适用于数据中心的相变储能罐系统及数据中心平台的制作方法

本发明涉及相变储能技术领域，尤其涉及到数据中心余热回收的相变储能系统。

背景技术：

数据中心是一个聚集了大量的计算设备、存储设备、网络设备等设备的建筑场所，是实现数据信息集中处理、存储、传输、交换、管理等业务的基础设施和服务平台。近年来，数据中心逐步向着大型化，高密度化发展，且机房内的机器设备都是24小时不间断的运作，这也使得其发热量不断增加。目前高端单片cpu的满负荷散热密度高达75w/cm2，单台1u服务器功率可以达到400w，一个标准机架的占地面积仅为0.48m2，但其功率高达4kw以上，商用服务器机柜的满载发热量更是高达20-30kw。如果能将这些能量加以回收利用，将会达到节约能源、减少温室气体排放等效果，而如何对数据中心的余热回收利用是一个亟待解决的技术问题。

在相变蓄能系统中，相变蓄能换热器是其中最为重要的部件。通常来说，一个相变蓄能换热器主要由蓄热罐体，换热器，相变材料等构成。其中蓄热罐体主要用于存储相变材料以及避免热量流失的作用，换热器则是用于传热流体与相变材料之间的热交换过程，而相变材料则起到了蓄热载体的作用。然而，对于数据中心这一高散热密度的应用场景来说，其要求相变蓄能换热器具有很好的换热性能，能及时把热量存储到相变材料中，这就需要通过各种技术手段解决相变蓄能换热器换热效率低的问题。如专利文献cn208779540u所公开的数据中心热能回收系统，热能回收的利用上可切换不同的模式，能量回收受到时间的限制，不能实现能量的储存，在用户有需求时才能启动回收阀门。本发明通过对换热器的综合运用，实现高效储能，达到了节约能源的效果。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于数据中心的相变储能罐系统及数据中心平台。

根据本发明提供的一种适用于数据中心的相变储能罐系统，包括顶盖100、螺旋盘管200、蓄热罐体300、微通道换热器400、相变材料500；

顶盖100、蓄热罐体300配套安装，相变材料500盛装在蓄热罐体300、顶盖100围成的容纳空间800内部；

螺旋盘管200安装在蓄热罐体300的内部并淹没在相变材料500中；

螺旋盘管200延伸至所述容纳空间800的外部形成流体进口201和流体出口202；

微通道换热器400紧密贴附在蓄热罐体300的外侧。

优选地，流体进口201、流体出口202通过蓄热罐体300的罐壁并延伸凸出于蓄热罐体300的外侧表面；

螺旋盘管200的内壁具有内螺纹210；

螺旋盘管200的数量为一个或多个；

螺旋盘管(200)内换热工质为液态或气态。

优选地，蓄热罐体300为圆柱形罐体；

蓄热罐体300的制作材料耐腐蚀；

蓄热罐体300与相变材料500之间不发生化学反应。

优选地，微通道换热器400主要由多根微通道扁管403并联组成；

微通道换热器400的每根微通道扁管403都紧密贴附在蓄热罐体300的外侧；

微通道换热器400内盛装有气液相工质；

微通道扁管403内的微通道405具有齿状肋片404；

蓄热罐体300周向外侧、顶盖100外侧整体覆盖有保温材料600。

优选地，所述微通道换热器400包括冷凝端401和蒸发端402；

沿微通道换热器热流方向，蒸发端402位于上游，冷凝端401位于下游；蒸发端402通过换热器管道021与冷凝端401紧固密封连接。

优选地，相变材料500为固液相变材料。优选地，流体700从流体进口201进入到螺旋盘管200；

流体700与相变材料500通过螺旋盘管200进行热交换；

相变材料500达到相变温度时，相变材料由液态变为固态，实现热量的释放；相变材料(500)为固液相变材料。优选地，蒸发端402将数据中心的的热量传递到冷凝端401；

