CN108448944A - 数据中心余热发电*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据中心余热发电***，属于可再生能源技术领域，为解决现有数据中心电源使用效率数值过高的问题而设计。本发明数据中心余热发电***包括蓄冷式冷水机组、冷冻水罐、热水罐、换热装置和温差发电装置；蓄冷式冷水机组的出水孔通过管路先后连接至冷冻水罐和机柜组件，流经机柜组件后的回水通过管路流入换热装置；温差发电装置的热端设置在热水罐中，冷端设置在冷冻水罐中；换热装置和热水罐通过管路连接成循环结构，且换热装置连接至蓄冷式冷水机组；温差发电装置电连接至用电负载。本发明数据中心余热发电***将数据中心中余热转化为电能，变废为宝；降低了***的电能消耗，提高了数据中心平均电能使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及可再生能源技术领域，尤其涉及一种数据中心余热发电***。
背景技术
数据中心是全球协作的特定设备网络，在互联网基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息。为了实现上述功能，数据中心至少包括IT设备和辅助设备，其中辅助设备主要包括通风空调***和照明装置。
数据中心的电力消耗量非常巨大，导致能源浪费、企业的经营利润被大幅侵蚀。为了降低辅助设备能耗在数据中心消耗的所有能源中的比重，在室外温度适宜时可以使用风冷替代或部分替代通风空调***。但适宜风冷的地区有限、时间有限，在降低PUE(PowerUsage Effectiveness的简写，是数据中心消耗的所有能源与IT负载使用的能源之比，PUE值越接近于1表示一个数据中心的绿色化程度越高)值的方面有作用但还不够足。而使用冷水机组产生冷水对机柜组件进行降温、冷水机组再对回水进行冷却降温令其出水温度达到制冷需要，该结构中能耗较高，机柜组件所产生的热量全被浪费掉，不能得到使用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能提高电源使用效率的数据中心余热发电***。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种数据中心余热发电***，包括蓄冷式冷水机组、冷冻水罐、热水罐、换热装置和温差发电装置；所述蓄冷式冷水机组的出水孔通过管路先后连接至所述冷冻水罐和机柜组件，流经所述机柜组件后的回水通过管路流入所述换热装置以实现换热；温差发电装置的热端设置在所述热水罐中，冷端设置在所述冷冻水罐中；所述换热装置和所述热水罐通过管路连接成循环结构，且所述换热装置连接至所述蓄冷式冷水机组，流经所述机柜组件后的回水在所述换热装置中降温后返回至所述蓄冷式冷水机组中；所述温差发电装置电连接至用电负载。
特别是，所述数据中心余热发电***还包括加热装置，所述加热装置对所述热水罐中的水进行加热。
进一步，所述加热装置为太能阳集热器。
更进一步，所述太能阳集热器上安装有控制装置和转向装置，所述控制装置能按照时间的变化控制转向装置转动，从而带动太能阳集热器始终朝向太阳的方向转动。
特别是，所述换热装置通过管路连接至热负荷。
进一步，所述换热装置、所述热负荷和所述热水罐通过管路连接形成环路结构。
特别是，所述热负荷为开放式***，在所述热负荷和所述换热装置之间设置有补水装置。
特别是，所述换热装置为板式换热器。
特别是，在所述冷冻水罐和所述热水罐之间设置有由隔热材料制成的隔热层。
特别是，所述机柜组件包括多个机柜，全部所述机柜并列连接在所述蓄冷式冷水机组和所述冷冻水罐之间。
特别是，所述用电负载为通风空调***、照明装置和/或蓄电池。
本发明数据中心余热发电***设置有温差发电装置，温差发电装置电连接至用电负载，将数据中心中余热转化为电能，变废为宝；降低了***的电能消耗，提高了数据中心平均电能使用效率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的数据中心余热发电***的结构示意图。
图中：
1、蓄冷式冷水机组；2、冷冻水罐；3、热水罐；4、加热装置；5、换热装置；6、机柜组件；7、热端；8、冷端；9、用电负载；10、热负荷；61、机柜。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明公开一种数据中心余热发电***。如图1所示，该数据中心余热发电***包括蓄冷式冷水机组1、冷冻水罐2、热水罐3、加热装置4、换热装置5 和温差发电装置。温差发电装置在热端7和冷端8之间存在温差时即可产生电流，用于供用电负载9使用，将数据中心冷却的余热转化为电能，变废为宝。
其中，令温差发电装置的热端7和冷端8之间产生温差的方法是将热端7 设置在热水罐3中、通过逐级加热(与流经机柜组件6的高温回水热交换加热，被加热装置4再次加热)的循环热水使热端7保持较高的温度，冷端8设置在冷冻水罐2中、通过循环的冷冻水(流经机柜组件6的高温回水在换热装置5 中发生热交换后降温，降温后的水再经现有降温制冷装置的降温后得到符合要求温度的冷却水)保持冷端8处于低温状态。即，热水罐3中流通的是经过两次加热的水，冷冻水罐2中所流通的是经过两次降温的来自蓄冷式冷水机组1 的水，所以热水罐3和冷冻水罐2之间始终保持一定的温差，温差发电装置则利用这一温差发电。
