基于热电制冷的液冷源系统设计.pdf

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1、76FLUIDMACHINERYVo1．41，No．5，2013文章编号：1005—0329(2013)05—0076—03基于热电制冷的液冷源系统设计朱伟明，刘继东(1．海军驻上海江南造船(集团)有限责任公司军事代表室，上海201913；2．中国机械工业集团有限公司，北京100080)摘要：为了解决液冷源低温环境下冷却液的预热问题，提出了一种利用热电制冷片的预热方法。并利用热电制冷片的可逆性，实现制冷功能，改善了液冷源的高温性能。本设计与其他液冷源系统相比，没有电热元件与冷却液的接触、无需制冷剂、无污染、安全性好、可靠性高、寿命长。同时，减小了液冷

2、源的重量和体积，降低了液冷源的电功率消耗。关键词：液冷源；热电制冷；水冷散热；控制系统中图分类号：THI37；TN344文献标识：Bdoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2013．05．017DesignofLiquidCoolingBasedonThermoelectricRefrigerationZHUWei—ruing，LIUJi．dong(1．RepresentativeoficeofnavyinShanghaiJiangnanshipyard(Group)Co．Ltd．，Shanghai201913，China；2．Ch

3、inaNationalMachineryIndustryCorporation，Beijing100080，China)Abstract：Forthepurposeofimprovingtheproblemofcoolantpre-heated，amethodbasedonthermoelectricrefrigerationwasproposed．Inthedesign，thetechnologyofreverseisusedtoachieveimprovingcoolantperformanceinthehightemperature．Thisk

4、indofliquidcoolingsystemhasthemeritsofclean，pollution-free，goodsafetyperformance，highreliability，longlife，anditcanreducedthevolume，weightandelectricpowerloss．Keywords：liquidcooling；thermoelectricrefrigeration；watercooling；systemcontro1．1引言机、水箱、热电制冷片、流量计、温度传感器和控制箱等组成，结构如图1所示。随着微

5、电子技术的发展，芯片的集成度越来越高，其热流密度也快速上升，目前已达50～100W／era，传统的自然冷却或强制风冷方式已不能满足电子器件的散热要求¨。温度每升高lO℃，半导体器件的寿命将降低一半。因此，为了提高电子器件的可靠性、延长使用寿命，通常将电子器件安装在一块冷板上，冷板内流过一定温度和流量的冷却液，由冷却液将电子器件产生的热量带走。本文介绍为冷板提供冷却液的小型液冷源的设计。图1液冷源组成结构示意其工作原理为：水泵将冷却液以一定流量、压2液冷源的组成和工作原理力输送至冷板，在冷板中冷却液吸收电子设备产生的热量而升温，电子设备得到冷却；升温后

6、的冷液冷源主要由水泵、板翅式换热器、换热风却液回流至液冷源的板翅式换热器中进行二次热收稿日期：2013—03一l12013年第4l卷第5期流体机械77交换，交换出来热空气由换热风机抽出，使冷却液率P之和。制冷量Q计算式为：温度降低。降温后的冷却液回流至水泵，再由水Q。=一12R一泵输送到冷板中进行换热，如此循环。液冷源中设有热电制冷片，当液冷源工作在低温环境时，先4液冷源的结构设计开启水泵、使热电制冷片工作于制热模式，对冷却液进行预热；当液冷源工作在高温环境时，热电制冷片工作在制冷模式，对冷却液进行降温制冷。4．1换热组件的设计根据液冷源体积小、重量

7、轻的要求，我们对液3热电制冷／制热原理[冷源的结构进行了系统的分析和研究，将换热风扇、换热器、水箱和热电制冷片设计成一个整体构成换热器组件，结构如图3所示。热电制冷的理论基础是半导体温差电效应的帕尔帖效应，当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接触点吸收热量，成为冷端。由P型元件流向N型元件的接触点释放热换热风扇量，成为热端，基本结构原理如图2所示。实际应用的热电制冷片可以由多个基本热电偶通过串联和并联组成的热电堆来实现所需的温度和冷量，借助热交换器等各种传

8、热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度，而把热电堆的冷图3换热器组件结构端放到工作环境中去吸热降温