CN217742096U - 一种芯片与光伏板的射流式冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，所述热源体装置上适配安装有蒸发器装置，所述蒸发器装置两端分别通过管道与真空罐、射流泵和喷射循环装置连通，所述真空罐的另一端与射流泵连通，所述射流泵的输出端与外部换热器连接，所述外部换热器的输出端与喷射循环装置连通。本实用新型通过不同的工作情况需求对系统的配置进行选择以适应满足各种温度范围内的热源体装置的闭环冷却，所需设备简单，能耗更小，工作效率更高，整个系统结构简单、稳定性强，经济效益好。
Description
技术领域
本实用新型是涉及芯片与光伏板制冷技术领域，具体地说是涉及一种芯片与光伏板的射流式冷却系统。
背景技术
随着数字经济发展，大力建设数据库机房，实行东数西算战略其目的就是为了减轻芯片冷却之能耗，在中国产业快速升级之际，是离不开数字经济的助力，而数字经济发展又离不开数据库机房，运算数据库机房耗能巨大，近年来，随着计算机和互联网的广泛应用，数据中心的能耗占全社会的总能耗的比例越来越大，据统计，数据中心的能耗成本占到了总成本的50％左右，包括电力、机房占地、带宽等各方面。数据中心能耗巨大，主要集中在服务器设备和制冷设备方面，其中制冷系统能耗占整个机房运行能耗的30％～50％。而运用云计算技术通过虚拟化、实时迁移电源管理技术，可以极大降低主设备的数量和运行时间，进而极大降低主设备的能耗，提供能效，真正实现节能减排。冷却设备是最大的能耗来源，通常要消耗掉数据中心总能耗的33％，随后的才是不间断电源占比18％。空调和配电设备的能耗比例分别为9％和5％。当期采用紧耦合冷却在数据中心里面虽然还是“主流”，但是更新的方法在满足能源效率的需求方面往往做得更好，并获取更多关注。数据库中心传统冷却方式主要有：风冷直接蒸发式空调机组、水冷型直接蒸发式空调机组、冷冻水型空调系统、双冷源空调系统。近来出现了浸没式冷却：将服务器整个浸泡在矿物油里，以便使用最少的能耗获得极高的冷却效率。但是技术人员需要对内外布满了油的服务器进行处理时，显然，这种冷却方式并不能适合所有应用场景。
另外，我国大力发展新能源大战略，光伏新能源产业得到迅速发展，光伏能低成本、高效率、无污染的特点，在可再生能源应用中发挥着主导作用。然而，在最近一段时间内，光伏电池的电效率不能得到显著改善。主要原因是由于半导体材料的光子跃迁后光子能量过剩，多余的能量被转化为废热，从而导致光伏组件的温度升高，降低了能量转换效率。在太阳能光伏电池的实际应用过程中发现太阳能电池的发电效率会随着电池表面温度的升高而降低。研究表明：电池温度每升高1℃，相对光电转换效率下降0.5％。因此，太阳能电池冷却对提高其发电效率是具有十分重要的意义。且不同的冷却方式对降低太阳能电池温度、提高光伏发电效率也是不同的。近年来国内外相关研究成果也看到了，对比分析三种传统的自然循环冷却、强制循环冷却和太阳能光伏新型冷却系统的冷却及发电效率基础上，通过模拟仿真实验得到：自然循环冷却的经济性很强；强制循环冷却适用于实验与研究；新型太阳能光伏光热冷却效果最好、特别是与建筑相结合后有着常规技术不可比拟的优势，但成本较高；装有风机的强制对流电池板的散热效果明显好于自然对流的电池板，前者的电效率明显高于后者，强制对流电池板平均绝对电效率比自然对流的电池板高0.675％；装有风机的强制对流电池板绝对平均净电效率比自然对流的电池板高0.565％。新型冷却技术主要有热管冷却技术、微通道冷却技术、液体射流冲击冷却技术等3种，这三种冷却方式都能提高发电效率。
现有研究表明指出：在20倍聚光率时，光伏发电系统不使用冷却手段时的温度高达84℃，电池效率降低达50％，而采用一种铜制扁平热管时，可以使电池的温度不超过46℃，而在该温度下，电池的效率只会降低10％。经测量，在有冷却系统的情况下，背面温度在43℃～55℃之间，而太阳能板正面温度一般要比背面温度高10℃左右，而太阳能板正面温度在无冷却是可达到70℃，所以在增加冷却装置时有助于太阳能电池板在适宜的温度范围内工作，对提高光伏电池的效率是有很重要的影响。
