一种电路废热回收利用的多级制冷系统

摘要

本发明提出了一种电路废热回收利用的多级制冷系统，能够避免散热装置本身存在的问题，同时实现对电路有效降温和高效率的废热回收再利用。本发明由于制冷片的引入，提高了温差发电片冷、热端温差，进而提高了废热转换成电能的利用率，与普通散热手段相比，制冷片的使用增强了电路温度控制的效果，能够有效降低电路温度。本发明对温差发电片和制冷片的安装结构进行了创新设计，多级温差发电片和制冷片的结构可以对电子设备中产生的热量进行多级回收利用，与一次利用相比，增加了能源利用率。

权利要求

1.一种电路废热回收利用的多级制冷系统，其特征在于，包括电子设备核心电路板、热端热交换器和冷端热交换器、温差发电模块、制冷模块以及储能模块；其中，所述温差发电模块包括N级温差发电片，N为整数，N≥2；所述制冷模块包括与温差发电片级数一致的制冷片；

电子设备核心电路板贴夹在热端热交换器以及冷端热交换器之间；

热端热交换器与一级温差发电片热端贴合，一级温差发电片冷端与二级制冷片冷端贴合，二级制冷片热端与三级温差发电片热端贴合，三级温差发电片冷端与四级制冷片冷端贴合，以此类推，直至N‑1级温差发电片冷端与N级制冷片冷端贴合；

冷端热交换器与一级制冷片冷端贴合，一级制冷片热端与二级温差发电片热端贴合，二级温差发电片冷端与三级制冷片冷端贴合，三级制冷片热端与四级温差发电片热端贴合，以此类推，直至N‑1级制冷片热端与N级温差发电片热端贴合；

相同等级的温差发电片与制冷片的输出接口分别连接，温差发电片将电能供给制冷片，同时温差发电片还与储能模块连接；

储能模块用于进行电能存储。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子设备核心电路板、所述热端热交换器和所述冷端热交换器利用封装箱体封装。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，以所述电子设备核心电路板的方向为参考，所述热端热交换器朝上，所述冷端热交换器朝下。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，最高级别的制冷片用铜丝交互缠绕。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所有部件之间的贴合面均有导热硅脂。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能模块包括储能元件和充放电调制电路；所述储能元件为柔性超级电容、普通超级电容、锂电池或蓄电池，所述充放电调制电路用于在电路进行充放电时保护储能元件。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，储能模块可拆卸。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述最高级别制冷片顶部加装散热装置。

9.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括温度传感器，温度传感器被封装在封装箱体中，所述温度传感器用于对所述封装箱体进行温度监测，并将温度数据传送给电子设备核心电路板中的处理器；处理器判断封装箱体内当前平均温度，根据所设置的温差发电片和制冷片等级，设定当前电子设备中不同的温度等级；在不同温度等级下，处理器发出不同指令，控制温差发电片、制冷片和储能模块的工作情况。

10.如权利要求1或3‑9中任意一项所述的系统，其特征在于，还包括温度传感器，对所述电子设备核心电路板进行温度监测，并将温度数据传送给所述电子设备核心电路板中的处理器；处理器判断所述电子设备核心电路板当前平均温度，根据所设置的温差发电片和制冷片等级，设定当前电子设备中不同的温度等级；在不同温度等级下，处理器发出不同指令，控制温差发电片、制冷片和储能模块的工作情况。

说明书

一种电路废热回收利用的多级制冷系统

技术领域

[0001] 本发明涉及温差发电和制冷技术领域，具体涉及一种电路废热回收利用的多级制冷系统。

背景技术

[0002] 随着电子设备普及度提高，现在几乎人手一台手机，一个笔记本电脑。此外，还有多种智能电子穿戴式设备，以及室内放置的各类大型服务器和台式电脑等电子设备。电子设备工作需要大量电能，而当中超过40％的电能最终以热量的形式被消耗。当电子设备产热时，设备温度上升，影响设备使用性能，同时热量的产生也造成了资源浪费，真正能够得以利用的有效电能是有限的。为了不影响设备使用性能，需要降低设备温度，增加一些散热装置，例如风扇、水冷等附加装置通常会与电子设备安装在一起，这在台式电脑、笔记本等电子设备的使用中非常常见。这些附加散热装置的使用需要额外电能供应，并且存在一定缺陷，比如风扇可能会由于常年积灰造成卡堵，转动时噪音变大，甚至造成无法转动烧坏设备，水冷装置拆装复杂，一般用户很难自己完成，而寻求专业人员帮助时价格较高，并且还容易出现漏水等问题。

