冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括有電磁閥、壓差調(diào)節(jié)閥、換熱器、溢流閥和為換熱器提供散熱的風(fēng)機(jī)，換熱器包括有翅片、相并聯(lián)且相穿插的長(zhǎng)管簇和短管簇，長(zhǎng)管簇的入口、電磁閥的入口、壓差調(diào)節(jié)閥的入口、溢流閥的入口相并聯(lián)后引出，形成冷卻液入口，電磁閥的出口和壓差調(diào)節(jié)閥的出口相并聯(lián)后，與短管簇的入口相連接，長(zhǎng)管簇的出口和短管簇的出口相并聯(lián)，再與溢流閥的出口相并聯(lián)后引出，形成冷卻液出口。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)容易、成本低，運(yùn)行節(jié)能、安全，有效的控制了換熱器的低溫啟動(dòng)流阻，確保了系統(tǒng)工作正常，通過(guò)壓差調(diào)節(jié)閥，能夠全面發(fā)揮換熱器的散熱能力，給大系統(tǒng)供液優(yōu)化帶來(lái)益處，如泵的選用更為合理。
【專利說(shuō)明】冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一類強(qiáng)迫風(fēng)冷換熱設(shè)備和一類具有冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷功能的冷液機(jī)領(lǐng)域，具體是適用于各類電子設(shè)備強(qiáng)迫冷卻的一種冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著電子設(shè)備的迅猛發(fā)展，特別是軍用和特種電子設(shè)備的升級(jí)換代，對(duì)其可靠性和節(jié)能等方面的需求越來(lái)越高，與之配套的換熱設(shè)備、冷液機(jī)等也隨之出現(xiàn)了新的變化。目前，電子設(shè)備的冷卻方式主要從熱流密度、功率密度、功耗、表面積、體積、工作環(huán)境和其它特殊條件來(lái)選擇，常見(jiàn)的方法有:自然冷卻、強(qiáng)迫冷卻、蒸發(fā)冷卻、熱電制冷和熱管傳熱等。其中，冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷作為一種強(qiáng)迫冷卻，因其冷卻效果良好，而被廣泛采用。作為冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷中的重要部件，即換熱器，通常置于室外，當(dāng)冬季來(lái)臨，特別地處惡劣的低溫環(huán)境下，設(shè)備未開(kāi)前，就被凍透。換熱器中冷卻液被變得很稠，直接開(kāi)啟泵往往循環(huán)不起來(lái)。在這種情況下，通常的做法是:①增加泵的功率，提高供液壓頭；②泵設(shè)計(jì)旁通開(kāi)啟，但換熱器中冷卻液粘度沒(méi)有解決；③在換熱器中，插入電加熱管等。
[0003]比如，66%(質(zhì)量比)的乙二醇水溶液，液溫27.5°C時(shí)，運(yùn)動(dòng)粘度u =4.69X10-6 m2/s ;當(dāng)液溫降至_35°C時(shí)，運(yùn)動(dòng)粘度u =96.52X10-6 m2/s ;運(yùn)動(dòng)粘度增長(zhǎng)約20.5倍。若換熱器采用Φ9.52X0.5翅片式換熱器，管簇為光管，單路管長(zhǎng)設(shè)計(jì)為12 m，18個(gè)180°彎頭，管內(nèi)流速為1.5 m/s。利用流體力學(xué)相關(guān)流體摩擦阻力來(lái)估算，在液溫27.5 °C時(shí)流阻約為1.3 bar ;在液溫_35°C時(shí)流阻約為15 bar,即使將流速下降50%，流阻仍有7.5 bar左右。