现有技术中芯片及光伏板冷却方式主要是采用相变的主要还是热管冷却方式，而热管冷却只有热源温度较高情况下其传输的热流密度才比较大，因为它是以热作为相变的驱动力，必须是热源体温度与冷却介质温度之间有较大的温差才得以实现较理想的热量之转移，虽然有冷端与热端，最后还是需要冷却水把热量带到户外去进行散热；相变压缩冷却方法一般是通过压缩机来提高蒸汽的温度和压力，再利用冷凝器将蒸汽冷凝到其液态并将其返回到蒸发器里以进一步蒸发和冷却，该方法具有一些缺点：限制了其在冷却电气和电子设备装置中的实际应用，首先是因为压缩机本身的功率消耗很大，在高热负荷应用环境中，压缩机所需的电功率可能还会超过其可用的功率；其次，在冷却电气和电子元件中，热负荷可能是在频繁的变化中，很容易导致未蒸发的制冷剂被吸入到压缩机里，这样容易导致压缩机遭受液击而被损坏，造成压缩机的使用寿命大大缩短。
为了高效解决芯片或光伏板的冷却问题，需研发出一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，以解决现有技术中所存在的芯片及光伏板的冷却过程繁琐以及冷却效率不高等技术问题。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，包括热源体装置、蒸发器装置、真空罐、射流泵、喷射循环装置和外部换热器，所述热源体装置上适配安装有蒸发器装置，所述蒸发器装置两端分别通过管道与真空罐、射流泵和喷射循环装置连通，所述真空罐的另一端与射流泵连通，所述射流泵的输出端与外部换热器连接，所述外部换热器的输出端与喷射循环装置连通。
优选地，所述蒸发器装置包括导热板、蛇形管换热器和蒸发节流装置，所述导热板内设有蛇形管换热器，所述蛇形管换热器的输入端上设有蒸发节流装置。
优选地，所述喷射循环装置包括喷射循环箱、呼气阀和喷射循环泵，所述外部换热器的输出端与喷射循环箱输入端通过管道连通，所述喷射循环箱上设有呼气阀，所述喷射循环箱的输出端与喷射循环泵输入端通过管道连通，所述喷射循环泵的输出端分别与所述射流泵和蒸发节流装置通过管道连通。
优选地，所述蛇形管换热器包括蒸发液通道、循环液管道和蒸汽汇流通道，所述蒸发节流装置与所述蒸发液通道的输入端连通，所述蒸发液通道的输出端通过多组循环液管道与蒸汽汇流通道连通，所述蒸汽汇流通道的输出端与所述射流泵的输入端连通。
优选地，所述外部换热器为板式换热器。
优选地，所述外部换热器为翅片管换热器。
优选地，所述板式换热器的输出端通过管道与冷却塔的输入端连接，所述冷却塔的输出端通过管道与板式换热器的输入端连接，所述板式换热器的输出端上安装有冷却循环泵。
优选地，还包括组合冷却装置，所述组合冷却装置包括压缩机、制冷蒸发器、冷冻循环泵、制冷节流装置和冷凝器，所述板式换热器的输出端通过管道与制冷蒸发器连接，所述制冷蒸发器的输出端分别与压缩机、制冷节流装置和板式换热器的输入端连接，所述压缩机和制冷节流装置的另一端均与冷凝器连接，所述冷凝器的输出端通过管道与所述冷却塔连接。
优选地，所述制冷蒸发器的输出端与板式换热器的连接管道设有蒸发器截止阀；所述冷凝器的输出端管道上设有冷凝器截止阀。
优选地，所述循环液管道为扁平管。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)本实用新型通过不同的工作情况需求对系统的配置进行选择以适应满足各种温度范围内的热源体装置1的闭环冷却，所需设备简单，能耗更小，工作效率更高，整个系统结构简单、稳定性强，经济效益好。
附图说明
图1为本实用新型的实施例1的结构示意图；
图2为本实用新型的实施例2的结构示意图；
图3为本实用新型的实施例3的结构示意图；
图4为本实用新型的蒸发器装置的结构示意图；
图5为本实用新型图4的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步说明。
如图1至图5所示，一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，包括热源体装置1、蒸发器装置2、导热板201、蛇形管换热器202、蒸发液通道203、循环液管道204、蒸汽汇流通道205、蒸发节流装置206、真空罐3、射流泵4、喷射循环箱5、呼气阀6、喷射循环泵7、板式换热器8、翅片管换热器9、冷却塔10、冷却循环泵11、压缩机12、制冷蒸发器13、冷冻循环泵14、制冷节流装置15、冷凝器16、蒸发器截止阀17、冷凝器截止阀18、进冷却塔截止阀19、出冷却塔截止阀20。
在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”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。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实用新型中的具体含义。
