相变储能冷量分配单元、应用该单元的空调系统以及空调系统的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种相变储能冷量分配单元、应用该单元的空调系统以及空调系统的控制方法，包括同轴线设置的三层套筒，最内层为设有制冷剂出入口用于装填制冷剂的制冷剂筒，中间层为密封的用于装填相变材料的相变筒，最外层为设有水出入口用于装填水的水筒。本发明专利技术的技术效果在于，采用相变模块代替备用制冷系统，能耗低、安全性高，结构简单，初投资少，能够有效解决现有数据中心制冷备份系统初投资费用高、设备冗杂、安全性低的技术缺陷。

Phase change energy storage cooling distribution unit, air conditioning system using the unit and control method of air conditioning system

【技术实现步骤摘要】
相变储能冷量分配单元、应用该单元的空调系统以及空调系统的控制方法
本专利技术涉及空调及新能源应用
，特别涉及一种相变储能冷量分配单元、应用该单元的空调系统以及空调系统的控制方法。
技术介绍
近年来，我国的通信行业发展迅猛，随着网络规模不断扩大、大数据技术的兴起，数据中心和服务器的数量越来越多，它们承载着众多企业以及机构的核心业务。数据中心一旦出现故障，将会给企业造成巨大的经济损失。如何保持服务器稳定、可靠地运行是数据中心的关键技术。数据中心的稳定运行需要一个长期合适稳定的物理环境来保证，而且数据中心机房内各种设备的散热属于稳态热源，全年不间断运行。所以即使在冬季也需要提供相应的制冷能力，保证数据中心内部环境365天恒温恒湿。但目前普遍存在以下几个方面的问题：一是制冷系统主机侧一旦出现故障，将会导致机房内部温度急剧上升，1分钟之内温度可上升10-20℃，引起服务器宕机；二是目前国内供电电网规模较大但稳定性较差，在用电高峰期经常出现电网波动、停电现象且修复较慢，给数据中心造成不可挽回的损失。现有的数据中心空调故障备用系统虽然能解决以上问题，但是仍存在无法在线维护空调设备，且基础设施大量增加等问题，冗杂的基础设施包括制冷主机、水泵、管道、配电系统、蓄水池、蓄冷罐、UPS等。而且在停电或故障时，UPS仍需对冷冻水水泵供电，增加了电池的容量需求，蓄水池中的水也增加了数据机房的风险系数。此外，现有数据中心空调故障备用系统还存在初投资费用较高，配电系统的安全性较低和响应不够迅速等诸多缺点，亟待优化。<br>
技术实现思路
为了解决目前当制冷系统一旦出现临时故障，极易导致数据中心或其他需长时间稳定冷却的系统瘫痪的技术问题，本专利技术提供一种可以在停电或故障时完全不使用UPS对空调系统供电并且维持数据中心的持续制冷的相变储能冷量分配单元、应用该单元的空调系统以及空调系统的控制方法。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是，一种相变储能冷量分配单元，包括同轴线设置的三层套筒，最内层为设有制冷剂出入口用于装填制冷剂的制冷剂筒，中间层为密封的用于装填相变材料的相变筒，最外层为设有水出入口用于装填水的水筒。所述的一种相变储能冷量分配单元，所述的制冷剂筒的制冷剂入口和制冷剂出口分别设置在相对两端，所述的水筒的水入口和水出口分别设置在相对两端。所述的一种相变储能冷量分配单元，所述的水筒、制冷剂筒和相变筒内均设有导热肋片，其中水筒和相变筒内的导热肋片为180°的扇环形，且导热肋片两侧边缘分别固定于筒体的内外壁上，制冷剂筒内的导热肋片为半圆形，且弧形边缘固定于筒体壁上；每块导热肋片均平行于筒体横截面设置，在筒体横截面方向上依次对称设置，在筒体轴线方向上各导热肋片均互相错开一定距离。所述的一种相变储能冷量分配单元，在水筒外裹附有保温层。所述的一种相变储能冷量分配单元，所述的相变材料包括质量比32％的六水氯化钙、5％的丙三醇、4.5％的过硫酸钾、4％的甲基丙烯酸羟乙酯、6.2％的丙烯酸、2.8％的氯化钠和45.5％的水。相变温度为15～17℃。一种空调系统，包括用于降低循环水温度的制冷机组、通过管道连接至制冷机组并利用循环水来进行冷却的冷量分配单元、用于使循环水在制冷机组和冷量分配单元间循环的水泵和用于提供冷风的冷风单元，所述的冷量分配单元包括两个，其中一个为包括共轴线设置的制冷剂筒和水筒的普通冷量分配单元，另一个为如权利要求1-5任一所述的相变储能冷量分配单元，所述的水泵的出水口分别通过设有阀门的管道连接至所述的普通冷量分配单元和相变储能冷量分配单元的入水口，普通冷量分配单元和相变储能冷量分配单元的出水口分别通过设有阀门的管道连接至制冷机组，普通冷量分配单元和相变储能冷量分配单元的制冷剂筒通过设有阀门的管道并联至冷风单元且互相之间通过设有阀门的管道互相连接。所述的一种空调系统，所述的制冷机组包括依次串联形成回路的冷凝器、膨胀阀、蒸发器和压缩机，所述的普通冷量分配单元和相变储能冷量分配单元的出水口分别通过设有阀门的管道连接至蒸发器；所述的冷风单元包括风扇和热管，所述的普通冷量分配单元和相变储能冷量分配单元的制冷剂筒通过设有阀门的管道并联至热管，所述的风扇朝向热管送风。一种空调系统的控制方法，采用所述的空调系统，包括如下步骤：步骤A：设定相变模块温度设定值；步骤B：测量相变储能冷量分配单元中相变材料的温度，并计算与相变模块温度设定值之差的绝对值；同时测量并计算水筒水出入口的水温之差的绝对值；只要两个绝对值中有一个大于第一阈值，则进入步骤B1；否则，进入步骤C；步骤B1：开启相变蓄冷模式，并返回步骤B，其中相变蓄冷模式是控制循环水分别流经相变储能冷量分配单元和普通冷量分配单元，制冷剂只流经普通冷量分配单元；步骤C：测量冷却目标当前温度，若冷却目标当前温度不大于第二阈值则进入步骤C1，否则进入步骤C2；步骤C1：开启正常制冷模式，进入步骤B；其中正常制冷模式是控制循环水和制冷剂均只流经普通冷量分配单元；步骤C2：开启相变模块辅助制冷模式，进入步骤B；其中相变模块辅助制冷模式是控制循环水和制冷剂均分别流经相变储能冷量分配单元和普通冷量分配单元。所述的一种空调系统的控制方法，在步骤B中两个绝对值均不大于第一阈值时，先进入步骤D：检测供电系统，若供电不正常，则进入步骤D1，否则进入步骤C；步骤D1：开启应急制冷模式，返回步骤D，其中应急制冷模式是控制制冷剂只流经相变储能冷量分配单元，循环水停止流动。所述的一种空调系统的控制方法，所述的步骤B中，相变材料的温度是通过检测水筒的水出口平行处的制冷剂筒外壁处的温度得到的。本专利技术的技术效果在于，采用相变模块代替备用制冷系统，能耗低、安全性高，结构简单，初投资少，能够有效解决现有数据中心制冷备份系统初投资费用高、设备冗杂、安全性低的技术缺陷。本专利技术的空调系统无需复杂控制策略，提高了系统的容错率。该系统不但能在正常运行时对相变模块进行蓄冷，同时提供正常的冷量输送，还可以在冷水机组故障以及临时停机检修时维持所需的环境。确保至少15分钟的应急过渡时间，保证被冷却目标能正常运行，省下了大量备用系统的建造成本和空间成本，减少维护工作量，应用性强，效率高，效果好，可以保证被冷却目标安全、稳定运行。下面结合附图对本专利技术作进一步说明。附图说明图1为相变储能冷量分配单元的实施例结构示意图；图2为相变储能冷量分配单元的实施例横截面示意图；图3为采用相变储能冷量分配单元的空调系统实施例结构示意图。具体实施方式参见图1、图2，本实施例的相变储能冷量分配单元是将原有的CDU(冷量分配单元)改造为如图1、图2所示的形式，最外层是一个金属制成的圆柱形空箱，其外部设有保温层，所述保温层材料为聚氨酯、聚苯乙烯、硅酸铝棉毡或橡塑。圆柱桶内为同轴线设置的三套管结构，制冷剂流经最内层，相变材料放置在中间，冷冻水流经最外层。冷冻水管的进出口分别设置两个绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变储能冷量分配单元，其特征在于，包括同轴线设置的三层套筒，最内层为设有制冷剂出入口用于装填制冷剂的制冷剂筒，中间层为密封的用于装填相变材料的相变筒，最外层为设有水出入口用于装填水的水筒。/n

