CN113074473B - 一种消耗性蒸发制冷装置及使用方法 - Google Patents

一种消耗性蒸发制冷装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子设备热管理技术领域，具体公开了一种消耗性蒸发制冷装置，包括湿热交换器、储液罐、控制单元；所述储液罐的与湿热交换器之间设置输液管路和回液管路，所述控制单元分别与回液管路、储液罐、输液管路电连接；其使用方法为对气体的温度进行判断，若温度过高则进入湿热交换器进行降温，通过输液管路向湿热交换器中补液，并湿热交换器中残余自由态液体回收再次利用，能够延长单次加液维护的有效制冷工作时间，降低维护工作量。

Description

一种消耗性蒸发制冷装置及使用方法
技术领域
本发明涉及电子设备热管理技术领域，更具体地讲，涉及一种消耗性蒸发制冷装置及使用方法。
背景技术
随着电子设备向集成化、小型化发展，散热功率越来越高，使得散热问题成为电子设备功能提升的一个瓶颈，因此电子设备采用风冷或液冷方式进行强制冷却是必然选择。
传统的风冷散热应用广泛，其散热原理简单可靠，通常有环境空气直接供风冷却、压缩制冷供风冷却等。其中环境空气直接供风冷却受环境温度的限制，制冷量较低；压缩制冷供风冷却制冷量较大，但设备结构复杂，成本高，耗电多，给系统使用带来一定的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种消耗性蒸发制冷装置及使用方法，能够延长单次加液维护的有效制冷工作时间，降低维护工作量。
本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
一方面，一种消耗性蒸发制冷装置，包括湿热交换器、储液罐、控制单元；所述储液罐的与湿热交换器之间设置输液管路和回液管路，所述控制单元分别与回液管路、储液罐、输液管路电连接。
使用前，将储液罐内按照要求装载液体；控制单元通过输液管路将液体输送到湿热交换器中的吸液介质中；吸液介质吸液饱和后，控制单元打开输液管路使得湿热交换器中残余的液体将通过输液管路回收到储液罐中；当气体温度过高时，气体将进入到湿热交换器内，通过吸液介质的湿热交换作用实现对于气体的降温，降温后的气体将输送到电子设备中进行散热。
本发明增加了储液罐，能够延长单次加液维护的有效制冷工作时间，降低维护工作量。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现将液体输送至湿热交换器中，所述输液管路包括与储液罐输出端连接的液体泵、设置在液体泵与储液罐输出端之间的过滤器；所述液体泵与控制单元电连接。
在一些可能的实施方式中，为了有效的防止进入湿热交换器中的液体不会立马回流，保证吸液介质浸没在液态水中一段时间，使得吸液介质充分饱和；为了有效的实现湿热交换器中残余的自由态液体的收集到储液罐中，所述回液管路包括分别通过管道与湿热交换器、储液罐连接的关断阀，所述关断阀与控制单元电连接。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现对于储液罐内液体的监测，并能够及时向储液罐中进行补液；所述储液罐内设置有与控制单元电连接的液位传感器。
在一些可能的实施方式中，为了能够实现对于气体温度的监测，判断是否需要进行降温处理，并判断降温处理后的气体是否满足相关散热的要求；还包括设置在湿热交换器输入端的温度传感器一、设置在湿热交换器输出端的温度传感器二；所述温度传感器一和温度传感器二分别与控制单元连接。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现当温度传感器一监测到气体温度符合直接对电子设备散热，在所述温度传感器一与湿热交换器之间还设置有三通阀，所述三通阀通过空气旁路管道与湿热交换器的输出端连接，所述三通阀还与控制单元电连接。
另一方面，一种消耗性蒸发制冷装置的使用方法，具体包括以下步骤：
开机自检，控制单元控制液体泵通过输送管路向湿热交换器中输送液体，直至湿热交换器的吸液介质吸液饱和，湿热交换器中残余的自由态液体流回至储液罐中；
开启与湿热交换器连接的供风装置，向进行供气；温度传感器一对气体温度测量并将数据传递给控制单元；
控制单元对数据进行分析；
当气体温度低于设定温度阈值，并满足电子设备散热需求时；控制单元控制三通阀打开空气旁路管道，气体将直接输送至电子设备进行散热；
当气体温度大于设定温度阈值时；控制单元控制三通阀关闭空气旁路管道，使得气体进入湿热交换器中，进行气体降温，然后输送到电子设备进行散热。
在一些可能的实施方式中，所述控制单元控制液体泵通过输送管路向湿热交换器中输送液体，具体是指：
控制单元控制液体泵开启，将储液罐中定量的液体输送至湿热交换器，控制液体泵关闭；
静置，吸液介质吸液饱和。
