耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统的制作方法

本发明涉及热力循环技术的领域，具体涉及数据中心余热回收技术、地热能发电技术、非共沸工质组分调节技术和有机朗肯发电技术，利用该系统可实现热能的高效回收利用。

背景技术：

1、化石能源的消费占比逐年降低，而可再生能源的消费占比将逐步提升。地热能作为可再生能源之一，有着供给稳定、储量大和分布广泛等优势，但直接热利用受传输距离约束，而利用地热发电则可有效解决上述问题，如何实现地热能高效发电是提升可再生能源利用率的关键。

2、有机朗肯循环发电系统作为中低温热功转换常见的系统之一，能有效将中低品位的热能转化为电能，实现能量品位的提升，然而目前由于实际运行部件的性能、工质与冷热源之间的换热温差和工质等影响，导致系统效率并不高，如何合理构建循环回路，是实现有机朗肯循环高运行效率的重要路线之一。此外，在有机朗肯循环的换热过程中，工质与换热介质间的换热温差是导致系统产生不可逆损失的主要因素之一。与纯工质相比，非共沸工质由于具有温度滑移的特性，通过合理调节工质组分，有望降低换热过程中的不可逆损失，特别在偏离设计工况运行下，其关键在于合理匹配非共沸工质的温度滑移与换热介质的温度变化。

3、数据中心是信息生产、计算、储存、传输的物理载体。随着科技的进步，数字经济在高质量发展中起着重要作用。与此同时，数据中心能耗日益增长，其中所消耗的电量很大一部分转化为了废热，且属于低品位热能(温度低于100℃)，直接排入大气会造成能源浪费，加速全球气候变暖。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，通过回收利用数据中心的余热和地热能，且耦合复叠式有机朗肯循环发电技术，实现不同温区间热能的梯级利用，从而提升中低品位热能的利用率，降低循环系统的能量消耗。进一步采用非共沸有机工质，通过调节换热过程有机工质的组分，实现工质与换热介质间的温度匹配，进而减少系统的不可逆损失，最终实现系统性能的提升。

2、本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，包括第一换热器，所述第一换热器冷却侧出口与第一气液分离器入口连通，第一气液分离器气相出口与第一汽轮机入口连通，第一气液分离器液相出口连接至第一混合罐第二入口，第一汽轮机出口与复叠式换热器第一层加热侧入口连通，复叠式换热器第一层加热侧出口通过第一工质泵连接至第一混合罐第一入口，第一混合罐出口与第一换热器冷却侧入口连通；

3、复叠式换热器第一层冷却侧入口与数据中心余热利用模块出口连通，复叠式换热器第一层冷却侧出口与第二换热器冷却侧入口连通，第二换热器加热侧入口与第一换热器加热侧出口连通，第二换热器冷却侧出口与复叠式换热器第二层加热侧入口连通，复叠式换热器第二层加热侧出口与数据中心余热利用模块的入口连通；

4、复叠式换热器第二层冷却侧出口与第二气液分离器入口连通，第二气液分离器气相出口与第二汽轮机入口连通；第二气液分离器液相出口连接至第二混合罐第二入口，第二汽轮机出口与第三换热器加热侧入口连通，第三换热器加热侧出口通过第二工质泵连接至第二混合罐第一入口，第二混合罐出口与复叠式换热器第二层冷却侧入口连通，从而完成整个系统循环。

5、作为进一步的技术方案，所述第一气液分离器与第一混合罐之间的连接管路上设置第一流量调节阀。

6、作为进一步的技术方案，所述第一换热器冷却侧、第一气液分离器、第一汽轮机、第一流量调节阀、复叠式换热器第一层加热侧、第一工质泵和第一混合罐内的循环工质为非共沸有机工质，由二股沸点不同的有机工质混合而成。

7、作为进一步的技术方案，所述第二气液分离器与第二混合罐之间的连接管路上设置第二流量调节阀。

8、作为进一步的技术方案，所述复叠式换热器第二层冷却侧、第二气液分离器、第二汽轮机、第二流量调节阀、第三换热器加热侧、第二工质泵和第二混合罐内的循环工质为非共沸有机工质，由二股沸点不同的有机工质混合而成。

9、作为进一步的技术方案，所述第一换热器加热侧、复叠式换热器第一层冷却侧和第二层加热侧、第二换热器及数据中心余热利用模块内的循环工质为水。

10、作为进一步的技术方案，所述复叠式换热器内设置若干翅片和换热管，并通过第一隔板分隔成第一层循环流路和第二层循环流路，所述第一层循环流路的一侧设置第一层分流联箱作为第一层冷却侧入口，所述第一层循环流路的另一侧设置第一层集流联箱作为第一层冷却侧出口，所述第一层循环流路设置第一层加热侧出口与第一工质泵连通，所述第一层循环流路还设置第一层加热侧入口与第一汽轮机连通；所述第二层循环流路的一侧设置第二层分流联箱作为第二层加热侧入口，所述第二层循环流路的另一侧设置第二层集流联箱作为第二层加热侧出口，所述第二层循环流路设置第二层冷却侧出口与第二气液分离器连通，所述第二层循环流路还设置第二层冷却侧入口与第二混合罐连通。

11、作为进一步的技术方案，所述数据中心余热利用模块包括机房壁，机房壁顶部设置分流联箱，用于连接复叠式换热器的第二层加热侧出口，机房壁底部设置集流联箱，用于连接复叠式换热器的第一层冷却侧入口；机房壁内等间隔设置若干第二隔板，从而形成若干冷却流道，每一所述冷却流道内间隔设置若干机柜，所述冷却流道的一端连通分流联箱，另一端连通集流联箱。

