一種數據中心液態空氣製冷發電裝置製造方法
2023-12-04 11:18:36 2
一種數據中心液態空氣製冷發電裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種數據中心液態空氣工質製冷發電裝置，包括：超低溫儲液罐、高壓超低溫液體泵、高壓超低溫管路、射流引流器、低溫換熱器、低溫高壓氣管路、氣體混合引流器、由氣體擴張段、中溫換熱器、氣體收縮段組成的升溫增壓補熵換熱器、常溫工作氣體管路、氣輪機輸入閥、工作氣路、氣輪機、發電機、乏氣氣路、氣輪機輸出閥、回氣管路、製冷回水輸入管路、中低溫換熱器連接管路、製冷回水輸出管路、餘氣排放口、液態空氣加注口、檢修短路管路、檢修短路氣閥及引流回氣管路。本實用新型可以降低制冷機組採購成本、降低備用發電機組採購成本，通過減免數據中心制冷機組電耗，低溫發電機組發電自用等方式，可以使得數據中心電耗大幅度降低。
【專利說明】一種數據中心液態空氣製冷發電裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於液態空氣發電領域，具體涉及一種數據中心液態空氣製冷發電裝置。
【背景技術】
[0002]目前，數據中心都擁有大量伺服器、網絡設備，耗能巨大，一個數據中心耗電有時可以達到上百萬千瓦。全國所有數據中心耗電總和相當於天津市的全部耗電量。數據中心設備工作時發出大量熱量，需要大功率製冷系統維持適宜環境溫度。長期以來多採用空調製冷系統和自然冷源冷卻配合實施，所有的熱量均屬於搬出數據中心「扔」到大氣層、自然環境中了，不同的地方往往只是儘可能採用更低成本的手段實現「扔」熱量的辦法。數據中心本身是高耗電系統，用大功率製冷系統製冷，綜合耗電量將更高。
[0003]現有用熱泵，將機房空調冷卻水中熱能回收利用，產生熱水，供採暖、生活、生產使用。數據中心每I萬千瓦能耗，回收得到的熱水可以供10萬平米住宅採暖，現實中很多情況下回收的大量熱水無法得到利用。
[0004]目前已有的低溫熱源發電技術多是是在熱泵回收熱量，產生80°C以上高溫熱水後，採用低溫發電機組轉化為電能，發電效率很低，熱能轉換為電能的效率只有1飛％，沒有使用價值。
【發明內容】
[0005]本實用新型目的是提出一個採用液態空氣作為工作介質，高效率吸收數據中心機房設備產生的大量熱量，將熱能轉化為電能自用的解決方案，減少電能消耗、減少冷卻水資源消耗、減少對環境的熱排放，實現環保、節能、減排、資源循環利用。
[0006]本實用新型針對上述問題，提供一種數據中心液態空氣工質製冷發電裝置。
[0007]本實用新型採用的技術方案是:一種數據中心液態空氣工質製冷發電裝置，包括:超低溫儲液罐、高壓超低溫液體泵、高壓超低溫管路、射流引流器、低溫換熱器、低溫高壓氣管路、氣體混合引流器、由氣體擴張段、中溫換熱器、氣體收縮段組成的升溫增壓補熵換熱器、常溫工作氣體管路、氣輪機輸入閥、工作氣路、氣輪機、發電機、乏氣氣路、氣輪機輸出閥、回氣管路、製冷回水輸入管路、中低溫換熱器連接管路、製冷回水輸出管路、餘氣排放口、液態空氣加注口、檢修短路管路、檢修短路氣閥及引流回氣管路；所述超低溫儲液罐輸出端連接高壓超低溫液體泵；所述高壓超低溫液體泵的輸出端通過高壓超低溫管路連接射流引流器；所述射流引流器連接低溫換熱器；所述低溫換熱器的輸出端通過低溫高壓氣管路連接氣體混合引流器；所述氣體擴張段設置在氣體混合引流器上方(輸出方)；所述中溫換熱器設置在氣體擴張段上方(輸出方);所述氣體收縮段設置在中溫換熱器上方(輸出方)；所述中低溫換熱器連接管路連接低溫換熱器和中溫換熱器；所述製冷回水輸入管路連接中溫換熱器；所述引流回氣管路連接射流引流器和氣體收縮段；所述餘氣排放口連接氣體收縮段；所述常溫工作氣體管路輸出端分別連接檢修短路管路和氣輪機輸入閥；所述檢修短路管路輸出端連接檢修短路氣閥；所述檢修短路氣閥通過回氣管路連接氣體混合引流器；所述氣輪機輸入閥通過工作氣路連接氣輪機；所述氣輪機連接發電機；所述氣輪機通過乏氣氣路連接氣輪機輸出閥；所述氣輪機輸出閥通過回氣管路連接氣體混合引流器。
