CN111765661A - 一种多路蒸发温度的两相流冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多路蒸发温度的两相流冷却系统，包括两相流冷却机组、常温回路、低温回路和压缩机，常温回路包括常温蒸发器，低温回路包括热力膨胀阀和低温蒸发器，压缩机设置在低温回路的回气总管处；两相流冷却机组中的冷却工质分别进入常温回路和低温回路，进入常温回路的冷却工质经过常温蒸发器后回到两相流冷却机组，进入低温回路的冷却工质首先利用热力膨胀阀节流成低温低压工质，并依次经过低温蒸发器和压缩机后回到两相流冷却机组。从而为电子设备提供多路蒸发温度的冷却回路，满足不同的散热需求，大幅降低了冷却系统设备量与复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及冷却技术领域，尤其涉及一种多路蒸发温度的两相流冷却系统。
背景技术
两相流冷却技术为一种新型的电子设备冷却方式，其原理为利用供液泵驱动液态相变工质进入电子设备冷板，相变工质在冷板内吸收热量，蒸发为气液混合物，并进入换热器，由外界热沉冷凝为液体，形成一个循环。与传统液冷相比，两相流冷却技术有着流量小、换热效率高、能效比高等优点。然而，对于较复杂的电子设备，由于各设备的结构、功率密度、耐温均存在差异性，部分电子设备散热需要更低的冷却温度，而两相流冷却系统的蒸发温度由外界热沉温度决定，为获得较高的能效比，热沉通常采用环境风或冷却塔，无法提供更低的蒸发温度。若另外使用低温制冷水机组对该部分电子设备进行冷却，则造成了一套设备需要不同的冷却系统来进行冷却，冷却设备品种繁多，冷却系统可靠性降低，重量以及耗电也大大增加。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种多路蒸发温度的两相流冷却系统。
本发明的具体内容如下：一种多路蒸发温度的两相流冷却系统，包括两相流冷却机组、常温回路、低温回路和压缩机，常温回路包括常温蒸发器，低温回路包括热力膨胀阀和低温蒸发器，压缩机设置在低温回路的回气总管处；两相流冷却机组中的冷却工质分别进入常温回路和低温回路，进入常温回路的冷却工质经过常温蒸发器后回到两相流冷却机组，进入低温回路的冷却工质依次经过热力膨胀阀、低温蒸发器和压缩机后回到两相流冷却机组。
进一步的，所述热力膨胀阀的感温包设置在低温蒸发器的排气口。
进一步的，低温回路的供液管设有电磁阀，电磁阀设置在热力膨胀阀前端，两相流冷却机组的冷却工质通过电磁阀进入低温回路。
进一步的，包括若干个低温回路，低温回路的排气口均与压缩机的吸气端相连。
进一步的，两相流冷却机组包括换热器、储液罐和供液泵，所述换热器将进入两相流冷却机组的冷却工质冷凝后排入储液罐，供液泵将储液罐中的冷却供液泵入冷却系统供液管中。
进一步的，常温回路供液管和低温回路供液管均与冷却系统供液管相连，压缩机位于低温回路的回气总管，压缩机的排气端和常温回路的回液口均连接到冷却系统回液管，冷却系统回液管连接到换热器。
进一步的，冷却工质采用氟利昂R134a，低温蒸发器与常温蒸发器均采用冷板。
本发明的有益效果：在两相流冷却系统中增加低温回路，利用热力膨胀阀将常温工质节流成低温低压工质，从而为电子设备提供满足要求的供液温度，去除了低温制冷水系统，大幅降低了冷却系统设备量与复杂度，降低了冷却系统体积、重量、能耗，提升了系统可靠性；电子设备原低温制冷水换热过程由单相传热变为相变传热，提升了传热效率，减小了换热器体积和重量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为本发明的多路蒸发温度的两相流冷却系统的示意图；
图2为本发明的系统运行压焓图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例公开了一种多路蒸发温度的两相流冷却系统，包括两相流冷却机组1、常温回路、低温回路和压缩机5。
两相流冷却机组1包括换热器、储液罐和供液泵，换热器将进入两相流冷却机组1的冷却工质冷凝后排入储液罐，供液泵将储液罐中的冷却工质泵入冷却系统供液管中。
常温回路包括常温蒸发器6，从两相流冷却机组1流出的过冷液体通过冷却系统供液管进入常温回路供液管，然后进入常温蒸发器6吸热蒸发。常温蒸发器6供给常温冷却设备。常温蒸发器6的回液口连接到冷却系统回液管，冷却系统回液管与换热器相连，常温回路的冷却工质进入两相流冷却机组1。
低温回路包括热力膨胀阀3和低温蒸发器4，冷却工质从冷却系统供液管进入到低温回路供液管。热力膨胀阀3对流入低温回路的液态工质进行节流，节流后的工质由过冷态液体闪蒸为低温低压的饱和态气液混合物，并进入低温蒸发器4。所述低温蒸发器4位于所述热力膨胀阀3后，节流后的低温低压工质通过低温蒸发器4吸收电子设备热量，蒸发为低压过热气体。
热力膨胀阀3的感温包位于低温蒸发器4排气口，通过检测排气口温度来调节膨胀阀开度大小，避免过量液体进入低温蒸发器4导致压缩机5液击。
