一种具有多套压缩机制冷和强制风冷单元的冷液机的制作方法

本发明涉及冷液机技术领域，尤其涉及一种具有多套压缩机制冷和强制风冷单元的冷液机。

背景技术：

随着电子设备和高端装备的快速发展，特别一些大功率雷达、激光、精密厂房、医疗场所和生产工艺过程中的环控装备等的快速发展，对冷液机（又称液冷源、冷液设备等）的要求也越来越高。目前冷液机主要通过压缩机制冷，使冷却液冷却到需要的温度，同时通过供液循环系统将一定压力和流量的冷却液输送到被冷却对象进行热交换，实现温度控制。这一过程中，被冷却端的热量会不断地通过冷液机的做功，将热量最终释放到大气端、河水端或海水端等，其中冷液机会消耗大量电能，所以人们会不断研究降低能耗的新方法，以实现冷液机的高效和节能运行。

例如，市场上出现的一种强制风冷（或自然冷却）和压缩机制冷复合的冷液机。在冬季利用室内外温差，通过强制风冷带走热量；在夏季利用压缩机制冷来实现；在过度季节则在强制风冷无法满足时切换到压缩机制冷来实现。对单套小型系统来说，由于控制相对独立，还是比较经济的做法。但当系统的体量逐步增大，如制冷量到100kw～5000kw时，我们不得不考虑到外形尺寸、重量、运输、供电和控制等外部因素，于是出现了两套或两套以上压缩机制冷单元来组合完成。但有时简单的组合，很难在有限的空间下完成，甚至无法实现。这就需要单元和单元之间在统一的构架下，实现结构和控制上的完美融合。若不精简原有的供液系统，供液回路将变得异常复杂；若不将强制风冷和压缩机制冷单元再次分割后优化组合，就无法实现有效的互补互通。

同时，现在的一些冷液机的耐受温度也要求越来越宽，如在－40℃～60℃的大跨度环境和交变条件下还要快速响应，实现自适应节能调节。特别在环境温度－7℃～25℃变化时，会出现强制风冷达不到供液温度要求（如20℃），压缩机制冷又不经济的两难局面，换句话说，不能进一步实现节能运行。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种具有多套压缩机制冷和强制风冷单元的冷液机。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有多套压缩机制冷和强制风冷单元的冷液机，包括储液箱、泵、电动三通阀a、电动三通阀b、压缩机组a、压缩机组b、单向阀a、单向阀b、调节阀a、调节阀b和负载，所述压缩机组a有压缩机a、冷凝器a、节流元件a、换热器a、散热器a和风机a，所述压缩机组b有压缩机b、冷凝器b、节流元件b、换热器b、散热器b和风机b，所述储液箱的入口端和负载出口相连，所述储液箱的出口端和泵的入口相连，所述泵的出口并联电动三通阀a和电动三通阀b的各自入口，所述电动三通阀a和电动三通阀b的出口分别形成2条分支，所述电动三通阀a的第一通道出口连接散热器a的进口，所述散热器a的出口连接单向阀a的进口，所述电动三通阀a的第二通道出口和换热器a的第二通道入口相连，所述换热器a的第二通道出口和调节阀a的入口相连，所述调节阀a的出口与单向阀a的出口汇合后连接负载入口，所述电动三通阀b的第一通道出口连接散热器b的进口，所述散热器b的出口连接单向阀b的进口，所述电动三通阀b的第二通道出口和换热器b的第二通道入口相连，所述换热器b的第二通道出口和调节阀b的入口相连，所述调节阀b的出口与单向阀b的出口汇合后连接负载入口。

优选的，所述调节阀a和调节阀b用于调节支路流阻。

优选的，所述的冷凝器a、冷凝器b、散热器a和散热器b为风冷型翅片管式换热器或微细通道换热器，所述冷凝器a和冷凝器b内部为制冷剂，所述散热器a和散热器b内部为冷却液，所述冷凝器a和散热器a在外部结构上形成一个组合体，共用风机a；所述冷凝器b和散热器b外部结构上也形成一个组合体，共用风机b。

