CN109246976A - 射流泵驱动的液体相变冷却方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于制冷技术领域，公开了一种射流泵驱动的液体相变冷却方法及装置，主要解决了现有技术中传热温度受环境温度影响，而且有使用场合限制等技术问题。主要方案为：靠近待冷却件处设置蒸发器，由机械泵将制冷剂输送至所述蒸发器，所述蒸发器从所述待冷却件处吸取热量并蒸发，由射流泵吸入蒸汽，蒸汽在所述射流泵出口处升压，从所述射流泵出口流出的蒸汽由冷凝器进行冷凝，冷凝后的液体再由所述机械泵循环至所述蒸发器。本发明具由简单可行，能够很好的弥补现有技术中的不足等优点。

Description

射流泵驱动的液体相变冷却方法及装置

技术领域

本发明属于制冷技术领域，尤其涉及一种液体相变冷却方法及装置，具体的说是一种射流泵驱动的液体相变冷却方法及装置，尤其适用于对电气和电子元器件的冷却。

背景技术

随着高性能军用机的发展、电子设备的大规模运用，整个系统的热载荷增加很大，电路集成、微波集成等电子设备的安装空间极端狭小。在这种情况下，采用相变制冷将电子设备安装于一个定制的冷板之上，制冷剂在冷板板内流动吸热蒸发，可将电子设备的工作温度控制于一个很好的温度范围之内。不紧减少了飞机发动机的功率，减轻飞机的载重,增加飞机的使用空间，还可提高飞机的性能。

目前对电气和电子设备的冷却通常采用热管传热冷却方法，它是通过使用芯绳结构毛细泵作用来完成流体传输。热管的一端(蒸发端)设在元器件的发热处，另一端(冷凝端)对空气散热。液体在蒸发端吸收元器件的热量后蒸发通过与冷凝端的压力差流向冷凝端，冷凝后的液体再通过热管中芯绳结构的毛细泵作用将流体传输到蒸发端，形成一封闭循环。另一种是蒸汽压缩冷却方法，液体冷媒在蒸发器中吸收热量气化产生冷却的作用后被压缩机吸入，蒸汽在压缩机中被压缩提高蒸汽压力，再输送至冷凝器液化，液化后的冷媒再进入蒸发器吸热，形成一封闭循环。

在高热通量时，其中毛细泵不能向蒸发器传输足够的液体，导致装置的温度将升高，对该装置造成损害。再次热管由于毛细泵作用的限制，热管不能将流体传输很长的距离。最后热管最终的传热温度受环境温度影响较大，不能获得比环境温度更低的冷却温度。

蒸汽压缩冷却方法：通过压缩机提高蒸汽的温度和压力，再利用冷凝器将蒸汽冷凝到其液态并将其返回到冷却器以进一步蒸发和冷却。该方法具有较高的等温热量传输率和能够将热量移动相当远距离的优点。但是，该方法具有一些缺点，限制了其在冷却电气和电子装置中的实际应用。首先是压缩机的功率消耗。在高热负荷应用中，压缩机所需的电功率可能会很大且超过该应用可用的功率。另一个问题是压缩机不能吸收液体，吸收了液体的压缩机会由于稀释了其润滑油导致对压缩机的物理损害且缩短其寿命。在冷却电气和电子元件中，热负荷可能是高度变化的，导致未蒸发的制冷剂排出冷却台进入压缩机。从而导致压缩机寿命缩短。最后由于压缩机的特殊结构，压缩机不能旋转、倾斜工作，在一些特殊场合(如雷达、天线工作时需要旋转，倒立)此特点限制了压缩机的应用。

综上所述，现有技术存在以下不足之处：

1、传热温度受环境温度影响较大，不能获得比环境温度更低的冷却温度；

2、在湿度环境下会缩短压缩机的使用寿命，而且容易受到使用场合的限制。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的之一在于提供一种射流泵驱动的液体相变冷却方法，该方法能够有效解决传热温度受环境温度影响大、容易受场合限制等现有技术存在的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种射流泵驱动的液体相变冷却方法，靠近待冷却件处设置蒸发器，由机械泵将制冷剂输送至蒸发器，蒸发器从待冷却件处吸取热量并蒸发，由射流泵吸入蒸汽，蒸汽在射流泵出口处升压，从射流泵出口流出的蒸汽由冷凝器进行冷凝，冷凝后的液体再由机械泵循环至蒸发器。

蒸发器吸取热量产生的蒸汽由射流泵吸入，射流泵一方面维持了蒸发器端部的压力，另一方面提高了其自身出口的蒸汽压力，可以不受外界温度影响将蒸汽送至冷凝器，冷凝器产生的冷凝液进入机械泵，形成一封闭的循环，此过程中无需压缩机，不受压缩机的工作限制可以在一些散热量大而功耗要求小、工作时需旋转、倒立的场合使用。

本发明的另一目的是提供了一种射流泵驱动的液体相变冷却装置，该装置结构简单合理，能够很好适用于电气、电子等设备中。

具体的技术方案为：

一种射流泵驱动的液体相变冷却装置，包括蒸发器、机械泵、射流泵、冷凝器；蒸发器的一端连接机械泵，另一端连接射流泵，射流泵出口连接冷凝器蒸汽进口，冷凝器的冷凝液出口和射流泵液体出口分别连接机械泵。

使用时需要冷却的元件与蒸发器接触，蒸发器吸取热量蒸发，蒸汽由射流泵吸入，射流泵可以在有液体的环境下工作，一方面维持蒸发器端的蒸汽压力，另一方面提高其自身出口处的蒸汽压力，使得蒸汽可以进入到冷凝器中，不受环境温度的影响，达到冷却的效果，而且该套装置与现有技术相比不受压缩机的工作限制能够在一些散热量大而功耗要求小、工作时需旋转、倒立的场合使用。

进一步的，为了更好的使从射流泵出口流出的蒸汽与一部分液体分离，射流泵与冷凝器之间设置气液分离器，气液分离器的蒸汽进入口连接射流泵出口，气液分离器的蒸汽出口连接冷凝器，气液分离器液体出口连接机械泵。

进一步的，为了测量机械泵与蒸发器之间的液体流量、温度及压力，机械泵与蒸发器之间设置流量传感器、第一温度传感器和第一压力传感器。

进一步的，为了测量蒸发器与射流泵之间的压力和温度，蒸发器与射流泵之间设置第二压力传感器和第二温度传感器。

进一步的，为了测量气液分离器与冷凝器之间的温度和压力，气液分离器与冷凝器之间设置第三温度传感器和第三压力传感器。

进一步的，为了平衡冷凝器处的流量和气压，冷凝器处设置轴流风机。

进一步的，蒸发器为板式蒸发器。此为最佳方案。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明中的射流泵驱动的液体相变冷却方法，通过由射流泵吸入蒸发器蒸发产生的蒸汽，一方面维持了蒸发器端部的压力，另一方面提高了其自身出口的蒸汽压力，可以不受外界温度影响将蒸汽送至冷凝器，冷凝器产生的冷凝液进入机械泵，形成一封闭的循环，此过程中无需压缩机，不受压缩机的工作限制可以应用于一些散热量大而功耗要求小、工作时需旋转、倒立的场合；

2、本发明中的射流泵驱动的液体相变冷却装置，该装置结构简单合理，可以不受环境温度的影响，达到冷却的效果，而且该套装置与现有技术相比不受压缩机的工作限制能够在一些散热量大而功耗要求小、工作时需旋转、倒立的场合使用。

附图说明

图1是本发明实施例的射流泵驱动的液体相变冷却装置结构意图；

图1中，1-机械泵，2-流量传感器，3-第一压力传感器，4-第一温度传感器，5-第二压力传感器，6-第二温度传感器，7-射流泵，8-气液分离器，9-第三温度传感器，10-第三压力传感器，11-轴流风机，12-冷凝器，13-板式蒸发器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例

