CN219437459U - 一种数据中心的热储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数据中心的热储能系统，包括吸热器、回热器、膨胀机、发电机，其中吸热器用于输入低温低压空气、空调系统高温水并换热输出中温低压空气、空调系统低温水，本申请实施例中，采用上述的数据中心的热储能系统，利用推动膨胀机做功后的超低温低压空气与现有数据中心的空调系统回水高温水进行热交换，其产生的空调系统低温水直接回到数据中心空调制冷系统中给末端空调设备提供冷源，从而实现了空调系统的余热回收，同时通过颗粒蓄热罐储存热能，并通过热能驱动发电机、汽轮机发电系统工作，进一步实现了对数据中心的供电，大大提高了热储能的利用效率。

Description

一种数据中心的热储能系统

技术领域

本实用新型涉及热回收技术领域，尤其涉及一种数据中心的热储能系统。

背景技术

在众多储能技术中，热储能是最具应用前景的规模储能技术之一。热储能技术是以储热材料为媒介，将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等或者将谷时电能直接转换为热能储存起来，在需要的时候释放，以解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用率。

热储能技术特点优势主要表现在：储能容量大、配置灵活、无特殊环境要求、技术成熟度高；具有规模化建设及运营成本的优势，具有明显的规模效应；可根据用户需要，实现多种能源品位冷、热、电、汽联供；可对区域电网实现削峰填谷、双向调节、消纳间歇性新能源(风电、光伏等)装机出力，是电网平衡峰谷差的最佳解决方案；循环次数大、寿命长，且储能电站的双向调节功能不会伴随长时间储热循环而导致效率降低；储放过程无化学反应，技术参数及过程可控，系统安全性高。

目前数据中心储能采用较多的还是技术相对成熟的电化学中的磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池很难做到量产化、长时间放电，而且锂电池还存在一定的安全隐患。大容量的储能技术还有抽水储能、压缩空气储能和重力储能等，这几种储能方式对选址要求高，抽水蓄能建设周期比较长；压缩空气储能目前主要还是依赖天然的大型储罐，否则成本造价将非常的高；重力储能目前还只是概念阶段，技术不成熟。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种环保且热储能利用效率高的数据中心的热储能系统。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现。

本申请提供了一种数据中心的热储能系统，包括：

吸热器，用于输入低温低压空气、空调系统高温水并换热输出中温低压空气、空调系统低温水；

回热器，与所述吸热器连接，用于输入中温高压空气、高温高压空气以及由所述吸热器输出的中温低压空气，并换热输出中温高压空气、高温低压空气；

膨胀机，与所述回热器连接，用于输入由所述回热器输出的中温高压空气并形成超低温低压空气输出；

发电机，与所述膨胀机连接，用于数据中心供能；

其中，由所述回热器输出的中温高压空气推动所述膨胀机高速旋转，高速旋转的所述膨胀机带动发电机工作以输出电力。

进一步限定，上述的数据中心的热储能系统，其中，还包括：

换热器，与所述膨胀机连接，用于输入空调系统高温水以及由所述膨胀机输出的超低温低压空气，并换热输出空调系统低温水、低温低压空气；

储热罐，与所述换热器连接，用于向所述换热器输入空调系统高温水；

储冷罐，与所述换热器连接，用于储存由所述换热器输出的空调系统低温水；

其中，所述换热器还与所述吸热器连接，所述换热器输出的低温低压空气输入至所述吸热器。

进一步限定，上述的数据中心的热储能系统，其中，还包括：

压缩机，与所述回热器连接，用于输入由所述回热器输出的高温低压空气并形成超高温高压空气输出；

电动机，与所述压缩机连接，用于所述压缩机的供能；

颗粒蓄热器，与所述压缩机连接，能够接收由所述压缩机输出的超高温高压空气并形成超高温高压空气输出。

进一步限定，上述的数据中心的热储能系统，其中，还包括：

蒸汽发生器，与所述颗粒蓄热器和/或压缩机连接，用于输入水以及由所述颗粒蓄热器和/或压缩机输出的超高温高压空气，并换热输出为高温高压蒸汽以及中温高压空气；

汽轮机发电系统，用于接收由所述蒸汽发生器输出的高温高压蒸汽以输出电力。

进一步限定，上述的数据中心的热储能系统，其中，所述回热器还与蒸汽发生器连接，所述颗粒蓄热器能够接收由所述蒸汽发生器输出的中温高压空气并与超高温高压空气换热形成高温高压空气输出；

其中，所述蒸汽发生器输出的部分中温高压空气以及所述颗粒蓄热器输出的高温高压空气输入至所述回热器。

本实用新型至少具备以下有益效果：

利用推动膨胀机做功后的超低温低压空气与现有数据中心的空调系统回水高温水进行热交换，其产生的空调系统低温水直接回到数据中心空调制冷系统中给末端空调设备提供冷源，从而实现了空调系统的余热回收，同时通过颗粒蓄热罐储存热能，并通过热能驱动发电机、汽轮机发电系统工作，进一步实现了对数据中心的供电，大大提高了热储能的利用效率。

