CN213178638U - 一种余热回收型空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种余热回收型空调系统，涉及制冷系统技术领域，用于解决现有技术中的集中水冷式空调系统未对数据中心产生的热量加以利用而导致能源浪费的问题。该空调系统包括冷却循环回路、制冷循环回路和集热循环回路，冷却循环回路串接有热回收换热器，制冷循环回路串接有蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置；蒸发器用于与数据中心的冷却单元换热，冷凝器用于与冷却循环回路换热；集热循环回路串接有蓄热水箱和热水循环泵，蓄热水箱上设有用于与周边供暖管路连通的进水口和出水口；集热循环回路与热回收换热器换热。

Description

一种余热回收型空调系统

技术领域

本实用新型涉及制冷系统技术领域，尤其涉及一种余热回收型空调系统。

背景技术

随着5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度的快速推进，未来几年将涌现出大量5G基站、数据中心等网络基础设施，而作为网络基础设施配套的空调系统，必然成为保障网络环境必不可少的设备。

以数据中心为例，数据中心设备散热量巨大，作为保障网络环境的空调系统必须提供大量的冷量以满足数据中心对环境温度的要求。目前数据中心采用的集中水冷式空调系统一般包括制冷循环回路和冷却循环回路，制冷循环回路包括串联设置的蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置，冷却循环回路中设有冷却水塔，数据中心采用冷却单元吸收其空间内的热量，冷却单元与蒸发器换热而将热量传递到制冷循环回路中，冷却循环回路与冷凝器换热而吸收制冷循环回路中的热量，最终，数据中心的热量通过冷却水塔排放到大气环境中。

上述集中水冷式空调系统把数据中心的热量通过冷却水塔直接排放到大气环境中而未加以利用，这会造成极大的能源浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种余热回收型空调系统，用于解决现有技术中的集中水冷式空调系统未对数据中心产生的热量加以利用而导致能源浪费的问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的余热回收型空调系统采用如下技术方案：

该余热回收型空调系统包括：

冷却循环回路，串接有热回收换热器；

制冷循环回路，串接有蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置；

蒸发器用于与数据中心的冷却单元换热，冷凝器用于与冷却循环回路换热；

集热循环回路，串接有蓄热水箱和热水循环泵，蓄热水箱上设有用于与周边供暖管路连通的进水口和出水口；

集热循环回路与热回收换热器换热。

本实用新型所提供的余热回收型空调系统的有益效果是：该空调系统通过蒸发器与数据中心(包括数据中心但不限于数据中心，还可以为5G基站等其他网络基础设施)的冷却单元换热而实现数据中心的空间及设备的冷却，并通过冷却循环回路与冷凝器换热而实现制冷循环回路中制冷剂的冷却，同时还设置集热循环回路，并使集热循环回路与热回收换热器换热而实现集热循环回路中水的加热，由此，数据中心中产生的热量可以被传递到集热循环回路中的水中，集热循环回路中的水被加热成热水后积蓄在蓄热水箱中，蓄热水箱与周边供暖管路连接，其内的热水可用于周边供暖。使用该空调系统，可以收集数据中心产生的热量并用于周边供暖，大大降低了能源的浪费。

进一步地，冷却循环回路中还串接有冷却水塔和冷却水循环泵，冷却循环回路中的冷却水与集热循环回路中的水换热后进入冷却水塔。这样设置，在周边供暖所需热量低于数据中心所产生的热量时，部分热量可以通过冷却水塔排放到大气中，使用起来较为灵活。

进一步地，蓄热水箱的进水口上密封安装有进水管，进水管上设有进水截断阀，蓄热水箱的出水口上密封安装有出水管，出水管上设有出水截断阀，蓄热水箱通过进水管和出水管与周边供暖管路连接。这样设置，周边供暖管路可以通过进水管和出水管与蓄热水箱连接，且可方便的通过进水截断阀和出水截断阀实现周边供暖管路中热水的通断，安装和使用都较为方便。

进一步地，蒸发器和冷凝器的旁侧均设有压力传感器，分别用于检测蒸发器处的蒸发压力和冷凝器处的冷凝压力，蒸发器和冷凝器旁侧的压力传感器均与压缩机信号连接。压缩机根据蒸发器的蒸发压力设定值设置低压保护值，低压保护值要低于蒸发压力设定值，并根据冷凝器的冷凝压力设定值设置高压保护值，高压保护值要高于冷凝压力设定值，而在蒸发器和冷凝器的旁侧均设置压力传感器，可以实时监测蒸发器处和冷凝器处的实际压力，若蒸发器处的实际压力值低于低压保护值，或者冷凝器处的实际压力值高于高压保护值，则压缩机停止运转，可防止制冷循环回路出现严重故障。

