FR3136273A1 - AUTONOMOUS DEVICE FOR COOLING AN INDUSTRIAL PROCESS, IN PARTICULAR A DATA PROCESSING CENTER, AND DATA PROCESSING CENTER USING SAID DEVICE - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de refroidissement qui comporte un circuit fermé de fluide de refroidissement (200) relié à un premier échangeur thermique (210), et un sous-système de génération d’énergie électrique (400) comprenant un fluide de travail circulant en circuit fermé (410) entre un évaporateur (430) chauffant ledit fluide de travail pour obtenir de la vapeur, un turbogénérateur (440) transformant la vapeur en énergie électrique, et un condenseur (420) qui liquéfier le fluide de travail après passage dans le turbogénérateur (440) pour le fournir à l’évaporateur (430). Le condenseur (420) refroidit le fluide de travail à partir d’eau pompée dans la nature. Le premier échangeur thermique (210) est relié au condenseur (420) afin de refroidir le fluide de refroidissement avec l’eau pompée qui sort du condenseur (420). L’évaporateur (430) transfert de l’énergie calorifique au fluide de travail à partir de l’eau pompée qui sort du premier échangeur thermique (210). Figure pour l’abrégé : Fig.1A cooling device includes a closed cooling fluid circuit (200) connected to a first heat exchanger (210), and an electrical power generation subsystem (400) comprising a circulating working fluid in a closed circuit (410) between an evaporator (430) heating said working fluid to obtain steam, a turbogenerator (440) transforming the steam into electrical energy, and a condenser (420) which liquefies the working fluid after passing through the turbogenerator (440) to supply it to the evaporator (430). The condenser (420) cools the working fluid from water pumped from nature. The first heat exchanger (210) is connected to the condenser (420) to cool the cooling fluid with pumped water exiting the condenser (420). The evaporator (430) transfers heat energy to the working fluid from the pumped water leaving the first heat exchanger (210). Figure for abstract: Fig.1
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif autonome de refroidissement d’un processus industriel, notamment d’un centre de données, et centre de données utilisant ledit dispositif.The present invention relates to an autonomous device for cooling an industrial process, in particular a data center, and a data center using said device.
De nombreux processus industriels produisent de la chaleur et certains processus nécessitent d’être refroidis. Un centre de traitement de données peut comporter plusieurs centaines de serveurs qui sont des ordinateurs très puissants disposant de nombreux microprocesseurs dans un espace confiné. La chaleur produite par les microprocesseurs doit être évacuée par des systèmes de refroidissement afin d’éviter une surchauffe qui est nuisible au bon fonctionnement des ordinateurs. Parmi les solutions de refroidissement, il est connu de placer des radiateurs à refroidissement liquide sur les microprocesseurs et de les relier à un système de circulation d’eau qui permet d’évacuer la chaleur tout en restant relativement compact. Idéalement de tels circuits de refroidissement permette de maintenir la température de fonctionnement des microprocesseurs à une température optimale de fonctionnement de l’ordre de 40 à 60°C.Many industrial processes produce heat and some processes require cooling. A data processing center can have several hundred servers which are very powerful computers with many microprocessors in a confined space. The heat produced by microprocessors must be evacuated by cooling systems in order to avoid overheating, which is harmful to the proper functioning of computers. Among the cooling solutions, it is known to place liquid-cooled radiators on the microprocessors and connect them to a water circulation system which allows heat to be evacuated while remaining relatively compact. Ideally, such cooling circuits make it possible to maintain the operating temperature of the microprocessors at an optimal operating temperature of around 40 to 60°C.
Les systèmes de refroidissement par circulation d’eau ont pour avantage d’être relativement compacts et efficaces. La consommation d’énergie, principalement électrique, d’un système de refroidissement par circulation d’eau est relativement importante car il faut faire circuler une masse d’eau importante à travers les radiateurs des microprocesseurs disposés dans tous les serveurs d’un centre de données et également refroidir la masse d’eau. Cette consommation d’énergie s’ajoute à l’énergie de fonctionnement des serveurs du centre de traitement de données. A titre d’information, la consommation de tous les centres de données de la planète représente aujourd’hui près de 3% de la consommation électrique mondiale et ne fait que croître. Il est donc nécessaire de trouver des solutions pour réduire la consommation de ces centres de données.Water circulation cooling systems have the advantage of being relatively compact and efficient. The energy consumption, mainly electrical, of a water circulation cooling system is relatively high because a large mass of water must be circulated through the radiators of the microprocessors located in all the servers of a data center. data and also cool the body of water. This energy consumption is added to the operating energy of the servers in the data processing center. For information, the consumption of all data centers on the planet today represents nearly 3% of global electricity consumption and is only growing. It is therefore necessary to find solutions to reduce the consumption of these data centers.
