CN216694162U - 一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备，包括压缩制冷系统、强制风冷系统和供液循环系统等组成。压缩制冷系统包括压缩机、冷凝器、风机、节流元件和双回路换热器等组成；强制风冷系统包括溶液箱二、溶液泵二、散热器、风机和双回路换热器等组成；供液循环系统包括溶液箱一、溶液泵一、旁通阀、调节阀、负载和双回路换热器等组成。所述3个系统均通过双回路换热器实现互相换热。同时，依据环境温度，划分低温、中温和高温3个温度区，在中温区实现双循环耦合。另外，保留了散热器的高效风冷换热，同时利用液－液的高效换热，实现与负载端冷却液的物理隔离，减少污染风险。

Description

一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备

技术领域

本实用新型涉及冷液机技术领域，尤其涉及一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备。

背景技术

冷液机，有时称液冷源或冷水机，主要目的是为热负载(被冷却对象)提供一定温度、流量和压力要求的循环冷却液。冷液机目前应用市场非常广泛，如电力电子、军事和航空、发电站、医学激光和诊断设备、工业激光、柜体冷却、分析仪器、核发电、半导体设备、电信领域和超级计算机等领域。随着行业技术的快速发展，一些具有高电阻率和高洁净度要求的冷液机越来越受到关注，例如，新型的激光冷却和高密度散热器件等急需要高纯净的冷却液进行冷却。

在我国电子级水质通常分为0.5、2、10、15和18MΩ.cm五个等级，以满足不同电阻率等级的要求，其指标远高于普通水；在GJB420B－2015《航空工作液固体污染度等级》中也规定了15级，以满足不同洁净度的要求等。这些等级要求越高，对设备的冷却液循环系统的纯净度要求也越高，最直接的做法是所能接触到冷却液的各种器件、管路和阀件等在运行和储存过程中均不能产生各种金属离子(如铁离子、铜离子、铝离子和氯离子等)和腐蚀物等，所以平时常用的碳钢、铸铁、铝管、铜管和普通焊料等都受到禁用。

同时，我们发现这类冷液机在冬季使用时，通常压缩机不工作，而是利用强制风冷系统中的翅片式散热器对外界换热，这种散热器若采用效率高的紫铜管和铝制微通道换热器，就会产生大量的铜离子或铝离子等，从而影响技术指标；若采用不锈钢管或钛管等做成的翅片式散热器，就存在传热传质差的特性，从而造成尺寸和重量无法满足，同时也造成连接负载的供液循环系统的管系和焊点激增，不可控因素增多。这类冷液机在夏季使用时，不容置疑大多由压缩制冷系统提供低温冷源，但随着环境温度的降低，如0℃～22℃时，此时压缩机仍然需要工作以满足负载冷却，这时强制风冷系统没有发挥出来，存在部分能源的浪费。

实用新型内容

本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备，能耦合、并通过中间换热的方式提高供液品质。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备，包括压缩制冷系统、强制风冷系统和供液循环系统；

所述的供液循环系统包括溶液箱一、溶液泵一、旁通阀、调节阀、负载和双回路换热器，所述双回路换热器包括有三个入口和三个出口，所述双回路换热器的第一出口连接溶液箱一的入口，溶液箱一的出口连接溶液泵一的入口，溶液泵一的出口分2路，其中一路连接旁通阀后返回溶液箱一，另一路连接调节阀的入口，调节阀的出口连接负载的入口，负载的出口连接双回路换热器的第一入口；

所述的强制风冷系统包括溶液箱二、溶液泵二、散热器、风机和双回路换热器，所述双回路换热器的第二出口连接散热器的入口，散热器的出口连接溶液箱二的入口，溶液箱二的出口连接溶液泵二的入口，溶液泵二的出口连接双回路换热器的第二入口，所述的风机设在散热器侧面；

所述的压缩制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流元件和双回路换热器，所述双回路换热器的第三出口连接压缩机的入口，压缩机的出口连接冷凝器的入口，冷凝器的出口连接节流元件的入口，节流元件的出口连接双回路换热器的第三入口。

