回收部件表面散热的蒸发换热器及家用微型热电联产装置

摘要

本发明涉及一种回收部件表面散热的蒸发换热器及家用微型热电联产装置，该蒸发换热器用于家用微型热电联产装置中部件表面散热的回收，所述的蒸发换热器设置在家用微型热电联产装置的封闭箱体中，所述的蒸发换热器包括蒸发段和冷凝段，所述的蒸发段上有相互联络的流体通道，所述的流体通道中充填用于吸收部件表面散热的工质，所述的冷凝段设置于家用微型热电联产装置的回水管路上，所述的蒸发段与冷凝段间通过工质交换管路连通。与现有技术相比，本发明蒸发换热器用于家用微型热电联产装置中部件表面散热的回收，既增加了回收热量，又避免了原动机进气作为冷却介质导致发电能力衰减和能效下降的问题。

权利要求

1.一种回收部件表面散热的蒸发换热器，其特征在于，该蒸发换热器(1)用于家用微型热电联产装置(2)中部件表面散热的回收，所述的蒸发换热器(1)设置在家用微型热电联产装置(2)的封闭箱体(21)中，所述的蒸发换热器(1)包括蒸发段(11)和冷凝段(12)，所述的蒸发段(11)上有相互联络的流体通道(13)，所述的流体通道(13)中充填用于吸收部件表面散热的工质，所述的冷凝段(12)设置于家用微型热电联产装置(2)的回水管路(14)上，所述的蒸发段(11)与冷凝段(12)间通过工质交换管路(15)连通，所述的蒸发段(11)大小与家用微型热电联产装置(2)的封闭箱体(21)相匹配，所述的蒸发段(11)置于所述的封闭箱体(21)后将该封闭箱体(21)分隔成两部分，分别用于安装家用微型热电联产装置(2)的电控部件与动力部件。

2.根据权利要求1所述的一种回收部件表面散热的蒸发换热器，其特征在于，所述的冷凝段(12)设置在蒸发段(11)上方，所述的工质交换管路(15)的入口安装高度高于出口安装高度。

3.根据权利要求1所述的一种回收部件表面散热的蒸发换热器，其特征在于，所述的蒸发段(11)表面为板状。

4.根据权利要求1所述的一种回收部件表面散热的蒸发换热器，其特征在于，所述的流体通道(13)为呈网格状。

5.根据权利要求1所述的一种回收部件表面散热的蒸发换热器，其特征在于，所述的冷凝段(12)包括套管式热交换器、板式热交换器中的任意一种。

6.一种家用微型热电联产装置，包括封闭箱体(21)以及设置其中的电控部件与动力部件，所述的电控部件连接所述的动力部件，其特征在于，该装置还包括权利要求1～5任意一项所述的蒸发换热器(1)，所述的蒸发换热器(1)设置在封闭箱体(21)中将所述的封闭箱体(21)分隔成两个腔体，所述的电控部件与动力部件分别安装在两个腔体中。

7.根据权利要求6所述的一种家用微型热电联产装置，其特征在于，所述的动力部件包括回水预热器(22)、缸套水换热器(23)、原动机(24)、烟气换热器(25)和发电机(26)，所述的回水预热器(22)、缸套水换热器(23)、原动机(24) 和烟气换热器(25)依次连接形成热水供水回路，所述的原动机(24)还和发电机(26)连接形成发电线路。

8.根据权利要求7所述的一种家用微型热电联产装置，其特征在于，所述的电控部件包括控制热水供水回路中各子部件运作的电控制器以及用于发电线路并网的并网控制器。

9.根据权利要求7所述的一种家用微型热电联产装置，其特征在于，所述的原动机(24)包括内燃机、斯特林发动机和燃料电池中的一种，所述的发电机(26)包括永磁发电机或异步感应发电机中的一种。

说明书

回收部件表面散热的蒸发换热器及家用微型热电联产装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种蒸发换热器及家用微型热电联产装置，尤其是涉及一种回收部件表面散热的蒸发换热器及家用微型热电联产装置。

背景技术

[0002] 分布式供能系统(Distributed Energy System,DEC)是一种具备多元输入、多元输出能力的能源联产综合利用系统，其建立在能源梯级利用的概念基础上，集发电、供热、
制冷为一体，与传统的集中式供能系统相比优势明显。而热电联供(CHP)系统则是分布式能
源中最为典型、最具活力、也是最具实用价值的供能形式之一，其应用最早起源于19世纪80
年代的美国。CHP系统充分实现了对不同品位能源的利用，应用原理在于“温度对口、梯级利
用”，其将发电系统以小规模、分散的形式布置于用户侧，利用燃料在发电机组内燃烧产生
高温高压气体并推动原动机做功，产出高品位的电能，做功后的中高温烟气经余热回收后
满足用户供暖(冷)、供热水等需求。