实施例1
如图1、图4和图5所示，热源体装置1上适配安装有蒸发器装置2，蒸发器装置2两端分别通过管道与真空罐3、射流泵4和喷射循环装置连通，真空罐3的另一端与射流泵4连通，射流泵4的输出端与翅片管换热器9连接，翅片管换热器9的输出端与喷射循环装置连通；
蒸发器装置2包括导热板201、蛇形管换热器202和蒸发节流装置206，导热板201内设有蛇形管换热器202，蛇形管换热器202的输入端上设有蒸发节流装置206；
蛇形管换热器202包括蒸发液通道203、循环液管道204和蒸汽汇流通道205，蒸发节流装置206与蒸发液通道203的输入端连通，蒸发液通道203的输出端通过多组循环液管道204与蒸汽汇流通道205连通，循环液管道204为扁平管，能更好地贴合在热源体装置1上进行散热，蒸汽汇流通道205的输出端与射流泵4的输入端连通；
喷射循环装置包括喷射循环箱5、呼气阀6和喷射循环泵7，翅片管换热器9的输出端与喷射循环箱5输入端通过管道连通，喷射循环箱5上设有呼气阀6，喷射循环箱5的输出端与喷射循环泵7输入端通过管道连通，喷射循环泵7的输出端分别与射流泵4和蒸发节流装置206通过管道连通。
本实施例的工作原理为：喷射循环泵7工作时，推动喷射循环液一大股流向并射入到射流泵4里，另一大股喷射循环液又分成很多股细流进入到蒸发器装置2入口前的蒸发节流装置206里，进入蛇形管换热器202的喷射循环液因为射流泵4导致其内部出现真空而致使其吸收热源体装置1的热量并在负压情况下蒸发，蒸发后的流体会被吸入到射流泵4里去释放潜热，释放潜热后变成液体并与喷射循环液混合在一起，导致喷射循环液温度升高10度以上，当喷射循环液温度达到45℃以上时其引射蒸汽作用会急剧下降，因为此时循环液将失去冷凝蒸汽的作用，它自身也会在相对真空情况下一样会被蒸发，其蒸发速度将平衡掉其引射的蒸汽量，导致其引射效果完全丧失掉。因此，在工作过程中需要将喷射液一起送入到翅片管换热器9里去与其外部空气进行热量交换，始终保持喷射循环液温度维持在25℃以下进行工作，最后流入到喷射循环箱5里，并通过其上部设置的呼气阀6排除掉空气后再次被喷射循环泵7压入到射流泵4和蒸发器装置2里实现周而复始的循环过程，在其他优选实施例中，由于翅片管换热器9流体阻力较大，可以在翅片管换热器9的输入端管道上设置一个开口容积箱进行缓冲，该开口容积箱为市面上常见箱体，本实用新型未对其结构进行任何改进，且本附图未示出。本实施例适用于热源体装置1直接与户外空气进行散热的工作方式。
实施例2
如图2、图4和图5所示，热源体装置1上适配安装有蒸发器装置2，蒸发器装置2两端分别通过管道与真空罐3、射流泵4和喷射循环装置连通，真空罐3的另一端与射流泵4连通，射流泵4的输出端与板式换热器8连接，板式换热器8的输出端与喷射循环装置连通；
蒸发器装置2包括导热板201、蛇形管换热器202和蒸发节流装置206，导热板201内设有蛇形管换热器202，蛇形管换热器202的输入端上设有蒸发节流装置206；
蛇形管换热器202包括蒸发液通道203、循环液管道204和蒸汽汇流通道205，蒸发节流装置206与蒸发液通道203的输入端连通，蒸发液通道203的输出端通过多组循环液管道204与蒸汽汇流通道205连通，循环液管道204为扁平管，能更好地贴合在热源体装置1上进行散热，蒸汽汇流通道205的输出端与射流泵4的输入端连通；
喷射循环装置包括喷射循环箱5、呼气阀6和喷射循环泵7，板式换热器8的输出端与喷射循环箱5输入端通过管道连通，喷射循环箱5上设有呼气阀6，喷射循环箱5的输出端与喷射循环泵7输入端通过管道连通，喷射循环泵7的输出端分别与射流泵4和蒸发节流装置206通过管道连通；
板式换热器8的输出端通过管道与冷却塔10的输入端连接，冷却塔10的输出端通过管道与板式换热器8的输入端连接，板式换热器8的输出端上安装有冷却循环泵11。
本实施例的工作原理为：除了增加了板式换热器8和冷却循环泵11用来配合冷却塔10的水冷方式，其余工作原理均与实施例1相同，在本实施例中可以实现比环境温度还略微低1℃～2℃的湿球温度，本实施例的冷却散热规模相比实施例1适用范围更广，在其他工作需要中，还可以是一个冷却塔10加上一个板式换热器8和相应的冷却循环泵11去对应多组射流泵4循环系统来实现更大规模的散热，本附图未示出。
实施例3
如图3、图4和图5所示，热源体装置1上适配安装有蒸发器装置2，蒸发器装置2两端分别通过管道与真空罐3、射流泵4和喷射循环装置连通，真空罐3的另一端与射流泵4连通，射流泵4的输出端与板式换热器8连接，板式换热器8的输出端与喷射循环装置连通；
