[发明专利]一种半导体热管制冷系统及其制冷方法

说明书

技术领域

本发明属于空调工程技术领域，涉及一种半导体热管制冷系统及其制冷方法。

背景技术

随着信息网络产业的日益发展壮大，通讯行业能耗问题逐步凸显。目前该产业已成为全球第五大耗能产业，二氧化碳排放占全世界排放2.5％；尤其是现在通信移动系统从3G升级到4G阶段，2014年第三季度全球平均网络连接速度为4.5Mbps，网络信号数据传输更多、更快，全球信息总量每过两年增长一倍，2011年数据传输总量为1.8万亿GB，到2020年这一数值将增长到35万亿GB，大数据的创建和产生已成必然。数据信号传输的同时在机房内释放出大量的热量，为保证通信质量和电子设备的正常运行，制冷能耗急剧攀升。

目前，机房常用的空调系统通过控制机房的环境温度实现电子设备内的温度控制，然而不同的电子设备运行的环境温度要求不一致，为保证所有电子设备的稳定安全运行，往往设定机房的整体环境温度满足电子设备的最低运行温度要求，即机房设定温度低于大部分电子设备的运行环境温度要求。如：机房内蓄电池的工作环境温度为15-25℃，为保证蓄电池的正常工作，要求机房内环境温度低于25℃；然一般的通信传输设备工作温度可提高至35℃，整个机房环境温度设定在25℃时造成了大量的冷量浪费。

目前常用的制冷方式满足机房整体环境温度的要求，造成了大量的能量浪费，因此，有必要设计一种小型半导体热管制冷系统实现蓄电池的局部温度控制，提高机房内的整体设定温度，实现机房内的分区温度控制，减少机房内的制冷能耗。然而，传统的压缩机制冷空调采用交流电驱动，无法直接利用蓄电池的电量，需开发一种可利用直流电源驱动的小型制冷系统。

因此，有必要设计一种半导体热管制冷系统及其制冷方法。

控制器为由分立的模拟器件或数字器件连接成的控制电路，也可以是集成的控制器，如单片机、DSP或PLC等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体热管制冷系统及其制冷方法，该半导体热管制冷系统及其制冷方法利用自然冷量实现机房内的局部温度控制，易于实施，节能可靠。

发明的技术解决方案如下：

一种半导体热管制冷系统，包括第一热管系统、第二热管系统、半导体制冷系统、控制器和温度传感器；

第一热管系统包括第一热管蒸发端换热器1、蒸发风机2、第一热管冷凝端换热器3；蒸发风机设置在第一热管蒸发端换热器处；

第二热管系统包括第二热管蒸发端换热器6、第二热管冷凝端换热器4、冷凝风机5；冷凝风机设置在第二热管冷凝端换热器处；

半导体制冷系统包括半导体冷端7、P型半导体元件、N型半导体元件、半导体热端8；半导体制冷系统的工作原理说明：N型半导体元件和P型半导体元件连成电偶对时，在电路中接上直流电流，发生能量的转移。当电流方向由N至P时，半导体材料温度降低，从外界吸收热量，成为冷端；当电流方向由P至N时，半导体材料温度升高，向外界释放热量，成为热端。

第一热管冷凝端换热器与半导体冷端连接，第二热管蒸发端换热器与半导体热端连接；

半导体热管制冷系统还包括4个三通阀：第一阀门9、第二阀门10、第第三阀门11和第四阀门12；

第三阀门11的三个端口分别接第二热管冷凝端换热器的出口端、第二热管蒸发端换热器的入口端和第四阀门的第一端口；

第四阀门12的第二端口和第三端口分别接第一热管冷凝端换热器的出口端和第一热管蒸发端换热器的入口端；

第二阀门10的三个端口分别接第二热管冷凝端换热器的入口端、第二热管蒸发端换热器的出口端和第一阀门9的第一端口；

第一阀门9的第二端口和第三端口分别接第一热管冷凝端换热器的入口端和第一热管蒸发端换热器的出口端；

温度传感器用于检测第一热管蒸发端换热器和第二热管冷凝端换热器的环境温度；温度传感器与控制器相连；4个三通阀均受控于控制器。三通阀也可以用单通阀代替。

蒸发端换热器和冷凝端换热器采用铜管铝翅片结构或平行流微通道结构。

P型半导体元件和N型半导体元件位于半导体冷端7和半导体热端8之间。

所述的蒸发风机、冷凝风机为轴流风机、灌流风机或离心风机。用于促进空气与相应换热器之间的换热。

当第一热管蒸发端换热器和第二热管冷凝端换热器的环境温度差大于T，则由控制器控制半导体热管制冷系统工作在工况1；否则由控制器控制半导体热管制冷系统工作在工况2：

(1)工况1：