CN204880847U - 一种具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，该包括两大部分：用于排出机房内热量的冷凝端机柜和用于吸收机房内热量的蒸发端机柜。所述冷凝端机柜包括压缩机、冷凝器、毛细管、蓄冷装置、第一电磁阀和连接上述机构的管道组成的循环蓄冷回路。所述蒸发端机包括换热器、第二电磁阀，蒸发端机柜与冷凝端机柜蓄冷装置通过分离式热管相连组成工质循环放冷回路。该实用新型在市电断电时，利用蓄冷装置提供的冷量维持制冷***正常工作，保证服务器的正常运行。整个***装置结构简单，环境友好，节能可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***。
背景技术
随着通信技术的高速发展，单位体积内电子设备的发热量急骤上升，数据中心内制冷量越来越大，一旦电源发生故障，此时虽然服务器依靠UPS***能够继续运行，但由于制冷设备停止运行，致使机房温度快速上升，仍会导致服务器过热而停止运行。
根据Intel实验分析，一个单机柜1.2KW的机房，制冷***停止10分钟，温度将上升10.5℃。而一个单机柜9KW的机房，一旦制冷***停止运行，温度从22℃上升到40℃只需要18秒，上升到57℃只需要35秒。而一旦超过32℃，服务器设备就会出现故障，当温度继续升高，服务器设备将会停止运行，甚至损坏。可见，机房需要不间断的制冷才能保证服务器设备正常运行。
经检索，应急制冷的技术方案种类较多，如：
(1)公开号为CN204176828U的中国专利公开了一种应急蓄冷***(申请号：201420592264.6)，采用冰柜、蓄冷箱、泵、控制器、不间断电源、风机和蒸发器，采用单路循环的换热***，结构简单，但是需要采用“冰柜、蓄冷箱、泵”等设备，投资较大，换热效率不高。
(2)公开号为CN103322633A的专利公开了一种机房空调应急制冷，申请号为201210078079.0，该专利通过把附加储液罐内的液态制冷剂，引入机房空调的管路中，由膨胀阀、蒸发器的制冷，经背压阀的释放来实现应急制冷。该方案过于简单，应急制冷的效果有限。
(3)公开号为CN203147950U的专利公开了一种蓄冷型应急供冷装置(申请号：201320086909.4)，该专利采用专用的筒体和布水器，通过冷冻水的循环实现应急制冷，占用体积大，不适合机房布置，且制冷效果有限。
(4)公开号为CN203454325U的专利公开了一种机房用蓄冷式热管空调***(CN201320580665)，该***包括：冷凝器及其风机、蒸发器及其风机、蓄冷箱、换热器、2个电磁阀、控制器、室内外温度及蓄冷介质温度传感器；蒸发器、换热器的输入管路相连，并与冷凝器的输出管路相连，一电磁阀位于该输出管路上；蒸发器、换热器的输出管路相连，并与冷凝器的输入管路相连，另一电磁阀位于该输入管路上；控制器分别与冷凝器风机、蒸发器风机、液管电磁阀、气管电磁阀、室内温度传感器、室外温度传感器、蓄冷介质温度传感器相连。本实用新型有机地融合了热管技术与蓄冷技术，实现了机房对自然冷源最大程度的利用，具有无粉尘污染、噪音低、绿色环保、节能显著等优点。该专利中，两个回路部分重叠且部分并联，该专利主要利用室外自然冷源进行蓄冷，无法在机房制冷***停止运行时，迅速提供相应的冷量，且2次蓄冷周期长，不能应对在短时间内多次放冷的情况。
因此，有必要设计一种具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，该具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***易于实施，能有效保障电源故障时，制冷***能够通过蓄冷模块继续正常运转，维持正常的室内温度，防止机房电子设备因温度超过限度而发生故障。
实用新型的技术解决方案如下：
一种具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，包括冷凝端机柜(用于排出机房内热量)和蒸发端机柜(用于吸收机房内热量)；
所述冷凝端机柜包括压缩机(1)、冷凝器(2)、毛细管(3)、蓄冷装置(4)、第一电磁阀(5)；压缩机、冷凝器、毛细管、蓄冷装置中的第一换热器(8)和第一电磁阀通过管道相连形成循环蓄冷回路；
