CN214502190U - 一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，该方案包括机房冷却模块、给水换热模块、热给水控制模块及冷却控制模块；机房冷却模块，用于与机房进行热交换，将热量通过冷却介质输送到给水换热模块中的给水换热器内；给水换热模块，用于通过给水泵将水与冷却介质进行热交换，加热给水，且水换热模块上设有与给水换热器连通的保温水箱，通过保温水箱存储部分加热后的给水；热给水控制模块，用于控制给水泵，调节给水换热模块的给水流量；冷却控制模块与热给水控制模块通信连接，用于调节机房冷却模块的冷却功率，根据给定的设备负载对机房冷却模块进行控制，该方案具有有效利用废热，可实现热水持续供给和自动调节热水流量的功能。

Description

一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统

技术领域

本实用新型涉及一种冷却系统，具体涉及一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统。

背景技术

目前绝大多数机房冷却系统产生的废热需要通过换热器至环境中，因此产生极大的浪费。而现有的冷却系统中虽然也有设计废热回收的功能，大多是将废热与换热端的水-水换热器进行热交换，但是这种结构在换热端水-水换热器的给水停止时，冷却系统无法正常运行，从而使得热水无法正常供应。

综上，亟待需要一种可在给水系统因故停止供水的情况下仍能维持热水正常供应的冷却系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统包括机房冷却模块、给水换热模块、热给水控制模块及冷却控制模块；

所述机房冷却模块，用于与机房进行热交换，将热量通过冷却介质输送到给水换热模块中的给水换热器内；

所述给水换热模块，用于通过给水泵将水与冷却介质进行热交换，加热给水，且所述水换热模块上设有与给水换热器连通的保温水箱，通过所述保温水箱存储部分加热后的给水；

所述热给水控制模块，用于控制给水泵，调节给水换热模块的给水流量；

所述冷却控制模块与热给水控制模块通信连接，用于调节机房冷却模块的冷却功率，根据给定的设备负载对机房冷却模块进行控制。

工作原理及有益效果：1、通过机房冷却模块对机房的设备进行冷却，将热交换而来的废热通过给水换热模块将水进行加热，部分热水存储在保温水箱内，其余的热水持续进行热水供应，将废热通过给水换热模块合理利用，加热生活用给水，同时降低的对环境的热污染和热给水的加热能源需求，相比现有技术，通过保温水箱可在冷却系统停止工作或给水停止时，可通过存储在保温水箱内的热水继续进行给水，起到了应急作用；

2、通过冷却控制模块与热给水控制模块协同配合，可根据给定的设备负载对机房冷却模块的冷却功率进行控制，可满足不同散热功率要求，从而实现节能的效果，无需一直处于全功率运行。

进一步地，所述热给水控制模块包括热给水控制主机及分别与热给水控制主机通信连接的水箱加热元件、水箱温度测量电偶及水箱液位测量电偶，所述保温水箱上设有水箱排污阀和热水出水阀及热水出水泵，所述水箱排污阀和热水出水阀及热水出水泵均分别与热给水控制主机通信连接。此设置，通过时刻测量保温水箱内的水温和水位，利用水箱加热元件，在机房冷却模块停止工作或排热量不能满足热给水加热需求时，向热给水提供热量，维持给水换热模块运行，当保温水箱内的热给水过量时，打开水箱排污阀自动排出过量热水。

进一步地，所述冷却控制模块包括与热给水控制主机通信连接的冷却系统主机和与冷却系统主机通信连接的测温电偶，所述测量电偶用于测量机房的水冷机柜温度。通过测温电偶测量水冷机柜的温度，从而通过和设定值比对自动调节循环流量，并且可以发送电信号自动通过热给水控制主机以控制给水泵调整给水流量，实现自动调节操作，从而节省电能。

进一步地，所述机房冷却模块包括电动合流三通阀、循环水泵、进水阀门、电动回水控制阀门、电动分流三通阀及备用风冷换热器，所述电动合流三通阀分别连通循环水泵、风冷换热器及给水换热模块，所述循环水泵另一端连通进水阀门，所述进水阀门另一端连通水冷机柜，所述水冷机柜另一端连通电动回水控制阀门，所述电动回水控制阀门连通电动分流三通阀，所述电动分流三通阀另外两端分别连通给水换热器和备用风冷换热器。通过使用备用水-风换热器也就是备用风冷换热器，在给水换热模块停水或停止工作时，机房冷却模块可以通过冷却控制模块的冷却系统主机自动控制电动合流三通阀和电动分流三通阀，采用备用循环管线继续工作，维持机房冷却模块运行，还可在水冷机柜无法满足机房散热时，同时打开备用风冷换热器进行协助散热，从而提高散热能力。

