Brevet FR3136273A1 — publié le 20231208

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.1 DISPOSITIF AUTONOME DE REFROIDISSEMENT D’UN PROCESSUS INDUSTRIEL, NOTAMENT D’UN CENTRE DE TRAITEMENT DE DONNÉES, ET CENTRE DE TRAITEMENT DE DONNÉES UTILISANT LEDIT DISPOSITIF 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. Arrière-Plan Technologique 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. 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. 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). 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. 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. 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. 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. 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. Dans un mode de réalisation particulier, le fluide de refroidissement est de l’eau douce. 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. 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. 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. Dans un mode de réalisation préféré, l’eau pompée peut être de l’eau de mer pompée en profondeur. 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. 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. 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. Brève description des figures 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 : illustre un premier exemple de réalisation d’un dispositif de refroidissement selon l’invention. illustre un deuxième exemple de réalisation d’un dispositif de refroidissement selon l’invention. Dispositif de refroidissement qui comporte : - 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). Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, dans lequel le fluide de refroidissement est de l’eau douce. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le fluide de refroidissement rentre dans le premier échangeur thermique (210) à une température supérieure ou égale à 45°C. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le fluide de travail est un fluide frigorigène Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le fluide de travail est chauffé à une température supérieure ou égale à 29°C et refroidi à une température inférieure ou égale à 14°C. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’eau pompée est de l’eau de mer pompée en profondeur. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 1 à 6, lequel comporte en outre un circuit fermé de fluide froid (510) relié fluidiquement à un quatrième échangeur thermique (520) et à un groupe de froid (500), le quatrième échangeur thermique (520) refroidissant le fluide froid avec de l’eau pompée dans la nature et fournissant l’eau pompée ainsi réchauffée au premier échangeur thermique (210). Centre de traitement de données (100) comprenant une pluralité d’ordinateurs (S) disposant d’au moins un radiateur de refroidissement à eau, caractérisé en ce que le centre de données comporte un dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 1 à 6, et dans lequel le au moins un radiateur de refroidissement à eau est relié fluidiquement au circuit fermé de refroidissement (200). Centre de traitement de données selon la revendication 8 qui comporte un dispositif de traitement selon la revendication 7, ledit centre de traitement de données comporte en outre une climatisation (500) correspondant au groupe de froid qui refroidit l’air ambiant à l’aide du fluide froid.