CN114845525A - 一种自适应恒温控制的大型两相流冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应恒温控制的大型两相流冷却系统，其特征在于：包括换热器、储液罐、机械泵、传感器、蒸发冷板、供回液管路连接成的循环回路；所述循环回路中的换热器温度通过调节换热器风机转速控制换热温差，实现环境温度变化状态下系统冷凝温度的恒温控制；所述循环回路中的蒸发冷板温度通过调节机械泵叶轮转速控制流量，上位机通过通信模块采集传感器信息，信息处理后通过控制器控制风机的转速与机械泵的流量，实现设备热耗变化下系统蒸发温度的恒温控制。
Description
技术领域
本发明涉及冷却系统，特别是一种自适应恒温控制的大型两相流冷却系统。
背景技术
随着大型高热流密度电子设备(雷达、数据中心等)整机热耗与单点热流密度的不断增长，采用主动式两相流冷却系统，克服了单相液冷的局限性，具备器件温度降低、设备均温性提升、系统能效比提升、管路与机组重量降低等优势。然而两相流冷却在无控制条件下，系统温度随环境温度及设备热耗的变化而波动，无法满足电子器件的精准控温需求。
现有的两相流冷却系统控温策略，是通过储液罐内增加电加热器，控制供液温度恒定实现系统恒温。该控温策略仅适用于小型冷却系统，对于MW级热耗的雷达或数据中心的大型两相流冷却系统，系统适配的高容积储液罐电加热耗电极高，且环境温度变化下的高流量冷却液难以通过电加热实现快速恒温。此外，设备热耗变化导致蒸发冷板与冷却液的换热温差变化，无法满足电子器件的控温精度要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用泵与风机的反馈控制实现冷却系统的精准控温的自适应恒温控制的大型两相流冷却系统。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种自适应恒温控制的大型两相流冷却系统，包括蒸发冷板、雷达阵面或数据中心冷却管网、换热器、储液罐、机械泵、供液管路、以及回液管路；所述雷达阵面或数据中心冷却管网通过回液管路依次连接有换热器、储液罐和机械泵，所述机械泵通过供液管路与蒸发冷板相连接，所述换热器通过风机散热，所述换热器入口回液管路上的压力传感器和干度传感器，对换热器入口的压力与干度进行实时监测，所述换热器出口回液管路上的温度传感器和压力传感器，对换热器出口的温度与压力进行实时监测，所述机械泵出口供液管路上的流量传感器，对机械泵出口流量进行实时监测，各传感器模拟量信号通过信号总线传输至通信模块，所述信号转换后传输至上位机，所述上位机进行数据处理后，发出控制信号传输至控制器，所述控制器控制输出电压分别调控风机的转速与机械泵的转速，调节冷凝温度与供液流量，实现冷却系统的自适应恒温控制。
所述蒸发冷板表面布置温度传感器，所述传感器模拟量信号通过信号传输总线及通信模块转换由上位机接收。
所述蒸发冷板内的冷却工质为氟利昂。
所述上位机的控制策略包括：换热器入口压力传感器测量压力Pin以及干度传感器测量干度x，换热器出口温度传感器测量温度Tout以及压力传感器测量压力Pout，机械泵出口流量传感器测量流量m，蒸发冷板表面贴覆的温度传感器测量温度平均值Tlb；
根据传感器的实时测量值，可计算的系统参数包括：
系统总热耗为Q＝mLx，其中，L为氟利昂的汽化潜热；
换热器入口焓值通hin过上位机调用氟利昂物性软件获得，hin＝f(Tin,x)；
换热器出口焓值为hout＝hin–Q；
换热器出口温度设定值Tset通过上位机调用氟利昂物性软件获得，Tset＝f(hout,Pout)；
启动状态下换热器风机与机械泵的转速设定为最大值，上位机通过数据采集模块读取各传感器数据，对比换热器出口温度值Tout与计算获得的温度设定值Tset，通过控制器调控风机的供电电压，控制风机7转速；当Tout<Tset时，降低风机转速，当Tout>Tset时，提高风机转速，直至调控至合理转速使Tout＝Tset；上位机通过数据采集模块读取各传感器数据，对比蒸发冷板温度平均测量值Tlb与冷板目标控制温度T0，通过控制器调控机械泵的供电电压，控制机械泵的流量；当Tlb<T0时，降低机械泵13的叶轮转速，当Tlb>T0时，提高机械泵13的叶轮转速，直至调控至合理转速使Tlb＝T0。
所述风机的最高转速按最高环境温度与最大热耗条件下的换热器出口温度Tout与温度设定值Tset相等进行设计，环境温度变化时，可实时监测到换热器出口温度值Tout与温度设定值Tset的关系发生改变，依据冷凝温度的恒温控制策略改变风机的转速，实现任意环境温度下的两相流冷却系统的自适应恒温控制。