一种射流泵驱动的液体相变冷却方法，靠近待冷却件处设置蒸发器，由机械泵将制冷剂输送至蒸发器，蒸发器从待冷却件处吸取热量并蒸发，由射流泵吸入蒸汽，蒸汽在射流泵出口处升压，从射流泵出口流出的蒸汽由冷凝器进行冷凝，冷凝后的液体再由机械泵循环至蒸发器。

如图1所示，该射流泵驱动的液体相变冷却方法采用的装置，包括板式蒸发器13、机械泵1、射流泵7、冷凝器12。

板式蒸发器13的一端连接机械泵1，另一端连接射流泵7，射流泵7出口连接冷凝器12蒸汽进口，冷凝器12的冷凝液出口和射流泵7液体出口分别连接机械泵7，冷凝器12处设置轴流风机11。

射流泵7与冷凝器12之间设置气液分离器8，气液分离器8的蒸汽进入口连接射流泵7出口，气液分离器8的蒸汽出口连接冷凝器12，气液分离器8液体出口连接机械泵1。

机械泵1与板式蒸发器13之间设置流量传感器2、第一温度传感器4和第一压力传感器3。

板式蒸发器13与射流泵7之间设置第二压力传感器5和第二温度传感器6。

气液分离器8与冷凝器12之间设置第三温度传感器9和第三压力传感器10。

为便于对本发明的理解，下面结合其工作原理对本发明做进一步的描述：

机械泵1将冷凝剂循环至板式蒸发器13的冷板内，待冷却元件与板式蒸发器13接触，板式蒸发器13吸收热量蒸发，产生的蒸汽被射流泵7吸入，一方面维持了板式蒸发器13冷板端的压力，另一方面提高了射流泵7自身的出口压力，使蒸汽进入到气液分离器8中，气液分离器8将液体送至机械泵1内，带有小水滴的蒸汽送入冷凝器12中，冷凝后的冷凝液回到机械泵1中，形成一封闭循环。

与现有技术相比，传热温度不受外部环境温度影响，而且省掉了压缩机，不受压缩机的工作限制，可以在一些散热量大而功耗要求小、工作时需旋转、倒立的场合使用。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种射流泵驱动的液体相变冷却方法，靠近待冷却件处设置蒸发器，其特征是，由机械泵将制冷剂输送至所述蒸发器，所述蒸发器从所述待冷却件处吸取热量并蒸发，由射流泵吸入蒸汽，蒸汽在所述射流泵出口处升压，从所述射流泵出口流出的蒸汽由冷凝器进行冷凝，冷凝后的液体再由所述机械泵循环至所述蒸发器。

2.一种射流泵驱动的液体相变冷却装置，其特征是，包括如权利要求1所述的蒸发器、机械泵、射流泵、冷凝器；所述蒸发器的一端连接所述机械泵，另一端连接所述射流泵，所述射流泵出口连接所述冷凝器蒸汽进口，所述冷凝器的冷凝液出口和所述射流泵液体出口分别连接所述机械泵。

3.根据权利要求2所述的液体相变冷却装置，其特征是，所述射流泵与所述冷凝器之间设置气液分离器，所述气液分离器的蒸汽进入口连接所述射流泵出口，所述气液分离器的蒸汽出口连接所述冷凝器，所述气液分离器液体出口连接所述机械泵。

4.根据权利要求2所述的液体相变冷却装置，其特征是，所述机械泵与所述蒸发器之间设置流量传感器、第一温度传感器和第一压力传感器。

5.根据权利要求2所述的液体相变冷却装置，其特征是，所述述蒸发器与所述射流泵之间设置第二压力传感器和第二温度传感器。

6.根据权利要求3所述的液体相变冷却装置，其特征是，所述气液分离器与所述冷凝器之间设置第三温度传感器和第三压力传感器。

7.根据权利要求2所述的液体相变冷却装置，其特征是，所述冷凝器处设置轴流风机。

8.根据权利要求2-7任意一项所述的液体相变冷却装置，其特征是，所述蒸发器为板式蒸发器。