CN108507230A - 能源综合回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能源综合回收利用系统，包括冷热交换装置、能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置、工厂余热回收管路，其中能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置、工厂余热回收管路分别联通冷热交换装置，所述冷热交换装置将能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置、工程余热管路的热量收集外送；上述各装置所用传热工质均采用R401A。该系统可将环境、空气与太阳能及工厂余热等进行有效回收，然后再统一集中起来进行放大而后将放大的能量转换成热量，然后再利用换热装置将热量进行外送利用。具有占地面积小、运输方便、安装方便、露天与机房内均可安装、无任何污染物排放的优势。

Description

能源综合回收利用系统

技术领域

本发明属于能源综合利用领域，具体说是一种可有效收集自然界和工业生产中产生的余热，进而加以利用的系统。

背景技术

目前的太阳能设备大都采用水作为工质运行，且只能在在白天工作，在夜晚时没有阳光无法工作，热量利用效率较低。

同时，目前工业内生产中所使用的设备冷却水，尤其是热电、冶炼、焦化、石化、煤化工、化工、轻工业等工业生产装备其内部循环冷却水基本上都由凉水塔、水冷塔、空冷器进行降温处理，存在缺点就是一、需要降温的冷却水开口面积大、水分挥发高，水资源浪费严重需要不停补充大量的外来水资源（地下水等）。二、降温设备损耗电能大、维护周期短、尤其是夏季，降温效果明显减弱，厂内循环水如果得不到优良的降温，对整体生产都会带来不良影响。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术中的问题而提供一种能源综合回收利用系统，该系统可将太阳能及工厂余热等进行有效集中，然后再统一集中起来进行进行转换传热传质，而后将放大的能量转换成热量，然后再利用换热装置将热量进行外送利用。

其技术解决方案如下：能源综合回收利用系统，包括冷热交换装置、能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置、工厂余热回收管路，其中能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置、工厂余热回收管路分别联通冷热交换装置，所述冷热交换装置将能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置 、工程余热管路的热量收集外送；上述各装置所用传热工质均采用R401A。

所述能源集成装置包括太阳能吸收回路和余热收集回路，所述太阳能吸收回路包括太阳能热量辐射蒸发冷凝器、串片式自然引风蒸发冷凝器、余热储备缓冲罐、回热自补偿装置；所述余热收集回路包括顺序连接的增焓热泵、高效板式冷热交换器、缓冲储液罐、多通道微间隙换热装置；其中余热储备缓冲罐联通回热自补偿装置，所述回热自补偿装置与所述多通道微间隙换热装置联通；所述串片式自然引风蒸发冷凝器位于太阳能辐射蒸发冷凝器上方。

所述太阳能热量辐射蒸发冷凝器和串片式自然引风蒸发冷凝器并联入系统、上述太阳能热量辐射蒸发冷凝器在白天阳光充足时，其作为蒸发器吸收太阳能，吸收太阳能后的工质进入余热储备缓冲罐，而后进入增焓热泵；当在夜晚没有阳光时，所述太阳能热量辐射蒸发冷凝器作为冷凝器向外散热，其周围热空气自然向上运动，从而被其上方的串片式自然引风蒸发冷凝器回收，自然引风蒸发冷凝器回收的热量再由工质带入余热储备缓冲罐。增焓热泵排出的一部分高温高压气体一部分由多通道微间隙换热装置进入回热自补偿装置，进行冷凝与液化，而后回到多通道微间隙换热装置，这一是提高了热泵的进口压力与温度，还防止了液击的发生，二是又给高温高压的排出气体进行更有效的降温冷凝，起到更好的冷凝效果。

所述新离子电荷冷热交换装置，它包括等离子电源、电力核心传热件、换热板、蓄能储备板，所述等离子电源将交流电转换为直流电给电力核心传热件提供工作电源，电力核心传热件为半导体制冷片，电流经过电力核心传热件后，电力核心传热件将电能转化为热能向板面两侧释放热量或吸收热量，电力核心传热件上侧紧密接触连接换热板，下侧紧密接触连接蓄能储备板，所述的换热板设置有进水口、出水口、换热腔，换热介质通过进水口进入换热腔换热后，从出水口流出，蓄能储备板与电力核心传热件下侧进行换热，并储存热能或者冷能。

该装置还包括预热板，预热板板面紧密接触连接等离子电源外壳，预热板为离子电源降温吸热，所述的预热板设置有依次连通的进口、循环水管、出口，出口通过阀门控制与换热板的进水口连通，进口与水源连通。