所述机械泵的最高流量按最高环境温度与最大热耗条件下的蒸发冷板温度Tlb与冷板目标控制温度T0相等进行设计；器件热耗变化时，可实时监测到蒸发冷板平均温度Tlb与冷板目标控制温度T0的关系发生改变，实时监测到换热器出口温度值Tout与温度设定值Tset的关系发生改变，分别依据蒸发温度与冷凝温度的恒温控制策略改变机械泵的流量与风机的转速，实现任意器件热耗下的两相流冷却系统的自适应恒温控制。
相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明完成环境温度变化条件下冷凝温度的高精度控制，完成器件热耗变化条件下蒸发温度的高精度控制，实现两相流冷却系统的自适应恒温控制，满足电子器件的精准控温需求。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
如图1所示，一种自适应恒温控制的大型两相流冷却系统，包括蒸发冷板1、雷达阵面或数据中心冷却管网2、换热器6、储液罐11、机械泵13、压力传感器4与9、干度传感器5、温度传感器8与19、流量传感器14、供液管路15、以及回液管路3、10、12；循环回路中填充氟利昂；所述雷达阵面或数据中心冷却管网通过回液管路依次连接有换热器、储液罐和机械泵，所述机械泵通过供液管路与蒸发冷板相连接，所述换热器通过风机散热，所述换热器入口回液管路上的压力传感器和干度传感器，对换热器入口的压力与干度进行实时监测，所述换热器出口回液管路上的温度传感器和压力传感器，对换热器出口的温度与压力进行实时监测，所述机械泵出口供液管路上的流量传感器，对机械泵出口流量进行实时监测，各传感器模拟量信号通过信号总线传输至通信模块，所述信号转换后传输至上位机，所述上位机17进行数据处理后，发出控制信号传输至控制器18，所述控制器18控制输出电压分别调控风机7的转速与机械泵13的转速，调节冷凝温度与供液流量，实现冷却系统的自适应恒温控制。
供回液管路连接成的循环回路；所述循环回路中的换热器温度通过调节换热器风机转速控制换热温差，实现环境温度变化状态下系统冷凝温度的恒温控制；所述循环回路中的蒸发冷板温度通过调节机械泵叶轮转速控制流量，实现设备热耗变化下系统蒸发温度的恒温控制。所述储液罐进行保温隔热且不采用任何加热措施，所述储液罐串联入循环回路中仅起到提供泵前过冷度作用。
所述蒸发冷板表面布置温度传感器，所述传感器模拟量信号通过信号传输总线及通信模块转换由上位机接收。
所述蒸发冷板内的冷却工质为氟利昂。
所述上位机的控制策略包括：换热器6入口回液管3上的压力传感器4和干度传感器5，对换热器6入口的压力与干度进行实时监测，换热器6出口回液管10上的温度传感器8和压力传感器9，对换热器6出口的温度与压力进行实时监测，机械泵13出口供液管15上的流量传感器14，对机械泵13出口流量进行实时监测。各传感器模拟量信号通过信号总线传输至通信模块16，信号转换后传输至上位机17。上位机17进行数据处理后，发出控制信号传输至控制器18，控制器18控制输出电压分别调控风机7的转速与机械泵13的转速，调节冷凝温度与供液流量，实现冷却系统的自适应恒温控制。
具体的传感器测量参数为：换热器6入口压力传感器4测量压力Pin以及干度传感器5测量干度x，换热器出口温度传感器8测量温度Tout以及压力传感器9测量压力Pout，机械泵13出口流量传感器14测量流量m，蒸发冷板1表面贴覆的温度传感器19测量温度平均值Tlb。
根据传感器的实时测量值，可计算的系统参数包括：
系统总热耗为Q＝mLx，其中，L为氟利昂的汽化潜热。
换热器6入口焓值通hin过上位机调用氟利昂物性软件获得，hin＝f(Tin,x)。
换热器6出口焓值为hout＝hin-Q。
换热器6出口温度设定值Tset通过上位机调用氟利昂物性软件获得，Tset＝f(hout,Pout)。
具体的系统恒温控制策略为：启动状态下换热器风机7与机械泵13的转速设定为最大值。上位机17通过数据采集模块16读取各传感器数据，对比换热器出口6温度值Tout与计算获得的温度设定值Tset，通过控制器18调控风机7的供电电压，控制风机7转速。当Tout<Tset时，降低风机7转速，当Tout>Tset时，提高风机7转速，直至调控至合理转速使Tout＝Tset。上位机17通过数据采集模块16读取各传感器数据，对比蒸发冷板1温度平均测量值Tlb与冷板目标控制温度T0，通过控制器18调控机械泵13的供电电压，控制机械泵13的流量。当Tlb<T0时，降低机械泵13的叶轮转速，当Tlb>T0时，提高机械泵13的叶轮转速，直至调控至合理转速使Tlb＝T0。