[0008]本實用新型的優點:
[0009]1、通過節約制冷機組電耗，數據中心電耗大幅度降低；還可以降低制冷機組採購成本、降低備用發電機組採購成本；
[0010]2、可以自發電自用，耗電進一步減少，甚至完全實現自我供應；
[0011]3、製冷效果好，和環境溫度無關；
[0012]4、氣輪機可靠性高，發電可用性強，能長期穩定工作；
[0013]5、備份多種模式，液態空氣可以直接製冷，保障機房應急製冷；
[0014]6、省去了冷卻散熱系統，沒有冷卻塔水耗，節約了環境水資源；
[0015]7、排氣潔淨、低溫、無水，通過機房加溼後，可以做新風，進一步提高吸收熱量的能力；
[0016]8、減少了對環境的熱排放，實現低碳、減排、循環利用能源；
[0017]9、數據中心運營成本降低；如增加系統，錯峰時使用「垃圾電」製作液態空氣，運營成本還可以進一步下降。
[0018]除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本實用新型還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0019]【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。
[0021]圖1是本實用新型實施例的一種數據中心液態空氣工質製冷發電裝置結構示意圖；
[0022]圖2是本實用新型實施例的一種數據中心液態空氣工質製冷發電裝置工作方法流程圖；
[0023]圖3是本實用新型實施例的射流引流器結構示意圖；
[0024]圖4是本實用新型實施例的氣體混合引流器結構示意圖。
[0025]【專利附圖】
【附圖說明】:
[0026]I為超低溫儲液罐、2為高壓超低溫液體泵、3為高壓超低溫管路、4為射流引流器、5為低溫換熱器、6為低溫高壓氣管路、7為氣體混合引流器、8為氣體擴張段、9為中溫換熱器、10為氣體收縮段、11為常溫工作氣體管路、12為氣輪機輸入閥、13為工作氣路、14為氣輪機、15為發電機、16為乏氣氣路、17為氣輪機輸出閥、18為回氣管路、19為製冷回水輸入管路、20為中低溫換熱器連接管路、21為製冷回水輸出管路、22為餘氣排放口、23為液態空氣加注口、24為檢修短路管路、25為檢修短路氣閥及26為引流回氣管路。
[0027]【具體實施方式】
[0028]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0029]參考圖1，如圖1所示的一種數據中心液態空氣工質製冷發電裝置，包括:超低溫儲液罐1、高壓超低溫液體泵2、高壓超低溫管路3、射流引流器4、低溫換熱器5、低溫高壓氣管路6、氣體混合引流器7、由氣體擴張段8、中溫換熱器9、氣體收縮段10組成的升溫增壓補熵換熱器、常溫工作氣體管路11、氣輪機輸入閥12、工作氣路13、氣輪機14、發電機15、乏氣氣路16、氣輪機輸出閥17、回氣管路18、製冷回水輸入管路19、中低溫換熱器連接管路20、製冷回水輸出管路21、餘氣排放口 22、液態空氣加注口 23、檢修短路管路24、檢修短路氣閥25及引流回氣管路26 ;所述超低溫儲液罐I輸出端連接高壓超低溫液體泵2 ;所述高壓超低溫液體泵的輸出端2通過高壓超低溫管路3連接射流引流器4 ;所述射流引流器4連接低溫換熱器5 ;所述低溫換熱器的輸出端5通過低溫高壓氣管路6連接氣體混合引流器7 ;所述氣體擴張段8設置在氣體混合引流器7上方(輸出方)；所述中溫換熱器9設置在氣體擴張段8上方(輸出方)；所述氣體收縮段10設置在中溫換熱器9上方(輸出方)；所述中低溫換熱器連接管路20連接低溫換熱器5和中溫換熱器9 ;所述製冷回水輸入管路19連接中溫換熱器9 ;所述引流回氣管路26連接射流引流器4和氣體收縮段10 ;所述餘氣排放口22連接氣體收縮段10 ;所述常溫工作氣體管路11輸出端分別連接檢修短路管路24和氣輪機輸入閥12 ;所述檢修短路管路24輸出端連接檢修短路氣閥25 ;所述檢修短路氣閥25通過回氣管路18連接氣體混合引流器7 ;所述氣輪機輸入閥12通過工作氣路13連接氣輪機14 ;所述氣輪機14連接發電機15 ;所述氣輪機14通過乏氣氣路16連接氣輪機輸出閥17 ；所述氣輪機輸出閥17通過回氣管路18連接氣體混合引流器7。
[0030]所述的射流引流器4用來降低低溫換熱器5的換熱技術複雜性。
[0031]所述低溫換熱器5中的冷媒是乙二醇或冷凍水或防凍液或防凍油。
[0032]參考圖2，如圖2所示的一種數據中心液態空氣工質製冷發電裝置的工作方法，包括以下步驟:
[0033]SI，高壓超低溫液體泵2把超低溫儲液罐I中的液態空氣抽出，以30MPa以上的壓力輸送；
[0034]S2，高壓的超低溫的液體通過高壓超低溫管路3到達射流引流器4，吸入從引流回氣管路26輸送來的氣態空氣，混合後形成較低溫度的汽液混合物；
[0035]S3，30MPa以上的高壓的較低溫的氣液混合物通過超低溫氣液管路4進入到低溫換熱器5，和從中低溫換熱器連接管路20輸入到低溫換熱器5的回水進行換熱，液態空氣的高壓氣液混合物吸熱氣化，成為高壓低溫氣體，然後再通過低溫高壓氣管路6進入到氣體混合引流器7;
[0036]S4，在氣體混合引流器7，少量高壓氣流帶動10倍?100倍大量低壓乏氣氣流一起流動，熱量、壓力混合交流，成為較低壓力的，較大氣流量的氣流，這個氣流氣壓在IMPa到5MPa之間；
[0037]S5，較低壓力的，較大氣流量的氣流進入到由氣體擴張段8、中溫換熱器9、氣體收縮段10組成的升溫增壓補熵換熱器，在氣體擴張段8，由於容器橫截面積增加，氣流壓力減小，流速減小，溫度降低，更有利於吸收熱量；進入下一個循環的初步增壓的工作氣體在中溫換熱器9部分，和由製冷回水輸入管路19輸入的溫度在18-25攝氏度的製冷回水繼續升溫、升壓、補熵；然後製冷回水通過中低溫換熱器連接管路20輸入到低溫換熱器5和從射流引流器4輸入的高壓超低溫的液體進行換熱，再通過製冷回水輸出管路21輸出4-18攝氏度的製冷水；[0038]S6，氣體到氣體收縮段10後，容器橫截面積減小，壓力、溫度上升，形成更高溫度的氣體；該氣體一小部分通過引流回氣管路26被射流引流器4吸入，與超低溫高壓液態空氣混合後得到利用，另外大部分將通過常溫工作氣體管路11、氣輪機輸入閥12及工作氣路13進入到氣輪機14做功輸出，並通過共軸輸出，帶動發電機15發電；
[0039]S7，氣輪機排出的低溫低壓氣體經過乏氣氣路16、氣輪機輸出閥17及回氣管路18輸入到氣體混合引流器7，然後再重複進入到由氣體擴張段8、中溫換熱器9、氣體收縮段10組成的升溫增壓補熵換熱器；
[0040]S8，進入下一個循環。
[0041]所述的數據中心液態空氣工質製冷發電裝置工作方法，還包括所述由氣體擴張段
8、中溫換熱器9、氣體收縮段10組成的升溫增壓補熵換熱器中的壓力達到0.1MPa到5MPa的任意設定值時，可以通過餘氣排放口 22將氣體排放氣體到大氣中。
