CN110631120A

CN110631120A - 供热系统

Info

Publication number: CN110631120A
Application number: CN201810643666.7A
Authority: CN
Inventors: 梁少峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-31

Abstract

本发明公开了一种供热系统，供热单元装置包括：包括至少一个导热平面的容器，在导热平面上安装一个以上的工作时产热的半导体芯片；容器内用于储存液态导热介质，容器包括至少一个液态导热介质的输入口和至少一个液态导热介质的输出口；供热系统利用半导体芯片工作时产生的热量对容器内的液态导热介质进行加热并在容器的输出口输出加热后的所述液态导热介质实现供热。本发明能实现半导体芯片工作废热的再利用，提高能源的综合利用率；能实现将供热单元装置分布在地理与空间位置非常广阔的范围内，通过远程网络设备的控制很容易实现将所回收的热量以居民生活用热的形式就近供给居民使用。

Description

供热系统

技术领域

本发明涉及一种供热系统。

背景技术

在日常生活中，使用最多的供热系统包括热水器。现有热水器实现的技术原理包括：

1、依靠燃料与氧化剂的化学反应产生的热量对水进行加热，化学反应如天然气燃烧的氧化反应和燃料电池的电化学反应。

2、依靠电热元件如如电热丝和正温度系数热敏电阻(PTC)陶瓷通电后产生的热量对水进行加热。

3、依靠热泵将热源的热量收集起来对水进行加热。

4、收集自然界的热量如太阳热辐射对水进行加热。

5、混合使用上述几种技术对水进行加热。

上述热水器的功用都比较单一，只能对能量进行形式上的转换，比如把化学能转化为热能，或是将电能转化为热能，或是将辐射能转化为热能；或是对能量进行空间位置上的转移，比如热泵。这些热水器在实现热水功能时还能实现的其它功能有限，而且还是和能量有关，比如燃料电池热水器在产生热水的同时还能提供电力，比如热泵热水器在产生热水时还能提供冷源，具体请参考美国专利US9879881B2。

众所周知，由上述热水器产生的居民生活用热水在简单利用后都最终被当作生活废水排入下水道。即使有人利用热泵技术从下水道的生活废水中回收部分热量，由于下水道中的生活废水的热量品位较低，能被回收利用的热量的比例还是很小。最终在该过程中全社会还是有大量宝贵的能源只经过简单利用就被浪费掉。

与上述问题相对应的是，目前的计算机技术在利用电能驱动半导体芯片进行信息处理的中，所产生的大量热量无法被充分利用。目前有人尝试用热泵技术将大型数据中心中大量计算机服务器产生的低品位热量进行集中回收利用。但由于热泵技术自身的限制，其所能服务的居民必须居住于距离该数据中心较近的地理范围内，同时该技术对于非集中布置的计算机所产生的热量无法经济有效地加以回收利用的，具体请参考美国专利US9958882 B2。

此外还有人尝试过用服务器的散热排放出来的热空气，但其由于有空气流动噪音等问题，在实际应用中无法被放置在普通居民家中而不对居民的正常生活起居产生干扰。并且考虑到热空气并非居民生活在各个季节都需要的，因此这种方案在夏天将不能有效服务居民，并且对居民正常生活起居产生干扰，具体请参考美国专利申请US20120158190 A1。

上述情况综合起来就形成了一种矛盾的局面：一方面，为了产生往往只经过简单利用便被排入下水道的居民生活用热水，现有的热水器消耗了大量宝贵能源。另一方面，现有的算机在利用半导体芯片完成信息处理任务的同时消耗了大量宝贵能源，其所产生的大量热量被直接浪费掉，无法被经济有效地回收利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种供热系统，能基于半导体芯片加热实现，从而能实现半导体芯片工作废热的再利用，提高能源的综合利用率。

为解决上述技术问题，本发明提供的供热系统包括一个以上的供热单元装置，所述供热单元装置包括：

容器，所述容器包括至少一个导热平面，在所述导热平面上安装一个以上的工作时产热的半导体芯片。

所述容器内用于储存液态导热介质，所述容器包括至少一个液态导热介质的输入口和至少一个液态导热介质的输出口。

供热系统利用所述半导体芯片工作时产生的热量对所述容器内的液态导热介质进行加热并在所述容器的输出口输出加热后的所述液态导热介质实现供热。

进一步的改进是，所述半导体芯片包括具有运算能力的第一种半导体芯片和具有电流转换能力的第二种半导体芯片。

进一步的改进是，所述供热单元装置还包括设置在所述容器的外周的保温层，所述保温层将所述容器和所述半导体芯片包裹。

进一步的改进是，所述供热系统还包括设置在所述供热单元装置外部的外部控制装置，所述外部控制装置包括：用户操作单元、控制单元、用电计量单元、通信单元和存储单元。一个所述外部控制装置控制一个以上的所述供热单元装置，一个所述外部控制装置和对应控制的各所述供热单元装置组成供热子系统。