所述毛细管作为蓄冷回路的节流装置，将从冷凝器出来的高压液态制冷剂，通过节流膨胀使其成为低压的液态制冷剂，再进入蒸发器(蓄冷装置中第一换热器对应的盘管)。毛细管为空调领域内的常见节流部件。
蒸发端机柜包括蒸发端机柜换热器(6)和第二电磁阀(7)；蒸发端机柜换热器(6)、第二电磁阀(7)与冷凝机柜内蓄冷装置中的第二换热器(9)通过管道相连组成分离式热管***，工质在该***内形成循环放冷回路；
第一换热器(8)作为循环蓄冷回路的蒸发器，第二换热器(9)作为循环放冷回路的冷凝器；
所述蓄冷装置(4)内装有相变蓄冷材料。
分离式热管***，其蒸发段和冷凝段是分开的，通过蒸汽上升管和液体下降管连通起来，形成一个自然循环回路。工作时，工质在蒸发段吸热汽化，蒸汽通过蒸汽上升管到达冷凝段释放潜热而凝结成液体，在重力作用下，经液体下降管流到蒸发段，如此循环往复运行，从而实现热量的传递。
第一换热器(8)作为蓄冷回路蒸发器，第二换热器(9)作为放冷回路冷凝器。
所述冷凝端机柜冷凝器(2)为风冷冷凝器，所述蒸发端机柜换热器(6)为微通道换热器。
所述微通道换热器是为了满足电子工业发展的需要而设计的一类结构紧凑、轻巧、高效的换热器，即通道当量直径在10-1000μm的换热器。这种换热器的扁平管内有数十条细微流道，在扁平管的两端与圆形集管相联。集管内设置隔板，将换热器流道分隔成数个流程。工质流经这些细微流道在风机的作用下与机房内空气进行换热。
所述蓄冷装置(4)内装有相变蓄冷材料；所述第一换热器(8)和第二换热器(9)均完全浸没于相变蓄冷材料中。
所述相变蓄冷选用相变温度低于0℃的共晶盐相变材料，如氯化钠、氯化钾、乙醇水溶液等或水。利用相变材料的相变潜热对冷量进行储存与释放；也可以选用其他相变材料。
所述第一换热器(8)和第二换热器(9)均为S形盘管。
所述S形盘管为铜制盘管，自上端以S形盘绕到下端。采用铜制盘管，换热效率高，延展性好，不容易结垢。
在S形盘管外焊接有铝制螺旋翅片，以强化传热效果。
所述第一换热器(8)内循环工质从蓄冷装置(4)下端进入蓄冷装置(4)，从蓄冷装置(4)上端流出蓄冷装置(4)；所述第二换热器(9)内的循环工质均从蓄冷装置(4)上端进入蓄冷装置(4)，从蓄冷装置(4)下端流出蓄冷装置(4)。
在市电供电条件下【即正常工作时】，所述第一电磁阀(5)开启，第二电磁阀(7)关闭，所述蓄冷回路进行蓄冷，放冷回路不工作，蓄冷回路的耗电量由市电提供；在市电停电时，所述第一电磁阀(5)关闭，第二电磁阀(7)开启，放冷回路进行放冷，蓄冷回路不工作，此时放冷回路的耗电量由机房UPS提供。
所述蓄冷装置具有作为外壳的不锈钢钢板，外壳上设有保温层。所述保温层材料为聚氨酯、聚苯乙烯、硅酸铝棉毡或橡塑。
蓄冷时：由压缩机(1)、冷凝器(2)、毛细管(3)、蓄冷装置中的第一换热器、第一电磁阀(5)和连接管道连通形成循环蓄冷回路，毛细管(3)出口的低压液态工质进入蓄冷装置(4)内第一换热器(8)，所述低压液态工质变成低压气态工质，然后所述低压气态工质吸入压缩机(1)变为高压气态工质，所述高压液态工质进入冷凝器(2)，变成高压液态工质，所述高压液态工质经由毛细管(3)节流变成低压液态工质，形成一个封闭的蓄冷回路；所述高压液态工质压力18-20bar；所述低压气态工质压力为5-7bar。在蓄冷时，第二电磁阀处于关闭状态，放冷回路不工作；bar是一种表压力(gaugepressure)的单位。
放冷时：由蒸发端机柜换热器(6)、第二电磁阀(7)与蓄冷装置(4)内第二换热器(9)通过管道相连组成分离式热管***，工质在该***内形成循环放冷回路，蒸发端机柜换热器流出的气态工质流入蓄冷装置(4)内第二换热器(9)，所述气态工质变成液态工质，然后所述液态工质流入蒸发端机柜换热器(6)变为气态工质，形成一个封闭的放冷回路，在放冷时，第一电磁阀处于关闭状态，蓄冷回路不工作。
所述蓄冷装置(4)能够储存冷量。在蓄冷时，蓄冷回路液态工质流经蓄冷装置(4)，所述蓄冷装置(4)吸收冷量；在放冷时，放冷回路气态工质流经蓄冷装置(4)，所述蓄冷装置(4)释放冷量。
在放冷过程中，第二换热器(9)中的气态工质在压力作用下进入蓄冷装置(4)中吸收冷量，变成液态工质，所述液态工质在重力作用下流入蒸发端机柜换热器(6)变为气态工质，形成一个封闭的放冷回路。
本实用新型的技术路线说明：
蓄冷作为储能的一种物理方式，与制冷***组合具有极大的灵活性，通过把冷量储蓄起来的延时作用，可以作为制冷***的备用能源；热管换热器也因其优越的传热性能和节能效果在数据中心机房得到越来越多的应用。