Par ailleurs, il est connu des systèmes de refroidissement utilisant l’énergie calorifique de la mer ou de lacs. De tels systèmes connus sous l’acronyme SWAC (de l’anglais Sea Water Air Conditionning). Un SWAC permet des économies d’énergie de 80 à 90% par rapport à un système conventionnel utilisant l’air. Le principe d’un SWAC consiste à pomper de l’eau très froide (environ 5°C à 7°C) en profondeur afin de refroidir par échange thermique un réseau d’eau glacée (de l’ordre de 10 à 15°C) qui est utilisé pour refroidir l’air d’un système de climatisation ou les condenseurs d’un groupe frigorifique. Après l’échange thermique, l’eau de mer est renvoyée à la mer à une température réchauffée (aux alentours de 10°C à 12°C).Furthermore, cooling systems using heat energy from the sea or lakes are known. Such systems known by the acronym SWAC (from English Sea Water Air Conditioning). A SWAC allows energy savings of 80 to 90% compared to a conventional system using air. The principle of a SWAC consists of pumping very cold water (around 5°C to 7°C) at depth in order to cool a chilled water network (around 10 to 15°C) by thermal exchange. ) which is used to cool the air of an air conditioning system or the condensers of a refrigeration unit. After the heat exchange, the seawater is returned to the sea at a warmed temperature (around 10°C to 12°C).
Un système SWAC peut être utilisé dans le cadre d’un refroidissement de centre de traitement de données situé à proximité de la mer, d’un lac ou d’une rivière. Cependant, l’eau à refroidir dans un circuit de refroidissement d’un centre de données est à une température de 50 à 60°C, voire supérieure. L’eau de mer réchauffée étant ensuite retournée dans l’océan, il convient d’éviter que la température de rejet dépasse les 25°C. Pour limiter l’accroissement de la température, le débit d’eau de mer pompée doit être beaucoup plus important par rapport au débit d’eau du circuit de refroidissement, ce qui augmente la consommation électrique d’un tel système.A SWAC system can be used as part of data center cooling located near the sea, a lake or a river. However, the water to be cooled in a data center cooling circuit is at a temperature of 50 to 60°C, or even higher. As the warmed sea water is then returned to the ocean, it is important to prevent the discharge temperature from exceeding 25°C. To limit the increase in temperature, the flow rate of pumped seawater must be much greater compared to the flow rate of water in the cooling circuit, which increases the electrical consumption of such a system.
Pour réduire la consommation électrique des centres de données, il est également connu d’y intégrer une source d’énergie renouvelable. Etant à proximité de la mer, il est connu de coupler un système SWAC avec un système connu sous l’acronyme OTEC (de l’anglais Ocean Thermal Energy Conversion). Le principe de l’OTEC consiste à utiliser le différentiel de température existant entre une source chaude constituée d’eau de mer de surface. Toutefois, un système OTEC nécessite d’avoir une température d’eau de mer en surface à au moins 25°C, ce qui n’est possible que dans les zones tropicales.To reduce the electricity consumption of data centers, it is also known to integrate a renewable energy source. Being close to the sea, it is known to couple a SWAC system with a system known by the acronym OTEC (from English Ocean Thermal Energy Conversion). The principle of OTEC consists of using the temperature differential existing between a hot source consisting of surface seawater. However, an OTEC system requires a surface seawater temperature of at least 25°C, which is only possible in tropical areas.