进一步的改进是，温度传感器设置在所述容器内靠近输出口的位置处，用于检测所述供热单元装置输出的所述液态导热介质的温度。

进一步的改进是，在所述第二种半导体芯片和所述容器的导热平面之间夹有一个电气绝缘层。

进一步的改进是，所述第二种半导体芯片的工作时的温度高于所述第一种半导体芯片的工作温度，所述第一种半导体芯片和所述容器的输入口距离小于所述第二种半导体芯片和所述容器的输入口距离，所述第一种半导体芯片和所述容器的输出口距离大于所述第二种半导体芯片和所述容器的输出口距离。

进一步的改进是，所述容器的形状为罐体结构或管状结构。

进一步的改进是，所述第二种半导体芯片通过电气连线和外部电源电压连接，所述第二种半导体芯片将外部电源电压进行电流转换形成对人体无害的内部电源电压，所述内部电源电压低于所述外部电源电压，所述内部电源电压提供给所述第一种半导体芯片、所述通信单元和所述存储单元使用。

进一步的改进是，所述控制单元分别和所述用户操作单元、所述用电计量单元、所述通信单元、所述温度传感器、所述第一种半导体芯片和所述第二种半导体芯片连接。

所述控制单元获取所述供热单元装置的状态信息，所述供热单元装置的状态信息包括所述温度传感器和所述用电计量单元采集的信息。

所述用户操作单元向用户显示所述供热单元装置的状态信息以及供用户输入控制信号。

所述控制单元通过所述通信单元向外部通信网络上的远程网络设备提供所述供热单元装置的状态信息以及接收所述远程网络设备发送的控制信号。

所述控制单元根据所述供热单元装置的状态信息以及所述用户操作单元输入的控制信号或所述远程网络设备发送的控制信号控制所述第一种半导体芯片和所述第二种半导体芯片的工作状态。

进一步的改进是，所述第一种半导体芯片从所述存储单元处获得数据与程序并进行运算以及把运算结果放回所述存储单元；所述存储单元通过所述通信单元和外部通信网络上的远程网络设备交换信息。

进一步的改进是，由所述第一种半导体芯片、所述第二种半导体芯片、所述存储单元和所述通信单元形成一个数据处理单元，由一个以上的所述数据处理单元组成一个数据处理中心；不同的所述数据处理中心根据需要设置在不同的地理位置上。

进一步的改进是，一个所述供热单元装置和至少一个所述数据处理单元对应，一个所述数据处理中心包括一个以上所述供热单元装置，各所述供热单元装置之间呈独立结构或并联结构；由各所述数据处理中心的所有所述供热单元装置组成在地理位置上呈分布式结构布置的供热系统。

进一步的改进是，所述用电计量单元和外部电源连接，用于对所述供热单元装置所消耗的电能进行计量。

进一步的改进是，所述供热系统根据所述供热单元装置所分布的位置就近为用户供热。

本发明供热系统的供热单元装置直接和半导体芯片结合进行设置，将产热的半导体芯片设置在供热单元装置的容器的导热平面上，这样能将半导体芯片工作时产生的热量对容器内的液态导热介质进行加热并在容器的输出口输出加热后的液态导热介质实现供热，所以能实现半导体芯片工作废热的再利用，而且在实现对外供热的同时实现对半导体芯片的冷却，所以本发明最后能提高能源的综合利用率。

另外，本发明的供热单元装置和半导体芯片直接结合设置的技术方案，且供热单元装置能同时实现现场和远程的状态监控和控制，能够根据半导体芯片的分布布置对供热单元装置进行分布布置，能够实现将在地理上呈分布式布置的供热单元装置一起组成供热系统，所以本发明供热系统能被分散布置在地理与空间位置非常广阔的范围内，通过远程网络设备的控制很容易实现将所回收的热量以居民生活用热如热水的形式就近供给居民使用，避免了现有大型数据中心集中式热量回收系统无法满足大范围远距离居民使用的缺点。

