CN219063801U - 一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及储能集装箱温控设备技术领域，具体涉及一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统。所述系统包括制冷单元、除湿单元和水力模块；所述水力模块与散热对象相连接，用于将散热对象的热量带出；所述制冷单元与水力模块相连接，用于与水力模块进行热交换；所述除湿单元与制冷单元相连接，用于对散热对象安装环境进行除湿。在确保制冷功能的同时兼具加热功能、除湿功能，可同时满足散热对象工作时的温湿度要求，节省空间和成本，提高环境适应性。

Description

一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统

技术领域

本实用新型涉及储能集装箱温控设备技术领域，更具体地，涉及一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统。

背景技术

“双碳”背景下全球能源结构转变为清洁能源发电，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统，而储能将在构建稳定电网中发挥巨大作用，成为市场的理想选择。由于储能集装箱高散热量、全年运行、电化学电池负载充放电发热变化和环境高低温湿度变化等特点，要求空调系统需长期稳定运行、散热效率高、经济节能、可靠性高、环境适应性强、控制精准度强，因此对于如何做好储能集装箱的热管理也是一大挑战。

其中，液冷温控方式逐渐成为了目前主流的电化学电池冷却方式，相比于风冷方式，液冷方式换热密度大、散热效率高，均温性好、可提高电化学电池的寿命，更节能和节省空间。另外，温控系统环境适应力强、节能潜力深挖、系统安全可靠性的优势也是电化学电池储能技术发展关键因素之一，因此还需考虑温控系统的压缩机系统在低温环境下的性能可靠性变差的劣势，故需合理利用自然冷源节能，并使温控系统在不同高低温高低湿的自然环境下均能可靠运行。且由于电化学电池安装的集装箱内部环境对湿度有较严格要求(电化学电池的使用环境相对湿度不宜大于75％)，故温控系统还需具备除湿功能。

现有技术中的温控系统通常仅能实现电化学电池的降温，无法同时解决集装箱环境湿度问题，高湿度会给电化学电池带来安全隐患。通常还需独立配套风冷空调或其他除湿装置进行集装箱内部环境湿度调节，这种方式占据储能集装箱内的空间较大，且项目投入成本和安装工程量较大，不利于电化学储能技术推广应用。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，在确保制冷功能的同时兼具除湿功能，可同时满足散热对象工作时的温湿度要求，节省空间和成本，提高环境适应性。

本实用新型采取的技术方案为：提供一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，包括制冷单元、除湿单元和水力模块；所述水力模块与散热对象相连接，用于将散热对象的热量带出；所述制冷单元与水力模块相连接，用于与水力模块进行热交换；所述除湿单元与制冷单元相连接，用于对散热对象安装环境进行除湿。

本实用新型将制冷和除湿功能集成在同一系统上，温湿度控制一体化集成，在满足散热对象工作环境温度控制的同时，还可按需智能启停除湿通风功能，实现送风温湿度的调节，确保散热对象工作环境湿度可靠性，并避免能源浪费。

进一步的，所述除湿单元包括至少一个除湿蒸发器和第二风机；所述除湿蒸发器的入口设有膨胀阀，所述至少一个除湿蒸发器与所述制冷单元连接形成除湿循环；所述第二风机用于对流使散热对象与所述至少一个除湿蒸发器进行热交换。

所述除湿单元为制冷单元的支路，通过第二风机强制对流，使散热对象周围的高湿空气与除湿蒸发器换热，携带的水分在制冷剂吸热蒸发下凝结析出，换热后的低温低湿空气送入散热对象周围，进而实现除湿作用。本实用新型利用一体化系统实现制冷和除湿功能，按需智能启停除湿通风功能，实现送风温湿度的调节，确保散热对象工作环境湿度可靠性，避免能源浪费，同时可以节省一定安装空间和成本。

进一步的，还包括自然冷却单元和三通阀；水力模块、三通阀、自然冷却单元依次连接形成冷却液第一循环；水力模块、三通阀、制冷单元依次连接形成冷却液第二循环；所述三通阀用于切换水力模块流出的冷却液流向制冷单元或自然冷却单元。

更具体的，从水力模块流出的冷却液通过三通阀切换流向自然冷却单元或制冷单元，可以依据外界环境温度和散热对象工作状态的变化，自动调节冷却液通过三通阀进入自然冷却单元和制冷单元两个分支的流量从而实现全部自然冷却、部分自然冷却、全部机械冷却等不同工作模式。自然冷却单元利用了自然冷源，可实现节能高效的技术特征，当外界环境温度较低或散热对象工作频率降低时，无需高强度制冷，则通过调节三通阀增加进入自然冷却单元的冷却液量，降低制冷单元的工作功率，有效节约能源。