依据环境温度，划分低温(如：≤0℃)、中温和高温(如：≥22℃)3个温度区，其中在低温区所述强制风冷系统和供液循环系统工作；在高温区所述压缩制冷系统和供液循环系统工作；在中温区压缩制冷系统、强制风冷系统和供液循环系统联合工作，并依据供液温度，所述压缩制冷系统和强制风冷系统投入能力按比例分配。

所述双回路换热器中路流经的是供液循环系统冷却液，两侧流经的分别是压缩制冷系统制冷剂和强制风冷系统冷却液；其换热量、流量和流阻等参数分别满足压缩制冷系统和强制风冷系统的设计；不排除在原理相似情况下用两个换热器组合而成。

所述供液循环系统采用高纯净冷却液，其洁净度和电阻率符合负载要求，同时采用闭式系统、不锈钢316L或钛金属材质等措施；所述强制风冷系统所用冷却液和供液循环系统所用冷却液完全物理隔离。

所述散热器、冷凝器均采用高效紫铜管翅片式换热器或微通道换热器，可一体化设计，但保持管路独立，并共用风机。

所述压缩制冷系统和强制风冷系统是否采用变频压缩机、变频溶液泵、调速风机或各种旁通调节等技术可依据具体方案而定，这与本专利所提出保护内容不冲突。

所述的冷却液为乙二醇水溶液(如65#冷却液)、丙二醇或丙三醇水溶液等。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型充分利用双回路换热器的特点，实现三个温区三种运行模式，特别在中温区实现双循环耦合，更节能。

2、本实用新型充分保留了散热器的高效风冷换热，同时利用液－液的高效换热，实现与负载端冷却液的物理隔离，减少污染风险。

3、本实用新型的原理简洁、集成度高、可满足高纯度供液要求。

4、本实用新型投入成本相对较低，易于实现。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备，包括压缩制冷系统、强制风冷系统和供液循环系统等组成。其中，压缩制冷系统包括压缩机10、冷凝器11、节流元件12和双回路换热器6；供液循环系统包括溶液箱一1、溶液泵一2、旁通阀3、调节阀4、负载5和双回路换热器6。强制风冷系统包括溶液箱二7、溶液泵二8、散热器9、风机13和双回路换热器6；所述双回路换热器 6有X1、Y1、Z1为3个入口和X2、Y2、Z2为3个出口。所述双回路换热器6 的X2出口连接溶液箱一1的入口，溶液箱一1的出口连接溶液泵一2的入口，溶液泵一2的出口分2路，其中一路连接旁通阀3后返回溶液箱一1，另一路连接调节阀4的入口，调节阀4的出口连接负载5的入口，负载5的出口连接双回路换热器6的X1入口，由此构成供液循环系统。

所述双回路换热器6的Y2出口连接散热器9的入口，散热器9的出口连接溶液箱二7的入口，溶液箱二7的出口连接溶液泵二8的入口，溶液泵二8的出口连接双回路换热器6的Y1的入口，由此构成强制风冷系统，风机13安装在散热器9侧面。

所述双回路换热器6的Z2出口连接压缩机10的入口，压缩机10的出口连接冷凝器11的入口，冷凝器11的出口连接节流元件12的入口，节流元件12的出口连接双回路换热器6的Z1，由此构成压缩制冷系统。

依据环境温度，划分低温(如：≤0℃)、中温和高温(如：≥22℃)3个温度区，其中在低温区所述强制风冷系统和供液循环系统工作；在高温区所述压缩制冷系统和供液循环系统工作；在中温区压缩制冷系统、强制风冷系统和供液循环系统联合工作，并依据供液温度，所述压缩制冷系统和强制风冷系统投入能力按比例分配。

所述双回路换热器6中路流经的是供液循环系统冷却液，两侧流经的分别是压缩制冷系统制冷剂和强制风冷系统冷却液；其换热量、流量和流阻等参数分别满足压缩制冷系统和强制风冷系统的设计；不排除在原理相似情况下用两个换热器组合而成。

