CN219145995U - 一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置及系统，属于数据中心余热回收技术领域，包括外壳体、位于外壳体内的两个封板、位于两个封板之间的多个热交换管，所述两个封板分别位于外壳体内、靠近外壳体两端部的位置，两个封板之间形成制冷剂腔；两个封板与外壳体的两侧端内壁分别形成两侧的热回收热媒腔；所述多个热交换管均贯穿所述制冷剂腔，热交换管的两端分别与两侧封板固定并连通两侧的热回收热媒腔；所述外壳体的顶部设置有制冷剂入口，外壳体的底部设置有制冷剂出口，外壳体的前端设置有热回收热媒进口和热回收热媒出口。本实用新型能够回收利用数据中心的大量余热，有效提高能源利用效率，从产业链全周期层面降低碳排放。
Description
技术领域
本实用新型涉及数据中心余热回收技术领域，具体地说是一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置及系统。
背景技术
传统风冷直膨式机房专用空调其工作原理为压缩机将从蒸发器吸收室内热量形成的低压制冷剂蒸汽进行压缩，形成高温、高压的蒸汽后输送至冷凝器，制冷剂经空气冷却后放出热量并凝结成高压液体，再经膨胀阀节流后变成低压、低温的气液两相制冷剂，进入蒸发器进行气化吸热制冷，得到室内要求的低温环境，并进入压缩机进行下一个制冷循环。
当前数据中心各系统主要消耗二次能源电能，产生的余热直接排放至室外空气中，造成大量能源浪费，降低了一次能源利用率。当前针对风冷制冷剂泵空调余热回收应用尚无成熟产品、亦无成熟应用场景。行业在探索分布式储热利用技术，实现“夏热冬用”、“南热北用”等应用场景，通过分散的余热回收装置，经新型热汇及储热新材料实现余热的规模化储存及应用。作为当前社会能耗大户的数据中心领域，可在探索数据中心相对低品位的余热回收方面做出积极探索与尝试，实现数据中心节能效益、经济效益与热汇效益的平衡发展。
发明内容
本实用新型的技术任务是针对以上不足之处，提供一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置及系统，能够回收利用数据中心的大量余热，有效提高能源利用效率，从产业链全周期层面降低碳排放。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，包括外壳体、位于外壳体内的两个封板、位于两个封板之间的多个热交换管，
所述两个封板分别位于外壳体内、靠近外壳体两端部的位置，两个封板之间形成制冷剂腔；两个封板与外壳体的两侧端内壁分别形成两侧的热回收热媒腔；所述多个热交换管均贯穿所述制冷剂腔，热交换管的两端分别与两侧封板固定并连通两侧的热回收热媒腔；
所述外壳体的顶部设置有制冷剂入口，外壳体的底部设置有制冷剂出口，所述制冷剂入口和制冷剂出口均与所述制冷剂腔连通；
所述外壳体的前端设置有热回收热媒进口和热回收热媒出口；所述外壳体内还安装有隔板，所述隔板的两端分别固定于外壳体的前端内壁和靠近该侧的封板，将该侧的热回收热媒腔分为热回收热媒进口腔和热回收热媒出口腔；所述热回收热媒进口和热回收热媒出口分别连通所述热回收热媒进口腔和热回收热媒出口腔。
高温高压的气态制冷剂从制冷剂入口进入该装置，在制冷剂腔内通过多个热交换管进行热交换放出热量并凝结成高压液体，从制冷剂出口流出；
热回收热媒从热回收热媒进口进入该侧的热回收热媒进口腔，并通过所述的该腔对应的多个热交换管到达另一侧的热回收热媒腔，并通过热回收热媒出口腔对应的多个热交换管到达热回收热媒出口腔，最终热回收热媒从热回收热媒出口流出；
实现热交换管内的热媒与热交换管外、制冷剂腔内的制冷剂进行热交换，实现在余热回收的同时减少压缩机开启时间。
优选的，所述封板上设置有分水肋，通过分水肋将所述多个热交换管分为多个管组，形成4-10个回收热媒热交换回程。
优选的，所述热交换管为低肋铜管，可以提高水流速，进而提高传热系数，使制冷剂蒸汽从壳体上部进气管进入与管内冷水进行充分热交换，冷凝下来的制冷剂液体从壳体下部出液管流出。
