CN113883736B - 一种移动式液冷源的散热器调控装置及调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移动式液冷源的散热器调控装置及调控方法，包括制冷系统和液冷源系统；制冷系统由依次连通的制冷压缩机、冷凝散热器、制冷剂储液器、蒸发器和气液分离器构成制冷循环回路；液冷源系统由液冷剂箱连通蒸发器构成蒸发循环回路，以及由液冷剂箱连通冷凝散热器构成自然散热循环回路。液冷源的冷却由制冷系统冷却和外界自然风能源冷却，两类冷却共用一套冷凝散热器，冷凝散热器中两路独立管束间隔交替布置。本发明减小了系统的体积重量，增强了紧凑性；能耗小，冷源温度不易波动；利用外界自然能源实现系统的节能和液冷源的稳定输出。

Description

一种移动式液冷源的散热器调控装置及调控方法
技术领域
本发明属于制冷和特种环境的冷源制备领域，特别涉及一种移动式液冷源的散热器调控装置及调控方法。
背景技术
在一些特殊的应用场合，需要为车载或可移动仪器设备、环境空间等提供冷源进行冷却或环境调控。由于仪器设备或环境空间的可移动性和使用场地的不确定性，通常以外界自然风为冷却介质的制冷系统设计，设备和系统的体积和重量庞大，难以适应多变的外界环境，造成能耗大，冷源温度易波动。
所谓“液冷源”是指利用制冷系统或风冷系统制备的“液体冷源”，用于发热仪器设备或环境空间的冷却或环境参数调控。
目前，液冷源技术主要应用于高集成度、高热负荷电子仪器设备的冷却，普遍采用制冷系统冷却以乙二醇为代表的液冷剂为主的技术模式，如专利《一种恒温液冷源空调系统》(CN201821929401.5)，专利《复合型液冷供风装置》(CN201821731572.7)，专利《机载液冷源》(CN201821613212)，专利《一种大功率多通路式液冷源机柜》(CN201811045216.4)，专利《大功率电子设备用多工况液冷源》(CN201810237904.4)等。有的系统也考虑了不同气候区或夜间低温的情况，采用自然风冷却液冷源的技术模式，如专利《一种利用冷凝热和风冷以自适应制冷量的液冷源系统》(CN201210456459.3)等。
这些专利技术都涉及到了传统制冷系统冷却液冷剂、换热设备、控制流程等公认技术模式，但具体流程、结构和部件各有不同。然而，如前所述，对于可移动式液冷源系统或机组而言，通常采用外界自然风为冷却介质的风冷式制冷系统设计方案，因此，冷凝器的体积和重量都较大，实现系统节能化运行、减小系统体积和重量是移动式液冷源的重点和难点之一。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明从系统紧凑型、减小体积重量以及系统节能的角度出发，将制冷系统的冷凝器和自然风冷的散热器进行了一体化设计，减小系统的体积重量和紧凑型；另外，通过环境温度与液冷剂要求温度的比较，设置了三种液冷源的调控流程和液冷剂箱，充分利用外界自然能源实现系统的节能和液冷源的稳定输出。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
本发明一方面，提供了一种移动式液冷源的散热器调控方法，包括制冷系统和液冷源系统；
制冷系统由依次连通的制冷压缩机、冷凝散热器、制冷剂储液器、蒸发器和气液分离器构成制冷循环回路；
液冷源系统由液冷剂箱连通蒸发器构成蒸发循环回路，以及由液冷剂箱连通冷凝散热器构成自然散热循环回路；
设T0为环境温度，T1为液冷剂稳定输出温度；
当T0＜T1-5℃时，利用室外自然风能源冷却液冷剂；制冷循环回路关闭，冷凝散热器独立运行；冷却主流程为液冷剂进口I至自然散热循环回路；
当液冷剂箱温度达到T1时，冷却主流程切换至液冷剂进口I至液冷剂箱-冷凝散热器-第二液冷剂出口III，对外提供液冷源；同时开启辅助流程I-自然散热循环回路进行调控；