這樣的結(jié)果，對(duì)系統(tǒng)選泵產(chǎn)生影響較大，若按低溫流阻來(lái)選，功率勢(shì)必偏大很多；若按常溫流阻來(lái)選，更會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響，甚至損壞泵；若選用變頻泵，也會(huì)因滿足低溫流阻而選大功率泵，影響體積和重量，同時(shí)對(duì)變頻器等電器件的抗低溫、振動(dòng)、沖擊、可靠性和電磁兼容等問(wèn)題，也會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的增加。如何解決惡劣環(huán)境下設(shè)備的可靠性，又體現(xiàn)節(jié)能，值得關(guān)注。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可調(diào)、可控，具有高可靠性運(yùn)行特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于:包括有電磁閥、壓差調(diào)節(jié)閥、換熱器、溢流閥和為所述換熱器提供散熱的風(fēng)機(jī)，所述的換熱器包括有翅片、相并聯(lián)且相穿插的長(zhǎng)管簇和短管簇，所述長(zhǎng)管簇的入口、電磁閥的入口、壓差調(diào)節(jié)閥的入口、溢流閥的入口相并聯(lián)后引出，形成冷卻液入口，所述電磁閥的出口和壓差調(diào)節(jié)閥的出口相并聯(lián)后，與所述短管簇的入口相連接，所述長(zhǎng)管簇的出口和短管簇的出口相并聯(lián)，再與所述溢流閥的出口相并聯(lián)后引出，形成冷卻液出口。
[0006]反之，冷卻液入口和出口互換，原理相同，注意器件流向即可。在低溫啟動(dòng)期，短管簇起到旁通、預(yù)熱和降低流阻作用；在正常工作期，短管簇和長(zhǎng)管簇一起完成散熱功能。
[0007]在低溫啟動(dòng)期，如-40 °C，冷卻液通過(guò)電磁閥被旁通至流阻小的短管簇中，使供液不受阻，同時(shí)通過(guò)換熱器翅片將熱量傳導(dǎo)至長(zhǎng)管簇中，來(lái)逐步降低長(zhǎng)管簇中冷卻液的粘度，實(shí)現(xiàn)預(yù)熱，當(dāng)長(zhǎng)管簇中的流阻滿足要求時(shí)，預(yù)熱完成，啟動(dòng)期結(jié)束，進(jìn)入正常工作期。在正常工作期，利用壓差調(diào)節(jié)閥，使換熱器中長(zhǎng)管簇和短管簇的回液溫度相當(dāng)，發(fā)揮兩者最大換熱能力。
[0008]本發(fā)明也可與蒸汽壓縮制冷方式合并，共用風(fēng)機(jī)，形成具有壓縮機(jī)制冷和強(qiáng)制風(fēng)冷的冷液機(jī)。
[0009]進(jìn)一步，所述的換熱器中，所述的翅片間隔均布于所述的長(zhǎng)管簇和短管簇之間，SP換熱器的長(zhǎng)管簇和短管簇共用翅片，所述的短管簇間隔均布于所述長(zhǎng)管簇中；短管簇的分路數(shù)和管長(zhǎng)等指標(biāo)以滿足低溫下流阻和預(yù)熱為設(shè)計(jì)依據(jù)，若系統(tǒng)沒(méi)有預(yù)留供液壓力余量，則短管簇低溫流阻應(yīng)與常溫下長(zhǎng)管簇的流阻相當(dāng)；一般短管簇長(zhǎng)度是長(zhǎng)管簇長(zhǎng)度的10%?35%。
[0010]本發(fā)明中換熱器為空調(diào)或冷液機(jī)中常見(jiàn)的換熱器，管簇通常為三角形叉排。主要在長(zhǎng)管簇和短管簇的布置和設(shè)計(jì)上有其自身特點(diǎn)。其中，長(zhǎng)管簇具體的分路數(shù)、管徑、單路管長(zhǎng)等指標(biāo)應(yīng)以滿足用戶要求，如總散熱量和空間尺寸等為主要設(shè)計(jì)依據(jù)；而短管簇的主要作用是低溫旁通、預(yù)熱和降低流阻，所以重點(diǎn)應(yīng)考慮對(duì)流阻設(shè)計(jì)。
[0011]這里，短管簇的分路數(shù)和單路管長(zhǎng)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，應(yīng)以低溫下所分配到的最大流阻為設(shè)計(jì)輸入。如，大系統(tǒng)預(yù)留了一定的供液壓力，分配到換熱器為0.5 bar，則在短管簇低溫流阻設(shè)計(jì)時(shí)可多考慮0.5 bar ;若沒(méi)有預(yù)留供液壓力余量，則短管簇低溫流阻應(yīng)與常溫下長(zhǎng)管簇的流阻相當(dāng)。這樣，設(shè)備方能正常啟動(dòng)和工作。