在一些可能的实施方式中，所述湿热交换器中残余的自由态液体流回至储液罐中；具体是指：待吸液介质中液体饱和后，控制单元打开关断阀，湿热交换器中残余的自由态液体通过回液管路流回至储液罐，然后控制关断阀关闭回液管路。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过储液罐、输液管路、控制单元，将有效的实现湿热交换器中吸液介质的自动补液；
本发明通过增加储液罐、输液管路、回液管路，将有效的实现湿热交换器中残余的自由态液体的回收和再次利用；由于在储液罐中设置了液位传感器，能够有效的观察液体用量，并能够及时补液；通过储液罐增加装置的液体量，从而提高单次加液维护的有效制冷工作时间，降低维护工作量；
本发明能够有效降低冷却空气的温度，高效可靠的为电子设备提供冷却气体；
由于在使用过程中湿热交换器中的液体蒸发后会气体带走，因此液体为消耗性资源，本发明通过设置三通阀将有效的保证环控系统制冷量的前提下，节约液体资源，可延长制冷装置的有效工作时间。
附图说明
图1为本发明的连接关系示意图；
其中：1、湿热交换器；2、储液罐；21、液体泵；22、过滤器；23、液位传感器；3、控制单元；4、三通阀；51、温度传感器一；52、温度传感器二；10、供风装置；20、上级系统。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语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设备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。
在本发明的附图中，需要理解的是，不具有相互替代性的不同技术特征显示在同一附图，仅是为了便于简化附图说明及减少附图数量，而不是指示或暗示参照所述附图进行描述的实施例包含所述附图中的所有技术特征，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明中进行详细说明。
如图1所示，一方面，一种消耗性蒸发制冷装置，包括湿热交换器1、储液罐2、控制单元3；所述储液罐2的与湿热交换器1之间设置输液管路和回液管路，所述控制单元3分别与回液管路、储液罐2、输液管路电连接。其中，控制单元3与上级系统20连接。
使用前，将储液罐2内按照要求装载液体；控制单元3通过输液管路将液体输送到湿热交换器1中的吸液介质中；吸液介质吸液饱和后，控制单元3打开回液管路使得湿热交换器1中残余的液体将通过回液管路回收到储液罐2中；当气体温度过高时，气体将进入到湿热交换器1内，通过吸液介质的作用实现对于气体的降温，降温后的气体将输送到电子设备中进行散热。
本发明增加了储液罐2，从而使得液体量增大，能够延长单次加液维护的有效制冷工作时间，降低维护工作量。
本发明中用于制冷的湿热交换器1为无源装置，装置内无运动部件工作，因此可靠性高，使用寿命长。
优选的，气体为空气，液体为水。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现将液体输送至湿热交换器1中，所述输液管路包括与储液罐2输出端连接的液体泵21、设置在液体泵21与储液罐2输出端之间的过滤器22；所述液体泵21与控制单元3电连接。
设置过滤器22的目的在于防止液体中的杂质造成液体泵21损坏。
开机时，控制单元3启动液体泵21，使得储液罐2中的液体通过液体泵21输送到湿热交换器1中，湿热交换器1中的吸液介质将进行液体吸收，直至吸液介质处于饱和状态；
若湿热交换器1中的吸液介质本就处于饱和状态，液体将通过回液管路流回至储液罐2中。
在一些可能的实施方式中，为了有效的防止进入湿热交换器中的液体不会立马回流，保证吸液介质浸没在液态水中一段时间(一般10min左右)，使得吸液介质充分饱和，所述回液管路包括分别通过管道与湿热交换器1、储液罐2连接的关断阀，所述关断阀与控制单元3电连接。
静置10min以后，湿热交换器1中的吸液介质处于饱和状态；控制单元3将控制关断阀打开回液管路，使得湿热交换器1中残余的自由态液体流回至储液罐2中，待下次向湿热交换器1中补液使用。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现对于储液罐2内液体的监测，并能够及时向储液罐2中进行补液；所述储液罐2内设置有与控制单元3电连接的液位传感器23。
通过液位传感器23测量储液罐2中的液位，当液位低于设定的最低液位阈值时，控制单元3将发出加液警示信号。
在一些可能的实施方式中，为了能够实现对于气体温度的监测，判断是否需要进行降温处理，并判断降温处理后的气体是否满足相关散热的要求；还包括设置在湿热交换器1输入端的温度传感器一51、设置在湿热交换器1输出端的温度传感器二52；所述温度传感器一51和温度传感器二52分别与控制单元3连接。
温度传感器一51和温度传感器二52分别设置的输入端和输出端，这样设置的目的在于；对于气体的温度进行监测，并将监测数据输送给控制单元3，控制单元3对两个温度传感器的数据进行分析，通过判断两者的温度差是否小于设定的温度差阈值，判断湿热交换器1是否出现故障；
例如：温度传感器一51监测到进气温度为68.7℃，经过湿热交换器1降温处理后气体温度为67℃，控制单元3设定的温度差阈值为5℃；由此可知，气体实时温度差为1.7℃小于温度差阈值为5℃，故湿热交换器出现故障，需要进行维修处理。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现当温度传感器一51监测到气体温度符合直接对电子设备散热时，在所述温度传感器一51与湿热交换器1之间还设置有三通阀4，所述三通阀4通过空气旁路管道与湿热交换器1的输出端连接，所述三通阀4还与控制单元3电连接。
另一方面，一种消耗性蒸发制冷装置的使用方法，具体包括以下步骤：
开启与湿热交换器1连接的供风装置10，向进行供气；温度传感器一51对气体温度测量并将数据传递给控制单元3；
控制单元3对数据进行分析；
当气体温度低于设定温度阈值，并满足电子设备散热需求时；控制单元3控制三通阀4打开空气旁路管道，气体将直接输送至电子设备进行散热；
当气体温度大于设定温度阈值时；控制单元3控制三通阀4关闭空气旁路管道，使得气体进入湿热交换器1中，进行气体降温，然后输送到电子设备进行散热。
这里所描述的对气体进行降温，具体为气体进入湿热交换器1中与吸液介质中的液体接触，液体蒸发会从周围吸收汽化潜热，从而使气体降温；然后通过湿热交换器1的输出端供电子设备进行散热。
优选的，吸液介质为多孔吸液介质。
在一些可能的实施方式中，所述控制单元3控制储液罐2通过输送管路向湿热交换器1中输送液体，具体是指：
控制单元3控制液体泵21开启，将储液罐2中定量的液体输送至湿热交换器1中，控制液体泵21关闭，静置10min，吸液介质吸液饱和；
若在上次工作中液体没消耗完，本次液体补给吸液介质将吸收不完，就有残余的自由态液体回流至储液罐2中。
这里的定量是指根据吸液介质的液体吸收量来确定；对于不同的吸液介质其对于液体的吸收量是不同的。
在一些可能的实施方式中，所述湿热交换器1中残余的自由态液体流回至储液罐2中，具体是指：待吸液介质中液体饱和后，打开关断阀，湿热交换器1中残余的自由态液体通过回液管路流回至储液罐2，然后控制关断阀关闭回液管路。
由于湿热交换器1中的液体蒸发后会气体带走，因此液体为消耗性资源，通过以上控制方法可以在保证环控系统制冷量的前提下，节约液体资源，可延长制冷装置的有效工作时间。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种消耗性蒸发制冷装置的使用方法，所述消耗性蒸发制冷装置包括湿热交换器、储液罐、控制单元、设置在湿热交换器输入端的温度传感器一、以及设置在所述温度传感器一与湿热交换器之间的三通阀；
所述三通阀通过空气旁路管道与湿热交换器的输出端连接，所述三通阀还与控制单元电连接；
所述储液罐的与湿热交换器之间设置输液管路和回液管路，所述控制单元分别与回液管路、储液罐、输液管路电连接；所述输液管路包括与储液罐输出端连接的液体泵；所述液体泵与控制单元电连接；
其特征在于，具体包括以下步骤：
开机自检，控制单元控制液体泵通过输送管路向湿热交换器中输送液体，直至湿热交换器的吸液介质吸液饱和，湿热交换器中残余的自由态液体流回至储液罐中；
开启与湿热交换器连接的供风装置，向进行供气；温度传感器一对气体温度测量并将数据传递给控制单元；
控制单元对数据进行分析；
当气体温度低于设定温度阈值，并满足电子设备散热需求时；控制单元控制三通阀打开空气旁路管道，气体将直接输送至电子设备进行散热；
当气体温度大于设定温度阈值时；控制单元控制三通阀关闭空气旁路管道，使得气体进入湿热交换器中，进行气体降温，然后输送到电子设备进行散热。
2.根据权利要求1所述的一种消耗性蒸发制冷装置的使用方法，其特征在于，所述回液管路包括分别通过管道与湿热交换器、储液罐连接的关断阀；所述关断阀与控制单元电连接。
3.根据权利要求2所述的一种消耗性蒸发制冷装置的使用方法，其特征在于，所述控制单元控制液体泵通过输送管路向湿热交换器中输送液体，具体是指：
控制单元控制液体泵开启，将储液罐中定量的液体输送至湿热交换器，控制液体泵关闭；
静置，吸液介质吸液饱和。
4.根据权利要求3所述的一种消耗性蒸发制冷装置的使用方法，其特征在于，所述湿热交换器中残余的自由态液体流回至储液罐中；具体是指：待吸液介质中液体饱和后，控制单元打开关断阀，湿热交换器中残余的自由态液体通过回液管路流回至储液罐，然后控制关断阀关闭回液管路。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种消耗性蒸发制冷装置的使用方法，其特征在于，所述输液管路还包括设置在液体泵与储液罐输出端之间的过滤器。
6.根据权利要求5所述的一种消耗性蒸发制冷装置的使用方法，其特征在于，所述储液罐内设置有与控制单元电连接的液位传感器。
7.根据权利要求6所述的一种消耗性蒸发制冷装置的使用方法，其特征在于，还包括设置在湿热交换器输出端的温度传感器二；所述温度传感器一和温度传感器二分别与控制单元连接。
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