因此，在数据中心等通信领域，使用热管与蓄冷相结合的应急制冷方式，在市电断开时制冷机组无法运行的情况下，蓄冷装置把储存的冷量通过热管***释放出来可以有效保证服务器的正常散热。而采用热管***，换热效率大，热管***内工质通过压力、重力的作用完成工质的自然循环回路，该回路不需要压缩机，节约能耗，具有重要实用价值。
专利CN203454325U与本申请专利利用独立制冷***进行蓄冷的方案相比，蓄冷的效率低、响应慢，同时该专利与本申请的整体结构具有本质区别，本申请中，2个回路是相互独立的。
有益效果：
本实用新型的具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，当市电正常工作时，应急制冷***蓄冷回路利用相变储能材料蓄冷，***内的相变材料凝固储存冷量；当市电断电时，该应急制冷***放冷回路快速冷凝蒸发端从机房内吸收的热量，相变材料熔化成液态，保证机房设备的正常运行。本实用新型在市电断电时，利用蓄冷装置提供的冷量维持制冷***正常工作，保证服务器的正常运行。整个***装置结构简单，环境友好，节能可靠。
附图说明
图1为本实用新型具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***的整体结构示意图；
图2为本实用新型的蓄冷装置正视剖面结构图；
图3为本实用新型的蓄冷装置俯视剖面结构图。
在附图中，1、压缩机，2、冷凝器，3、毛细管，4、蓄冷装置，5、第一电磁阀，6、蒸发端机柜换热器，7、第二电磁阀，8、第一换热器，9、第二换热器，10-相变材料，11-换热器一工质入口，12-换热器一工质出口，21-换热器二工质入口，22-换热器二工质出口。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：
实施例1：
如图1-3，一种具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，包括冷凝端机柜(用于排出机房内热量)和蒸发端机柜(用于吸收机房内热量)；
所述冷凝端机柜包括压缩机1、冷凝器2、毛细管3、蓄冷装置4、第一电磁阀5；压缩机、冷凝器、毛细管、蓄冷装置中的第一换热器8和第一电磁阀通过管道相连形成循环蓄冷回路；
所述毛细管作为蓄冷回路的节流装置，将从冷凝器出来的高压液态制冷剂，通过节流膨胀使其成为低压的液态制冷剂，再进入蒸发器(蓄冷装置中第一换热器对应的盘管)。毛细管为空调领域内的常见节流部件。
蒸发端机柜包括蒸发端机柜换热器6和第二电磁阀7；蒸发端机柜换热器6、第二电磁阀7与冷凝机柜内蓄冷装置中的第二换热器9通过管道相连组成分离式热管***，工质在该***内形成循环放冷回路。
分离式热管***，其蒸发段和冷凝段是分开的，通过蒸汽上升管和液体下降管连通起来，形成一个自然循环回路。工作时，工质在蒸发段吸热汽化，蒸汽通过蒸汽上升管到达冷凝段释放潜热而凝结成液体，在重力作用下，经液体下降管流到蒸发段，如此循环往复运行，从而实现热量的传递。
第一换热器8作为蓄冷回路蒸发器，第二换热器9作为放冷回路冷凝器。
所述冷凝端机柜冷凝器2为风冷冷凝器，所述蒸发端机柜换热器6为微通道换热器。
所述微通道换热器是为了满足电子工业发展的需要而设计的一类结构紧凑、轻巧、高效的换热器，即通道当量直径在10-1000μm的换热器。这种换热器的扁平管内有数十条细微流道，在扁平管的两端与圆形集管相联。集管内设置隔板，将换热器流道分隔成数个流程。工质流经这些细微流道在风机的作用下与机房内空气进行换热。
所述蓄冷装置内装有相变蓄冷材料；所述第一换热器8和第二换热器9均完全浸没于相变蓄冷材料中。
所述相变蓄冷选用相变温度低于0℃的共晶盐相变材料，如氯化钠、氯化钾、乙醇水溶液等或水。利用相变材料的相变潜热对冷量进行储存与释放；也可以选用其他相变材料。
所述第一换热器8和第二换热器9均为S形盘管。
所述S形盘管为铜制盘管，自上端以S形盘绕到下端。采用铜制盘管，换热效率高，延展性好，不容易结垢。
在S形盘管外焊接有铝制螺旋翅片，以强化传热效果。
所述第一换热器8内循环工质从蓄冷装置4下端进入蓄冷装置4，从蓄冷装置4上端流出蓄冷装置4；所述第二换热器9内的循环工质均从蓄冷装置4上端进入蓄冷装置4，从蓄冷装置4下端流出蓄冷装置4。