另外，本发明实现的在地理上呈分布式布置供热单元装置一起组成供热系统中，各供热单元装置能和各家庭用户的数据处理单元相结合，实现一家一户的供热单元装置结构，组成包括了多个一家一户的供热单元装置的供热系统。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例供热系统的供热单元装置的结构示意图；

图2是本发明实施例供热单元装置外部的安装部件的示意图；

图3是一个数据处理中心的示意图；

图4是本发明实施例中一个数据处理中心中设置的供热单元装置的示意图；

图5是本发明实施例供热系统的供热单元装置呈分布式布置的整体结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例供热系统401的供热单元装置1的结构示意图；如图2所示，是本发明实施例供热单元装置1外部的安装部件的示意图；本发明实施例供热系统401的包括一个以上的供热单元装置1，所述供热单元装置1包括：

容器2，所述容器2包括至少一个导热平面2a，在所述导热平面2a上安装一个以上的工作时产热的半导体芯片。

所述容器2内用于储存液态导热介质，所述容器2包括至少一个液态导热介质的输入口3a和至少一个液态导热介质的输出口3b。

供热系统401利用所述半导体芯片工作时产生的热量对所述容器2内的液态导热介质进行加热并在所述容器2的输出口3b输出加热后的所述液态导热介质实现供热。图1中，所述容器2的输出口3b设置比输入口3a高的位置，能够利用所述液态导热介质的自然重力实现对流，实现更好的供热效果。

本发明实施例中，所述液态导热介质为水，这样所述供热系统401就为供热水装置，也即热水器。所述容器2的形状为罐体结构或管状结构；其中管状结构方便于各供热单元装置1之间的并联，并联后能提高单位时间输出热水的数量。在其它实施例中，所述液态导热介质也能为其它物质，如油，乙二醇和丙二醇等。

本发明实施例中，所述半导体芯片包括具有运算能力的第一种半导体芯片4a和具有电流转换能力的第二种半导体芯片4b。

各所述半导体芯片具备至少两个平面，各所述半导体芯片通过一个平面安装到所述容器2的导热平面2a上。在所述第二种半导体芯片4b和所述容器2的导热平面2a之间夹有一个电气绝缘层2b。

所述第二种半导体芯片4b的工作时的温度高于所述第一种半导体芯片4a的工作温度，所述第一种半导体芯片4a和所述容器2的输入口3a距离小于所述第二种半导体芯片4b和所述容器2的输入口3a距离，所述第一种半导体芯片4a和所述容器2的输出口3b距离大于所述第二种半导体芯片4b和所述容器2的输出口3b距离。

所述供热单元装置1还包括设置在所述容器2的外周的保温层5，所述保温层5将所述容器2和所述半导体芯片包裹。

所述保温层5设置有至少一个通孔，所述通孔供所述容器2的输入口3a和输出口3b以及所述半导体芯片的电气连线3c通过。

所述供热系统还包括设置在所述供热单元装置1外部的外部控制装置，所述外部控制装置包括：用户操作单元101、控制单元102、用电计量单元104、通信单元106和存储单元105。一个所述外部控制装置控制一个以上的所述供热单元装置1，一个所述外部控制装置和对应控制的各所述供热单元装置1组成供热子系统；所述供热子系统形成一个独立的设备结构，能单独工作，也能作为分布式结构的所述供热系统的一部分工作。

所述温度传感器103设置在所述容器2内靠近输出口3b的位置处，用于检测所述供热单元装置1输出的所述液态导热介质的温度。

在所述供热单元装置1外部设置有一个硬质外壳6，所述硬质外壳6保护内部设置的所述供热单元装置1以及对应的所述用户操作单元101、所述控制单元102、所述用电计量单元104、所述通信单元106和所述存储单元105。其中，所述用户操作单元101的显示部分和输入部分需要位于所述硬质外壳6外部，以便用户的使用。

本发明实施例中，所述第一种半导体芯片4a从所述存储单元105处获得数据与程序并进行运算以及把运算结果放回所述存储单元105；所述存储单元105通过所述通信单元106和外部通信网络上的远程网络设备107交换信息。也即本发明实施例的所述第一种半导体芯片4a为会进行大量运算从而会产生大量热量的处理器芯片。

