CN106325322A - 一种泵驱两相流体回路用两级控温装置 - Google Patents

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    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
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Abstract

本发明针对大规模泵驱两相流体回路温度精确控制的技术难点，提供了一种泵驱两相流体回路用两级控温装置，将泵驱两相流体回路系统中原有储液器的控温与补偿工质高低温体积变化两个功能分离，实现对系统温度的准确控制。本方法将泵驱两相流体回路系统中原有储液器的控温与补偿工质高低温体积变化两个功能分离，容积较大的大储罐主要用来提供较大的空间，允许系统温度变化引起的工质体积变化；容积较小的小储罐用来控温，其内工质的液位不随系统温度变化。由于小储罐体积较小，所以其温度均匀性好，系统容易获得更高的控制精度。由于只是控制小储罐的工质温度，因此控温所需的功率小，节约了能量，控温后的温度变化反应迅速，响应时间短。

Description

一种泵驱两相流体回路用两级控温装置
技术领域
本发明属于热控技术领域，具体涉及一种泵驱两相流体回路用两级控温装置。
背景技术
随着互联网和信息技术的发展，大规模数据存储和数据处理的需求日益增长，对数据中心的服务器的运算速度和性能都提出了更高的要求，而温度控制已经成为制约其发展的关键因素。
第一代的数据中心采用风冷的方式，单个机柜的功率一般3～4kW，第二代采用水冷和风冷结合的方式，机柜的功率可以达到30kW，当机柜的功耗继续增大，单相水冷的方式难以实现对其良好的温度控制，国内外未来数据中心的新一代散热技术均着眼于泵驱两相流体回路系统。
泵驱两相流体回路系统是利用工质在循环流动过程中的蒸发吸热和冷凝放热过程，进行热量收集、输运的热控系统。泵驱两相流体回路系统的原理如图1所示。系统中的工质在循环泵的驱动下流动进入蒸发器，在进入蒸发器后工质吸收热量由液态单相变成汽液两相状态，然后两相流体经过冷凝器释放热量后由汽液两相状态变为液态单相，之后再进入循环泵，然后又进入蒸发器，如此往复。
泵驱两相流体回路系统的控温目前主要采用储液器控温的方式，储液器即控温装置，这种控温方式来源于环路热管(LHP)，其原理如下：储液器中工质处于两相平衡状态时，其饱和压力和温度之间存在对应关系，当储液器内工质温度变化时其内的饱和压力会发生变化，系统中其他位置的压力也发生变化；系统中蒸发器与冷凝器的饱和压力改变，进而蒸发器的蒸发温度和冷凝器的冷凝温度随之改变；另外，若储液器内压力变大，储液器中的工质就会压入冷凝器内，导致冷凝器的冷凝段长度变小，所以通过对储液器的温度进行控制实现了对整个回路系统的温度控制。系统的温度控制依赖于对储液器气液界面温度的准确控制，当系统的规模比较小时这种方式比较容易实现，对于LHP一般规模均比较小，如图1中所示。然而当泵驱两相流体系统的规模比较大，特别是温度变化范围比较宽时，系统高低温变化时引起的储液器内工质体积变化比较大，液位不断波动，此时就需要容积比较大的储液器来满足大规模系统温度变化的需求，这时由于储液器容积增大，其内出现加热不均匀的问题，并且储液器内液位的变化给系统温度的准确控制带来困难，且对其进行控温需要消耗大量能量。
发明内容
有鉴于此，针对大规模泵驱两相流体回路温度精确控制的技术难点，本发明提供了一种泵驱两相流体回路用两级控温装置，将泵驱两相流体回路系统中原有储液器的控温与补偿工质高低温体积变化两个功能分离，实现对系统温度的准确控制。
本发明的技术解决方案是:
本发明的泵驱两相流体回路用两级控温装置为储液器，所述储液器包括大储罐与小储罐；其中大储罐内的工质量由泵驱两相流体回路系统中两相回路的容积和系统的工作温度范围确定，大储罐容积由大储罐内的工质量确定；小储罐容积为大储罐容积的1/20～1/30，并结合系统选择的工质种类确定小储罐的最终容积；大储罐顶部与小储罐顶部连接，大储罐底部与泵驱两相回路的主回路连接；所述控温装置开始工作时，小储罐内的工质处于两相平衡状态；小储罐内布置有温控器，用于控制小储罐内工质气液界面的温度。
进一步地，本发明的泵驱两相流体回路用两级控温装置中大储罐和小储罐顶部之间的管路上设置阀门。
进一步地，大储罐和小储罐底部之间通过管路连接，并设置阀门。
进一步地，本发明的泵驱两相流体回路用两级控温装置中所述温控器为热电制冷片。
有益效果：
(1)本方法将泵驱两相流体回路系统中原有储液器的控温与补偿工质高低温体积变化两个功能分离，容积较大的大储罐内工质的液位随系统温度变化而变化，补偿系统温度变化引起的工质体积变化；容积较小的小储罐用来控温，其内工质的液位不随系统温度变化。由于小储罐体积较小，所以其温度均匀性好，系统容易获得更高的控制精度。
(2)由于只是控制小储罐的工质温度，因此控温所需的功率小，节约了能量。
(3)由于只是控制小储罐的工质温度，因此控温后的温度变化反应迅速，响应时间短。