L’invention vise à réduire la consommation d’un système de refroidissement de type SWAC utilisable pour refroidir des processus industriels à des températures élevées, notamment pour les centres de traitement de données. A cet effet, le système de refroidissement récupère la chaleur dégagée par le processus industriel pour produire de l’énergie électrique, servant notamment à s’autoalimenter.The invention aims to reduce the consumption of a SWAC type cooling system that can be used to cool industrial processes at high temperatures, particularly for data processing centers. To this end, the cooling system recovers the heat released by the industrial process to produce electrical energy, used in particular to power itself.
L’invention propose un dispositif de refroidissement qui comporte un circuit fermé de refroidissement et un sous-système de génération d’énergie électrique. Le circuit fermé de refroidissement est relié fluidiquement à un premier échangeur thermique, ledit circuit fermé comprenant un fluide de refroidissement. Le sous-système de génération d’énergie électrique comprend un fluide de travail circulant en circuit fermé entre un évaporateur qui chauffe ledit fluide de travail pour obtenir de la vapeur sous pression, un turbogénérateur transformant la vapeur sous pression en énergie électrique, et un condenseur qui refroidit la vapeur après passage dans le turbogénérateur afin de liquéfier le fluide de travail pour le fournir à l’évaporateur. Le condenseur est un deuxième échangeur thermique qui refroidit le fluide de travail à partir d’eau pompée dans la nature. Le premier échangeur thermique est relié fluidiquement au condenseur afin de refroidir le fluide de refroidissement avec l’eau pompée qui sort du condenseur. L’évaporateur est un troisième échangeur thermique qui transfert de l’énergie calorifique au fluide de travail à partir de l’eau pompée qui sort du premier échangeur thermique.The invention proposes a cooling device which comprises a closed cooling circuit and an electrical energy generation subsystem. The closed cooling circuit is fluidly connected to a first heat exchanger, said closed circuit comprising a cooling fluid. The electrical energy generation subsystem comprises a working fluid circulating in a closed circuit between an evaporator which heats said working fluid to obtain steam under pressure, a turbogenerator transforming the steam under pressure into electrical energy, and a condenser which cools the steam after passing through the turbogenerator in order to liquefy the working fluid to supply it to the evaporator. The condenser is a second heat exchanger that cools the working fluid from water pumped from nature. The first heat exchanger is fluidly connected to the condenser to cool the cooling fluid with pumped water exiting the condenser. The evaporator is a third heat exchanger that transfers heat energy to the working fluid from the pumped water leaving the first heat exchanger.
Ainsi, l’eau pompée dans la nature assure la condensation du fluide de travail, le refroidissement du processus industriel et également l’évaporation du fluide de travail en utilisant la chaleur dégagée par le processus industriel. Un tel système peut être utilisé n’importe où sur le globe terrestre dès lors qu’une source naturelle d’eau froide est disponible.Thus, the water pumped into nature ensures the condensation of the working fluid, the cooling of the industrial process and also the evaporation of the working fluid using the heat released by the industrial process. Such a system can be used anywhere on the globe as long as a natural source of cold water is available.
Dans un mode de réalisation particulier, le fluide de refroidissement est de l’eau douce.In a particular embodiment, the cooling fluid is fresh water.
Pour obtenir un rendement suffisant pour s’autoalimenter, le fluide de refroidissement peut rentrer préférentiellement dans le premier échangeur thermique à une température supérieure ou égale à 45°C.To obtain sufficient efficiency to self-supply, the cooling fluid can preferentially enter the first heat exchanger at a temperature greater than or equal to 45°C.
Afin d’assurer un changement d’état et une mise sous pression permettant de produire de l’énergie électrique, le fluide de travail peut être un fluide frigorigène.In order to ensure a change of state and pressurization to produce electrical energy, the working fluid can be a refrigerant.
Ainsi, le fluide de travail peut être chauffé à une température supérieure ou égale à 29°C et refroidi à une température inférieure ou égale à 14°C.Thus, the working fluid can be heated to a temperature greater than or equal to 29°C and cooled to a temperature less than or equal to 14°C.
Dans un mode de réalisation préféré, l’eau pompée peut être de l’eau de mer pompée en profondeur.In a preferred embodiment, the water pumped may be seawater pumped from depth.