冷凝端401通过蓄热罐体300与相变材料500进行热交换；

相变材料500达到相变温度时相变材料由固态变为液态，实现热量的储存。

根据本发明提供的一种数据中心平台，包括：数据中心，还包括所述的适用于数据中心的相变储能罐系统；

适用于数据中心的相变储能罐系统能够将数据中心的余热收集储存，并能够将收集、储存的热量作为热源释放。

优选地，所述的数据中心平台，还包括控制系统900，

在控制系统900的控制下，能够根据数据中心的温度、相变材料500的形态实现智能控制，包括：

相变材料500为固态时，控制系统900能够自动启动，将数据中心的余热通过微通道换热器400传递到相变材料500中存储；

相变材料500为液相时，控制系统900能够自动启动，使流体700从流体进口201流入到螺旋盘管200，从而实现相变材料500中储存的热量的释放。

本发明具有如下的有益效果：

1、本发明热量的储存和使用灵活方便，不受时间的限制；

2、本发明具有蓄热量高，蓄能、释能过程均处于一个稳定温度区间的优点；

3、本发明自动化程度高，节约人力成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图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为蓄热罐体300的三维模型示意图；

图2为蓄热罐体300的装配示意图；

图3为微通道换热器400内部结构示意图；

图4为螺旋盘管200截面示意图；

图5为蓄热罐体300向用户供热流程示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、图2、图3、图4所示，根据本发明提供的一种适用于数据中心的相变储能罐系统，包括顶盖100、螺旋盘管200、蓄热罐体300、微通道换热器400、相变材料500、保温材料600、流体700、容纳空间800、数据中心900。

顶盖100、蓄热罐体300配套安装并紧固连接，相变材料500盛装在蓄热罐体300、顶盖100围成的容纳空间800内部；相变材料500当吸热或放热时体积会发生变化，此时，容纳空间800中上部空气会通过顶盖100与蓄热罐体300的缝隙排出或补入容纳空间800，使蓄热罐体300的内外压力平衡；蓄热罐体300周向外侧、顶盖100外侧整体覆盖有保温材料600。

螺旋盘管200安装在蓄热罐体300的内部并淹没在相变材料500中；螺旋盘管200的内壁具有内螺纹210，增大了流体700与相变材料500的换热面积，提高换热效率。螺旋盘管200的数量为一个或多个，同样规格的螺旋盘管200数量越多，换热效率越高；同样数量的螺旋盘管200管径越粗，匝数越多，换热效率越高。螺旋盘管200的数量越多，必然会导致相变材料500变少，降低相变材料500的蓄热量。

蓄热罐体300为圆柱形罐体；蓄热罐体300的材质耐腐蚀，或者蓄热罐体300的材质不耐腐蚀，但对蓄热罐体300已做了防腐处理；蓄热罐体300与相变材料500之间不发生化学反应。

所述相变材料500为固液相变材料；流体700从流体进口201进入到螺旋盘管200，流体700与相变材料500通过螺旋盘管200进行热交换，相变材料500达到相变温度时，相变材料由液态变为固态，实现热量的释放。

具体地，螺旋盘管200延伸至所述容纳空间800的外部形成流体进口201和流体出口202；流体进口201、流体出口202通过蓄热罐体300的罐壁并延伸凸出于蓄热罐体300的外侧表面；流体出口202通过管道将热流体输送至用户，用户使用后热流体变为冷流体，冷流体又被送回至流体进口201；流体的输送管路中设置有动力设备，如管道泵，管道泵的启动与停止由控制系统900控制，并设置连锁；其中，在一个变化例中，如图5所示，流体进口201处安装有进口温度传感器002，流体出口202处安装有出口调节阀003、出口温度传感器001，出口调节阀003的开关状态、进口温度传感器002监测到的进口温度012、出口温度传感器001监测到的出口温度011均在控制系统900中显示，并通过控制系统900远程控制出口调节阀003开关开度(0-100％)，同时，在控制系统900中能够根据用户需求设置出口温度011、进口温度012分别与调节阀003进行连锁控制，实现自动化调节；在一个变化例中，接入3台蓄热罐体300，根据蓄热罐体300的蓄热情况可通过控制系统900进行自动切换，实现对用户热量的持续供应。