进一步的，所述制冷单元包括蒸发器、压缩机、冷凝器和第一膨胀阀；所述蒸发器、压缩机、冷凝器和第一膨胀阀依次连接，形成制冷循环；

所述蒸发器入口通过三通阀连接水力模块的出口，出口连接水力模块的入口；

所述自然冷却单元包括自然冷却盘管，所述自然冷却盘管入口通过三通阀连接水力模块的出口，出口连接水力模块的入口。

更具体的，当外界环境温度较高时，加大三通阀内流向制冷单元的冷却液流量，水力模块中吸收了散热对象热量的冷却液通过三通阀进入蒸发器，将热量传递给蒸发器中的制冷剂，蒸发器中的制冷剂吸热蒸发后返回压缩机，压缩机将低温低压气体压缩成为高温高压气体，再进入冷凝器，冷凝器将系统内的热量散发到室外环境，从而将高温高压气体冷凝为低温高压液体，再进入第一膨胀阀将节流降压成低温低压气液混合，再进入蒸发器吸热蒸发成低温低压气体，从而形成制冷循环。水力模块中的冷却液被压缩制冷单元中的制冷剂吸收热量后，重新吸收散热对象的热量，形成水力模块中的冷却液循环。当外界环境温度较低时，加大三通阀内流向自然冷却单元的冷却液流量，水力模块中吸收了散热对象热量的冷却液通过三通阀进入自然冷却盘管，自然冷却盘管将系统内的热量散发到室外环境，从而将高温液体冷却为低温液体，再重新进入水力模块。

进一步的，还包括第一风机，所述第一风机用于对流使冷凝器和自然冷却盘管与外界进行热交换，将系统内的热量散发到室外环境。第一风机通过强制对流将系统内的热量散发到室外环境，自然冷却盘管与冷凝器以相同的迎风面积层叠设计，共同使用第一风机进行散热，有效节约能源及安装空间。

进一步的，所述除湿单元还包括再热冷凝器，所述再热冷凝器的入口通过第二电磁阀与压缩机的出口相连接，所述再热冷凝器的出口与第一膨胀阀的入口相连接，所述再热冷凝器用于给除湿单元送出的空气提供热补偿。

从压缩机出口引出一条支路，给除湿蒸发器叠加一个再热冷凝器进行热补偿，并采用电磁阀控制开关，可进一步控制送入散热对象周围的空气温湿度，通过回收冷凝换热的节能方式，避免送风温度太低，提高散热对象的性能保障。

进一步的，所述除湿单元的入口还设有第二膨胀阀，所述第二膨胀阀用于独立控制至少一个除湿蒸发器的蒸发压力。在除湿单元分支路的液管单独设膨胀阀，可独立控制蒸发压力，精准控制温湿度。

本实用新型利用一体化系统实现制冷、自然冷却、加热和除湿功能，通过制冷、自然冷却、加热模式与除湿模式的联动，独立智能控制散热对象的温湿度，可降低湿空气对储能集装箱电气元件及散热对象的影响，提高运行稳定性，可同时满足散热对象工作温、湿度要求，避免能源浪费，可节省一定安装空间和成本，便于安装和运维。

进一步的，所述水力模块包括通过向制冷管路顺次连接的储能集装箱、泵和PTC加热器；所述散热对象安装在所述储能集装箱内；所述水力模块的冷却液通过泵将储能集装箱内的散热对象的热量带出，经过PTC加热器后通过三通阀流向制冷单元或自然冷却单元，制冷单元和自然冷却单元通过管路连接至储能罐集装箱。

所述水力模块的冷却液依靠泵的驱动将散热对象的热量带出，冷却液在蒸发器与制冷剂循环隔离换热或者通过自然冷却盘管散热后，再进入储能集装箱完成冷却液循环。在系统内集成水力模块，使系统安装应用更加便捷，有效减少现场应用工程量。当冷却液温度过低，可能会对散热对象的正常工作产生影响，这时可以按需使用PTC加热器对带有散热对象热量的冷却液进行升温，使本系统可以同时满足对散热对象的降温和升温功能。

进一步的，所述水力模块还包括与所述管路连接的膨胀罐，所述膨胀罐用于对水力模块进行稳压。水力模块集成膨胀罐稳压、PTC液体加热等功能，可按需给带有散热对象热量的冷却液进行升温。