[0012]列舉以下案例，進(jìn)一步闡述:
I)設(shè)計(jì)輸入條件:環(huán)境溫度15 °C，冷卻液入口溫度30 °C，散熱能力為4.2 kW，66%(質(zhì)量比)的乙二醇水溶液，經(jīng)換熱計(jì)算(略)，采用Φ9.52X0.5翅片式換熱器，長(zhǎng)管簇分3路，每路長(zhǎng)12 m，每路18個(gè)180 °彎頭，共36 m。
[0013]2)常溫下，液溫以 27.5。。計(jì)，密度 P =1088 kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度 υ =4.69X10-6 m2/S。經(jīng)換算，其冷卻液流量約為1000 kg/h，長(zhǎng)管簇每路管內(nèi)流速為1.5 m/s，平均阻力約為
1.3 bar。
[0014]3)低溫下，液溫以-35 °C 計(jì)，密度 P =1109 kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度 υ =96.52X10-6 m2/S。短管簇低溫流阻為1.3 bar時(shí)，分3路，則單路管長(zhǎng)約1.9 m，流量為常溫下的90% ;短管簇低溫流阻為1.1 bar時(shí)，分4路，則單路管長(zhǎng)約1.9 m，流量不變；短管簇分路數(shù)可與長(zhǎng)管簇分路數(shù)不同。
[0015]4)取短管簇分路數(shù)為3，單路管長(zhǎng)為1.9 m，短管簇的總長(zhǎng)為長(zhǎng)管簇總長(zhǎng)的15.8%。
[0016]所述的電磁閥，在低溫啟動(dòng)期，由于冷卻液粘度增大，導(dǎo)致?lián)Q熱器長(zhǎng)管簇流阻太大，此時(shí)該閥開(kāi)啟，將冷卻液旁通至換熱器短管簇，由于設(shè)計(jì)流道阻力小，使冷卻液很容易經(jīng)過(guò)；低溫啟動(dòng)期結(jié)束后，電磁閥關(guān)閉；電磁閥為低溫型，選型時(shí)若不是零壓差型，則應(yīng)考慮其開(kāi)啟阻力。
[0017]所述的壓差調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)其壓差數(shù)值，該值和短管簇流阻相加后，應(yīng)大于長(zhǎng)管簇的阻力。調(diào)節(jié)值具體多少，應(yīng)以正常工作(流量正常，電磁閥關(guān)閉)時(shí)，換熱器的長(zhǎng)管簇和短管簇的出液溫度相當(dāng)為調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，不排除通過(guò)計(jì)算等方式直接采用非調(diào)節(jié)式壓差閥。需進(jìn)一步解釋的是，若壓差調(diào)節(jié)閥和短管簇流阻相加后，與長(zhǎng)管簇流阻保持一致，勢(shì)必因短管簇?fù)Q熱短，造成出液溫度高，引起不均勻。所以，以出液溫度相當(dāng)為調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)，較合理。
[0018]所述的溢流閥，在電磁閥關(guān)閉時(shí)，工作中若冷卻液溫度等發(fā)生變化，而引起換熱器流阻波動(dòng)時(shí)，可將多余的冷卻液短路至回路中，起到溢流、卸壓作用；若大系統(tǒng)中泵的出口處已設(shè)計(jì)有相同功能的溢流閥或安全閥，可以被替代。一般，泵有一個(gè)最低流量限值，如額定流量為lm3/h時(shí)，最低流量限值在40%~60%左右，由具體情況而決定。所以，溢流閥開(kāi)啟數(shù)值以保護(hù)泵不超載為準(zhǔn)。
[0019]所述的風(fēng)機(jī)，在低溫啟動(dòng)期不開(kāi)啟，使換熱器中的傳熱加快。