【技术特征摘要】
1.一种相变储能冷量分配单元，其特征在于，包括同轴线设置的三层套筒，最内层为设有制冷剂出入口用于装填制冷剂的制冷剂筒，中间层为密封的用于装填相变材料的相变筒，最外层为设有水出入口用于装填水的水筒。


2.根据权利要求1所述的一种相变储能冷量分配单元，其特征在于，所述的制冷剂筒的制冷剂入口和制冷剂出口分别设置在相对两端，所述的水筒的水入口和水出口分别设置在相对两端。


3.根据权利要求1所述的一种相变储能冷量分配单元，其特征在于，所述的水筒、制冷剂筒和相变筒内均设有导热肋片，其中水筒和相变筒内的导热肋片为180°的扇环形，且导热肋片两侧边缘分别固定于筒体的内外壁上，制冷剂筒内的导热肋片为半圆形，且弧形边缘固定于筒体壁上；每块导热肋片均平行于筒体横截面设置，在筒体横截面方向上依次对称设置，在筒体轴线方向上各导热肋片均互相错开开一定距离。


4.根据权利要求1所述的一种相变储能冷量分配单元，其特征在于，在水筒外裹附有保温层。


5.根据权利要求1所述的一种相变储能冷量分配单元，其特征在于，所述的相变材料包括质量比32％的六水氯化钙、5％的丙三醇、4.5％的过硫酸钾、4％的甲基丙烯酸羟乙酯、6.2％的丙烯酸、2.8％的氯化钠和45.5％的水。


6.一种空调系统，包括用于降低循环水温度的制冷机组、通过管道连接至制冷机组并利用循环水来进行冷却的冷量分配单元、用于使循环水在制冷机组和冷量分配单元间循环的水泵和用于提供冷风的冷风单元，其特征在于，所述的冷量分配单元包括两个，其中一个为包括共轴线设置的制冷剂筒和水筒的普通冷量分配单元，另一个为如权利要求1-5任一所述的相变储能冷量分配单元，所述的水泵的出水口分别通过设有阀门的管道连接至所述的普通冷量分配单元和相变储能冷量分配单元的入水口，普通冷量分配单元和相变储能冷量分配单元的出水口分别通过设有阀门的管道连接至制冷机组，普通冷量分配单元和相变储能冷量分配单元的制冷剂筒通过设有阀门的管道并联至冷风单元且互相之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泉，孟凡希，王加强，马小威，张荩文，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43