进一步的，还设有旁通阀、第一截止阀和第二截止阀，所述旁通阀的入口连接制冷单元的出口和第一截止阀的入口，所述第一截止阀的出口连接水力模块的入口；所述旁通阀的出口连接第二截止阀的出口，所述第二截止阀的入口连接水力模块的出口。

当需要短暂关闭对集装箱内设备的制冷、加热功能时，由于直接关闭系统再开启时所需能耗较大，或者本系统未连接储能集装箱需进行独立调试时，可以直接调整旁通阀、第一截止阀和第二截止阀。开启旁通阀，关闭第一截止阀和第二截止阀时，冷却液直接通过旁通阀支路流通，不经过散热对象；恢复时仅需关闭旁通阀，开启第一截止阀和第二截止阀，冷却液即可经过散热对象，继续对散热对象进行制冷、加热。

进一步的，所述的一种集成氟泵节能和除湿功能的液冷系统中，温度处理系统(含制冷单元和自然冷却单元)、湿度处理系统(除湿单元)、动力循环系统(水力模块)等高度集成，一体化安装，节省空间，安装方便快捷；制冷单元与除湿单元的压缩机制冷系统、电控系统共用，节省初投资。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型同时集成制冷、自然冷却和除湿的功能，有效节约安装空间及成本，安装运维也更加便捷；

(2)本实用新型在满足散热对象工作环境温度控制的同时，还可按需智能启停除湿通风功能，实现送风温湿度的调节，确保散热对象工作环境湿度可靠性，并避免能源浪费；

(3)本实用新型设有自然冷却单元，可有效利用自然冷源，且自然冷却盘管与冷凝器共用第一风机进行散热，节约安装空间的同时实现有效节能；根据温度调节三通阀以控制冷却液流量，合理利用制冷和自然冷却的特性，延长压缩机及储能集装箱使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的线路结构图。

图2为本实用新型实施例2的线路结构图。

图3为本实用新型实施例3的线路结构图。

标号说明：1-压缩机；2-冷凝器；3-第一风机；4-第一膨胀阀；5-蒸发器；6-自然冷却盘管；7-泵；8-PTC加热器；9-三通阀；10-第一截止阀；11-储能集装箱；12-第二截止阀；13-旁通阀；14-膨胀罐；15-第二膨胀阀；16-一级除湿蒸发器；17-第二风机；18-二级除湿蒸发器；19-第一电磁阀；20-再热冷凝器；21-第二电磁阀。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，包括制冷单元、除湿单元和水力模块；所述水力模块与散热对象相连接，用于将散热对象的热量带出；所述制冷单元与水力模块相连接，用于与水力模块进行热交换；所述除湿单元与制冷单元相连接，用于对散热对象安装环境进行除湿。

在具体实施过程中，水力模块所连接的散热对象可以为电化学电池，水力模块管道内的冷却液可以为乙二醇，乙二醇用于将电化学电池的热量带出。本实施例可同时满足电化学电池冷却液降温、加热以及电化学电池安装环境的湿度控制，将制冷、加热和除湿功能集成在同一系统上，温湿度控制一体化集成，可节省温湿度控制设备安装占用空间至少20％，节省初投资至少15％，节省工程安装工时30％以上。

本实施例所述制冷单元包括压缩机1、冷凝器2、第一风机3、第一膨胀阀4和蒸发器5；所述蒸发器5、压缩机1、冷凝器2和第一膨胀阀4，形成制冷循环。本实施例还包括自然冷却单元，所述自然冷却单元包括自然冷却盘管6；所述第一风机3用于对流使冷凝器2和自然冷却盘管6与外界进行热交换。所述水力模块包括通过管路顺次连接的储能集装箱11、泵7和PTC加热器8；作为散热对象的电化学电池安装在储能集装箱11内；水力模块还包括与所述管路连接的膨胀罐14，所述膨胀罐14用于对水力模块进行稳压。本实施例还包括三通阀9；所述蒸发器5入口通过三通阀9连接水力模块的出口，出口连接水力模块的入口；所述自然冷却盘管6入口通过三通阀9连接水力模块的出口，出口连接水力模块的入口。

本实施例所述水力模块、三通阀9、自然冷却单元依次连接形成冷却液第一循环；水力模块、三通阀9、制冷单元依次连接形成冷却液第二循环；所述三通阀9用于切换水力模块流出的冷却液流向制冷单元或自然冷却单元。

