CN114760812A - 一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统及其方法，所述降温散热系统包括与半导体制冷片冷端相连的以风机强制电控箱内空气循环流动进行热交换的冷端散热组件，与半导体制冷片热端相连的以液体循环进行热交换的热端散热组件，以及由电源模块供电的控制系统；在电控箱内电子设备处于停止期间，储液罐中冷却液所储热通过对半导体制冷片进行逆向发电处理进行释放，并利用其热端所吸热量传递到其冷端的余热对电控箱内环境进行升温，以降低电控箱内环境的相对湿度，通过对电动泵以PWM调速控制流量，限制半导体制冷片热端吸热量，使电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值不大于设定的阈值。

Description

一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统及其方法

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，具体地讲涉及部份船舶上舱室空间小、不改变船体原有结构就不可能通过管路安装冷却装置和制冷设备、自然通风降温的报房，对其报房内封闭式电控箱的降温散热系统及其实现方法。

背景技术

随着系统级封装集成度和功率器件的热耗和热流密度不断提高，电子设备的热耗也在不断升高，现有釆用风扇对承载电子设备的封闭式电控箱（封闭式电控柜）强制通风散热，在对其电控箱（电控柜）所处环境不进行降温处理的情况下，散热已经达不到对其电控箱（电控柜）内电子设备工作时的降温要求，从而影响电子设备正常工作。而为了防潮、防尘及电磁兼容和系统安全，船舶上承载电子设备的箱（柜）一般采用封闭式设计，箱（柜）内部与外部环境之间的密闭程度由设置的防护等级和箱（柜）体结构所决定。而在船舶服役的生命周期内，出于其航行的安全性考虑，是不被允许随意改变船舶舱室的原有结构，故：原先在自然环境下，通过风扇强制通风散热的封闭式电控箱（封闭式电控柜）其承载的电子设备一旦被更新迭代，为了电子设备正常工作，以破坏舱室隔板的原有设计来铺设管路安装冷却装置和设备，给电控箱（电控柜）或其所在舱室降温散热来满足电子设备工作时的降温要求，是不被允许的。

对于现有技术中，以破坏舶舶舱室隔板的原有设计来铺设管路安装冷却装置和制冷设备，才能够给封闭式电控箱（电控柜）或其所在舱室降温散热，来满足电控箱（电控柜）内电子设备工作时的降温要求且其舱室环境空间小的特定舱室，若采用半导体制冷技术对其电控箱（电控柜）降温散热直接排向所在舱室内处理，其电子设备使用时，舱室内会升温很快且高，不仅使工作人员感觉不适，还影响对电控箱（电控柜）内降温散热。针对以上特定舱室内的封闭式电控箱（封闭式电控柜），且其电控箱承载的为间歇使用的电子设备，如现有部份船舶上存在着舱室空间小、不改变船体原有结构就不可能通过管路安装冷却装置和制冷设备、自然通风降温的报房，其封闭式电控箱（封闭式电控柜）承载的通讯设备(电子设备)为间歇使用，本申请选择采用半导体制冷技术对电控箱（电控柜）内进行降温散热储能处理，并对所储热能进行释放处理。

众所周知：半导体制冷片可逆用于温差发电，并知半导体温差发电，热端吸收的热能仅部分转化为电能，其余被传递到冷端。

众所周知：空气绝对湿度一定时，温度越高，其相对湿度越低；电子设备不用时，降低其所处环境的相对湿度，将有利于延长电子设备的使用寿命。

发明内容

本发明的目的为了解决船舶特定舱室内，承载通讯设备的封闭式电控箱降温散热现有技术存在的缺陷，基于冷却液循环对半导体制冷片制冷时热端吸收储热，与半导体制冷片可逆向发电的原理，提出一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统及其方法。

为了实现上述的目的，本发明的实现的技术方案为：

一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，包括与半导体制冷片冷端相连的以风机强制电控箱内空气循环流动进行热交换的冷端散热组件，与半导体制冷片热端相连的以液体循环进行热交换的热端散热组件，以及由电源模块供电的控制系统；所述热端散热组件包括电动泵，储有冷却液的储液罐，热交换面与半导体制冷片热端相连接的第一水冷头；第一水冷头的进液口通过管子接入电动泵的出液口，第一水冷头的出液口通过管子接入储液罐的液体入口，电动泵的入液口通过管子接入储液罐的液体出口；所述控制系统包括与监测电控箱内环境的第一温度传感器、监测电控箱外环境的第二温度传感器、监测储液罐内冷却液的第三温度传感器、冷端散热组件中风机、热端散热组件中电动泵、制冷与发电转换开关切换电路使能端、制冷驱动电路控制端相连接的控制器单元，以及电能存储模块；半导体制冷片的端线接入制冷与发电转换开关切换电路开关的共公端，制冷与发电转换开关切换电路开关的常闭端与制冷驱动电路的输出相连接，制冷与发电转换开关切换电路开关的常开端与电能存储模块的输入相连接；电控箱内的电子设备为间歇使用，对控制系统供电的电源模块，其输入接通与断开不受电控箱电子设备电源开关所控制，控制系统中控制器单元还连接有用于监测电控箱内电子设备处于使用与停止状态的采集电路；在对电控箱内电子设备使用期间，控制系统通过制冷与发电转换开关切换电路将半导体制冷片端线切换到通电方式，并对半导体制冷片、热端冷却液循环储能、冷端风机控制，形成对电控箱内降温散热处理；在电控箱内电子设备处于停止期间，控制系统通过制冷与发电转换开关切换电路将半导体制冷片端线切换到与电能存储模块相连接方式，冷却液温度大于电控箱外环境温度，控制系统对半导体制冷片进行逆向发电处理，将储液罐中冷却液所储热能进行释放，开启/保持开启冷端风机，半导体制冷片发电经电能存储模块转换成与电瓶相适应的充电电压向其储能，并利用半导体制冷片发电过程中，其热端所吸热量传递到其冷端的余热对电控箱内环境进行升温，以降低电控箱内环境的相对湿度，通过对电动泵以PWM调速控制流量，限制半导体制冷片热端吸热量，使电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值不大于设定的阈值。

以上所述阈值设置为5℃，从而通过升温降低电控箱内环境的相对湿度来延长电子设备使用寿命的同时，对其温升进行最大限制，使电子设备不至于因为温升而引起老化。

以上所述电能存储模块包括电压转换模块和用于储能的电瓶。

以上所述第一水冷头，除用于在半导体制冷片制冷期间，对其热端吸热，还用在半导体制冷片发电期间，向半导体制冷片热端传热。

以上所述电动泵，用于半导体制冷片制冷和发电期间，具体控制储液罐中冷却液在第一水冷头管道所处的回路中循环。

优选将控制系统中电路和控制器单元设置在电控箱内，电能存储模块设置在电控箱外，以确保电控箱内电子设备工作时，控制系统正常工作。

以上所述电源模块选择开关电源，并优选将电源模块设置在电控箱外。

电源模块的输入出处从电控箱电子设备电源开关的前端引入或直接从动力柜中引入，本申请优选：直接从动力柜中引入。

为了减少电源模块的热耗，本申请中电源模块的输入电源电压优选为直流24V。

为了减少设置在电控箱外电源模块，在电控箱内电子设备使用期间，其电源模块产生的热量对电控箱外环境温度的影响，本申请中优选：在电源模块散热外壳上设置第二水冷头，在电控箱内电子设备使用期间将第二水冷头管子通路串接于第一水冷头与储液罐连通的管子之中，为了减少第二水冷头吸热对半导体制冷片制冷时热端释热的影响，本申请中优选：将第二水冷头管子通路串接于第一水冷头的出液口与储液罐液体入口连通的管子之中。

为了使增设的第二水冷头在电控箱内电子设备停止期间，不对循环的冷却液温度产生影响，在第一水冷头的出液口增设一进一出的三通电磁阀门，三通电磁阀门的电磁线圈与控制系统中控制器单元的输出相连接，三通电磁阀门的进口与第一水冷头的出液口相连接，三通电磁阀门的一出口通过管子接入第二水冷头的进液口，第二水冷头的出液口通过管子接入储液罐的液体入口；三通电磁阀门的另一出口通过管子直接接入储液罐的液体入口。在电控箱内电子设备处于使用(工作)期间，控制器单元通过对三通电磁阀门的电磁线圈控制，将第一水冷头的出液口与第二水冷头连接的通路打开，关闭第一水冷头的出液口直接与储液罐的液体入口连接的通路；在电控箱内电子设备处于停止期间，控制器单元通过对三通电磁阀门的电磁线圈控制，将第一水冷头的出液口直接与储液罐的液体入口连接的通路打开，关闭第一水冷头的出液口与第二水冷头连接的通路。

以上所述储液罐的壁体设有保温层，使储液罐内所储热量不能通过其壁体向外传递。

以上所述储液罐内除盛有冷却液外，还放置有浸入在冷却液中并经过导热材料封装的低温相变蓄热材料，低温相变蓄热材料的相变温度在40℃～45℃区间选择，低温相变蓄热材料经封装的导热材料与冷却液接触；在对电控箱内电子设备使用时，低温相变蓄热材料对冷却液超温蓄热限制其温升；低温相变蓄热材料对冷却液超温所蓄的热能，由在电控箱内电子设备处于停止期间的半导体制冷片逆向发电处理过程中，被冷却液吸收循环带到半导体制冷片的热端释放。

低温相变蓄热材料优选：固态与液态相互变化的低温相变蓄热材料。

以上所述的电子设备处于使用与停止状态的采集电路，从受电控箱电子设备电源开关所控制的电源获取采集信号或从受电控箱电子设备电源开关所控制的电源指示灯处获取采集信号，用于控制系统识别电控箱内电子设备处于使用状态，还是处于停止状态。

以上所述的冷却液，优选为纯净水。

以上所述的冷端散热组件可以直接设置在电控箱内，也可以设置在电控箱外；冷端散热组件，在电控箱内电子设备处于使用期间用于对电控箱内环境降温，在电控箱内电子设备处于停止期间用于对电控箱内环境升温降低相对湿度。

以上所述的第一温度传感器，设置于电控箱内，用于监测电控箱内环境温度。

以上所述的第二温度传感器，设置于电控箱外，用于监测电控箱外环境温度。

以上所述的第三温度传感器，设置于储液罐冷却液内，用于监测储液罐内冷却液温度。

以上所述的制冷驱动电路用于控制送至半导制冷片端线电压的大小以及接通与断开。

以上所述的控制器单元，由中央处理器，和与外部连接的输入/输出电路及设备和单元相适应的输入/输出接口等构成的中央处理器控制块模，并嵌入与制冷和发电相对应的程序模块，以及设有相应的定时单元和阈值单元。

降温散热系统中控制系统通过电子设备处于使用与停止状态的采集电路采集并判别，若识别到电控箱内电子设备处于使用期间，则进入通过半导制冷片制冷对电控箱内环境降温散热处理过程，若识别到电控箱内电子设备处于停止期间，则进入通过半导制冷片逆向发电对电控箱内环境升温降湿处理过程。

为了实现上述的目的，本发明的实现的另一技术方案为：

一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统的升温降湿实现方法，

降温散热系统的控制系统通过对电子设备处于使用与停止状态的采集电路采集，待识别到电控箱内电子设备处于停止运行，则进入通过半导制冷片逆向发电对电控箱内环境升温降湿的处理过程，包括如下步骤：

⑴ 控制系统通过制冷与发电转换开关切换电路的开关将半导体制冷片端线切换到与电能存储模块输入相连接，半导体制冷片所发电经电能存储模块转换成与电瓶相适应的充电电压向其电瓶储能；

⑵ 控制系统通过对设置于电控箱外的第二温度传感器和储液罐冷却液内的第三温度传感器监测，待识别到冷却液温度大于电控箱外环境温度时，开启/保持开启冷端的风机101强制电控箱内空气循环，对电动泵控制将储液罐中冷却液循环至半导体制冷片10热端，与其冷端形成温差发电，利用其热端所吸热量传递到其冷端的余热对电控箱内环境进行升温，以降低电控箱内环境的相对湿度，并对电动泵以PWM调速控制流量来调控半导体制冷片其热端吸热量，限制电控箱内环境升温，具体是：

①根据对电控箱内的第一温度传感器、电控箱外的第二温度传感器及储液罐冷却液内的第三温度传感器所监测的结果来调控PWM脉宽，限制电动泵流量，调控半导体制冷片其热端吸热量，使电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值不大于设定阈值，

②通过对电控箱外的第二温度传感器和储液罐冷却液内的第三温度传感器监测，待冷却液温度降至等于电控箱外环境温度时，或者在对电动泵PWM调速控制的最大流量下，通过对电控箱内的第一温度传感器和电控箱外的第二温度传感器监测，待电控箱内环境温度降至等于电控箱外环境温度时，停止冷端的风机运行和停止对冷却液循环控制；

⑶ 在对电控箱内环境升温降湿的处理过程中，通过对电子设备处于使用与停止状态的采集电路采集，待识别到电控箱电子设备进入使用状态时，终止对电控箱内环境升温降湿的处理过程并保持开启的冷端风机运行，转入对电控箱内环境降温散热处理过程；

⑷ 在对电控箱内环境升温降湿的处理过程中，对于在电控箱内电子设备使用时低温相变蓄热材料对冷却液超温所蓄的热能，待冷却液随着半导体制冷片热端对其热量的吸收而降温，低温相变蓄热材料对冷却液放热，被冷却液吸收循环带到半导体制冷片的热端释放。

有益效果：

⑴ 在储液罐冷却液中，浸入经过导热材料封装的低温相变蓄热材料，用于在对电控箱内电子设备使用时，对冷却液超温蓄热限制其温升，实现了在不增加储液罐容量的情况下，有利在高温下对电控箱内环境降温散热，延长电控箱内电子设备工作时间；

⑵ 在对电控箱内电子设备使用时，采用冷却液对半导体制冷片热端吸热储能，且储液罐壁体设有保温功能，从而减少了电控箱内电子设备工作期间热端所产生的热量对电控箱外环境温度的影响；

⑶ 在电控箱内电子设备处于停止期间，对半导体制冷片进行逆向发电处理，将所储热能转化为电能而保存，并利用半导体温差发电时，热端吸收的热能仅部分转化为电能，其余被传递到冷端的特性，将其热端所吸热量传递到其冷端的余热对电控箱内环境进行升温处理，以降低电控箱内环境的相对湿度，并通过对电动泵流量进行调控，限制半导体制冷片热端吸热量，使电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值不大于设定的阈值；实现了在电控箱内电子设备处于停止期间，对半导体制冷片进行逆向发电处理时通过对电动泵流量进行调控，将电控箱内环境温升限制在一定范围内，使电控箱内环境的相对湿度低于其电控箱外环境的相对湿度；从而通过升温降低电控箱内环境的相对湿度来延长电子设备使用寿命的同时，对其温升进行最大限制，使电子设备不至于因为温升而引起老化；

⑷ 在电控箱内电子设备处于停止期间，对半导体制冷片进行逆向发电处理，因半导体制冷片热端的热源来源于储液罐中冷却液，从而在对电控箱内电子设备使用时，冷却液和低温相变蓄热材料所储热能，直接或间接通过冷却液循环带到半导体制冷片热端进行释放，从而使冷却液和低温相变蓄热材料在对电控箱内电子设备使用时，可以重复使用；

⑸ 控制系统中电路和控制器单元设置在电控箱内，有利于降温散热系统在电控箱内电子设备处于工作期间而正常工作；

⑹ 降温散热系统中的电源模块设于电控箱外并在其散热外壳上设置第二水冷头，用于在电控箱内电子设备使用期间，将第二水冷头管子通路串接于第一水冷头的出液口与储液罐液体入口连通的管子之中，从而在电控箱内电子设备使用期间，既减少了电源模块产生的热量对工作环境的影响，又不影响循环的冷却液对半导体制冷片热端吸热；

⑺电源模块的输入电源电压选择直流24V，有利于在电控箱内电子设备使用期间，减少电源模块产生的热耗。

附图说明

图1为本发明降温散热系统中半导体制冷片冷、热端散热组件组成示意图；

图2为本发明降温散热系统中控制系统的原理框图；

其中：100.冷端散热组件，101.风扇，102.散热器，10.半导体制冷片，200.热端散热组件，201.第一水冷头，202.电动泵，203.储液罐，300.控制系统，301.控制器单元，302.第一温度传感器，303.第二温度传感器，304.第三温度传感器，305.制冷驱动电路，306.制冷与发电转换开关切换电路，307.电能存储模块，308.电子设备处于使用与停止状态的采集电路，320.电源模块，400.动力柜。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，包括与半导体制冷片10冷端相连的以风机101强制电控箱内空气循环流动进行热交换的冷端散热组件100，与半导体制冷片10热端相连的以液体循环进行热交换的热端散热组件200，以及由电源模块320供电的控制系统300。

所述热端散热组件200包括电动泵202，储有冷却液的储液罐203，热交换面与半导体制冷片10热端相连接的第一水冷头201；第一水冷头201的进液口通过管子接入电动泵202的出液口，第一水冷头201的出液口通过管子接入储液罐203的液体入口，电动泵202的入液口通过管子接入储液罐203的液体出口；所述控制系统300包括与监测电控箱内环境的第一温度传感器302、监测电控箱外环境的第二温度传感器303、监测储液罐内冷却液的第三温度传感器304、冷端散热组件中风机101、热端散热组件中电动泵202、制冷与发电转换开关切换电路306使能端、制冷驱动电路305控制端相连接的控制器单元301，以及电能存储模块307。

半导体制冷片10的端线接入制冷与发电转换开关切换电路306开关的共公端，制冷与发电转换开关切换电路306开关的常闭端与制冷驱动电路305的输出相连接，制冷与发电转换开关切换电路306开关的常开端与电能存储模块307的输入相连接。如由开关管构成对双向触点继电器线圈通电与断电的制冷与发电转换开关切换电路306，则开关管的输入端为制冷与发电转换开关切换电路306的使能端，继电器双向触点的公共端为制冷与发电转换开关切换电路306开关的共公端，继电器双向触点的常开端为制冷与发电转换开关切换电路306开关的常开端，继电器双向触点的常闭端为制冷与发电转换开关切换电路306开关的常闭端。若由开关管构成对双向触点继电器线圈通电与断电的制冷与发电转换开关切换电路306中，开关管的输入端输入高电平时，开关管饱和导通，继电器线圈通电，其双向触点的共公端与常开端接通；开关管的输入端输入低电平时，开关管截止，继电器线圈断电，其双向触点的共公端与常闭端接通，则：就相当于，制冷与发电转换开关切换电路306的使能端输入高电平时，制冷与发电转换开关切换电路306开关的共公端切换到与常开端接通，制冷与发电转换开关切换电路306的使能端输入低电平时，制冷与发电转换开关切换电路306开关的共公端切换到与常闭端接通。

以上所述电控箱内的电子设备为间歇使用。

以上所述对控制系统300供电的电源模块320，其输入接通与断开不受电控箱电子设备电源开关所控制，即对控制系统300供电的电源模块320输入从电控箱电子设备电源开关的前端引出，或单独从动力柜400引出。本申请优选：电源模块320输入单独从动力柜400引出，并再次优选从动力柜400直流24V引出，以减少电源模块320热耗。

以上所述控制系统300中控制器单元301还连接有电控箱内电子设备处于使用与停止状态的采集电路308；在对电控箱内电子设备使用时，控制系统300通过制冷与发电转换开关切换电路306 将半导体制冷片10端线切换到通电方式，并对半导体制冷片10、热端冷却液循环储能、冷端风机101控制，形成对电控箱内降温散热处理；在电控箱内电子设备处于停止期间，冷却液温度大于电控箱外环境温度，控制系统300对半导体制冷片10进行逆向发电处理，将储液罐中冷却液所储热能进行释放，开启/保持开启冷端风机101，通过制冷与发电转换开关切换电路306将半导体制冷片10端线切换到与电能存储模块307相连接方式，半导体制冷片10发电经电能存储模块307转换成与电瓶相适应的充电电压向其储能，并利用半导体制冷片10发电过程中，其热端所吸热量传递到其冷端的余热对电控箱内环境进行升温，以降低电控箱内环境的相对湿度，通过对电动泵202以PWM调速控制流量或者通过对电动泵202以通断电方式控制流量有无，限制半导体制冷片10热端吸热量，使电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值不大于设定的阈值。

以上所述阈值设置为5℃，从而通过升温降低电控箱内环境的相对湿度来延长电子设备使用寿命的同时，对其温升进行最大限制，使电子设备不至于因为温升而引起老化。

以上所述电能存储模块307包括电压转换模块和用于储能的电瓶。

以上所述第一水冷头201，除用于在半导体制冷片10制冷期间，对其热端吸热，还用在半导体制冷片10发电期间，向半导体制冷片10热端传热。

以上所述电动泵202，用于半导体制冷片10制冷和发电期间，具体控制储液罐203中，冷却液在第一水冷头201管道所处的回路中循环。

本申请中优选将控制系统300中电路和控制器单元301设置在电控箱内，电能存储模块307设置在电控箱外，以确保电控箱内电子设备工作时，控制系统300正常工作。

以上所述电源模块320选择开关电源，虽然开关电源效率高，但还是有热耗。而众所周知：开关电源一般可以工作于50℃的环境温度中。故：为了不使电源模块320产生的热量对电控箱内环境温度的影响，本申请中优选将电源模块320设置在电控箱外。

电源模块320的输入出处从电控箱电子设备电源开关的前端引入或直接从动力柜400中引入，本申请优选：直接从动力柜400中引入。

为了减少电源模块的热耗，本申请中电源模块320的输入电源电压优选为直流24V。

众所周知：半导体制冷片10制冷时，其是降温散热系统中最大的功耗单元。从而电源模块320在半导体制冷片10制冷时其热耗最大。因半导体制冷片10逆向发电时，不需要电源模块320对其半导体制冷片10提供电能，从而在半导体制冷片10逆向发电期间电源模块320产生的热耗，远远小于半导体制冷片10制冷期间电源模块320产生的热耗。

为了减少设置在电控箱外电源模块320，在电控箱内电子设备使用(工作)期间，其电源模块320产生的热量对电控箱外环境温度的影响，本申请中优选：在电源模块320散热外壳上设置第二水冷头，在电控箱内电子设备使用(工作)期间将第二水冷头管子通路串接于第一水冷头201与储液罐203连通的管子之中，为了减少第二水冷头吸热对半导体制冷片10制冷时热端释热的影响，本申请中优选：将第二水冷头管子通路串接于第一水冷头201的出液口与储液罐203液体入口连通的管子之中，具体是：第一水冷头201的出液口通过管子接入第二水冷头的进液口，第二水冷头的出液口通过管子接入储液罐203的液体入口。

为了使增设的第二水冷头在电控箱内电子设备停止期间，不对循环的冷却液温度产生影响，故：在第一水冷头201的出液口增设一进一出的三通电磁阀门，三通电磁阀门的电磁线圈与控制系统300中控制器单元301的输出相连接，三通电磁阀门的进口与第一水冷头201的出液口相连接，三通电磁阀门的一出口通过管子接入第二水冷头的进液口，第二水冷头的出液口通过管子接入储液罐203的液体入口；三通电磁阀门的另一出口通过管子直接接入储液罐203的液体入口。在电控箱内电子设备处于使用(工作)期间，控制器单元301通过对三通电磁阀门的电磁线圈控制，将第一水冷头201的出液口与第二水冷头连接的通路打开，关闭第一水冷头201的出液口直接与储液罐203的液体入口连接的通路。在电控箱内电子设备处于停止期间，控制器单元301通过对三通电磁阀门的电磁线圈控制，将第一水冷头201的出液口直接与储液罐203的液体入口连接的通路打开，关闭第一水冷头201的出液口与第二水冷头连接的通路。

以上所述储液罐203的壁体设有保温层，使储液罐203内所储热量不能通过其壁体向外传递，储液罐203内除盛有冷却液外，还放置有浸入在冷却液中并经过导热材料封装的低温相变蓄热材料，低温相变蓄热材料的相变温度在40℃～45℃区间选择，低温相变蓄热材料经封装的导热材料与冷却液接触；在对电控箱内电子设备使用时，低温相变蓄热材料对冷却液超温蓄热限制其温升；低温相变蓄热材料对冷却液超温所蓄的热能，由在电控箱内电子设备处于停止期间的半导体制冷片10逆向发电处理过程中，被冷却液吸收循环带到半导体制冷片10的热端释放。考虑到电控箱外环境温度一般不会超过40℃度，故，本申请中将低温相变蓄热材料的相变温度在40℃～45℃区间选择，既有利于在电控箱电子设备处于使用时对冷却液超温蓄热，又有利于电控箱内电子设备处于停止期间，在半导体制冷片逆向发电处理过程中，将低温相变蓄热材料对冷却液超温所蓄的热量放出，通过冷却液循环带到半导体制冷片热端释放。

由于固态与液态相互变化材料发生相变的温度适中，相变潜热较大且体积变化相对较小，故：本申请中低温相变蓄热材料优选：固态与液态相互变化的低温相变蓄热材料。

以上所述的电子设备处于使用与停止状态的采集电路308，从受电控箱电子设备电源开关所控制的电源获取采集信号或从受电控箱电子设备电源开关所控制的电源指示灯处获取采集信号，用于控制系统300识别电控箱内电子设备处于使用状态，还是处于停止状态。如选择从受电控箱电子设备电源开关所控制的电源获取采集信号，即从电子设备电源开关输出端采集输出电压，当采集到有输出电压，则认定电控箱内电子设备处于工作(使用)期间，否则，没有采集到有输出电压，认定电控箱内电子设备处于停止期间。又如选择从受电控箱电子设备电源开关所控制的电源指示灯处获取采集信号，当采集到电源指示灯处于点亮，则认定电控箱内电子设备处于工作(使用)期间，否则，采集到电源指示灯处于熄灭，认定电控箱内电子设备处于停止期间。

以上所述的冷却液，本申请中优选为纯净水。

以上所述的冷端散热组件100可以直接设置在电控箱内，也可以设置在电控箱外。冷端散热组件100直接设置在电控箱内，通过风机101强制电控箱内空气循环流动与半导制冷片10冷端的散热器102进行热交换。冷端散热组件100设置在电控箱外，以循环管道引入电控箱内，通过风机101从管道强制电控箱内空气循环流动与半导制冷片10冷端的散热器102进行热交换。半导制冷片10制冷时，对电控箱内环境降温；半导制冷片10发电时，对电控箱内环境升温。

以上所述的第一温度传感器302，设置于电控箱内，用于监测电控箱内环境温度。

以上所述的第二温度传感器303，设置于电控箱外，用于监测电控箱外环境温度。

以上所述的第三温度传感器304，设置于储液罐203冷却液内，用于监测储液罐203内冷却液温度。

以上所述的制冷驱动电路305用于控制送至半导制冷片10端线电压的大小以及接通与断开。

以上所述的控制器单元301，由中央处理器，和与外部连接的输入/输出电路及设备和单元相适应的输入/输出接口等构成的中央处理器控制块模，并嵌入与制冷和发电相对应的程序模块，以及设有相应的定时单元和阈值单元。

降温散热系统中控制系统300通过电子设备处于使用与停止状态的采集电路308采集并判别，若识别到电控箱内电子设备处于使用(工作)期间，则进入通过半导制冷片10制冷对电控箱内环境降温散热处理过程，若识别到电控箱内电子设备处于停止期间，则进入通过半导制冷片10逆向发电对电控箱内环境升温降湿处理过程。

众所周知：为了保证电子设备正常工作，对其电子设备所处环境温度进行最高(上限)温度限定，即：当电子设备所处环境温度大于限定的最高(上限)温度时，其电子设备将不能够正常工作。

为了保证电控箱内承载的电子设备在其使用期间能够正常工作，在电控箱内承载的电子设备使用期间，降温散热系统通过半导制冷片10制冷对电控箱内环境降温散热处理过程如下：

控制系统300通过对制冷与发电转换开关切换电路306的使能端控制，制冷与发电转换开关切换电路306开关将半导体制冷片10的端线与制冷驱动电路305的输出连接接通；

将电控箱内实时环境温度与保证电子设备正常工作时，对其所处环境限定的上限温度进行比较，并设定根据差落在的-5℃～-10℃区间(包括-10℃)内外分别进行如下控制：

当降温散热系统不进行降温散热处理(对半导体制冷片10通电处于关断状态)时，电控箱内环境温度与电子设备对所处环境限定的上限温度比较，差落在小于设定的-5℃，则保持降温散热系统不进行降温散热处理，即保持对半导体制冷片10通电处于关断状态；

当降温散热系统不进行降温散热处理(对半导体制冷片10通电处于关断状态)时，电控箱内环境温度与电子设备对所处环境限定的上限温度比较，差落在大于等于设定的-5℃，则降温散热系统进行降温散热处理(对半导体制冷片10通电处于接通状态)，将电控箱内环境温度控制在，与电子设备对所处环境限定的上限温度比较，使差落在设定的-5℃～-10℃区间(包括-10℃)，待差落到小于设定的-10℃，对半导体制冷片10通电关断。

以上在电控箱内承载的电子设备使用(工作)期间，降温散热系统对电控箱内环境温度进行控制的过程，不仅保证了电控箱内承载的电子设备正常工作，既节能，又能够减少电控箱内空气凝露，且减少半导体制冷片热端所排热量。

降温散热系统的控制系统300通过对电子设备处于使用与停止状态的采集电路308采集，待识别到电控箱内电子设备处于停止运行，则进入通过半导制冷片10逆向发电对电控箱内环境升温降湿的处理过程：

⑴ 控制系统300通过制冷与发电转换开关切换电路的开关将半导体制冷片10端线切换到与电能存储模块307输入相连接，半导体制冷片10所发电经电能存储模块307转换成与电瓶相适应的充电电压向其电瓶储能；

⑵ 控制系统300通过对设置于电控箱外的第二温度传感器303和储液罐冷却液内的第三温度传感器304监测，待识别到冷却液温度大于电控箱外环境温度时，开启/保持开启冷端的风机101强制电控箱内空气循环，对电动泵202控制将储液罐203冷却液循环至半导体制冷片10热端，与其冷端形成温差发电，利用其热端所吸热量传递到其冷端的余热对电控箱内环境进行升温，以降低电控箱内环境的相对湿度，并对电动泵202以PWM调速控制流量或者对电动泵202以通断电方式控制流量有无来调控冷却液所储热能释放速度(调控半导体制冷片10其热端吸热量)，限制电控箱内环境升温；

⑶ 在对电控箱内环境升温降湿的处理过程中，通过对电子设备处于使用与停止状态的采集电路308采集，待识别到电控箱电子设备进入使用状态时，终止对电控箱内环境升温降湿的处理过程并保持开启的冷端风机101运行，转入对电控箱内环境降温散热处理过程；

⑷ 在对电控箱内环境升温降湿的处理过程中，对于在电控箱内电子设备使用时低温相变蓄热材料对冷却液超温所蓄的热能，待冷却液随着半导体制冷片10热端对其热量的吸收而降温，低温相变蓄热材料对冷却液放热，被冷却液吸收循环带到半导体制冷片的热端释放。

以上所述的对于电动泵202以PWM调速控制流量来调控冷却液所储热能释放速度(调控半导体制冷片10其热端吸热量)，限制电控箱内环境升温的方法是：

根据对电控箱内的第一温度传感器302、电控箱外的第二温度传感器303及储液罐冷却液内的第三温度传感器304所监测的结果来调控PWM脉宽，限制电动泵流量，调控冷却液所储热能释放速度(调控半导体制冷片10其热端吸热量)，使电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值不大于设定阈值；

并通过对电控箱外的第二温度传感器303和储液罐冷却液内的第三温度传感器304监测，待冷却液温度降至等于电控箱外环境温度时，或者在对电动泵202PWM调速控制的最大流量下，通过对电控箱内的第一温度传感器302和电控箱外的第二温度传感器303监测，待电控箱内环境温度降至等于电控箱外环境温度时，停止冷端的风机101运行和停止对冷却液循环控制。

以上所述的对于电动泵202以通断电方式控制流量有无来调控冷却液所储热能释放速度(调控半导体制冷片10其热端吸热量)，限制电控箱内环境升温的方法是：

①首先控制对电动泵202通电，以全速将储液罐203冷却液循环水送至半导体制冷片10的热端，对电控箱内的第一温度传感器302和电控箱外的第二温度传感器303进行监测，待电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值，达到设定的阈值时，进入步骤②；

②控制对电动泵202断电，停止将储液罐203中冷却液循环送至半导体制冷片10的热端，进入步骤③；

③对电控箱内的第一温度传感器302和电控箱外的第二温度传感器303进行监测，待电控箱内降温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值，等于设定的阈值1/4时，控制对电动泵202通电，再次全速将储液罐203冷却液循环水送至半导体制冷片10的热端，进入步骤④；

④对电控箱内的第一温度传感器302和电控箱外的第二温度传感器303进行监测，待电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值，达到设定的阈值时，返回步骤②；

⑤在电动泵202通电的过程中，通过对电控箱外的第二温度传感器303和储液罐203冷却液内的第三温度传感器304监测，待识别到冷却液温度降至等于电控箱外环境温度时，或者通过对电控箱内的第一温度传感器302和电控箱外的第二温度传感器303监测，待识别到电控箱内环境温度降至等于电控箱外环境温度时，停止冷端的风机101运行和停止对冷却液循环控制。

Claims (10)

1.一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，包括与半导体制冷片冷端相连的以风机强制电控箱内空气循环流动进行热交换的冷端散热组件，与半导体制冷片热端相连的以液体循环进行热交换的热端散热组件，以及由电源模块供电的控制系统；所述热端散热组件包括电动泵，储有冷却液的储液罐，热交换面与半导体制冷片热端相连接的第一水冷头；第一水冷头的进液口通过管子接入电动泵的出液口，第一水冷头的出液口通过管子接入储液罐的液体入口，电动泵的入液口通过管子接入储液罐的液体出口；所述控制系统包括与监测电控箱内环境的第一温度传感器、监测电控箱外环境的第二温度传感器、监测储液罐内冷却液的第三温度传感器、冷端散热组件中风机、热端散热组件中电动泵、制冷与发电转换开关切换电路使能端、制冷驱动电路控制端相连接的控制器单元，以及电能存储模块；半导体制冷片的端线接入制冷与发电转换开关切换电路开关的共公端，制冷与发电转换开关切换电路开关的常闭端与制冷驱动电路的输出相连接，制冷与发电转换开关切换电路开关的常开端与电能存储模块的输入相连接；电源模块设置在电控箱外；其特征在于，电控箱内的电子设备为间歇使用，对控制系统供电的电源模块，其输入接通与断开不受电控箱电子设备电源开关所控制，控制系统中控制器单元还连接有用于监测电控箱内电子设备处于使用与停止状态的采集电路；在对电控箱内电子设备使用期间，控制系统通过制冷与发电转换开关切换电路将半导体制冷片端线切换到通电方式，对半导体制冷片、热端冷却液循环储能、冷端风机控制，形成对电控箱内降温散热处理；在电控箱内电子设备处于停止期间，控制系统通过制冷与发电转换开关切换电路将半导体制冷片端线切换到与电能存储模块相连接方式，冷却液温度大于电控箱外环境温度时控制系统对半导体制冷片进行逆向发电处理，将储液罐中冷却液所储热能进行释放，开启/保持开启冷端风机，半导体制冷片发电经电能存储模块转换成与电瓶相适应的充电电压向其储能，并利用半导体制冷片发电过程中，其热端所吸热量传递到其冷端的余热对电控箱内环境进行升温，以降低电控箱内环境的相对湿度，通过对电动泵以PWM调速控制流量，限制半导体制冷片热端吸热量，使电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值不大于设定的阈值。

2.根据权利要求1所述的一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，其特征在于，所述储液罐的壁体设有保温层，储液罐内除盛有冷却液外，还放置有浸入在冷却液中并经过导热材料封装的低温相变蓄热材料，低温相变蓄热材料的相变温度在40℃～45℃区间选择，低温相变蓄热材料经封装的导热材料与冷却液接触；在对电控箱内电子设备使用时，低温相变蓄热材料对冷却液超温蓄热限制其温升；低温相变蓄热材料对冷却液超温所蓄的热能，由在电控箱内电子设备处于停止期间的半导体制冷片逆向发电处理过程中，被冷却液吸收循环带到半导体制冷片的热端释放。

3.根据权利要求2所述的一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，其特征在于，所述的低温相变蓄热材料采用固态与液态相互变化的低温相变蓄热材料。

4.根据权利要求1所述的一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，其特征在于，所述电源模块的输入出处直接从动力柜中引入。

5.根据权利要求1所述的一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，其特征在于，所述电源模块的输入电源电压为直流24V。

6.根据权利要求1所述的一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，其特征在于，所述控制系统中电路和控制器单元设置在电控箱内，电能存储模块设置在电控箱外。

7.根据权利要求1所述的一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，其特征在于，所述电源模块散热外壳上设置第二水冷头，在电控箱内电子设备使用期间，将第二水冷头管子通路串接于第一水冷头的出液口与储液罐液体入口连通的管子之中。

8.根据权利要求1所述的一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，其特征在于，所述的电子设备处于使用与停止状态的采集电路，从受电控箱电子设备电源开关所控制的电源获取采集信号或从受电控箱电子设备电源开关所控制的电源指示灯处获取采集信号，用于控制系统识别电控箱内电子设备处于使用状态，还是处于停止状态。

9.根据权利要求1所述的一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统，其特征在于，所述的阈值，设置为5℃。

10.如权利要求1或2所述的一种船舶特定舱室内封闭式电控箱降温散热系统的升温降湿实现方法，其特征在于，

降温散热系统的控制系统通过对电子设备处于使用与停止状态的采集电路采集，待识别到电控箱内电子设备处于停止运行，则进入通过半导制冷片逆向发电对电控箱内环境升温降湿的处理过程，包括如下步骤：

⑴ 控制系统通过制冷与发电转换开关切换电路的开关将半导体制冷片端线切换到与电能存储模块输入相连接，半导体制冷片所发电经电能存储模块转换成与电瓶相适应的充电电压向其电瓶储能；

⑵ 控制系统通过对设置于电控箱外的第二温度传感器和储液罐冷却液内的第三温度传感器监测，待识别到冷却液温度大于电控箱外环境温度时，开启/保持开启冷端的风机101强制电控箱内空气循环，对电动泵控制将储液罐中冷却液循环至半导体制冷片10热端，与其冷端形成温差发电，利用其热端所吸热量传递到其冷端的余热对电控箱内环境进行升温，以降低电控箱内环境的相对湿度，并对电动泵以PWM调速控制流量来调控半导体制冷片其热端吸热量，限制电控箱内环境升温，具体是：

①根据对电控箱内的第一温度传感器、电控箱外的第二温度传感器及储液罐冷却液内的第三温度传感器所监测的结果来调控PWM脉宽，限制电动泵流量，调控半导体制冷片其热端吸热量，使电控箱内升温后的环境温度与电控箱外环境温度的差值不大于设定阈值，

②通过对电控箱外的第二温度传感器和储液罐冷却液内的第三温度传感器监测，待冷却液温度降至等于电控箱外环境温度时，或者在对电动泵PWM调速控制的最大流量下，通过对电控箱内的第一温度传感器和电控箱外的第二温度传感器监测，待电控箱内环境温度降至等于电控箱外环境温度时，停止冷端的风机运行和停止对冷却液循环控制；

⑶ 在对电控箱内环境升温降湿的处理过程中，通过对电子设备处于使用与停止状态的采集电路采集，待识别到电控箱电子设备进入使用状态时，终止对电控箱内环境升温降湿的处理过程并保持开启的冷端风机运行，转入对电控箱内环境降温散热处理过程；

⑷ 在对电控箱内环境升温降湿的处理过程中，对于在电控箱内电子设备使用时低温相变蓄热材料对冷却液超温所蓄的热能，待冷却液随着半导体制冷片热端对其热量的吸收而降温，低温相变蓄热材料对冷却液放热，被冷却液吸收循环带到半导体制冷片的热端释放。

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