在市电供电条件下【即正常工作时】，所述第一电磁阀5开启，第二电磁阀7关闭，所述蓄冷回路进行蓄冷，放冷回路不工作，蓄冷回路的耗电量由市电提供；在市电停电时，所述第一电磁阀5关闭，第二电磁阀7开启，放冷回路进行放冷，蓄冷回路不工作，此时放冷回路的耗电量由机房UPS提供。
所述蓄冷装置具有作为外壳的不锈钢钢板，外壳上设有保温层。所述保温层材料为聚氨酯、聚苯乙烯、硅酸铝棉毡或橡塑。
蓄冷时：由压缩机1、冷凝器2、毛细管3、蓄冷装置中的第一换热器、第一电磁阀5和连接管道连通形成循环蓄冷回路，毛细管3出口的低压液态工质进入蓄冷装置4内第一换热器8，所述低压液态工质变成低压气态工质，然后所述低压气态工质吸入压缩机1变为高压气态工质，所述高压液态工质进入冷凝器2，变成高压液态工质，所述高压液态工质经由毛细管3节流变成低压液态工质，形成一个封闭的蓄冷回路；所述高压液态工质压力18-20bar；所述低压气态工质压力为5-7bar。在蓄冷时，第二电磁阀处于关闭状态，放冷回路不工作；bar是一种表压力(gaugepressure)的单位。
放冷时：由蒸发端机柜换热器、第二电磁阀与蓄冷装置内第二换热器(9)通过管道相连组成分离式热管***，工质在该***内形成循环放冷回路，蒸发端机柜换热器流出的气态工质流入蓄冷装置内第二换热器，所述气态工质变成液态工质，然后所述液态工质流入蒸发端机柜换热器变为气态工质，形成一个封闭的放冷回路，在放冷时，第一电磁阀处于关闭状态，蓄冷回路不工作。
所述蓄冷装置能够储存冷量。在蓄冷时，蓄冷回路液态工质流经蓄冷装置，所述蓄冷装置吸收冷量；在放冷时，放冷回路气态工质流经蓄冷装置，所述蓄冷装置4释放冷量。
在放冷过程中，第二换热器9中的气态工质在压力作用下进入蓄冷装置4中吸收冷量，变成液态工质，所述液态工质在重力作用下流入蒸发端机柜换热器6变为气态工质，形成一个封闭的放冷回路。
蓄冷装置的特点在于把蓄冷回路制造的冷量直接作用于分离式热管的冷凝端，相比现有技术所采用的普通蓄冷方式进行储能的空调***，该***利用分离式热管***的原理，工作时，工质在蒸发端机柜换热器里吸热汽化，蒸汽通过蒸汽上升管到达冷凝端机柜里蓄冷装置内的第二换热器，释放潜热而凝结成液体，在重力作用下，经液体下降管流回到蒸发端机柜，如此循环往复运行，从而实现热量的传递，该回路无需设置压缩机，在市电停电时进一步减少了UPS的电量负担，达到应急使用要求和节能的效果。
所述蓄冷回路在市电正常工作时，第一电磁阀开启进行蓄冷，第二电磁阀关闭，放冷回路不工作；所述放冷回路在停电时，第二电磁阀开启进行放冷，第一电磁阀关闭，蓄冷回路不工作，此时放冷回路耗电量由机房UPS提供。
本专利的某一具体应用中，日均耗电仅0.9千瓦时，产品蒸发端机柜和冷凝端机柜体积小，安装方便。在回风温度27℃、湿度35％条件下制冷量可达216KJ。在停电时能有效迅速进行应急制冷，保障通信设备安全运行。
Claims (7)
1.一种具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，其特征在于，包括冷凝端机柜和蒸发端机柜；
所述冷凝端机柜包括压缩机(1)、冷凝器(2)、毛细管(3)、蓄冷装置(4)、第一电磁阀(5)；压缩机、冷凝器、毛细管、蓄冷装置中的第一换热器(8)和第一电磁阀通过管道相连形成循环蓄冷回路；
蒸发端机柜包括蒸发端机柜换热器(6)和第二电磁阀(7)；蒸发端机柜换热器(6)、第二电磁阀(7)与冷凝机柜内蓄冷装置中的第二换热器(9)通过管道相连组成分离式热管***，工质在该***内形成循环放冷回路；
第一换热器(8)作为循环蓄冷回路的蒸发器，第二换热器(9)作为循环放冷回路的冷凝器；
所述蓄冷装置(4)内装有相变蓄冷材料。
2.根据权利要求1所述的具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，其特征在于，所述冷凝端机柜冷凝器(2)为风冷冷凝器，所述蒸发端机柜换热器(6)为微通道换热器。
3.根据权利要求1所述的具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，其特征在于，所述第一换热器(8)和第二换热器(9)均完全浸没于相变蓄冷材料中。
4.根据权利要求1所述的具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，其特征在于，所述第一换热器(8)和第二换热器(9)均为S形盘管。
