[发明专利]一种数据中心余热利用装置

说明书

本发明公开公开了一种数据中心余热利用装置，包括冷却水池、数据中心厂房以及供热管网用户端：在数据中心厂房内还设置有换热装置，换热装置包括浸没冷却联箱、热负荷缓冲调节单元、水泵以及连接管；浸没冷却联箱由冷却联箱箱体、热源器件以及立式循环热交换管网组成；立式循环热交换管网为分型结构且采用两端对称结构，立式循环热交换管网出水口与热负荷缓冲调节单元连接；本发明装置优化了浸没冷却联箱内部的空间配置及冷却水工质流量分配，为珠状凝结提供有利条件，增强冷凝端的凝结换热节冷凝液滴回流的能力；利用相变材料，实现多余热量的蓄存及热量的热负荷调节；同时，有效将水温加热到45°C‑60°C，作为预热水补给城市供暖管网的水损失。

技术领域

本发明涉及一种余热利用装置，具体涉及的是一种为解决数据中心余热再利用问题而设计的具有仿生微尺度冷凝梯度单元、立式循环热交换管网以及热负荷缓冲调节特征的数据中心余热利用装置。

背景技术

数据中心是存放众多服务器、存储设备、网络设备的工业化系统，是典型的能源密集型设施。随着工业互联网技术的爆发，政府部门、企业、高校等对数据中心数据存储的容量需求大幅增长，如此快速的增长，使得数据中心对电力的需求也随之增长。目前，数据中心服务器单台机柜的设计容量已经超过25kW，典型的数据中心总容量约为1000kW，甚至可超过2万kW。在我国，数据中心消耗的电量占全社会电力总消耗的2％，或国内建筑总能耗的10％，相当于三峡大坝全年的电力产能。如此巨大的电力能源消耗，必然会产生大量热量。这些热量若不经处理，不仅会对环境造成影响，而且产生的能量损耗会提高数据中心整体的运营成本。此外，如果这些热量的散失流畅度不高，会积聚在数据中心这个密闭的空间内，大大影响数据中心的设备处理速度，高温工作环境也会加速设备老化。因此，实现数据中心冗余热量的高效利用是一个节约能源、保护环境以及提高数据中心工作效率的重要研究课题。

由于数据中心内部设施的平均功率密度为每平方米3kW，最高能够达到每平方米4kW，因此，将数据中心的余热用于预热冷却水，并将预热水用于城市供暖管网的水补充是一个不错的选择。城市供暖管网是通过城市集中热源(一般为供暖厂)，以蒸汽或热水为介质，经供热管网向全市或其中某一地区的用户供应生活或生产用热的一种方式。这种集中供热的方式，可以提高能源利用率，节约能源。此外，由于集中供热方式容易实行科学管理，可以有效提高供热的质量，便于实现区域性的热量输送行为的管理。然而，由于供热的主要应用方式包括生产过程中的建筑采暖、通风、空调和热水供应以及生活过程中的加热、烘干、蒸煮、清洗等行为，导致热水或者热蒸汽在使用过程中会有质量损失。这种水损失，会影响供暖管网内水的再循环行为。此外，由于城市供热管网所需求的热负荷在不同季节是不同的，其热负荷调节具有不确定性。因此，将数据中心的余热再利用，用于供暖管网内部水的预热，实现供暖管网内的热循环水补充，并开大数据中心余热热负荷调节装置，对能源再利用具有重大的价值。

受生物界特有的构形理论(叶脉络、蜂巢、根脉等)成功应用于流体流量分配并优化解决流体传送思想的启迪，本发明设计具有三维结构特征的立式循环热交换管网作为热交换的换热器，意在通过多次精密的流量分配，优化冷却水在流动过程中的能量传递，并增强冷却水循环的顺畅性。并且，设计了利用相变材料进行热负荷调节的装置。

另外，受仿生浸润性表面所具有的特殊润湿性功能表面应用于能源领域的启发，本发明设计了一种具备多区域亲疏水特性的仿生微尺度冷凝梯度单元，将该仿生微尺度冷凝梯度单元布置在立式循环热交换管网的外表面，为珠状凝结提供有利条件，增强冷凝端的凝结换热能力；同时梯度微槽结构可促进相变热交换工质的冷凝后的液滴回流，使得工质循环更加顺畅，以此增强传热效率和能力，期望达到有效促进工质循环以及增强传热能力的目的。

发明内容