一种动力单元闭式集成液冷散热系统的制作方法

1.本发明涉及军用大功率电力设备冷却技术领域，更为具体的，涉及一种动力单元闭式集成液冷散热系统。


背景技术：

2.动力单元是军用一种大功率能源转换设备，额定输出功率不低于280kw，发动机、发电机、发电机控制器等热耗大的部件均配备了液冷散热系统，目前的液冷散热系统采用的是开式液冷系统，系统中的膨胀水箱存在压力调节阀，压力调节阀开启时，系统内与外界环境处于连通状态，空气混入冷却液中，战时状态，空气质量差，会污染冷却液，存在换热器流道堵塞的风险，造成冷却液换热效率降低，冷却液具有一定的腐蚀性，长期与空气接触，在高温环境的影响下会加速冷却液的变质，而且混入空气的冷却液对液冷系统的动力元件水泵损伤很大。
3.散热器、水泵、膨胀水箱等各部件采用橡胶管进行连接，系统损耗一部分管路流阻，且各部件未集中布置，空间利用率不高，因此，为改善当前这种情况有必要开发一种闭式集成液冷散热系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种动力单元闭式集成液冷散热系统，解决了开式液冷系统换热效率低、空间利用率不高的问题。
5.本发明的目的是通过以下方案实现的：
6.一种动力单元闭式集成液冷散热系统，包括循环水泵、空液换热器、冷却风扇、自增压水箱、安全阀、控制器和温压传感器；在空液换热器的底部安装有自增压水箱，在空液换热器底部的壳体设置有自增压水箱的安装接口，自增压水箱的安装法兰面与空液换热器底部接口对接后用螺钉固定；在所述空液换热器冷却液出口处的壳体上设置循环水泵的安装位置，将循环水泵的入口与空液换热器的出口连通，从空液换热器出去的冷却液直接进入循环水泵入口，循环水泵输出的冷却液进入热负载设备中，带走热载荷后进入空液换热器冷却液入口，在空液换热器中散热翅片与液体进行热交换，冷却风扇加速散热翅片附件的空气流动，从而将散热翅片上的热量散出，最终将热载荷排出；在所述空液换热器的冷却液入口及循环水泵的出口处均设置温压传感器；所述温压传感器、冷却风扇及循环水泵均与控制器相连接。
7.进一步地，所述自增加水箱的结构形式是圆柱形杯状，内部安装有膜盒，膜盒内预填充一定压力的气体来实现对水箱内冷却液进行增压。
8.进一步地，所述自增压水箱的法兰安装面上设置胶圈槽，与空液换热器液体侧连通。
9.进一步地，所述自增压水箱冷却液的容积按冷却液容积变化量的1.5倍进行设计或选型。
10.进一步地，在所述空液换热器的冷却液入口设置第一温压传感器，当温度或温度差达到设定值，控制器控制冷却风扇开始工作，温度差用于调节冷却风扇的转数。
11.进一步地，在循环水泵的出口处设置第二温压传感器，所述第二温压传感器提供的压力信号用于监测闭式液冷散热系统的冷却液是否处于正常工作，若压力值异常，停止工作，若压力值正常，继续运行。
12.进一步地，通过所述温压传感器采集的温度、压力信号实时监测液冷散热系统中冷却液的状态，根据冷却液的状态反馈，控制器调节冷却风扇和循环水泵的启动及动作，进而保证闭式集成液冷散热系统处于稳定状态。
13.进一步地，所述安全阀安装在空液换热器的液体侧最高点。
14.进一步地，所述安全阀的打开压力值设定为系统回路中耐压值，工作时当系统中的压力超出设定值时，释放一部分压力用来保证系统的安全性。
15.进一步地，所述安全阀设置有放气阀按钮，用于排除系统中混有的残余空气。
16.本发明的有益效果包括：
17.本发明采用自增压水箱替代了原膨胀水箱的方案，有效避免了膨胀水箱上压力调节阀出现故障的风险，从物理上避免了冷却液与外界环境接触；采取壳体内部流道的设计，以空液换热器为结构载体，冷却风扇、循环水泵等其它设备均集成在空液换热器上，减少了连接管路，降低了管路损耗及泄漏的风险，有效整合了各部件、提高了换热效率，有效解决了背景技术中的问题。
18.本发明可提高动力单元在战时状态下，液冷散热系统的适应性、稳定性及可靠性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为闭式集成液冷系统功能框图；
21.图2为闭式集成液冷系统结构示意图；
22.图3为闭式集成液冷系统结构示意图；
23.图4为自增压水箱结构示意图；
24.图5为安全阀(放气阀)结构示意图；
25.图中，1-空液换热器，2-空液换热器芯体，3-安全阀，4-空液换热器液体侧入口，51-第一温压传感器，52-第二温压传感器，6-自增压水箱，7-循环水泵，8-空液换热器液体侧出口，9-排液阀，10-冷却风扇控制器，11-冷却风扇，12-自增压水箱壳体，13-膜盒，14-充气单向阀门，15-放气阀按钮。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对发明进一步说明。本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
27.在具体实施方式中，闭式集成液冷散热系统包括动力元件循环水泵7、空液换热器1、冷却风扇11、自增压水箱6、安全阀3及温压传感器，空液换热器1包括空液换热器芯体2，在空液换热器芯体2下方设置有排液阀9，自增压水箱6包括自增压水箱壳体12和充气单向阀门14。
28.在空液换热器1的底部安装了自增压水箱6，自增加水箱6的结构形式是圆柱形杯状，内部安装有膜盒13，膜盒13内预填充一定压力的气体来实现对水箱内冷却液进行增压，以此保证在不同工况(尤其是低温高海拔地区)下循环水泵的入口压力均为正值，避免循环水泵出现气蚀。在空液换热器1底部的壳体设置自增压水箱6的安装接口，自增压水箱6的安装法兰面与空液换热器1底部接口对接后用4件螺钉固定即可，自增压水箱6的法兰安装面上设置胶圈槽，与空液换热器1液体侧连通，自增压水箱6冷却液的容积按冷却液容积变化量(温度变化导致)的1.5倍进行设计或选型。
29.在空液换热器1冷却液出口处的壳体上设置循环水泵7的安装位置，将循环水泵7的入口与空液换热器1的出口连通，从空液换热器1出去的冷却液直接进入循环水泵7入口，循环水泵7输出的冷却液进入热负载设备中，带走热载荷后进入空液换热器1冷却液入口，在空液换热器1中散热翅片与液体进行热交换，冷却风扇11加速散热翅片附件的空气流动，从而将散热翅片上的热量散出，最终将热载荷排出。
30.在空液换热器1的冷却液入口及循环水泵7的出口处均设置温压传感器(其中，在空液换热器1的冷却液入口设置第一温压传感器51，在循环水泵7的出口处设置第二温压传感器52)，当温度或温度差达到设定值，冷却风扇11开始工作，温度差可用于调节冷却风扇的转数，从而实现精准温控，使其工作在正常温度范围内，当温度超过设定值时，所有风扇全速工作，在设计时应适当增大换热所需的风量，避免冷却液出现过热相变；循环水泵7出口处的温压传感器提供的压力信号用于监测闭式液冷散热系统的冷却液是否处于正常工作，若压力值异常，产品应停止工作，避免热集中导致设备出现不可逆转的损坏。
31.温压传感器、冷却风扇11及循环水泵7均与控制器相连接。温度、压力信号实时监测液冷散热系统中冷却液的状态，根据冷却液的状态反馈，控制器调节冷却风扇11和循环水泵7的启动及动作，进而保证闭式集成液冷散热系统处于稳定状态。
32.安全阀3安装在空液换热器1的液体侧最高点。安全阀3的打开压力值设定为系统回路中耐压值，工作时当系统中的压力超出设定值时，释放一部分压力用来保证系统的安全性。
33.安全阀3中的放气阀按钮15，可用来排除系统中混有的残余空气。
34.按图1的系统功能框图，其中，u表示电源电压，i表示电流，p
液
表示循环水泵输出压力，q
液
表示循环水泵输出流量，q表示热载荷，p
气
表示换热器进口空气压力，q
气
表示换热器进口空气流量。本发明实施例的闭式集成液冷散热系统的空液换热器液体侧入口4及空液换热器液体侧出口8分别与热负载设备的管路对接，对接完成后，准备进行气密性测试，采用真空抽注液设备从注液阀向本发明实施例的闭式集成液冷散热系统注入一定量的冷却液，使空液换热器液体侧入口4处第一温压传感器51的压力信号为0.2mpa(绝压)，待压力稳定后，保压半小时，若压力稳定不变，则气密性满足要求。
35.然后使用真空抽注设备将系统回路中的冷却液全部抽出，然后继续抽，待压力信号为0.005mpa(绝压)以下时，停止抽真空，然后再向本发明实施例的闭式集成液冷散热系
统内注入冷却液，读取循环水泵7处的第二温压传感器52的温度信号，然后根据温度值确定注入冷却液的压力值，待冷却液压力达到该值后，停止注液，将真空抽注液设备与注液阀分离。