进一步的，所述制冷剂入口和制冷剂出口分别靠近外壳体的后端和前端；所述热回收热媒进口腔位于热回收热媒出口腔上部，即热回收热媒进口位于外壳体下部，热回收热媒出口位于外壳体上部。
这样热媒从下部进入壳体内，先与上部冷凝后下沉的制冷剂进行热交换使其进一步冷凝后从底部制冷剂出口流出；该部分热媒由下部的热交换管进入另一侧热回收热媒腔，在新进入的热媒的推动下通过上部的热交换管流入前端的热回收热媒出口腔，并通过上部的热交换管与后端制冷剂入口进入的高温高压气态制冷剂进行热交换，使其冷凝下沉，实现高效的热交换。
优选的，所述热回收热媒进口和热回收热媒出口均安装有水流控制开关和温度传感器。可以根据温度选择性控制水流开关。
优选的，所述制冷剂出口通过管路和截止阀连接有制冷剂泵，所述制冷剂泵通过连接管路和控制阀连接数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机。
进一步的，所述制冷剂出口通过分支管路和控制阀连接数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机，该分支管路与由所述安装有截止阀、制冷剂泵和控制阀的管路形成并联管路，并联管路的进口端连通制冷剂出口，并联管路的出口端通过控制阀连接数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机。
优选的，该装置还包括控制器，制冷剂入口管路安装有控制阀，该控制阀与所述制冷剂出口连通数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机中的控制阀均为电磁控制阀，并均连接所述控制器；
所述制冷剂泵为变频全封闭屏蔽氟泵，具备出口压力检测与控制功能，进口压力检测与控制功能，实现精确扬程控制以及过热、高扬程、低扬程保护。
通过接入空调系统群控系统后，可根据室内外环境温度切换接入系统形式，实现压缩机制冷、制冷剂泵冷却工况转换；热回收装置与风冷冷凝器联合运行工况转换，包括单热回收装置运行、单风冷冷凝器运行、热回收装置与风冷冷凝器串联运行。
进一步的，所述控制器设置有对外接协议接口，并通过对外接协议接口连接外部群控系统。
可通过外部群控系统实现对该装置数据调取、阀门切换控制及状态反馈功能。可根据数据中心群控系统控制逻辑，实现余热回收系统节能运行。
该装置能够实现包含手/自动状态/运转状态、故障状态、启停、变频器状态、变频器故障、变频器启停、变频器频率反馈与调节等设备基本控制参数和系统集成控制。
本实用新型还要求保护一种数据中心风冷氟泵空调余热回收系统，包括数据中心风冷制冷剂泵空调、空调余热回收装置和热应用装置，所述空调余热回收装置为上述的数据中心风冷制冷剂泵空调余热回收装置；所述空调余热回收装置通过所述制冷剂入口和制冷剂出口分别连接数据中心风冷制冷剂泵空调，通过热回收热媒进口和热回收热媒出口连接热应用装置。
数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机将从蒸发器吸收室内热量形成的低压制冷剂蒸汽进行压缩，形成高温、高压的蒸汽后输送至空调余热回收装置，在装置内与余热回收用供水经热交换管壁面间接换热后放出热量并凝结成高压液体，再经截止阀节流后变成低压、低温的气液两相制冷剂，进入蒸发器进行气化吸热制冷，得到室内要求的低温环境，并进入压缩机进行下一个制冷循环。得到热量的热水可经循环泵输送至各用热场所。
所述热应用装置可以设置冷水、热水贮存箱，空气源热泵冷热水机组(辅助冷热源)可实现对本楼及附近用户生活热水供应；通过设置冷水、热水贮存箱，空气源热泵冷热水机组(辅助冷热源)可实现对本楼及附近用户供暖热水供应；经经济技术比较，通过设置冷水、热水贮存箱，空气源热泵冷热水机组(辅助冷热源)可实现对周围养殖及蔬菜种植用户工艺用热水供应。
本实用新型的一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置及系统与现有技术相比，具有以下有益效果：