[0042]所述的數據中心液態空氣工質製冷發電裝置工作方法，還包括所述氣輪機14或發電機15突然出現故障的時候，可以關閉氣輪機輸入閥12和氣輪機輸出閥17，打開檢修短路氣閥25，氣體通過檢修短路管路24、檢修短路氣閥25及回氣管路18進入到由氣體擴張段8、中溫換熱器9、氣體收縮段10組成的升溫增壓補熵換熱器中，多餘氣體從餘氣排放口22排放到大氣，此時進入檢修狀態，不影響裝置製冷運行。
[0043]本實用新型通過節約制冷機組電耗，數據中心電耗大幅度降低；還可以降低制冷機組採購成本、降低備用發電機組採購成本；可以自發電自用，耗電進一步減少，甚至完全實現自我供應；製冷效果好，和環境溫度無關；氣輪機可靠性高，發電可用性強，能長期穩定工作；備份多種模式，液態空氣可以直接製冷，保障機房應急製冷；省去了冷卻散熱系統，沒有冷卻塔水耗，節約了環境水資源；排氣潔淨、低溫、無水，通過機房加溼後，可以做新風，進一步提高吸收熱量的能力；減少了對環境的熱排放，實現低碳、減排、循環利用能源；數據中心運營成本降低；如增加系統，錯峰時使用「垃圾電」製作液態空氣，運營成本還可以進一步下降。
[0044]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種數據中心液態空氣工質製冷發電裝置，其特徵在於，包括:超低溫儲液罐(I)、高壓超低溫液體泵(2)、高壓超低溫管路(3)、射流引流器(4)、低溫換熱器(5)、低溫高壓氣管路(6)、氣體混合引流器(7)、由氣體擴張段(8)、中溫換熱器(9)、氣體收縮段(10)組成的升溫增壓補熵換熱器、常溫工作氣體管路(11)、氣輪機輸入閥(12)、工作氣路(13)、氣輪機(14)、發電機(15)、乏氣氣路(16)、氣輪機輸出閥(17)、回氣管路(18)、製冷回水輸入管路(19)、中低溫換熱器連接管路(20)、製冷回水輸出管路(21)、餘氣排放口(22)、液態空氣加注口(23)、檢修短路管路(24)、檢修短路氣閥(25)及引流回氣管路(26);所述超低溫儲液罐(I)輸出端連接高壓超低溫液體泵(2);所述高壓超低溫液體泵的輸出端(2)通過高壓超低溫管路(3)連接射流引流器(4);所述射流引流器(4)連接低溫換熱器(5);所述低溫換熱器的輸出端(5)通過低溫高壓氣管路(6)連接氣體混合引流器(7);所述氣體擴張段(8)設置在氣體混合引流器(7)上方；所述中溫換熱器(9)設置在氣體擴張段(8)上方；所述氣體收縮段(10)設置在中溫換熱器(9)上方；所述中低溫換熱器連接管路(20)連接低溫換熱器(5)和中溫換熱器(9);所述製冷回水輸入管路(19)連接中溫換熱器(9);所述引流回氣管路(26)連接射流引流器(4)和氣體收縮段(10);所述餘氣排放口(22)連接氣體收縮段(10);所述常溫工作氣體管路(11)輸出端分別連接檢修短路管路(24)和氣輪機輸入閥(12);所述檢修短路管路(24)輸出端連接檢修短路氣閥(25);所述檢修短路氣閥(25)通過回氣管路(18 )連接氣體混合弓I流器(7 );所述氣輪機輸入閥(12 )通過工作氣路(13)連接氣輪機(14);所述氣輪機(14)連接發電機(15 );所述氣輪機(14)通過乏氣氣路(16 )連接氣輪機輸出閥(17 );所述氣輪機輸出閥(17 )通過回氣管路(18 )連接氣體混合引流器(7 )。
【文檔編號】F02C1/10GK203769942SQ201420190657
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月20日 優先權日:2014年4月20日
【發明者】苟仲武 申請人:苟仲武