优选的，所述电动三通阀a和电动三通阀b采用开关型时，所述电动三通阀a和电动三通阀b均为一进二出。

优选的，所述压缩机组a、压缩机组b作为2个基本单元。

优选的，所述换热器a和换热器b为板式换热器、壳管式换热器或套管式换热器。

与现有技术相比，本发明提供了一种具有多套压缩机制冷和强制风冷单元的冷液机，具备以下有益效果：

1、本发明将环境温度划分3段，低温段耦合旁通，中温段复合工作，高温段分级工作，且每段切换设有容差，确保全工况可靠运行。

2、本发明巧妙利用2只电动三通阀，将2套压缩机制冷和强制风冷单元串接和组合出不同通道，最大限度实现互补互通。

3、本发明系统简捷、易于实现模块设计，成本低。

4、本发明节省空间，为紧凑化设计提供了一条途径。

5、本发明可成对扩展，方便实现大型冷液设备的组网。

附图说明

图1为本发明系统原理示意图。

图中：1-储液箱，2-泵，3-电动三通阀a，4-压缩机组a，5-单向阀a，6-调节阀a，7-电动三通阀b，8-压缩机组b，9-单向阀b，10-调节阀b，11-负载，4.1-风机a，4.2-散热器a，4.3-冷凝器a，4.4-节流元件a，4.5-换热器a，4.6-压缩机a，8.1-风机b，8.2-散热器b，8.3-冷凝器b，8.4-节流元件b，8.5-换热器b，8.6-压缩机b。

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。

参照图1，一种具有多套压缩机制冷和强制风冷单元的冷液机，包括储液箱、泵、电动三通阀a、电动三通阀b、压缩机组a、压缩机组b、单向阀a、单向阀b、调节阀a、调节阀b和负载，压缩机组a有压缩机a、冷凝器a、节流元件a、换热器a、散热器a和风机a，压缩机组b有压缩机b、冷凝器b、节流元件b、换热器b、散热器b和风机b，储液箱的入口端和负载出口相连，储液箱的出口端和泵的入口相连，泵的出口并联电动三通阀a和电动三通阀b的各自入口，电动三通阀a和电动三通阀b的出口分别形成2条分支，电动三通阀a的第一通道出口连接散热器a的进口，散热器a的出口连接单向阀a的进口，电动三通阀a的第二通道出口和换热器a的第二通道入口相连，换热器a的第二通道出口和调节阀a的入口相连，调节阀a的出口与单向阀a的出口汇合后连接负载入口，电动三通阀b的第一通道出口连接散热器b的进口，散热器b的出口连接单向阀b的进口，电动三通阀b的第二通道出口和换热器b的第二通道入口相连，换热器b的第二通道出口和调节阀b的入口相连，调节阀b的出口与单向阀b的出口汇合后连接负载入口。

调节阀a和调节阀b用于调节支路流阻，使电动三通阀a和电动三通阀b切换时总流阻保持相当，不影响供液流量。

冷凝器a、冷凝器b、散热器a和散热器b为风冷型翅片管式换热器或微细通道换热器，冷凝器a和冷凝器b内部为制冷剂，散热器a和散热器b内部为冷却液，冷凝器a和散热器a在外部结构上形成一个组合体，共用风机a；冷凝器b和散热器b外部结构上也形成一个组合体，共用风机b。

电动三通阀a和电动三通阀b采用开关型时，可实现一般控制；采用调节型时，可进一步实现精确比例控制，电动三通阀a和电动三通阀b均为一进二出。

压缩机组a、压缩机组b作为2个基本单元，其压缩机制冷工作依据需要可细化扩展。

换热器a和换热器b为板式换热器、壳管式换热器或套管式换热器。

依据环境温度，划分低温、中温和高温3个温度段（如：―40℃～0℃、－7℃～25℃、18℃～60℃），段与段之间预留温度容差，其中在低温段压缩机a和压缩机b不工作，高温段散热器a和散热器b不工作，然后再依据负载大小分别启动相应的3组工作模式。