该装置可用作分布式储热系统，经热汇与储热后形成余热的规模化应用及跨季节、跨地域应用。应用于已建数据中心节能改造，通过余热回收与制冷剂泵利用技术实现自然冷源利用，减少压缩机开启时间，实现数据中心降低PUE的目标。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的数据中心风冷制冷剂泵空调余热回收装置结构原理示图；
图2是本实用新型实施例提供的热媒进入热交换管的示图；
图3是本实用新型实施例提供的制冷剂热交换原理示图。
图中：1、制冷剂进口；2、制冷剂出口；3、热回收热媒进口；4、热回收热媒出口；5、封板；6、气态制冷剂；7、液态制冷剂；8、后端盖；9、低肋铜管；10、控制阀；11、截止阀；12、制冷剂泵；13、控制器；14、水流开关；15、温度传感器，16、隔板，17、分水肋，18、外壳体，19、低肋铜管热媒通道；A、热回收热媒进，B、热回收热媒出，C、制冷剂进，D、制冷剂出。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型实施例提供一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，包括外壳体18、位于外壳体18内的两个封板5、位于两个封板5之间的多个热交换管，本实施例中，热交换管采用低肋铜管9，可以提高水流速，进而提高传热系数。
所述两个封板5分别位于外壳体18内、靠近外壳体18两端部的位置，两个封板5之间形成制冷剂腔；两个封板5与外壳体18的两侧端内壁分别形成两侧的热回收热媒腔；所述多个低肋铜管9均贯穿所述制冷剂腔，低肋铜管9的两端分别与两侧封板5固定并连通两侧的热回收热媒腔；
所述外壳体18的顶部设置有制冷剂进口1，外壳体18的底部设置有制冷剂出口2，所述制冷剂进口1和制冷剂出口2均与所述制冷剂腔连通；
所述外壳体18的前端设置有热回收热媒进口3和热回收热媒出口4；所述外壳体18内还安装有隔板16，所述隔板16的两端分别固定于外壳体18的前端内壁和靠近该侧的封板5，将该侧的热回收热媒腔分为热回收热媒进口腔和热回收热媒出口腔；所述热回收热媒进口3和热回收热媒出口4分别连通所述热回收热媒进口腔和热回收热媒出口腔。
其中，所述封板上设置有分水肋17，通过分水肋17将所述多个低肋铜管9分为多个管组，形成4-10个回收热媒热交换回程。余热回收用冷水经一端下部进入，按顺序流过每个管组，最后从同一端上部流出。
高温高压的气态制冷剂从制冷剂进口1进入该装置(C)，在制冷剂腔内通过多个低肋铜管9进行热交换放出热量并凝结成高压液体，从制冷剂出口2流出(D)；
热回收热媒从热回收热媒进口3进入该侧的热回收热媒进口腔(A)，并通过所述的该腔对应的多个低肋铜管9到达另一侧的热回收热媒腔，并通过热回收热媒出口腔对应的多个低肋铜管9到达热回收热媒出口腔，最终热回收热媒从热回收热媒出口4流出(B)；
实现低肋铜管9内的热媒与低肋铜管9外、制冷剂腔内的制冷剂进行热交换，即低肋铜管9使制冷剂蒸汽从壳体上部进气管进入与管内冷水进行充分热交换，冷凝下来的制冷剂液体从壳体下部出液管流出，从而实现在余热回收的同时减少压缩机开启时间。
所述制冷剂进口1和制冷剂出口2分别靠近外壳体18的后端和前端；所述热回收热媒进口腔位于热回收热媒出口腔上部，即热回收热媒进口3位于外壳体18下部，热回收热媒出口4位于外壳体18上部。
这样热媒从下部进入壳体内，先与上部冷凝后下沉的制冷剂进行热交换使其进一步冷凝后从底部制冷剂出口流出；该部分热媒由下部的低肋铜管9进入另一侧热回收热媒腔，在新进入的热媒的推动下通过上部的低肋铜管9流入前端的热回收热媒出口腔，并通过上部的低肋铜管9与后端制冷剂进口1进入的高温高压气态制冷剂进行热交换，使其冷凝下沉，实现高效的热交换。
所述热回收热媒进口3和热回收热媒出口4均安装有水流控制开关14和温度传感器15。可以根据温度选择性控制水流开关。
所述制冷剂出口2通过管路和截止阀11连接有制冷剂泵12，所述制冷剂泵12通过连接管路和控制阀10连接数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机；