在具体实施过程中，自然冷却盘管与6冷凝器2共用第一风机3进行散热，节约安装空间的同时实现有效节能；根据环境温度调节三通阀9以控制冷却液流量，合理利用制冷和自然冷却的特性，延长压缩机及储能集装箱内部设备的使用寿命。

水力模块中的冷却液通过泵7的驱动将储能集装箱11内电化学电池的热量带出，经过PTC加热器8后通过三通阀9流向制冷单元或自然冷却单元，制冷单元和自然冷却单元通过管路连接至储能罐集装箱11。

在具体实施过程中，当外界环境温度较高时，需要加大三通阀9内流向制冷单元的冷却液流量以达到快速制冷的效果。水力模块中吸收了电化学电池热量的大部分冷却液通过三通阀9进入蒸发器5，将热量传递给蒸发器5中的制冷剂，蒸发器5中的制冷剂吸热蒸发后返回压缩机1，压缩机1将低温低压气体压缩成为高温高压气体，再进入冷凝器2，通过第一风机3强制对流将系统内的热量散发到室外环境，从而将高温高压气体冷凝为低温高压液体，再进入第一膨胀阀4将节流降压成低温低压气液混合，再进入蒸发器5吸热蒸发成低温低压气体，从而形成制冷循环。水力模块中的冷却液被压缩制冷单元中的制冷剂吸收热量后，重新吸收电化学电池的热量，形成水力模块中的冷却液循环。

在具体实施过程中，当外界环境温度较低时，需要加大三通阀9内流向自然冷却单元的冷却液流量以达到节约能耗的效果。水力模块中吸收了电化学电池热量的大部分冷却液通过三通阀9进入自然冷却盘管6，通过第一风机3强制对流将系统内的热量散发到室外环境，从而将高温液体冷却为低温液体，再重新进入水力模块。

在具体实施过程中，当第一风机3对冷凝器2和自然冷却盘管6与室外环境进行换热时，室外气流先经过自然冷却再经过冷凝器2，可以有效避免冷凝器2的热量被自然冷却盘管6的内部介质吸收，自然冷却盘管6的引入可实现冷却液的节能散热。

所述水力模块依靠泵7的驱动使乙二醇在本系统及电化学电池之间循环，乙二醇可以根据外界环境温度调节，进入蒸发器5与制冷剂进行循环隔离换热，或者进入自然冷却盘管6进行散热。当冷却液温度过低，可能会对电化学电池的正常工作产生影响，这时可以按需使用PTC加热器8对带有电化学电池热量的冷却液进行升温，使本系统可以同时满足对电化学电池的降温和升温功能。本实施例所述的PTC加热器8采用PTC陶瓷发热元件与铝管组成，有热阻小、换热效率高的优点，是一种自动恒温、省电的电加热器，可按水力模块冷却液升温需求提供所需加热量。

本实施例所述除湿单元包括一级除湿蒸发器16和第二风机17；所述除湿蒸发器16与所述制冷单元连接形成除湿循环；所述第二风机17用于对流使电化学电池与所述一级除湿蒸发器16进行热交换。

在具体实施过程中，除湿单元为制冷单元的支路，通过第二风机17强制对流，使电化学电池周围的高湿空气与一级除湿蒸发器16换热，携带的水分在制冷剂吸热蒸发下凝结析出，换热后的低温低湿空气送入电化学电池所在的储能集装箱11内，进而实现除湿作用。

本实施例利用一体化系统实现制冷、自然冷却和除湿功能，节省安装空间和成本的同时实现高效节能。所述除湿单元可为电化学电池安装环境提供低湿度低露点冷风，其中第二风机17的风量和一级除湿蒸发器16的换热面积可按需调节，从而实现送风温湿度调节，以满足电化学电池工作湿度要求。

本实施例还设有旁通阀13、第一截止阀10和第二截止阀12，所述旁通阀13的入口连接制冷单元的出口和第一截止阀10的入口，所述第一截止阀10的出口连接水力模块的入口；所述旁通阀13的出口连接第二截止阀12的出口，所述第二截止阀12的入口连接水力模块的出口。

在具体实施过程中，当需要短暂关闭对集装箱内设备的制冷、加热功能时，由于直接关闭系统再开启时所需能耗较大，或者本系统未连接储能集装箱进行独立调试时，可以通过调整旁通阀、第一截止阀和第二截止阀短暂关闭系统。开启旁通阀13，关闭第一截止阀10和第二截止阀12，冷却液直接通过旁通阀13支路流通，不经过电化学电池所在的储能集装箱11；恢复时仅需关闭旁通阀13，开启第一截止阀10和第二截止阀12，冷却液即可重新经过电化学电池所在的储能集装箱11，继续对电化学电池进行制冷除湿。

