一种大负载恒温供液冷却装置及控温方法与流程

1.本发明涉及液冷系统领域，具体涉及一种大负载恒温供液冷却装置及控温方法。


背景技术：

2.随着电子设备体积功率的剧增，元器件空间集成度越来越复杂，其热流密度也在不断增加，继而对这些长时间持续发热元件、设备的散热需求越发紧迫。传统的自然冷却或强迫风冷方式仅对热流密度较小或发热源数量较少的设备效果显著，对于发热源数量过多且位置比较分散的大负载设备，风冷方式往往达不到期望的散热要求。而液体循环冷却技术由于具有较高的换热系数、稳定的工作能力以及低噪音等优势，逐渐成为大负载、集成电子设备冷却的第一选择。
3.液体循环冷却技术能够为热负载持续提供一定温度、流量、压力的冷却液，对热负载局部进行持续降温，为整个集成系统创造出稳定且良好的工作环境，使其得以连续工作。该技术的核心内容是蓄冷、控温、供液三者之间的协调与控制，以达到最高效的散热需求。


技术实现要素：

4.为了克服传统风冷对多热源、高热流密度设备散热能力不足的缺陷，且针对现有的常规液冷系统通常对大型负载设备冷却控温不稳定的现象，本发明通过提供一种新的温控策略与恒温供液装置设计，可满足对大负载设备持续恒温供液的冷却需求。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.一种大负载恒温供液冷却装置，包括相互独立且协同作用的蓄冷单元、温控单元、供液单元；
7.所述蓄冷单元a包括制冷主机、蓄冷水箱、蓄冷循环泵通过管路构成循环回路；
8.所述温控单元包括换热器、缓冲水箱、第二电动二通调节阀、温控循环泵、电动三通调节阀；
9.所述供液单元包括缓冲水箱、负载、第一电动二通调节阀、电动三通调节阀；
10.所述温控单元、供液单元的管路上均安装有若干温度传感器，温控单元的管路上安装有流量传感器；
11.所述大负载恒温供液冷却装置以换热器为纽带，根据供回液管路中各温度传感器及流量传感器的反馈，调节温控单元中温控循环泵频率及第二电动二通调节阀、电动三通调节阀的开度，继而调节进入换热器内冷、热流体的流量进行热交换，最终使缓冲水箱内液体始终维持在设定温度范围之内，达到良好的温度控制效果，继而能够对负载设备提供持续可靠的恒温冷却液。
12.作为上述方案的优选，所述温控单元以换热器为核心形成两组循环回路；
13.蓄冷水箱、换热器、第二电动二通调节阀、温控循环泵通过管路连接形成一组循环回路；
14.换热器、缓冲水箱、电动三通调节阀、流量传感器通过管路连接形成另一组回路。
15.作为上述方案的优选，所述供液单元还包括待机小泵、电加热、第一供液泵、第二供液泵；缓冲水箱、待机小泵、负载、电加热、第一电动二通调节阀、第一供液泵、第二供液泵、电动三通调节阀、流量传感器通过管路连接形成循环回路。
16.作为上述方案的优选，所述待机小泵、第一供液泵、第二供液泵、温控循环泵均为变频泵。
17.作为上述方案的优选，所述蓄冷单元、温控单元、供液单元均包括多套节流装置。
18.作为上述方案的优选，所述蓄冷水箱、缓冲水箱内均设置温度传感器和液位计。
19.作为上述方案的优选，所述第一电动二通调节阀、电动三通调节阀、第二电动二通调节阀均为比例调节型电动阀。
20.作为上述方案的优选，蓄冷单元a、温控单元b、供液单元c的供液管路上均装有压力表。
21.一种大负载恒温供液冷却装置的控温方法，包括以下步骤：
22.步骤1：蓄冷单元中制冷主机使蓄冷水箱中液体维持稳定的低温，其温度自主设定调节，蓄冷水箱内设有温度传感器和液位计，通过温度和液位计算系统储存的冷量；