[0003] 相对于传统分供系统，热电联供系统在能源利用、环境保护、经济投资等多方面均具有很大优势：

[0004] 1、能源利用效率高：

[0005] 热电联供系统将高品位的电能需求与低品位的热(冷)需求进行有效地统一，实现了能源的梯级利用，因此能源的综合利用效率高达70％～80％，其中微型热电联供系统
(Micro‑CHP)的总效率甚至可达到90％以上。

[0006] 2、污染物排放少，对环境友好：

[0007] 热电联供系统在环境保护上的优势主要体现在两个方面，即清洁燃料的使用和大气污染物排放量减少这两方面。使用清洁燃料的CHP系统，能够大大减少有害物的排放，与
此同时，其高效率的特点也有助于其减少环境污染。据统计，相比于传统的火力燃煤发电，
CHP系统的二氧化硫SO2、污水、固体废弃物等的排放量几近为0，总悬浮颗粒物(TSP)排放降
低95％，氮氧化物(NOx)排放降低80％，二氧化碳(CO2)排放降低40％以上。因此，在某种意
义上，CHP系统是一种对环境友好的供能技术。

[0008] 3、削峰填谷，缓解电网压力：

[0009] 社会经济水平的日益提高使得人们对生活舒适度的要求也越来越高，随着建筑内电器的增多和空调的普及，建筑能耗不仅在数值上增长迅速，且具有较为明显的季节性特
征。传统的分供系统往往采用电力驱动空调供暖(制冷)或采用冬季集中供暖，这就给城市
电网和供热管网带来较大负担，尤其在冬夏两季，用能需求的骤然增长给城市供能系统带
来了巨大的压力。当电力负荷特别大时，由于城市电网的承载力有限，甚至会出现拉闸限电
的现象，这就阻碍了社会经济的发展，也影响了人们的正常生活生产。而热电联供系统的出
现，可以从两个方面削减电力峰值，其一为其本身的发电作用，其二则是利用余热满足热
(冷)需求以代替电供暖(制冷)。因此，这种分散在城市负荷中心的CHP系统，可以有效缓解
电力高峰时电网的供电压力，均衡电网的电力负荷，承担“削峰填谷”的作用。

[0010] 4、系统能源供给的可靠性高、安全性强：

[0011] 传统分供系统是单输入单输出的供给模式，即电负荷由电网满足，冷负荷由

[0012] 电网驱动电制冷机满足，热负荷由燃煤或燃气锅炉满足。一旦遇到电网故障或意外灾害(如暴风雪、地震、人为破坏等)情况，能源供给则被切断。而热电联供系统往往配备
多元输入多元输出，电能供给可由原动机和电网同时承担，冷能供给可由电制冷机和吸收
式制冷机同时承担，热能供给可由余热设备和燃气锅炉同时承担。可见在CHP系统中，每一
条供能支路均有多路保障，极大提高了能源供给的可靠性。

[0013] 针对大型、中小型热电联供系统，国外的技术与市场已较为成熟，国内的应用也越来越多；但针对微型热电联供系统(Micro‑CHP)，发达国家近年来投入了大量资金进行研究
开发，少数技术领先的企业已经推出了自己的Micro‑CHP品牌，而国内却还没有相关的应用
实例。目前国际上的Micro‑CHP产品多以内燃机、外燃机或燃料电池作为动力源，其中基于
内燃机的代表机型有Honda Ecowill(1kWe)，Remeha R‑Gen(SenerTec Dachs)(5.5kWe)，
Vaillant Ecopower(4.7kWe)等，基于外燃机的代表机型有Whispertech WhisperGen
(1kWe)，Worcester Bosch Greenstar(1kWe)等，基于燃料电池的代表机型为Panasonic 
ENE‑FARM(0.7kWe)。

[0014] 家用热电联供装置采用燃气发动机带动发电机发电，余热提供住宅生活热水和采暖需求，具有综合能效高、供电安全性好、环保节能等优点，在国外有大量应用。常用的家用
型热电联供机组发电功率是1～5kWe，这个功率级别最常用的原动机分别是内燃机、外燃机
(斯特林发动机)和燃料电池三种。尽管经过了二三十年的发展，但全球市场上供应的家用
型热电联供机组产品的厂家并不多见，国内更是未见相关产品销售。