所述制冷剂出口2还通过分支管路和控制阀10连接数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机，该分支管路与由所述安装有截止阀11、制冷剂泵12和控制阀10的管路形成并联管路，并联管路的进口端连通制冷剂出口2，并联管路的出口端通过控制阀10连接数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机。
该装置还包括控制器13，制冷剂入口管路安装有控制阀10，该控制阀10与所述制冷剂出口2连通数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机中的控制阀10均为电磁控制阀，并均连接所述控制器13；
所述制冷剂泵12为变频全封闭屏蔽氟泵，具备出口压力检测与控制功能，进口压力检测与控制功能，实现精确扬程控制以及过热、高扬程、低扬程保护。
通过接入空调系统群控系统后，可根据室内外环境温度切换接入系统形式，实现压缩机制冷、制冷剂泵冷却工况转换；热回收装置与风冷冷凝器联合运行工况转换，包括单热回收装置运行、单风冷冷凝器运行、热回收装置与风冷冷凝器串联运行。
所述控制器设置有对外接协议接口，并通过对外接协议接口连接外部群控系统。可通过外部群控系统实现对该装置数据调取、阀门切换控制及状态反馈功能。可根据数据中心群控系统控制逻辑，实现余热回收系统节能运行。
该装置能够实现包含手/自动状态/运转状态、故障状态、启停、变频器状态、变频器故障、变频器启停、变频器频率反馈与调节等设备基本控制参数和系统集成控制。
该装置主要应用于风冷直膨式数据中心专用精密空调系统，过该装置实现数据中心余热回收利用，针对传统中、小型机房专用空调大多采用风冷直膨式机房专用空调，数据中心产生的余热直接排放到室外空气中，导致一次能源利用率降低的行业现状，在当前技术背景和政策背景下，经经济技术比较，该风冷氟泵空调余热回收装置可应用于新建数据中心、已有数据中心节能改造中，回收数据中心余热，提高一次能源利用率，降低行业总体碳排放。
本实用新型实施例还提供一种数据中心风冷氟泵空调余热回收系统，包括数据中心风冷制冷剂泵空调、空调余热回收装置和热应用装置，所述空调余热回收装置为上述的数据中心风冷制冷剂泵空调余热回收装置；所述空调余热回收装置通过所述制冷剂入口和制冷剂出口分别连接数据中心风冷制冷剂泵空调，通过热回收热媒进口和热回收热媒出口连接热应用装置。
数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机将从蒸发器吸收室内热量形成的低压制冷剂蒸汽进行压缩，形成高温、高压的蒸汽后输送至空调余热回收装置，在装置内与余热回收用供水经热交换管壁面间接换热后放出热量并凝结成高压液体，再经截止阀节流后变成低压、低温的气液两相制冷剂，进入蒸发器进行气化吸热制冷，得到室内要求的低温环境，并进入压缩机进行下一个制冷循环。得到热量的热水可经循环泵输送至各用热场所。
所述热应用装置可以设置冷水、热水贮存箱，空气源热泵冷热水机组(辅助冷热源)可实现对本楼及附近用户生活热水供应；通过设置冷水、热水贮存箱，空气源热泵冷热水机组(辅助冷热源)可实现对本楼及附近用户供暖热水供应；经经济技术比较，通过设置冷水、热水贮存箱，空气源热泵冷热水机组(辅助冷热源)可实现对周围养殖及蔬菜种植用户工艺用热水供应。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本实用新型。但是应当理解，本实用新型并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
Claims (10)
1.一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，其特征在于，包括外壳体、位于外壳体内的两个封板、位于两个封板之间的多个热交换管，