23.步骤2：供液单元中缓冲水箱为负载提供恒定温度、可变流量的冷却液；其中：对于热流密度小的热负载，依靠待机小泵和第一电动二通调节阀旁通调节进行低流量供液；对于热流密度大的热负载，通过比较设定流量和总回液流量来自动判断第一供液泵和第二供液泵的启停和频率；
24.步骤3：根据缓冲水箱内温度传感器、液位计及管路上的流量传感器、第五温度传感器的反馈，控制电动三通调节阀的开度，进而调节热端进入换热器的流量。即对负载降温后的冷却液，经电动三通调节阀分流，一路直接流回缓冲水箱，另一路与换热器内低温液体热交换后，再流回至缓冲水箱；
25.步骤4：温控单元中蓄冷水箱内低温液体通过温控循环泵变频调节进入换热器的冷流体流量，并经第二电动二通调节阀旁通对流量进一步调节，再与供液单元c中回液进行热交换；
26.步骤5：温控单元中电动三通调节阀根据管路上的温度传感器及流量传感器的反馈，调节回液进入换热器的流量，与蓄冷单元中低温液体进行热交换，继而维持缓冲水箱内的冷却液温度稳定；
27.步骤6：电加热根据缓冲水箱内温度传感器和管路上的第三温度传感器的反馈，对回液进行热补偿，进一步确保缓冲水箱内冷却液温度稳定；
28.步骤7：蓄冷单元、温控单元、供液单元中形成多个循环回路。
29.由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：
30.(1)本发明通过提出新的控温策略、设计恒温供液装置，解决了现有液冷系统对大负载设备冷却过程中控温不稳定、供液流量不足等缺点，具有很大的实用价值；
31.(2)两级水箱蓄冷、供冷相互协调，温控效果良好；
32.(3)适用于高热流密度、大流量冷却需求的大型负载设备；
33.(4)恒温供液稳定可靠，操作简单。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
35.图1为本发明的结构原理图；
36.其中，a-蓄冷单元；b-温控单元；c-供液单元；1-制冷主机，2-第一节流装置，3-蓄冷水箱，4-第二节流装置，5-第三节流装置，6-第一温度传感器，7-换热器，8-第二温度传感器，9-缓冲水箱，10-第三节流装置，11-第四节流装置，12-待机小泵，13-第五节流装置，14-第三温度传感器，15-负载，16-第四温度传感器，16-电加热，17-第一电动二通调节阀，18-第一供液泵，19-第二供液泵，20-第六节流装置，21-电动三通调节阀，22-第七节流装置，23-流量传感器，24-第五温度传感器，25-第六温度传感器，26-第二电动二通调节阀，27-第八节流装置，28-温控循环泵，29-第九节流装置，30-第十节流装置，31-第十一节流装置，32-蓄冷循环泵。
具体实施方式
37.下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
38.如图1所示，本实施例提供一种大负载恒温供液冷却装置，包括相互独立且协同作用的蓄冷单元a、温控单元b、供液单元c。
39.其中：
40.蓄冷单元a包括制冷主机1、第一节流装置2、蓄冷水箱3、第十一节流装置31、蓄冷循环泵32及管路上压力表构成循环回路；
41.温控单元b的核心为换热器7，蓄冷水箱3、第二节流装置4、第三节流装置5、第一温度传感器6、换热器7、第六温度传感器25、电动二通调节阀26、第八节流装置27、温控循环泵28、第九节流装置29、第十节流装置30通过管路连接形成循环回路；换热器7、第二温度传感器8、缓冲水箱9、电动三通调节阀21、第七节流装置22、流量传感器23、第五温度传感器24通过管路连接形成回路；