蒸发器装置2包括导热板201、蛇形管换热器202和蒸发节流装置206，导热板201内设有蛇形管换热器202，蛇形管换热器202的输入端上设有蒸发节流装置206；
蛇形管换热器202包括蒸发液通道203、循环液管道204和蒸汽汇流通道205，蒸发节流装置206与蒸发液通道203的输入端连通，蒸发液通道203的输出端通过多组循环液管道204与蒸汽汇流通道205连通，循环液管道204为扁平管，能更好地贴合在热源体装置1上进行散热，蒸汽汇流通道205的输出端与射流泵4的输入端连通；
喷射循环装置包括喷射循环箱5、呼气阀6和喷射循环泵7，板式换热器8的输出端与喷射循环箱5输入端通过管道连通，喷射循环箱5上设有呼气阀6，喷射循环箱5的输出端与喷射循环泵7输入端通过管道连通，喷射循环泵7的输出端分别与射流泵4和蒸发节流装置206通过管道连通；
板式换热器8的输出端通过管道与冷却塔10的输入端连接，冷却塔10的输出端通过管道与板式换热器8的输入端连接，板式换热器8的输出端上安装有冷却循环泵11。
还包括组合冷却装置，组合冷却装置包括压缩机12、制冷蒸发器13、冷冻循环泵14、制冷节流装置15和冷凝器16，板式换热器8的输出端通过管道与制冷蒸发器13连接，制冷蒸发器13的输出端分别与压缩机12、制冷节流装置15和板式换热器8的输入端连接，压缩机12和制冷节流装置15的另一端均与冷凝器16连接，冷凝器16的输出端通过管道与冷却塔10连接。制冷蒸发器13的输出端与板式换热器8的连接管道设有蒸发器截止阀17；冷凝器16的输出端管道上设有冷凝器截止阀18。
本实施例的工作原理为：以两组射流泵4的循环系统为例，与实施例2不同之处在于还增加组合冷却装置用以来实现更广温度范围的降温散热，本实施例是针对一些地域夏季环境温度可能会超过30℃以上的时候须配置的制冷空调机组流程组合起到加强作用的增设系统，由于环境温度过高无法单纯靠空气直接冷却喷射循环液至25℃以下来达到高效喷射、并引射蒸汽实现吸收热源体热量的目的；当喷射循环液温度高于30℃时其效果降低许多，超过45℃时将失去引射蒸汽的能力；本实施例的工作过程是通过喷射循环泵7及射流泵4的工作来引射蒸汽并导致循环液吸收热源体装置1的热量而蒸发，促使热源体装置1被降温，再通过喷射循环泵7把吸收转移来的潜热带到板式换热器8里与组合冷却装置进行热量交换，组合冷却装置通过压缩机12工作再次把热源体装置1的热量转移至冷却塔10中，通过冷却塔10的水冷降温来实现环境的湿球温度，这样就可以维持喷射循环液的温度保持在25℃以下进行工作，从而可以保证系统始终处于高效稳定的运行状态。
当环境温度较低情况下该流程结构系统中的组合冷却装置会停止工作，那么压缩机12处于停机状态，还有冷冻循环泵14也是处于停止运行状态的，而制冷蒸发器13的截止阀26则关闭，制冷机组冷凝器23的截止阀24也要关闭。而出冷却塔截止阀25打开，去冷却塔截止阀21也要打开。冷却循环泵17工作可以把从两个板式换热器9获取热源体转移过来的热量带到冷却塔10中散热。当环境温度较高时，无法保持喷射循环液在25℃以下工作时，那么制冷机组便开始运行，制冷机组蒸发器19的蒸发器截止阀17打开，冷凝器截止阀18也要打开；出冷却塔截止阀20关闭，去冷却塔截止阀19也要关闭，而冷冻循环泵17要启动，压缩机12也要启动，使得组合冷却装置的运行可以始终保持喷射循环液在25℃工作，所配置的组合冷却装置的功率相比传统冷却流程所配制冷机组功率要小很多，有效维持了喷射循环液在25℃，而不是像制冷空调机组需要把冷冻水温度维持在12℃左右才会有实际效果，这里相差了13℃，节省了能源，降低了能耗。
在本实用新型中，热源体装置1一般是芯片或光伏板或及其组合装置，本实用新型通过不同的实施例来展示不同温度条件下对热源体装置1的散热冷却形式，通过不同的工作情况需求对系统的配置进行选择以适应满足各种温度范围内的热源体装置1的闭环冷却，所需设备简单，能耗更小，工作效率更高，整个系统结构简单、稳定性强，经济效益好。
上述的实施例仅为本实用新型的优选实施例，不能以此来限定本实用新型的权利范围，因此，依本实用新型申请专利范围所作的修改、等同变化、改进等，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：包括热源体装置(1)、蒸发器装置(2)、真空罐(3)、射流泵(4)、喷射循环装置和外部换热器，所述热源体装置(1)上适配安装有蒸发器装置(2)，所述蒸发器装置(2)两端分别通过管道与真空罐(3)、射流泵(4)和喷射循环装置连通，所述真空罐(3)的另一端与射流泵(4)连通，所述射流泵(4)的输出端与外部换热器连接，所述外部换热器的输出端与喷射循环装置连通。