具体地，所述微通道换热器400紧密贴附在蓄热罐体300的外侧，微通道换热器400主要由多根微通道扁管403并联组成，每根微通道扁管403都紧密贴附在蓄热罐体300的外侧；微通道扁管403内的微通道405具有齿状肋片404，微通道技术通过构建微小尺度的流体通道，可以有效提高换热器的换热效率，微通道扁管403内工质为气液相变工质；同时，所述微通道换热器400包括冷凝端401和蒸发端402；蒸发端402通过换热器管道021与冷凝端401紧固密封连接，蒸发端402与冷凝端相连的换热器管道021外设置保温材料；沿微通道换热器热流方向，蒸发端402位于上游，冷凝端401位于下游。微通道换热器400采用热管技术的原理能够将热量从蒸发端402传递到冷凝端401；蒸发端402与数据中心的it设备一体化设置，或其它保证用电安全的前提下利于热量传递的连接方式，例如蒸发端紧密贴附在数据中心的it设备上。

蒸发端402吸收数据中心的热量后内部工质由液相变为气相，工质气化后所携带的热量传递至冷凝端401，冷凝端401内气相工质达到冷凝温度后由气相变为液相，同时，热量通过蓄热罐体300传递至相变材料500中储存，相变材料500达到相变温度时由固态变为液态，实现热量的储存；微通道换热器400内工质的冷凝温度与相变材料500的相变温度接近，如微通道换热器400内工质的冷凝温度为50℃，相变材料500的相变温度为49℃。

根据本发明提供的一种数据中心平台，包括：数据中心，还包括所述的适用于数据中心的相变储能罐系统，能够将数据中心的余热收集储存，并能够将收集、储存的热量作为热源释放。

具体地，所述的数据中心平台，还包括控制系统900，在控制系统900的控制下，能够根据数据中心的温度、相变材料500的形态实现智能控制，包括：相变材料500为固态时，控制系统900能够自动启动，将数据中心的余热通过微通道换热器400传递到相变材料500中存储；其中所述的适用于数据中心的相变储能罐系统根据数据中心的回收的热量可设置一套或多套；例如，设置3套适用于数据中心的相变储能罐系统，在换热器管道021可设置换热器调节阀004并接入控制系统900，通过相变材料500的温度来判断那一套系统需要储存热量，从而开启通向那个系统的调节阀，也可将相变材料的温度与换热器调节阀004设置为连锁控制，实现自动化调节。相变材料500为液相时，控制系统900能够自动启动，使流体700从流体进口201流入到螺旋盘管200，从而实现相变材料500中储存的热量的释放。

在实施例中，相变材料500选取石蜡-膨胀石墨复合相变材料，相变温度40℃，相变潜热为181670j/kg，密度为806.593kg/m3，导热率为2.4w/(m*k)，比热为2183j/(kg*k)。相变材料500填充整个罐体的85％的体积。

实施例中，蓄热罐体300的半径为0.2m，高度为1.8m，螺旋盘管200管径为0.025m，旋转半径为0.175m，匝数为18匝，总高1.65m。传热流体从蓄热罐体300流体进口201流入，换热后从流体出口202流出。

实施例中，微通道换热器400的高度为2mm，宽度为2.6mm。内部齿状肋片的宽度为0.6mm，高度为0.5mm，间隔为0.2mm。在变化例中，间隔也可以是0.3。齿状肋片上下各三个，对称分布。

实施例中，蓄热罐体300的总蓄热量约为21.2mj，在蓄热过程中，微通道换热器400冷凝端温度可达50℃，传热效率最高可到74.11％。在释热过程中，当23℃的空气以0.034m/s的速率流入蓄热罐体300，出口温度可达37.2℃。

从上述技术方案可以看出，本发明为一种高效相变储能罐，根据数据中心热流密度大这一特点对适用于数据中心的相变储能罐系统的传热性能进行了多方位的强化。相比于传统的储能罐，本发明中高效相变储能罐，储能量大，储能速度快，能源利用率高；同时，具体根据实际的散热及储能需求，可以方便地改进内部结构参数或将多个罐体组合使用，满足不同的使用需求。

将相变蓄能应用在数据中心，可以有效地回收数据中心排放的大量余热，然后作为供暖、热水等的优质热源。这既可以降低数据中心热负荷，又可以提高能源利用效率，一举多得。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。