一种宽范围调节型液冷设备的制作方法

本发明涉及液冷设备领域，具体是一种宽范围调节型液冷设备。

背景技术：

随着电子设备集成化程度越来越高，电子设备的发热量也越来越高，热量无法及时导出会导致电子设备工作效率低下，甚至造成热损毁。并且如今电子负载的种类繁多，不同的器件热负荷、热密度以及工作温度都存在较大差距，而传统液冷设备通常作为专用设备使用，供液温度(制冷量)、供液流量和供液背压指标无法调节或仅有其中一个指标可以在一定范围内调节，不符合实验室液冷设备需要的通用性特征。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种宽范围调节型水冷冷凝液冷设备，实现了制冷量、供液流量和供液温度的宽范围调节，具备较高的精确性，能够同时满足多种不同电子器件的散热需求，特别适用于实验室等应用场景。

本发明的技术方案为：

一种宽范围调节型液冷设备，包括有供液管路、回液管路、制冷单元、调节单元和控制器；

所述的供液管路的进口与载冷剂溶液箱连接，供液管路的出口与循环泵的进口连接，循环泵的出口与制冷单元的载冷剂进口连接，制冷单元的载冷剂出口与载冷剂供液口连接，所述的载冷剂供液口处设置有供液温度传感器，所述的载冷剂溶液箱内设置有设定温度传感器；

所述的回液管路的进口与载冷剂回液口连接，回液管路的出口与载冷剂溶液箱连接，所述的载冷剂回液口处设置有回液温度传感器；

所述的制冷单元包括有通过制冷剂管路循环顺次连接的蒸发器、气液分离器、压缩机、冷凝器和膨胀阀，以及热气旁通电磁阀；所述的热气旁通电磁阀的进口与压缩机的出口连接，热气旁通电磁阀的出口与蒸发器的进口连接；所述的冷凝器选用风冷冷凝器，其内置有冷凝风机；

所述的调节单元包括有设置于载冷剂溶液箱内的电加热器、三通分流调节阀、以及设置于载冷剂回液口处的回液流量计；所述的三通分流调节阀的进口与制冷单元的载冷剂出口连接，三通分流调节阀的一出口与载冷剂供液口连接，三通分流调节阀的另一出口与回液管路连接；

所述的供液温度传感器、设定温度传感器、回液温度传感器、蒸发器、压缩机、冷凝风机、热气旁通电磁阀、循环泵、电加热器、三通分流调节阀、回液流量计均与控制器连接。

所述的制冷单元中，所述的冷凝器和膨胀阀之间的管路上还设置有过滤器和夜视镜；所述的供液管路上设置有球阀和过滤器；所述的制冷单元的载冷剂出口与载冷剂供液口之间的管路上设置有过滤器。

所述的调节单元还包括有旁通调节阀，旁通调节阀的进口与回液管路连接，旁通调节阀的出口与制冷单元的载冷剂进口连接。

所述的调节单元还包括有与控制器连接的电动三通阀，电动三通阀的进口与循环泵的出口连接，电动三通阀的一出口与风冷冷凝器的载冷剂进口连接，电动三通阀的另一出口与蒸发器的载冷剂进口连接。

所述的调节单元还包括有设置于回液管路上且与控制器连接的背压调节阀。

所述的载冷剂回液口处和载冷剂供液口处均设置有压力传感器。

本发明的优点：

（1）、本发明采用热气旁通+冷凝风机调速的方式进行能量卸载，调节供液温度，必要时可以通过选配对压缩机进行变频控制实现精确调节；

（2）、本发明采用分流调节阀的方式实现供液路的流量调节，调节范围为最大流量的0-100%；由于分流调节阀在0-30%区间内的流量调节不成线性，在循环泵出口设置流量旁通阀，预设分流调节阀入口处的最大流量，提高全区间的流量调节精确性；

（3）、本发明载冷剂溶液箱内设置有电加热器，将低温液体预热到设定温度，实现高供液温度；

（4）、本发明在回液管路上设置背压调节阀，当部分负载需要比较高的供液背压时，可以通过背压调节阀对背压进行调节，压力波动会导致流量的变化，因此在背压调节完毕后分流调节阀会自动工作，调节供液流量稳定在设定范围内；

（5）、本发明的具有双冷源模式，在环境温度低于设定温度15℃以上时，电动三通阀工作，切换载冷剂流向至风冷冷凝器，此时冷凝风机工作，且不需要开启压缩机，载冷剂可以直接通过冷凝器进行强迫风冷降温，强迫风冷模式下设备耗电远小于压缩制冷模式，节能效果显著。

（6）、本发明在载冷剂回液口处设置回液流量计，可以准确判断负载端流量循环是否正常，有利于保护负载。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种宽范围调节型液冷设备，包括有供液管路1、回液管路2、制冷单元、调节单元和控制器；

供液管路1的进口与载冷剂溶液箱3连接，供液管路1的出口与循环泵4的进口连接，循环泵4的出口与制冷单元的载冷剂进口连接，制冷单元的载冷剂出口与载冷剂供液口5连接，载冷剂供液口5处设置有供液温度传感器6，载冷剂溶液箱3内设置有设定温度传感器7；

