CN106288515A - 一种用于对数据中心的余热回收的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种用于对数据中心的余热回收的系统与方法。其中，该系统包括：多个微通道蒸发换热器使得液体制冷剂进入后吸收所述热通道内的热量后蒸发为气体制冷剂排出；压缩机，用于对气体制冷剂进行压缩；冷凝器，与外部循环水系统相连通，以使得所述高温高压的气体制冷剂释放热量后重新液化为高温高压的液体制冷剂；节流阀，用于对所述高温高压的液体制冷剂降温降压；制冷剂泵，用于将液体制冷剂送入所述微通道蒸发换热器。与现有技术相比，本发明利用热泵原理完成对数据中心的余热回收。具体地，本发明将整个数据中心机房看作一个冷库，在数据中心的热通道内布置微通道换热器，通过氟利昂热泵系统，来完成数据中心的余热回收。

Description

一种用于对数据中心的余热回收的系统与方法

技术领域

本发明涉及节能技术领域，尤其涉及一种用于对数据中心的余热回收的技术。

背景技术

目前，大多数数据中心产生的热量都是通过空调循环系统释放到室外大气，会对大气环境造成污染。或者，通过空调循环水系统间接完成对数据中心的余热回收。

对于直接将数据中心的废热排放到大气中的情形，一是对于大气环境的污染，二是对于环境资源的浪费，三是不符合当前国家提倡的节能环保的理念。

对于间接通过空调循环水系统完成余热回收的情形，从节能改造角度来讲，对现有空调循环水系统的环境稳定性造成破坏，而且对于有些项目制冷系统冗余配置不足的数据中心来讲，此技术风险性较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对数据中心的余热回收的系统与方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种数据中心的余热回收系统，其中，所述数据中心布置有封闭的热通道；

其中，该系统包括：

多个微通道蒸发换热器，被布置于所述热通道内的上方区域，其中每个微通道蒸发换热器包括一个液体制冷剂的入口和一个气体制冷剂的出口，以使得液体制冷剂进入所述微通道蒸发换热器并吸收所述热通道内的热量后蒸发为气体制冷剂排出；

压缩机，用于对气体制冷剂进行压缩，以使得高温的气体制冷剂变成高温高压的气体制冷器；

冷凝器，与外部循环水系统相连通，以使得所述高温高压的气体制冷剂在所述冷凝器中释放热量后重新液化为高温高压的液体制冷剂，所释放的热量被所述外部循环水系统吸收；

节流阀，用于对所述高温高压的液体制冷剂降温降压；

制冷剂泵，用于将液体制冷剂送入所述微通道蒸发换热器。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种数据中心的余热回收方法，其中，所述数据中心布置有封闭的热通道，所述热通道内的上方区域中布置有多个微通道蒸发换热器，其中每个微通道蒸发换热器包括一个液体制冷剂的入口和一个气体制冷剂的出口，

其中，该方法包括以下步骤：

-制冷剂泵将液体制冷剂送入所述微通道蒸发换热器；

-液体制冷剂吸收所述热通道内的热量后蒸发为气体制冷剂排出所述微通道蒸发换热器；

-气体制冷剂经压缩机压缩后变成高温高压的气体制冷剂；

-所述高温高压的气体制冷剂在冷凝器中释放热量后重新液化为高温高压的液体制冷剂，所释放的热量被外部循环水系统吸收，其中，所述冷凝器与所述外部循环水系统相连通；

-液化后的液体制冷剂经节流阀降温降压后，再次由所述制冷剂泵送入所述微通道蒸发换热器，以此循环往复。

与现有技术相比，本发明利用热泵原理完成对数据中心的余热回收。具体地，本发明将整个数据中心机房看作一个冷库，在数据中心的热通道内布置微通道换热器，通过氟利昂热泵系统，来完成数据中心的余热回收。

