CN103591729B - 余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种余热回收系统，其包括内设管网的底座、内设流体腔的余热集热器、设于底座与余热集热器之间的并在与管网对应的位置设有分布腔的绝热层、嵌装于所述分布腔的半导体制热片、与所述半导体制热片抵接并位于所述管网的管道内的散热器，所述流体腔内配置有导热流体。余热集热器通过导热流体发生相变吸热，吸收热量并通过半导体制热片实现能量转移到散热器，加热对应流经的介质，从而具有组成结构简单、高效节能、及系统利用率高等优点，还可以实现分散式系统分布，启动迅速无需外加制冷剂，尤其是在对于小规模的废热利用优势更加明显，并且可以重复循环使用，从而还具有节能环保，使用寿命长，移动方便等优点。

Description

余热回收系统
技术领域
本发明涉及能源回收利用领域，尤其涉及一种余热回收系统。
背景技术
目前，热泵采暖与制取热水由于其在节能减排方面具有比传统的热源更好的优势，已成为未来热能利用产业发展的方向。然而，作为采暖、制取热水的热泵系统的动力源的压缩机的性能是制约热泵系统发展的关键因素。近年来，空气能热泵热水器逐渐成为该产业的主流。在热泵系统中，通常是将压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀四大部件根据不同用户的需求与其他配件连接在一起构成一个热泵系统，以提供所需的热量。由于热泵系统在工作过程中，相关原理比较复杂，运行成本高，体积大，给安装等带来不便；更严重的是热泵工作过程伴随有噪音、二氧化碳等污染物的产生。因此，本发明提出了一种具有无噪音，体积小，重量轻，节电，热效率高，成本低，使用寿命长，而且安全系数较高的一种余热高效利用的半导体加热系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、无噪声、性能好的用于回收低品位热能并高效制取热水的余热回收系统。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种余热回收系统，其包括内设管网的底座、内设流体腔的余热集热器、设于底座与余热集热器之间的并在与管网对应的位置设有分布腔的绝热层、嵌装于所述分布腔的半导体制热片、与所述半导体制热片抵接并位于所述管网的管道内的散热器，所述流体腔内配置有导热流体。
作为本发明余热回收系统的技术方案的一种改进，所述导热流体为水、乙醇或丙酮。
作为本发明余热回收系统的技术方案的一种改进，所述流体腔的液体充盈量为75%~85%。
作为本发明余热回收系统的技术方案的一种改进，所述管网包括多条支管，所述支管包括多个微通道管道。
作为本发明余热回收系统的技术方案的一种改进，所述管网置于底座且该管网内部设有平衡各支管流量的匀流结构。
作为本发明余热回收系统的技术方案的一种改进，所述半导体制热片均匀布置于所述余热集热器背面，所述半导体制热片与所述余热集热器彼此抵接的接触面均为精磨光滑面并且涂覆导热胶对碰抵接。
作为本发明余热回收系统的技术方案的一种改进，所述散热器表面为螺纹状或环纹状。
作为本发明余热回收系统的技术方案的一种改进，所述分布腔为阶梯孔，所述散热器具有吸热盘，所述吸热盘与所述半导体制热片形状大小一致并彼此贴合设置于分布腔的阶梯处。
作为本发明余热回收系统的技术方案的一种改进，所述半导体制热片与所述散热器彼此抵接的接触面均为精磨光滑面并且涂覆导热胶对碰抵接。
作为本发明余热回收系统的技术方案的一种改进，所述余热集热器的前侧设有集热槽将该余热集热器表层分隔为多个条形区或凸台区。
本发明的有益效果在于：本发明中的余热集热器通过内部腔体中集热导热流体发生相变吸热，当低品位热流流经余热集热器时，收集器高效吸收热量并根据半导体的汤姆逊效应通过半导体制热片实现能量转移到散热器，加热对应流经的介质。采用本系统可以实现对多种低品位热流体进行热能回收与保存，并制取热介质，且本发明中的余热集热器可以满足多个半导体制热片的集热需求，从而本发明具有组成结构简单、高效节能、及系统利用率高等优点。