Pour assurer la climatisation en plus du refroidissement du processus industriel, le dispositif de refroidissement peut comporter en outre un circuit fermé de fluide froid relié fluidiquement à un quatrième échangeur thermique et à un groupe de froid, le quatrième échangeur thermique refroidissant le fluide froid avec de l’eau pompée dans la nature et fournissant l’eau pompée ainsi réchauffée au premier échangeur thermique.To ensure air conditioning in addition to cooling the industrial process, the cooling device may further comprise a closed circuit of cold fluid fluidly connected to a fourth heat exchanger and to a cold unit, the fourth heat exchanger cooling the cold fluid with the water pumped in nature and supplying the pumped water thus heated to the first heat exchanger.
L’invention propose également un centre de traitement de données comprenant une pluralité d’ordinateurs disposant d’au moins un radiateur de refroidissement à eau, ainsi qu’un dispositif de refroidissement selon l’invention. Au moins un radiateur de refroidissement à eau est relié fluidiquement au circuit fermé de refroidissement du dispositif de refroidissement.The invention also proposes a data processing center comprising a plurality of computers having at least one water cooling radiator, as well as a cooling device according to the invention. At least one water cooling radiator is fluidly connected to the closed cooling circuit of the cooling device.
Afin de refroidir l’air ambiant en plus des ordinateurs, ledit centre de traitement de données peut comporter en outre une climatisation correspondant au groupe de froid qui refroidit l’air ambiant à l’aide d’un fluide froid produit par le dispositif de refroidissement.In order to cool the ambient air in addition to the computers, said data processing center may further include air conditioning corresponding to the refrigeration unit which cools the ambient air using a cold fluid produced by the cooling device .
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et faisant référence aux dessins annexés, parmi lesquels :The invention will be better understood and other characteristics and advantages thereof will appear on reading the following description of particular embodiments of the invention, given by way of illustrative and non-limiting examples, and referring to the appended drawings, including:
Afin de simplifier la description qui va suivre, une même référence est utilisée dans différentes figures pour désigner un même objet ou un élément similaire. Ainsi, lorsque la description cite un objet référencé, cet objet pourra être identifié sur plusieurs figures. En outre, les figures ainsi que la description sont données à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs de réalisation. Pour des raisons de représentation, les dessins ne sont pas réalisés à l’échelle afin de permettre de visualiser l’ensemble des éléments sur un même schéma.In order to simplify the description which follows, the same reference is used in different figures to designate the same object or a similar element. Thus, when the description cites a referenced object, this object can be identified on several figures. In addition, the figures as well as the description are given as illustrative and non-limiting examples of production. For reasons of representation, the drawings are not made to scale in order to allow all the elements to be viewed on the same diagram.
De plus, il convient de noter que l’invention a vocation à être utilisée à proximité d’une source d’eau froide naturelle. Dans les exemples de réalisation, la mer est utilisée comme source d’eau froide, mais une autre source d’eau froide peut être utilisée.In addition, it should be noted that the invention is intended to be used near a natural cold water source. In the embodiment examples, the sea is used as a cold water source, but another cold water source can be used.
La
Le dispositif de refroidissement de l’invention comporte également un circuit ouvert 300 de circulation d’eau, par exemple de l’eau de mer. Le circuit ouvert 300 comporte une pompe de prélèvement 310. La pompe de prélèvement 310 est une pompe qui permet de pomper de l’eau de mer en profondeur, par exemple à 1000 mètres de profondeur, et permet également d’assurer la circulation d’eau de mer dans le circuit ouvert 300. Une telle pompe 310 peut être composée d’une ou plusieurs pompes refoulantes cascadées selon une technique connue afin de permettre un tel pompage. A titre d’exemple, l’eau de mer pompée à 1000 mètres de fond est à une température quasi constante toute l’année qui est de l’ordre de 5°C, ce qui permet d’avoir une eau relativement froide.The cooling device of the invention also comprises an open circuit 300 for circulating water, for example sea water. The open circuit 300 comprises a sampling pump 310. The sampling pump 310 is a pump which allows to pump seawater at depth, for example at a depth of 1000 meters, and also ensures the circulation of seawater in the open circuit 300. Such a pump 310 may be composed of one or more cascaded discharge pumps according to a known technique in order to allow such pumping. For example, sea water pumped from a depth of 1000 meters is at an almost constant temperature all year round, which is around 5°C, which allows for relatively cold water.
