一种余热利用的列间冷却模块

技术领域

本发明涉及热回收技术领域，尤其涉及一种余热利用的列间冷却模块。

背景技术

随着电子集成技术的发展，机房内服务器的发热密度逐渐提高，为了保证高发热密度数据机房的安全运行，机房排热方式也在不断更新。同时为了进一步节能，机房余热也逐渐被开发利用。目前高发热密度机房的主要散热方式有两种，分别为水冷型列间空调和水冷柜门。

水冷型列间空调布置在机柜之间，通常采用两列机柜为一组进行冷通道封闭。水冷型列间空调靠近服务器，可以就近排热，缩短传热距离，可以在一定程度上解决机房的气流掺混和局部热点问题。但是水冷型列间空调需要将冷水直接引入机房内部，对服务器的安全运行产生一定的安全隐患。

水冷柜门冷却形式，是将换热器制成背板并安装在机柜柜门上，通过换热器吸收服务器热量的热风，热风在排出机柜之前先经过水冷柜门，将热量传递给换热器另一侧的冷水。相比水冷型列间空调，其传热距离进一步缩短，能效更高，但依然存在水进入机房的安全隐患，且这种形式管路多而复杂，水泵能耗也偏大。

而对于数据中心来说，由于数据中心运行温度低于60℃（芯片温度）左右，属于低温热源难以加以利用。因此目前数据中心的冷源一般采用冷却塔或风冷机组，并直接将服务器散发的热量排至室外环境中，未加以利用。

例如，一种在中国专利文献上公开的“数据机房余热回收系统”，其公告号CN105258332A，包括：控制器、换热机构、压缩机、余热回收机构，换热机构、压缩机、余热回收机构具有导通的制冷剂回路；换热机构包括并联的液冷换热器和风冷换热器；余热回收机构包括并联的液态介质加热设备和气态介质加热设备；余热回收机构的液态介质加热设备连接热水输出装置，且气态介质加热设备连接热风输出装置；控制器分别连接液冷换热器和风冷换热器以控制液冷换热器或风冷换热器工作利用压缩机的制冷剂为数据机房内的热风进行冷却；控制器还分别连接液态介质加热设备和气态介质加热设备以控制态介质加热设备或气态介质加热设备工作以输出热水或热风。此方案主要使用液冷的方式进行降温，然而距离设备过近的液冷容易成为设备的运行的安全隐患，因此该方案存在一定的缺陷。

发明内容

本发明主要解决现有技术中对于数据中心的低温热源难以回收利用，并且在对机房冷却时引入冷水致使机房存在安全隐患的问题；提供一种余热利用的列间冷却模块，通过列间热管与密闭通道组合的余热回收方式，利用板式换热器将余热传递至热泵机组，经热泵机组升温后输送至供热末端利用；本发明能够实现对数据中心余热的回收利用，列间热管采用氟利昂工质，能够依靠重力实现循环，在节能运行的基础上，实现无水进入机房的效果，有效保障机房安全运行。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括按列设置的机柜，在每列机柜中按照负载量设置若干列间热管，列间热管设置在同列相邻机柜之间；相邻两列机柜间设有通道组件；列间冷却模块还包括重力式热管回路系统，所述重力式热管回路系统包括列间热管、热泵机组与板式换热器，板式换热器安装位置高于列间热管；列间热管吸收相邻机柜的高温排风后将其导出，并能够将冷却后的低温空气送回通道，在由机柜的进风侧吸入达到降温的效果；同时重力式热管回路系统对于机柜散热起引导作用，板式换热器吸收热量后将热量传递至热泵机组，通过热泵机组升温后输送至供热末端完成余热利用。

作为优选，所述的通道组件包括通道门和若干个天窗，通道组件中的通道门、通道挡板、天窗与相邻两列机柜形成封闭热通道或封闭冷通道；若机柜呈单列设置，则由通道组件与单列机柜形成封闭通道；板式转换器设有热流体侧入口、热流体侧出口、冷流体侧入口和冷流体测出口，用于连接不同管路从而形成完整的实现冷热交换的回路；热泵机组设有冷冻水回水口、冷冻水出水口、冷却水回水口和冷却水出水口，用于连接不同管路从而形成完整的实现余热利用的回路。

作为优选，所述的列间热管远离通道组件的一端设为出气口，出气口与气管相连，气管另一端与板式换热器的热流体侧入口相连；列间热管内采用氟利昂工质，氟利昂能够吸收相邻两机柜产生的热量，并通过上述技术特征形成的通路1，气化进入上升的气管中，并最终导入板式换热器的热流体侧入口，在板式换热器内与冷冻水换热冷凝转变为液体。

作为优选，所述的列间热管靠近通道组件的一端设为回液口，回液口与液管相连，液管另一端连接板式换热器的热流体侧出口；在板式换热器内与冷冻水换热冷凝为液体的氟利昂，沿下降的液管回流至回液口并进入列间热管内，使得上述技术特征形成的通路2与通路1合并构成一个完整的用于冷却机柜的冷却回路；其中氟利昂工质可采用R134a、R410A或R125，从而实现无水进入机房的效果。

