[發明專利]一種數據中心液態空氣制冷發電裝置及工作方法

有效

• 申請號: 201410157141.4
• 申請日: 2014-04-20
• 公開（公告）號: CN103883398A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 茍仲武
• 申請（專利權）人: 茍仲武
• 主分類號: F02C1/05
• 分類號: F02C1/05;F02C1/10;F25B9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于液態空氣發電領域，具體涉及一種數據中心液態空氣制冷發電裝置及工作方法。

背景技術

目前，數據中心都擁有大量服務器、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于天津市的全部耗電量。數據中心設備工作時發出大量熱量，需要大功率制冷系統維持適宜環境溫度。長期以來多采用空調制冷系統和自然冷源冷卻配合實施，所有的熱量均屬于搬出數據中心“扔”到大氣層、自然環境中了，不同的地方往往只是盡可能采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，用大功率制冷系統制冷，綜合耗電量將更高。

現有用熱泵，將機房空調冷卻水中熱能回收利用，產生熱水，供采暖、生活、生產使用。數據中心每1萬千瓦能耗，回收得到的熱水可以供10萬平米住宅采暖，現實中很多情況下回收的大量熱水無法得到利用。

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℃以上高溫熱水后，采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1~5%，沒有使用價值。

發明內容

本發明目的是提出一個采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。

本發明針對上述問題，提供一種數據中心液態空氣工質制冷發電裝置及工作方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種數據中心液態空氣工質制冷發電裝置，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、制冷回水輸入管路、中低溫換熱器連接管路、制冷回水輸出管路、余氣排放口、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；所述制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；所述余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。

根據本發明的又一方面，提供了一種數據中心液態空氣工質制冷發電裝置工作方法，包括以下步驟：

S1，高壓超低溫液體泵把超低溫儲液罐中的液態空氣抽出，以30MPa以上的壓力輸送；

S2，高壓的超低溫的液體通過高壓超低溫管路到達射流引流器，吸入從引流回氣管路輸送來的氣態空氣，混合后形成較低溫度的汽液混合物；

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進入到低溫換熱器，和從中低溫換熱器連接管路輸入到低溫換熱器的回水進行換熱，液態空氣的高壓氣液混合物吸熱氣化，成為高壓低溫氣體，然后再通過低溫高壓氣管路進入到氣體混合引流器；

S4，在氣體混合引流器，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1MPa到5MPa之間；

S5，較低壓力的，較大氣流量的氣流進入到由氣體擴張段、中溫換熱器、氣體收縮段組成的升溫增壓補熵換熱器，在氣體擴張段，由于容器橫截面積增加，氣流壓力減小，流速減小，溫度降低，更有利于吸收熱量；進入下一個循環的初步增壓的工作氣體在中溫換熱器部分，和由制冷回水輸入管路輸入的溫度在18-25攝氏度的制冷回水繼續升溫、升壓、補熵；然后制冷回水通過中低溫換熱器連接管路輸入到低溫換熱器和從射流引流器輸入的高壓超低溫的液體進行換熱，再通過制冷回水輸出管路輸出4-18攝氏度的制冷水；