Le circuit ouvert 300 est fluidiquement relié au premier échangeur thermique 220 afin d’assurer un transfert de calories entre le circuit de refroidissement 200 et le circuit ouvert. Le transfert de calories permet ainsi de refroidir le fluide de refroidissement dans le premier échangeur thermique 210.The open circuit 300 is fluidly connected to the first heat exchanger 220 in order to ensure a transfer of calories between the cooling circuit 200 and the open circuit. The transfer of calories thus makes it possible to cool the cooling fluid in the first heat exchanger 210.
Afin d’assurer l’autonomie énergétique du dispositif de refroidissement, le dispositif de refroidissement comporte un sous-système de génération d’énergie électrique 400 qui comporte principalement un circuit fermé de fluide de travail 410, un deuxième échangeur thermique 420, un troisième échangeur thermique 430 et un turbogénérateur 440. Le circuit fermé de fluide de travail 410 est relié fluidiquement au deuxième échangeur thermique 420, au troisième échangeur thermique 430 et au turbogénérateur 440. Une pompe 450 peut assurer la circulation du fluide de travail à l’intérieur du circuit fermé de fluide de travail 410. Une telle pompe 450 est optionnelle si les deuxième et troisième échangeurs 420 et 430 sont positionnés verticalement et disposent d’une hauteur suffisante pour que la circulation se fasse naturellement sous l’action de la gravité. Dans ce premier exemple de réalisation, le fluide de travail est un fluide frigorigène ayant un point de vaporisation situé aux alentours de 25°C à une pression de l’ordre de 6 à 7 bars. A titre d’exemple, le fluide de travail peut être un tetrafluoropropène. Un tetrafluoropropène qui convient est vendu sous la marque Solstice® avec la référence yf(R-1234yf) par la société Honeywell.In order to ensure the energy autonomy of the cooling device, the cooling device comprises an electrical energy generation subsystem 400 which mainly comprises a closed circuit of working fluid 410, a second heat exchanger 420, a third exchanger thermal 430 and a turbogenerator 440. The closed circuit of working fluid 410 is fluidly connected to the second heat exchanger 420, to the third heat exchanger 430 and to the turbogenerator 440. A pump 450 can ensure the circulation of the working fluid inside the closed circuit of working fluid 410. Such a pump 450 is optional if the second and third exchangers 420 and 430 are positioned vertically and have sufficient height for circulation to occur naturally under the action of gravity. In this first embodiment, the working fluid is a refrigerant having a vaporization point located around 25°C at a pressure of around 6 to 7 bars. For example, the working fluid may be a tetrafluoropropene. A suitable tetrafluoropropene is sold under the Solstice® brand with the reference yf (R-1234yf) by the Honeywell company.
Le turbogénérateur 440 est principalement constitué d’une turbine reliée à un générateur électrique. La turbine reçoit le fluide de travail sous forme de vapeur sous pression provenant du troisième échangeur thermique 430. La vapeur sous pression entraîne la turbine qui entraîne le générateur électrique et produit ainsi de l’électricité. En traversant la turbine, la vapeur de fluide de travail perd de l’énergie, abaissant sa pression et sa température.The turbogenerator 440 mainly consists of a turbine connected to an electric generator. The turbine receives the working fluid in the form of pressurized steam coming from the third heat exchanger 430. The pressurized steam drives the turbine which drives the electric generator and thus produces electricity. As the working fluid vapor passes through the turbine, it loses energy, lowering its pressure and temperature.