进一步地，节流装置为电子膨胀阀，电子膨胀阀与蒸发器旁侧的压力传感器信号连接。这样设置，可以实现自动调节蒸发器的实际压力，使用较为方便。

进一步地，节流装置位于蒸发器和冷凝器之间，且位于蒸发器的上游。这样设置，便于通过节流装置调节蒸发器处的压力。

进一步地，冷凝器为管壳式换热器，管壳式换热器内的传热管束连接在冷却循环回路中。管壳式换热器结构简单，操作方便，能够在高温高压下正常工作。

进一步地，在集热循环回路中，蓄热水箱与热回收换热器之间设有第一截断阀和第二截断阀，第一截断阀位于蓄热水箱的下游，第二截断阀位于蓄热水箱的上游。这样设置，在蓄热水箱中积蓄的热量较多时，可以通过第一截断阀和第二截断阀截断集热循环回路而阻止集热循环回路中的水继续与热回收换热器换热。

进一步地，制冷循环回路中的制冷剂与冷却循环回路中的冷却水在冷凝器处的流向相反。这样设置，制冷循环回路中制冷剂的冷却效果较好。

进一步地，冷却循环回路中的冷却水与集热循环回路中的水在热回收换热器处的流向相反。这样设置，集热循环回路中的水吸收热量的效果较好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所提供的余热回收型空调系统的实施例的使用示意图。

附图中：1-蒸发器，2-冷凝器，3-压缩机，4-电子膨胀阀，5-冷却管道，6-热回收换热器，7-冷却水塔，8-冷却水循环泵，9-蓄热水箱，10-第一截断阀，11-第二截断阀，12-热水循环泵，13-进水管，14-出水管，15-进水截断阀，16-出水截断阀。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型所提供的余热回收型空调系统的实施例：

如图1所示，该空调系统包括制冷循环回路、冷却循环回路和集热循环回路，制冷循环回路通过相关管路串接有蒸发器1、冷凝器2、压缩机3、电子膨胀阀4、油气分离器(图中未示出)、干燥过滤器(图中未示出)、储液器(图中未示出)和气液分离器(图中未示出)等，该制冷循环回路为蒸汽压缩制冷回路，在该蒸汽压缩制冷回路中，制冷剂在蒸发器1处蒸发为气体，在冷凝器2处凝结为液体。

如图1所示，压缩机3根据蒸发器1的蒸发压力设定值设置低压保护值，并根据冷凝器2的冷凝压力设定值设置高压保护值，低压保护值要低于蒸发压力设定值，高压保护值要高于冷凝压力设定值，为了防止制冷循环回路出现故障，在制冷循环回路中蒸发器1的旁侧和冷凝器2的旁侧均设置压力传感器(图中未示出)，压缩机3分别与蒸发器1和冷凝器2旁侧的压力传感器信号连接，通过压力传感器可以实时监测蒸发器1处和冷凝器2处的实际压力，若蒸发器1处的实际压力值低于低压保护值，或者冷凝器2处的实际压力值高于高压保护值，则压缩机3停止运转。

如图1所示，本实施例中，电子膨胀阀4为内平衡式电子膨胀阀，电子膨胀阀4中的控制器与蒸发器1旁侧的压力传感器信号连接，电子膨胀阀4可以根据蒸发器1处的实际压力调节制冷循环回路中制冷剂的供液量，从而实现调节蒸发器1处的压力。电子膨胀阀4构成制冷循环回路中的节流装置。

冷凝器2为管壳式换热器，包括内部的传热管束和外部的壳体，制冷循环回路中的制冷剂在经过冷凝器2时，流过传热管束与壳体之间的通道。

如图1所示，制冷循环回路中的蒸发器1与数据中心的冷却单元换热，具体为：冷却单元中的冷却介质通过冷却管道5流入蒸发器1中，并与制冷循环回路中的制冷剂在蒸发器1中换热，制冷循环回路中的制冷剂能够吸收冷却管道5中冷却介质的热量，以实现对冷却管道5中的冷却介质降温。