在现有装置中回水被直接降温制冷，或自然冷却后再降温制冷至目标温度，能耗高。本发明是在回水返回后先进行一次热交换，将一部分热能转移到热水罐3中，然后再降温制冷至目标温度，充分利用余热，降低数据中心能耗；降温制冷装置的入水温度(从换热装置5返回的水温)和出水目标温度(进入冷冻水罐2的要求温度)的温差小，进一步降低了能耗。
蓄冷式冷水机组1的出水孔通过管路先后连接至冷冻水罐2和机柜组件6，回水孔通过管路连接至机柜组件6的散热末端，冷水在保持温差发电装置的冷端8之外还能吸收机柜组件6内的热量、降低机柜组件6的温度，进一步为数据中心节约能耗。换热装置5连接至蓄冷式冷水机组1，换热装置5优选为板式换热器，用于将因流经机柜组件6而升温的水降温，再使用蓄冷式冷水机组1 中的降温制冷装置进一步降温，使其符合再次流入冷冻水罐2的温度要求。
加热装置4为太能阳集热器，太能阳集热器上安装有控制装置和转向装置，控制装置能按照时间的变化控制转向装置转动，从而带动太能阳集热器始终朝向太阳的方向转动。太能阳集热器将收集的太阳能转化为水的热能，使热水罐3内的水温升高。热水罐3将输入周期性变化的太阳能储存起来，使之产生恒定输出的热量，不会因昼夜时间变化而波动。
为了避免换热装置5中的热量被浪费，为了进一步提高数据中心的能源利用率，换热装置5通过管路连接至热负荷10，换热装置5、热负荷10和热水罐3通过管路连接形成环路结构，水在热水罐3中被太能阳集热器加热后通过管路流经热负荷10，放热后的水通过管路流回换热装置5，再次与蓄冷式冷水机组1 中的水进行换热。
热负荷10可以是采暖负荷或热水负荷等各种形式，当热负荷10是热水负荷等开放式***时，需要在***用户回水管处(即在热负荷10和换热装置5之间设置有补水装置)进行补水。
因为温差发电装置的热端7设置在热水罐3中、冷端8设置在冷冻水罐2 中，所以热水罐3和冷冻水罐2必定会靠得很近、甚至会贴在一起。为了避免冷冻水罐2和热水罐3之间热传导，在两者之间设置有由隔热材料制成的隔热层。
机柜组件6包括多个机柜61，全部机柜61并列连接在蓄冷式冷水机组1和冷冻水罐2之间。冷却水流过冷冻水罐2后分成多条支路，分别流经每个机柜 61；冷却水携带着机柜61的热量汇合后返回蓄冷式冷水机组1。
用电负载9可以是通风空调***或照明装置，还可以是蓄电池等能储存电能的装置，降低了***综合能耗，提高了数据中心的能源利用率。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种数据中心余热发电***，其特征在于，包括蓄冷式冷水机组(1)、冷冻水罐(2)、热水罐(3)、换热装置(5)和温差发电装置；所述蓄冷式冷水机组(1)的出水孔通过管路先后连接至所述冷冻水罐(2)和机柜组件(6)，流经所述机柜组件(6)后的回水通过管路流入所述换热装置(5)以实现换热；温差发电装置的热端(7)设置在所述热水罐(3)中，冷端(8)设置在所述冷冻水罐(2)中；所述换热装置(5)和所述热水罐(3)通过管路连接成循环结构，且所述换热装置(5)连接至所述蓄冷式冷水机组(1)，流经所述机柜组件(6)后的回水在所述换热装置(5)中降温后返回至所述蓄冷式冷水机组(1)中；所述温差发电装置电连接至用电负载(9)。
2.根据权利要求1所述的数据中心余热发电***，其特征在于，所述数据中心余热发电***还包括加热装置(4)，所述加热装置(4)对所述热水罐(3)中的水进行加热。
3.根据权利要求2所述的数据中心余热发电***，其特征在于，所述加热装置(4)为太能阳集热器。
4.根据权利要求3所述的数据中心余热发电***，其特征在于，所述太能阳集热器上安装有控制装置和转向装置，所述控制装置能按照时间的变化控制转向装置转动，从而带动太能阳集热器始终朝向太阳的方向转动。
5.根据权利要求1所述的数据中心余热发电***，其特征在于，所述换热装置(5)通过管路连接至热负荷(10)，所述换热装置(5)、所述热负荷(10)和所述热水罐(3)通过管路连接形成环路结构。
6.根据权利要求5所述的数据中心余热发电***，其特征在于，所述热负荷(10)为开放式***，在所述热负荷(10)和所述换热装置(5)之间设置有补水装置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的数据中心余热发电***，其特征在于，所述换热装置(5)为板式换热器。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的数据中心余热发电***，其特征在于，在所述冷冻水罐(2)和所述热水罐(3)之间设置有由隔热材料制成的隔热层。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的数据中心余热发电***，其特征在于，所述机柜组件(6)包括多个机柜(61)，全部所述机柜(61)并列连接在所述蓄冷式冷水机组(1)和所述冷冻水罐(2)之间。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的数据中心余热发电***，其特征在于，所述用电负载(9)为通风空调***、照明装置和/或蓄电池。
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