对于近几年新建的大中型数据中心而言，房间布置方式一般都是冷热通道分开，本发明方案适用于热通道封闭的数据中心。

传统的数据中心机房平均温度保持在27±1℃，空调的回风温度保持在35±3℃左右，这样的热量等级仅适合加热房间或热水余热。本发明旨在利用微通道换热器，根据热泵原理，来完成余热回收。本发明的余热回收系统能够将数据中心产生的低品位热能提高，使其变成高品位热能后用于数据中心的周边小区或写字楼冬天供暖。

对于提升后的热能使用问题，冬天的时候，其可适用于数据中心的周边小区、写字楼等采暖用；对于全年需要热负荷的地方，比如游泳池、健身房、医院等，数据中心的回收热能可以为其全年供热。

并且，本发明中的微通道换热器的换热效果好，制冷剂充注量小，造价低等特点，也使其更适用于数据中心的余热回收。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出本发明所采用的微通道蒸发换热器的示意图；

图2示出本发明所适用的数据中心的机房布置示意图；

图3示出根据本发明一个实施例的余热回收系统示意图；

图4示出根据本发明一个优选实施例的余热回收系统示意图。

具体实施方式

这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。

应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。

应当理解的是，当一个单元被称为“连接”或“耦合”到另一单元时，其可以直接连接或耦合到所述另一单元，或者可以存在中间单元。与此相对，当一个单元被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一单元时，则不存在中间单元。应当按照类似的方式来解释被用于描述单元之间的关系的其他词语(例如“处于...之间”相比于“直接处于...之间”，“与...邻近”相比于“与...直接邻近”等等)。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

还应当提到的是，在一些替换实现方式中，所提到的功能/动作可以按照不同于附图中标示的顺序发生。举例来说，取决于所涉及的功能/动作，相继示出的两幅图实际上可以基本上同时执行或者有时可以按照相反的顺序来执行。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1示出本发明所采用的微通道蒸发换热器的示意图。

如图1所示，微通道蒸发换热器100包括一个液体制冷剂的入口，如集液管101，以及一个气体制冷剂的出口，如集气管102。其中，液体制冷剂从微通道蒸发换热器100的集液管101进入，在微通道蒸发换热器100中吸收热量蒸发为气体制冷剂后从集气管102排出。

图2示出本发明所适用的数据中心的机房布置示意图。

其中，IT机柜200按列排布，相邻两列机柜200的热风出风口呈相对布置，以连通起来形成一个封闭的热通道300。相应地，机柜200另一侧的冷风进风口则开放布置，与房间的气流相接触，即冷通道开放。

在每个封闭的热通道300内的上方区域布置多个微通道蒸发换热器100。在一个热通道300内，所有微通道蒸发换热器100呈并联布置，即集液管101均位于热通道300的一侧，集气管102均位于热通道300的另一侧，从而所有集液管101可以连接一液体制冷剂的支管401，所有集气管102可以连接一气体制冷剂的支管501。

优选地，微通道蒸发换热器100被布置于热通道300的顶部区域。例如，微通道蒸发换热器100被布置在热通道300顶部封板的下面。通常热通道300的温度较高，且根据冷热空气温度梯度分布，高热空气一般分布在热通道300的顶部，在顶部布置微通道蒸发换热器100，液体制冷剂可以有效在微通道蒸发换热器100里面蒸发，吸收热通道300的热量，从而热通道300的顶部空气温度降低，底部的较热空气随后会自发上升至顶部，再被微通道蒸发换热器100冷却，而顶部的冷空气继而会往底部流动，依次循环，完成热通道300里面的空气气流循环。这样可以有效降低热通道300的温度，并可以减小机房末端精密空调的功耗，同时会提高机房温度的安全性。

一个液体制冷剂的主管400连通每个封闭热通道300内的液体制冷剂的支管，一个气体制冷剂的主管500连通每个封闭热通道300内的气体制冷剂的支管。

液体制冷剂的主管400通过各支管分别向各封闭热通道300内的微通道蒸发换热器100输入液体制冷剂。液体制冷剂进入微通道蒸发换热器100后，吸收IT机柜200运行时产生的热量，从而蒸发为气体制冷剂。每个封闭热通道300内的气体制冷剂支管将其连通的微通道蒸发换热器100中蒸发的气体制冷剂输出至气体制冷剂的主管500。据此，制冷剂液进气出的通路得以形成。