所述的换热板与电力核心传热件接触部件、蓄能储备板与电力核心传热件的接触部件、预热板与离子电源外壳的接触部件均为导热性能好的金属材质，优选T2。

所述的换热板、蓄能储备板非传热/换热部分设置有隔热保温层，即除却接触传热面，其他面设置有隔热保温层，保证换热部分的换热效率。

所述的换热板数量为一块以上，依次串联，串联的定义为，换热介质依次串联经过换热板的换热腔进行换热。

所述的电力核心传热件采用半导体制冷片，电流经过后，制冷片的一端面制热，另一端面制冷，当离子电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，内部电荷开始互相做高频率运动并在电偶的两端即可分别吸收热量和释放热量，即可实现制冷制热的目的，其材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3。

高温换热介质可用于采暖、高温用水；低温换热介质可用于制冷系统。

所述的换热板的换热腔包括T2材质的接触板和与接触板垂直连接的散热柱，散热柱均布在换热腔中，用以增大换热面积，接触板与电力核心传热件上表面紧密接触连接。

所述的蓄能储备板包括高翅T2、散热腔、散热孔、鼓风机，高翅T2包括蓄热板和与蓄热板垂直固定连接的翅片，翅片多组平行设置，蓄热板内设置有均布的多组真空管腔，用以蓄能，翅片及蓄能储备板的边侧壳体设置有散热孔，多个翅片的散热孔设置在同一条直线上构成散热通道，散热通道与翅片垂直，散热通道为多组设置在同一水平面上，鼓风机设置在蓄能储备板下端，鼓风机将外部空气引入散热腔，通过散热通道将换热后的空气从蓄能储备板两边侧排出。

所述的电力核心传热件还包括与半导体制冷片平行设置的半导体温差发电片，即与上侧换热板及下侧蓄能储备板接触面内，半导体制冷片和半导体温差发电片各占部分面积，半导体制冷片与等离子电源连接，半导体温差发电片与蓄电池连接，蓄电池用以供给该装置部分用电。

所述新离子电荷冷热交换装置的工作原理为：

等离子电源将常规电源220V/380V转变输出为电力核心传热件所需的工作电流，使得电力核心传热件制热或制冷，在具体实施时，通过变换等离子电源的输出正负极即可实现制热和制冷的转换；

电力核心传热件工作时，与换热板和蓄能储备板同时进行换热，换热板将与流经其换热腔的换热介质进行换热，而蓄能储备板作为储备装置吸收存储能量，过多的热量会开启鼓风机的方式通过散热腔散出；

预热板作用一，常温换热介质比如水流经预热板，则可对其接触连接的等离子电源进行换热降温，等离子电源工作时，会散出大量热量，通过预热板进行导走热量，解决电源的散热问题；同时预热板的作用二，换热介质经过预热后进入换热板进行换热，提高换热效率，节约能源。

所述的的等离子电源包括接触器、高漏抗的三相/两相电源变压器、三相桥式整流器/二相桥式整流器、锰锌铁氧体高频磁场线圈、控制线路板、输出端口、壳体及保护元件等。

该装置还包括电器控制部分，包括控制器、远程传输模块、数据采集模块，该部分采用常规的现有功能技术部件组装而成，控制器通过继电器与鼓风机、等离子电源、水阀连接，通过数据采集模块对输出换热介质的温度进行采集，根据数据由控制器控制等离子电源的工作状态进而实现控温的目的，为方便操作人员远程控制，可远程终端（手机、电脑等智能联网设备）通过远程传输模块连接控制器，实现远程操控的目的。该装置将电能转化为热能或冷能进行输出，可根据实际需求进行组装，无污染、无排放、无噪音，操作简单实用。

所述工厂余热回收管路包括分别与冷热交换装置联通的进水管和回水管，所述进水管设置过滤装置和循环泵。

本发明通过能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置、工厂余热回收管路各自的热量传输至冷热交换装置，本系统是利用电能作为第一运行载体，再结合环境、空气与太阳的能量进行交换蓄热，然后再统一集中起来进行放大的一种工作原理，将放大的能量转换成热量，然后再利用换热装置将热量进行外送，依次循环输出以达到所需目的。具有占地面积小、运输方便、安装方便、露天与机房内均可安装、无任何污染物排放的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的原理结构示意图。

