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CN105066310A - 一种氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调 - Google Patents

一种氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调 Download PDF

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CN105066310A
CN105066310A CN201510601528.9A CN201510601528A CN105066310A CN 105066310 A CN105066310 A CN 105066310A CN 201510601528 A CN201510601528 A CN 201510601528A CN 105066310 A CN105066310 A CN 105066310A
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张卫星
张宗勤
孙明迪
许梦婷
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Abstract

本发明公开了一种氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，包括壳体、设在壳体内的制冷机组和蓄冷换热器，以及设在外环境的冷凝热管阵列，所述制冷机组设有出水管和进水管，所述蓄冷换热器包括设在壳体底部的密闭水箱和设在密闭水箱内的蒸发热管阵列，所述蓄密闭水箱蓄有冷媒并与制冷机组的进水管并联连接；所述蒸发热管阵列作为热管的蒸发段并通过蒸发管与置于外环境的冷凝热管阵列连通，所述冷凝热管阵列作为热管的冷凝段并通过回液管再与蒸发热管阵列连接形成循环，所述冷凝热管阵列还配有冷风机和喷淋水洗进行冷却。本发明体积较小，利用重力热管的高效传热性能将外环境的自然冷源存储在相变冷媒中，有效利用了冷媒的潜热。

Description

一种氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调
技术领域
本发明属于空调机组的制冷技术领域，尤其涉及利用自然冷源的数据中心机房制冷蓄冷系统。
背景技术
数据中心对制冷设备的持续制冷能力要求很高，当外部电源断电后，UPS可以用于IT设备供电，但通常不足以给同样耗电巨大的空调设备进行供电，仅能给风机、水泵等功耗较小的设备供电。因此当数据中心出现断电后，机房空调设备的输送冷源温度会在2,3分钟内快速上升至40℃左右，无法为机房提供足够的冷源，容易造成机房电子设备的宕机或损坏。目前机房空调的断电继电都是采用大型水系统蓄冷罐，体积庞大、占据空间大，给保温工作带来麻烦，造成系统节能效率低下。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，体积较小，利用重力热管的高效传热性能将外环境的自然冷源存储在相变冷媒中，有效利用了冷媒的潜热。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，包括壳体、设在壳体内的制冷机组和蓄冷换热器，以及设在外环境的冷凝热管阵列，所述制冷机组设有出水管和进水管，所述蓄冷换热器包括设在壳体底部的密闭水箱和设在密闭水箱内的蒸发热管阵列，所述密闭水箱设有冷媒并与制冷机组的进水管并联连接；所述蒸发热管阵列作为热管的蒸发段并通过蒸发管与置于外环境的冷凝热管阵列连通，所述冷凝热管阵列作为热管的冷凝段并通过回液管再与蒸发热管阵列连接形成循环，所述冷凝热管阵列还配有冷风机和喷淋水洗进行冷却；
所述蒸发热管阵列和冷凝热管阵列均由多列螺旋热管竖直排列组成，每列螺旋热管由两根螺旋状热管缠绕而成，且螺旋热管的内壁设有吸液芯层。
进一步改进，所述蒸发热管阵列的蒸汽管上还并联有制冷压缩机，并通过控制阀实现制冷压缩机的并入或断开；所述回液管也并联有制冷剂泵，并通过控制阀实现制冷剂泵的并入或断开。
进一步改进，所述密闭水箱外壁设有盘管层，盘管层的外围设有保温层。
进一步改进，所述蒸发热管阵列的上端的1/2～2/3部位的外壁光滑，剩余部位的外壁设有环形翅片。由于本发明中热管采用两股缠绕的螺旋热管并浸入冷媒中吸热使工质蒸发，且管长在1m左右，该过程中蒸发吸热段在管上部，因此热管外壁首先从中上部开始结冰，仅在下段设置环形翅片有利于下段的结冰速度赶上中上部位，从而达到均匀结冰。另外，更重要的是使中上段的两股热管之间保持更大间距，利于传热。
进一步改进，所述蒸发热管阵列和冷凝热管阵列中的各热管的间距为8～30cm。
进一步改进，所述冷媒是水、乙二醇水溶液、30％～45%的氯化钙水溶液、或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～25%三水合醋酸钠的水溶液，或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～30%氯化钙的水溶液。