进一步地，所述电动合流三通阀、电动分流三通阀均分别与热给水控制主机通信连接，所述循环水泵、电动回水控制阀门均分别与冷却系统主机通信连接。此设置，两个主机分别控制一部分设备，可减少各自的运算负担。

进一步地，所述给水泵与给水换热器之间设有给水阀门。通过给水阀门控制给水泵和给水换热器之间的流量大小，其中给水阀门可以是电动或手动，可根据实际情况选择。

进一步地，所述保温水箱与给水换热器之间设有热水阀门。通过热水阀门控制保温水箱和给水换热器之间的流量大小，其中热水阀门可以是电动或手动，可根据实际情况选择。

进一步地，所述热给水控制主机和冷却系统主机均为PLC、ARM工控板或X86工控板的其中一种。采用上述设置，尤其是采用ARM工控板的方案，可实现低功耗，低成本及高扩展性，实现智能操作，显著提高了本系统的维护方便程度。优选采用ARM工控板+WinCE操作系统设计，这是极便捷的开发模式，软件设计更简单。由于采用WinCE操作系统，软件的开发与一般PC机上的开发完全相同。如果原系统采用工控机设计已有成熟可用的软件程序，只需将该程序安装在WinCE操作系统下即可。这种模式对于旧系统的升级更新非常适用，避免了重复劳动，也节约了研发成本缩短了开发周期。而且，WinCE操作系统的价格非常低。与Windows2000/WindowsXP操作系统的购买成本比较，几乎可忽略不计。

进一步地，所述热给水控制主机和冷却系统主机之间通过有线和无线同时通信连接。采用上述设置，相比单一通信方式，可显著减少两者之间的通信中断问题发生，保证两个主机的通信畅通。

进一步地，所述给水泵、循环水泵及热水出水泵均为变频泵。此设置，相比传统的定频水泵，变频泵在长时间运行时，可起到更好地节水节电功能，还能够提高供水质量，由于恒压供水，减少了管网高压所产生的漏水，保证了供水管网的安全运行。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图。

图中，1、机房冷却模块；2、给水换热模块；3、冷却控制模块；4、热给水控制模块；11、电动合流三通阀；12、循环水泵；13、进水阀门；14、第一水冷机柜；15、第二水冷机柜；16、第一电动回水控制阀门；17、第二电动回水控制阀门；18、电动分流三通阀；19、备用风冷换热器；21、给水泵；22、给水阀门；23、给水换热器；24、热水阀门；25、保温水箱；26、热水箱排污阀；27、热水出水阀门；28、热水出水泵；31、冷却系统主机；32、第一测温电偶；33、第二测温电偶；41、热给水控制主机；42、水箱加热元件；43、水箱温度测量电偶；44、水箱液位测量电偶。

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所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的披露中，术语“纵向”、“横向”、“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是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1，本利用机房冷却废热加热给水的冷却系统包括机房冷却模块1、给水换热模块2、热给水控制模块4及冷却控制模块3。

具体地，机房冷却模块1，用于与机房进行热交换，将热量通过冷却介质输送到给水换热模块2中的给水换热器23内，机房冷却模块1包括电动合流三通阀11、循环水泵12、进水阀门13、电动回水控制阀门、电动分流三通阀18及备用风冷换热器19，电动合流三通阀11分别连通循环水泵12、风冷换热器及给水换热模块2，循环水泵12另一端连通进水阀门13，进水阀门13另一端连通水冷机柜，水冷机柜另一端连通电动回水控制阀门，电动回水控制阀门连通电动分流三通阀18，电动分流三通阀18另外两端分别连通给水换热器23和备用风冷换热器19。通过使用备用水-风换热器也就是备用风冷换热器19，在给水换热模块2停水或停止工作时，机房冷却模块1可以通过冷却控制模块3的冷却系统主机31自动控制电动合流三通阀11和电动分流三通阀18，采用备用循环管线继续工作，维持机房冷却模块1运行，还可在水冷机柜无法满足机房散热时，同时打开备用风冷换热器19进行协助散热，从而提高散热能力。其中水冷机柜为常见的设备，这里不再对其结构进行赘述。

