数据中心供能系统的制作方法

2021-03-09 10:03:40|

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[0001]
本申请涉及能量传递技术领域，尤其涉及一种数据中心供能系统。

背景技术：

[0002]
数据中心是典型的高密度电子设备集成区，通常包括服务器、通讯、存储、空调等设备，其电能消耗也集中在服务器等信息设备上，约占数据中心总能耗的50％。这些设备运行过程中往往会产生大量的热量，发热密度高达300-2000w/m2,这些热量需要及时耗散到环境中，否则大量热量聚集会降低电子元器件的工作效率，严重危害服务器的稳定运行。
[0003]
传统的数据中心一般以空气为介质，空调为换热设备，带走数据中心的设备产热后，扩散到环境中的热量，然后再辅以冷冻水，将电子设备未能扩散到环境中的热量带走，最后将热量扩散到大气中，如此，在对数据中心进行散热时，一方面会浪费设备产生的热量，另一方面还需要供冷设备持续耗费能量来供应冷量，也就是冷冻水，这就会造成能量的双重浪费。

技术实现要素：

[0004]
为克服相关技术中存在的因一方面浪费设备产生的热量，另一方面需要供冷设备持续耗费能量来供应冷量所导致的能量双重浪费问题，本申请提供一种数据中心供能系统。
[0005]
本申请提供的数据中心供能系统包括制冷机组和散热装置，所述制冷机组包括第一制冷装置，所述散热装置包括第一散热设备和第二散热设备；
[0006]
所述第一制冷装置包括第一入口和第一出口，所述第一散热设备包括第二入口，所述第一散热设备包括第二出口；
[0007]
所述第一出口与所述第二入口连通，用于所述第一制冷装置将降温后的第一换热介质输送到所述第一散热设备中，以使所述第一换热介质吸收所述数据中心的室内环境的热量，为所述数据中心提供冷能；
[0008]
所述第二散热设备中设置有第二换热介质，用于吸收所述数据中心的用电设备产生的热量；
[0009]
所述第二出口与所述第一入口连通，用于所述第二散热设备将所述第二换热介质输送到所述第一制冷装置中，以使所述第二换热介质驱动所述第一制冷装置对所述第一换热介质降温。
[0010]
在一个可选的实施例中，所述系统还包括发电装置；
[0011]
所述发电装置的供电端与所述数据中心的用电设备相连接，用于为所述用电设备提供电能。
[0012]
在一个可选的实施例中，所述第一制冷装置还设置有第三入口；
[0013]
所述发电装置设置有热回收结构，所述热回收结构设置有第三换热介质，用于通过所述热回收结构回收所述发电装置发电过程中产生的热量；
[0014]
所述热回收结构设置有第三出口，所述第三入口与所述第三出口连通，用于将所述第三换热介质输送到所述第一制冷装置中，以使所述第三换热介质与所述第二换热介质共同驱动所述第一制冷装置对所述第一换热介质进行降温。
[0015]
在一个可选的实施例中，所述制冷机组还包括第二制冷装置，所述第二制冷装置设置有第四入口、第四出口；
[0016]
所述第四入口与所述第三出口相连通，所述第四出口与所述第三入口相连通，以使所述第三换热介质先通过所述第四入口进入所述第二制冷装置，驱动所述第二制冷装置进行制冷工作，再通过所述第四出口进入所述第一制冷装置，以使所述第三换热介质与所述第二换热介质共同驱动所述第一制冷装置对所述第一换热介质进行降温。
[0017]
在一个可选的实施例中，所述第二制冷装置还设置有第五入口和第五出口；
[0018]
所述第五入口与所述第一出口连通，以使经过所述第一制冷装置降温的第一换热介质进入所述第二制冷装置中再次降温；
[0019]
所述第五出口与所述第二入口连通，以使经过所述第二制冷装置中再次降温的第一换热介质进入所述第一散热设备中。
[0020]
在一个可选的实施例中，所述第一制冷装置设置有第六出口，所述热回收结构设置有第六入口，所述第二散热设备设置有第七入口；
[0021]