Le deuxième échangeur thermique 420 est également relié au circuit ouvert 300 afin de permettre un échange de calories entre l’eau de mer fournie par la pompe de prélèvement 310 et le fluide de travail circulant circuit fermé de fluide de travail 410, l’eau de mer se réchauffant tout en refroidissant le fluide de travail. Le deuxième échangeur thermique 420 fonctionne en condenseur qui transforme le fluide de travail de l’état vapeur à l’état liquide par échange thermique avec l’eau de mer. Le dimensionnement du deuxième échangeur thermique 420 est réalisé afin de permettre une condensation du fluide de travail de l’état vapeur à une température de l’ordre de 18°C à un état liquide à 11°C tout en ne réchauffant l’eau de mer que de 5°C à 9°C lors de l’échange thermique. Ainsi, l’eau de mer sortant du deuxième échangeur thermique 420 doit être à une température comprise entre 10°C et 14°C et préférentiellement 12°C. Un tel échange peut être atteint avec un volume de circulation de fluide de travail 10 fois inférieur au volume de circulation d’eau de mer.The second heat exchanger 420 is also connected to the open circuit 300 in order to allow an exchange of calories between the sea water supplied by the sampling pump 310 and the working fluid circulating closed circuit of working fluid 410, the water of sea warming while cooling the working fluid. The second heat exchanger 420 functions as a condenser which transforms the working fluid from the vapor state to the liquid state by heat exchange with sea water. The dimensioning of the second heat exchanger 420 is carried out in order to allow condensation of the fluid working from the vapor state at a temperature of around 18°C to a liquid state at 11°C while only heating the seawater by 5°C to 9°C during the heat exchange . Thus, the sea water leaving the second heat exchanger 420 must be at a temperature between 10°C and 14°C and preferably 12°C. Such an exchange can be achieved with a working fluid circulation volume 10 times lower than the seawater circulation volume.
L’eau de mer sortant du deuxième échangeur thermique 420 est ensuite fournie au premier échangeur thermique 210 afin de refroidir le fluide de refroidissement. A titre d’exemple, le fluide de refroidissement sortant des serveurs S peut atteindre une température de 50°C et peut être refroidi à une température de l’ordre de 30°C dans le premier échangeur thermique 210. Avec un débit d’eau de mer de l’ordre de 1,5 fois le débit de fluide de refroidissement, l’eau de mer est réchauffée de 15°C à 25°C lors de l’échange de calories réalisé dans le premier échangeur thermique 210. Ainsi, l’eau de mer sortant du premier échangeur thermique 210 peut se trouver à une température comprise entre 25°C et 40°C, préférentiellement supérieure à 35°C.Seawater exiting the second heat exchanger 420 is then supplied to the first heat exchanger 210 to cool the cooling fluid. For example, the cooling fluid leaving the servers S can reach a temperature of 50°C and can be cooled to a temperature of around 30°C in the first heat exchanger 210. With a water flow of the order of 1.5 times the cooling fluid flow, the sea water is heated from 15°C to 25°C during the heat exchange carried out in the first heat exchanger 210. Thus, the sea water leaving the first heat exchanger 210 can be at a temperature between 25°C and 40°C, preferably greater than 35°C.
Le troisième échangeur thermique 430 est également relié au circuit ouvert 300 afin de permettre un échange de calories entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit fermé 410 et l’eau de mer sortant du premier échangeur thermique 210, le fluide de travail se réchauffant tout en refroidissant l’eau de mer. Le troisième échangeur thermique 430 fonctionne en évaporateur qui transforme le fluide de travail de l’état liquide à l’état vapeur par échange thermique avec l’eau de mer. Le dimensionnement du troisième échangeur thermique 430 est réalisé afin de transformer le fluide de travail en vapeur sous pression à une température de 29°C tout en refroidissant l’eau de mer d’environ 15°C à 20°C lors de l’échange thermique. L’eau de mer sortant du troisième échangeur thermique 430 à une température de l’ordre de 20°C peut ensuite être renvoyée à la mer.The third heat exchanger 430 is also connected to the open circuit 300 in order to allow an exchange of calories between the working fluid circulating in said closed circuit 410 and the sea water leaving the first heat exchanger 210, the working fluid heating up while by cooling the sea water. The third heat exchanger 430 functions as an evaporator which transforms the working fluid from the liquid state to the vapor state by heat exchange with the sea water. The dimensioning of the third heat exchanger 430 is made in order to transform the working fluid into steam under pressure at a temperature of 29°C while cooling the seawater by approximately 15°C to 20°C during heat exchange. The seawater leaving the third heat exchanger 430 at a temperature of around 20°C can then be returned to the sea.