风机7的最高转速按最高环境温度与最大热耗条件下的换热器出口6温度Tout与温度设定值Tset相等进行设计。环境温度变化时，可实时监测到换热器出口6温度值Tout与温度设定值Tset的关系发生改变，依据冷凝温度的恒温控制策略改变风机7的转速，实现任意环境温度下的两相流冷却系统的自适应恒温控制。
机械泵13的最高流量按最高环境温度与最大热耗条件下的蒸发冷板温度Tlb与冷板目标控制温度T0相等进行设计。器件热耗变化时，可实时监测到蒸发冷板平均温度Tlb与冷板目标控制温度T0的关系发生改变，实时监测到换热器出口6温度值Tout与温度设定值Tset的关系发生改变，分别依据蒸发温度与冷凝温度的恒温控制策略改变机械泵13的流量与风机7的转速，实现任意器件热耗下的两相流冷却系统的自适应恒温控制。
本发明的实施方式，冷板上各点温度差可控制在3℃以内，冷板上各点温度在不同环境温度与不同器件热耗条件下随时间变化的波动可控制在3℃以内。
Claims (6)
1.一种自适应恒温控制的大型两相流冷却系统，其特征在于：包括蒸发冷板、雷达阵面或数据中心冷却管网、换热器、储液罐、机械泵、供液管路、以及回液管路；所述雷达阵面或数据中心冷却管网通过回液管路依次连接有换热器、储液罐和机械泵，所述机械泵通过供液管路与蒸发冷板相连接，所述换热器通过风机散热，所述换热器入口回液管路上的压力传感器和干度传感器，对换热器入口的压力与干度进行实时监测，所述换热器出口回液管路上的温度传感器和压力传感器，对换热器出口的温度与压力进行实时监测，所述机械泵出口供液管路上的流量传感器，对机械泵出口流量进行实时监测，各传感器模拟量信号通过信号总线传输至通信模块，所述信号转换后传输至上位机，所述上位机进行数据处理后，发出控制信号传输至控制器，所述控制器控制输出电压分别调控风机的转速与机械泵的转速，调节冷凝温度与供液流量，实现冷却系统的自适应恒温控制。
2.根据权利要求1所述的一种自适应控温的大型两相流冷却系统，其特征在于：所述蒸发冷板表面布置温度传感器，所述传感器模拟量信号通过信号传输总线及通信模块转换由上位机接收。
3.根据权利要求1活2所述的一种自适应控温的大型两相流冷却系统，其特征在于：所述蒸发冷板内的冷却工质为氟利昂。
4.根据权利要求3所述的一种自适应控温的大型两相流冷却系统，其特征在于：所述上位机的控制策略包括：换热器入口压力传感器测量压力Pin以及干度传感器测量干度x，换热器出口温度传感器测量温度Tout以及压力传感器测量压力Pout，机械泵出口流量传感器测量流量m，蒸发冷板表面贴覆的温度传感器测量温度平均值Tlb；
根据传感器的实时测量值，可计算的系统参数包括：
系统总热耗为Q＝mLx，其中，L为氟利昂的汽化潜热；
换热器入口焓值通hin过上位机调用氟利昂物性软件获得，hin＝f(Tin,x)；
换热器出口焓值为hout＝hin–Q；
换热器出口温度设定值Tset通过上位机调用氟利昂物性软件获得，Tset＝f(hout,Pout)；
启动状态下换热器风机与机械泵的转速设定为最大值，上位机通过数据采集模块读取各传感器数据，对比换热器出口温度值Tout与计算获得的温度设定值Tset，通过控制器调控风机的供电电压，控制风机7转速；当Tout<Tset时，降低风机转速，当Tout>Tset时，提高风机转速，直至调控至合理转速使Tout＝Tset；上位机通过数据采集模块读取各传感器数据，对比蒸发冷板温度平均测量值Tlb与冷板目标控制温度T0，通过控制器调控机械泵的供电电压，控制机械泵的流量；当Tlb<T0时，降低机械泵13的叶轮转速，当Tlb>T0时，提高机械泵13的叶轮转速，直至调控至合理转速使Tlb＝T0。
5.根据权利要求4所述的一种自适应控温的大型两相流冷却系统，其特征在于：所述风机的最高转速按最高环境温度与最大热耗条件下的换热器出口温度Tout与温度设定值Tset相等进行设计，环境温度变化时，可实时监测到换热器出口温度值Tout与温度设定值Tset的关系发生改变，依据冷凝温度的恒温控制策略改变风机的转速，实现任意环境温度下的两相流冷却系统的自适应恒温控制。
6.根据权利要求4所述的一种自适应控温的大型两相流冷却系统，其特征在于：所述机械泵的最高流量按最高环境温度与最大热耗条件下的蒸发冷板温度Tlb与冷板目标控制温度T0相等进行设计；器件热耗变化时，可实时监测到蒸发冷板平均温度Tlb与冷板目标控制温度T0的关系发生改变，实时监测到换热器出口温度值Tout与温度设定值Tset的关系发生改变，分别依据蒸发温度与冷凝温度的恒温控制策略改变机械泵的流量与风机的转速，实现任意器件热耗下的两相流冷却系统的自适应恒温控制。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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