如图1所示，冷却循环回路通过相关管路串接有热回收换热器6、冷却水塔7和冷却水循环泵8，冷却循环回路能够与冷凝器2换热，冷却循环回路中的冷却水在经过冷凝器2时流过冷凝器2中的传热管束，冷却循环回路中的冷却水吸收制冷循环回路中制冷剂的热量而升温，同时对制冷循环回路中的制冷剂降温。在冷却循环回路中，热回收换热器6位于冷凝器2的下游，且位于冷却水塔7的上游。

如图1所示，为了提高制冷循环回路中制冷剂与冷却循环回路中冷却水的换热效率，设置制冷循环回路中冷却剂和冷却循环回路中冷却水在冷凝器2处的流动方向相反。

如图1所示，集热循环回路通过相关管路串接有蓄热水箱9、第一截断阀10、第二截断阀11和热水循环泵12，集热循环回路能够与热回收换热器6换热，集热循环回路中的水经过热回收换热器6后，能够吸收冷却循环回路中冷却水的热量并升温，同时对冷却循环回路中冷却水降温，集热循环回路中的水吸收热量而生成热水，热水能够积蓄在蓄热水箱9中，也即将热量储存在蓄热水箱9中。在集热循环回路中，第一截断阀10位于蓄热水箱9的下游，且位于热回收换热器6的上游，第二截断阀11位于蓄热水箱9的上游，且位于热回收换热器6的下游。

如图1所示，为了提高集热循环回路中水吸收热量的效率，设置冷却循环回路中冷却水与集热循环回路中水在热回收换热器6处的流动方向相反。

如图1所示，蓄热水箱9上还设有进水口和出水口，进水口上密封安装有进水管13，出水口上密封安装有出水管14，进水管13上设有进水截断阀15，出水管14上设有出水截断阀16，蓄热水箱9通过进水管13和出水管14可以与周边供暖管路连接，从而可以将蓄热水箱9中的热水送入周边供暖管路中，以供周边供暖所需。

该空调系统在使用时，数据中心的冷却单元中的冷却介质通过蒸发器1与制冷循环回路中的制冷剂换热，冷却单元中的冷却介质在蒸发器1处放热降温后继续在冷却单元中流动，制冷循环回路中的制冷剂在蒸发器1处吸热蒸发为气体后继续在制冷循环回路中流动；气态的制冷剂在经过冷凝器2时，与冷却循环回路中的冷却水换热，气态的制冷剂在冷凝器2处放热降温并凝结为液体后继续在制冷循环回路中流动，冷却循环回路中的冷却水在冷凝器2处吸热升温后流向热回收换热器6；冷却循环回路中的冷却水在经过热回收换热器6时，与集热循环回路中的水换热，冷却循环回路中的冷却水在热回收换热器6处放热降温后流入冷却水塔7，经过冷却水塔7进一步降温后再次流向冷凝器2，冷却水塔7同时将冷却水的部分热量排放到大气中，集热循环回路中的水在热回收换热器6处吸热升温而变成热水，热水最终积蓄在蓄热水箱9中，同时也将热量储存在蓄热水箱9中；蓄热水箱9通过进水管13和出水管14连接周边供暖管路，则蓄热水箱9中的热水可以供周边供暖所需。通过上述过程，数据中心产生的热量部分被用于周边供暖，部分通过冷却水塔7排放到大气中，减少了能源的浪费。

上述实施例中，冷却循环回路中串接有冷却水塔和冷却水循环泵，用于在周边供暖需求的热量少于数据中心产生的热量时，将部分热量排放到大气中，同时保证冷却循环回路中的冷却水得到充分冷却，进而保证数据中心的降温效果。在其他实施例中，冷却循环回路中也可以不设置冷却水塔和冷却循环泵，若周边供暖需求的热量少于数据中心产生的热量，可以在冷凝器处增设风机，通过风冷的方式实现向外散热，同样可以使用；当然，在周边供暖需求的热量与数据中心产生的热量相差不大时，也可以不设置风机，同样可以使用。

上述实施例中，在集热循环回路中设有第一截断阀和第二截断阀，以在蓄热水箱中热量足够时截断集热循环回路，防止集热循环回路中的水和冷却循环回路中的冷却水继续换热。在其他实施例中，也可以不设置第一截断阀和第二截断阀，只需在蓄热水箱中热量足够时关闭热水循环泵即可，同样可以使用。

