一种智能废热回收利用系统

本发明涉及热电，尤其涉及一种智能废热回收利用系统。

背景技术：

1、人们平时生活普遍使用的电子设备给人们带来了很大的方便，所以现在人们最热门的研究科目之一就是电子设备的性能提高。电子设备的冷却是非常重要的，由于高温所导致的电能损失也愈发受到重视。随着经济技术的迅速发展，能源的消费总量越来越多。余热作为一次能源在生产过程中产生的二次能源，资源丰富，形式多样，占燃料消耗总量比例大。近来被认为是同煤、石油、天然气、水力有着相同开发利用价值的常规能源。电子设备热量传输的过程中包含了热传导、热对流和热辐射3种方式，其中从发热元件到散热器的热传导以及从散热器到周围环境的热对流为主要的热量传输方式。因此电子设备的散热设计主要从这两方面入手，常见的散热方式按其从散热器带走热量的方式不同可分为主动散热、被动散热及热电冷却等。其中，被动散热主要包括常见的自然对流，间接接触的气液、固液相变冷却，及直接接触的浸没式液体冷却和相变冷却等；主动散热则主要包括常见的强迫风冷散热、强迫液冷等方式。传统的电子设备散热设备一般都采用风冷或者水冷，其中风冷翅片散热器分为两个部分，和热源直接接触的部分叫做翅片散热器，它负责将热源发出的热量引出，风扇则用来给散热器强制对流冷却降温，风冷翅片散热器的冷却效果与使用的散热器的结构密切相关。影响风冷的效果的另一个因素就是风速，风速越大，散热器的热阻越小，但是流动阻力越大，其散热能力受到限制，风速超过一定数值之后再提高已无多大意义且不能将温度降至室温以下。水冷装置通常由散热器、水管以及一个水泵组成，这样可以充分发挥水冷的优势，带走更多热量。同时因为水冷系统没有风扇，所以噪音较小。但是水冷系统的价格比较昂贵，水在密闭状态下容易产生水垢、变质，在使用过程中还要完全杜绝漏水、断水等情况的发生，该系统结构复杂、零部件较多，体积、重量明显大于风冷散热，因此对其应用环境有一定限制。

2、热电技术是一种实现热能和电能直接转换的新兴技术，利用半导体材料的帕尔贴效应与塞贝克效应，即电流流经两种不同材料界面时，将从外界吸收或放出热量。近年来随着半导体材料制造技术的发展，热电冷却方式发展迅速。热电冷却的制冷端能够将热源温度控制到环境温度以下，这是常规的风冷、自然冷却甚至液冷无法做到的。热电制冷利用电能实现小范围的高效快速制冷。该技术具有无振动、无噪声、安全可靠等优点，在废热发电、冰箱制冷等方面具有广泛的应用场景。热电技术的塞贝克效应是在热电片两端产生温差的时候，其回路里会产生电流的一种效应。热电发电器可以将低品位热量转化为电能。热电发电器是以两端温差发电，温差越大，发电性能越高。热电发电器产生的电量可以为所需的功率范围从微瓦(μw)级别到瓦(w)级别的电子设备提供电量支撑。热电技术的塞贝克效应可以有效利用生活和工业中的大量的余热、废热等进行发电，实现能量二次利用，进而提高能量利用率，例如应用于人体皮肤的余热回收、燃烧室的余热回收等。

3、现阶段研究往往只针对于热电技术的帕尔贴效应对热源进行制冷，系统的废热直接以耗散的形式散发出去或是只针对于热电技术的塞贝克效应进行余热回收，然而虽然热电的塞贝克效应可以降低热源的温度，但其总的散热能力受限于冷端的散热能力，其制冷效果远远不及热电的帕尔贴效应。因此，缺少针对两个效应之间进行转换的研究以及利用两个效应之间的相互转换实现高精度的温度控制。

技术实现思路

1、为了克服上述不足之处，本发明的目的是提供一种智能废热回收利用系统，该系统在热源温度较低时连接热电发电低温回路进行余热回收，温度较高时连接热电制冷高温回路实现对热源进行制冷。当热源温度较低时，连通低温回路，热电片产生塞贝克效应，此时贴附在废热源的热电表面作为热电发电器的热端，空气侧作为冷端，空气侧的风扇创造强制对流环境以强化换热，此时可以将系统的废热进行余热回收，实现热能转换成电能，以供其他耗电装置运行。随着废热源温度逐渐升高，超过温度控制模块设定的温度时，此时低温回路的温控开关断开，高温回路的温控开关闭合，热电片在直流电源的驱动下产生帕尔贴效应，贴附在废热源一侧的热电表面作为冷端，空气侧作为热端，在空气强制对流的环境下，冷端被冷却到比空气侧低很多的温度，实现对热源的冷却。反之当热源温度逐渐降低时，系统由高温回路切换为低温回路，热电片由对热源的制冷转换为利用热源的废热进行发电。

2、本发明的技术方案是这样实现的：实现废热智能回收和对热源制冷的系统，包括热电模块，温度智能识别控制装置，该系统包括能感受外界环境中待测温度变化并对电路进行控制的温度智能识别控制装置；当外界环境温度高于设定温度时温度智能识别控制装置产生冷量，当外界环境温度低于设定温度时温度智能识别控制装置启动可以废热利用的热电模块进行热电转换。

