CN112212533A - 一种车载强迫冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载强迫冷却装置，包括：冷凝器、压缩机组、蒸发器、蓄冷箱、循环泵、热交换器、温控调节阀、电加热器、过滤器、缓冲罐和离子交换器；冷凝器、压缩机组和蒸发器通过保温软管循环连接构成制冷循环回路；蓄冷箱、循环泵、热交换器通过保温软管循环连接构成蓄冷换热回路；温控调节阀、电加热器、过滤器、缓冲罐和离子交换器的循环连接构成冷却液供给回路，本发明提供的车载强迫冷却装置具有制冷、蓄冷、冷却液净化、冷却液控温和对外供冷却液的功能，能够向电子设备供给不致产生凝露的纯净冷却液，并容纳电子设备短时排放的高负荷热量。

Description

一种车载强迫冷却装置

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种车载强迫冷却装置。

背景技术

近年来，随着电子技术的迅猛发展，在医疗、信息处理、机械加工和军事国防领域发展了一大批短时工作的大功率电子设备，如大功率切割机、高精度激光医疗设备及武器设备，特殊工作条件的探测雷达和组合遥感器等。该类电子设备往往短时运行后，会有较长停机间歇。电子设备在工作过程中，约50％～60％的输入能量转化为热量。耗电功率大幅增加带来了高热负荷热传输和热排散问题。如果热量不能及时排散，将导致电子设备能耗增加，甚至导致热损毁。

此外，向电子设备供冷时，为保证绝缘性能，冷却液的温度应不低于露点。故设计冷却装置时，需要根据电子设备自身要求和现场运行环境温度，对冷却液的温度进行有效控制。

因此，有必要对短时大功率用电设备进行高效可靠的冷却。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的强迫冷却装置，解决了如何对短时大功率用电设备进行高效可靠的降温问题及冷却液温度低于露点温度产生液滴，损坏电子设备的绝缘性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种车载强迫冷却装置，包括：冷凝器、压缩机组、蒸发器、蓄冷箱、循环泵、热交换器、温控调节阀、电加热器、过滤器、缓冲罐和离子交换器；

所述冷凝器、蒸发器和压缩机组依次通过保温软管循环连接构成制冷循环回路；

所述蓄冷箱、循环泵和热交换器依次通过保温软管循环连接构成蓄冷换热回路；

所述温控调节阀、电加热器、过滤器、缓冲罐和离子交换器的循环连接构成冷却液供给回路；

其中，所述制冷循环回路的蒸发器，位于所述蓄冷换热回路中所述蓄冷箱的内部；所述蓄冷换热回路与冷却液供给回路，通过所述热交换器实现热交换。

进一步地，所述蓄冷箱内设有多组蒸发器，相邻两组所述蒸发器之间的空间称为一个腔室，在所述腔室内填充蓄冷介质；

所述蒸发器的表面还设置有挡波板。

进一步地，所述蓄冷介质为水、乙二醇、水合盐、有机相变蓄冷材料中的一种或多种混合物。

进一步地，所述有机相变蓄冷材料的固液相变温度高于0℃。

进一步地，所述热交换器具有热媒进口端、冷媒出口端、冷媒进口端和热媒出口端；

所述热交换器的冷媒进口端和冷媒出口端分别与蓄冷箱通过保温软管相连通；

所述热交换器的热媒进口端与温控调节阀相连接；通过温控调节阀与外部水源相连通；

在热交换器的热媒出口端的管道外侧还设有电加热器，通过外部水源与冷却液的流量比例及电加热器实现对冷却液温度的调控。

进一步地，所述过滤器为第一冷却液净化装置；

所述过滤器的进液端通过管道与温控调节阀相连接，且与所述热交换器的热媒出口端的管道连通；

所述过滤器的出液端通过管道与缓冲罐相连接。

进一步地，所述离子交换器为第二冷却液净化装置；

所述离子交换器的进液端与缓冲罐的出液端相连接，用于将缓冲罐内的冷却液进行二次净化；

所述离子交换器的出液端通过输送泵与缓冲罐的进液端相连接，用于将二次净化后的冷却液输送至缓冲罐内。

进一步地，所述过滤器进液端的管道上还设有温度传感器、流量传感器和电导率传感器，实时获取冷却液的温度、流量和电导率信息。

进一步地，还包括控制器；所述控制器分别与所述循环泵、电加热器和压缩机组控制连接；所述控制器分别与所述温度传感器、流量传感器和电导率传感器通讯连接。

进一步地，还包括保温集装箱；所述保温集装箱为所述车载强迫冷却装置的外壳，所述冷凝器安装于保温集装箱的外部。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的一种车载强迫冷却装置，集制冷、蓄冷、冷却液净化、冷却液控温和对外供冷却液的功能于一体，既满足短时高负荷散热的需求，又满足被冷却设备不结露的要求。

附图说明

图1为本发明提供的装置结构原理示意图；

图2为本发明提供的装置整体示意图；

附图中：1-冷凝器、2-压缩机组、3-蒸发器、4-蓄冷箱、5-循环泵、6-热交换器、7-温控调节阀、8-电加热器、9-过滤器、10-缓冲罐、11-输送泵、12- 离子交换器、13-监测仪表、14-控制器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种车载强迫冷却装置，包括：冷凝器1、压缩机组 2、蒸发器3、蓄冷箱4、循环泵5、热交换器6、温控调节阀7、电加热器8、过滤器9、缓冲罐10、输送泵11和离子交换器12；冷凝器1、压缩机组2和蒸发器3通过保温软管循环连接构成制冷循环回路；蓄冷箱4、循环泵5、热交换器6通过保温软管循环连接构成蓄冷换热回路；温控调节阀7、电加热器 8、过滤器9、缓冲罐10、输送泵11和离子交换器12的循环连接构成冷却液供给回路。

其中，制冷循环回路的蒸发器，位于蓄冷换热回路中蓄冷箱的内部；蓄冷换热回路与冷却液供给回路，通过热交换器实现热交换。

本发明提供的车载强迫冷却装置具有制冷、蓄冷、冷却液净化、冷却液控温和对外供冷却液的功能，能够向电子设备供给不致产生凝露的纯净冷却液，并容纳电子设备短时排放的高负荷热量。

如图1所示，实施例提供的车载强迫冷却装置主要由三个循环回路组成，其中，第一循环回路是制冷循环回路，主要由冷凝器1、压缩机组2和蒸发器 3及保温软管组成，由保温软管连接冷凝器1、压缩机组2和蒸发器3，形成循环回路，在蒸发器3表面还设置有蛇形排布的保温软管(也可为“W”型或半框型等，此处对保温软管在蒸发器3上的排步形式不作具体限定)，保温软管内部流通氟利昂制冷剂；

其中，第二循环回路为蓄冷换热回路，主要由蓄冷箱4、循环泵5和热交换器6组成，在热交换器6的冷媒进口端的管道上安装循环泵5，将蓄冷箱4 内的液体制冷剂(冷却液)吸入至热交换器6内，热交换器6的冷媒出口端通过保温软管与蓄冷箱4相连接。

第三循环回路是冷却液供给回路，温控调节阀7、电加热器8、过滤器9、缓冲罐10、输送泵11和离子交换器12的循环连接构成冷却液供给回路，冷却液净化是通过离子交换器1-12对冷却液进行过滤和除盐，冷却液控温是通过控温调节阀1-7调控通过和旁通热交换器1-6的两路流量比例，实现冷却液温度控制；第三循环回路可以保证冷却液温度始终稳定在露点温度以上，防止凝露现象影响电子设备的绝缘性能，并经过两次冷却液过滤净化工序，对外提供高品质的冷却液溶液。

本发明的强迫冷却装置的蓄冷箱4中蓄冷介质与蒸发器3内的氟利昂制冷剂换热，被预冷至低温，存储冷量，冷凝器1将氟利昂热量释放至集装箱外大气，实现蓄冷；低温或可相变的蓄冷介质在热交换器6中与冷却液换热，持续吸收冷却液热量，实现释冷；装置将绝缘、温度合格的冷却液供给被冷却对象，实现对外冷却功能。

在一个实施例中，蓄冷箱4内设有多组蒸发器3，相邻两组蒸发器3之间的空间称为一个腔室，在腔室内填充蓄冷介质；蒸发器3的表面还设置有挡波板，用于减弱保温软管所受的液流冲击。

低温的冷凝液体通过蒸发器3，与外界的空气进行热交换，气化吸热，达到制冷的效果。蒸发器3主要由加热室和蒸发室两部分组成。加热室向液体提供蒸发所需要的热量，促使液体沸腾汽化；蒸发室使气液两相完全分离。在蒸发器3的表面设置挡波板，减弱蛇型或半框型排布的保温软管所受的液流冲击。蒸发器3嵌入式安装在蓄冷箱4中，既可与蓄冷介质充分稳定换热，避免蒸发压力过低，使冷却液冻结，胀裂传热管，又可作为箱内挡波板，在车辆刹车或启动时，减轻箱内液流产生的冲击力。

在一个实施例中，蓄冷介质为水、乙二醇、水合盐、有机相变蓄冷材料中的一种或多种混合物。

在这些腔室内填充大量蓄冷介质，使蓄冷介质覆盖蒸发器3。蓄冷介质可为水、乙二醇、水合盐、有机相变蓄冷材料中的一种或多种混合物；此处本发明不对蓄冷介质的种类及材质做具体限定，可根据实际情况需要选择水蓄冷、冰蓄冷或共晶盐蓄冷介质。若采用相变蓄冷材料时，其固液相变温度宜高于0℃。

采用蓄冷介质填充蓄冷箱4内的腔室，是利用蓄冷介质的潜热或显热特征，用一定方式把冷量储存起来，使蓄冷箱4中的制冷设备满负荷运行的比例增大，状态稳固，提高了设备利用率，并降低了蓄冷箱4内制冷设备所损耗的能耗。

在一个实施例中，压缩机组2安装于保温集装箱内，用于吸入、压缩和输送冷却液蒸汽。压缩机组2在第一循环回路中起一个吸入、压缩及输送的作用。

具体实施时，采用液体制冷剂在蓄冷箱4内的蒸发器3中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机组2吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器1，在冷凝器1中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体，后转变为低温低压液体制冷剂，之后再次通过蒸发器3吸热汽化，完成一个制冷循环。

在一个实施例中，热交换器6包括：热媒进口端、冷媒出口端、冷媒进口端和热媒出口端；

热交换器6的冷媒进口端和冷媒出口端分别与蓄冷箱4通过保温软管相连通；

热交换器6的热媒进口端与温控调节阀7相连接；通过温控调节阀7与外部水源相连通；

在热交换器6的热媒出口端的管道外侧还设有电加热器8，通过外部水源与冷却液的流量比例及电加热器8实现对冷却液温度的调控。

热交换器6是用来使热量从热流体传递到冷流体，为防止冷却液温度低于其露点而产生凝珠现象，本发明可以通过旋转温控调节阀7，通过控制温控调节阀7的开度来调节外部水源与冷却液的流量比例，并以此来对保温软管内冷却液温度进行调控。

比如，当冷却液温度偏高时，制冷效果不佳时可以旋转温控调节阀7以增大开度，增大外部水源的汇入量持续对冷却液进行降温。

当冷却液温度偏低时，可以打开位于热交换器6的热媒出口端管道外侧的电加热器8，对冷却液进行适当加热，使冷却液温度精确控制在露点以上，保证不会出现凝露现象，影响电子设备的绝缘性能。

当利用电加热器8对冷却液升温过度时，可以旋转温控调节阀7，在过滤器9的进液端接入外部水源，对升温过度的冷却液持续降温。

在一个实施例中，过滤器9为第一冷却液净化装置；过滤器9的进液端通过管道与温控调节阀7相连接；过滤器9的出液端通过管道与缓冲罐10相连接，用于减缓管道所承受的冷却液冲击。

本发明的过滤器9可以为一级滤芯过滤器、多介质过滤器、活性炭过滤器或树脂过滤器中的一种或多种，主要用于对冷却液进行第一次过滤，是第一冷却液净化装置，过滤掉冷却液在循环过程中所掺杂的铁屑、浮油及其他颗粒物等杂质，防止冷却液变质，延长冷却液的使用周期，确保对提供的冷却液品质，从而保证短时大功率用电设备的工作性能不会受影响。

在一个实施例中，离子交换器12为第二冷却液净化装置；离子交换器12 的进液端与缓冲罐10的出液端相连接，用于将缓冲罐10内的冷却液进行二次净化；离子交换器12的出液端与缓冲罐10的进液端相连接，用于将二次净化后的冷却液输送至缓冲罐10内。

离子交换器12对冷却液进行净化处理是冷却液净化处理的第二工序，是为了进一步对冷却液进行过滤，滤除冷却液中的离子杂质，保证冷却液的品质，进一步延长冷却液的使用周期及确保对提供的冷却液品质。冷却液可循环流经过滤器9和离子交换器12，直至符合对外供液标准时，对外输送冷却液。

在一个实施例中，过滤器9的进液端的管道上还设有温度传感器、流量传感器和电导率传感器，实时获取冷却液的温度、流量和电导率信息。将监测仪表13设置在电加热器8的出液端实时监测冷却液的温度、流量及电导率等信息，确保对外提供的冷却液品质。

具体实施时，可以将温度传感器和流量传感器安装在电加热器8的出液端，将电导率传感器安装在过滤器9或离子交换器12的出液端；也可以将温度传感器、流量传感器和电导率传感器均安装于过滤器9或离子交换器12的出液端，此处本发明对监测仪表13的数量及安装位置不做具体限定，可根据实际来确定监测仪表13的数量及安装位置。

在一个实施例中，控制器14为工控机或PLC控制器。控制器14分别与上述设备及其泵阀组件相连接，并接收监测仪表13反馈的冷却液温度、流量及电导率信息。

具体实施时，工控机或PLC控制器接收监测仪表13的信息反馈，比如，温度传感器检测到冷却液温度偏低，工控机或PLC控制器则会相应打开电加热器8，并发出警报通知人员旋转温控调节阀7或自行调控温控调节阀7，减少外部水源的汇入量，降低外部水源与冷却液的流量比例，从而防止冷却液温度低于露点温度。

当电导率传感器检测到冷却液电导率异常时，工控机或PLC控制器会开启过滤器9及离子交换器12，对冷却液进行净化。

工控机或PLC控制器还可操控压缩机组2吸入、压缩和输送冷却液蒸汽。

在一个实施例中，还包括保温集装箱；保温集装箱为车载强迫冷却装置的外壳，冷凝器1安装于保温集装箱的外部；

压缩机组2、蒸发器3、蓄冷箱4、循环泵5、热交换器6、温控调节阀7、电加热器8、过滤器9、缓冲罐10、输送泵11、离子交换器12和控制器14 均安装于保温集装箱内部。

冷凝器1安装于保温集装箱外部，其风机的扇叶面朝外，将热量从保温集装箱的顶部通道排出。本发明并不限制冷凝器1的介质及种类，可以根据实际情况的需要来选择合适的水冷式冷凝器、风冷式冷凝器及蒸发式冷凝器等。

比如，当选用风冷式冷凝器1时，风冷冷凝器1位于保温蓄冷箱4外部，将其风机的扇叶面朝外，压缩机组2、蒸发器3、蓄冷箱4、循环泵5、热交换器6、温控调节阀7、电加热器8、过滤器9、缓冲罐10、输送泵11、离子交换器12和控制器14均安装于保温集装箱内部，风冷冷凝器1为强迫对流式风冷冷凝器1，风机位于冷凝器1外围四周，在风机作用下，使空气受迫横掠冷凝器1肋管管束，吸收管内制冷剂放出的热量，经顶部通道排向大气。