所述两个封板分别位于外壳体内、靠近外壳体两端部的位置，两个封板之间形成制冷剂腔；两个封板与外壳体的两侧端内壁分别形成两侧的热回收热媒腔；所述多个热交换管均贯穿所述制冷剂腔，热交换管的两端分别与两侧封板固定并连通两侧的热回收热媒腔；
所述外壳体的顶部设置有制冷剂入口，外壳体的底部设置有制冷剂出口，所述制冷剂入口和制冷剂出口均与所述制冷剂腔连通；
所述外壳体的前端设置有热回收热媒进口和热回收热媒出口；所述外壳体内还安装有隔板，所述隔板的两端分别固定于外壳体的前端内壁和靠近该侧的封板，将该侧的热回收热媒腔分为热回收热媒进口腔和热回收热媒出口腔；所述热回收热媒进口和热回收热媒出口分别连通所述热回收热媒进口腔和热回收热媒出口腔。
2.根据权利要求1所述的一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，其特征在于，所述封板上设置有分水肋，通过分水肋将所述多个热交换管分为多个管组，形成4-10个回收热媒热交换回程。
3.根据权利要求1或2所述的一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，其特征在于，所述热交换管为低肋铜管。
4.根据权利要求1所述的一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，其特征在于，所述制冷剂入口和制冷剂出口分别靠近外壳体的后端和前端；所述热回收热媒进口腔位于热回收热媒出口腔上部，即热回收热媒进口位于外壳体下部，热回收热媒出口位于外壳体上部。
5.根据权利要求1所述的一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，其特征在于，所述热回收热媒进口和热回收热媒出口均安装有水流控制开关和温度传感器。
6.根据权利要求1或5所述的一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，其特征在于，所述制冷剂出口通过管路和截止阀连接有制冷剂泵，所述制冷剂泵通过连接管路和控制阀连接数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机。
7.根据权利要求6所述的一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，其特征在于，所述制冷剂出口通过分支管路和控制阀连接数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机，该分支管路与由所述安装有截止阀、制冷剂泵和控制阀的管路形成并联管路，并联管路的进口端连通制冷剂出口，并联管路的出口端通过控制阀连接数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机。
8.根据权利要求7所述的一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，其特征在于，该装置还包括控制器，制冷剂入口管路安装有控制阀，该控制阀与所述制冷剂出口连通数据中心风冷制冷剂泵空调压缩机中的控制阀均为电磁控制阀，并均连接所述控制器；
所述制冷剂泵为变频全封闭屏蔽氟泵，具备出口压力检测与控制功能，进口压力检测与控制功能，并能够精确扬程控制以及过热、高扬程、低扬程保护。
9.根据权利要求8所述的一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置，其特征在于，所述控制器设置有对外接协议接口，并通过对外接协议接口连接外部群控系统。
10.一种数据中心风冷氟泵空调余热回收系统，其特征在于，包括数据中心风冷制冷剂泵空调、空调余热回收装置和热应用装置，所述空调余热回收装置为权利要求1-9任一项所述的数据中心风冷制冷剂泵空调余热回收装置；所述空调余热回收装置通过所述制冷剂入口和制冷剂出口分别连接数据中心风冷制冷剂泵空调，通过热回收热媒进口和热回收热媒出口连接热应用装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |