[发明专利]一种舰船用半导体热堆精密控温系统

说明书

本发明涉及一种舰船用半导体热堆精密控温系统，属于制冷与人机环境工程技术领域。包括半导体热堆、储液器、三通阀、换热器、供液泵、循环泵、冷却水泵及负载。本发明以半导体热堆为冷热源，设置了由三通阀控制通、断的自然冷却支路，优先利用自然冷源实现节能；本发明具有热电制冷、自然冷却+热电制冷、自然冷却和半导体制热四种工作模式，通过精准调节制冷量或制热量，实现供液温度精确控制。本发明是热电制冷与自然冷却的复合热控系统，半导体热堆长寿命、可靠性高、制冷或制热切换便捷、体积质量小，自然冷却技术的应用极大地改善了热电制冷系统的节能性，适用于舰船用光、电、微波、电磁系统和计算机房全天候工作环境温度精密控制。

技术领域

本发明属于制冷与人机环境工程技术领域，具体涉及一种为工作在宽环境条件的舰（船）载光电设备和数据机房提供精密控温的系统。

背景技术

舰船光电设备、数据机房等，都有全天候、宽环境条件稳定可靠工作的基本需求，并具有高热流密度、热负荷频繁变化的特点，需要控温装置响应速度快、温控精度高。相关被控设备不仅需要供冷，在寒冷气候条件工作或冷启动时也需要供热，某些特种装备甚至要求很高的温度控制精度和响应速率，以提高其工作的稳定性、可靠性、准确性、机动性和效率。

最常使用的是以蒸气压缩式制冷系统为冷热源的精密控温系统，其存在工作温区窄、制冷与供热切换不便捷，温度稳定时间长，体积质量大等缺点。对于光电探测和红外摄像设备，蒸气压缩式制冷系统的振动问题是应用瓶颈；蒸气压缩式制冷系统零部件多，轻量小型化存在困难；易损件多，影响环控设备的可靠性和维修性。

随着材料科学和制造技术的进步，半导体热电制冷技术的应用领域不断拓宽。半导体热电制冷（制热）量调节范围宽，小到红外装置的微瓦级，大至光刻机和晶圆加工设备的万瓦级，3级半导体热堆的制冷温度可达-80℃，并具有响应速度快、制冷与制热切换便捷、体积质量小、安装应用灵活、无震动的优点；半导体热堆无运动件，无磨损和润滑问题，几乎无需维护；在较宽的环境温度变化范围工作可靠、寿命长，在小冷量应用场合优势明显。

限制半导体热电制冷技术广泛应用的最大障碍是能效比较低（能效比=制冷量/消耗功率）、一次投资和运行成本相对较高；如图2所示为常规水冷式半导体制冷系统的结构原理方框图，其工作原理是通过半导体热堆将被控对象的热负荷转移至热堆B端（1B），然后释放给环境（冷却水），这类水冷半导体热电制冷系统的制冷能效比通常在0.5～0.9，是相当温区蒸气压缩式制冷系统能效比的30～50%左右。

发明内容

根据舰船光电设备、数据机房等热控需求，为了在-50～70℃的宽环境温度范围内实现局部环境温度的精确控制，保证被控对象安全、可靠、稳定、高效和准确地运行，本发明提供一种长寿命、高可靠性、控温精度高、启动快捷、制冷制热切换便捷、响应性好的舰船用半导体热堆精密控温系统。

一种舰船用半导体热堆精密控温系统，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，利用第一循环液与低温海水的自然温差传热实现节能；

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；