附图说明
图1为泵驱两相流体回路系统原理图。
图2为泵驱两相流体回路用两级控温装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种泵驱两相流体回路用两级控温装置，将泵驱两相流体回路系统中原有储液器的控温与补偿工质高低温体积变化两个功能分离，实现对系统温度的准确控制。
泵驱两相流体回路用两级控温装置为储液器，该储液器包括大储罐与小储罐，以及附属的管路和阀门。大储罐内的工质量由泵驱两相流体回路系统中两相回路的容积和系统的工作温度范围确定，大储罐容积由大储罐内的工质量确定，小储罐容积的设计考虑工质的气液密度比，由于一般的工质气液密度比小于1/50，小储罐容积取为大储罐容积的1/20～1/30，结合系统选择的工质确定最终容积，小储罐内的工质量不做具体要求，但不能过少或过多，过少导致小储罐工质在短时间用尽，装置工作时间太短；过多导致小储罐内没有足够空间留给小储罐内工质饱和蒸汽；大储罐和小储罐顶部之间通过管路连接，大储罐底部与泵驱两相回路的主回路通过管路连接，系统温度变化引起的工质体积变化反映在大储罐中，当系统温度升高时，大储罐内工质的液位上升，系统温度下降时其内工质液位下降，小储罐不与泵驱两相流体回路主回路直接连接；小储罐内布置有温控器，温控器可以是热电制冷片也可以是其他形式的温控装置，根据小储罐的容积和蒸发器的目标控温范围确定温控器所需要的控温功率；小储罐内的工质处于两相平衡状态，通过温控器控制小储罐内工质气液界面的温度，进而控制大储罐的压力间接控制泵驱两相流体回路的温度，小储罐主要起系统控温的作用。
如图2所示，整个控温装置包括储罐A、储罐B以及附属的管路和阀门，储罐A为大储罐、储罐B为小储罐。
控温装置具体工作时，连通管路U上的阀门U打开，管路连通，阀门不起作用，可不设置阀门，连通管路D上的阀门D关闭，管路不起作用，可不设置管路。储罐B中温控器控制储罐B中工质的温度，开始工作时，小储罐内的工质处于两相平衡状态，储罐B中的饱和压力与温度之间存在对应关系，饱和压力Ps与温度T的关系为Ps＝f(T)，在不同温度对应的两相平衡状态下，有不同的饱和压力值，因此通过对储罐B中气液界面的温度进行控制，实现对储罐B上方工质饱和蒸汽压力即储罐B中的饱和压力的控制；由于储罐A和储罐B通过连通管路U相连接，储罐A与储罐B压力平衡，储罐A中的压力等于储罐B中的饱和压力，通过控制储罐B的温度实现了对储罐A的压力控制；储罐A压力变化后，泵驱两相流体回路系统中其他位置的压力也随之发生变化，系统中蒸发器与冷凝器的饱和压力改变，进而蒸发器的蒸发温度和冷凝器的冷凝温度随之改变，另外，若储罐A内压力变大，储罐A中的工质就会压入冷凝器内，导致冷凝器的冷凝段长度变小。所以通过对储罐B的温度进行控制实现了对整个回路系统的温度控制。
储罐A与储罐B组合起来起到储液器的功能，泵驱两相流体回路系统具体应用时，需要控温的元器件放在蒸发器上，所以以蒸发器温度作为目标控温值。在泵驱两相流体回路系统中，循环泵的压头为已知量，表示为DP，若蒸发器温度需要达到的目标值为T0，能实现此温度的储液器的控温值为Ts，有f(T0)-DP＝f(Ts)，由此可计算出所要设置的储液器的控温值Ts，在本发明所述的二级控温装置中，将储罐B中工质气液界面的温度值利用温控器控制在Ts，就能够控制蒸发器温度达到目标值T0。
由于储罐B的顶部与储罐A的顶部连通，在控温过程中会有少量的汽态工质由储罐B进入储罐A，储罐B存在少量的工质损失，在系统工作一段时间后，需要对储罐B进行工质补液，可以从装置外对储罐B工质进行少量补充，补入的工质量有限制，这种方法操作工序繁杂，不能无限次采用，并且频繁打开储罐B对装置的密封性会有影响。因此通过设置阀门U和连通管路D与阀门D避免出现从外界补液带来的问题，具体补液方案如下：
当储罐B中的工质量减小时，暂停系统工作，将储罐A放在其气液界面高于储罐B气液界面的位置，打开阀门D，在重力的作用下储罐A中的工质可以通过连通管路D进入储罐B中；或者打开阀门D，同时关闭阀门U，降低储罐B的温度，在压力作用下使得储罐A中的工质通过连通管路D进入储罐B，完成对储罐B工质的补充，整个系统的总工质量在这个过程中保持不变。当系统工作一段时间，如1个月，打开两个储罐之间的液路连通阀门(图2中阀门D)，对小储罐进行补液。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种泵驱两相流体回路用两级控温装置，其特征在于，所述控温装置为储液器，所述储液器包括大储罐与小储罐；其中大储罐内的工质量由泵驱两相流体回路系统中两相回路的容积和系统的工作温度范围确定，大储罐容积由大储罐内的工质量确定；小储罐容积为大储罐容积的1/20～1/30，并结合系统选择的工质种类确定小储罐的最终容积；大储罐顶部与小储罐顶部连接，大储罐底部与泵驱两相回路的主回路连接；所述控温装置开始工作时，小储罐内的工质处于两相平衡状态；小储罐内布置有温控器，用于控制小储罐内工质气液界面的温度。