附图说明

图1为本申请实施例数据中心的热储能系统的具体结构示意图。

附图标记

吸热器-100、发电机-210、电动机-220、膨胀机-310、压缩机-320、回热器-410、换热器-420、蒸汽发生器-430、储热罐-510、储冷罐-520、颗粒蓄热罐-600、汽轮机发电系统-700、第一高温水通道-801、第一低温水通道-802、低温低压空气通道-811、中温低压空气通道-812、第一中温高压空气通道-821、高温低压空气通道-822、第一过渡通道-831、第二过渡通道-832、超低温低压空气通道-840、第二高温水通道-851、第二低温水通道-852、第一超高温高压空气通道-861、第二超高温高压空气通道-862、第三超高温高压空气通道-863、高温高压空气通道-870、高温高压蒸汽通道-881、第二中温高压空气通道-882、第三中温高压空气通道-883、进水通道-890。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的数据中心的热储能系统进行详细地说明。

本申请实施例提供了一种数据中心的热储能系统，如图1所示，包括吸热器100，吸热器100上连接设有第一高温水通道801、第一低温水通道802、低温低压空气通道811、中温低压空气通道812，其中，低温低压空气通道811用于向吸热器100输入低温低压空气，第一高温水通道801用于向吸热器100输入数据中心空调系统的高温水，低温低压空气于吸热器100内吸收空调系统高温水的热量并使其冷却成空调系统低温水，空调系统低温水通过第一低温水通道802返回至空调系统中给数据中心提供冷源。

同时，低温低压空气于吸热器100内吸收空调系统高温水的热量后升温为中温低压空气并通过中温低压空气通道812排出。

在一种较佳的实施方式中，如图1所示，中温低压空气通道812远离吸热器100一侧端连接设有回热器410，回热器410还连接设有换热输入通道以及第一中温高压空气通道821、高温低压空气通道822，第一中温高压空气通道821远离回热器410一端连接设有膨胀机310，膨胀机310通过第一过渡通道831连接发电机210且连接设有超低温低压空气通道840。

其中，换热输入通道用于向回热器410输入高温高压空气以及中温高压空气，中温低压空气于回热器410内与高温高压空气、中温高压空气换热，此时中温低压空气部分变成高温低压空气并由高温低压空气通道822排出，中温高压空气、高温高压空气于回热器410中被中温低压空气冷却后，部分形成中温高压空气并通过第一中温高压空气通道821输至膨胀机310内推动膨胀机310高速旋转，高速旋转的膨胀机310通过第一过渡通道831带动发电机210工作，从而输出电力给数据中心使用，中温高压空气经膨胀后变成超低温低压空气并由超低温低压空气通道840排出。

在一种较佳的实施方式中，如图1所示，超低温低压空气通道840远离膨胀机310一端连接设有换热器420，换热器420上还连接设有第二高温水通道851、第二低温水通道852以及低温低压空气通道811远离吸热器100一端，第二高温水通道851远离换热器420一端连接设有储热罐510，第二低温水通道852远离换热器420一端连接设有储冷罐520。

其中，储热罐510用于通过第二高温水通道851向换热器420输入数据中心空调系统的高温水，即来自于数据中心空调系统的回水，通过超低温低压空气通道840输入的超低温低压空气于换热器420内与储热罐510中的空调系统高温水进行换热产生空调系统低温水，空调系统低温水通过第二低温水通道852储存于储冷罐520中以用于数据中心空调系统的制冷。

同时，输入换热器420的超低温低压空气与储热罐510中的空调系统高温水换热后形成低温低压空气，低温低压空气通过低温低压空气通道811输入至吸热器100。

可以理解的是，膨胀机310主要的作用是利用气体在膨胀机310内进行绝热膨胀对外做功，消耗气体本身内能的同时转换成电能，同时使气体的压力和温度大幅度降低达到制冷与降温的目的。

在一种较佳的实施方式中，如图1所示，高温低压空气通道822远离回热器410一端连接设有压缩机320，压缩机320通过第二过渡通道832连接电动机220且连接设有第一超高温高压空气通道861，第一超高温高压空气通道861远离压缩机320一端连接设有颗粒蓄热罐600，颗粒蓄热罐600上还连接设有第二超高温高压空气通道862，第一超高温高压空气通道861与第二超高温高压空气通道862之间连接设有三超高温高压空气通道863。

其中，高温低压空气通过高温低压空气通道822进入压缩机320中并压缩成超高温高压空气，超高温高压空气通过第一超高温高压空气通道861储存于颗粒蓄热罐600中。

在一种较佳的实施方式中，如图1所示，第二超高温高压空气通道862远离颗粒蓄热罐600一端连接设有蒸汽发生器430，蒸汽发生器430上还连接设有高温高压蒸汽通道881、第二中温高压空气通道882、进水通道890，高温高压蒸汽通道881远离蒸汽发生器430一端连接设有汽轮机发电系统700，第二中温高压空气通道882远离蒸汽发生器430一端连接颗粒蓄热罐600，进水通道890用于向蒸汽发生器430输入水。