图2本发明太阳能热量辐射蒸发冷凝器和串片式自然引风蒸发冷凝器的布置图。

图3为本发明串片式自然引风蒸发冷凝器的截面图。

图4为新离子电荷冷热交换装置的结构示意图。

图5为新离子电荷冷热交换装置的蓄能储备板结构示意图。

图6为图5剖视结构示意图。

图7为新离子电荷冷热交换装置实施例2结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，本发明包括冷热交换装置1、能源集成装置2、新离子电荷冷热交换装置3、工厂余热回收管路4，其中能源集成装置2、新离子电荷冷热交换装置3、工厂余热回收管路4分别联通冷热交换装置1，冷热交换装置1包括进水口11和出水口12。所述能源集成装置2包括太阳能吸收回路21和余热收集回路22，所述太阳能吸收回路21包括太阳能热量辐射蒸发冷凝器211、串片式自然引风蒸发冷凝器212、余热储备缓冲罐213、回热自补偿装置214；所述回热自补偿装置214实质也是一个热交换装置。所述余热收集回路22包括顺序连接的增焓热泵221、高效板式冷热交换器222、缓冲储液罐223、多通道微间隙换热装置224；其中余热储备缓冲罐213和回热自补偿装置214与所述多通道微间隙换热装置224联通。

如图2所示所述串片式自然引风蒸发冷凝器212位于太阳能辐射蒸发冷凝器211上方，这样当在夜晚没有阳光时，所述太阳能热量辐射蒸发冷凝器211向外散热，其周围热空气自然向上运动，从而被串片式自然引风蒸发冷凝器212回收。如图3所示，串片式自然引风蒸发冷凝器212的工质通道215的外侧设置有翅片216。

工厂余热回收管路4上设置有循环泵41和过滤装置42。

增焓热泵221接通电源后，将高温高压气体输送到高效板式冷热交换器222进行传热传质、释放热量后的高温高压气体进入缓冲储液罐223、在进入之前，还有一股分流经余热利用回路225进入多通道微间隙换热装置224与热泵进口间的管路的与其中的低温低压气体进行传热传质，更低温度的冷凝液进入缓冲储液罐223，同时也提高了热泵的进气温度并同时得到了更好的冷凝液体（其中余热利用回路装置同时设置压力平衡管防止压差压降），缓冲储液罐223的液体进入调节阀、由调节阀进入多通道微间隙换热装置224进行多项分流与传热传质、经转换阀将汽化的R410A输送到太阳能热量辐射蒸发冷凝器211与串片式自然引风蒸发冷凝器212进行冷能的充分释放、释放后的低温低压气体再进入余热储备缓冲罐213、进行缓冲与分流、其中也进入回热自补偿装置214，本装置是利用机组余热同时利用多通道微间隙换热装置的传热传质，来调节热泵低温低压R410A的温度与压力，保证热泵能持续高效的工作，当外部环境达不到热泵高效的工作条件时，由余热储备缓冲罐213、回热自补偿装置214、多通道微间隙换热装置224、余热收集回路22等来共同完成，由冷热转换直通阀门进行平横调节、这样热泵就算是在恶劣的环境下也能保持一种高效的工作状态。余热收集回路22本身就是一种免费的能源，将余热收集后一是保障机组正常的工作温度、二是又给整个装置提供了一种能利用的能源，已达到节约能效提高工作质量的目的。

太阳能热量辐射蒸发冷凝器211不使用强制通风，而是通过的高效合理的换热方式将冷能带走、由于不使用风机进行鼓风又给整个装置节约了电能，同时还提高了工作效率。

串片式自然引风蒸发冷凝器212是利用串片的换热形式将换热面积增大，由于换热面积加大又节约了装置空间、他与余热储备缓冲罐等配合使用，更加保证热泵的稳定工作。

所述新离子电荷冷热交换装置包括等离子电源51、电力核心传热件52、换热板53、蓄能储备板54，所述等离子电源51将交流电转换为直流电给电力核心传热件52提供工作电源，电力核心传热件52为半导体制冷片，电流经过电力核心传热件后，电力核心传热件52将电能转化为热能向板面两侧释放热量或吸收热量，电力核心传热件52上侧紧密接触连接换热板53，下侧紧密接触连接蓄能储备板54，所述的换热板53设置有进水口55、出水口56、换热腔，换热介质通过进水口5进入换热腔换热后，从出水口56流出，蓄能储备板54与电力核心传热件下侧进行换热，并储存热能或者冷能。

