[发明专利]一种半导体热堆精密控温液冷源系统

权利要求书

1.一种半导体热堆精密控温液冷源系统，其特征是包括：半导体热堆（1）、储液器（2）、三通阀（3）、空气换热器（4）、风机（5）、第一液泵（P1）和第二液泵（P2），所述液冷源系统以半导体热堆（1）为冷热源，设置三通阀（3）和空气换热器（4）的第一换热管路（41）构成自然冷却支路；

所述液冷源系统以半导体热堆（1）的二个换热通道的热堆A端（1A）和热堆B端（1B）构成二个循环液工作环路；

第一循环液工作环路：第一循环液从热堆A端（1A）进入储液器（2），经第一液泵（P1）后由供液口（C）供给外接的被控对象，完成与被控对象热交换的第一循环液从回液口（R）返回，进入三通阀（3）入口，所述三通阀（3）的第一出口连接热堆A端（1A）入口，所述三通阀（3）的第二出口连接空气换热器（4）的第一换热管路（41）接入热堆A端（1A）入口；

第二循环液工作环路：由热堆B端（1B）、空气换热器（4）的第二换热管路（42）和第二液泵（P2）依次连接构成闭合环路；

所述空气换热器（4）为管片式风冷换热器或平行流换热器，空气换热器（4）包括第一换热管路（41）和第二换热管路（42），公用一个风机（5），所述风机（5）为调速型；

所述第一循环液、第二循环液均为适合低温环境流动换热的乙二醇溶液；如果工作温区不存在冻结风险，第一循环液、第二循环液均采用纯净水或去离子水；

所述液冷源系统具有制冷和制热二种工况，当制冷工况半导体热堆（1）正向供电，热堆A端（1A）为冷端，热堆B端（1B）为热端；当制热工况半导体热堆（1）逆向供电，热堆A端（1A）为热端，热堆B端（1B）为冷端；

所述液冷源系统共构成四个工作模式，分别为热电制冷、自然冷却+热电制冷、自然冷却和半导体制热工作模式；所述自然冷却，即在室外气温较低时利用第一循环液与室外低温空气的自然温差传热实现节能。

2.根据权利要求1所述的一种半导体热堆精密控温液冷源系统的控制方法，其特征是：在满足制冷工况判定条件回液温度T3 ≥ 设计供液温度TS、同时又满足回液温度T3 环境温度T2的条件下，优先利用空气换热器（4）的第一换热管路（41）构成的自然冷却支路释放热载荷，实现所述液冷源系统的节能运行；

所述液冷源系统的四个工作模式的控制操作如下：

所述热电制冷工作模式：在满足环境温度T2 ≥ 回液温度T3 ≥ 设计供液温度TS的条件下，三通阀（3）导通第一出口，风机（5）满速运行，温度为设计供液温度TS的第一循环液受第一液泵（P1）的驱动从储液器（2）流出，通过供液口（C）供给外接的被控对象，完成与被控对象热交换温度为T3的第一循环液从回液口（R）返回，通过三通阀（3）进入热堆A端（1A）放热降温返回储液器（2），调节半导体热堆（1）的供电电能大小，精确调节半导体热堆（1）的制冷量，实现供液温度T1 = 设计供液温度TS；第二循环液由第二液泵（P2）驱动在闭合环路循环，在热堆B端（1B）吸热，在空气换热器（4）第二换热管路（42）放热；

所述自然冷却+热电制冷工作模式：在满足回液温度T3 环境温度T2、且热堆A端（1A）进口温度T4 设计供液温度TS的条件下，三通阀（3）导通第二出口，风机（5）满速运行，温度为设计供液温度TS的第一循环液受第一液泵（P1）的驱动从储液器（2）流出，通过供液口（C）供给外接的被控对象，完成与被控对象热交换温度为T3的第一循环液从回液口（R）返回，通过三通阀（3）首先进入空气换热器（4）的第一换热管路（41）放热，然后进入热堆A端（1A）继续放热降温返回储液器（2），调节半导体热堆（1）的供电电能大小，精确调节半导体热堆（1）的制冷量，实现供液温度T1 = 设计供液温度TS；第二循环液受第二液泵（P2）驱动在闭合环路循环，在热堆B端（1B）吸热，在空气换热器（4）第二换热管路（42）放热；若半导体热堆（1）的供电电能减小至零，即满足热堆A端（1A）进口温度T4 = 设计供液温度TS的条件，则进入自然冷却工作模式；

所述自然冷却工作模式：半导体热堆（1）停止供电，第二液泵（P2）停止运行，温度为设计供液温度TS的第一循环液受第一液泵（P1）的驱动从储液器（2）流出，通过供液口（C）供给外接的被控对象，完成与被控对象热交换温度为T3的第一循环液从回液口（R）返回，通过三通阀（3）进入空气换热器（4）的第一换热管路（41）完成放热降温，通过热堆A端（1A）返回储液器（2），调节风机（5）转速，精确调节自然冷却的换热量，实现供液温度T1 = 设计供液温度TS；

所述半导体制热工作模式：在满足回液温度T3 设计供液温度TS的条件下，半导体热堆（1）切换为逆向供电，热堆A端（1A）为热端、热堆B端（1B）为冷端，风机（5）运行，三通阀（3）导通第一出口，温度为设计供液温度TS的第一循环液受第一液泵（P1）的驱动从储液器（2）流出，通过供液口（C）供给外接的被控对象，完成与被控对象热交换温度为T3的第一循环液从回液口（R）返回，通过三通阀（3）进入热堆A端（1A）完成吸热升温返回储液器（2），调节半导体热堆（1）的供电电能大小，精确调节半导体热堆（1）的制热量，实现供液温度T1 = 设计供液温度TS；第二循环液在第二液泵（P2）的驱动下在闭合环路循环，在热堆B端（1B）放热，在空气换热器（4）第二换热管路（42）吸热。