[0020]本發(fā)明中的冷卻液，通常為乙二醇水溶液，但不排除其它防凍液。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明有效的控制了換熱器的低溫啟動(dòng)流阻，確保了系統(tǒng)工作正常。
[0022]2、本發(fā)明通過(guò)壓差調(diào)節(jié)閥，能夠全面發(fā)揮換熱器的散熱能力。
[0023]3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，僅在換熱器一側(cè)增加兩個(gè)器件，幾乎不占空間。
[0024]4、本發(fā)明給大系統(tǒng)供液優(yōu)化帶來(lái)益處，如泵的選用更為合理。
[0025]5、本發(fā)明運(yùn)行更節(jié)能、更安全，特別低溫啟動(dòng)更可靠。
[0026]6、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)容易、成本低。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明在冷液機(jī)上運(yùn)用的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]參見(jiàn)圖1，一種冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括有電磁閥1、壓差調(diào)節(jié)閥2、換熱器3、溢流閥5和為換熱器3提供散熱的風(fēng)機(jī)4，換熱器3包括有翅片、相并聯(lián)且相穿插的長(zhǎng)管簇3.1和短管簇3.2，長(zhǎng)管簇3.1的入口、電磁閥I的入口、壓差調(diào)節(jié)閥2的入口、溢流閥5的入口相并聯(lián)后引出，形成冷卻液入口，電磁閥I的出口和壓差調(diào)節(jié)閥2的出口相并聯(lián)后，與短管簇3.2的入口相連接，長(zhǎng)管簇3.1的出口和短管簇3.2的出口相并聯(lián)，再與溢流閥5的出口相并聯(lián)后引出，形成冷卻液出口。
[0030]本發(fā)明的換熱器中，翅片間隔均布于長(zhǎng)管簇3.1和短管簇3.2之間，短管簇3.2間隔均布于長(zhǎng)管簇3.1中；長(zhǎng)管簇3.1和短管簇3.2的管徑相同，短管簇3.2長(zhǎng)度是長(zhǎng)管簇3.1長(zhǎng)度的10%?35%。
[0031]其工作流程:①低溫啟動(dòng)期流程；②正常工作期流程；③溢流流程。
[0032]①低溫啟動(dòng)期流程:冷卻液入口一電磁閥I —短管簇3.2 —冷卻液出口。
[0033]②正常工作期流程:冷卻液入口一長(zhǎng)管簇3.1+ (壓差調(diào)節(jié)閥2+短管簇3.2)—冷卻液出口。
[0034]③溢流流程:冷卻液入口一溢流閥5 —冷卻液出口。
[0035]圖1所示為本發(fā)明原理的一種，當(dāng)冷卻液入口和出口互換時(shí)，冷卻液流向相反，同樣可以實(shí)現(xiàn)該功能。但需要注意的是器件有流向要求時(shí)，應(yīng)相應(yīng)變換位置即可。
[0036]參見(jiàn)圖2，為本發(fā)明在冷液機(jī)上運(yùn)用的原理實(shí)例，結(jié)合圖1，具體包括有電磁閥1、壓差調(diào)節(jié)閥2、換熱器3、風(fēng)機(jī)4、溢流閥5、加熱器6、水箱7、泵8、電動(dòng)三通閥9、調(diào)節(jié)閥10、板式換熱器11和單向閥12等。其工作流程依據(jù)兩種制冷模式進(jìn)行，即壓縮機(jī)制冷模式和冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷模式。
[0037]在壓縮機(jī)制冷模式下:冷卻液由泵8 —電動(dòng)三通閥9 —調(diào)節(jié)閥10 —板式換熱器11 —(熱負(fù)載)一水箱7 —返回泵8,依此循環(huán)。
[0038]在冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷模式下:基本工作流程與圖1所示大致相同，所不同的是:將溢流閥5改到泵8出口和水箱7入口之間，使大系統(tǒng)工作更安全；在換熱器3出口加裝單向閥12，目的是減少兩模式切換時(shí)的相互影響。