所述第六出口分别与所述第六入口和所述第七入口连通，以将混合后的所述第二换热介质和所述第三换热介质输送回所述热回收结构以及所述第二散热设备中。
[0022]
在一个可选的实施例中，所述第一制冷装置为吸附式制冷装置。
[0023]
在一个可选的实施例中，所述吸附式制冷装置包括吸附床组件、第一冷凝器和第一蒸发器；
[0024]
所述吸附床组件中吸附有第四换热介质，所述第二换热介质用于解吸所述第四换热介质，并驱动所述第四换热介质进入所述第一冷凝器；
[0025]
所述第一冷凝器用于将所述第四换热介质冷凝，并将冷凝后的所述第四换热介质输送至所述第一蒸发器中；
[0026]
所述第一蒸发器用于利用冷凝后的所述第四换热介质的蒸发吸热过程对所述第一换热介质进行降温。
[0027]
在一个可选的实施例中，所述第二制冷装置为吸收式制冷装置。
[0028]
在一个可选的实施例中，所述吸收式制冷装置包括发生器、第二冷凝器和第二蒸发器；
[0029]
所述发生器中设置有第五换热介质，所述第三换热介质用于驱动所述第五换热介质进入所述第二冷凝器中；
[0030]
所述第二冷凝器用于将所述第五换热介质进行冷凝，并将冷凝后的第五换热介质输送至所述第二蒸发器中；
[0031]
所述第二蒸发器用于利用冷凝后的所述第五换热介质的蒸发吸热过程对所述第一换热介质进行降温。
[0032]
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请的系统包括制冷机组和散热装置，制冷机组包括第一制冷装置，所述散热装置包括第一散热设备和第二散热设备，其中，第一制冷装置包括第一入口和第一出口，第一散热设备包括第二入口，所述第一散热设
备包括第二出口，由于第一出口与第二入口连通，因此，第一制冷装置降温后的第一换热介质可以输送到第一散热设备中，并吸收数据中心的室内环境的热量，为数据中心提供冷能，然后第二散热设备中的第二换热介质还会吸收数据中心的用电设备产生的热量，并通过连通的第二出口与第一入口，输送至第一制冷装置，以使第二换热介质驱动第一制冷装置对第一换热介质降温。由此，数据中心的室内环境热量会通过被第一换热介质吸收，数据中心的用电设备产生的热量会通过第二换热介质驱动第一制冷装置对第一换热介质进行降温，既利用了数据中心的用电设备产生的热量，又节省了用于驱动第一制冷装置的能量，避免了现有技术中能量双重浪费的问题。
[0033]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0034]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0035]
图1是本申请的一个实施例提供的一种数据中心供能系统的结构示意图；
[0036]
图2为本申请的一个是实施例提供的一种利用吸附式制冷装置进行供能的系统的结构示意图；
[0037]
图3是本申请的另一实施例提供的一种数据中心供能系统的结构示意图；
[0038]
图4是本申请的另一实施例提供的一种数据中心供能系统的结构示意图；
[0039]
图5是本申请的另一实施例提供的一种数据中心供能系统的结构示意图。
具体实施方式
[0040]
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。
[0041]
请参阅图1，图1是本申请的一个实施例提供的一种数据中心供能系统的结构示意图。
[0042]
如图1所示，本实施例提供的数据中心供能系统可以包括：
[0043]
制冷机组和散热装置，其中，制冷机组包括第一制冷装置11，散热装置包括第一散热设备21和第二散热设备22；
[0044]
所述第一制冷装置11包括第一入口111和第一出口112，所述第一散热设备21包括第二入口211，第二散热设备22包括第二出口221；
[0045]