36.使循环水泵7处于运行状态，断续按压安全阀3的放气阀按钮15，排出本发明实施例的闭式集成液冷散热系统内残存的气体后即可松开，使循环水泵7停机，在冷却液温度为25℃时，通过向系统注入一定量冷却液的方式使冷却液的压力为0.156mpa，至此，本发明实施例的闭式集成液冷散热系统完成了注液操作，可参与系统的散热工作。
37.本发明实施例的闭式集成液冷散热系统的温压传感器的温度信号达到设定值时，循环水泵7启动，持续向热负载设备输出冷却液，冷却液吸收热负载后，温度升高，升温后的冷却液进入空液换热器1内，空液换热器1的材质为铝合金材质，大部分热负载传递到空液换热器1的散热翅片上，然后与空气进行换热，当温度升高到某设定值时，冷却风扇11启动，加速散热翅片表面的空气流动，若温度升高到限定值时，冷却风扇11全速运转，将热量散出去，保证系统工作稳定。
38.本发明实施例中的自增压水箱6是一种基于气体的可压缩的特性研制的自增压水箱，由冷却液部分与金属波纹管的气体部分组成，气体与液体是物理隔离状态。当环境的温度升高导致冷却液的体积变大时，金属波纹管内的气体压缩，为冷却液的体积增大提供空间。
39.实施例1
40.一种动力单元闭式集成液冷散热系统，包括循环水泵7、空液换热器1、冷却风扇11、自增压水箱6、安全阀3、控制器和温压传感器；在空液换热器1的底部安装有自增压水箱6，在空液换热器1底部的壳体设置有自增压水箱6的安装接口，自增压水箱6的安装法兰面与空液换热器1底部接口对接后用螺钉固定；在所述空液换热器1冷却液出口处的壳体上设置循环水泵7的安装位置，将循环水泵7的入口与空液换热器1的出口连通，从空液换热器1出去的冷却液直接进入循环水泵7入口，循环水泵7输出的冷却液进入热负载设备中，带走热载荷后进入空液换热器1冷却液入口，在空液换热器1中散热翅片与液体进行热交换，冷却风扇11加速散热翅片附件的空气流动，从而将散热翅片上的热量散出，最终将热载荷排出；在所述空液换热器1的冷却液入口及循环水泵7的出口处均设置温压传感器；所述温压传感器、冷却风扇11及循环水泵7均与控制器相连接。
41.实施例2
42.在实施例1的基础上，所述自增加水箱6的结构形式是圆柱形杯状，内部安装有膜盒13，膜盒13内预填充一定压力的气体来实现对水箱内冷却液进行增压。
43.实施例3
44.在实施例1的基础上，所述自增压水箱6的法兰安装面上设置胶圈槽，与空液换热器1液体侧连通。
45.实施例4
46.在实施例1的基础上，所述自增压水箱6冷却液的容积按冷却液容积变化量的1.5倍进行设计或选型。
47.实施例5
48.在实施例1的基础上，在所述空液换热器1的冷却液入口设置第一温压传感器51，
当温度或温度差达到设定值，控制器控制冷却风扇11开始工作，温度差用于调节冷却风扇11的转数。
49.实施例6
50.在实施例1的基础上，在循环水泵7的出口处设置第二温压传感器52，所述第二温压传感器52提供的压力信号用于监测闭式液冷散热系统的冷却液是否处于正常工作，若压力值异常，停止工作，若压力值正常，继续运行。
51.实施例7
52.在实施例1的基础上，通过所述温压传感器采集的温度、压力信号实时监测液冷散热系统中冷却液的状态，根据冷却液的状态反馈，控制器调节冷却风扇11和循环水泵7的启动及动作，进而保证闭式集成液冷散热系统处于稳定状态。
53.实施例8
54.在实施例1的基础上，所述安全阀3安装在空液换热器1的液体侧最高点。
55.实施例9
56.在实施例1的基础上，所述安全阀3的打开压力值设定为系统回路中耐压值，工作时当系统中的压力超出设定值时，释放一部分压力用来保证系统的安全性。
57.实施例10
58.在实施例1的基础上，所述安全阀3设置有放气阀按钮，用于排除系统中混有的残余空气。
59.本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
60.上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
61.除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。