当本发明系统用于回收低品位热能时，可以实现分散式系统分布，启动迅速无需外加制冷剂，尤其是在对于小规模的废热利用优势更加明显，并且本发明系统可以重复循环的使用，从而本发明还具有节能环保，使用寿命长，移动方便等优点。
附图说明
图1为本发明余热回收系统实施例的分解状态侧向结构示意图。
图2为图1所示余热回收系统的分解状态立体结构示意图。
图3为图1所示余热回收系统的部分剖切立体结构示意图。
图4为图1所示余热回收系统的部分剖切侧向结构示意图。
图5为图4中A区域局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1～图5所示，本发明一种余热回收系统，其包括内设有管网16的底座17、内设流体腔110的余热集热器11、设于底座17与余热集热器11之间的并在与管网16对应的位置设有分布腔122的绝热层12、嵌装于所述分布腔122的半导体制热片13、与所述半导体制热片13抵接并位于所述管网16的管道内的散热器14，所述流体腔110内配置有导热流体。余热集热器11、绝热层12、管网16和底座17都是平板状并通过紧固部件18连接在一起。紧固部件18包括：螺钉、螺母、螺栓、夹子等。
其中，绝热层材料可为：发泡材料、耐高温隔热垫片、高温隔热垫圈、硅酸铝隔热棉、陶瓷纤维纸、铝模脱模垫、软云母板；把半导体制热片13镶嵌于绝热层12所设的分布腔中，可以有效防止管网的热量损失，同时也起到减震的作用，防止半导体热泵因压力过大而损坏。
基于半导体的帕尔贴效应，若电流通过有温度梯度的导体，则在导体与周围环境之间将进行热量交换，这种现象称为半导体的汤姆逊效应。具有节能效果的半导体热泵系统，热端：被加热介质在流经热端管网的过程中被加热；冷端：余热集热器吸收低品位热能，并把热量传递到半导体热泵冷端，在半导体热泵作用下热量被转移到被加热介质中。半导体热泵把余热集热器收集的大量热能和半导体热泵自身产生的热量转移到热端，即可加热所需介质。
当低品位热流体流经余热集热器11时，本发明中的余热集热器11通过内部腔体流体腔110中集热导热流体发生相变吸热，收集器高效吸收热量并转移到与半导体热泵冷端接触的端面以备进行能量交换，根据半导体的汤姆逊效应通过半导体制热片13实现能量转移到散热器14，加热对应流经的介质。采用本系统可以实现对多种低品位热流体进行热能回收与保存，并制取热介质，且本发明中的余热集热器11可以满足多个半导体制热片13的集热需求，从而本发明具有组成结构简单、高效节能、及系统利用率高等优点。
余热集热器11采用的材料为铝合金框架表面镀铜结构，不仅提高集热效率，同时提高了刚度和耐腐蚀性能。
当本发明系统用于回收低品位热能时，可以实现分散式系统分布，启动迅速无需外加制冷剂，尤其是在对于小规模的废热利用优势更加明显，并且本发明系统可以重复循环的使用，从而本发明还具有节能环保，使用寿命长，移动方便等优点。
更佳地，所述导热流体为水、乙醇或丙酮。其中导热流体采用的材料可以是乙醇，其相变温度较低，在较低温度环境即可发生相变通过相变吸收大量热量从而提高热量的传递与余热的利用效率。相变导热流体材料还可以采用水作为介质，其具有较低的相变温度，可以更易于吸收外界热量的同时，还降低原料成本。
更佳地，所述流体腔110的液体充盈量为75%~85%，使得相变产生的介质体积变化具有缓冲的空间，提高余热集热器11的防爆等方面的安全性能。
更佳地，所述管网16包括多条支管163，所述支管163包括多个微通道管道168，微通道管道168是设于支管163内壁的多个宽度为微米级或毫米级的槽道。微通道管道的形状可以设为三角形截面。该微通道管道的作用是在管内形成扰流，增加流体的雷诺数，从而增加流体的换热系数。
更佳地，所述管网16置于底座17且该管网内部设有平衡各支管流量的匀流结构，使得各个支管163流量均衡，各个管道的流体均匀地加热，加热后流体温度均衡。其中受热组件中的主管道161与支管163方向不在同一直线上，即两者形成错位，使流体得到缓冲而不致直接穿过导致与主管道对接的支管流速最大，从而平衡各管道的流速。另外，在主管道161与支管163的接触端（过渡区间）设有分流结构，分流结构是在底座17设置的凸起结构172，阻挡流体使其改变流动方向，从而有效的避免了中间槽道流体分配过多而两边槽道流体分配过少的现象，从而保证半导体制热片13产生的热量有效利用，且流体温度均匀。