2.根据权利要求1所述的一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：所述蒸发器装置(2)包括导热板(201)、蛇形管换热器(202)和蒸发节流装置(206)，所述导热板(201)内设有蛇形管换热器(202)，所述蛇形管换热器(202)的输入端上设有蒸发节流装置(206)。
3.根据权利要求2所述的一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：所述喷射循环装置包括喷射循环箱(5)、呼气阀(6)和喷射循环泵(7)，所述外部换热器的输出端与喷射循环箱(5)输入端通过管道连通，所述喷射循环箱(5)上设有呼气阀(6)，所述喷射循环箱(5)的输出端与喷射循环泵(7)输入端通过管道连通，所述喷射循环泵(7)的输出端分别与所述射流泵(4)和蒸发节流装置(206)通过管道连通。
4.根据权利要求2所述的一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：所述蛇形管换热器(202)包括蒸发液通道(203)、循环液管道(204)和蒸汽汇流通道(205)，所述蒸发节流装置(206)与所述蒸发液通道(203)的输入端连通，所述蒸发液通道(203)的输出端通过多组循环液管道(204)与蒸汽汇流通道(205)连通，所述蒸汽汇流通道(205)的输出端与所述射流泵(4)的输入端连通。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：所述外部换热器为板式换热器(8)。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：所述外部换热器为翅片管换热器(9)。
7.根据权利要求5所述的一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：所述板式换热器(8)的输出端通过管道与冷却塔(10)的输入端连接，所述冷却塔(10)的输出端通过管道与板式换热器(8)的输入端连接，所述板式换热器(8)的输出端上安装有冷却循环泵(11)。
8.根据权利要求7所述的一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：还包括组合冷却装置，所述组合冷却装置包括压缩机(12)、制冷蒸发器(13)、冷冻循环泵(14)、制冷节流装置(15)和冷凝器(16)，所述板式换热器(8)的输出端通过管道与制冷蒸发器(13)连接，所述制冷蒸发器(13)的输出端分别与压缩机(12)、制冷节流装置(15)和板式换热器(8)的输入端连接，所述压缩机(12)和制冷节流装置(15)的另一端均与冷凝器(16)连接，所述冷凝器(16)的输出端通过管道与所述冷却塔(10)连接。
9.根据权利要求8所述的一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：所述制冷蒸发器(13)的输出端与板式换热器(8)的连接管道设有蒸发器截止阀(17)；所述冷凝器(16)的输出端管道上设有冷凝器截止阀(18)。
10.根据权利要求4所述的一种芯片与光伏板的射流式冷却系统，其特征在于：所述循环液管道(204)为扁平管。
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| CN202220815813.6U CN217742096U (zh) | 2022-04-11 | 2022-04-11 | 一种芯片与光伏板的射流式冷却系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114698345A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-07-01 | 湖南创化低碳环保科技有限公司 | 一种芯片与光伏板的射流式冷却系统 |
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2022
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