阅读说明：本技术 一种基于服务器的双热源发电系统 (Double-heat-source power generation system based on server ) 是由 张淑荣 孙业山 朱爱珍 邹欣华 宋旭 刘启一 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于服务器的双热源发电系统,与现有技术不同的是,包括收集服务器余热的热量收集系统,收集其他热源的第二热源收集系统,将所述热量收集系统收集的服务器余热和第二热源收集系统收集的热量转化为电能的有机朗肯循环发电系统,所述其他热源包括太阳能、地热能、海洋能、锅炉烟气余热等。与现有技术相比,本发明将中低温余热回收利用有机朗肯循环发电系统与服务器余热收集系统、太阳能等其他热源的集热系统进行耦合,一方面回收利用了低温余热减少能源浪费提高了系统的能源利用率,同时采用太阳能等新能源作为补充热源,清洁、环保、高效,另一方面降低了服务器余热排放温度和排热量,减少了环境热污染。(The invention discloses a server-based dual-heat-source power generation system, which is different from the prior art and comprises a heat collection system for collecting the waste heat of a server, a second heat source collection system for collecting other heat sources, and an organic Rankine cycle power generation system for converting the waste heat of the server collected by the heat collection system and the heat collected by the second heat source collection system into electric energy, wherein the other heat sources comprise solar energy, geothermal energy, ocean energy, boiler flue gas waste heat and the like. Compared with the prior art, the organic Rankine cycle power generation system for recycling the medium-low temperature waste heat is coupled with the server waste heat collection system and the heat collection systems of other heat sources such as solar energy, so that on one hand, the low-temperature waste heat is recycled, the energy waste is reduced, the energy utilization rate of the system is improved, meanwhile, new energy sources such as solar energy are used as supplementary heat sources, the system is clean, environment-friendly and efficient, on the other hand, the waste heat discharge temperature and heat discharge quantity of the server are reduced, and the environmental heat pollution is reduced.)

一种基于服务器的双热源发电系统

技术领域

本发明涉及一种基于服务器的双热源发电系统，属于中低温热能利用技术领域。

背景技术

能源利用与环境保护是当今世界的两大主题。在传统能源日渐减少的情况下，充分利用能源，提高能源利用率，做到节能减排是解决能源问题的根本途径，是实现我国经济可持续发展的重要举措。

不断开拓与使用新能源成为了目前能源技术领域的重要课题。太阳能、地热能、海洋能、余热等均被作为新能源一直不断的探索利用。

余热回收利用是提高能源利用率、减少热污染排放的有效途径，而有机朗肯循环发电系统是余热利用的一种很有效的技术。有机朗肯循环是通过系统内的有机工质在蒸发端汽化吸热，在膨胀机处做功输出机械功，在冷凝端冷凝放出热量，不断循环，完成热量的转移并被使用，提高了能源的利用率，同时降低热污染排放。

目前数据中心规模越来越大，服务器的散热功率、散热热流密度均急剧增大。服务器的散热会影响到数据中心的工作效率，同时数据中心服务器的散热造成严重的热污染。

数据中心服务器的余热目前以空调风冷却等各种形式转移到大气环境中去，并未得到很好的利用。将服务器的余热进行有效利用，可以提高能源利用率、减少热量排放。

发明内容

本发明的目的是克服目前服务器余热利用不足的问题，提出一种以服务器余热为第一热源、其它热源为第二热源的双热源的有机朗肯循环发电系统，充分利用服务器的散热，为此本发明采取的技术方案是：

一种基于服务器的双热源发电系统，与现有技术不同的是，包括收集服务器余热的热量收集系统，收集其他热源的第二热源收集系统，将所述热量收集系统收集的服务器余热和第二热源收集系统收集的热量转化为电能的有机朗肯循环发电系统，所述其他热源包括太阳能、地热能、海洋能、锅炉烟气余热等。

进一步地，所述热量收集系统包括敷设在服务器机柜内的若干根热管，所述热管由管壳、紧贴所述管壳内壁的吸液芯和端盖组成，管内在抽成1.3×10^-1~-4 Pa的负压后充以相变工质，使所述吸液芯的毛细多孔材料中充满相变工质后加以密封；所述热管在服务器机柜内的一端为热端、在服务器机柜外的一端为冷端，所述热管的冷端***热交换器内。