本发明实施例中，所述第二种半导体芯片4b通过电气连线3c和外部电源电压连接，所述第二种半导体芯片4b将外部电源电压进行电流转换形成对人体无害的内部电源电压如12V或24V，所述内部电源电压低于所述外部电源电压，所述内部电源电压提供给所述第一种半导体芯片4a、所述通信单元106和所述存储单元105使用。也即本发明实施例的所述第二种半导体芯片4b为会工作时会有大电流流动从而会产生大量热量的电源芯片。

如图2所示，所述控制单元102分别和所述用户操作单元101、所述温度传感器103、所述用电计量单元104、所述通信单元106、所述第一种半导体芯片4a和所述第二种半导体芯片4b连接。

所述控制单元102获取所述供热单元装置1的状态信息，所述供热单元装置1的状态信息包括所述温度传感器103和所述用电计量单元104采集的信息。本发明实施例中，所述用电计量单元104和外部电源连接，用于对所述供热单元装置1所消耗的电能进行计量。

所述用户操作单元101向用户显示所述供热单元装置1的状态信息以及供用户输入控制信号。

所述控制单元102通过所述通信单元106向外部通信网络上的远程网络设备107提供所述供热单元装置1的状态信息以及接收所述远程网络设备107发送的控制信号。

所述控制单元102根据所述供热单元装置1的状态信息以及所述用户操作单元101输入的控制信号或所述远程网络设备107发送的控制信号控制所述第一种半导体芯片4a和所述第二种半导体芯片4b的工作状态。本发明实施例中，所述控制单元102是根据得到的状态信息和控制信号再经过预置的控制逻辑处理得到对所述第一种半导体芯片4a和所述第二种半导体芯片4b的控制信号，从而控制所述第一种半导体芯片4a和所述第二种半导体芯片4b的工作状态。

由所述第一种半导体芯片4a、所述第二种半导体芯片4b、所述存储单元105和所述通信单元106形成一个数据处理单元201。

如图3所示，是一个数据处理中心的示意图；由一个以上所述数据处理单元201组成一个数据处理中心；不同的所述数据处理中心根据需要设置在不同的地理位置上。所述数据处理中心一般对应于大数据、云计算或超级计算机的数据处理中心，一个所述数据处理中心中包括了很多服务器计算机即所述数据处理单元201，在工作过程中会消耗大量电能并会产生大量热量。不同的所述数据处理中心之间的地理位置能在同一城市，也能设置在不同城市，根据需要设置，不同的所述数据处理中心之间通过互联网连接。

如图4所示，是本发明实施例中一个数据处理中心中设置的供热单元装置的示意图；本发明实施例中，一个所述供热单元装置1和至少一个所述数据处理单元201对应，一个所述数据处理中心包括一个以上所述供热单元装置1，各所述供热单元装置1之间呈独立结构或并联结构。

如图5所示，是本发明实施例供热系统的供热单元装置呈分布式布置的整体结构示意图，由各所述数据处理中心的所有所述供热单元装置1组成在地理位置上呈分布式结构布置的供热系统401。所有所述供热单元装置1能通过互联网302连接在一起，并实现远程监控所有的所述供热单元装置1。所述供热系统401根据所述供热单元装置1所分布的位置就近为用户供热。

本发明实施例供热系统401的供热单元装置1直接和半导体芯片结合进行设置，将产热的半导体芯片设置在供热单元装置1的容器2的导热平面2a上，这样能将半导体芯片工作时产生的热量对容器2内的液态导热介质进行加热并在容器2的输出口3b输出加热后的液态导热介质实现供热，所以能实现半导体芯片工作废热的再利用，而且在实现对外供热的同时实现对半导体芯片的冷却，所以本发明实施例最后能提高能源的综合利用率。

另外，本发明实施例的供热单元装置1和半导体芯片直接结合设置的技术方案，且供热单元装置1能同时实现现场和远程的状态监控和控制，能够根据半导体芯片的分布布置对供热单元装置1进行分布布置，能够实现将在地理上呈分布式布置的供热单元装置1一起组成供热系统401，所以本发明实施例供热系统401能被分散布置在地理与空间位置非常广阔的范围内，通过远程网络设备107的控制很容易实现将所回收的热量以居民生活用热如热水的形式就近供给居民使用，避免了现有大型数据中心集中式热量回收系统无法满足大范围远距离居民使用的缺点。

另外，本发明实施例中，所述数据处理中心由一个以上所述数据处理单元201组成，一个所述数据处理中心包括一个以上所述供热单元装置1，故本发明实施例能覆盖仅包括有一个所述数据处理单元201的家庭用户，实现一家一户的供热单元装置结构，从而能组成包括了多个一家一户的供热单元装置的供热系统。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种供热系统，其特征在于，供热系统包括一个以上的供热单元装置，所述供热单元装置包括：