所述第一出口112与所述第二入口211连通，用于所述第一制冷装置11将降温后的第一换热介质输送到所述第一散热设备21中，以使所述第一换热介质吸收所述数据中心的室内环境的热量，为所述数据中心提供冷能；
[0046]
所述第二散热装置22中设置有第二换热介质，用于吸收所述数据中心的用电设备产生的热量；
[0047]
所述第二出口221与所述第一入口111连通，用于所述散热装置将所述第二换热介
质输送到所述第一制冷装置11，以使所述第二换热介质驱动所述制冷机组对所述第一换热介质降温。
[0048]
本实施例的系统包括制冷机组和散热装置，制冷机组包括第一制冷装置，其中，第一制冷装置包括第一入口和第一出口，散热装置包括第二入口和第二出口，由于第一出口与第二入口连通，因此，第一制冷装置降温后的第一换热介质可以输送到散热装置中，并吸收数据中心的热量，为数据中心提供冷能，然后散热装置中的第二换热介质还会吸收第一换热介质中的热量，并通过连通的第二出口与第一入口，输送至第一制冷装置，以使第二换热介质驱动第一制冷装置对第一换热介质降温。由此，数据中心的热量会依次通过第一换热介质和第二换热介质，驱动第一制冷装置对第一换热介质进行降温，既利用了数据中心产生的热量，有节省了用于驱动第一制冷装置的能量，避免了现有技术中能量双重浪费的问题。
[0049]
需要说明的是，第一制冷装置11可以是吸附式制冷装置，具体可以参阅图2，图2为本申请的一个是实施例提供的一种利用吸附式制冷装置进行供能的系统的结构示意图。
[0050]
如图2所示，利用吸附式制冷装置进行供能的系统可以包括：吸附床组件、第一冷凝器114和第一蒸发器115；
[0051]
所述吸附床组件中吸附有第四换热介质，所述第二换热介质用于解吸所述第四换热介质，并驱动所述第四换热介质进入所述第一冷凝器114；
[0052]
所述第一冷凝器114用于将所述第四换热介质冷凝，并将冷凝后的所述第四换热介质输送至所述第一蒸发器115中；
[0053]
所述第一蒸发器115用于利用冷凝后的所述第四换热介质的蒸发吸热过程对所述第一换热介质进行降温。
[0054]
具体的，吸附床组件可以包括第一吸附床1131和第二吸附床1132，该系统中还包括若干的三通阀和二通阀，具体的数量以及设置位置可以如图2所示。
[0055]
在本实施例中，第一入口指的是二通阀v10的入口，第二换热介质通过二通阀v10、三通阀v1流入第一吸附床中，对第一吸附床进行加热，使其温度上升发生解吸，制冷剂气体从吸附床中释放出来，并通过v5进入第一冷凝器中冷凝，冷凝为制冷剂液体后进入第一蒸发器中。图中的第一水泵116将冷却水从散热器117中泵入第一冷凝器中，将制冷剂气体进行冷凝，然后冷却水从第一冷凝器中流出，通过二通阀v6进入第二吸附床，使第二吸附床的温度不断下降发生吸附，然后开启v9，第一蒸发器中的制冷剂液体因压差作用不断蒸发产生冷能，由第一换热介质带走。
[0056]
另外，吸附式制冷装置在工作过程中还包括回质过程，由于前述过程中，第一吸附床中的制冷剂进入到第二吸附床的过程中，还会有部分制冷剂残留在第一吸附床中，因此，需要将第一吸附床中残留的制冷剂回质到第二吸附床中，以备进行下次的制冷工作。具体的，将二通阀v7开启，二通阀v5、v6、v8、v9均关闭，第二换热介质通过二通阀v10和三通阀v1进入到第一吸附床中，使第一吸附床的温度不断升高，进而使第一吸附床进一步发生解吸，同时，冷却水通过三通阀v2进入第二吸附床中，使第二吸附床降温吸附，如此，第一吸附床解吸的制冷剂气体就会通过二通阀v7进入第二吸附床，并被第二吸附床吸附。
[0057]
经过回质过程后，第一吸附床处于一个较高的温度，第二吸附床处于一个较低的温度，而第一制冷装置具有两个吸附床的作用就是第一吸附床和第二吸附床轮番进行解吸
或者吸附，因此，为了提高后续制冷的效率，本实施例中在回质过程后，加入预热预冷过程，对具有较高温度的吸附床(此处指第一吸附床)进行预冷，对具有较低温度的吸附床(此处指第二吸附床)进行预热。具体的，第二换热介质通过v10和v2进入第二吸附床，使第二吸附床的温度上升，达到临近解吸的温度，冷却水通过v1进入第一吸附床，使第一吸附床的温度降低，达到临近吸附的温度。