[0003] 现有的一些技术中提到了使用温差发电片将系统余热转换成电能，给设备的散热装置供电。这种办法能在一定程度上提高电能的有效利用率，但仍需依靠风扇、水冷等散热部件来实现降温，无法解决这些散热装置本身存在的问题。同时，温差发电片进行余热转换得到的电能不如电源直接为散热部件提供的电能大，可能无法达到相同的散热效果。温差发电片只能利用冷、热端温度差实现将热能转化成电能，无法自主散热，也无法仅通过温差发电片帮助设备散热。当设备散热效果降低后，温差发电片冷、热端温差会变小，发电效率变低，进一步影响散热装置的散热效果，如此恶性循环会最终导致设备温度过高无法正常使用。另外，现有技术只针对电路的核心处理器(CPU或GPU)进行废热收集，但电路中还有许多发热元件，这些热量都被浪费了。

发明内容

[0004] 为解决上述现有问题，本发明提出了一种电路废热回收利用的多级制冷系统，能够避免散热装置本身存在的问题，同时实现对电路有效降温和高效率的废热回收再利用。

[0005] 为实现上述目的，本发明的一种电路废热回收利用的多级制冷系统，包括电子设备核心电路板、热端热交换器和冷端热交换器、温差发电模块、制冷模块以及储能模块；其中，所述温差发电模块包括N级温差发电片，N为整数，N≥2；所述制冷模块包括与温差发电片级数一致的制冷片；

[0006] 电子设备核心电路板贴夹在热端热交换器以及冷端热交换器之间；

[0007] 热端热交换器与一级温差发电片热端贴合，一级温差发电片冷端与二级制冷片冷端贴合，二级制冷片热端与三级温差发电片热端贴合，三级温差发电片冷端与四级制冷片冷端贴合，以此类推，直至N‑1级温差发电片冷端与N级制冷片冷端贴合；

[0008] 冷端热交换器与一级制冷片冷端贴合，一级制冷片热端与二级温差发电片热端贴合，二级温差发电片冷端与三级制冷片冷端贴合，三级制冷片热端与四级温差发电片热端贴合，以此类推，直至N‑1级制冷片热端与N级温差发电片热端贴合；

[0009] 相同等级的温差发电片与制冷片的输出接口分别连接，温差发电片将电能供给制冷片，同时温差发电片还与储能模块连接；

[0010] 储能模块用于进行电能存储。

[0011] 其中，所述电子设备核心电路板、所述热端热交换器和所述冷端热交换器利用封装箱体封装。

[0012] 其中，以所述电子设备核心电路板的方向为参考，所述热端热交换器朝上，所述冷端热交换器朝下。

[0013] 其中，最高级别的制冷片用铜丝交互缠绕。

[0014] 其中，所有部件之间的贴合面均有导热硅脂。

[0015] 其中，所述储能模块包括储能元件和充放电调制电路；所述储能元件为柔性超级电容、普通超级电容、锂电池或蓄电池，所述充放电调制电路用于在电路进行充放电时保护储能元件。

[0016] 其中，储能模块可拆卸。

[0017] 其中，所述最高级别制冷片顶部加装散热装置。

[0018] 其中，还包括温度传感器，温度传感器被封装在封装箱体中，所述温度传感器用于对所述封装箱体进行温度监测，并将温度数据传送给电子设备核心电路板中的处理器；处理器判断封装箱体内当前平均温度，根据所设置的温差发电片和制冷片等级，设定当前电子设备中不同的温度等级；在不同温度等级下，处理器发出不同指令，控制温差发电片、制冷片和储能模块的工作情况。

[0019] 其中，还包括温度传感器，对所述电子设备核心电路板进行温度监测，并将温度数据传送给所述电子设备核心电路板中的处理器；处理器判断所述电子设备核心电路板当前平均温度，根据所设置的温差发电片和制冷片等级，设定当前电子设备中不同的温度等级；在不同温度等级下，处理器发出不同指令，控制温差发电片、制冷片和储能模块的工作情况。

[0020] 有益效果：

[0021] 本发明由于制冷片的引入，提高了温差发电片冷、热端温差，进而提高了废热转换成电能的利用率，与普通散热手段相比，制冷片的使用增强了电路温度控制的效果，能够有效降低电路温度。本发明对温差发电片和制冷片的安装结构进行了创新设计，多级温差发电片和制冷片的结构可以对电子设备中产生的热量进行多级回收利用，与一次利用相比，增加了能源利用率。

[0022] 本发明利用封装箱对整体电子设备核心电路板进行封装，不仅可以收集到核心处理器产出的大量热量，还可以收集到电路中其他发热元件产出的热量，与普通集热手段相比，这种冷、热端热交换器和封装箱体的使用可以更好的使电路板上的热量向外流动，冷端制冷片发挥更好制冷效果。