本实施例中，低温回路的数目为多个，在一个或多个低温回路前设置电磁阀2。电磁阀2位于低温回路供液管，设置在热力膨胀阀3的前端，在发热器件不工作时切断相变工质，避免液体进入压缩机5，可根据发热器件的冷却要求开启或者关闭对应的电磁阀2，从而控制对应低温回路的工作。
压缩机5位于低温回路回气总管，吸气口与各低温蒸发器4排气口相连，将各低温蒸发器4排出的低压过热气体压缩为高温高压气体；压缩机5的排气口与冷却系统系统回液管相连，将增压后的高温高压气体排入冷却系统回液管，与常温回路回液汇合，进入两相流冷却机组1，完成一个循环。
本申请中，低温回路和常温回路通过同一两相流冷却机组1，共用供液泵和换热器，通过泵驱动实现冷却系统的主循环，将压缩循环与泵驱循环结合，解决了现有的泵驱两相循环无低温回路的问题。本实施例中低温回路和常温回路中的供液温度不相同，其运行的压焓图如图2所示。
曲线1-2段为过冷液体经过工质泵的增压作用进入供液管，曲线2-3-4为常温回路，过冷液体进入常温蒸发器6，吸热蒸发。曲线2-3-4’-5’-6’-4为低温回路，其中曲线3-4’为过冷液体经过热力膨胀阀3闪蒸为低温低压气液混合物，曲线4’-5’为低温气液混合物在低温蒸发器4内蒸发为过热气体，曲线5’-6’为低压气体经过压缩机5的压缩作用变为高压气体，曲线6’-4为压缩机5的高压气体进入系统回液管，与常温回路的回液混合，曲线4-1为系统回液在换热器的作用下冷凝为过冷液体，重新进入供液泵，完成一个循环。
本实施例中，冷却工质采用氟利昂R134a，低温蒸发器4与常温蒸发器6均采用冷板。
具体的运行结果如下，两相流冷却机组1为冷却系统提供动力与末端换热，供液压力约15公斤，回液压力约9公斤。利用冷却塔(向换热器提供冷却水，在图1中未示出)对从电子设备回来的气液混合物进行冷却，冷却塔水温最高时32℃，冷却后的过冷氟利昂温度约40℃。在两相流冷却机组1的作用下，过冷氟利昂分为两路，一路进入常温蒸发器6，对电子设备进行冷却，蒸发温度约40℃，蒸发压力约9公斤，另一路为低温回路，经过电磁阀2，进入低温蒸发器4，在热力膨胀阀3的节流作用下，40℃的液态R134a闪蒸为5℃的气液混合物，压力降低为约2.5公斤，在低温蒸发器4中进行换热后，5℃的气液混合物蒸发为10℃的过热气体，并进入压缩机5，经过压缩机5增压作用后，气体压力提升至约10公斤，此时常温回路回液压力约9公斤，高压气体进入系统回液管返回两相流冷却机组1，完成一个循环。
本申请的冷却系统，利用热力膨胀阀3的节流作用为电子设备提供了低温冷却工质，利用压缩机5的增压作用将完成换热的低压气体排入系统回液管路，完成了系统循环，满足了不同电子设备的冷却温度需求，去除了系统中的低温水系统，并继承了相变换热技术的优点，提升了低温回路的换热效率，最终大幅降低了冷却系统设备量与复杂度，降低了冷却系统体积与重量、功耗，提高了系统可靠性。电子设备原低温制冷水换热过程由单相传热变为相变传热，大幅提升了传热效率，减小了换热器体积和重量。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1.一种多路蒸发温度的两相流冷却系统，其特征在于：包括两相流冷却机组、常温回路、低温回路和压缩机，常温回路包括常温蒸发器，低温回路包括热力膨胀阀和低温蒸发器，压缩机设置在低温回路的回气总管处；两相流冷却机组中的冷却工质分别进入常温回路和低温回路，进入常温回路的冷却工质经过常温蒸发器后回到两相流冷却机组，进入低温回路的冷却工质依次经过热力膨胀阀、低温蒸发器和压缩机后回到两相流冷却机组。
2.根据权利要求1所述的多路蒸发温度的两相流冷却系统，其特征在于：所述热力膨胀阀的感温包设置在低温蒸发器的排气口。
3.根据权利要求1所述的多路蒸发温度的两相流冷却系统，其特征在于：低温回路的供液管设有电磁阀，电磁阀设置在热力膨胀阀前端，两相流冷却机组的冷却工质通过电磁阀进入低温回路。
4.根据权利要求1所述的多路蒸发温度的两相流冷却系统，其特征在于：包括若干个低温回路，低温回路的排气口均与压缩机的吸气端相连。
5.根据权利要求1所述的多路蒸发温度的两相流冷却系统，其特征在于：两相流冷却机组包括换热器、储液罐和供液泵，所述换热器将进入两相流冷却机组的冷却工质冷凝后排入储液罐，供液泵将储液罐中的冷却供液泵入冷却系统供液管中。
6.根据权利要求5所述的多路蒸发温度的两相流冷却系统，其特征在于：常温回路供液管和低温回路供液管均与冷却系统供液管相连，压缩机位于低温回路的回气总管，压缩机的排气端和常温回路的回液口均连接到冷却系统回液管，冷却系统回液管连接到换热器。
7.根据权利要求1所述的多路蒸发温度的两相流冷却系统，其特征在于：冷却工质采用氟利昂R134a，低温蒸发器与常温蒸发器均采用冷板。
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