CN105605815B - 一种双模冷却的便携式冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模冷却的便携式冷却系统，包括箱体和设置在箱体内的U型压缩制冷循环系统、新风活门、回风风机和风道冷板；所述箱体分隔为低温腔和高温腔，所述冷凝器和压缩机设置在高温腔，在高温腔的箱体上至少有两处开设有通风筛孔，所述蒸发器、回风风机和风道冷板设置在低温腔，在低温腔的箱体侧壁开设有上下两处通风筛孔，新风活门安放在通风筛孔处并分别正对蒸发器和回风风机。本发明的积极效果是：在高温工作模式下，可以提供比环境温度低20℃左右的冷却空气，极大在改善了电子设备及元器件的散热；在低温工作模式下，大幅度降低功耗和系统复杂程度；两种工作模式可自由切换，切换温度可在控制系统的程序中自定义或自行设定。

Description

一种双模冷却的便携式冷却系统

技术领域

本发明属于便携式电子设备的散热技术领域，具体涉及一种微小型电子设备压缩制冷装置，可依据环境温度和电子设备热负载的高低，分别切换为制冷和风冷两种工作模式，能对便携式电子设备的发热元器件和部件进行更合理、经济、安全的冷却降温。

背景技术

在高原、戈壁、沙漠、海岛等恶劣环境中，便携式的大功率电子设备在工作中面临着高温高湿、低温严寒等极端恶劣气候。压缩制冷，在高温高湿条件下，可以提供低于环境温度的冷却介质，具有传统风冷技术不可比拟的优势，能更好地冷却电子设备及元器件。基于压缩制冷技术开发便携式电子设备的冷却系统，成为一个新兴的技术方向。

然而当季节和气候转换，在低温条件下，基于环境空气的强迫风冷技术具有技术简便、能耗低、稳定性高等优势，已经可以提供足够优异的冷却资源。压缩制冷技术的需求不再迫切。同时，压缩制冷技术还存在着极低温条件下无法启动工作、能效比不经济等问题。因此压缩制冷技术和常规的强迫风冷技术在应用上，各自有着可以互补的优缺点和技术界限。

便携式大功率电子设备，在高温高湿等恶劣环境下工作时，压缩制冷技术是一个优选技术手段。而当便携式大功率电子设备在低温工作时，对更为简便、低能耗的强迫风冷系统有着迫切需求。

因而，寻求一种简化可靠、能同时适应于高温和低温环境工作的冷却系统，成为便携式大功率电子设备亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种可双模式工作的便携式冷却系统，可在制冷、风冷两种模式灵活切换，适应于不同的气候环境应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双模冷却的便携式冷却系统，包括箱体和设置在箱体内的U型压缩制冷循环系统、新风活门、回风风机和风道冷板；所述U型压缩制冷循环系统包括控制系统和通过连接管路依次连接的冷凝器、压缩机和蒸发器，在连接管路中填充有制冷剂；所述箱体分隔为低温腔和高温腔，所述冷凝器和压缩机设置在高温腔，在高温腔的箱体上至少有两处开设有通风筛孔，所述蒸发器、回风风机和风道冷板设置在低温腔，在低温腔的箱体侧壁开设有上下两处通风筛孔，新风活门安放在通风筛孔处并分别正对蒸发器和回风风机。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1)在高温工作模式下，可以提供比环境温度低20℃左右的冷却空气，极大的改善了电子设备及元器件的散热。

2)在低温工作模式下，大幅度降低功耗和系统复杂程度。

3)两种工作模式可自由切换，切换温度可在控制系统的程序中自定义或自行设定。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是双模冷却便携式电子设备冷却系统的结构示意图；

图2是U型压缩制冷循环系统的结构示意图；

图3是取出压缩制冷循环系统后的电子设备箱体结构示意图；

图4是高温环境制冷工作模式的空气流向示意图；

图5是低温环境风冷工作模式的空气流向示意图；

图6是系统集成组装的示意图；

图7是系统集成组装后的整体示意图。

具体实施方式

在电子设备箱体内嵌入式内置一套压缩制冷循环系统，将其中较低温的蒸发端和较高温的冷凝端工作部件，分别隔离在两个不同的腔体内。压缩机在较高温腔体内工作。在较低温腔体内，通过回风风机的导流，形成压缩制冷工作时的内循环空气流道。同时设置有新风活门，通过控制新风活门的开关来改变空气流向和工作模式。使得系统可以以制冷模式运行或风冷模式运行，适应不同气候环境。

如图1所示，主要部件包括：U型压缩制冷循环系统1、箱体及盖板2、新风活门3、回风风机4、风道冷板5。

如图2所示，所述的U型压缩制冷循环系统1，由1-1/微型压缩机、1-2/冷凝器、1-3/过滤器、1-4/毛细管、1-5/蒸发器、1-6/控制系统、填充在管路中的1-7/制冷剂及1-8连接管路组成。各部件的连接方式与传统的压缩制冷循环系统组成一致。不同之处在于：U型布置，其蒸发器部分和冷凝器部分分别布置在左右两端。控制系统在检测环境温度和出风温度的同时，程序设定冷却模式切换的温度阀值。控制系统同时驱动压缩机工作和调整压缩机转速，控制冷凝器内风机的启停工作，控制蒸发器内风机的启停工作。本方案中的控制系统还同时控制基本压缩制冷循环系统之外的新风活门的开关动作和回风风机的启停工作。根据具体实施方案的不同，控制系统可以为1个印制电路板集成，或多个分离的电路板组件。

取出压缩制冷循环系统后的电子设备箱体的结构如图3所示，左侧为较低温腔，右侧为较高温腔；所述的箱体及盖板2，是便携式电子设备的外壳。其中箱体是一个长方形的无盖盒体，中间被一道隔筋隔开为两个部分的腔体，两个腔体均有两处或以上的筛孔结构，为空气流通之用。左右两个腔体内，分别放置U型压缩制冷循环系统的蒸发器和冷凝器，也即箱体被隔离为左侧较低温腔和右侧较高温腔。隔筋开设有缺口，供U型压缩制冷循环系统的连接管路穿过。(本文描述的左侧和右侧是相对的，可调换。)

所述的新风活门3，为两个平板型式的电动阀门部件。安放于箱体内左侧较低温腔中开设有筛孔的地方，同时也正对蒸发器和回风风机的布设部位。新风活门有开启和闭合两种工作状态。

所述的回风分机4是一个或一组轴流风机，布设在较低温腔内的空气流路中。

所述的风道冷板5用于安装或放置待冷却电路板或电子元器件等便携式电子设备的发热元器件和部件。

本技术方案的工作原理：

首先，压缩制冷循环系统的工作原理，可以简单描述为，在压缩机的工作驱动下，制冷剂在循环系统各部件和连接管路内流动。制冷剂在蒸发器内低温蒸发，吸收大量热量，然后在冷凝器内放热，如此反复循环往复，压缩制冷循环系统起到热量“搬运”的作用。

本方案提出的双模冷却工作模式为：

如图4所示，当控制系统检测到环境温度高于某一温度值，即高温工作模式下，关闭新风活门，同时启动U型压缩制冷循环系统工作，驱动包括压缩机和冷凝器风机、蒸发器风机和回风风机工作。新风活门关闭后，电子设备箱体的左侧腔体形成一个封闭式空间，其中，蒸发器风机将空气吹过蒸发器的换热器，空气被冷却降温，然后流经风道冷板，吸收电子元器件发热后，经过回风风机导流至蒸发器，再次经蒸发器的换热器冷却，如此往复循环。设备箱体的右侧腔体内，冷凝器的风机，源源不断的将设备箱体外的环境空气吸入腔体内，流经冷凝器换热器，吸收制冷剂热量后经筛孔排出箱体外。

如图5所示，当环境温度低于某一温度值，即低温工作模式下，控制系统开启新风活门，同时仅启动蒸发器的风机和回风风机。电子设备箱体的左侧箱体形成一个开放式空间，蒸发器的风机将来自箱体上部的新风活门开口处的外部冷空气吸入，流经风道冷板，吸收电子元器件发热后，经过回风风机，从箱体下部的新风活门开口处排出箱体之外。设备箱体的右侧完全不工作。在低温工作模式下，系统的功耗大大降低、系统变得简单可靠，而且从环境引入的低温冷却空气保证了电子元器件的散热不受影响。