42.供液单元c由缓冲水箱9、第三节流装置10、第四节流装置11、待机小泵12、第五节流装置13、第三温度传感器14、负载15、第四温度传感器16、电加热16、第一电动二通调节阀17、第一供液泵18、第二供液泵19、第六节流装置20、电动三通调节阀21、第七节流装置22、第五温度传感器24通过管路连接形成循环回路。
43.在蓄冷单元a中，通过制冷主机1的制冷功能使蓄冷水箱3内部液体始终维持在低温状态，为温控单元中的换热器7提供冷源，蓄冷水箱3中的低温液体经换热器7后流回蓄冷水箱3；在供液单元c中，缓冲水箱9内冷却液对负载15进行液冷后温度升高，再通过换热器7与蓄冷水箱3中的低温液体热交换后流回缓冲水箱9；其中，温控单元b的第二电动二通调节阀26和电动三通调节阀21根据供回液管路上温度传感器(第一温度传感器6、第二温度传感器8、第五温度传感器24、第六温度传感器25)、流量传感器23的反馈自动调节开度，继而调节冷、热流体进入换热器7的流量，使得缓冲水箱9内冷却液能始终维持在供液温度波动范围之内，达到控温目的，继而达到持续不断对负载恒温液冷的效果。
44.在本实施例中，蓄冷单元a、温控单元b、供液单元c的供液管路上均装有压力表
。
45.在本实施例中，所述待机小泵12、第一供液泵18、第二供液泵19、温控循环泵28均为变频泵。
46.在本实施例中，所述蓄冷水箱3、缓冲水箱9内均设置有温度传感器和液位计。
47.在本实施例中，所述第一电动二通调节阀17、电动三通调节阀21、第二电动二通调节阀26均为比例调节型电动阀。
48.本实施例的大负载恒温供液冷却装置以换热器7为纽带，根据供回液管路中各温度传感器及流量传感器的反馈，调节温控单元b中温控循环泵28频率及第二电动二通调节阀26、电动三通调节阀21的开度，继而调节进入换热器7内冷、热流体的流量进行热交换，最终使缓冲水箱9内液体始终维持在设定温度范围之内，达到良好的温度控制效果，继而能够对负载15设备提供持续可靠的恒温冷却液。
49.本实施例还提供一种大负载恒温供液冷却装置的控温方法，包括：
50.步骤1：蓄冷单元a中制冷主机1使蓄冷水箱3中液体维持稳定的低温，其温度可以自主设定调节，蓄冷水箱3内设有温度传感器和液位计，通过温度和液位可计算系统储存的冷量；
51.步骤2：供液单元c中缓冲水箱9为负载15提供恒定温度、可变流量的冷却液。其中：对于热流密度小的热负载，可依靠待机小泵12和第一电动二通调节阀17旁通调节进行低流量供液；对于热流密度大的热负载，可通过比较设定流量和总回液流量来自动判断第一供液泵18和第二供液泵19的启停和频率；
52.步骤3：根据缓冲水箱9内温度传感器、液位计及流量传感器23、第五温度传感器24的反馈，控制电动三通调节阀21的开度，进而调节热端进入换热器7的流量。即对负载15降温后的冷却液，经电动三通调节阀21分流，一路直接流回缓冲水箱9，另一路与换热器7内低温液体热交换后，再流回至缓冲水箱9；
53.步骤4：温控单元b中蓄冷水箱3内低温液体通过温控循环泵28变频调节进入换热器7的冷流体流量，并可经第二电动二通调节阀26旁通对流量进一步调节，再与供液单元c中回液(热流)进行热交换；
54.步骤5：温控单元b中电动三通调节阀21根据第五温度传感器24、第二温度传感器8及流量传感器23的反馈，调节回液(热流)进入换热器7的流量，与蓄冷单元a中低温液体(冷流)进行热交换，继而维持缓冲水箱9内的冷却液温度稳定；
55.步骤6：电加热16根据缓冲水箱9内温度传感器和第三温度传感器14的反馈，对回液进行热补偿(主要用于首次供液循环和低温环境中)，进一步确保缓冲水箱9内冷却液温度稳定；
56.步骤7：蓄冷单元a、温控单元b、供液单元c中形成多个循环回路。
57.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。