进一步地，所述相变介质为液态的甲醇。

进一步地，用背板换热器替代所述热管。

进一步地，所述第二热源收集系统包括第二热交换器，所述第二热交换器包括充填有机工质的第一工质气相管路和充填导热油的第二工质管路，所述第二工质管路连接其他热源采集器。

进一步地，所述有机朗肯循环发电系统包括热交换器、第二热交换器、气液分离器、储液器、膨胀机和发电机，所述热交换器的出口通过第一工质气相管路连接所述第二热交换器的第一工质入口，所述第二热交换器的第一工质出口所述气液分离器的入口，所述气液分离器的出口连接所述膨胀机的入口，所述膨胀机的出口连接所述储液器的入口，所述储液器的出口通过第一工质液相管路连接所述热交换器的入口，所述热交换器和第二热交换器的盘管、气相管路和液相管路内充填有机工质，所述膨胀机的输出轴连接所述发电机的输入轴。

进一步地，还包括串联在所述膨胀机和所述储液器之间的冷凝热换热器，所述冷凝热换热器还包括通过冷却工质回路，所述气液分离器和储液器之间通过第一支管路和第一支管路上的第三阀门相连，所述储液器出口所在的第一工质液相管路上安装工质泵，靠近所述热交换器的出口的第一工质气相管路上安装第一阀门，靠近所述热交换器的入口的第一工质液相管路上安装第二阀门，所述第一阀门与所述第二热交换器之间的第一工质气相管路和所述第二阀门与所述工质泵之间的第一工质液相管路还被第二支管路和第二支管路上的节流阀连通。

进一步地，所述有机工质为R245fa或R227ea或R134a等。

进一步地，所述膨胀机为螺杆膨胀机。

进一步地，在所述第一工质气相管路、第一工质液相管路、第一支管路和/或第二支管路上分别安装压力表和温度计。

与现有技术相比，本发明将中低温余热回收利用有机朗肯循环发电系统与服务器余热收集系统、太阳能等其他热源的集热系统进行耦合，一方面回收利用了低温余热减少能源浪费提高了系统的能源利用率，同时采用太阳能等新能源作为补充热源，清洁、环保、高效，另一方面降低了服务器余热排放温度和排热量，减少了环境热污染。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1，如图1所示的一种基于服务器的双热源发电系统，包括收集服务器余热的热量收集系统A，收集太阳能的第二热源收集系统C，将所述热量收集系统A和第二热源收集系统C收集的热量转化为电能的有机朗肯循环发电系统B。

所述热量收集系统A包括敷设在服务器机柜内的若干根热管3-1、3-2、3-3…3-n，所述热管由管壳、紧贴所述管壳内壁的吸液芯和端盖组成，管内在抽成1.3×10^-1~-4 Pa的负压后充以相变工质，使所述吸液芯的毛细多孔材料中充满相变工质后加以密封；所述热管在服务器机柜内的一端为热端2、在服务器机柜外的一端为冷端4，所述热管的冷端4***热交换器5内。所述相变介质为液态的甲醇。所述有机朗肯循环发电系统B包括热交换器5、膨胀机9和发电机10，所述热交换器5的出口通过气相管路6连接所述膨胀机9的入口，所述膨胀机9的出口通过液相管路15连接所述热交换器5的入口，所述热交换器5的盘管、气相管路6和液相管路15内充填有机工质。所述膨胀机9的输出轴连接所述发电机10的输入轴。所述有机工质为R245fa或R227ea或R134a等。所述膨胀机9为螺杆膨胀机。

所述第二热源收集系统C包括第二热交换器21，所述第二热交换器21包括充填有机工质的第一工质气相管路6和充填导热油的第二工质管路22，所述第二工质管路22连接太阳能集热器。

所述有机朗肯循环发电系统B包括热交换器5、第二热交换器21、气液分离器19、储液器18、膨胀机9和发电机10，所述热交换器5的出口通过第一工质气相管路6连接所述第二热交换器21的第一工质入口，所述第二热交换器21的第一工质出口所述气液分离器19的入口，所述气液分离器19的出口连接所述膨胀机9的入口，所述膨胀机9的出口连接所述储液器18的入口，所述储液器18的出口通过第一工质液相管路15连接所述热交换器5的入口，所述热交换器5和第二热交换器21的盘管、气相管路6和液相管路15内充填有机工质，所述膨胀机9的输出轴连接所述发电机10的输入轴。