根据本方案，实施实例如图6、7所示，其中U型压缩制冷循环1系统采用了24V直流变频压缩机；其冷凝器和蒸发器的换热器部分，均为一个高效风冷平行流换热器，风机则分别为3个和2个轴流直流风机。控制板用来实现温度检测、系统控制和压缩机驱动(对应技术方案)。

案例中，电子设备为约200W热耗的电子元器件，有印制电路板型式、有器件型式、有模块型式等，共同装在一个带翅片的铝制散热器上，组成风道冷板(待冷却电子设备及风道)5。电子设备箱体2由铝合金制成，并在内壁面尤其是隔筋上，铺设有2mm-5mm的隔热材料。箱体上开设有3mm-5mm的通风筛孔。在设备盖板6上，设置有开关面板7，具有开关和供电、温度显示功能，并能提供出风和回风温度显示，制冷时的出风温度目标值设置。整个系统的控制，由压缩制冷循环的一个集成控制板控制，新风阀门(即新风活门)为直流电动阀门，可开度约80％。整机采用24V直流供电，压缩制冷循环系统的工作耗电约130W，风冷模式工作耗电约20W。当检测环境温度过低时，启动风冷工作模式，打开新风活门3导入环境空气，冷却电子设备后排放出热空气；在高温条件下，关闭新风活门，启动压缩制冷高温工作模式。

实施效果：

实施实例，将小型压缩制冷系统和电子设备集成一体，达到了冷却各发热器件的作用，并具有温度实时检测、调节的功能。

1)在环境温度在15℃～45℃范围内，通过开启压缩制冷，实现了内部闭式制冷循环供风温度，均低于环境温度5～20℃。保证了电子器件的正常散热。

2)通过引入新风活门，在低温条件下，通过控制系统的作用关闭压缩制冷系统，导入环境大气，减少功耗的同时适应了制冷、风冷两种模式，扩展了环境适应性。

3)通过显控面板，可自定义新风活门切换时的温度值，即制冷、风冷模式切换的温度阀值，自由切换压缩制冷和风冷两种模式，功耗约130W、20W，可分别处理-30℃至+60℃温度区间内各种环境的应用。可进一步拓展便携式电子设备及其冷却系统的工作温度区间。

Claims (8)

1.一种双模冷却的便携式冷却系统，其特征在于：包括箱体和设置在箱体内的U型压缩制冷循环系统、新风活门、回风风机和风道冷板；所述U型压缩制冷循环系统包括控制系统和通过连接管路依次连接的冷凝器、压缩机和蒸发器，在连接管路中填充有制冷剂；所述箱体分隔为低温腔和高温腔，所述冷凝器和压缩机设置在高温腔，在高温腔的箱体上至少有两处开设有通风筛孔，所述蒸发器、回风风机和风道冷板设置在低温腔，在低温腔的箱体侧壁开设有上下两处通风筛孔，新风活门安放在通风筛孔处并分别正对蒸发器和回风风机；所述低温腔和高温腔通过隔筋隔开，在所述隔筋开设有缺口；所述回风风机为一个或一组轴流风机。

2.根据权利要求1所述的一种双模冷却的便携式冷却系统，其特征在于：所述箱体由铝合金制成，在箱体内壁面和隔筋上铺设有2mm-5mm的隔热材料。

3.根据权利要求1所述的一种双模冷却的便携式冷却系统，其特征在于：所述压缩机为一种微型24V直流变频压缩机。

4.根据权利要求1所述的一种双模冷却的便携式冷却系统，其特征在于：所述冷凝器和蒸发器的换热器均为高效风冷平行流换热器。

5.根据权利要求1所述的一种双模冷却的便携式冷却系统，其特征在于：所述冷凝器和蒸发器的风机分别为3个和2个轴流直流风机。

6.根据权利要求1所述的一种双模冷却的便携式冷却系统，其特征在于：所述风道冷板为带翅片的铝制散热器。

7.根据权利要求1所述的一种双模冷却的便携式冷却系统，其特征在于：所述新风活门为平板型式的直流电动阀门。

8.根据权利要求1所述的一种双模冷却的便携式冷却系统，其特征在于：所述通风筛孔的孔径为 3mm-5mm。