[0015] 家用型的微型热电联产装置通常将热电联产核心部件集成在一个紧凑的箱体里面，通常包括原动机、发电机、热交换器等部件。这些部件在工作时会放出大量的热；同时，
由于户用热电联产装置与末端用户接近，噪音控制要求较严格，这使得装置四周由厚实的
消音材料组成的隔音板围合而成，散热条件较差。如果箱体内温度过高会使这些核心部件
无法正常工作。为此，必须要设计一个合理的解决方案，即控制箱体内的温度在一个合适温
度之下，又保证装置高效、稳定地工作以满足用户的热、电需求。

[0016] 现有家用热电联产装置控温方法是通过驱动通风风扇将空气从外部引导至箱体内，一部分供原动机氧化燃烧，一部分吸收部件散热后排出。这导致在箱体上必须开有面积
较大的进、排风孔，不仅对噪音的控制不利，并且增加了风扇的耗电、噪音和投资成本，同
时，进气被加热会导致原动机的发电能力衰减，效率下降。

发明内容

[0017] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种回收部件表面散热的蒸发换热器及家用微型热电联产装置。

[0018] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0019] 一种回收部件表面散热的蒸发换热器，该蒸发换热器用于家用微型热电联产装置中部件表面散热的回收，所述的蒸发换热器设置在家用微型热电联产装置的封闭箱体中，
所述的蒸发换热器包括蒸发段和冷凝段，所述的蒸发段上有相互联络的流体通道，所述的
流体通道中充填用于吸收部件表面散热的工质，所述的冷凝段设置于家用微型热电联产装
置的回水管路上，所述的蒸发段与冷凝段间通过工质交换管路连通。

[0020] 优选地，所述的冷凝段设置在蒸发段上方，所述的工质交换管路的入口安装高度高于出口安装高度。

[0021] 优选地，所述的蒸发段表面为板状。

[0022] 优选地，所述的蒸发段大小与家用微型热电联产装置的封闭箱体相匹配，所述的蒸发段置于所述的封闭箱体后将该封闭箱体分隔成两部分，分别用于安装家用微型热电联
产装置的电控部件与动力部件。

[0023] 优选地，所述的流体通道为呈网格状。

[0024] 优选地，所述的冷凝段包括套管式热交换器、板式热交换器中的任意一种。

[0025] 一种家用微型热电联产装置，包括封闭箱体以及设置其中的电控部件与动力部件，所述的电控部件连接所述的动力部件，该装置还包括上述所述的蒸发换热器，所述的蒸
发换热器设置在封闭箱体中将所述的封闭箱体分隔成两个腔体，所述的电控部件与动力部
件分别安装在两个腔体中。

[0026] 优选地，所述的动力部件包括回水预热器、缸套水换热器、原动机、烟气换热器和发电机，所述的回水预热器、缸套水换热器、原动机和烟气换热器依次连接形成热水供水回
路，所述的原动机还和发电机连接形成发电线路。

[0027] 优选地，所述的电控部件包括控制热水供水回路中各子部件运作的电控制器以及用于发电线路并网的并网控制器。

[0028] 优选地，所述的原动机包括内燃机、斯特林发动机和燃料电池中的一种，所述的发电机包括永磁发电机或异步感应发电机中的一种。

[0029] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：

[0030] (1)本发明蒸发换热器用于家用微型热电联产装置中部件表面散热的回收，既增加了回收热量，又避免了原动机进气作为冷却介质导致发电能力衰减和能效下降的问题，
这是现有国外家用热电联产装置不具备的优势；

[0031] (2)本发明家用微型热电联产装置无需大量的冷却空气，进气管消声后直接导入原动机进气管，有利于控制机组噪音，同时蒸发换热器依靠重力驱动工作，不需要专门的驱
动器件，节能高效。

附图说明

[0032] 图1为本发明回收部件表面散热的蒸发换热器的机构示意图；

[0033] 图2为本发明家用微型热电联产装置的结构示意图；

[0034] 图中，1为蒸发换热器，11为蒸发段，12为冷凝段，13为流体通道，14为回水管路，15为工质交换管路，2为家用微型热电联产装置，21为封闭箱体，22为回水预热器，23为缸套水
换热器，24为原动机，25为烟气换热器，26为发电机，27为电控与并网舱室。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定
于以下的实施方式。

[0036] 实施例

[0037] 如图1所示，一种回收部件表面散热的蒸发换热器1，该蒸发换热器1用于家用微型热电联产装置2中部件表面散热的回收，蒸发换热器1设置在家用微型热电联产装置2的封
闭箱体21中，蒸发换热器1包括蒸发段11和冷凝段12，蒸发段11上有相互联络的流体通道
13，流体通道13中充填用于吸收部件表面散热的工质，冷凝段12设置于家用微型热电联产
装置2的回水管路14上，蒸发段11与冷凝段12间通过工质交换管路15连通。