上述实施例中，蓄热水箱上的进水口上安装有进水管，出水口上安装有出水管，蓄热水箱通过进水管和出水管与周边供暖管路连接。在其他实施例中，蓄热水箱上也可以不设置进水管和出水管，周边供暖管路可以直接安装在蓄热水箱的进水口和出水口上，同样可以使用。

上述实施例中，节流装置为电子膨胀阀。在其他实施例中，节流装置也可以为手动节流阀，同样可以使用。

上述实施例中，蒸发器和冷凝器的旁侧均设有压力传感器，用于监测蒸发器处和冷凝器处的实际压力值。在其他实施例中，蒸发器处和冷凝器处也可以不设置压力传感器，同样可以使用。

上述实施例中，冷凝器为管壳式换热器。在其他实施例中，冷凝器也可以为其他形式的换热器，如可以为蓄热式换热器，同样可以使用。

上述实施例中，为了提高制冷循环回路中制冷剂与冷却循环回路中冷却水的换热效率，设置制冷循环回路中冷却剂和冷却循环回路中冷却水在冷凝器处的流动方向相反。在其他实施例中，制冷循环回路中冷却剂和冷却循环回路中冷却水在冷凝器处的流动方向也可以相同，同样可以使用。

上述实施例中，为了提高集热循环回路中水吸收热量的效率，设置冷却循环回路中冷却水与集热循环回路中水在热回收换热器处的流动方向相反。在其他实施例中，冷却循环回路中冷却水与集热循环回路中水在热回收换热器处的流动方向也可以相同，同样可以使用。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种余热回收型空调系统，其特征在于，包括：

冷却循环回路，串接有热回收换热器；

制冷循环回路，串接有蒸发器、冷凝器、压缩机和节流装置；

所述蒸发器用于与数据中心的冷却单元换热，所述冷凝器用于与所述冷却循环回路换热；

集热循环回路，串接有蓄热水箱和热水循环泵，所述蓄热水箱上设有用于与周边供暖管路连通的进水口和出水口；

所述集热循环回路与所述热回收换热器换热。

2.根据权利要求1所述的余热回收型空调系统，其特征在于，所述冷却循环回路中还串接有冷却水塔和冷却水循环泵，所述冷却循环回路中的冷却水与所述集热循环回路中的水换热后进入所述冷却水塔。

3.根据权利要求1或2所述的余热回收型空调系统，其特征在于，所述蓄热水箱的进水口上密封安装有进水管，所述进水管上设有进水截断阀，所述蓄热水箱的出水口上密封安装有出水管，所述出水管上设有出水截断阀，所述蓄热水箱通过所述进水管和所述出水管与周边供暖管路连接。

4.根据权利要求1或2所述的余热回收型空调系统，其特征在于，所述蒸发器和所述冷凝器的旁侧均设有压力传感器，分别用于检测所述蒸发器处的蒸发压力和所述冷凝器处的冷凝压力，所述蒸发器和所述冷凝器旁侧的压力传感器均与所述压缩机信号连接。

5.根据权利要求4所述的余热回收型空调系统，其特征在于，所述节流装置为电子膨胀阀，所述电子膨胀阀与所述蒸发器旁侧的压力传感器信号连接。

6.根据权利要求1或2所述的余热回收型空调系统，其特征在于，所述节流装置位于所述蒸发器和所述冷凝器之间，且位于所述蒸发器的上游。

7.根据权利要求1或2所述的余热回收型空调系统，其特征在于，所述冷凝器为管壳式换热器，所述管壳式换热器内的传热管束连接在所述冷却循环回路中。

8.根据权利要求1或2所述的余热回收型空调系统，其特征在于，在所述集热循环回路中，所述蓄热水箱与所述热回收换热器之间设有第一截断阀和第二截断阀，所述第一截断阀位于所述蓄热水箱的下游，所述第二截断阀位于所述蓄热水箱的上游。

9.根据权利要求1或2所述的余热回收型空调系统，其特征在于，所述制冷循环回路中的制冷剂与所述冷却循环回路中的冷却水在所述冷凝器处的流向相反。

10.根据权利要求1或2所述的余热回收型空调系统，其特征在于，所述冷却循环回路中的冷却水与所述集热循环回路中的水在所述热回收换热器处的流向相反。

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