[0039]在低溫啟動(dòng)期，所需熱量可來(lái)自兩部分，即熱負(fù)載和加裝在水箱中的加熱器6產(chǎn)生的熱量來(lái)提供，具體投熱量等根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定。
[0040]長(zhǎng)管簇3.1和短管簇3.2主要在流道長(zhǎng)短和具體布置上有所區(qū)別，且長(zhǎng)管簇3.1和短管簇3.2兩部分總體上并聯(lián)，短管簇3.2間隔均勻布于長(zhǎng)管簇3.1中，但內(nèi)部管路是相互獨(dú)立的。
[0041]長(zhǎng)管簇3.1具體的分路數(shù)、管徑、單路管長(zhǎng)等指標(biāo)以滿足總散熱量和空間尺寸等為主要設(shè)計(jì)依據(jù)；短管簇3.2的管徑則與長(zhǎng)管簇相同，而短管簇3.2的分路數(shù)和管長(zhǎng)等指標(biāo)以滿足低溫下流阻和預(yù)熱為設(shè)計(jì)依據(jù)，若系統(tǒng)沒(méi)有預(yù)留供液壓力余量，則短管簇3.2低溫流阻應(yīng)與常溫下長(zhǎng)管簇3.1的流阻相當(dāng)；一般短管簇3.2長(zhǎng)度是長(zhǎng)管簇3.1長(zhǎng)度的10%?35%。
[0042]電磁閥I在低溫啟動(dòng)期開(kāi)啟，一旦低溫啟動(dòng)期結(jié)束后，電磁閥就關(guān)閉；電磁閥I為低溫型，選型時(shí)若不是零壓差型，則應(yīng)考慮其開(kāi)啟阻力。
[0043]壓差調(diào)節(jié)閥2的調(diào)節(jié)值，應(yīng)以正常工作(流量正常，電磁閥關(guān)閉)時(shí)，換熱器3的長(zhǎng)管簇3.1和短管簇3.2的出液溫度相當(dāng)為調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)。
[0044]風(fēng)機(jī)4應(yīng)在低溫啟動(dòng)期不開(kāi)啟，工作期是否開(kāi)，開(kāi)多大依據(jù)換熱需要來(lái)定。
[0045]溢流閥5的開(kāi)啟值以保護(hù)泵8不超載為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于:包括有電磁閥、壓差調(diào)節(jié)閥、換熱器、溢流閥和為所述換熱器提供散熱的風(fēng)機(jī)，所述的換熱器包括有翅片、相并聯(lián)且相穿插的長(zhǎng)管簇和短管簇，所述長(zhǎng)管簇的入口、電磁閥的入口、壓差調(diào)節(jié)閥的入口、溢流閥的入口相并聯(lián)后引出，形成冷卻液入口，所述電磁閥的出口和壓差調(diào)節(jié)閥的出口相并聯(lián)后，與所述短管簇的入口相連接，所述長(zhǎng)管簇的出口和短管簇的出口相并聯(lián)，再與所述溢流閥的出口相并聯(lián)后引出，形成冷卻液出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于:所述的換熱器中，所述的翅片間隔均布于所述的長(zhǎng)管簇和短管簇之間，所述的短管簇間隔均布于所述長(zhǎng)管簇中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻液強(qiáng)制風(fēng)冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于:所述的換熱器中，所述長(zhǎng)管簇和短管簇的管徑相同，所述短管簇長(zhǎng)度是長(zhǎng)管簇長(zhǎng)度的10%?35%。
【文檔編號(hào)】F25B41/04GK104501440SQ201510018728
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月14日
【發(fā)明者】王偉, 萬(wàn)士軍, 汪長(zhǎng)江, 趙貝 申請(qǐng)人:合肥天鵝制冷科技有限公司