CN114199065A - 冷凝废热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种冷凝废热回收系统，涉及散热备技术领域，以在一定程度上解决冷凝器的废热无法得到回收利用，且回热器的出口仍需连接预热器产生额外资源损耗的技术问题。本发明提供的冷凝废热回收系统,包括动力件、预加热组件、集热组件以及冷凝组件；动力件将介质供入预加热组件中，预加热组件的第一出口端与集热组件的进口端相连通，集热组件的出口端与预加热组件的第一进口端相连通；冷凝组件的供热端与预加热组件相连通，且预加热组件的第二出口端与冷凝组件的进口端相连通，冷凝组件的出口端与动力件相连通。

Description

冷凝废热回收系统

技术领域

本发明涉及散热设备技术领域，尤其是涉及一种冷凝废热回收系统。

背景技术

两相流体回路是一种高效的散热系统，其利用工质的相变潜热将热量从热端传递到冷端，再通过水冷、风冷或其他方式将废热排散到环境中。其主要工作原理如下：机械泵首先驱动液体循环工质进入到换热器中，冷工质在换热器中被来自蒸发器的饱和流体加热，随后加热的流体流入到预热器，流体进一步被加热到饱和态并流入到蒸发器中。在蒸发器中，气液混合物吸收集热组件发热，蒸汽的质量分数进一步升高。为回收系统废热，气液混合物流入到换热器中，部分热量被传给了从泵侧过来的冷流体。最后，两相流体被传输到冷凝器，饱和流体释放热量变为过冷液体。

为保证蒸发器的正常工作，一般要求流入蒸发器的工质处于气液饱和态，这就要求必须通过加热手段使从泵中流出的冷流体升温至饱和态。一般的做法是通过回热器，使冷流体与来自蒸发器的饱和流体换热，但是受制于回热器结构和温差等因素，换热量不足以使冷流体进入饱和态，所以通常在回热器后还增加预热器，以对流体进行加热。而此种方式不仅消耗额外的资源，降低整个系统的效率，而且，冷凝器排散的废热也无法得到利用。

因此，急需提供一种冷凝废热回收系统，以在一定程度上解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷凝废热回收系统，以在一定程度上解决冷凝器的废热无法得到回收利用，且回热器的出口仍需连接预热器产生额外资源损耗的技术问题。

本发明提供的一种冷凝废热回收系统，包括动力件、预加热组件、集热组件以及冷凝组件；所述动力件将介质供入所述预加热组件中，所述预加热组件的第一出口端与所述集热组件的进口端相连通，所述集热组件的出口端与所述预加热组件的第一进口端相连通；所述冷凝组件的供热端与所述预加热组件相连通，且所述预加热组件的第二出口端与所述冷凝组件的进口端相连通，所述冷凝组件的出口端与所述动力件相连通。

其中，所述冷凝组件包括冷凝器和半导体制冷器；所述冷凝器的进口端与所述预加热组件的第二出口端相连通，所述冷凝器的出口端与所述动力件相连通；所述半导体制冷器的吸热面朝向所述冷凝器且与所述冷凝器相贴合，所述半导体制冷器的放热面与所述预加热组件相连通。

具体地，所述半导体制冷器连接有冷却组件，所述半导体制冷器的放热面与所述预加热组件之间设有热管。

进一步地，所述预加热组件包括回热器和预热器，所述动力件的出口端与所述回热器的第一进口端相连通，所述回热器的第一出口端与所述预热器的第一进口端相连通，所述预热器的第一出口端与所述集热组件的进口端相连通，所述集热组件的出口端与所述回热器的第二进口端相连通；所述热管的一端与所述半导体制冷器的放热面相连通，另一端与所述预热器的第二进口端相连通，所述回热器的第二出口端与所述冷凝器的进口端相连通。

其中，本发明提供的冷凝废热回收系统，还包括第一控制组件，所述第一控制组件用于检测所述预热器的出口端的过热度，并根据所述过热度调整所述预热器的加热片的电压。

具体地，所述第一控制组件包括第一检测件和第一控制器，所述第一控制器分别与所述第一检测件和所述预热器通讯连接；所述第一检测件能够检测所述预热器的出口端流出的介质温度，并将温度信号发送至所述第一控制器；所述第一控制器根据所述温度信号判断所述预热器的过热度，并控制所述预热器的加热片电压。

其中，本发明提供的冷凝废热回收系统，还包括第二控制组件，所述第二控制组件用于检测所述冷凝器的出口端内的过冷度，并根据所述过冷度调整所述半导体制冷器的电压。

具体地，所述第二控制组件包括第二检测件和第二控制器，所述第二控制器分别与所述第二检测件和所述冷凝器通讯连接；所述第二检测件能够检测所述冷凝器的出口端流出的介质温度，并将温度信号发送至所述第二控制器；所述第二控制器根据所述温度信号判断所述冷凝器的过冷度，并控制所述半导体制冷器的电压。

进一步地，所述冷凝器的出口端与所述动力件的进口端之间连接有储液罐。

更近一步地，所述动力件为机械泵，所述集热组件为蒸发器。

相对于现有技术，本发明提供的冷凝废热回收系统具有以下优势：

本发明提供的冷凝废热回收系统，包括动力件、预加热组件、集热组件以及冷凝组件；动力件将介质供入预加热组件中，预加热组件的第一出口端与集热组件的进口端相连通，集热组件的出口端与预加热组件的第一进口端相连通；冷凝组件的供热端与预加热组件相连通，且预加热组件的第二出口端与冷凝组件的进口端相连通，冷凝组件的出口端与动力件相连通。

由此分析可知，通过动力件能够将冷却介质供入预加热组件中，由于预加热组件与集热组件相连通，因此，吸收集热组件热量的冷却介质再次回流至预加热组件中对预加热组件内由动力件供入的冷却介质进行加热。但由于从集热组件回流至预加热组件内的冷却介质所携带的热量无法使动力件供入预加热组件内的冷却介质达到饱和态，因此，本申请通过将冷凝组件与预加热组件相连通，从而能够使冷凝组件的热量流向预加热组件中，进而协同由集热组件回流至预加热组件内携带热量的冷却介质对动力件供入的冷却介质进行加热，使冷却介质达到饱和状态。

因此，通过本申请提供的冷凝废热回收系统，能够利用冷凝废热对预加热组件内的冷却介质进行加热，从而使冷却介质达到饱和态，进而在一定程度上提高对集热组件的散热效果，并节省资源损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的冷凝废热回收系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的冷凝废热回收系统中第一控制组件的控制策略图；

图3为本发明实施例提供的冷凝废热回收系统中第二控制组件的控制策略图。

图中：1-机械泵；2-回热器；3-预热器；4-集热组件；5-冷凝器；6-半导体制冷器；7-热管；8-储液罐；9-冷却组件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。

为了易于描述，在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间关系术语，以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。

这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造，但是如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的，其他构造是可能。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

如图1所示，本发明提供一种冷凝废热回收系统，包括动力件、预加热组件、集热组件4以及冷凝组件；动力件将介质供入预加热组件中，预加热组件的第一出口端与集热组件4的进口端相连通，集热组件4的出口端与预加热组件的第一进口端相连通；冷凝组件的供热端与预加热组件相连通，且预加热组件的第二出口端与冷凝组件的进口端相连通，冷凝组件的出口端与动力件相连通。

相对于现有技术，本发明提供的冷凝废热回收系统具有以下优势：

本发明提供的冷凝废热回收系统，通过动力件能够将冷却介质供入预加热组件中，由于预加热组件与集热组件4相连通，因此，吸收集热组件4热量的冷却介质再次回流至预加热组件中对预加热组件内由动力件供入的冷却介质进行加热。但由于从集热组件4回流至预加热组件内的冷却介质所携带的热量无法使动力件供入预加热组件内的冷却介质达到饱和态，因此，本申请通过将冷凝组件与预加热组件相连通，从而能够使冷凝组件的热量流向预加热组件中，进而协同由集热组件4回流至预加热组件内携带热量的冷却介质对动力件供入的冷却介质进行加热，使冷却介质达到饱和状态。

因此，通过本申请提供的冷凝废热回收系统，能够利用冷凝废热对预加热组件内的冷却介质进行加热，从而使冷却介质达到饱和态，进而在一定程度上提高对集热组件4的散热效果，并节省资源损耗。

优选地，本申请中的动力件为机械泵1，能够将冷却介质泵入预加热组件中，所述的集热组件4为蒸发器，且以本申请提供的冷凝废热回收系统应用于大型的超级计算机中为例，蒸发器对计算机中嵌设有芯片的板卡进行散热，而芯片产生的热量由蒸发器内流通的冷却介质吸收。

由于热传递是由高温处向低温处传递，而本申请中冷凝器5的温度低于预加热组件，即预加热组件中的预热器3，从而需要实现热量的逆温度梯度传送，因此，本申请中的冷凝组件包括冷凝器5和半导体制冷器6；冷凝器5的进口端与预加热组件的第二出口端相连通，冷凝器5的出口端与动力件相连通；半导体制冷器6的放热面朝向冷凝器5，且与冷凝器5相贴合，半导体制冷器6的放热面与预加热组件相连通。

本申请中的半导体制冷器6的吸热面朝向冷凝器5设置并与冷凝器5相贴合，当半导体制冷器6通电后，吸热面能够吸收冷凝器5的热量，并将热量由吸热面传递至放热面，由于半导体制冷器6的放热面的温度高于预加热组件中的预热器3温度，因此能够使热量传递至预加热组件中，从而实现热量的逆温度梯度传送，进而实现对冷凝器5废热的利用。

而为保证较好地热量传递，优选地，本申请中半导体制冷器6的放热面与预加热组件之间设有热管7，通过热管7能够将半导体制冷器6的放热面产生的热量快速传递至预热器3中，从而能够在一定程度上保证预加热组件内流向集热组件4的冷却介质达到饱和态。

此处需要补充说明的是，本申请中半导体制冷器6与预热器3之间为导热连通，机械泵1与回热器2、回热器2与预热器3、预热器3与集热组件4、回热器2与冷凝器5以及冷凝器5与机械泵1之间均为介质连通。

在上述实施方式中，如图1所示，预加热组件包括回热器2和预热器3，动力件的出口端与回热器2的第一进口端相连通，回热器2的第一出口端与预热器3的第一进口端相连通，预热器3的第一出口端与集热组件4的进口端相连通，集热组件4的出口端与回热器2的第二进口端相连通；热管7的一端与半导体制冷器6的吸热面相连通，另一端与预热器3的第二进口端相连通，回热器2的第二出口端与冷凝器5的进口端相连通。

本申请提供的冷凝废热回收系统的冷却过程如下：

机械泵1将液态冷却介质由回热器2的第一进口端泵入回热器2中，集热组件4流出的气液混合态冷却介质由回热器2的第二进口端进入回热器2，并与对回热器2中的液态冷却介质进行加热，经过初步加热的冷却介质达到气液混合的未饱和态，并由回热器2的第一出口端进入预热器3中，通过预热器3再次加热。

由于半导体制冷器6通过热管7与预热器3的第二进口端相连通，因此，能够将冷凝器5的多余热量传递至预热器3，协助预热器3将未饱和态的气液混合冷却介质加热至饱和态，并由预热器3流向集热组件4中进行吸热。

吸热后的冷却介质再次回流至回热器2中，部分热量被由机械泵1泵入回热器2的液态冷却介质吸收，部分通过回热器2进入冷凝器5中进行冷却。

通过冷凝器5能够将气液混合冷却介质冷却至液态，并流向机械泵1，实现整体系统的冷却循环。

此处需要补充说明的是，由于冷凝器5产生的热量较多，且半导体冷凝器5吸收的热量无需全部流向预热器3中，因此，优选地，本申请中半导体制冷器6还连接有冷却组件9，通过冷却组件9能够将半导体制冷器6吸收的多余热量进行发散，从而能够保证整体循环系统的稳定。而本申请中的冷却组件9可以为采用风冷组件或水冷组件实现散热。

当本申请提供的冷凝废热回收系统用于计算机中时，由于计算机在不同情况下功耗不同，使得计算机的芯片所产生的热量会不断变化。因此，如图1结合图2所示，本发明提供的冷凝废热回收系统，还包括第一控制组件，第一控制组件用于检测预热器3的出口端的过热度，并根据过热度调整预热器3的加热片的电压。

通过第一控制组件对预热器3的出口端的过热度的检测，能够根据过热度调整预热器3加热片的电压，从而能够准确控制预热器3的加热温度，保证整体循环系统的温度稳定。

优选地，如图1结合图2所示，本申请中第一控制组件包括第一检测件和第一控制器，第一控制器分别与第一检测件和预热器3通讯连接；第一检测件能够检测预热器3的出口端流出的介质温度，并将温度信号发送至第一控制器；第一控制器根据温度信号判断预热器3的过热度，并控制预热器3的加热片电压。

此处需要补充说明的是，图2中预热器出口参数为预热器出口端的温度参数和压力参数。

通过第一控制组件控制预热器3出口温度的过程如下：

第一检测件检测预热器3出口端的温度，并将温度信号反馈至第一控制器中，第一控制器通过温度信号分析判断预热器3的过热度，当预热器3出口端的过热度小于设定值时，则增加预热器3的加热片的电压，从而提升预热器3对冷却介质的加热温度。

当预热器3的出口端的过热度在设定值和5K之间时，则第一控制器保持预热器3的加热片电压，从而能够使预热器3流出的冷却介质的温度保持稳定。

当预热器3的出口端的过热度大于5K时，则第一控制器减小预热器3的加热片电压，从而降低预热器3对冷却介质的加热温度。

此处需要补充说明的是，本申请中的第一检测件为温度传感器和压力传感器，通过对温度和压力的检测，能够根据冷却情况进行调整，从而保证整体系统的稳定性和冷却效果。

为进一步保证系统的循环稳定，如图1结合图3所示，本发明提供的冷凝废热回收系统，还包括第二控制组件，第二控制组件用于检测冷凝器5的出口端内的过冷度，并根据过冷度调整半导体制冷器6的电压。

通过第二控制组件对冷凝器5的出口端的过冷度的检测，能够根据过冷度调整半导体制冷器6的供电电压，从而能够准确控制半导体制冷器6的吸热效率，进而保证整体循环系统的温度稳定。

优选地，如图1结合图3所示，第二控制组件包括第二检测件和第二控制器，第二控制器分别与第二检测件和冷凝器5通讯连接；第二检测件能够检测冷凝器5的出口端流出的介质温度，并将温度信号发送至第二控制器；第二控制器根据温度信号判断冷凝器5的过冷度，并控制半导体制冷器6的电压。

此处需要补充说明的是，图3中冷凝器出口参数为冷凝器出口端的温度参数和压力参数。

通过第二控制组件控制冷凝器5的出口温度的过程如下：

第二检测件检测冷凝器5出口端的温度，并将温度信号反馈至第二控制器中，第二控制器通过温度信号分析判断冷凝器5的过冷度，当冷凝器5出口端的过冷度小于设定值时，则增加半导体制冷器6的供电电压，从而增加半导体制冷器6的吸热效率，进而降低冷凝器5的出口端的冷却介质温度。

当冷凝器5的出口端的过冷度在设定值和5K之间时，则第二控制器保持半导体制冷器6的供电电压，从而能够使冷凝器5流出的冷却介质的温度保持稳定。

当冷凝器5的出口端的过冷度大于5K时，则第二控制器减小半导体制冷器6的供电电压，从而减小半导体制冷器6的吸热效率，进而升高冷凝器5的出口端流出的冷却介质的温度。

此处需要补充说明的是，本申请中的第二检测件为温度传感器和压力传感器，通过对温度和压力的检测，能够根据冷却情况进行调整，从而保证整体系统的稳定性和冷却效果。

如图1所示，本申请中冷凝器5的出口端与动力件的进口端之间连接有储液罐8。

由于气泡进入机械泵1中容易造成机械泵1叶片的损坏，因此，在实际应用时，由冷凝器5流出的冷却介质首先进入到储液罐8中，由于气泡会浮于液面上，因此，能够在一定程度上保证由储液罐8流向机械泵1的冷却介质呈液态，进而保证机械泵1的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷凝废热回收系统，其特征在于，包括动力件、预加热组件、集热组件以及冷凝组件；

所述动力件将介质供入所述预加热组件中，所述预加热组件的第一出口端与所述集热组件的进口端相连通，所述集热组件的出口端与所述预加热组件的第一进口端相连通；

所述冷凝组件的供热端与所述预加热组件相连通，且所述预加热组件的第二出口端与所述冷凝组件的进口端相连通，所述冷凝组件的出口端与所述动力件相连通。

2.根据权利要求1所述的冷凝废热回收系统，其特征在于，所述冷凝组件包括冷凝器和半导体制冷器；

所述冷凝器的进口端与所述预加热组件的第二出口端相连通，所述冷凝器的出口端与所述动力件相连通；

所述半导体制冷器的吸热面朝向所述冷凝器，且与所述冷凝器相贴合，所述半导体制冷器的放热面与所述预加热组件相连通。

3.根据权利要求2所述的冷凝废热回收系统，其特征在于，所述半导体制冷器连接有冷却组件，所述半导体制冷器的放热面与所述预加热组件之间设有热管。

4.根据权利要求3所述的冷凝废热回收系统，其特征在于，所述预加热组件包括回热器和预热器，所述动力件的出口端与所述回热器的第一进口端相连通，所述回热器的第一出口端与所述预热器的第一进口端相连通，所述预热器的第一出口端与所述集热组件的进口端相连通，所述集热组件的出口端与所述回热器的第二进口端相连通；

所述热管的一端与所述半导体制冷器的放热面相连通，另一端与所述预热器的第二进口端相连通，所述回热器的第二出口端与所述冷凝器的进口端相连通。

5.根据权利要求4所述的冷凝废热回收系统，其特征在于，还包括第一控制组件，所述第一控制组件用于检测所述预热器的出口端的过热度，并根据所述过热度调整所述预热器的加热片的电压。

6.根据权利要求5所述的冷凝废热回收系统，其特征在于，所述第一控制组件包括第一检测件和第一控制器，所述第一控制器分别与所述第一检测件和所述预热器通讯连接；

所述第一检测件能够检测所述预热器的出口端流出的介质温度，并将温度信号发送至所述第一控制器；

所述第一控制器根据所述温度信号判断所述预热器的过热度，并控制所述预热器的加热片电压。

7.根据权利要求4所述的冷凝废热回收系统，其特征在于，还包括第二控制组件，所述第二控制组件用于检测所述冷凝器的出口端内的过冷度，并根据所述过冷度调整所述半导体制冷器的电压。

8.根据权利要求7所述的冷凝废热回收系统，其特征在于，所述第二控制组件包括第二检测件和第二控制器，所述第二控制器分别与所述第二检测件和所述冷凝器通讯连接；

所述第二检测件能够检测所述冷凝器的出口端流出的介质温度，并将温度信号发送至所述第二控制器；

所述第二控制器根据所述温度信号判断所述冷凝器的过冷度，并控制所述半导体制冷器的电压。

9.根据权利要求4所述的冷凝废热回收系统，其特征在于，所述冷凝器的出口端与所述动力件的进口端之间连接有储液罐。

10.根据权利要求1所述的冷凝废热回收系统，其特征在于，所述动力件为机械泵，所述集热组件为蒸发器。

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