冷系统的结构示意图
图3为本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
针对现有技术中的数据中心的大型服务器集群散发的热量都被白白浪费的问题,本实用新型实施例提出了一种如图3所示的数据中心液冷散热系统的余热回收系统,包括设置在数据机房500内的送风风管501和回风风管502,其中所述送风风管501和回风风管502通过空气-液体换热器700导通;还包括液体源热泵机组600,所述液体源热泵机组600包括蒸发器601、压缩机602、冷凝器603、控制器N1;所述冷凝器603、压缩机602、蒸发器601、空气-液体换热器700之间形成导通的冷却回路,且所述冷却回路上设有冷冻液泵604以驱动液体在所述冷却回路内流动;所述控制器N1连接所述压缩机602以控制所述压缩机602工作利用制冷剂为冷却回路中的液体进行冷却,并将受热的制冷剂后输送到所述冷凝器603。所述系统还包括余热回收装置,所述余热回收装置包括热水储备水箱800,其中所述热水储备水箱800连接到冷凝器603并与所述冷凝器603导通形成加热回路。这样就可以通过热水储备水箱800内的水为冷凝器603内的受热的制冷剂降温后,再将吸收了热量的水通过加热回路输送回热水储备水箱800。
如图3所示的,所述冷却回路在所述空气-液体换热器700的出口端设有第一温度检测机构,第一温度检测机构连接控制器N1。在所述热水储备水箱800内设有第二温度检测机构,第二温度检测机构连接控制器N1。
其中,所述加热回路在所述冷凝器603的入口端设有加热循环泵803。
其中,所述冷凝器603和蒸发器601之间的冷却回路上设有用于节流的膨胀阀605。
其中,所述热水储备水箱800内设有水位检测机构802,所述水位检测机构802连接所述控制器N1。
其中,所述热水储备水箱800设有补水管801,所述补水管801上设有补水阀,所述控制器N1连接所述补水阀以控制所述补水阀的开启/关闭。
其中,所述热水储备水箱800设有热水出口以连接热水输出管,所述热水输出管上设有热水循环泵804,所述控制器N1连接所述热水循环泵804以控制所述热水循环泵804的启动/关闭。
其中,所述制冷剂为常压下低沸点工质。
在本实用新型实施例中,为了确保数据机房的散热效果,液体源热泵机组需要是按照数据机房可能产生的最大的热量配置的。为了最大化热回收效果,热水储备水箱是按照和液体源热泵机组能够产生的最大热量设置的。
其中,该液体源热泵机组的冷凝器采用的是在较低压力下具有较高温度的制冷剂常压下低沸点工质,故可以接受较高的蒸发温度以获得较大的制冷量,同时也可以获得较高的冷凝温度以获得较高温度的被加热水。
其中,该空气-液体换热器700可以为空气-水换热器,且该冷却回路中的液体为水。当然,还可以为油或其他液体,再次不做特别限定。
本实用新型实施例提出的系统,其工作原理如下:其中,液体源热泵机组用于为空气-液体换热器提供冷却水。来自数据机房的携带余热的空气通过回风风管进入空气-液体换热器后通过该冷却水进行降温形成冷空气,冷空气由送风风管输送回数据机房。其中,冷却水是由蒸发器、压缩机、冷凝器进行冷却得到的,并由冷却回路中的冷冻液泵驱动在冷却回路中流经空气-液体换热器。而冷凝器在对水进行冷却时必然排出大量热能,这些热能被用于为热水储备水箱内的水加热,然后通过热水储备水箱的热水输出管和热水循环泵输出热水。
如图3所示的,本实用新型实施例中还设有控制器,控制器连接设置于蒸发器与空气-液体换热器之间的冷却回路上的温度检测机构,当检测到此时冷却回路中的温度达到15℃时,启动压缩机以为冷却回路中的水降温。当冷却回路中的水通过蒸发器向制冷剂放出热量并降温到10℃时,冷凝器通过用于节流的膨胀阀输送来的5℃制冷剂常压下低沸点工质进入到蒸发器,制冷剂吸收了冷冻水中的热量后充分气化并返回到压缩机。气化的制冷剂回到压缩机后压力提高且温度提高到60℃,此时就可以为热水储备水箱中的水进行加热。来自热水储备水箱的低于55℃的水在冷凝器内部吸收了60℃的气化的制冷剂常压下低沸点工质的热量后温度升高,然后再被输送回热水储备水箱。与此同时气化的制冷剂常压下低沸点工质气体因为向热水储备水箱中的水侧放出热量而凝结为液体;制冷剂常压下低沸点工质液体经过膨胀阀节流、降温后进入蒸发器。如此循环。
其中,可以根据需要人为设定所需的热水储备水箱内的水的温度。对于生活用水,所需的温度一般为55℃;对于工业领域的工艺用水,可以根据工要求设定。由于数据机房是全年、整天连续工作,且液体源热泵机组是按照数据机房可能产生的最大的热量配置的,热水储备水箱是按照和液体源热泵机组能够产生的最大热量设置的,所以本系统不存在被加热水达到上限温度而导致液体源热泵机组停机问题,从而可以保证数据中心连续正常工作。
本实用新型的系统适用于对于近年来出现的数据中心水冷式冷却系统。从数据机房中吸收了余热的制冷剂(或其他种类的液态冷媒)直接进入本实用新型实施的余热回收装置,即可更高效率地实现余热回收。当热水储备水箱内水的温度达到设定的上限温度时,供热水循环泵启动。由于热用户没有使用热水、水温没有降低时,补水阀会打开使冷水补入。到设定的下限温度后,补水阀关闭。当热用户使用热水导致水位降低到设定的下限水位或水温达到设定的下限温度时,热水循环泵停止。如果达到下限水位,则控制器开启补水阀直至热水储备水箱的水达到上限水位。
以上所述是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种数据中心液冷散热系统的余热回收系统,其特征在于,包括设置在数据机房内的送风风管和回风风管,其中所述送风风管和回风风管通过空气-液体换热器导通;还包括连接所述空气-液体换热器的液体源热泵机组,所述液体源热泵机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器、控制器,其中所述冷凝器、压缩机、蒸发器、空气-液体换热器之间形成导通的冷却回路,且所述冷却回路上设有冷冻液体泵以驱动液体在所述冷却回路内流动;所述控制器连接所述压缩机以控制所述压缩机工作,以通过制冷剂对冷却回路中的液体进行冷却,并将受热后的制冷剂输送到所述冷凝器;所述系统还包括余热回收装置,所述余热回收装置包括热水储备水箱,其中所述热水储备水箱连接到冷凝器并与所述冷凝器导通形成加热回路以通过热水储备水箱内的水为冷凝器内的受热的制冷剂降温后将吸收了热量的水通过加热回路输送回热水储备水箱。
2.根据权利要求1所述的数据中心液冷散热系统的余热回收系统,其特征在于,所述加热回路在所述冷凝器与热水储备水箱之间设有加热循环泵。
3.根据权利要求1所述的数据中心液冷散热系统的余热回收系统,其特征在于,所述冷却回路在所述空气-液体换热器的出口端设有第一温度检测机构,所述第一温度检测机构连接所述控制器。
4.根据权利要求1所述的数据中心液冷散热系统的余热回收系统,其特征在于,所述热水储备水箱内设有第二温度检测机构,所述第二温度检测机构连接所述控制器。
5.根据权利要求1所述的数据中心液冷散热系统的余热回收系统,其特征在于,所述冷凝器和蒸发器之间的冷却回路上设有膨胀阀。
6.根据权利要求1所述的数据中心液冷散热系统的余热回收系统,其特征在于,所述热水储备水箱内设有水位检测机构,所述水位检测机构连接所述控制器。
7.根据权利要求1所述的数据中心液冷散热系统的余热回收系统,其特征在于,所述热水储备水箱设有补水管,所述补水管上设有补水阀,所述控制器连接所述补水阀以控制所述补水阀的开启/关闭。
8.根据权利要求1所述的数据中心液冷散热系统的余热回收系统,其特征在于,所述热水储备水箱设有热水出口以连接热水输出管,所述热水输出管上设有热水循环泵,所述控制器连接所述热水循环泵以控制所述热水循环泵的启动/关闭。
9.根据权利要求1所述的数据中心液冷散热系统的余热回收系统,其特征在于,所述制冷剂为常压下低沸点工质。
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