12、作为进一步的技术方案，所述第三换热器冷却侧内的循环工质为空气，从大气流入冷却侧后吸收来自第三换热器加热侧的热量，随后重新流至大气中。

13、本发明的有益效果为：

14、1、通过回收数据中心的余热和地热能，耦合复叠式有机朗肯循环发电技术，实现地热能-数据中心余热-空气温度梯级利用发电；

15、2、同时，通过调节有机郎肯循环发电系统中换热循环工质的组分，实现工质与换热介质间的温度匹配，从而有效降低系统在换热过程中的不可逆损失，进而提升各有机朗肯循环系统的热效率和发电量；

16、3、该系统是一种经济、有效、可行的改善方案，实现了中低品位热能的利用，能有效提高有机朗肯循环发电系统的性能，促进有机朗肯循环发电系统产品节能技术的发展。

技术特征：

1.耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：包括第一换热器(101)，所述第一换热器(101)冷却侧出口与第一气液分离器(102)入口连通，第一气液分离器(102)气相出口与第一汽轮机(103)入口连通，第一气液分离器(102)液相出口连接至第一混合罐(107)第二入口，第一汽轮机(103)出口与复叠式换热器(105)第一层加热侧入口连通，复叠式换热器(105)第一层加热侧出口通过第一工质泵(106)连接至第一混合罐(107)第一入口，第一混合罐(107)出口与第一换热器(101)冷却侧入口连通；

2.根据权利要求1所述的耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述第一气液分离器(102)与第一混合罐(107)之间的连接管路上设置第一流量调节阀(104)。

3.根据权利要求2所述的耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述第一换热器(101)冷却侧、第一气液分离器(102)、第一汽轮机(103)、第一流量调节阀(104)、复叠式换热器(105)第一层加热侧、第一工质泵(106)和第一混合罐(107)内的循环工质为非共沸有机工质，由二股沸点不同的有机工质混合而成。

4.根据权利要求1所述的耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述第二气液分离器(110)与第二混合罐(115)之间的连接管路上设置第二流量调节阀(112)。

5.根据权利要求4所述的耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述复叠式换热器(105)第二层冷却侧、第二气液分离器(110)、第二汽轮机(111)、第二流量调节阀(112)、第三换热器(113)加热侧、第二工质泵(114)和第二混合罐(115)内的循环工质为非共沸有机工质，由二股沸点不同的有机工质混合而成。

6.根据权利要求1所述的耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述第一换热器(101)加热侧、复叠式换热器(105)第一层冷却侧和第二层加热侧、第二换热器(109)及数据中心余热利用模块(108)内的循环工质为水。

7.根据权利要求1所述的耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述复叠式换热器(105)内设置若干翅片(105-5)和换热管(105-7)，并通过第一隔板(105-6)分隔成第一层循环流路和第二层循环流路，所述第一层循环流路的一侧设置第一层分流联箱(105-1)作为第一层冷却侧入口，所述第一层循环流路的另一侧设置第一层集流联箱(105-2)作为第一层冷却侧出口，所述第一层循环流路设置第一层加热侧出口与第一工质泵(106)连通，所述第一层循环流路还设置第一层加热侧入口与第一汽轮机(103)连通；所述第二层循环流路的一侧设置第二层分流联箱(105-3)作为第二层加热侧入口，所述第二层循环流路的另一侧设置第二层集流联箱(105-4)作为第二层加热侧出口，所述第二层循环流路设置第二层冷却侧出口与第二气液分离器(110)连通，所述第二层循环流路还设置第二层冷却侧入口与第二混合罐(115)连通。

8.根据权利要求1所述的耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述数据中心余热利用模块(108)包括机房壁(108-3)，机房壁(108-3)顶部设置分流联箱(108-1)，用于连接复叠式换热器(105)的第二层加热侧出口，机房壁(108-3)底部设置集流联箱(108-5)，用于连接复叠式换热器(105)的第一层冷却侧入口；机房壁(108-3)内等间隔设置若干第二隔板(108-4)，从而形成若干冷却流道，每一所述冷却流道内间隔设置若干机柜(108-2)，所述冷却流道的一端连通分流联箱(108-1)，另一端连通集流联箱(108-5)。

9.根据权利要求1所述的耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，其特征在于：所述第三换热器(113)冷却侧内的循环工质为空气，从大气流入冷却侧后吸收来自第三换热器(113)加热侧的热量，随后重新流至大气中。

技术总结本发明公开了一种耦合数据中心和地热能的复叠式有机朗肯循环发电系统，涉及热力循环技术领域，包括数据中心余热回收技术、地热能发电技术、非共沸工质组分调节技术和有机朗肯发电技术。本发明通过回收数据中心的余热和地热能，耦合复叠式有机朗肯循环发电技术，实现地热能‑数据中心余热‑空气温度梯级利用发电。同时通过调节有机郎肯循环发电系统中换热循环工质的组分，实现工质与换热介质间的温度匹配，有效降低系统在换热过程中的不可逆损失，提升各有机朗肯循环系统的热效率和发电量。该系统是一种经济、有效、可行的改善方案，实现中低品位热能利用，提高有机朗肯循环发电系统性能，促进有机朗肯循环发电系统产品节能技术发展。技术研发人员：吴昊澄,赵树成,汪赞斌受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9