工质一体化冷却发电闭环系统和数据中心的制作方法

本申请实施例涉及算力中心及数据中心冷却与余热利用，尤其涉及一种工质一体化冷却发电闭环系统和数据中心。

背景技术：

1、随着人工智能、高性能计算及大数据等技术的快速发展，算力中心和数据中心的功率密度持续攀升，芯片散热问题日益突出。传统的风冷散热方式已难以满足高功率密度机柜的散热需求，液冷技术逐渐成为主流解决方案。与此同时，算力中心大量废热的排放不仅造成能源浪费，也增加了环境热污染。

2、现有技术已尝试回收数据中心及工业设备的废热进行发电。然而，现有技术方案普遍存在冷却与发电系统分离、需经中间换热环节造成温差损失、系统结构复杂、成本高昂等问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本申请实施例提供一种工质一体化冷却发电闭环系统和数据中心。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供一种工质一体化冷却发电闭环系统，所述系统包括：通过管道首尾相连构成封闭回路的泵驱模块、机柜冷却模块、有机朗肯循环直耦发电模块和冷凝冷却模块；

3、所述泵驱模块，驱动目标工质在封闭回路中单向循环，并提供克服管路阻力和膨胀机压降所需的动力，以将上游的冷凝冷却模块的目标工质向下游的机柜冷却模块移动；

4、所述机柜冷却模块，通过流通的所述目标工质流经所述机柜冷却模块的吸热区吸收热量，所述吸热区承载有热源设备，所述目标工质在所述机柜冷却模块的出口设置于液面之上的气相空间，以通过密度差实现自然重力气液分离并将分离出的气态目标工质移动至下游的有机朗肯循环直耦发电模块；

5、所述有机朗肯循环直耦发电模块，利用所述气态目标工质的高温直接驱动膨胀机旋转并带动发电机产生电能；所述有机朗肯循环直耦发电模块的电能输出端优先与所述泵驱模块的用电设备和所述冷凝冷却模块的用电设备电连接，以构成自供电回路；

6、所述冷凝冷却模块，将所述有机朗肯循环直耦发电模块排出的乏汽进行冷凝冷却至液态，并将冷凝后的液态目标工质输送回所述泵驱模块，以完成封闭循环。

7、在一种实施方式中，所述系统还包括优先级配电单元，所述优先级配电单元设置于所述有机朗肯循环直耦发电模块的电能输出端，所述优先级配电单元按照以下优先级分配电能：

8、第一优先级供给所述泵驱模块的用电设备和所述冷凝冷却模块的用电设备，第二优先级供给所述机柜冷却模块中的所述热源设备，所述热源设备包括it器件负载，第三优先级供给外部电网或储能设备。

9、在一种实施方式中，所述系统还包括故障冗余保护单元，所述故障冗余保护单元设置于所述有机朗肯循环直耦发电模块的电能输出端，包括电流电压检测模块和备用电源自动切换模块；

10、当所述电流电压检测模块检测到发电功率低于预定阈值时，所述备用电源自动切换模块将所述泵驱模块的用电设备和所述冷凝冷却模块的用电设备自动切换至备用电源供电。

11、在一种实施方式中，所述机柜冷却模块为浸没式液冷槽体，所述热源设备浸泡在液态目标工质中，所述工质出口直接与所述有机朗肯循环直耦发电模块的工质入口管道连接，无需设置独立的气液分离装置。

12、在一种实施方式中，所述浸没式液冷槽体的工质出口设置于槽体顶盖位置，且出口位置高于最高液位线；或者所述浸没式液冷槽体的工质出口设置于槽体侧壁上沿位置，且出口位置高于最高液位线。

13、在一种实施方式中，所述预定阈值为所述泵驱模块的用电设备和所述冷凝冷却模块的用电设备的总功耗。

14、在一种实施方式中，所述系统包括多个所述机柜冷却模块，各所述机柜冷却模块之间为并联连接关系，各所述机柜冷却模块的工质进口并联连接至所述泵驱模块的输出总管，各所述机柜冷却模块的气相出口并联连接至所述有机朗肯循环直耦发电模块的输入总管。

15、在一种实施方式中，所述泵驱模块的用电设备包括循环泵，所述冷凝冷却模块的用电设备包括冷凝风机。

16、在一种实施方式中，所述目标工质包括氟化液，所述氟化液的沸点低于所述热源设备的额定工作温度上限，且所述氟化液具有介电绝缘特性。

17、根据本申请实施例的第二方面，提供一种数据中心，所述数据中心包括第一方面中任一项所述的系统。

18、本申请实施例能够达到以下有益效果：本申请实施例提供的工质一体化冷却发电闭环系统由泵驱模块、机柜冷却模块、有机朗肯循环直耦发电模块和冷凝冷却模块通过管道首尾相连构成闭环。泵驱模块驱动液态工质单向循环，送入机柜冷却模块；工质流经吸热区吸收热源热量后部分汽化，出口设于气相空间，利用密度差自然分离出气态工质并进入发电模块。气态工质直接驱动膨胀机带动发电机发电，电能优先供给泵驱和冷凝冷却用电设备，实现自供电，乏汽经冷凝冷却模块冷凝为液态后送回泵驱，完成循环。本申请实施例中同一工质同时承担冷却与发电，省去中间换热器，避免5~10℃温差损失；发电优先回馈冷却系统，降低外部电网依赖；利用槽体气相空间实现无部件气液分离；系统结构简洁、成本低廉、运行可靠，显著提升整体能效。

19、本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

1.一种工质一体化冷却发电闭环系统，其特征在于，所述系统包括：通过管道首尾相连构成封闭回路的泵驱模块、机柜冷却模块、有机朗肯循环直耦发电模块和冷凝冷却模块；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括优先级配电单元，所述优先级配电单元设置于所述有机朗肯循环直耦发电模块的电能输出端，所述优先级配电单元按照以下优先级分配电能：

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括故障冗余保护单元，所述故障冗余保护单元设置于所述有机朗肯循环直耦发电模块的电能输出端，包括电流电压检测模块和备用电源自动切换模块；

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机柜冷却模块为浸没式液冷槽体，所述热源设备浸泡在液态目标工质中，所述工质出口直接与所述有机朗肯循环直耦发电模块的工质入口管道连接，无需设置独立的气液分离装置。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述浸没式液冷槽体的工质出口设置于槽体顶盖位置，且出口位置高于最高液位线；或者所述浸没式液冷槽体的工质出口设置于槽体侧壁上沿位置，且出口位置高于最高液位线。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述预定阈值为所述泵驱模块的用电设备和所述冷凝冷却模块的用电设备的总功耗。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括多个所述机柜冷却模块，各所述机柜冷却模块之间为并联连接关系，各所述机柜冷却模块的工质进口并联连接至所述泵驱模块的输出总管，各所述机柜冷却模块的气相出口并联连接至所述有机朗肯循环直耦发电模块的输入总管。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述泵驱模块的用电设备包括循环泵，所述冷凝冷却模块的用电设备包括冷凝风机。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述目标工质包括氟化液，所述氟化液的沸点低于所述热源设备的额定工作温度上限，且所述氟化液具有介电绝缘特性。

10.一种数据中心，其特征在于，所述数据中心包括权利要求1-9中任一项所述的系统。