该装置还包括预热板58，预热板58板面紧密接触连接等离子电源51外壳，预热板58为离子电源降温吸热，所述的预热板设置有依次连通的进口、循环水管、出口，出口通过阀门F3控制与换热板的进水口5连通，进口与水源连通，当该实施例进行制热操作时，阀门F1、F2关闭，F3开启，确保水源先经过预热板58再流入换热板3，所述的预热板8为两块串联，将等离子电源51包夹在中间，提高预热板8的换热效果。

所述的换热板53与电力核心传热件52的接触部件、蓄能储备板54与电力核心传热件2的接触部件、预热板58与离子电源外壳1的接触部件均为导热性能好的金属材质，优选T2。

所述的换热板53、蓄能储备板4非传热/换热部分设置有隔热保温层，即除却接触传热面，其他面设置有隔热保温层，保证换热部分的换热效率。

所述的换热板53数量、电力核心传热件52尺寸、等离子电源的功率大小根据实际需求进行组装，换热板3的数量为一块以上，依次串联，串联的定义为，换热介质依次串联经过换热板的换热腔进行换热。

所述的电力核心传热件52采用半导体制冷片，电流经过后，制冷片的一端面制热，另一端面制冷，当离子电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，内部电荷开始互相做高频率运动并在电偶的两端即可分别吸收热量和释放热量，即可实现制冷制热的目的，其材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3，N型是Bi2Te3—Bi2Se3。

该装置采用制热方式运行时，输出高温换热介质可用于采暖、高温用水；制冷输出时，换热介质可用于制冷系统。

所述的换热板53的换热腔包括T2材质的接触板和与接触板垂直连接的散热柱，散热柱均布在换热腔中，用以增大换热面积，接触板与电力核心传热件上表面紧密接触连接。

所述的蓄能储备板54包括高翅T2、散热腔514、散热孔511、鼓风机513，高翅T2包括蓄热板59和与蓄热板59垂直固定连接的翅片512，翅片512多组平行设置，蓄热板59内设置有均布的多组真空管腔510，用以蓄能，翅片512及蓄能储备板的边侧壳体设置有散热孔11，多个翅片的散热孔设置在同一条直线上构成散热通道，散热通道与翅片512垂直，散热通道为多组设置在同一水平面上，鼓风机513设置在蓄能储备板下端，鼓风机将外部空气引入散热腔514，通过散热通道将换热后的空气从蓄能储备板54两边侧排出。

等离子电源采用北京双龙腾飞臭氧设备有限公司生产的500W低温等离子高压电源，频率5-20KHZ；输入电压220V，连续工作电流2.5A；功率放大:IGBT功率管，50A/600V-2只；输出高压:10-40KVP-P。等离子电源将常规电源220V/380V转变输出为电力核心传热件所需的工作电流，使得电力核心传热件制热或制冷，在具体实施时，通过变换等离子电源的输出正负极即可实现制热和制冷的转换，当该装置用于制冷模式时，阀门F1，F2开通，F3关闭，水源直接进入换热板，预热板走别的循环水路对等离子电源进行降温；

电力核心传热件工作时，与换热板和蓄能储备板同时进行换热，换热板将与流经其换热腔的换热介质进行换热，而蓄能储备板作为储备装置吸收存储能量，过多的热量会开启鼓风机的方式通过散热腔散出；

预热板58作用一，常温换热介质比如水流经预热板，则可对其接触连接的等离子电源进行换热降温，等离子电源工作时，会散出大量热量，通过预热板进行导走热量，解决电源的散热问题；同时预热板的作用二，换热介质经过预热后进入换热板进行换热，提高换热效率，节约能源。

所述的的等离子电源包括接触器、高漏抗的三相/两相电源变压器、三相桥式整流器/二相桥式整流器、锰锌铁氧体高频磁场线圈、控制线路板、输出端口、壳体及保护元件等。

该装置还包括电器控制部分，包括控制器，远程传输模块、数据采集模块，控制器采用KG317T三相电源智能控制器，该电器控制部分的功能部件采用常规的现有功能技术部件，控制器通过继电器与鼓风机、等离子电源、水阀连接，通过数据采集模块对输出换热介质、蓄能储备板的温度进行采集，根据数据由控制器控制等离子电源、鼓风机的工作状态进而实现控温的目的，为方便操作人员远程控制，可远程终端（手机、电脑等智能联网设备）通过远程传输模块连接控制器，实现远程操控的目的。