[0038] 冷凝段12设置在蒸发段11上方，工质交换管路15的入口安装高度高于出口安装高度，从而利用重力作用实现业态工质的回收，不需要专门的驱动器件，节能高效。

[0039] 蒸发段11表面为板状，可以是平板形、弧形、平板折弯形等适合箱体内布置的形状，依靠自然对流吸收部件散发到空气中的热量。蒸发段11大小与家用微型热电联产装置2
的封闭箱体21相匹配，蒸发段11置于封闭箱体21后将该封闭箱体21分隔成两部分，分别用
于安装家用微型热电联产装置2的电控部件与动力部件。

[0040] 流体通道13为呈网格状，所有流体通道13汇集于边沿某处，提高换热效果。

[0041] 冷凝段12包括套管式热交换器、板式热交换器中的任意一种。

[0042] 本发明回收部件表面散热的蒸发换热器1的具体工作原理为：

[0043] 根据图1所示，蒸发段11阴影部分为内部充填有工质的流体通道13，采用类似热管的工作原理，工质在流体通道13内部吸收来自表面的热量后沸腾气化，通过工质交换管路
15进入冷凝段12。在冷凝段12中，气态工质与微型热电联产装置供热回水进行热交换，气态
工质被冷凝变为液体。液体在重力作用下通过工质交换管路15流回蒸发换热段，整个循环
不断往复使蒸发换热器1所吸收的环境空间的热量不断交换给微型热电联产装置的回水，
对回水进行预热。

[0044] 如图2所示，一种家用微型热电联产装置2，包括封闭箱体21以及设置其中的电控部件与动力部件，电控部件连接动力部件，该装置还包括上述换热器，换热器设置在封闭箱
体21中将封闭箱体21分隔成两个腔体，电控部件与动力部件分别安装在两个腔体中。

[0045] 动力部件包括回水预热器22、缸套水换热器23、原动机24、烟气换热器25和发电机26，回水预热器22、缸套水换热器23、原动机24和烟气换热器25依次连接形成热水供水回
路，原动机24还和发电机26连接形成发电线路。

[0046] 电控部件包括控制热水供水回路中各子部件运作的电控制器以及用于发电线路并网的并网控制器，电控部件设置在图2的电控与并网舱室27中，蒸发换热器1另一侧为主
舱室，主舱室中设置动力部件。

[0047] 原动机24包括内燃机、斯特林发动机和燃料电池中的一种，发电机26包括永磁发电机26或异步感应发电机26中的一种。

[0048] 本实施例微型热电联产装置的原动机24采用内燃机形式，它吸入空气和燃气燃烧做功，带动发电机26发电，电力通过位于电控与并网舱室27的并网控制器调制后并入电网。
在内燃机燃烧做功时，部分热量通过缸套水换热器23传递给用于冷却气缸壁面的热水；排
出的烟气经烟气换热器25回收余热后排出大气。平板状的蒸发换热器1设置于家用微型热
电联产装置2的封闭箱体21内，作为分隔主舱室与电控与并网舱室27的隔板，这样，蒸发换
热器1就能形成双侧吸热的有利条件，通过自然对流方式吸收空间热量。蒸发换热器1为内
部充填有工质且具有网格状空腔的流体通道13，采用类似热管的工作原理，工质在流体通
道13内部吸收来自表面的热量后沸腾气化，通过工质交换管路15进入回水预热器22。在回
水预热器22中，气态工质与家用微型热电联产装置2供热回水进行热交换，气态工质被冷凝
变为液体。液体在重力作用下通过工质交换管路15流回蒸发段11换热器，整个循环不断往
复使蒸发换热器1所吸收的环境空间的热量不断交换给微型热电联产装置的回水，对回水
进行预热。微型热电联产装置供热回水经回水预热器22、缸套水换热器23、烟气换热器25的
加热后作为热水供水提供给用热末端设备。

[0049] 本发明蒸发换热器1用于家用微型热电联产装置2中部件表面散热的回收，既增加了回收热量，又避免了原动机24进气作为冷却介质导致发电能力衰减和能效下降的问题，
这是现有国外家用热电联产装置不具备的优势。同时，本发明家用微型热电联产装置2无需
大量的冷却空气，进气管消声后直接导入原动机24进气管，有利于控制机组噪音，同时蒸发
换热器1依靠重力驱动工作，不需要专门的驱动器件，节能高效。

[0050] 上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。