本发明实施例所提供的强迫冷却装置集制冷、蓄冷、冷却液净化、冷却液控温和对外供冷却液的功能于一体，既满足短时高负荷散热的需求，又满足被冷却设备不结露的要求；

蒸发器3嵌入式安装在蓄冷箱4中，既可与蓄冷介质充分稳定换热，避免蒸发压力过低，使冷却液冻结，胀裂传热管，又可作为箱内挡波板，在车辆刹车或启动时，减轻箱内液流产生的冲击力。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种车载强迫冷却装置，其特征在于，包括：冷凝器、压缩机组、蒸发器、蓄冷箱、循环泵、热交换器、温控调节阀、电加热器、过滤器、缓冲罐和离子交换器；

所述冷凝器、蒸发器和压缩机组依次通过保温软管循环连接构成制冷循环回路；

所述蓄冷箱、循环泵和热交换器依次通过保温软管循环连接构成蓄冷换热回路；

所述温控调节阀、电加热器、过滤器、缓冲罐和离子交换器的循环连接构成冷却液供给回路；

其中，所述制冷循环回路的蒸发器，位于所述蓄冷换热回路中所述蓄冷箱的内部；所述蓄冷换热回路与冷却液供给回路，通过所述热交换器实现热交换。

2.根据权利要求1所述的一种车载强迫冷却装置，其特征在于，所述蓄冷箱内设有多组蒸发器，相邻两组所述蒸发器之间的空间称为一个腔室，在所述腔室内填充蓄冷介质；

所述蒸发器的表面还设置有挡波板。

3.根据权利要求2所述的一种车载强迫冷却装置，其特征在于，所述蓄冷介质为水、乙二醇、水合盐、有机相变蓄冷材料中的一种或多种混合物。

4.根据权利要求3所述的一种车载强迫冷却装置，其特征在于，所述有机相变蓄冷材料的固液相变温度高于0℃。

5.根据权利要求1所述的一种车载强迫冷却装置，其特征在于，所述热交换器具有热媒进口端、冷媒出口端、冷媒进口端和热媒出口端；

所述热交换器的冷媒进口端和冷媒出口端分别与蓄冷箱通过保温软管相连通；

所述热交换器的热媒进口端与温控调节阀相连接；通过温控调节阀与外部水源相连通；

在热交换器的热媒出口端的管道外侧还设有电加热器，通过外部水源与冷却液的流量比例及电加热器实现对冷却液温度的调控。

6.根据权利要求5所述的一种车载强迫冷却装置，其特征在于，所述过滤器为第一冷却液净化装置；

所述过滤器的进液端通过管道与温控调节阀相连接，且与所述热交换器的热媒出口端的管道连通；

所述过滤器的出液端通过管道与缓冲罐相连接。

7.根据权利要求6所述的一种车载强迫冷却装置，其特征在于，所述离子交换器为第二冷却液净化装置；

所述离子交换器的进液端与缓冲罐的出液端相连接，用于将缓冲罐内的冷却液进行二次净化；

所述离子交换器的出液端通过输送泵与缓冲罐的进液端相连接，用于将二次净化后的冷却液输送至缓冲罐内。

8.根据权利要求5所述的一种车载强迫冷却装置，其特征在于，所述过滤器进液端的管道上还设有温度传感器、流量传感器和电导率传感器，实时获取冷却液的温度、流量和电导率信息。

9.根据权利要求8所述的一种车载强迫冷却装置，其特征在于，还包括控制器；所述控制器分别与所述循环泵、电加热器和压缩机组控制连接；所述控制器分别与所述温度传感器、流量传感器和电导率传感器通讯连接。

10.根据权利要求1所述的一种车载强迫冷却装置，其特征在于，还包括保温集装箱；所述保温集装箱为所述车载强迫冷却装置的外壳，所述冷凝器安装于保温集装箱的外部。

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