[0058]
经过以上过程之后，便可以开始进行下一轮的制冷，本轮制冷会使第二吸附床发生解吸，使第一吸附床发生吸附，具体的，第二换热介质通过v10和v2进入第二吸附床，继续提高第二吸附床的温度，使第二吸附床发生解吸，冷却水通过v1进入第一吸附床中，继续降低第一吸附床的温度，解吸后的制冷剂气体通过v6进入到第一冷凝器中，由冷却水使其冷凝，随后冷凝后的制冷剂进入第一蒸发器中，打开v8后，由于第一吸附床处于吸附的状态，在第一吸附床与第一蒸发器之间的压差下，冷凝后的制冷剂蒸发为气体，并对第一换热介质降温，蒸发为气体的制冷剂通过v8进入第一吸附床中，第一吸附床将制冷剂吸附。
[0059]
然后进入回质过程，与前述原理相同，只不过本次的回质是第二换热介质通过v10和v2进入第二吸附床，冷却水通过v1进入第一吸附床。
[0060]
预冷预热过程同样与前述相反，冷却水通过v2进入第二吸附床，使第二吸附床的温度下降，达到临近吸附的温度，第二换热介质通过v10和v1进入第一吸附床，使第一吸附床的温度上升，达到临近解吸的温度。
[0061]
需要说明的是本实施例中的制冷机组可以是单级制冷的机组，比如可以是吸附式制冷机组也可以是吸收式制冷机组，当然，制冷机组也可以是多级制冷的机组，即对第一换热介质进行多次降温，比如可以是吸附式制冷装置和吸收式制冷装置的组合，也可以是更多制冷装置的组合，此处不再赘述。
[0062]
由于目前的数据中心往往依靠电网来进行供电，那么数据中心的稳定性在一定程度上会取决于电网的运行是否稳定，为了避免因电网运行不稳定对数据中心造成的影响，本实施例可以使用发电装置为数据中心中的用电设备供电，以在一定程度上减轻电网对数据中心稳定性的影响。
[0063]
具体可以参阅图3，图3是本申请的另一实施例提供的一种数据中心供能系统的结构示意图。
[0064]
如图3所示，本实施例中，数据中心供能系统除了包括前述的制冷机组以及散热装置外，还可以包括发电装置3，其中，发电装置的供电端与所述数据中心的用电设备相连接，用于为所述用电设备提供电能。
[0065]
需要说明的是，本实施例使用的发电装置可以有很多种，比如可以是燃料电池、也可以是传统的发电机组，但是在发电过程中，往往也会产生很多热量，一般这种热量都会散发到大气中浪费掉，为了避免这种浪费情况的发生，本实施例对这些热量进行了回收利用，具体可以参阅图4，图4是本申请的另一实施例提供的一种数据中心供能系统的结构示意图。
[0066]
如图4所示，本实施例提供的数据中心供能系统的第一制冷装置还设置有第三入口103，发电装置3设置有热回收结构31，所述热回收结构设置有第三换热介质，用于通过所述热回收结构回收所述发电装置发电过程中产生的热量。
[0067]
所述热回收结构设置有第三出口311，所述第三入口与所述第三出口连通，用于将
所述第三换热介质输送到所述制冷机组中，以使所述第三换热介质与所述第二换热介质共同驱动所述第一制冷装置对所述第一换热介质进行降温。
[0068]
在本实施例中，第三换热介质可以直接进入第一制冷装置中，与第二换热介质共同驱动第一制冷装置对第一换热介质进行降温，如此，便可以将发电装置产生的热进行利用。基于图4示意的结构，发电装置在发电过程中产生的热量，可以有效地被热回收结构回收，并输送到制冷机组中，驱动制冷机组对第一换热介质进行降温。
[0069]
具体的，发电装置可以包括空滤器401、空压机402、中冷器403、加湿器404，空气通过上述四个部件被处理到适宜温湿度后供给给电堆，氢气经过氢气循环装置、截止阀安全地供给给电堆，空气和氢气在电堆中发生电化学反应，产生电能，通过33dc/dc变换器供给数据中心内用电设备运行，反应后的阴极尾气通过三通阀406以及加湿器回收利用给进气加湿，反应后的阳极尾气通过水汽分离器409、氢气循环装置407(比如氢气引射器或氢气循环泵等)进行循环利用，集聚的杂质气体通过脉冲排放阀410间歇性排放，分离出的水通过排水电磁阀411定时排出，而电堆产生的热量被热回收结构回收。