[0023] 本发明合理利用冷、热端温度梯度变化方向，可以有效提高制冷效果和发电效率，利用温差发电片将富余的热能转化成电能，并没有增加原始电子设备的供电负担。

[0024] 本发明对最高级制冷片设计了一种铜丝包裹的结构，合理利用温差发电片和制冷片各自的优势，实现了对电路废热的回收利用。

[0025] 本发明所有部件之间的贴合面均有导热硅脂，保证各贴合面能够紧密接触，减小热阻，增强导热效果。

[0026] 本发明的设计可以使所用电子设备在摆脱风扇、水冷等散热装置下也能有较好的冷却控温效果。同时也可以结合风扇、水冷等所用电子设备原始安装的散热装置一起使用，效果更佳。

[0027] 本发明所使用的储能模块是方便拆卸的，可在充电完成后用于其他设备的供电，也可作为所用电子设备的应急电源，防止突然断电时的资料损失。

[0028] 本发明还包括温度传感器，对所述电子设备核心电路板进行温度监测，通过电子设备核心电路板中的处理器实现对电路温度状态的智能判断，以提供更好的制冷效果，帮助电路降温。

附图说明

[0029] 图1为本发明中N为2时的多级制冷系统侧面示意图。

[0030] 图2为本发明中封装箱体3的放大结构侧面示意图。

[0031] 其中，101‑二级制冷片，102‑一级制冷片，201‑一级温差发电片，202‑二级温差发电片，3‑封装箱体，301‑热端交换器，302‑电子设备核心电路板，303‑冷端热交换器，304‑电子元件，4‑散热装置。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

[0033] 本实施例的智能电路废热回收利用的多级制冷系统，包括电子设备核心电路板、热端热交换器和冷端热交换器、温差发电模块、制冷模块以及储能模块；其中，所述温差发电模块包括N级温差发电片，N为整数，N≥2；所述制冷模块包括与温差发电片级数一致的制冷片；

[0034] 电子设备核心电路板贴夹在热端热交换器以及冷端热交换器之间；

[0035] 热端热交换器与一级温差发电片热端贴合，一级温差发电片冷端与二级制冷片冷端贴合，二级制冷片热端与三级温差发电片热端贴合，三级温差发电片冷端与四级制冷片冷端贴合，以此类推，直至N‑1级温差发电片冷端与N级制冷片冷端贴合；

[0036] 冷端热交换器与一级制冷片冷端贴合，一级制冷片热端与二级温差发电片热端贴合，二级温差发电片冷端与三级制冷片冷端贴合，三级制冷片热端与四级温差发电片热端贴合，以此类推，直至N‑1级制冷片热端与N级温差发电片热端贴合；

[0037] 相同等级的温差发电片与制冷片的输出接口分别连接，温差发电片将电能供给制冷片，同时温差发电片还与储能模块连接；

[0038] 储能模块用于进行电能存储。

[0039] 进一步地，本发明利用封装箱体对电子设备核心电路板302、冷端热交换器303和热端热交换器301进行封装，不仅可以收集到核心处理器产出的大量热量，还可以收集到电路中其他发热元件产出的热量，遵循热量流动方向更有利于电子设备核心电路板上产生的热量向外传导。

[0040] 作为本发明的一种优选方案，电子设备核心电路板302紧密贴夹在热端热交换器301和冷端热交换器303中间，热端热交换器301朝上，冷端热交换器303在下，可以更好的顺应热流方向，提高装置热传导能力，但不局限于该方向。

[0041] 进一步地，最高级别的制冷片用铜丝交互缠绕，合理利用温差发电片和制冷片各自的优势，实现了对电路废热的回收利用。

[0042] 作为本发明的一种优选方案，所述部件之间的贴合面均有导热硅脂，保证各贴合面能够紧密接触，减小热阻，增强导热效果。

[0043] 其中，所述储能模块至少包括储能元件和充放电调制电路；储能元件可以为柔性超级电容、普通超级电容、锂电池以及蓄电池等多种不同种类，充、放电调制电路是为了在电路进行充、放电时保护储能元件；优选地，储能模块方便拆卸。

[0044] 作为本发明的一种优选方案，所述最高级别制冷片顶部可以选择加装散热装置，以此提升散热效果，也可以不装，只用所述设计的由铜丝交互缠绕的制冷片即可。

[0045] 本发明的多级制冷系统还可以包括温度传感器，温度传感器负责检测电子设备核心电路板302的平均温度，并将温度数据传送给电子设备核心电路板302中的处理器；当温度较低时，处理器控制调控电路进行电路控制，温差发电片得到的电能直接传输给储能模块，为储能模块充电，不为制冷片供电；当温度较高时，处理器控制调控电路进行电路控制，温差发电片得到的电能给制冷片供电，富余的能量给储能模块充电；当温度特别高时，处理器控制调控电路进行电路控制，温差发电片得到的电能给制冷片供电，并且储能模块同时为制冷片供电，以提供更好的制冷效果，帮助电路降温。为了充分利用得到的能量，可以根据发电片和制冷片的级数设定温度等级。