可以理解的是，蒸汽发生器430的作用是加热给水，产生高温高压的蒸汽以推动汽轮机发电系统700工作。

换热输入通道包括一端与第二中温高压空气通道882连接、另一端与回热器410连接的第三中温高压空气通道883，以及一端与颗粒蓄热罐600连接、另一端与第三中温高压空气通道883连接的高温高压空气通道870。

可以理解的是，高温高压空气通道870能够设置为与第三中温高压空气通道883连接，也能够直接设置为与回热器410连接，只要能够实现换热输入通道对回热器410的高温高压空气、中温高压空气输入即可，对其具体设置方式不做限制。

其中，当需要热能转换成电力时，启动风机将压缩机320输出的超高温高压空气通过第二超高温高压空气通道862、三超高温高压空气通道863转移至蒸汽发生器430中，从而将自进水通道890输入的水转化成高温高压蒸汽，高温高压的蒸汽通过高温高压蒸汽通道881驱动汽轮机发电系统700工作，进而输出电力给数据中心使用。

与此同时，超高温高压空气于蒸汽发生器430中将水转化为高温高压蒸汽后自身降温形成中温高压气体，中温高压气体一部分通过第二中温高压空气通道882、第三中温高压空气通道883输入至回热器410，另一部分通过第二中温高压空气通道882输出至颗粒蓄热罐600并于颗粒蓄热罐600内与超高温高压空气换热形成高温高压空气，高温高压空气通过高温高压空气通道870、第三中温高压空气通道883输入至回热器410。

可以理解的是，回热器410的作用主要为使进入压缩机320的气体成为过热态，使回气中夹带的液滴气化，防止压缩机320产生液击，同时使进入膨胀机310中的气体过冷，减少节流损失。

本申请实施例中，采用上述的数据中心的热储能系统，利用推动膨胀机310做功后的超低温低压空气与现有数据中心的空调系统回水高温水进行热交换，其产生的空调系统低温水直接回到数据中心空调制冷系统中给末端空调设备提供冷源，从而实现了空调系统的余热回收，同时通过颗粒蓄热罐600储存热能，并通过热能驱动发电机210、汽轮机发电系统700工作，进一步实现了对数据中心的供电，大大提高了热储能的利用效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (5)

1.一种数据中心的热储能系统，其特征在于，包括：

吸热器，用于输入低温低压空气、空调系统高温水并换热输出中温低压空气、空调系统低温水；

回热器，与所述吸热器连接，用于输入中温高压空气、高温高压空气以及由所述吸热器输出的中温低压空气，并换热输出中温高压空气、高温低压空气；

膨胀机，与所述回热器连接，用于输入由所述回热器输出的中温高压空气并形成超低温低压空气输出；

发电机，与所述膨胀机连接，用于数据中心供能；

其中，由所述回热器输出的中温高压空气推动所述膨胀机高速旋转，高速旋转的所述膨胀机带动发电机工作以输出电力。

2.根据权利要求1所述的数据中心的热储能系统，其特征在于，还包括：

换热器，与所述膨胀机连接，用于输入空调系统高温水以及由所述膨胀机输出的超低温低压空气，并换热输出空调系统低温水、低温低压空气；

储热罐，与所述换热器连接，用于向所述换热器输入空调系统高温水；

储冷罐，与所述换热器连接，用于储存由所述换热器输出的空调系统低温水；

其中，所述换热器还与所述吸热器连接，所述换热器输出的低温低压空气输入至所述吸热器。

3.根据权利要求1所述的数据中心的热储能系统，其特征在于，还包括：

压缩机，与所述回热器连接，用于输入由所述回热器输出的高温低压空气并形成超高温高压空气输出；

电动机，与所述压缩机连接，用于所述压缩机的供能；

颗粒蓄热器，与所述压缩机连接，能够接收由所述压缩机输出的超高温高压空气并形成超高温高压空气输出。

4.根据权利要求3所述的数据中心的热储能系统，其特征在于，还包括：

蒸汽发生器，与所述颗粒蓄热器和/或压缩机连接，用于输入水以及由所述颗粒蓄热器和/或压缩机输出的超高温高压空气，并换热输出为高温高压蒸汽以及中温高压空气；

汽轮机发电系统，用于接收由所述蒸汽发生器输出的高温高压蒸汽以输出电力。

5.根据权利要求3或4任一项所述的数据中心的热储能系统，其特征在于，所述回热器还与蒸汽发生器连接，所述颗粒蓄热器能够接收由所述蒸汽发生器输出的中温高压空气并与超高温高压空气换热形成高温高压空气输出；

其中，所述蒸汽发生器输出的部分中温高压空气以及所述颗粒蓄热器输出的高温高压空气输入至所述回热器。