进一步改进，所述螺旋热管采用铜质管，且内壁上的吸液芯层为多孔泡沫铜层，具有微孔毛细管作用高效的将工质冷凝液吸附收集回流再次蒸发吸热，且烧结成本低。
进一步改进，所述密闭水箱与冷水机组的冷水管道的连接处设有三通阀。
进一步改进，所述每列螺旋热管的外包径为14～45cm，每根螺旋热管的管径为5～15cm,导程为5～12cm；每列螺旋热管中的两列螺旋热管的缠绕方向相同或相反。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过蓄冷系统，在断电的时候仅开启风机、水泵的辅助设备，结合热管式和氟泵压缩制冷的有点，也能够持续为数据机房提供10～15分钟冷量，从而有足够时间启动数据机房的备用电源；氟泵双循环蓄冷技术结合了热管式和压缩制冷的优点，保证了数据中心的安全性，还达到节能的目的；将蓄冷换热器集成在空调机柜中，并通过PLC控制面板直接控制蓄冷系统的工作和切换，实现了功能集成化。
附图说明
图1为本发明所述冷水机组的结构示意图；
图2为本发明所述蓄冷系统的原理示意图；
图3位本发明所述螺旋热管的结构示意图。
其中，壳体1、制冷机组2、蓄冷换热器3、冷凝热管阵列4、密闭水箱5、蒸发热管阵列6、进水管6、冷媒缓冲罐7、控制阀8、螺旋热管9、制冷压缩机10、制冷剂泵11、风机12、蒸汽管13、回液管14、节流阀15。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本发明的氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，主要包括壳体，设在壳体内制冷机组和蓄冷换热器，以及置于外环境的冷凝热管阵列，所述蓄冷换热器包括设有冷媒的密闭水箱和设在密闭水箱内部的蒸发热管阵列，所述密闭水箱的进口和出口通过管道与冷水机组的冷水管道并联连接，并通过设在管道上的阀门控制蓄冷换热器的并入，同时水箱还连接有冷媒缓冲罐对冷媒结冰膨胀进行缓冲。所述密闭水箱内的蒸发热管阵列作为热管的蒸发段，且顶部的蒸汽出口通过蒸发管与外环境的冷凝热管阵列连通；所述冷凝热管阵列作为热管的冷凝段，且底部通过回液管再与蒸发热管阵列连接形成循环，所述冷凝热管阵列还配有喷淋水洗和冷风机进行冷却；所述蒸发热管阵列和冷凝热管阵列均由多列螺旋热管竖直排列组成，每列螺旋热管由内径为3～8cm的两根螺旋状热管缠绕而成，且螺旋热管的内壁设有吸液芯层。螺旋管的行程相对直管更长，具有更大的换热面积和工质容量，尤其是当双管呈螺旋盘绕设置时，能以较小的空间换取更大的换热面积。
也可以在回液管上并联制冷剂泵，并通过控制阀控制其制冷剂泵的并入或断开，从而可以采用重力差热管回流或动力强制回流，实现灵活布置管线。进一步改进，可以在蒸发热管阵列的蒸汽管上并联有制冷压缩机，并通过控制阀实现制冷压缩机的并入或断开，从而当环境无法提供足够冷量时，启动制冷压缩机制冷。当处于夏季等温度较高环境时，环境无法为蓄冷设备提供足够冷源时，在上述方案中，还可以引入氟泵双循环式蓄冷装置，即：在蒸发热管阵列的回液管上设置制冷剂泵和控制阀强制工质冷凝液回流，同时在蒸发热管阵列的蒸发管还并联制冷压缩机（即氟泵），该制冷压缩机可以是涡旋、螺杆、离心和磁悬浮等多种形式。在负荷突变时，蓄冷水箱和风冷水机组同时运行，提高机组制冷量；如果现场有多台冷水机组中的部分机组故障时，开启蓄冷模式释放冷量，保证冷量持续供应。
上述方案中，冷媒可以直接采用水，或者采用潜热更大的氯化钙水溶液。作为优选方案，还可以是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～25%三水合醋酸钠的水溶液，或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～30%氯化钙的水溶液，因为上述混合冷媒的结冰相变温度可达5～28℃，从而可以再温度较高的夏天通过其相变潜热能有效利用外界环境冷源，尤其是配套冷凝热管外的喷淋水洗冷风机能有效利用环境冷源。
作为优选方案，蒸发热管阵列的上端的1/2～2/3部位的外壁光滑，剩余部位的外壁设有环形翅片。由于本发明中热管采用两股缠绕的螺旋热管并浸入冷媒中吸热使工质蒸发，且管长在1m左右，该过程中蒸发吸热段在管上部，因此热管外壁首先从中上部开始结冰，仅在下段设置环形翅片有利于下段的结冰速度赶上中上部位，从而达到均匀结冰。另外，更重要的是使中上段的两股热管之间保持更大间距，利于传热。进一步的，蒸发热管阵列和冷凝热管阵列中的各热管的间距为8～30cm,优选15cm，从而在保证一定制冷密度的前提下，防止水箱完全结冰。
进一步的，所述螺旋热管采用铜质管，且内壁上的吸液芯层为多孔泡沫铜层，具有微孔毛细管作用高效的将工质冷凝液吸附收集回流再次蒸发吸热。生产时可以将氯化钠和电解铜粉在保护气体下烧结形成网孔结构的微孔泡沫铜层，有利于冷凝水的冷凝回流。
当数据中心制冷系统正常工作的同时，热管的冷凝热管阵列通过喷淋水洗蒸发和风机冷风换热，不断的将蒸发热管阵列蒸发释放的氟利昂蒸汽进行冷却成液体工质，并通过重力差作用回流至蒸发热管阵列，并再次吸收水箱冷媒中的热量蒸发，从而不断从外部环境中获取冷源并对水箱中的冷媒供冷，并逐渐将其冷却成冰水混合物。当数据中心发生断电时，UPS启动带动风机和循环泵，并控制阀门使冷水机组的冷源切换，为书数据中心持续供冷。