当T0＞T1，利用制冷系统冷却液冷剂；自然散热循环回路关闭，制冷系统启动，制冷系统流程为制冷循环回路，冷却主流程为液冷剂进口I至蒸发循环回路；
当液冷剂箱温度达到T1时，主流程切换至液冷剂进口I至液冷剂箱-蒸发器-第一液冷剂出口II，对外提供液冷源；同时开启辅助流程液冷剂进口I-蒸发循环回路进行调控；
当T1-5℃≤T0≤T1时，以自然能源冷却液冷剂为主，冷却主流程为液冷剂进口I至自然散热循环回路，制冷系统冷却液冷剂为辅助流程，辅助流程为液冷剂进口I至液冷剂箱-蒸发器-液冷剂出口II，对外提供液冷源。
作为优选，当T0＜T1-5℃时，液冷剂蒸发器进口流量调节阀和液冷剂蒸发器出口回流至液冷剂箱的流量调节阀关闭，制冷循环回路关闭。
作为优选，冷凝散热器独立运行，冷凝散热器风机运行，通过液冷剂管束换热。
作为优选，主流程和辅助流程依靠液冷剂出口回流至液冷剂箱的第一流量调节阀或第二流量调节阀进行调节。
作为优选，当T0＞T1，制冷系统启动，冷凝散热器中通过制冷剂管束换热。
作为优选，当T1-5℃≤T0≤T1时，冷凝散热器中通过制冷剂管束和液冷剂管束全部换热。
本发明另一方面，提供了一种移动式液冷源的散热器调控装置，包括制冷系统和液冷源系统；制冷系统包括制冷循环回路，液冷源系统包括蒸发循环回路和自然散热循环回路；
制冷循环回路由依次连通的制冷压缩机、冷凝散热器、制冷剂储液器、蒸发器和气液分离器构成；
蒸发循环回路由液冷剂箱连通蒸发器构成；自然散热循环回路由液冷剂箱连通冷凝散热器构成；
蒸发循环回路液冷剂箱连通液冷剂进口I，蒸发器连通第一液冷剂出口II，冷凝散热器连通第二液冷剂出口III。
作为优选，所述冷凝散热器包括液冷剂管束和制冷剂管束，两路管束间隔交替呈多列布置，液冷剂管束比制冷剂管束多一列，两路管束共用一套翅片组，两路管束和翅片组共用冷凝散热器风机。
作为优选，液冷剂管束和制冷剂管束在垂直列方向上采用多个入口、多个出口的并联模式；液冷剂管束的管径比制冷剂管束的管径大20％-50％。
作为优选，蒸发循环回路上连接有液冷剂泵、第一流量调节阀和第四流量调节阀；自然散热循环回路上连接有第二流量调节阀和第三流量调节阀；液冷剂箱上方设置有液冷剂箱放气阀。
与现有技术相比，本发明从系统紧凑型、减小体积重量以及系统节能的角度出发，将制冷系统的冷凝器和自然风冷的散热器进行了一体化设计，减小了系统的体积重量，增强了紧凑性；本发明通过环境温度与液冷剂要求温度的比较，设置了三种液冷源的调控流程和液冷剂箱，充分利用外界自然能源实现系统的节能和液冷源的稳定输出，适应多变的外界环境，能耗小，输出的冷源温度不易波动。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明的结构流程和原理图；
图2(a)、2(b)分别为本发明中冷凝散热器主视图和侧视图。
图中：1、制冷压缩机；2、冷凝散热器；3、制冷剂储液器；4、膨胀阀；5、蒸发器；6、气液分离器；7、液冷剂箱；8、液冷剂泵；9、第一流量调节阀；10、第二流量调节阀；11、第三流量调节阀；12、第四流量调节阀；13、液冷剂箱放气阀；14、冷凝散热器风机；15、液冷剂管束；16、制冷剂管束。
a、冷凝散热器的制冷剂进口；b、冷凝散热器的制冷剂出口；c、冷凝散热器的液冷剂进口；d、冷凝散热器的液冷剂出口；e、蒸发器制冷剂进口；f、蒸发器制冷剂出口；g、蒸发器液冷剂进口；h、蒸发器液冷剂出口；I、液冷剂进口；II、第一液冷剂出口；III、第二液冷剂出口。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参照图1所示，给出了一种移动式液冷源的散热器调控装置的结构示意图，包括制冷系统和液冷源系统；
制冷系统由依次连通的制冷压缩机1、冷凝散热器2、制冷剂储液器3、蒸发器5和气液分离器6构成的制冷循环回路；液冷源系统由液冷剂箱7连通蒸发器5构成的蒸发循环回路；以及由液冷剂箱7连通冷凝散热器2构成的自然散热循环回路。
蒸发循环回路液冷剂箱7连通液冷剂进口I，蒸发器5连通第一液冷剂出口II，即制冷系统的液冷剂出口，冷凝散热器2连通第二液冷剂出口III，即自然冷却液冷剂出口。
制冷循环回路的制冷剂储液器3和蒸发器5之间连接有膨胀阀4；蒸发循环回路上连接有液冷剂泵8、第一流量调节阀9和第四流量调节阀12；自然散热循环回路上连接有第二流量调节阀10和第三流量调节阀11。
在冷凝散热器2上分别设有冷凝散热器的制冷剂进口a、冷凝散热器的制冷剂出口b、冷凝散热器的液冷剂进口c、冷凝散热器的液冷剂出口d，在蒸发器5上分别设有蒸发器制冷剂进口e、蒸发器制冷剂出口f、蒸发器液冷剂进口g、蒸发器液冷剂出口h；在液冷剂箱7上设有液冷剂箱放气阀13。
构成制冷循环回路为1-a-b-3-4-e-f-6-1，构成蒸发循环回路为7-8-9-g-h-12-7，构成自然散热循环回路为7-8-10-c-d-11-7。
如图2(a)、(b)所示，冷凝散热器2由两路独立管束组成，一路是液冷剂管束15，另一路是制冷剂管束16，两路管束间隔交替呈多列布置，并且在垂直列的方向液冷剂管束比制冷剂管束始终多一列，两路管束共用一套翅片，两路管束和翅片共用冷凝散热器风机。冷凝散热器中的液冷剂管束的单管管径比制冷剂管束的单管管径大20％-50％。冷凝散热器中的液冷剂管束和制冷剂管束在垂直列方向上可采用多入口并联模式。冷凝散热器2上的冷凝散热器风机14采用变频风机调节风量。
如图1所示，本装置的移动式液冷源根据室外环境参数提供两种液冷剂的冷却模式，一是由蒸发器5来冷却液冷剂，二是由冷凝散热器2来冷却液冷剂。
根据环境温度为T0与液冷剂要求温度为T1的比较，液冷源调控系统的运行方式为：
当T0＜(T1-5℃)，利用室外自然能源冷却液冷剂。
制冷系统关闭，液冷剂蒸发器进口的第一流量调节阀9和液冷剂蒸发器出口回流至液冷剂箱的第四流量调节阀12关闭，冷凝散热器2和冷凝散热器风机14独立运行，冷凝散热器2中液冷剂管束15参与换热。当系统开始启动时，冷却主流程为I-7-8-10-c-d-11-7，当液冷剂箱的温度达到T1时，主流程切换至I-7-8-10-c-d-III对外提供液冷源，同时也开启辅助流程I-7-8-10-c-d-11-7进行调控，主流程和辅助流程依靠冷凝散热器液冷剂出口回流至液冷剂箱的第三流量调节阀11进行调节。
当T0＞T1，利用制冷系统来冷却液冷剂。
冷凝散热器液冷剂进口的第二流量调节阀10和冷凝散热器液冷剂出口回流至液冷剂箱的第三流量调节阀11关闭，制冷系统启动，冷凝散热器中制冷剂管束16参与换热。当系统开始启动时，制冷系统流程为1-a-b-3-4-e-f-6-1，冷却主流程为I-7-8-9-g-h-12-7，当液冷剂箱的温度达到T1时，主流程切换至I-7-8-9-g-h-II对外提供液冷源，同时也开启辅助流程I-7-8-9-g-h-12-7进行调控，主流程和辅助流程依靠液冷剂蒸发器出口回流至液冷剂箱的第四流量调节阀12进行调节。
当(T1-5℃)≤T0≤T1时，以自然能源冷却液冷剂为主，主流程为I-7-8-10-c-d-11-7，主要用于液冷剂箱7的循环冷却，而制冷系统冷却液冷剂的辅助流程为I-7-8-9-g-h-II，对外提供液冷源。此时，冷凝散热器2中制冷剂管束16和液冷剂管束15全部参与换热。
通过本发明系统，将制冷系统的冷凝器和自然风冷的散热器进行一体化设计，减小了系统的体积和重量，增强了紧凑型；另外，通过环境温度与液冷剂要求温度的比较，设置了三种液冷源的调控流程和液冷剂箱，能耗小，冷源温度不易波动；充分利用外界自然能源实现系统的节能和液冷源的稳定输出。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种移动式液冷源的散热器调控方法，其特征在于，包括制冷系统和液冷源系统；