具体地，当管网16的主管161与多条支管163连接时，须确保各支管163流体均匀。本实施例中，采用在支管163口设计凸起结构172，也可以用分流槽等分流结构替代，实现流体分布均匀。在实施过程，可以在设备中应用9个散热器14，管网16设置有三个支管163且通过分流结构使各支管163流量均匀，每条支管163有三个管孔与散热器14匹配连接。
更佳地，所述半导体制热片13均匀布置于所述余热集热器11背面，所述半导体制热片13与所述余热集热器11彼此抵接的接触面均为精磨光滑面并且涂覆导热胶对碰抵接。精磨光滑面增加贴合接触的紧密度，降低导热阻力，提升导热速度，高效导热，涂覆导热胶进一步提升贴合紧密度，提高导热效率。半导体制热模块133由若干个半导体制热片13组成，本实施例中半导体制热模块133由九个半导体制热片13串并联而成，可以根据实际需要启动半导体制热片13的个数，有效节约能源。
半导体制热片13热端通过导热胶与散热器14紧密连接。本实施例中，散热器14的采用的材料为铝合金，也可以采用铜材等导热性好的材料替代，提高半导体热泵的性能系数。
更佳地，所述散热器14表面为螺纹状或环纹状，从而使得散热器14在流动阻力许可的前提下尽量增加与流体的接触面积。本实施例中，散热器14做成螺纹型，也可以用波纹型等不规则形状的散热器替代，增加有效传热面积使传热均匀。低温流体从主管161进入，主管161通过与其对接的支管163流体入口将低温流体分配给各支管163，一个支管中可设置多个散热器14，各支管163的流体流经多级散热器14的过程逐渐被加热，最终流体温度根据使用条件对半导体热泵进行调节。
更佳地，所述分布腔为阶梯孔，所述散热器具有吸热盘，所述吸热盘与所述半导体制热片形状大小一致并彼此贴合设置于分布腔的阶梯处，用阶梯托住吸热盘和半导体制热片，从而阶梯和余热集热器一起夹紧吸热盘和半导体制热片，使得吸热盘与半导体制热片接触更紧密，导热更快速顺畅。
更佳地，所述半导体制热片13与所述散热器14彼此抵接的接触面均为精磨光滑面并且涂覆导热胶对碰抵接，精磨光滑面增加贴合接触的紧密度，降低导热阻力，提升导热速度，高效导热，涂覆导热胶进一步提升贴合紧密度，提高导热效率。
更佳地，所述余热集热器11的前侧设有集热槽115将该余热集热器表层分隔为多个条形区或凸台区，从而增大余热集热器11的热交换面积，为了更好地传递和收集热能，其中的集热槽115设为燕尾槽形状。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种余热回收系统，其特征在于：所述余热回收系统包括内设管网的底座、内设流体腔的余热集热器、设于底座与余热集热器之间的并在与管网对应的位置设有分布腔的绝热层、嵌装于所述分布腔的半导体制热片、与所述半导体制热片抵接并位于所述管网的管道内的散热器，所述流体腔内配置有导热流体；所述散热器表面为螺纹状或环纹状；所述管网包括多条支管，所述支管包括多个微通道管道，所述管网置于底座且该管网内部设有平衡各支管流量的匀流结构；所述半导体制热片均匀布置于所述余热集热器背面，所述半导体制热片与所述余热集热器彼此抵接的接触面均为精磨光滑面并且涂覆导热胶对碰抵接；所述分布腔为阶梯孔，所述散热器具有吸热盘，所述吸热盘与所述半导体制热片形状大小一致并彼此贴合设置于分布腔的阶梯处，所述半导体制热片与所述散热器彼此抵接的接触面均为精磨光滑面并且涂覆导热胶对碰抵接；所述余热集热器的前侧设有集热槽将该余热集热器表层分隔为多个条形区或凸台区。
2.根据权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于：所述导热流体为水、乙醇或丙酮。
3.根据权利要求1所述的余热回收系统，其特征在于：所述流体腔的液体充盈量为75%~85%。
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