作为优选，所述的板式换热器的冷流体侧出口与第一管路相连，第一管路的另一端与热泵机组的冷冻水回水口相连；板式换热器的冷流体侧入口与第二管路一端相连，第二管路的另一端与热泵机组的冷冻水出水口相连；上述技术特征形成的两条通路，在余热利用的列间冷却模块有供热需求时，能够将从氟利昂吸收的热量传递至热泵机组，经热泵机组升温后，将升温的冷却水输送至供热末端，完成余热利用；其中板式换热器的冷侧与热泵机组均采用水进行冷却。

作为优选，所述的热泵机组的冷却水回水口与第二三通阀门相连一端，第二三通阀门的另外两端分别与第三管路和第五管路相连，第三管路的另一端连接外部冷源设备，所述第五管路另一端连接供热末端；第二三通阀门能够通过供热或降温到的需求转换连接管路。

作为优选，所述的热泵机组的冷却水出水口与第一三通阀门的一端相连，第一三通阀门的另外两端分别与第四管路和第六管路相连，第四管路的另一端连接外部冷源设备，所述第六管路的另一端与供热末端相连；第一三通阀门能够通过供热或降温到的需求转换连接管路。

作为优选，所述的列间冷却模块还包括控制系统，控制系统分别设置在列间热管和热泵机组上，能够对列间热管的双路系统进行控制，使其运行互不干扰，从而实现制冷互为备份，更好地对机柜降温并利用机柜产生的余热。

本发明的有益效果是：

1. 本发明提供的余热利用的列间冷却模块，将机房散热与余热利用相结合，采用列间热管与通道封闭的方式提供冷量，能够优化气流组织，缩短传热距离，解决局部热点问题；

2. 本发明提供的余热利用的列间冷却模块，列间热管为重力式回路热管形式，依靠重力完成循环，无需输配能耗，并且无水进入机房，运行安全且高效；

3. 本发明提供的余热利用的列间冷却模块，在吸收机房热量后经热泵机组升温可实现生活供热，进一步节省能量；

4.本发明提供的余热利用的列间冷却模块，其模块化设计和部署便于扩容。

附图说明

图1是本发明的一种余热利用的列间冷却模块的结构示意图。

图中1.机柜，2. 列间热管，3. 通道组件，4. 板式换热器，5. 第一三通阀门，6.第二三通阀门,7. 气管，8. 液管，9.第一管路，10.第二管路，11.第三管路，12.第四管路，13.第五管路，14.第六管路，15.热泵机组。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图1所示，本实施例的一种余热利用的列间冷却模块，包括机柜1、列间热管2、通道组件3、板式换热器4、热泵机组15、第一三通阀门5和第二三通阀门6。其中：机柜1成列布置，每列中布置若干个机柜1；列间热管2置于机柜之间，且每列机柜中布置若干个列间热管2；通道组件3包括通道门及天窗，与两列相邻机柜1组成封闭的通道。

列间热管2出气口通过气管7与板式换热器4热流体侧的入口连接，板式换热器4热流体侧的出口通过液管8与列间热管2的回液口连接，形成一条完整的重力循环降温回路；板式换热器4冷流体侧出口与热泵机组15冷冻水回水口通过第一管路9连接，板式换热器4冷流体侧入口与热泵机组15冷冻水出水口通过第二管路10连接，形成冷冻水回路，能够将热量传递至热泵机组15，再由热泵机15组升温供生活供热利用；热泵机组15冷却水出水口与第四管路12和第六管路14通过三通阀5连接，其中第四管路12与冷却塔等冷源设备连接，第六管路14与供热末端连接；热泵机组冷却水回水口与第三管路11和第五13通过三通阀6连接，其中第三管路11与冷却塔等冷源设备连接，第五管路13与供热末端连接。

工作时，列间热管2内的氟利昂吸收相邻两机柜产生的热量，气化后进入上升的气管7中，沿气管7导入板式换热器4的热流体侧入口，在板式换热器4内与冷冻水换热冷凝转变为液体；液化后的氟利昂，沿下降的液管8回流至列间热管2的回液口并进入列间热管2内，为机房实现快速的无水降温。板式换热器4从列间热管2内的气态氟利昂吸收热量后，将热量传递至冷冻水回路，通过所述热泵机组15升温后，将升温后的冷却水输送至供热末端，实现进一步的生活供热，完成余热利用。

本发明提供的余热利用的列间冷却模块，通过列间热管与密闭通道组合的余热回收方式，利用板式换热器将余热传递至热泵机组，经热泵机组升温后输送至供热末端利用；本发明能够实现对数据中心余热的回收利用，列间热管采用氟利昂工质，能够依靠重力实现循环，在节能运行的基础上，实现无水进入机房的效果，有效保障机房安全运行。

应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。