图3示出根据本发明一个实施例的余热回收系统示意图。

如图3所示，余热回收系统包括微通道蒸发换热器100、压缩机600、冷凝器700、节流阀800和制冷剂泵900。

在步骤S31中，制冷剂泵900将液体制冷剂送入微通道蒸发换热器100。

在步骤S32中，液体制冷剂吸收热通道300内的热量后，在微通道蒸发换热器100中蒸发为气体制冷剂，进而气体制冷剂进入压缩机600。

在步骤S33中，压缩机600对气体制冷剂压缩做功后，使其变成高温高压的气体制冷剂，进而气体制冷剂进入冷凝器700。

在此，由于采用了压缩机，使得气体制冷剂能够成为高温高压的气体制冷剂，从而为冷凝器700提供了足够高的冷凝温度，以使得外部循环水系统800的冷水回水能够吸收足够的热量来被加热到一定的温度提供生活热水。

在步骤S34中，高温高压的气体制冷剂在冷凝器700冷凝放热成高温高压的液体制冷剂，冷凝热被外部循环水系统800吸收带走，重新液化的液体制冷剂流出冷凝器700。

其中，冷凝器700与外部循环水系统1000相连通。外部循环水系统1000典型地如写字楼的循环水供暖系统。例如，写字楼1001的循环水供暖系统通过循环水泵1002将冷水回水送入冷凝器700中，冷水回水吸收高温高压的气体制冷剂冷凝释放的热量后，变成热水供水，从而流入写字楼1001来为写字楼供暖。供暖后的冷水回水再次吸收冷凝热，以此循环往复。

本发明中给写字楼、健身房等供暖采用风机盘管，给周边小区供暖既可以是风机盘管，也可以是暖气片供暖，风机风盘和暖气片中走热水。给周边泳池供泳池热水时加装一个板式换热器，给泳池的风机盘管供暖直接供热水。

在步骤S35中，高温高压的液体制冷剂通过节流阀800节流降温降压，变为低温低压的液体制冷剂。

随后，制冷剂泵900再次将液体制冷剂送入微通道蒸发换热器100里面蒸发吸热，依次循环往复执行上述步骤S31-S35。

图4示出根据本发明一个优选实施例的余热回收系统示意图。

如图4所示，余热回收系统包括微通道蒸发换热器100、压缩机600-1和600-2、油分离器1100、干燥过滤器1200-1和1200-2、高压储液器1300、低压循环桶1400、节流阀800、冷凝器700和制冷机泵900。

在步骤S41中，低压循环桶1400中存储的液体制冷剂经干燥过滤器1200-1干燥后，由制冷剂泵900送入微通道蒸发换热器100。

在步骤S42中，液体制冷剂吸收热通道300内的热量后，在微通道蒸发换热器100中蒸发为气体制冷剂，进而气体制冷剂经由低压循环桶1400进入压缩机600-1和600-2。

在步骤S43中，压缩机600-1和600-2分别对气体制冷剂压缩做功后，使其变成高温高压的气体制冷剂，进而气体制冷剂进入油分离器1100。

在步骤S44中，油分离器1100分离高温高压的气体制冷剂中的油质，并将分离油质后的高温高压的气体制冷剂送入冷凝器700。

在此，需要说明的是，余热回收系统中包括油分离器仅为一个优选示例，也即油分离器仅为系统的可选设备。例如，当压缩机采用带润滑油的压缩机时，系统需要油分离器来分离气体制冷剂中的油质。又如，如果余热回收系统采用磁悬浮离心式无油压缩机，则无需油分离器来分离气体制冷剂中的油质。

在步骤S45中，高温高压的气体制冷剂在冷凝器700冷凝放热成高温高压的液体制冷剂，冷凝热被外部循环水系统吸收带走，重新液化的液体制冷剂流出冷凝器700。其中，冷凝器700典型地如卧式冷凝器。