Claims (10)

1.一种氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：包括壳体、设在壳体内的制冷机组和蓄冷换热器，以及设在外环境的冷凝热管阵列，所述制冷机组设有出水管和进水管，所述蓄冷换热器包括设在壳体底部的密闭水箱和设在密闭水箱内的蒸发热管阵列，所述密闭水箱设有冷媒并与制冷机组的进水管并联连接；所述蒸发热管阵列作为热管的蒸发段并通过蒸发管与置于外环境的冷凝热管阵列连通，所述热管在蓄冷换热器中吸收热量，使蓄冷换热器中冷媒发生相变，所述冷凝热管阵列作为热管的冷凝段并通过回液管再与蒸发热管阵列连接形成循环。
2.根据权利要求1所述氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：所述蒸发热管阵列和冷凝热管阵列均由多列螺旋热管竖直排列组成，每列螺旋热管由两根螺旋状热管缠绕而成，且螺旋热管的内壁设有吸液芯层；所述冷凝热管阵列还配有冷风机和/或喷淋水洗进行冷却。
3.根据权利要求1所述氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：所述蒸发热管阵列的蒸汽管上还并联有制冷压缩机，并通过控制阀实现制冷压缩机的并入或断开；所述回液管也并联有制冷剂泵，并通过控制阀实现制冷剂泵的并入或断开。
4.根据权利要求1所述氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：所述密闭水箱外壁设有盘管层，盘管层的外围设有保温层。
5.根据权利要求1所述氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：所述蒸发热管阵列的上端的1/2～2/3部位的外壁光滑，剩余部位的外壁设有环形翅片。
6.根据权利要求1所述氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：所述蒸发热管阵列和冷凝热管阵列中的各热管的间距为8～30cm。
7.根据权利要求1所述氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：所述冷媒是水、乙二醇水溶液、30％～45%的氯化钙水溶液、或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～25%三水合醋酸钠的水溶液，或者是含20%～40%十水合硫酸钠和15%～30%氯化钙的水溶液。
8.根据权利要求1所述氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：所述螺旋热管采用铜质管，且内壁上的吸液芯层为多孔泡沫铜层。
9.根据权利要求1所述氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：所述密闭水箱与冷水机组的冷水管道的连接处设有三通阀。
10.根据权利要求1所述氟泵双循环自然冷源蓄冷系统的冷冻水型机房空调，其特征在于：所述每列螺旋热管的外包径为14～45cm，每根螺旋热管的管径为5～15cm,导程为5～12cm；每列螺旋热管中的两列螺旋热管的缠绕方向相同或相反。
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