[发明专利]一种舰船用半导体热堆精密控温系统

权利要求书

1.一种舰船用半导体热堆精密控温系统，其特征是包括：半导体热堆（1）、储液器（2）、供液泵（P1）、三通阀（6）、换热器（7）、供液泵（P1）、循环泵（P2）、冷却水泵（P3）及连接管路和负载，所述精密控温系统以半导体热堆（1）为冷热源，设置三通阀（6）与换热器（7）的第一换热管簇（71）构成自然冷却支路；

所述精密控温系统以半导体热堆（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），经供液泵（P1）通过供液管（3）连接到热控用户的第一负载（41）和第二负载（42），完成与热控用户热交换的第一循环液通过回液管（5）进入三通阀（6）入口，所述三通阀（6）的第一出口连接热堆A端（1A）入口，所述三通阀（6）的第二出口通过换热器（7）的第一换热管簇（71）连通热堆A端（1A）入口；

第二循环液工作环路：由热堆B端（1B）、换热器（7）的第二换热管簇（72）和循环泵（P2）依次连接构成闭合环路；所述换热器（7）为壳管式换热器，其壳程以海水为冷却介质，壳管内的换热管包括第一换热管簇（71）和第二换热管簇（72）两部分；

所述第一循环液、第二循环液是适合低温环境的乙二醇溶液；如应用环境不存在冻结风险，则采用纯净水或去离子水；所述冷却水泵（P3）为变频泵；

所述精密控温系统具有制冷和制热二种工况，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；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；

所述热控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、自然冷却和热电制热工作模式，为在-50～70℃宽温带气候条件工作的设备提供精确的温度控制。

2.根据权利要求1所述的一种舰船用半导体热堆精密控温系统的控制方法，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 冷却水温度T2的条件下，利用换热器（7）第一换热管簇（71）构成的自然冷却支路释放热量，实现所述精密控温系统节能运行；

所述精密控温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：在满足冷却水温度T2 ≥回液温度T3 ≥设计供液温度 TS的条件下，冷却水泵（P3）运行，三通阀（6）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，通过供液管（3）分流给第一负载（41）和第二负载（42），完成热交换温度为T3的第一循环液经回液管（5）收集，通过三通阀（6）进入热堆A端（1A）完成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；第二循环液由循环泵（P2）驱动在闭合环路循环，在热堆B端（1B）吸热，在换热器（7）的第二换热管簇（72）放热；

所述自然冷却+热电制冷工作模式：在满足回液温度T3 冷却水温度T2、且热堆A端（1A）进口温度T4 设计供液温度TS的条件下，冷却水泵（P3）运行，三通阀（6）导通第二出口，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，通过供液管（3）分流给第一负载（41）和第二负载（42），完成热交换温度为T3的第一循环液经回液管（5）收集，通过三通阀（6）首先进入换热器（7）的第一换热管簇（71）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；第二循环液受循环泵（P2）驱动在闭合环路循环，在热堆B端（1B）吸热，在换热器（7）的第二换热管簇（72）放热；如半导体热堆（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，循环泵（P2）停止运行，三通阀（6）的第二出口导通，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，通过供液管（3）分流给第一负载（41）和第二负载（42），完成热交换温度为T3的第一循环液经回液管（5）收集，通过三通阀（6）进入换热器（7）的第一换热管簇（71）完成放热降温，经过热堆A端1A返回储液器（2），调节冷却水泵（P3）的流量，精确调节通过换热器（7）的第一换热管簇（71）的放热量，实现供液温度T1 = 设计供液温度TS；

所述制热工作模式：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，冷却水泵（P3）运行，三通阀（6）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，通过供液管（3）分流给第一负载（41）和第二负载（42），完成热交换温度为T3的第一循环液经回液管（5）收集，通过三通阀（6）进入热堆A端（1A）完成吸热返回储液器（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）制热量，实现供液温度T1 = 设计供液温度TS；第二循环液在循环泵（P2）的驱动下在闭合环路循环，在热堆B端（1B） 放热，在换热器（7）的第二换热管簇（72）从冷却水中吸热。