制冷系统由依次连通的制冷压缩机、冷凝散热器、制冷剂储液器、蒸发器和气液分离器构成制冷循环回路；
液冷源系统由液冷剂箱连通蒸发器构成蒸发循环回路，以及由液冷剂箱连通冷凝散热器构成自然散热循环回路；
设T0为环境温度，T1为液冷剂稳定输出温度；
当T0 ＜T1 - 5℃时，利用室外自然风能源冷却液冷剂；制冷循环回路关闭，冷凝散热器独立运行；冷却主流程为液冷剂进口I至自然散热循环回路；
当液冷剂箱温度达到T1时，冷却主流程切换至液冷剂进口I至液冷剂箱-冷凝散热器-第二液冷剂出口III，对外提供液冷源；同时开启辅助流程I-自然散热循环回路进行调控；
当 T0 ＞ T1，利用制冷系统冷却液冷剂；自然散热循环回路关闭，制冷系统启动，制冷系统流程为制冷循环回路，冷却主流程为液冷剂进口I至蒸发循环回路；
当液冷剂箱温度达到T1时，主流程切换至液冷剂进口I至液冷剂箱-蒸发器-第一液冷剂出口II，对外提供液冷源；同时开启辅助流程液冷剂进口I-蒸发循环回路进行调控；
当T1 - 5℃≤ T0 ≤T1时，以自然能源冷却液冷剂为主，冷却主流程为液冷剂进口I至自然散热循环回路，制冷系统冷却液冷剂为辅助流程，辅助流程为液冷剂进口I至液冷剂箱-蒸发器-液冷剂出口II，对外提供液冷源。
2.根据权利要求1所述的一种移动式液冷源的散热器调控方法，其特征在于，当T0 ＜T1 - 5℃时，液冷剂蒸发器进口流量调节阀和液冷剂蒸发器出口回流至液冷剂箱的流量调节阀关闭，制冷循环回路关闭。
3.根据权利要求2所述的一种移动式液冷源的散热器调控方法，其特征在于，冷凝散热器独立运行，冷凝散热器风机运行，通过液冷剂管束换热。
4.根据权利要求1所述的一种移动式液冷源的散热器调控方法，其特征在于，主流程和辅助流程依靠液冷剂出口回流至液冷剂箱的第一流量调节阀或第二流量调节阀进行调节。
5. 根据权利要求1所述的一种移动式液冷源的散热器调控方法，其特征在于，当 T0 ＞T1，制冷系统启动，冷凝散热器中通过制冷剂管束换热。
6. 根据权利要求1所述的一种移动式液冷源的散热器调控方法，其特征在于，当T1 - 5℃≤ T0 ≤T1时，冷凝散热器中通过制冷剂管束和液冷剂管束全部换热。
7.一种如权利要求1-6任一项所述方法采用的移动式液冷源的散热器调控装置，其特征在于，包括制冷系统和液冷源系统；制冷系统包括制冷循环回路，液冷源系统包括蒸发循环回路和自然散热循环回路；
制冷循环回路由依次连通的制冷压缩机、冷凝散热器、制冷剂储液器、蒸发器和气液分离器构成；
蒸发循环回路由液冷剂箱连通蒸发器构成；自然散热循环回路由液冷剂箱连通冷凝散热器构成；
蒸发循环回路液冷剂箱连通液冷剂进口I，蒸发器连通第一液冷剂出口II，冷凝散热器连通第二液冷剂出口III。
8.根据权利要求7所述的移动式液冷源的散热器调控装置，其特征在于，所述冷凝散热器包括液冷剂管束和制冷剂管束，两路管束间隔交替呈多列布置，液冷剂管束比制冷剂管束多一列，两路管束共用一套翅片组，两路管束和翅片组共用冷凝散热器风机。
9.根据权利要求8所述的一种移动式液冷源的散热器调控装置，其特征在于，液冷剂管束和制冷剂管束在垂直列方向上采用多个入口、多个出口的并联模式；液冷剂管束的管径比制冷剂管束的管径大20%-50%。
10.根据权利要求7所述的移动式液冷源的散热器调控装置，其特征在于，蒸发循环回路上连接有液冷剂泵、第一流量调节阀和第四流量调节阀；
自然散热循环回路上连接有第二流量调节阀和第三流量调节阀；
液冷剂箱上方设置有液冷剂箱放气阀。
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