La production d’énergie électrique produite par le sous-système de génération d’énergie électrique 400 permet ainsi d’auto-alimenter le dispositif de refroidissement en réutilisant la chaleur produite par les serveurs S. L’homme du métier comprendra qu’il est possible d’adapter le dispositif de refroidissement en fonction des besoins. Notamment, le circuit de refroidissement 200 de l’exemple décrit prévoit une température variant de 30°C à 50°C, ces températures peuvent varier en fonction des besoins de refroidissement des serveurs S. Toutefois, afin de permettre une récupération d’énergie suffisante, il convient d’avoir une température de fluide de refroidissement en sortie des serveurs qui soit au moins égale à 45°C afin de pouvoir réchauffer l’eau de mer à au moins 25°C, des températures supérieures à 50°C permettront de générer plus d’énergie électrique. Les débits des différents fluides ainsi que les surfaces d’échange de calories des échangeurs thermiques seront à dimensionner en fonction des températures souhaitées, l’important étant d’avoir un écart de température supérieur à 15°C pour le fluide de travail entre la température de sortie du deuxième échangeur thermique 420 et la température de sortie du troisième échangeur thermique 430.The production of electrical energy produced by the electrical energy generation subsystem 400 thus makes it possible to self-power the cooling device by reusing the heat produced by the servers S. Those skilled in the art will understand that it is possible to adapt the cooling device according to needs. In particular, the cooling circuit 200 of the example described provides a temperature varying from 30°C to 50°C, these temperatures can vary depending on the cooling needs of the servers S. However, in order to allow sufficient energy recovery , it is necessary to have a temperature of the cooling fluid leaving the servers which is at least equal to 45°C in order to be able to heat the sea water to at least 25°C, temperatures above 50°C will allow generate more electrical energy. The flow rates of the different fluids as well as the heat exchange surfaces of the heat exchangers will be sized according to the desired temperatures, the important thing being to have a temperature difference greater than 15°C for the working fluid between the temperature outlet of the second heat exchanger 420 and the outlet temperature of the third heat exchanger 430.
Si le circuit ouvert 300 de circulation d’eau est alimenté par une source d’eau pompée dans la nature autre que la mer, tel que par exemple un lac ou une rivière, il conviendra de ne pas rejeter directement l’eau pompée dans ces sources afin d’éviter d’endommager l’écosystème. L’eau rejetée pourra, par exemple, être utilisée pour alimenter un réseau de distribution d’eau potable.If the open water circulation circuit 300 is supplied by a source of water pumped in nature other than the sea, such as for example a lake or a river, it would be advisable not to directly discharge the water pumped into these sources to avoid damaging the ecosystem. The rejected water could, for example, be used to supply a drinking water distribution network.
Malgré l’utilisation de refroidissement liquide dans les serveurs, la température dans un centre de données doit être régulée et nécessite une ventilation ou une climatisation afin de maintenir la température ambiante en dessous de 30°C pour le confort des personnes qui y travaillent. La
Selon l’invention, le circuit fermé de fluide froid 510 est relié fluidiquement à un quatrième échangeur thermique 520 et à une pompe de circulation 530 qui assure la circulation du fluide froid entre la climatisation 500 et le quatrième échangeur thermique 520. Le quatrième échangeur thermique 520 assure un échange de calories entre le fluide froid et l’eau de mer circulant dans un circuit de dérivation 540. A cet effet, le circuit de dérivation 540 est relié fluidiquement au circuit ouvert 300 et au quatrième échangeur thermique 520 afin de fournir de l’eau de mer provenant directement de la pompe de prélèvement 310 audit quatrième échangeur 520 et de fournir l’eau de mer sortant du quatrième échangeur thermique 520 au premier échangeur thermique 210. Ainsi, il est possible de maintenir le fluide froid à une température inférieure à 10°C tout en ne réchauffant l’eau de mer du circuit de dérivation que de 5°C.According to the invention, the closed circuit of cold fluid 510 is fluidly connected to a fourth heat exchanger 520 and to a circulation pump 530 which ensures the circulation of the cold fluid between the air conditioning 500 and the fourth heat exchanger 520. The fourth heat exchanger 520 ensures an exchange of calories between the cold fluid and the sea water circulating in a bypass circuit 540. For this purpose, the bypass circuit 540 is fluidly connected to the open circuit 300 and to the fourth heat exchanger 520 in order to provide sea water coming directly from the sampling pump 310 to said fourth exchanger 520 and to supply the sea water leaving the fourth heat exchanger 520 to the first heat exchanger 210. Thus, it is possible to maintain the cold fluid at a temperature below 10°C while only heating the seawater in the bypass circuit by 5°C.