[0070]
热回收结构可以包括液冷泵412、去离子器413、膨胀水箱414、节温器415、换热器416组成，换热器的一侧流通的是冷却液(比如去离子水、防冻液或者两者的混合物)，以及经过液冷泵412、去离子器413、膨胀水箱414、节温器415、换热器416，不断循环，吸收电堆的热量，换热器的另一侧则流通第三换热介质，电堆的热量先进入前述冷却液中，经过换热器后，热量从冷却液中进入第三换热介质中。
[0071]
需要说明的是，制冷机组还可以包含多级制冷，比如包括第一制冷装置和第二制冷装置，具体可以参阅图5，图5是本申请的另一实施例提供的一种数据中心供能系统的结构示意图。
[0072]
如图5所示，本实施例中，所述制冷机组还包括第二制冷装置12，所述第二制冷装置设置有第四入口501、第四出口502；
[0073]
所述第四入口与所述第三出口相连通，所述第四出口与所述第三入口相连通，以使所述第三换热介质先通过所述第四入口进入所述第二制冷装置，驱动所述第二制冷装置进行制冷工作，再通过所述第四出口进入所述第一制冷装置，以使所述第三换热介质与所述第二换热介质共同驱动所述第一制冷装置对所述第一换热介质进行降温。
[0074]
所述第二制冷装置还设置有第五入口503和第五出口504；
[0075]
所述第五入口与所述第一出口连通，以使经过所述第一制冷装置降温的第一换热介质进入所述第二制冷装置中再次降温；
[0076]
所述第五出口与所述第二入口连通，以使经过所述第二制冷装置中再次降温的第一换热介质进入所述散热装置中。
[0077]
由于发电装置产热较多，其热回收结构将热量传导至第三换热介质之后，第三换热介质的温度可能较高，在经过第二制冷装置之后，可能还存在一定的可利用的热量，因此，本实施例中可以将第二换热介质和第三换热介质设置为同一种类的换热介质，比如水，在第二制冷装置中设置第四出口，然后将第四出口与第一出口连通，由此便可以将经过第二制冷装置之后的第三换热介质输送到第一制冷装置中进行混合，然后驱动第一制冷装置对所述第一换热介质进行一次降温。
[0078]
如图5所示，本实施例的所述第一制冷装置设置有第六出口505，所述热回收结构
设置有第六入口506，所述散热装置设置有第七入口507；所述第六出口分别与所述第六入口和所述第七入口连通，以将混合后的所述第二换热介质和所述第三换热介质输送回所述热回收结构以及所述散热装置中。
[0079]
第二制冷装置可以为吸收式制冷装置，具体可以包括：发生器、第二冷凝器和第二蒸发器；
[0080]
所述发生器中设置有第五换热介质，所述第三换热介质用于驱动所述第五换热介质进入所述第二冷凝器中；
[0081]
所述第二冷凝器用于将所述第五换热介质进行冷凝，并将冷凝后的第五换热介质输送至所述第二蒸发器中；
[0082]
所述第二蒸发器用于利用冷凝后的所述第五换热介质的蒸发吸热过程对所述第一换热介质进行降温。
[0083]
如图5所示，第三换热介质通过第四入口进入发生器518中，驱动发生器中的溴化锂稀溶液中的水成分挥发成水蒸气，进入第二冷凝器，再经过节流阀520、第二蒸发器521进行制冷循环，发生器底部的溴化锂浓溶液流出经过溶液换热器524、膨胀阀525，与从第二蒸发器中流出的气体在吸收器522中混合为稀溶液，而后被溶液泵523泵送到溶液换热器中，循环往复。
[0084]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0085]
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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