CN105135564A - 智能通信基站热电制冷一体化热交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，本发明包括液体冷却单元及热电制冷单元，所述液体冷却单元包括室内、室外换热器及风机、循环泵和冷却工质；所述热电制冷单元包括共用的循环泵、冷却工质和热电制冷装置。热电制冷装置由微流道冷却板、热电制冷片、导超导散热器和直流电源组成。本发明有三种换热模式可以选择，当室外气温较低时，系统进入完全液体冷却状态，充分利用室外的冷源尽量降低整体能耗；当室外气温高于室内控制温度时，系统进入完全热电制冷状态，噪音低、无污染、制冷迅速，保障室内通信设备安全运行；当室外环境温度低于室内控制温度，但完全液体冷却又不足以控制室内温度时，系统处于两种状态之间的混合制冷工况。

Description

智能通信基站热电制冷一体化热交换装置

技术领域

本发明涉及节能制冷领域，特别是涉及一种新型热电制冷液体冷却装置，可广泛用于通信机房、IDC、智能基站等的高效节能一体化热交换系统。

背景技术

计算机网络技术、电信网络以及传输技术的高速发展,不但催生了通讯技术的革命,同时也为通风空调技术提出了更高的要求。小至密布于城市、乡村的移动基站,大至各大企业、高校以及政府机关内的大型通信机房、数据交换中心(IDC)，放置于这些通信机房内的各类电信设备，发热密度大，且散热量持续稳定，必须常年连续不断地向机房提供冷量，以保持其工作所需要的温度与湿度环境。

为了充分利用室外的环境冷空气，在冬季及室外焓值低于室内焓值的过渡季节，利用室外温度相对较低空气，间接冷却移出密闭基站、IDC机房数据交换设备产生的热量，能够达到节能减排的目的。直接将室外低温空气引入室内的自然通风系统，传热损失很小，运行效率较高，但是室内外空气的直接混合会引起机房内空气洁净度下降，设备会因灰尘、潮湿、静电等因素发生故障；完全利用空调冷却，能效比低，能耗相当高。而通过显热换热器进行室内外热量交换的热交换系统，由于室内外空气间接交换，没有接触，所以能够较好的保证室内空气的洁净度，但是换热效率较低，无制冷功能。

机械压缩式空调机组是目前机房热交换系统的主要选择，但是由于空调24小时运行，产生的油泡、油膜和腐蚀等问题，大大降低传热效率，而且能耗较高。变频空调主要是调节空调水泵或压缩机的工作状态，达到节能目的。但是变频的高频脉宽调制技术会产生谐波，干扰通信设备，影响其正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集智能通信机站、IDC机房以及计算中心于一体化设计的智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，目的在于充分利用室外温度较低冷空气，提高装置换热效率；避免室内外空气直接接触，保障室内空气质量（温度、湿度和含尘度）；结合热电制冷技术，制冷速度快、没有振动、无电磁干扰，对通信设备安全运行没有任何影响。

技术解决方案：

智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，包括液体冷却单元和热电制冷单元，所述液体冷却单元包括室内换热器（包括风机）、室外换热器（包括风机）、循环泵和冷却工质；所述热电制冷单元包括共用的室内换热器和循环泵，以及热电制冷片、冷却模块、热端散热器和直流电源。

进一步：液体冷却单元中的室内换热器、循环泵和室外换热器通过管路连接形成闭合循环回路，管路上设有电磁阀，管路打压无泄漏，充入冷却工质。

进一步：热电制冷单元中的共用室内换热器、循环泵通过管路与热电制冷装置中冷却模块连接形成闭合循环回路，管路中共用电磁阀。热电制冷装置通过直流电源输入可控功率，产生低温制冷。

所述热电制冷单元装置包括：热电制冷片、热端散热器、冷却模块和直流电源；所述热端散热器包括上热端散热器和下热端散热器，上热端散热器和下热端散热器之间设有冷却模块，热端散热器与冷却模块之间设有热电制冷片，热电制冷片上下表面分别涂上导热胶后，通过连接件将热端散热器、热电制冷片、冷却模块连接成一体。热电制冷特点在于无压缩机、无运转部件、体积小、重量轻、无噪声、运行可靠、控制方便、制冷速度快、操作简便。

所述冷却模块包括：壳体，壳体内设交错设置的微型翅片，形成蛇形交错流道。

所述上热端散热器和下热端散热器形状结构相同，上热端散热器或下热端散热器包括外壳，外壳内设有毛细结构，毛细结构之间形成气体流动腔体，毛细结构置于外壳内表面，毛细结构内充有低温液体工质，外壳外顶部分布有翅片。

所述室内换热器和室外换热器形状结构相同，室内换热器或室外换热器包括：微流道平板通道、波浪形高密度翅片和连接管箱，所述微流道平板通道内设第二交错微型翅片形成蛇形流道，波浪形高密度翅片置于微流道平板通道。

所述室内换热器的风机进口处及室外换热器的风机入口分别设有温度传感器。

所述温度传感器与控制器连接，通过控制器调节各个阀门的开启，实现液体冷却工况与热电制冷工况的切换。温度传感器通过控制器和直流电源调节热电制冷片的输入功率，控制室内环境温度。

所述液体冷却单元和热电制冷单元中工质采用防冻液来传递热量。

所述液体冷却工况与热电制冷工况的切换运行，通过控制器调节阀门开启和热电制冷片输入功率实现。

本发明的创新点：

1、集成液体冷却技术和固体热电制冷技术，首创高能效比、高可靠性密闭隔离冷却技术；

2、装置设计先室外强制环境冷却散热，后热电制冷控制室内循环温度，减少制冷符合，能耗低，能效比高；

3、采用热电制冷（固体半导体制冷）技术，无压缩机、没有运动部件，可靠性高，使用寿命长，无噪音和振动产生；

4、热电制单元冷效率取决于冷热端散热器的效率，本发明设计热超导散热器，热阻低，冷热端温差小，从而提高制冷效率；

5、热电制冷单元冷却模块采用微型流道设计，强化工作流体对流传热，减少对流热阻；

6、室内外散热器液体侧采用微翅片结构平板通道，空气侧采用高密度波浪形翅片，传热效率高，在10^oC温差下，传热系数可达500W/^oC；

7、本发明利用金属波纹管穿过隔离墙，把室内外散热器连接起来，室内散热器实现室内空气冷却循环；室外空气通过室外散热器（包括风机）冷却工质流体，实现隔离密闭冷却。

本发明有三种换热模式可以选择，当室外气温较低时，系统进入完全液体冷却状态，充分利用室外的冷源尽量降低整体能耗；当室外气温高于室内控制温度时，系统进入完全热电制冷状态，噪音低、无污染、制冷迅速，保障室内通信设备安全运行；当室外环境温度低于室内控制温度，但完全液体冷却又不足以控制室内温度时，系统处于两种状态之间的混合制冷工况。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1热电制冷液体冷却系统示意图。

图2热电制冷单元装置示意图。

图3冷却模块剖面示意图。

图4热端散热器剖面示意图。

图5室内外散热器结构剖面示意图。

具体实施方式

本发明设计了一种智能通信基站用节能一体化热交换冷却系统，包括液体冷却单元和热电制冷单元，两套单元系统能够各自独立工作，也可以协同运行。如图1所示，所述液体冷却单元包括室内换热器（包括风机）1、循环泵2、室外换热器（包括风机）3，以及冷却工质流体；所述热电制单元包括与液体冷却单元共用的室内外换热器和循环泵，还包括热电制冷单元。

所述智能热交换冷却系统由室内换热器1、循环泵2、室外换热器3、热电制冷单元4以及电磁阀5和6，由连接管道按顺序连接起来，形成密闭循环系统，实现外内外密闭冷却目的。

如图2所示的热电制冷单元装配图，热端散热器9由上下两个热超导散热器组成，上下热超导散热器之间设有制冷模块10，将两组热电制冷片8的上下表面涂上导热胶后，分别安装于上下热超导散热器与制冷模块10之间，最后使用弹簧螺丝连接件将热端散热器9、热电制冷片8和冷却模块10紧密的结合成一体。所述制冷模块10通过管路与室内换热器1、循环泵2、室外换热器3密闭连接，充入冷却工质，管路上设有电磁阀5和6。

所述热交换制冷系统通过循环冷却工质进行热量传输，避免室内外空气接触。

所述热交换制冷系统内设置有温度传感器，温度传感器分别设置于室外风机入口、室内风机进口、循环冷却工质出口（热电制冷器后）的位置，所述温度传感器与控制器连接。控制器通过电信号输出控制电磁阀5和6的开度和直流电源输出功率。热电制冷单元输入功率通过设定热电制温度调节直流电源电压，实现控制室内温度。

以下简述本发明的工作过程：

一般情况下（室内外温差大于10^oC），优先启动液体冷却工况；当液体冷却工况不能满足室内控制温度要求时，热电制冷单元自动启动。

循环冷却工质在循环泵2的驱动下，通过管路流经室外散热器3，室外散热器所附风机吸周围环境中温度较低空气，流经室外散热器翅片，带走热量，循环冷却工质温度下降；工质继续流经室内散热器1，室内循环风机将室内较高温度空气循环强制通过散热器翅片，与冷却工质进行热交换，热量被冷却工质带走，室内空气被冷却。当室内循环空气出口温度达不到设定控制温度时，热电制冷单元启动，直流电源输出功率到热电制冷片8，热电制冷片8冷端吸热制冷，热端高温排热；循环冷却工质流过冷却模块被冷却，再继续流经室内散热器1，室内循环风机将室内较高温度空气循环强制通过散热器翅片，与冷却工质进行热交换，热量被冷却工质带走，室内空气被冷却。

温度传感器动态检测室内、室外换热器入口循环空气温度，并将信号发送至控制器，控制器依据两个温度的关系，判断采用何种换热工况。当室外换热器3进气入口温度大于或等于室内控制温度时，室外热交换3所附风机停止运行，只有热电制冷单元和室内换热器1风机开启，即开启电磁阀5，关闭电磁阀6；当室外换热器3进气入口温度低于室内控制温度时，室外交换器3所附风机开启运行，此时热电制冷单元直流电源输出逐步降低，减小热电制冷片的制冷量，降低装置能耗。当室内外换热器进循环气入口温度差大于10^oC时，热电制冷片输入功率降至零，既热电制冷系统完全关闭，电磁阀5关闭，电磁阀6开启。

以上所述仅仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计理念的前提下，本领域技术人员对本发明方案做出的各种变形和改进，如热端散热器形式、冷却模块流道结构域形式、各组件先后顺序形式、热电制冷片数量，室内外换热器的形式和通风方式等，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，其特征在于：包括液体冷却单元和热电制冷单元，所述液体冷却单元包括带风机的室内换热器（1）、带风机的室外换热器（3）、冷却工质和循环泵（2）；所述热电制冷单元包括共用的冷却工质和循环泵（2），以及热电制冷装置（4）。

2.如权利要求1所述的智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，其特征在于：液体冷却单元中的室内换热器（1）、循环泵（2）和室外换热器（3）通过管路连接形成循环回路，环路里充满冷却工质，管路上设有电磁阀（5、6）。

3.如权利要求1所述的智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，其特征在于：热电制冷单元中的共用室内换热器（1）、循环泵（2）通过管路（3）与热电制冷装置4中冷却模块（10）连接形成循环回路，管路中共用电磁阀（5、6）。

4.如权利要求1或3所述的智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，其特征在于：所述热电制冷单元（4）包括：热电制冷片（8）、热端散热器（9）、冷却模块（10）以及直流电源（7）；所述热端散热器（9）包括上热端散热器和下热端散热器，上热端散热器和下热端散热器之间设有冷却模块（10），热端散热器（9）与冷却模块（10）之间设有多组平行铺设的热电制冷片（8），热电制冷片（8）可以并联、串联或串并联，热电制冷片（8）由直流电源（7）提供可调节直流电；热电制冷片（8）上下表面分别涂有导热胶，通过连接件将热端散热器（9）、热电制冷片（8）、冷却模块（10）连接成一体。

5.如权利要求4所述的智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，其特征在于：冷却模块（10）包括：壳体（12），壳体（12）内设交错设置的微型翅片（13），形成蛇形交错流道（14）。

6.如权利要求4所述的智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，其特征在于：上热端散热器和下热端散热器形状结构相同，上热端散热器或下热端散热器为热超导基板散热器，包括外壳（15），外壳（15）内设有毛细结构（16）和气体腔体（17），毛细结构置于外壳（15）内表面，外壳（15）顶部分布有翅片（18），外壳（15）与翅片（18）焊接、一体铸造或挤出成型，所述毛细结构采用金属粉末烧结、金属丝网或金属纤维。

7.如权利要求1或2所述的智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，其特征在于：带风机的室内换热器（1）和带风机的室外换热器（3）形状结构相同，室内换热器（1）或室外换热器（3）包括：风机和散热器主体，散热器主体主要包括：微流道平板流道（19）和波浪形高密度翅片（20）和管箱连接件，所述微流道平板流道（19）内设第二交错微型翅片形成蛇形流道，波浪形高密度翅片（20）置于微流道平板通道（19）。

8.如权利要求1或2所述的智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，其特征在于：室内换热器（1）中的风机进口处及室外换热器（3）中的风机入口处分别设有温度传感器。

9.如权利要求1或2所述的智能通信基站热电制冷一体化热交换装置，其特征在于：液体冷却及热电制冷一体系统中冷却工质采用防冻液来传递热量。