具体地，给水换热模块2，用于通过给水泵21将水与冷却介质进行热交换，加热给水，且水换热模块上设有与给水换热器23连通的保温水箱25，通过保温水箱25存储部分加热后的给水。

具体地，热给水控制模块4，用于控制给水泵21，调节给水换热模块2的给水流量，其中热给水控制模块4包括热给水控制主机41及分别与热给水控制主机41通信连接的水箱加热元件42、水箱温度测量电偶43及水箱液位测量电偶44，保温水箱25上设有水箱排污阀和热水出水阀及热水出水泵28，水箱排污阀和热水出水阀及热水出水泵28均分别与热给水控制主机41通信连接。此设置，通过时刻测量保温水箱25内的水温和水位，利用水箱加热元件42，在机房冷却模块1停止工作或排热量不能满足热给水加热需求时，向热给水提供热量，维持给水换热模块2运行，当保温水箱25内的热给水过量时，打开水箱排污阀自动排出过量热水。

具体地，冷却控制模块3与热给水控制模块4通信连接，用于调节机房冷却模块1的冷却功率，根据给定的设备负载对机房冷却模块1进行控制，其中冷却控制模块3包括与热给水控制主机41通信连接的冷却系统主机31和与冷却系统主机31通信连接的测温电偶，测量电偶用于测量机房的水冷机柜温度。通过测温电偶测量水冷机柜的温度，从而通过和设定值比对自动调节循环流量，并且可以发送电信号自动通过热给水控制主机41以控制给水泵21调整给水流量，实现自动调节操作，从而节省电能。

优选地，电动合流三通阀11、电动分流三通阀18均分别与热给水控制主机41通信连接，循环水泵12、电动回水控制阀门均分别与冷却系统主机31通信连接。此设置，两个主机分别控制一部分设备，可减少各自的运算负担。

优选地，给水泵21与给水换热器23之间设有给水阀门22。通过给水阀门22控制给水泵21和给水换热器23之间的流量大小，其中给水阀门22可以是电动或手动，可根据实际情况选择。

优选地，保温水箱25与给水换热器23之间设有热水阀门24。通过热水阀门24控制保温水箱25和给水换热器23之间的流量大小，其中热水阀门24可以是电动或手动，可根据实际情况选择。

优选地，热给水控制主机41和冷却系统主机31均为PLC、ARM工控板或X86工控板的其中一种。采用上述设置，尤其是采用ARM工控板的方案，可实现低功耗，低成本及高扩展性，实现智能操作，显著提高了本系统的维护方便程度。优选采用ARM工控板+WinCE操作系统设计，这是极便捷的开发模式，软件设计更简单。由于采用WinCE操作系统，软件的开发与一般PC机上的开发完全相同。如果原系统采用工控机设计已有成熟可用的软件程序，只需将该程序安装在WinCE操作系统下即可。这种模式对于旧系统的升级更新非常适用，避免了重复劳动，也节约了研发成本缩短了开发周期。而且，WinCE操作系统的价格非常低。与Windows2000/WindowsXP操作系统的购买成本比较，几乎可忽略不计。

优选地，热给水控制主机41和冷却系统主机31之间通过有线和无线同时通信连接。采用上述设置，相比单一通信方式，可显著减少两者之间的通信中断问题发生，保证两个主机的通信畅通。

优选地，给水泵21、循环水泵12及热水出水泵28均为变频泵。此设置，相比传统的定频水泵，变频泵在长时间运行时，可起到更好地节水节电功能，还能够提高供水质量，由于恒压供水，减少了管网高压所产生的漏水，保证了供水管网的安全运行。