2.如权利要求1所述的一种泵驱两相流体回路用两级控温装置，其特征在于，大储罐和小储罐顶部之间的管路上设置阀门。
3.如权利要求1所述的一种泵驱两相流体回路用两级控温装置，其特征在于，大储罐和小储罐底部之间通过管路连接，并设置阀门。
4.如权利要求1所述的一种泵驱两相流体回路用两级控温装置，其特征在于，所述温控器为热电制冷片。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107454797A (zh) * 2017-06-27 2017-12-08 北京空间飞行器总体设计部 一种用于高热流电子器件散热的泵驱两相回路装置
CN112229105A (zh) * 2020-10-14 2021-01-15 北京空间飞行器总体设计部 储液器、控温装置及泵驱两相流体回路系统
CN112325495A (zh) * 2020-09-30 2021-02-05 北京空间飞行器总体设计部 一种瞬时高热流密度散热两相控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030029179A1 (en) * 2001-07-03 2003-02-13 Vander Woude David J. Cryogenic temperature control apparatus and method
JP2006057925A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Kobe Univ ２相流体ループ式熱輸送装置
CN104483346A (zh) * 2014-12-02 2015-04-01 北京空间飞行器总体设计部 一种两相流体回路真空热性能试验方法
CN104482972A (zh) * 2014-12-02 2015-04-01 北京空间飞行器总体设计部 一种气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法
CN104501900A (zh) * 2014-12-02 2015-04-08 北京空间飞行器总体设计部 重力驱动两相流体回路不凝气体量的间接测试方法
CN104504176A (zh) * 2014-12-02 2015-04-08 北京空间飞行器总体设计部 重力驱动两相流体回路中储液器和工质充装量的匹配方法
CN205373479U (zh) * 2015-09-26 2016-07-06 上海巽科节能科技有限公司 一种泵驱动两相流体热传输系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030029179A1 (en) * 2001-07-03 2003-02-13 Vander Woude David J. Cryogenic temperature control apparatus and method
JP2006057925A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Kobe Univ ２相流体ループ式熱輸送装置
CN104483346A (zh) * 2014-12-02 2015-04-01 北京空间飞行器总体设计部 一种两相流体回路真空热性能试验方法
CN104482972A (zh) * 2014-12-02 2015-04-01 北京空间飞行器总体设计部 一种气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法
CN104501900A (zh) * 2014-12-02 2015-04-08 北京空间飞行器总体设计部 重力驱动两相流体回路不凝气体量的间接测试方法
CN104504176A (zh) * 2014-12-02 2015-04-08 北京空间飞行器总体设计部 重力驱动两相流体回路中储液器和工质充装量的匹配方法
CN205373479U (zh) * 2015-09-26 2016-07-06 上海巽科节能科技有限公司 一种泵驱动两相流体热传输系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107454797A (zh) * 2017-06-27 2017-12-08 北京空间飞行器总体设计部 一种用于高热流电子器件散热的泵驱两相回路装置
CN112325495A (zh) * 2020-09-30 2021-02-05 北京空间飞行器总体设计部 一种瞬时高热流密度散热两相控制方法
CN112229105A (zh) * 2020-10-14 2021-01-15 北京空间飞行器总体设计部 储液器、控温装置及泵驱两相流体回路系统
CN112229105B (zh) * 2020-10-14 2022-07-26 北京空间飞行器总体设计部 控温装置及泵驱两相流体回路系统

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