在步骤S46中，高温高压的液体制冷剂被送入高压储液器1300，并随后经干燥过滤器1200-2干燥后，以由节流阀800节流降温降压。

在此，需要说明的是，高压储液器1300同样为余热回收系统的可选设备，也即，在没有高压储液器1300的情况下，余热回收系统同样可以正常工作，其仅需节流阀800来对高温高压的液体制冷剂进行降温降压。

在步骤S47中，经干燥的高温高压的液体制冷剂通过节流阀800节流降温降压，变为低温低压的液体制冷剂，被送入低压循环桶1400存储。

随后，制冷剂泵900再次将液体制冷剂送入微通道蒸发换热器100里面蒸发吸热，依次循环往复执行上述步骤S41-S47。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种数据中心的余热回收系统，其中，所述数据中心布置有封闭的热通道；

其中，该系统包括：

多个微通道蒸发换热器，被布置于所述热通道内的上方区域，其中每个微通道蒸发换热器包括一个液体制冷剂的入口和一个气体制冷剂的出口，以使得液体制冷剂进入所述微通道蒸发换热器并吸收所述热通道内的热量后蒸发为气体制冷剂排出；

压缩机，用于对气体制冷剂进行压缩，以使得高温的气体制冷剂变成高温高压的气体制冷器；

冷凝器，与外部循环水系统相连通，以使得所述高温高压的气体制冷剂在所述冷凝器中释放热量后重新液化为高温高压的液体制冷剂，所释放的热量被所述外部循环水系统吸收；

节流阀，用于对所述高温高压的液体制冷剂降温降压；

制冷剂泵，用于将液体制冷剂送入所述微通道蒸发换热器。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，该系统还包括：

低压循环桶，用于存储液体制冷剂；

其中，所存储的液体制冷剂由所述制冷剂泵送入所述微通道蒸发换热器；

其中，经所述节流阀降温降压的液体制冷剂被存储至所低压述循环桶。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，该系统还包括：

油分离器，被布置于所述压缩机与所述冷凝器之间，用于分离所述高温高压的气体制冷剂中的油质。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，该系统还包括：

高压储液器，被布置于所述冷凝器与所述节流阀之间，用于存储所述冷凝器中液化的高温高压的液体制冷剂。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述多个微通道蒸发换热器被并联布置，所述多个微通道蒸发换热器的液体制冷剂的入口以及气体制冷剂的出口分别位于所述热通道的一侧。

6.一种数据中心的余热回收方法，其中，所述数据中心布置有封闭的热通道，所述热通道内的上方区域中布置有多个微通道蒸发换热器，其中每个微通道蒸发换热器包括一个液体制冷剂的入口和一个气体制冷剂的出口，

其中，该方法包括以下步骤：

-制冷剂泵将液体制冷剂送入所述微通道蒸发换热器；

-液体制冷剂吸收所述热通道内的热量后蒸发为气体制冷剂排出所述微通道蒸发换热器；

-气体制冷剂经压缩机压缩后变成高温高压的气体制冷剂；

-所述高温高压的气体制冷剂在冷凝器中释放热量后重新液化为高温高压的液体制冷剂，所释放的热量被外部循环水系统吸收，其中，所述冷凝器与所述外部循环水系统相连通；

-液化后的液体制冷剂经节流阀降温降压后，再次由所述制冷剂泵送入所述微通道蒸发换热器，以此循环往复。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，该方法还包括：

-液体制冷剂被存储于低压循环桶，以由所述制冷剂泵送入所述微通道蒸发换热器。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，该方法还包括：

-所述高温高压的气体制冷剂经油分离器分离其中的油质后进入所述冷凝器。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，该方法还包括：

-在高压储液器中存储所述冷凝器中液化的高温高压的液体制冷剂，以供随后由所述节流阀降温降压。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，所述多个微通道蒸发换热器被并联布置，所述多个微通道蒸发换热器的液体制冷剂的入口以及气体制冷剂的出口分别位于所述热通道的一侧。