所述供液循环系统采用高纯净冷却液，其洁净度和电阻率符合负载要求，同时优先采用闭式系统、不锈钢316L或钛金属材质等措施；所述强制风冷系统所用冷却液和供液循环系统所用冷却液完全物理隔离。

所述散热器9、冷凝器11均采用高效紫铜管翅片式换热器或微通道换热器，可一体化设计，但保持管路独立，并共用风机13。

所述压缩制冷系统和强制风冷系统是否采用变频压缩机、变频溶液泵、调速风机或各种旁通调节等技术可依据具体方案而定，这与本专利所提出保护内容不冲突。

所述的冷却液为乙二醇水溶液(如65#冷却液)、丙二醇或丙三醇水溶液等。

本实用新型进一步阐述如下：

所述环境温度T₃中对高温区的界定，主要依据供液温度的设定值T₁来确定。如，供液温度的设定值T₁为25℃，高温区的下限控制温度界定为22℃，以满足强制风冷系统的最低换热温差需求，剩余冷量就由压缩制冷系统承担。

所述环境温度T₃中对低温区的界定，主要依据供液温度的设定值T₁和所述散热器9的散热能力来确定。如，供液温度的设定值T₁为10℃，此时环境温度 T₃在0℃时散热器9的散热能力正好满足，这时0℃就是低温区的上限控制温度。同时，压缩制冷系统应能满足最低0℃的环境工作需求，具体实现方法很多，所以如何实现不是本专利所要保护的内容。

所述溶液箱一1、溶液箱二7依据具体使用需求，可内置电加热器，用于调节温度或满足低温快速启动需求。

所述供液循环系统中的调节阀4用于调节负载所需的流量和压力，旁通阀3 则用于保护系统不超压、不过载。

所述供液循环系统若采用闭式系统，溶液箱一1上可设置E、F接口，并接入膨胀罐和注排液系统等。

以上实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型不限于上述实施方式，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备，其特征在于：包括压缩制冷系统、强制风冷系统和供液循环系统；

所述的供液循环系统包括溶液箱一、溶液泵一、旁通阀、调节阀、负载和双回路换热器，所述双回路换热器包括有三个入口和三个出口，所述双回路换热器的第一出口连接溶液箱一的入口，溶液箱一的出口连接溶液泵一的入口，溶液泵一的出口分2路，其中一路连接旁通阀后返回溶液箱一，另一路连接调节阀的入口，调节阀的出口连接负载的入口，负载的出口连接双回路换热器的第一入口；

所述的强制风冷系统包括溶液箱二、溶液泵二、散热器、风机和双回路换热器，所述双回路换热器的第二出口连接散热器的入口，散热器的出口连接溶液箱二的入口，溶液箱二的出口连接溶液泵二的入口，溶液泵二的出口连接双回路换热器的第二入口，所述的风机设在散热器侧面；

所述的压缩制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流元件和双回路换热器，所述双回路换热器的第三出口连接压缩机的入口，压缩机的出口连接冷凝器的入口，冷凝器的出口连接节流元件的入口，节流元件的出口连接双回路换热器的第三入口。

2.根据权利要求1所述的一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备，其特征在于：所述双回路换热器中路流经的是供液循环系统冷却液，两侧流经的分别是压缩制冷系统制冷剂和强制风冷系统冷却液。

3.根据权利要求1所述的一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备，其特征在于：所述供液循环系统采用高纯净冷却液，采用闭式系统、不锈钢316L或钛金属材质；所述强制风冷系统所用冷却液和供液循环系统所用冷却液完全物理隔离。

4.根据权利要求1所述的一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备，其特征在于：所述散热器和冷凝器均采用高效紫铜管翅片式换热器或微通道换热器。

5.根据权利要求2所述的一种有纯度要求的双循环耦合的冷液设备，其特征在于：所述的冷却液为乙二醇水溶液、丙二醇或丙三醇水溶液。

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