5.根据权利要求4所述的具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，其特征在于，在S形盘管外焊接有铝制螺旋翅片。
6.根据权利要求1所述的具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，其特征在于，所述第一换热器(8)内循环工质从蓄冷装置(4)下端进入蓄冷装置(4)，从蓄冷装置(4)上端流出蓄冷装置(4)；所述第二换热器(9)内的循环工质均从蓄冷装置(4)上端进入蓄冷装置(4)，从蓄冷装置(4)下端流出蓄冷装置(4)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的具有独立蓄冷和放冷回路的机房应急制冷***，其特征在于，所述蓄冷装置具有作为外壳的不锈钢钢板，外壳上设有保温层。
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Denomination of utility model: Emergent refrigerating system of computer lab with independent cold -storage with put cold loop Effective date of registration: 20170308 Granted publication date: 20151216 Pledgee: Bank of Beijing Limited by Share Ltd Changsha branch Pledgor: Changsha Mai Rong high-tech limited company Registration number: 2017430000013 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20180412 Granted publication date: 20151216 Pledgee: Bank of Beijing Limited by Share Ltd Changsha branch Pledgor: Changsha Mai Rong high-tech limited company Registration number: 2017430000013 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Emergent refrigerating system of computer lab with independent cold -storage with put cold loop Effective date of registration: 20180426 Granted publication date: 20151216 Pledgee: Bank of Changsha Limited by Share Ltd science and Technology Branch Pledgor: Changsha Mai Rong high-tech limited company Registration number: 2018430000027 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151216 Termination date: 20180601 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20190510 Granted publication date: 20151216 Pledgee: Bank of Changsha Limited by Share Ltd science and Technology Branch Pledgor: Changsha Mai Rong high-tech limited company Registration number: 2018430000027 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |