一种热管-半导体联合制冷系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于空调工程技术领域，涉及一种热管-半导体联合制冷系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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°C，为保证蓄电池的正常工作，要求机房内环境温度低于25°C;然一般的通信传输设备工作温度可提高至35 °C，整个机房环境温度设定在25 °C时造成了大量的冷量浪费。
[0004]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热管-半导体联合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。
[0005]因此，有必要设计一种热管-半导体联合制冷系统。
[0006]控制电路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电路，如单片机、DSP或PLC等。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种热管-半导体联合制冷系统，该热管-半导体联合制冷系统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。
[0008]实用新型的技术解决方案如下:
[0009]—种热管-半导体联合制冷系统，包括第一热管系统、第二热管系统、半导体制冷系统、控制电路和温度传感器；
[0010]第一热管系统包括第一热管蒸发端换热器(I)、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；
[0011]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；
[0012]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管连接；
[0013]热管-半导体联合制冷系统还包括4个三通阀:第一阀门(9)、第二阀门(10)、第三阀门(11)和第四阀门(12);
[0014]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 ；
[0015]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；
[0016]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 ；
[0017]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；
[0018]温度传感器为2个，设备设置在第一热管蒸发端换热器和第二热管冷凝端换热器处，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;温度传感器与控制电路的信号输入端相连;4个三通阀均受控于控制电路。【三通阀也可以用多个单通阀代替】
[0019]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。平行流微通道结构为换热器的成熟的结构形式，为本领域的专有名称，又称微通道平行流结构。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]所述控制电路的信号输入端通过A/D转换器与温度传感器的信号输出端相连。
[0023]控制电路为集成控制器，所述的集成控制器为单片机、DSP或PLC。
[0024]控制电路也可以是由分立的数字器件(如数字比较器，寄存器和触发器等)或模拟器件(如放大器和驱动电路等等)搭建而成，不涉及到任何程序和方法。
[0025]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，则由控制电路控制热管-半导体联合制冷系统工作在工况I;否则由控制电路控制热管-半导体联合制冷系统工作在工况2:
[0026](I)工况 1:
[0027]第一热管蒸发端换热器(I)和第二热管冷凝端换热器(4)通过4个三通阀连成制冷通路;第一热管冷凝端换热器(3)和第二热管蒸发端换热器(6)不在制冷通路内；半导体制冷系统不工作；
[0028](2)工况 2:
[0029]第一热管蒸发端换热器(I)和第一热管冷凝端换热器(3)相连通形成第一制冷通路；
[0030]第二热管蒸发端换热器(6)和第二热管冷凝端换热器(4)相连通形成第而制冷通路；
[0031]第二热管蒸发端换热器(6)与半导体热端(8)换热;第一热管冷凝端换热
[0032]器(3)与半导体冷端(7)换热；
[0033]T为1cC。
[0034]温度传感器位于内部和外部环境中，用于内部和外部环境的温度检测；
[0035]当测得的内外部温度差值满足热管机组的运行工况要求时，直接利用室外冷空气驱动第一热管蒸发端和第二热管冷凝端运行；
[0036]当测得的内外部温度差值不满足热管机组的运行工况要求时，半导体制冷系统启动，改变阀门通道实现第一热管蒸发端和第一热管冷凝端连接，第二热管蒸发端和第二热管冷凝端连接，半导体制冷系统的冷端带走第一热管冷凝端的热量，第二热管蒸发端带走半导体制冷系统热端的热量，以使热管蒸发端和冷凝端的环境温差满足热管机组的运行工况要求，保证热管的制冷效果。
[0037]小型热管-半导体联合制冷系统的默认状态下【初始时，或正常运行时】，控制电路通过对第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门的开关控制，使得第一热管蒸发端和第二热管冷凝端相连。
[0038]将本系统设置在机房中需要重点制冷的位置【如机房内蓄电池处】，控制该处的局部温度达到该位置的温度要求，其余位置按现有的普通方式制冷，从而达到节能的目的。
[0039]三通阀也可以用由多个单向阀组成的阀门组代替。
[0040]本实用新型专利可在全年范围内实现机房局部空间内内的高效制冷降温，克服传统制冷系统整体控制机房环境温度的确定，提高机房内的环境设定温度，避免大量的冷量浪费，减少制冷系统的能耗。本实用新型专利的工作工况分为两种工况运行，分别为热管制冷工况和热管+半导体制冷工况。
[0041]热管制冷工况:冬季和过渡季节，外部空气温度较低，经内部温度传感器和外部温度传感器检测热管蒸发端和冷凝端的温度，当热管蒸发端和冷凝端的温差满足热管系统运行所需要的数值时，直接驱动热管系统运行，此时直接连通第一热管蒸发端和第二热管冷凝端，蒸发风机和冷凝风机启动，半导体制冷系统不运行。
[0042]热管+半导体制冷工况:当夏季室外高温时或外部环境温度较高时，第一热管蒸发端和第二热管冷凝端的温差无法满足热管工况的运行，开启半导体制冷系统，半导体冷端带走第一热管冷凝端的热量，同时第二热管蒸发端带走半导体热端的热量，实现第一热管蒸发端和第一热管冷凝端的温度差值，保证热管系统的运行。
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