[发明专利]半导体制冷模块、空间风冷散热装置及空间设备

说明书

本发明公开了一种半导体制冷模块、空间风冷散热装置及空间设备，涉及航空航天领域。半导体制冷模块包括：冷板、半导体制冷器和空冷换热器，半导体制冷器的热端与冷板接触，冷板连通有液体回路，用于使液体回路中的液体与半导体制冷器的热端进行热交换；半导体制冷器的冷端与空冷换热器接触，空冷换热器连通有气体回路，用于使气体回路中的气体与半导体制冷器的冷端进行热交换。本发明能够在空间环境下实现稳定安全制冷，并且由于半导体制冷本身具有结构简单、体积小、重量轻、响应时间短、可控性强的特点，且热控温度范围较大，因此实用性更强，能够满足空间环境下的制冷需求。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，尤其涉及一种半导体制冷模块、空间风冷散热装置及空间设备。

背景技术

目前，对于地面制冷需求，通常使用较为成熟的蒸汽压缩制冷系统，如图3所示，由制冷压缩机抽吸从蒸发器流来的低压、低温制冷剂蒸汽，经压缩机压缩成高压、高温蒸气而排出，在冷凝器放出热量，把热量传给它周围的介质，从而使制冷剂蒸气逐渐冷凝成液体，从冷凝器出来的制冷液体经过膨胀阀减压到蒸发压力，继续到蒸发器循环。

然而，对于空间环境，传统的地面制冷方案不再适用。原因主要有以下几点：1.在常重力条件下，重力使润滑油流入压缩机油槽中，而在微重力环境中，如果大量润滑油离开油池进入气缸，则压缩机将无法润滑，这就导致泄漏和摩擦的增加，泄漏和摩擦又会引起高功耗和压缩机寿命减少等问题；2.在地面常重力环境条件下，因气液两相的密度差，气液混合物自然分层。微重力条件下，则必须通过气液分离技术实现，目前气液分离仅可达到分离气体中无可视化液滴，液体流入会损坏压缩机；3.蒸发器和冷凝器是蒸汽压缩制冷的两个关键部件，在微重力条件下由于形成的气泡和液膜不能及时离开壁面，将造成换热器的换热恶化。

而目前，国际空间站采用液体冷却回路进行制冷，以解决上述问题，如图4所示，液体通过外部冷源进行冷却，通过循环泵驱动进入气液换热器，通过气液换热器使高温气体和低温液体进行换热，对高温气体进行冷却，然而，载荷侧循环的最低进口气体温度受气液换热器冷侧冷却剂温度制约，热控温度范围较小。极限状态下，热载荷最低进口温度等于液体冷却回路中液侧进口工质温度，因此，难以满足实际需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种半导体制冷模块、空间风冷散热装置及空间设备，半导体制冷具有结构简单、体积小、重量轻、响应时间短、可控性强的特点，且微重力对其影响很小，能够适用于空间环境。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种半导体制冷模块，包括：冷板、半导体制冷器和空冷换热器，所述半导体制冷器的热端与所述冷板接触，所述冷板连通有液体回路，用于使所述液体回路中的液体与所述半导体制冷器的热端进行热交换；所述半导体制冷器的冷端与所述空冷换热器接触，所述空冷换热器连通有气体回路，用于使所述气体回路中的气体与所述半导体制冷器的冷端进行热交换。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种基于半导体制冷模块的空间风冷散热装置，包括：半导体制冷模块、液体回路和气体回路，所述半导体制冷模块包括：冷板、半导体制冷器和空冷换热器，其中：

所述半导体制冷器的热端与所述冷板接触，所述冷板与所述液体回路连通，用于使所述液体回路中的液体与所述半导体制冷器的热端进行热交换；所述半导体制冷器的冷端与所述空冷换热器接触，所述空冷换热器与所述气体回路连通，用于使所述气体回路中的气体与所述半导体制冷器的冷端进行热交换。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种空间设备，包括：如上述技术方案所述的半导体制冷模块，或，如上述技术方案所述的空间风冷散热装置。