CN101827509B - 密封设备相变储能温度控制装置 - Google Patents

Abstract

一种密封电子设备相变储能温度控制装置，具有密封箱体，在箱体内设置的发热器件；所述发热器件表面连接有相变散热器和相变冷板，相变散热器表面连接有穿过密封箱体与外界相通的板状半导体制冷器。该密封电子设备相变储能冷却装置在切断冷却电源后的相当一段时间内能保持对恶劣环境温度下工作的密封电子设备的温度控制能力。能够保证在强瞬态热冲击或冷冲击的恶劣工作环境下保持密封电子设备内关键器件的工作温度稳定。由于相变储能材料的相变潜热很大，加上将热量导出密封箱外的半导体制冷器的体积也较小，因此本发明相比于传统冷却方法具有冷却量大、体积小、耗能低的优点。在工作环境温度极低时能保持密封电子设备内部的温度稳定可控。

Description

密封设备相变储能温度控制装置

技术领域

本发明涉及一种恶劣工作条件下的大发热功率密封电子设备的温度控制装置，特别涉及一种密封设备相变储能温度控制装置。

背景技术

传统密封电子设备的冷却方法通常是通过传导和对流等方法借助冷却介质将发热器件的发热量传递到设备外部的大气环境中，实现设备内部的温度控制。对某些工作环境恶劣的密封电子设备，当环境温度很高时，内部产生的热量很难通过上述传统的方法实现内部发热器件的冷却，从而导至密封电子设备的温度将逐渐升高。有冷却装置的密封电子设备在冷却电源切断后，高温环境下工作的密封电子设备的温度将迅速上升，从而使电子设备的寿命缩短，故障率大为提高。在环境温度极低时，开机时的温度也极低，有时会导致设备不能开机。瞬时强热冲击或冷冲击及其交替作用的恶劣工作环境下，更容易导致电子设备关键元器件失效而使设备不能工作。

对于发热功率较大的密封电子设备一般采用液体如水冷却系统，通常采用的水冷却系统要有较大的蓄水箱及循环的水泵、水管，会使整个电子设备的体积和重量都比较庞大，不适合在小型化、轻量化要求的场合下使用，且较复杂的水冷却系统将大大降低电子设备工作的可靠性。

目前解决冷却系统小型化问题运用较多的是半导体制冷技术，但由于半导体制冷效率较低，制冷功率较小，且需要提供直流电源，只能用作热耗散功率较小的电子设备的制冷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种密封电子设备相变储能温度控制装置，该冷却装置不仅能够冷却较大热耗散功率的密封电子设备，而且在切断电源后的相当一段时间内保持对密封电子设备的温升控制能力。

实现本发明目的的技术方案是：一种密封电子设备相变储能温度控制装置，具有密封箱体，在箱体内设置的发热器件；所述发热器件表面连接有相变散热器和相变冷板，相变散热器表面连接有穿过密封箱体与外界相通的板状半导体制冷器。

上述密封电子设备相变储能温度控制装置的板状半导体制冷器具有依次连接的冷端散热器、冷端板、热电堆、热端板和热端散热器，冷端散热器位于箱体内与相变散热器表面紧密接触，相变散热器与发热器件表面紧密接触，热电堆、热端板、热端散热器、位于箱体外。

上述密封电子设备相变储能温度控制装置的相变散热器为壳体，其内部设有相变储能材料；相变冷板为壳体，其内部设有相变储能材料。

上述密封电子设备相变储能温度控制装置的密封箱体的箱壁内填充有绝热材料或相变储能材料。

上述密封电子设备相变储能温度控制装置的相变冷板的壳体内设有盘管，盘管内设有冷却液，盘管的进出口通过管道与外部循环组件相连通。

上述密封电子设备相变储能温度控制装置的板状半导体制冷器为一个或一个以上。

上述密封电子设备相变储能温度控制装置的相变冷板内的相变储能材料与盘管直接接触，盘管截面形状为矩形，两端为圆形，盘管上、下外表面与相变冷板壳体内表面紧密接触。

上述密封电子设备相变储能温度控制装置的相变冷板的外部循环组件具有循环泵和热交换器。

上述密封电子设备相变储能温度控制装置的相变储能材料与相变储能材料可以是由多组分构成，包括主储能剂、相变温度调整剂、防过冷剂、促进剂、防相分离剂等；无机类相变储能材料可使用结晶水合盐、熔融盐、金属合金和其它无机物；有机类相变储能材料可使用石蜡、脂肪酸和其它有机物。

上述密封电子设备相变储能温度控制装置的相变储能材料、在使用水合盐时，需加入成核剂硼砂阻止过冷，加入增稠剂防止析出。

本发明具有以下特点：

(1)该密封电子设备相变储能冷却装置在切断冷却电源后的相当一段时间内能保持对恶劣环境温度下工作的密封电子设备的温度控制能力。

(2)能够保证在强瞬态热冲击或冷冲击的恶劣工作环境下保持密封电子设备内关键器件的工作温度稳定。

(3)由于相变储能材料的相变潜热很大，少量的相变储能材料就能吸收很大的热量，加上将热量导出密封箱外的半导体制冷器的体积也较小，因此本发明相比于传统冷却方法具有冷却量大、体积小、耗能低的优点。

(4)在工作环境温度极低时能保持密封电子设备内部的温度稳定可控。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的第一个实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是本发明的第二个实施例的结构示意图。

具体实施方式

(实施例1)

半导体制冷又称温差电制冷，其理论基础是法国科学家珀尔帖发现的珀尔帖效应，即向两种不同的导体组成的环路通以直流电时，在连接处出现温度差的现象。该现象在半导体材料中的表现尤为明显，能够产生有效的致冷能力。

相变材料从一种状态变为另一种状态时，要从环境中吸收或放出热量，可达到热量存储和释放，即可达到控制温度的目的。在固态变为液态时，要吸收大量的热量，在液体变为固体时则放出热量，同时在相变过程中一般是等温或近似等温的过程，运用相变材料这种特性，可以用于调整控制周围环境的温度，并且可以多次重复使用。

见图1，本发明的密封箱体14可以是长方体，箱壁指箱体的六个面，在箱壁上开有安装孔，在孔内装有板状半导体制冷器1，冷端板5与密封箱体14的箱壁由密封圈密封或焊接密封，板状半导体制冷器1可根据需要在市场上选购。板状半导体制冷器1由热端散热器2、热端板3、热电堆4、冷端板5和冷端吸热器6组成。冷端板5位于密封箱体14内，热端散热器2、热端板3、热电堆4位于密封箱体14外。在密封箱体14的箱壁内填充绝热材料15，绝热材料15可以是泡沫石棉、泡沫塑料、玻璃棉等。密封箱体14内的发热器件8安装在相变冷板9上，相变冷板9为壳体，壳体内设有盘管18，盘管18内设有冷却液17，盘管18的进出口m、n通过管道11与外部循环组件相连通，外部循环组件具有循环泵12和热交换器10。相变冷板9与盘管18之间设有相变储能材料16，盘管18在相变冷板9的壳体内呈S形弯曲状，盘管18截面形状为矩形，两端为圆形，盘管18上、下外表面与相变冷板9壳体内表面紧密接触。盘管18中的冷却液17可以是导热油、无机液体或水，盘管18置于相变材料16中，并与冷板紧密接触以利于热传导。

相变储能材料13、16(PCM)通常由多组分构成，包括主储能剂、相变温度(凝固点)调整剂、防过冷剂(成核剂)、促进剂、防相分离剂(当固、液共存时因密度差易发生相分离时使用)等。无机类相变储能材料可使用结晶水合盐、熔融盐、金属合金和其它无机物。有机类相变储能材料可使用石蜡、脂肪酸和其它有机物。在使用水合盐也就是芒硝和六水氯化钙时，需加入成核剂硼砂阻止过冷，加入增稠剂防止析出。目前中国国内已有该类商品化的产品出售。在使用石蜡时，由于其导热性较差需在石蜡里加入导热荕片或铝粉增加其导热性。

开启电源后，发热器件8、半导体制冷器1、冷却泵12开始工作。通过与发热器件8紧密接触的相变散热器7与相变冷板9，热量一部分通过相变散热器7由板状半导体制冷器1运用半导体制冷的原理将热量由密封箱体14内转移到密封箱体14外，由于半导体制冷器1的制冷作用，相变散热器7中的相变储能材料13基本为固态。同时在冷却泵12工作的过程中，发热器件8产生的另一部分热量通过相变冷板9热传导由盘管18中的冷却液17运动将热量带出了密封箱体14，通过热交换器10将热量传递至大气环境。由于液体冷却系统的循环冷却，冷板9中的相变材16料基本为固态。由于该密封设备的散热系统的热量传递是单向的，在电源切断后外界环境的热量只有很少一部分能进入密封箱体14的内部，依靠固态相变材料的相变吸热，即能保证对恶劣环境下密封箱体14内部的温度控制能力。保证了该密封电子设备相变储能冷却装置在切断电源后的相当一段时间内密封电子设备的内部温度稳定，保持密封设备内关键器件的工作温度不超过允许值。另外，在环境温度极低的工作条件下，还可以通过改变板状半导体制冷器1的电流方向，变半导体制冷器为半导体加热器，就能保证密封电子设备在极低环境温度下的工作可靠性。

(实施例2)

见图3，在发热器件8的耗散功率不是很大，对冷却装置的体积重量要求较严的情况下，可采取图3所示的温控结构，用三个板状半导体制冷器1、7a、7b通过相变散热器7运用半导体制冷的原理将密封箱体14内的热量转移到密封设备外，由于半导体制冷器的制冷作用，相变散热器中的相变材料基本为固态。同样，该密封设备的散热系统的热量传递方向是可控的，在电源切断后外界环境的热量只有很少一部分能进入密封设备的内部，依靠固态相变材料的相变吸热，即能保证对恶劣环境下密封设备内部的温度控制能力。保证了该密封电子设备相变储能冷却装置在切断电源后的相当一段时间内能保持恶劣温度环境下工作的密封电子设备的内部温度稳定，同时在瞬时强热冲击或冷冲击的恶劣工作环境下，由于密封箱体14的箱壁上绝热材料15的绝热作用，就能保持密封设备内关键器件的工作温度不超过允许值。在环境温度极低的工作条件下，可通过改变半导体制冷器的电流方向，变半导体制冷器为半导体加热器，就能保证密封电子设备在极低环境温度下的工作可靠性。

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种密封电子设备相变储能温度控制装置，具有密封箱体(14)，在箱体(14)内设置有发热器件(8)；其特征在于：所述发热器件(8)表面连接有相变散热器(7)和相变冷板(9)，相变散热器(7)表面连接有穿过密封箱体(14)与外界相通的板状半导体制冷器(1)，所述板状半导体制冷器(1)具有依次连接的冷端散热器(6)、冷端板(5)、热电堆(4)、热端板(3)和热端散热器(2)，冷端散热器(6)位于箱体内与相变散热器(7)表面紧密接触，相变散热器(7)与发热器件(8)表面紧密接触，热电堆(4)、热端板(3)以及热端散热器(2)位于箱体外。

2.根据权利要求1所述的密封电子设备相变储能温度控制装置，其特征在于：相变散热器(7)为壳体，其内部设有相变储能材料(13)；相变冷板(9)为壳体，其内部设有相变储能材料(16)。

3.根据权利要求1所述的密封电子设备相变储能温度控制装置，其特征在于：所述密封箱体(14)的箱壁内填充有绝热材料或相变储能材料(15)。

4.根据权利要求2所述的密封电子设备相变储能温度控制装置，其特征在于：所述相变冷板(9)的壳体内设有盘管(18)，盘管(18)内设有冷却液(17)，盘管(18)的进出口(m、n)通过管道(11)与外部循环组件相连通。

5.根据权利要求1所述的密封电子设备相变储能温度控制装置，其特征在于：所述板状半导体制冷器(1)为一个或一个以上。

6.根据权利要求1所述的密封电子设备相变储能温度控制装置，其特征在于：相变冷板(9)内的相变储能材料(16)与盘管(18)直接接触，盘管(18)截面形状为矩形，两端为圆形，盘管(18)上、下外表面与相变冷板(9)壳体内表面紧密接触。

7.根据权利要求4所述的密封电子设备相变储能温度控制装置，其特征在于：所述相变冷板(9)的外部循环组件具有循环泵(12)和热交换器(10)。

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