实施例2，其他与实施例1相同，不同的是还包括串联在所述膨胀机9和所述储液器18之间的冷凝热换热器11，所述冷凝热换热器11还包括通过冷却工质回路12，所述气液分离器19和储液器18之间通过第一支管路28和第一支管路上的第三阀门20相连，所述储液器18出口所在的第一工质液相管路15上安装工质泵19，靠近所述热交换器5的出口的第一工质气相管路6上安装第一阀门23，靠近所述热交换器5的入口的第一工质液相管路15上安装第二阀门24，所述第一阀门23与所述第二热交换器21之间的第一工质气相管路6和所述第二阀门24与所述工质泵19之间的第一工质液相管路15还被第二支管路27和第二支管路上的节流阀25连通。

当然在所述第一工质气相管路6、第一工质液相管路15、第一支管路28和/或第二支管路27上还可分别安装压力表和温度计，图1中未示出。

热管敷设在服务器机柜内，在热管的热端2热管内工质吸收服务器芯片散发的热量汽化成蒸汽进入热管的冷端4，将热量通过热交换器5传递给系统的第二部分有机朗肯循环部分。失去热量的热管冷端4内工质在热管内毛细管吸液芯的作用下回流到热管的热端2重复吸收热量，完成循环。

有机朗肯循环发电系统B内工质为第一工质有机工质。有机工质在热交换器5中吸收热管冷端4的热量汽化，汽化的有机工质通过第一阀门23进入第二热交换器21吸收第二热源系统B的热量，进入气液分离器19进行分离，有机工质气体通过第一工质气相管路6进入膨胀机9做功，带动同轴的发电机10转动。气液分离器19的液体通过第三阀门20进入储液器18。膨胀机9出口的有机工质通过冷凝热交换器11被冷却回路12冷却进一步降温，降温后，进入储液器18。储液器18内液体在工质泵19的作用下，通过第一工质液体管路15和第二阀门24返回到热交换器5内吸收服务器放出的热量蒸发，完成循环。

本发电系统中的气液分离器19的作用是将气态的有机工质和液态的有机工质进行分离。

第二热源系统C内，有机朗肯循环发电系统B内的有机工质通过第二热交换器21吸收第二工质管路22的热量。本例实施中第二热交换器21是太阳能集热器，对应第二工质管路22内的第二工质是导热油。太阳能作为第二热源系统C的加热源，清洁环保，结构简单，易于实现。

本例中的第二热交换器21也可以是地热能、海洋能、其它热源如燃气锅炉的热水或水蒸汽的放热换热器，或者其它的烟气、水蒸气余热放热换热器。

本发电系统中的冷凝热交换器11的作用是进一步降低膨胀机9出口有机工质的温度，此热量交换可以采用冷却水冷却，也可以采用强制对流风冷却方式进行。进而使更低温度的有机工质进入第一热交换器5内吸收更多的热管冷端4的热量。

本发电系统中的储液器18的作用是收集并储存有机朗肯循环发电系统内形成的液态有机工质，通过第二阀门24调整有机朗肯循环发电系统内有机工质的流量。

数据中心停止工作时，第一阀门23和第二阀门24关闭，第二部分有机朗肯循环发电系统B和第三部分第二热源系统C联合工作。

本发明中，采用热管收集服务器芯片的散热，热量收集系统A、有机朗肯循环发电系统B及第二热源系统C，形成一套完整的服务器余热回收利用双热源有机朗肯循环发电系统，可在系统管路中多处安装压力计和温度计进行压力和温度监测，图1并未画出。通过与第二阀门24、第二支管路上的节流阀25的配合，实现系统内有机工质的流量、压力和温度的调节，形成一套充分利用低温热源服务器余热的双热源有机朗肯循环发电系统，提高能源利用率的服务器余热回收利用有机朗肯循环发电系统。

可以理解的是，本领域技术人员在本发明基于服务器的有机朗肯循环发电系统的教导下做出的其他衍生系统，都属于本发明的保护范围。