回液管路2的进口与载冷剂回液口8连接，回液管路2的出口与载冷剂溶液箱3连接，载冷剂回液口8处设置有回液温度传感器9；

制冷单元包括有通过制冷剂管路循环顺次连接的蒸发器10、气液分离器11、压缩机12、风冷冷凝器13和膨胀阀14，以及热气旁通电磁阀15；热气旁通电磁阀15的进口与压缩机12的出口连接，热气旁通电磁阀15的出口与蒸发器10的进口连接；风冷冷凝器13其内置有冷凝风机16；

调节单元包括有设置于载冷剂溶液箱3内的电加热器17、三通分流调节阀18、旁通调节阀19、电动三通阀20、设置于回液管路2上的背压调节阀21、以及设置于载冷剂回液口8处的回液流量计22；三通分流调节阀10的进口与制冷单元的载冷剂出口连接，三通分流调节阀10的一出口与载冷剂供液口5连接，三通分流调节阀10的另一出口与回液管路2连接；旁通调节阀19的进口与回液管路2连接，旁通调节阀19的出口与制冷单元的载冷剂进口连接；电动三通阀20的进口与循环泵4的出口连接，电动三通阀20的一出口与风冷冷凝器13的载冷剂进口连接，电动三通阀20的另一出口与蒸发器10的载冷剂进口连接；

供液温度传感器6、设定温度传感器7、回液温度传感器9、蒸发器10、压缩机12、冷凝风机16、热气旁通电磁阀15、循环泵4、电加热器17、三通分流调节阀18、电动三通阀20、背压调节阀21、回液流量计22均与控制器连接。

制冷单元中，风冷冷凝器13和膨胀阀14之间的管路上还设置有过滤器和夜视镜；供液管路1上设置有球阀和过滤器；制冷单元的载冷剂出口与载冷剂供液口之间的管路上设置有过滤器；载冷剂回液口8处和载冷剂供液口5处均设置有压力传感器。

本发明的工作原理：

（1）、在设备工作时，当供液温度传感器6检测到的供液温度低于设定温度时，说明设备实时制冷量大于负载发热量，控制器首先开始对冷凝风机16进行无极降压调速，直至供液温度稳定到设定温度范围内；当冷凝风机16的风速调节到最低档时，供液温度仍保持低于设定温度，控制器控制热气旁通电磁阀15开启，将压缩机12排出的高温高压制冷剂气体引入到蒸发器10中，主动减少经过风冷冷凝器13的制冷剂流量，即大幅降低制冷单元的制冷量，此状态下设备制冷量最小；若此时供液温度传感器6检测到的供液温度开始回升，并在到达温度设定值后继续回升，控制器对冷凝风机16进行风速调增，直至供液温度传感器6检测到的供液温度稳定到设定温度范围内；当冷凝风机16的风速恢复最大风速时制冷量仍然不足，控制器将热气旁通电磁阀15关闭，制冷单元恢复最大制冷能力。实际试验数据表明，等管径的热气旁通电磁阀15配合冷凝风机16调速，最大卸载量能够达到额定制冷量的70%，满足绝大多数情况下对设备的使用需求。

（2）、在控制器的设定温度大于环境温度时，控制器启动电加热器17对载冷剂溶液箱3中的载冷剂进行预热，预热到设定温度后，控制器启动循环泵4开始工作，此时电加热器17关闭；当负载热量进入载冷剂，导致供液温度持续上升并超过设定温度时，制冷单元开始工作。

（3）、在制冷单元工作时，若流量设定值小于循环泵4的额定流量，控制器会根据回液流量计22采集的供液流量参数对三通分流调节阀18进行实时pid调节，将即将流入载冷剂供液口5的载冷剂一部分旁通回回液管路2，另一部分从载冷剂供液口5输出并输送给负载使用，直至回液流量计22采集的供液流量参数稳定在设定流量范围之内。该控制方法可以实现供液流量0-100%的全量程控制，并且在三通分流调节阀18进口流量的30-100%范围内，流量控制精度可以达到1%。若所需旁通流量为三通分流调节阀18进口流量的0-30%范围内，三通分流调节阀18阀芯的调节与实际流量变化线性对比误差较大，调节精度有限；此时可以通过手动调节旁通调节阀19的开度，预设旁通一部分载冷剂回到载冷剂溶液箱3，减少三通分流调节阀18的进口流量，再对供液流量进行pid分流调节。通过旁通调节阀19预设结合分流调节阀19自动pid调节的方案，本设备可以在额定流量的10-100%的量程范围内实现精确调节，控制精度和范围都明显优于变频控制方法。

（4）、部分负载需要比较高的供液背压，控制器通过开启回液管路2上的背压调节阀21对背压进行调节，压力波动会导致流量的变化，因此在背压调节完毕后三通分流调节阀18会自动工作，调节供液流量稳定在设定范围内。

（5）、制冷单元具有双冷源模式，在环境温度低于控制器设定温度15℃以上时，控制器控制电动三通阀20进行出口转换，直接切换载冷剂流向至风冷冷凝器13，此时风冷冷凝器13的冷凝风机16工作，控制器控制蒸发器10和压缩机12关闭，载冷剂直接通过冷凝风机16进行强迫风冷降温，强迫风冷模式下制冷单元耗电远小于压缩制冷模式，节能效果显著。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。