低温段：无负载时，电动三通阀a和电动三通阀b均切换到第二通道；半负载时，将其中一只电动三通阀切换到第一通道并启动对应风机，实现旁通；全负载时，电动三通阀a和电动三通阀b均切换到第一通道，启动风机a和风机b均投入工作。

中温段：无负载或很小时，电动三通阀a和电动三通阀b均切换到第一通道，启动风机a和风机b均投入工作；半负载时，将其中一只电动三通阀切换到第二通道并启动对应压缩机工作，从而实现“一套散热器+一套压缩机组”复合工作模式；全负载时，电动三通阀a和电动三通阀b均切换到第二通道，风机a、风机b、压缩机a和压缩机b均投入工作。

高温段：无负载时，电动三通阀a和电动三通阀b均切换到第二通道，风机a、风机b、压缩机a和压缩机b停止；半负载时，将其中一套风机和压缩机投入工作；全负载时，风机a、风机b、压缩机a和压缩机b均投入工作。

本发明进一步阐述如下：

为负载提供稳定的流量和压力，作为冷液机是非常有必要的。设计时校核低温段冷却液的流阻尤其重要，主要是因为液体运动粘度的影响。如在―40℃低温环境下启动，换热器a和换热器b因管径小又暴露在室外，流阻陡增几十倍，这对泵的启动会造成很大的负面影响。为此，可按下面a)供液流程步骤先行启动，可减小启动阻力。

将环境温度划分为低、中、高3个温度段，并进入相应的工作模式，开启泵。

低温段无负载时：风机a和风机b停止，供液流程：

a)储液箱→泵→电动三通阀a→换热器a→调节阀a→负载→储液箱；

b)储液箱→泵→电动三通阀b→换热器b→调节阀b→负载→储液箱；

低温段半负载时：若选风机a工作，风机b停止，供液流程：

c)储液箱→泵→电动三通阀a→散热器a→单向阀a→负载→储液箱；

d)储液箱→泵→电动三通阀b→换热器b→调节阀b→负载→储液箱；

低温段全负载时：风机a和风机b工作，供液流程：

e)储液箱→泵→电动三通阀a→散热器a→单向阀a→负载→储液箱；

f)储液箱→泵→电动三通阀b→散热器b→单向阀b→负载→储液箱；

中温段无负载时：风机a和风机b工作，压缩机a和压缩机b停止，供液流程同c)条。

中温段半负载时：若选风机a、风机b和压缩机a工作，压缩机b停止，供液流程：

g)储液箱→泵→电动三通阀a→换热器a→调节阀a→负载→储液箱；

h)储液箱→泵→电动三通阀b→散热器b→单向阀b→负载→储液箱；

中温段全负载时：风机a、风机b、压缩机a、压缩机b工作，供液流程同a)条。

高温段无负载时：风机a、风机b、压缩机a、压缩机b停止，供液流程同a)条。

高温段半负载时：若选风机a和压缩机a工作，风机b和压缩机b停止，供液流程同a)条。

高温段全负载时：风机a、风机b、压缩机a、压缩机b工作，供液流程同a)条。

若出现有选择时，通常的做法是启动积累工作时间短的器件，以均衡各器件的工作寿命，实现轮询工作。

在每个状态下，具体供液温度的控制，可依据具体情况实施，如，在高温段全负载状态下，供液温度降至所要求的下限时，可进行压缩机卸载或停机或变频或旁通等等措施加以控制，这里不再赘述。

由于中温段（如－7℃～25℃）在国内全年占比可望超过40%，意味着这种方式经常会启用。以往做法是强制风冷不行就切换到压缩机制冷，造成功耗增加。例如，环境温度10℃，供液温度20℃，负载1000kw，其中一套强制风冷完成400kw散热量，另一套压缩机制冷完成600kw制冷量，若压缩机cop为5.0，则压缩机功耗为120kw，设二组风机总功耗为100kw，则两部分功耗合计220kw。若用二套压缩机方案，每套完成500kw制冷量，则合计功耗为300kw，可以看出，运行“一套散热器+一套压缩机组”的复合模式，节省约26.7%电能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。