La quantité d’eau dérivée dans le circuit de dérivation 540 est par exemple inférieure à 10% de l’eau de mer pompée. La quantité d’eau dérivée dans le circuit de dérivation 540 peut être constante et déterminée par la taille des tuyaux du circuit ouvert 300 et du circuit de dérivation 540, la circulation dans les deux circuits étant assurée par la pompe de prélèvement 310. Toutefois, pour assurer une régulation plus fine de la température du fluide froid, il est possible de rajouter une pompe 550 qui permet de réguler le débit d’eau de mer à l’intérieur du circuit de dérivation 540.The quantity of water diverted into the diversion circuit 540 is for example less than 10% of the seawater pumped. The quantity of water diverted into the bypass circuit 540 can be constant and determined by the size of the pipes of the open circuit 300 and the bypass circuit 540, the circulation in the two circuits being ensured by the sampling pump 310. However, to ensure finer regulation of the temperature of the cold fluid, it is possible to add a pump 550 which makes it possible to regulate the flow of seawater inside the diversion circuit 540.
L’ajout du circuit de dérivation 540 n’a que peu d’effet sur le fonctionnement global du système et le reste du dispositif de refroidissement fonctionne à l’identique de ce qui a été décrit en relation avec le premier exemple de réalisation. L’homme du métier comprendra qu’il pourra adapter les différentes températures de fonctionnement à ses besoins comme indiqué précédemment.The addition of the bypass circuit 540 has little effect on the overall operation of the system and the rest of the cooling device operates identically to what was described in relation to the first embodiment. Those skilled in the art will understand that they will be able to adapt the different operating temperatures to their needs as indicated previously.
Claims (9)
- un circuit fermé de refroidissement (200) relié fluidiquement à un premier échangeur thermique (210), ledit circuit fermé comprenant un fluide de refroidissement,
- un sous-système de génération d’énergie électrique (400) comprenant un fluide de travail circulant en circuit fermé (410) entre un évaporateur (430) qui chauffe ledit fluide de travail pour obtenir de la vapeur sous pression, un turbogénérateur (440) transformant la vapeur sous pression en énergie électrique, et un condenseur (420) qui refroidit la vapeur après passage dans le turbogénérateur (440) afin de liquéfier le fluide de travail pour le fournir à l’évaporateur (430),
dans lequel
- le condenseur (420) est un deuxième échangeur thermique qui refroidit le fluide de travail à partir d’eau pompée dans la nature,
- le premier échangeur thermique (210) est relié fluidiquement au condenseur (420) afin de refroidir le fluide de refroidissement avec l’eau pompée qui sort du condenseur (420),
- l’évaporateur (430) est un troisième échangeur thermique qui transfert de l’énergie calorifique au fluide de travail à partir de l’eau pompée qui sort du premier échangeur thermique (210).Cooling device which includes:
- a closed cooling circuit (200) fluidly connected to a first heat exchanger (210), said closed circuit comprising a cooling fluid,
- an electrical energy generation subsystem (400) comprising a working fluid circulating in a closed circuit (410) between an evaporator (430) which heats said working fluid to obtain steam under pressure, a turbogenerator (440 ) transforming the steam under pressure into electrical energy, and a condenser (420) which cools the steam after passing through the turbogenerator (440) in order to liquefy the working fluid to supply it to the evaporator (430),
in which
- the condenser (420) is a second heat exchanger which cools the working fluid from water pumped from nature,
- the first heat exchanger (210) is fluidly connected to the condenser (420) in order to cool the cooling fluid with the pumped water which leaves the condenser (420),
- the evaporator (430) is a third heat exchanger which transfers heat energy to the working fluid from the pumped water which leaves the first heat exchanger (210).
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- 2022-06-02 FR FR2205310A patent/FR3136273B1/en active Active
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