[0046] 进一步地，温度传感器可以被封装在封装箱体3中，对所述封装箱体进行温度监测，并将温度数据传送给电子设备核心电路板中的处理器；处理器判断封装箱体内当前平均温度，根据所设置的温差发电片和制冷片等级，设定当前电子设备中不同的温度等级；在不同温度等级下，处理器发出不同指令，控制温差发电片、制冷片和储能模块的工作情况。

[0047] 其中，N级发电片可以分成2N+1级温度等级，第一级温度时，所有发电片都是给储能元件输送电能；第二级温度时，N级发电片给N级制冷片输送电能，其余级数发电片都给储能元件输送电能；第三级温度时，(N‑1)级发电片给(N‑1)级制冷片输送电能，其余级数发电片都给储能元件输送电能；第四级温度时，N级发电片给N级制冷片，(N‑1)级发电片给(N‑1)级制冷片，剩下都给储能元件.....第2N‑1时，一级发电片给一级制冷片，其它都给储能元件；第2N时，N级发电片给N级制冷片，一级发电片给一级制冷片，其它级都给储能元件；第2N+1时N级发电片给N级制冷片，(N‑1)发电片给(N‑1)级制冷片，(N‑2)发电片给(N‑2)制冷片，直到1级给1级。

[0048] 本发明中，N为2时的多级制冷系统侧面示意图如图1所示，所述多级制冷系统包括封装箱体3、温差发电模块、制冷模块以及储能模块。

[0049] 本发明中封装箱体3的放大结构侧面示意图如图2所示，所述封装箱体3内设有电子设备核心电路板302、冷端热交换器303和热端热交换器301。

[0050] 所述电子设备核心电路板302至少包括一个处理器；所述温差发电模块包括2级温差发电片；所述制冷模块包括2级制冷片；

[0051] 电子设备核心电路板302贴夹在热端热交换器301以及冷端热交换器303之间；

[0052] 在本实施例中，选择使用两个级别的温差发电片和两个级别的制冷片结构。一级温差发电片201热端与封装箱体3热端紧密贴合，一级制冷片102热端与封装箱3冷端紧密贴合，一级温差发电片201与一级制冷片102导线连接，并且一级温差发电片201与储能模块连接，所有贴合面涂有导热硅脂。二级温差发电片202热端与一级制冷片102热端紧密贴合，二级制冷片101冷端与一级温差发电片201冷端紧密贴合，二级温差发电片202与二级制冷片101连接，并且二级温差发电片202与储能模块连接，所有贴合面涂有导热硅脂。

[0053] 二级制冷片101作为本实施例中的最高级别制冷片，将采用铜丝交叉缠绕的方式包裹全身，以此平衡二级制冷片101冷、热端温度，减少制冷片热端发热对设备温度造成的影响。

[0054] 不同级别的温差发电片和制冷片在结构中所起的作用不同，所得到的或需要提供的能量等级也不同，因此同级别的温差发电片和制冷片连接可以更好的利用系统中不同能级的热能，提高环境制冷效果。

[0055] 作为本实施例的优选方案，图1中还提供了加装的散热装置4，该散热装置与二级制冷片101热端紧密贴合，增强二级制冷片101热端的散热效果，对电路实现更好降温。

[0056] 具体地，温度传感器被封装在封装箱体3中，负责检测封装箱体3的平均温度，将检测到的数据传送给电子设备核心电路板302，电子设备核心电路板302中的处理器根据接收到的温度判断当前状态下封装箱体3需要提供的制冷策略。由于本实施例选择使用两个级别的温差发电片和两个级别的制冷片，因此在分析时将温度分为五个级别。处于一级温度时，处理器发出命令，两个级别的温差发电片直接将所获得的电能输入给储能模块，进行电能存储。处于二级温度时，处理器发出命令，二级温差发电片202开始给二级制冷片101供电，一级温差发电片201仍然将电能直接输送给储能模块，进行电能存储。处于三级温度时，处理器发出命令，一级温差发电片201开始给一级制冷片102供电，二级温差发电片202停止给一级制冷片101供电，转而将电能直接输送给储能模块，进行电能存储。处于四级温度时，处理器发出命令，两个级别的温差发电片分别给两个级别的制冷片供电，富余的能量再输送给储能模块，进行电能存储。处于五级温度时，处理器发出命令，由两个级别的温差发电片和储能模块一起给两个级别的制冷片供电。温度分级的具体情况需要根据所使用的电子设备来确定。温度划分的具体等级数目需要根据所使用的不同级别的温差发电片和制冷片进行调整。

[0057] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。