3、所述热电模块由热电片、平板散热器和风扇组成，所述热电片与平板散热器贴附且之间填充导热介质，所述热电模块靠近废热源，所述热电模块和废热源中间也填充有导热介质，热电片外有隔热密封圈。

4、所述热电片制冷端贴近废热源，其另一端贴近平板散热器，所述平板散热器采用风扇对其进行空气强制对流散热。

5、所述温度智能识别控制装置包括第一温控开关和第二温控开关，所述第一温控开关和第二温控开关都带有测温探头，测温探头的精度大于±2℃。所述测温探头贴附在废热源的表面。所述高温回路的温控开关和低温回路的温控开关都附有温度探头，温度探头贴附在热源的表面。

6、所述温度智能识别控制装置包括所述第一温控开关和第二温控开关组成的并联电路，第一温控开关设定为低于设定温度t1时开关闭合，第二温控开关设定为高于设定温度t1时开关闭合，所述废热源温度t0高于设定温度t1时，接通高温回路，高温回路温控开关也就是第二温控开关闭合，此时所述热电片将会产生塞贝克效应，利用废热发电，所述废热源温度t0低于设定温度t1时，接通低温回路，低温回路温控开关也就是第一温控开关闭合，此时热电片将在直流电源的作用下，产生佩尔捷效应进行制冷。

7、本发明具有以下优点：

8、1.本发明能够将热源温度控制到环境温度以下，这是常规的风冷、自然冷却甚至液冷无法做到的。

9、2.本发明不仅可以实现对热源的精准控温，也可以进行余热回收，实现能量的二次利用。

10、3.本发明整套装置不仅体积小、重量轻、可持续、就可实现热能回收，也能提高电子设备的使用寿命。

11、4.热电模块加载方便，仅需要将热电块附着在热源表面，寿命长，结构简单，维修方便，通过温度检测和控制手段，可实现高精度的温度控制。

12、5.半导体制冷片热惯性非常小，制冷时间很快。

13、本发明填补了目前研究当中针对热电片的塞贝克热发电效应和帕尔贴效应研究单一的问题。在同样一个热电片的情况下，既可以利用热电技术的帕尔贴效应对热源进行制冷，也可以针对于热电技术的塞贝克效应对废热源进行余热回收。热电技术结合温度传感器控制装置既可以实现对热源的散热以及余热回收，还可以实现高精度的温度控制。

技术特征：

1.一种智能废热回收利用系统，其特征在于，该系统包括能感受外界环境中待测温度变化并对电路进行控制的温度智能识别控制装置；当外界环境温度高于设定温度时温度智能识别控制装置产生冷量，当外界环境温度低于设定温度时温度智能识别控制装置启动可以废热利用的热电模块(2)进行热电转换。

2.如权利要求1所述智能废热回收利用系统，其特征在于，所述热电模块(2)由热电片(9)、平板散热器(8)和风扇(7)组成，所述热电片(9)与平板散热器(8)之间填充导热介质，所述热电模块(2)靠近废热源(1)，所述热电模块(2)和废热源(1)中间也填充有导热介质。

3.如权利要求2所述智能废热回收利用系统，其特征在于，所述热电片(9)外有隔热密封圈。

4.如权利要求2所述智能废热回收利用系统，其特征在于，所述温度智能识别控制装置包括第一温控开关(3)和第二温控开关(4)，所述第一温控开关(3)和第二温控开关(4)都带有测温探头(6)，所述测温探头(6)贴附在废热源(1)的表面。

5.如权利要求4所述智能废热回收利用系统，其特征在于，所述温度智能识别控制装置包括所述第一温控开关(3)和第二温控开关(4)组成的并联电路，第一温控开关(3)设定为低于设定温度t1时开关闭合，第二温控开关(4)设定为高于设定温度t1时开关闭合，所述废热源(1)温度t0高于设定温度t1时，接通高温回路，第二温控开关(4)闭合，此时所述热电片(9)将会产生塞贝克效应，利用废热发电，所述废热源(1)温度t0低于设定温度t1时，接通低温回路，第一温控开关(3)闭合，此时热电片(9)将在直流电源(5)的作用下，产生佩尔捷效应进行制冷。

6.如权利要求5所述智能废热回收利用系统，其特征在于，所述热电片(9)制冷端贴近废热源(1)，其另一端贴近平板散热器(8)，所述平板散热器(8)采用风扇(7)对其进行空气强制对流散热。

7.如权利要求4所述智能废热回收利用系统，其特征在于，所述测温探头(6)的精度大于±2℃。

技术总结
本发明涉及热电技术领域，尤其涉及一种智能废热回收利用系统包括：能感受外界环境中待测温度变化并对电路进行控制的温度控制部分、当外界环境温度高于设定温度模块产生冷量，当外界环境温度低于设定温度模块进行废热利用的热电转换部分。本系统通用灵活，可以装备在现有的需要实现高精度温度控制的服务器上，使其降低耗电量，提高稳定性。

技术研发人员：马挺,庄柠,王秋旺
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15