容器，所述容器包括至少一个导热平面，在所述导热平面上安装一个以上的工作时产热的半导体芯片；

所述容器内用于储存液态导热介质，所述容器包括至少一个液态导热介质的输入口和至少一个液态导热介质的输出口；

所述供热系统利用所述半导体芯片工作时产生的热量对所述容器内的液态导热介质进行加热并在所述容器的输出口输出加热后的所述液态导热介质实现供热。

2.如权利要求1所述的供热系统，其特征在于：所述半导体芯片包括具有运算能力的第一种半导体芯片和具有电流转换能力的第二种半导体芯片。

3.如权利要求2所述的供热系统，其特征在于：所述供热单元装置还包括设置在所述容器的外周的保温层，所述保温层将所述容器和所述半导体芯片包裹。

4.如权利要求2所述的供热系统，其特征在于：所述供热系统还包括设置在所述供热单元装置外部的外部控制装置，所述外部控制装置包括：用户操作单元、控制单元、用电计量单元、通信单元和存储单元；

一个所述外部控制装置控制一个以上的所述供热单元装置，一个所述外部控制装置和对应控制的各所述供热单元装置组成供热子系统。

5.如权利要求4所述的供热系统，其特征在于：温度传感器设置在所述容器内靠近输出口的位置处，用于检测所述供热单元装置输出的所述液态导热介质的温度。

6.如权利要求2所述的供热系统，其特征在于：在所述第二种半导体芯片和所述容器的导热平面之间夹有一个电气绝缘层。

7.如权利要求2所述的供热系统，其特征在于：所述第二种半导体芯片的工作时的温度高于所述第一种半导体芯片的工作温度，所述第一种半导体芯片和所述容器的输入口距离小于所述第二种半导体芯片和所述容器的输入口距离，所述第一种半导体芯片和所述容器的输出口距离大于所述第二种半导体芯片和所述容器的输出口距离。

8.如权利要求1所述的供热系统，其特征在于：所述容器的形状为罐体结构或管状结构。

9.如权利要求5所述的供热系统，其特征在于：所述第二种半导体芯片通过电气连线和外部电源电压连接，所述第二种半导体芯片将外部电源电压进行电流转换形成对人体无害的内部电源电压，所述内部电源电压低于所述外部电源电压，所述内部电源电压提供给所述第一种半导体芯片、所述通信单元和所述存储单元使用。

10.如权利要求5所述的供热系统，其特征在于：所述控制单元分别和所述用户操作单元、所述用电计量单元、所述通信单元、所述温度传感器、所述第一种半导体芯片和所述第二种半导体芯片连接；

所述控制单元获取所述供热单元装置的状态信息，所述供热单元装置的状态信息包括所述温度传感器和所述用电计量单元采集的信息；

所述用户操作单元向用户显示所述供热单元装置的状态信息以及供用户输入控制信号；

所述控制单元通过所述通信单元向外部通信网络上的远程网络设备提供所述供热单元装置的状态信息以及接收所述远程网络设备发送的控制信号；

11.如权利要求5或10所述的供热系统，其特征在于：所述第一种半导体芯片从所述存储单元处获得数据与程序并进行运算以及把运算结果放回所述存储单元；所述存储单元通过所述通信单元和外部通信网络上的远程网络设备交换信息。

12.如权利要求11所述的供热系统，其特征在于：由所述第一种半导体芯片、所述第二种半导体芯片、所述存储单元和所述通信单元形成一个数据处理单元，由一个以上的所述数据处理单元组成一个数据处理中心；不同的所述数据处理中心根据需要设置在不同的地理位置上。

13.如权利要求12所述的供热系统，其特征在于：一个所述供热单元装置和至少一个所述数据处理单元对应，一个所述数据处理中心包括一个以上所述供热单元装置，各所述供热单元装置之间呈独立结构或并联结构；由各所述数据处理中心的所有所述供热单元装置组成在地理位置上呈分布式结构布置的供热系统。

14.如权利要求1或10所述的供热系统，其特征在于：所述用电计量单元和外部电源连接，用于对所述供热单元装置所消耗的电能进行计量。

15.如权利要求13所述的供热系统，其特征在于：所述供热系统根据所述供热单元装置所分布的位置就近为用户供热。