实施例2，如附图7所示，其结构组成与实施例1相同，区别点一，该装置只应用于制热输出，所述的电力核心传热件还包括与半导体制冷片平行设置的半导体温差发电片，即与上侧换热板53及下侧蓄能储备板54接触面内，半导体制冷片和半导体温差发电片各占一半的面积，半导体制冷片与等离子电源51连接，半导体温差发电片与蓄电池连接，蓄电池用以供给该装置部分用电，电力核心传热件工作时，与换热板和蓄能储备板同时进行换热，换热板将与流经其换热腔的换热介质进行换热，而蓄能储备板作为储备装置吸收存储能量，过多的热量会开启鼓风机的方式通过散热腔散出，当半导体制冷片断电时，半导体温差发电片会工作，发出电量一部分给蓄电池，部分电量以直接负载的方式发热，持续给换热板换热，确保短时间内对换热管的持续换热。

区别点二蓄能储备板54长度尺寸设计加长，预热板58设置在等离子电源51上侧，等离子电源51下侧与蓄能储备板54紧密接触连接，合理利用换热资源，通过蓄能储备板54对等离子电源51进行降温，加大提高蓄能储备板的蓄能和散热能力。

本发明联接各装置的管路上均可根据需要设置转换阀和调节阀，以调节管路中工质的流向和流量。

需要指出的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，上述未述及的技术内容均可采用或借鉴现有技术，本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.能源综合回收利用系统，包括冷热交换装置、能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置、工厂余热回收管路，其中能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置、工厂余热回收管路分别联通冷热交换装置，所述冷热交换装置将能源集成装置、新离子电荷冷热交换装置 、工程余热管路的热量收集外送；上述各装置所用传热工质均采用R401A。

2.根据权利要求1所述的能源综合回收利用系统，其特征在于：所述能源集成装置包括太阳能吸收回路和余热收集回路，所述太阳能吸收回路包括太阳能热量辐射蒸发冷凝器、串片式自然引风蒸发冷凝器、余热储备缓冲罐、回热自补偿装置；所述余热收集回路包括顺序连接的增焓热泵、高效板式冷热交换器、缓冲储液罐、多通道微间隙换热装置；其中余热储备缓冲罐联通回热自补偿装置，所述回热自补偿装置与所述多通道微间隙换热装置联通；所述串片式自然引风蒸发冷凝器位于太阳能辐射蒸发冷凝器上方。

3.根据权利要求1或2所述的能源综合回收利用系统，其特征在于：所述新离子电荷冷热交换装置，它包括等离子电源、电力核心传热件、换热板、蓄能储备板，所述等离子电源将交流电转换为直流电给电力核心传热件提供工作电源，电力核心传热件为半导体制冷片，电流经过电力核心传热件后，电力核心传热件将电能转化为热能向板面两侧释放热量或吸收热量，电力核心传热件上侧紧密接触连接换热板，下侧紧密接触连接蓄能储备板，所述的换热板设置有进水口、出水口、换热腔，换热介质通过进水口进入换热腔换热后，从出水口流出，蓄能储备板与电力核心传热件下侧进行换热，并储存热能或者冷能。

4.根据权利要求3所述的能源综合回收利用系统，其特征在于：所述新离子电荷冷热交换装置还包括预热板，预热板板面紧密接触连接等离子电源外壳，预热板为离子电源降温吸热，所述的预热板设置有依次连通的进口、循环水管、出口，出口通过阀门控制与换热板的进水口连通，进口与水源连通。

5.根据权利要求3所述的能源综合回收利用系统，其特征在于：所述的蓄能储备板包括高翅T2、散热腔、散热孔、鼓风机，高翅T2包括蓄热板和与蓄热板垂直固定连接的翅片，翅片多组平行设置，蓄热板内设置有均布的多组真空管腔，用以蓄能，翅片及蓄能储备板的边侧壳体设置有散热孔，多个翅片的散热孔设置在同一条直线上构成散热通道，散热通道与翅片垂直，散热通道为多组设置在同一水平面上，鼓风机设置在蓄能储备板下端，鼓风机将外部空气引入散热腔，通过散热通道将换热后的空气从蓄能储备板两边侧排出。

6.根据权利要求3所述的能源综合回收利用系统，其特征在于：所述的电力核心传热件还包括与半导体制冷片平行设置的半导体温差发电片，即与上侧换热板及下侧蓄能储备板接触面内，半导体制冷片和半导体温差发电片各占部分面积，半导体制冷片与等离子电源连接，半导体温差发电片与蓄电池连接，蓄电池用以供给该装置部分用电。