实施例2

如图2所示，本实施例提供一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，与实施例1的不同之处在于：本实施例制冷单元的冷凝器2出口引出的支路采用并联方式设置两级除湿蒸发器，一级除湿蒸发器16保持常开，二级除湿蒸发器18入口需另外设置第一电磁阀19控制开关。根据集装箱内空气温湿度来控制是否需要开启二级除湿蒸发器18，两级除湿蒸发器共用第二风机17进行散热，具备集成度高、节省安装空间、降低成本等优势。同时，使用多级除湿蒸发器可以进一步提高系统除湿的能效。

实施例3

如图3所示，本实施例提供一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，与实施例1的不同之处在于：本实施例从压缩机1出口引出一个分支，通过第二电磁阀21将再热冷凝器20连接至第一膨胀阀4的入口，用于给一级除湿蒸发器16进行热补偿。当除湿蒸发器16换热后的低温低湿空气温度过低时，可能会影响电化学电池的正常工作，这时可以开启第二电磁阀21，通过再热冷凝器20对一级除湿蒸发器16换热后的低温低湿空气进行热补偿，可以进一步控制送入储能集装箱11内的空气温湿度。再热冷凝器20通过回收废弃冷凝热的方式进行节能，可以进一步节省成本，避免送风温度太低，提高电化学电池的性能保障。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，包括制冷单元、除湿单元和水力模块；所述水力模块与散热对象相连接，用于将散热对象的热量带出；所述制冷单元与水力模块相连接，用于与水力模块进行热交换；所述除湿单元与制冷单元相连接，用于对散热对象安装环境进行除湿。

2.根据权利要求1所述的一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，所述除湿单元包括至少一个除湿蒸发器和第二风机；所述除湿蒸发器的入口设有膨胀阀，所述至少一个除湿蒸发器与所述制冷单元连接形成除湿循环；所述第二风机用于对流使散热对象与所述至少一个除湿蒸发器进行热交换。

3.根据权利要求1所述的一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，还包括自然冷却单元和三通阀；水力模块、三通阀、自然冷却单元依次连接形成冷却液第一循环；水力模块、三通阀、制冷单元依次连接形成冷却液第二循环；所述三通阀用于切换水力模块流出的冷却液流向制冷单元或自然冷却单元。

4.根据权利要求3所述的一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，所述制冷单元包括蒸发器、压缩机、冷凝器和第一膨胀阀；所述蒸发器、压缩机、冷凝器和第一膨胀阀依次连接，形成制冷循环；

所述蒸发器入口通过三通阀连接水力模块的出口，出口连接水力模块的入口；

所述自然冷却单元包括自然冷却盘管，所述自然冷却盘管入口通过三通阀连接水力模块的出口，出口连接水力模块的入口。

5.根据权利要求4所述的一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，还包括第一风机，所述第一风机用于对流使冷凝器和自然冷却盘管与外界进行热交换，将系统内的热量散发到室外环境。

6.根据权利要求4或5所述的一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，所述除湿单元还包括再热冷凝器，所述再热冷凝器的入口通过第二电磁阀与压缩机的出口相连接，所述再热冷凝器的出口与第一膨胀阀的入口相连接，所述再热冷凝器用于给除湿单元送出的空气提供热补偿。

7.根据权利要求2所述的一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，所述除湿单元的入口还设有第二膨胀阀，所述第二膨胀阀用于独立控制至少一个除湿蒸发器的蒸发压力。

8.根据权利要求3所述的一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，所述水力模块包括通过管路顺次连接的储能集装箱、泵和PTC加热器；所述散热对象安装在所述储能集装箱内；所述水力模块的冷却液通过泵将储能集装箱内的散热对象的热量带出，经过PTC加热器后通过三通阀流向制冷单元或自然冷却单元，制冷单元和自然冷却单元通过管路连接至储能罐集装箱。

9.根据权利要求8所述的一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，所述水力模块还包括与所述管路连接的膨胀罐，所述膨胀罐用于对水力模块进行稳压。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种集成自然冷却和除湿功能的液冷系统，其特征在于，还设有旁通阀、第一截止阀和第二截止阀，所述旁通阀的入口连接制冷单元的出口和第一截止阀的入口，所述第一截止阀的出口连接水力模块的入口；所述旁通阀的出口连接第二截止阀的出口，所述第二截止阀的入口连接水力模块的出口。

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