在一种实施例中，冷却介质在机房冷却模块1中由循环水泵12驱动，流经第一水冷机柜14、第二水冷机柜15吸收机房设备产生的热量，通过管路循环到给水换热器23，在给水换热器23内与给水进行热交换，加热给水。给水通过给水泵21驱动进入给水换热器23，被来自冷却系统的排热所加热，以热给水的形式存储在热水保温水箱25内，按照使用流量被热水出水泵28带动进入用水管路。设置保温水箱25储存热给水，确保在用水端用水量不足与用水量较大时，热给水控制模块4可以正常工作，加装保温材料以减小热水的热量损失。冷却控制模块3读取水冷机柜温度，通过控制第一电动回水控制阀门16、第二电动回水控制阀门17以控制机柜冷却系统流量，同时传递信号到热给水控制模块4的热给水控制主机41以控制给水泵21，调节给水流量。热给水控制模块4中，热给水控制主机41读取热水保温水箱25的水箱温度测量电偶43和水箱液位测量电偶44以判断热给水能否满足需求，并控制水箱排污阀26自动排出水箱中过量的热水，控制水箱加热元件42加热水箱内水以保证热给水温度满足设定。

冷却控制模块3的冷却系统主机31通过第一测温电偶32、第二测温电偶33测量冷却循环的两个水冷机柜，通过和设定值比对自动调节循环流量，并且可以发送电信号自动通过热给水控制主机41以控制给水泵21调整给水流量。

上述阀门均为市面上可购买到的产品，可确保管路每一段都可以切断液体流动，进行维护检修更换，这里不再对其进行赘述。

本实用新型未详述部分为现有技术，故本实用新型未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了机房冷却模块1、给水换热模块2、冷却控制模块3、热给水控制模块4、电动合流三通阀11、循环水泵12、进水阀门13、第一水冷机柜14、第二水冷机柜15、第一电动回水控制阀门16、第二电动回水控制阀门17、电动分流三通阀18、备用风冷换热器19、给水泵21、给水阀门22、给水换热器23、热水阀门24、保温水箱25、热水箱排污阀26、热水出水阀门27、热水出水泵28、冷却系统主机31、第一测温电偶32、第二测温电偶33、热给水控制主机41、水箱加热元件42、水箱温度测量电偶43、水箱液位测量电偶44等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，包括机房冷却模块、给水换热模块、热给水控制模块及冷却控制模块；

所述机房冷却模块，用于与机房进行热交换，将热量通过冷却介质输送到给水换热模块中的给水换热器内；

所述给水换热模块，用于通过给水泵将水与冷却介质进行热交换，加热给水，且所述水换热模块上设有与给水换热器连通的保温水箱，通过所述保温水箱存储部分加热后的给水；

所述热给水控制模块，用于控制给水泵，调节给水换热模块的给水流量；

所述冷却控制模块与热给水控制模块通信连接，用于调节机房冷却模块的冷却功率，根据给定的设备负载对机房冷却模块进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，所述热给水控制模块包括热给水控制主机及分别与热给水控制主机通信连接的水箱加热元件、水箱温度测量电偶及水箱液位测量电偶，所述保温水箱上设有水箱排污阀和热水出水阀及热水出水泵，所述水箱排污阀和热水出水阀及热水出水泵均分别与热给水控制主机通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，所述冷却控制模块包括与热给水控制主机通信连接的冷却系统主机和与冷却系统主机通信连接的测温电偶，所述测量电偶用于测量机房的水冷机柜温度。

4.根据权利要求3所述的一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，所述机房冷却模块包括电动合流三通阀、循环水泵、进水阀门、电动回水控制阀门、电动分流三通阀及备用风冷换热器，所述电动合流三通阀分别连通循环水泵、风冷换热器及给水换热模块，所述循环水泵另一端连通进水阀门，所述进水阀门另一端连通水冷机柜，所述水冷机柜另一端连通电动回水控制阀门，所述电动回水控制阀门连通电动分流三通阀，所述电动分流三通阀另外两端分别连通给水换热器和备用风冷换热器。

5.根据权利要求4所述的一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，所述电动合流三通阀、电动分流三通阀均分别与热给水控制主机通信连接，所述循环水泵、电动回水控制阀门均分别与冷却系统主机通信连接。

6.根据权利要求1所述的一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，所述给水泵与给水换热器之间设有给水阀门。

7.根据权利要求1所述的一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，所述保温水箱与给水换热器之间设有热水阀门。

8.根据权利要求3-5任意一项所述的一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，所述热给水控制主机和冷却系统主机均为PLC、ARM工控板或X86工控板的其中一种。

9.根据权利要求8所述的一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，所述热给水控制主机和冷却系统主机之间通过有线和无线同时通信连接。

10.根据权利要求5所述的一种利用机房冷却废热加热给水的冷却系统，其特征在于，所述给水泵、循环水泵及热水出水泵均为变频泵。

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