CN115200258A - 一种恒温液冷系统及恒温液冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒温液冷系统及恒温液冷方法，应用在冷却技术领域，针对定频压缩机频繁启停会影响压缩机的使用寿命的问题，其技术方案要点是：包括冷却液循环模块，用于向负载设备输送特定流量、温度和压力的冷却液；冷媒循环模块，为冷却液循环模块提供低温或高温制冷剂，冷媒循环模块包括用于压缩制冷剂的定频压缩机、设置于定频压缩机高压侧的冷媒制冷管路和冷媒制热管路，冷媒制冷管路与冷媒制热管路并联；温度采集模块，用于实时采集冷却液的温度；控制模块，控制模块与冷却液循环模块、冷媒循环模块、温度采集模块电信号连接；具有的技术效果是实现了定频压缩机的不间断运行，防止定频压缩机频繁启停影响其使用寿命和控温的稳定性。

Description

一种恒温液冷系统及恒温液冷方法

技术领域

本发明涉及冷却设备技术领域，更具体地说，它涉及一种恒温液冷系统及恒温液冷方法。

背景技术

在采用制冷剂作为载冷剂的小型工业冷却系统中，通常需要利用冷却设备对负载设备降温，工作原理是通过控制定频制冷压缩机启停或者选用变频压缩机进行冷却液的温度控制，将特定流量、温度、压力的冷却液输送到负载设备设备中进行换热。定频压缩机主要通过控制板通断电来实现压缩机启停控制温度，在制冷温度达到设定温度时，压缩机停止工作，温度回升压缩机再次启动制冷；定频压缩机频繁启停会影响压缩机的使用寿命，且控温过程中因压缩机的频繁启停产生的瞬时电流会对周边其他电气部件产生影响, 尤其对于电磁兼容性要求高的应用场景其影响较大；若使用变频压缩机，其配套部件成本较高。

因此，提出一种恒温液冷系统及恒温液冷方法以实现定频压缩机的不间断运行，同时保持温度控制的稳定性成为需要解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种恒温液冷系统及恒温液冷方法，其优点是实现了定频压缩机的不间断运行，防止定频压缩机频繁启停影响其使用寿命和控温的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种恒温液冷系统，包括:

冷却液循环模块，用于向负载设备输送特定流量、温度和压力的冷却液，所述冷却液循环模块内设置有冷却液循环管路、冷却液供液口和冷却液回液口，所述冷却液循环管路内设置有循环流动的冷却液，所述冷却液由冷却液供液口进入负载设备进行热量交换后由冷却液回液口回到冷却液循环模块内，所述冷却液循环模块包含一用于对冷却液进行加热或制冷的换热器；

冷媒循环模块，用于为所述冷却液循环模块提供低温或高温制冷剂，所述冷媒循环模块包括用于压缩制冷剂的定频压缩机、设置于所述定频压缩机高压侧的冷媒制冷管路和冷媒制热管路，所述冷媒制冷管路与冷媒制热管路并联，所述冷媒制冷管路与冷媒制热管路远离定频压缩机的一端连通蒸发器；所述蒸发器与换热器为同一部件；所述冷媒制冷管路、冷媒制热管路相互独立，且二者不同时运行；

温度采集模块，用于实时采集冷却液的温度；

控制模块，所述控制模块与冷却液循环模块、冷媒循环模块、温度采集模块电信号连接。

通过上述技术方案，冷却液循环模块将特定温度、流量、压力的冷却液输入负载设备内对负载设备进行冷却或加热；冷媒循环模块通过定频压缩机对制冷剂进行压缩，通过冷媒制冷管路和冷媒制热管路控制定频压缩机内的高温高压气体的流动方向，使特定的制冷剂在蒸发器内与冷却液进行热交换，从而控制冷却液的温度；冷媒循环模块中的冷媒制冷管路与冷媒制热管路并联设置，二者分别独立工作，互不影响，由于冷却液循环模块循环不断的对负载设备进行降温或加热，蒸发器和换热器为同一部件，使得本系统结构更加简化、紧凑，减少制冷剂和冷却液的移动行程，减少热量损耗，提高换热效率；冷却液的温度处于波动状态，温度采集模块实时采集冷却液的温度，控制模块通过冷却液加热或冷却的需求来控制冷媒制冷管路或冷媒制热管路的启闭，使得定频压缩机始终处于不间断的工作状态，无需反复启停，有利于延长定频压缩机的使用寿命和控温的稳定性，确保冷却液的温度始终控制在稳定的范围内，控温效果好。

进一步的，所述冷却液循环模块还包括用于储存冷却液的储液罐和液体循环泵，所述液体循环泵设置于冷却液供液口与储液罐之间，用于将冷却液输送至冷却液供液口；所述温度采集模块为温度传感器，所述温度传感器设置于储液罐内。

其有益效果在于：通过设置液体循环泵实现冷却液的输送，温度采集模块设置在储液罐内，有利于实时测量冷却液的温度，精确控温。

进一步的，所述冷媒制冷管路上依次串联设置有冷凝器、冷却电磁阀和热力膨胀阀，所述热力膨胀阀设置于冷媒制冷管路靠近蒸发器的一端，所述冷却电磁阀与控制模块电信号连接。

其有益效果在于：定频压缩机内的高温高压气体制冷剂进入冷凝器内，形成低温高压的液体，开启冷却电磁阀后，冷凝后的制冷剂经过热力膨胀阀进入蒸发器内，并在蒸发器内蒸发吸热变为低温低压的气态，该低温低压的气态能再次吸入压缩机内压缩，实现制冷循环。

进一步的，所述冷媒制热管路上依次串联设置有热气旁通电磁阀和热气旁通阀，所述热气旁通电磁阀与控制模块电信号连接。

其有益效果在于：冷媒制热管路能够将高温高压气体制冷剂输送至蒸发器，通过设置热气旁通电磁阀，当需要对冷却液升温时，开启热气旁通电磁阀，此时，定频压缩机内的高温高压气体经过热气旁通阀进入蒸发器内，在蒸发器内放热变为低温低压的气态，从而再次吸入压缩机内压缩，实现冷媒循环。

进一步的，所述蒸发器内设置有两组相互隔绝的流体通道，所述冷却液流经其中一组流体通道，所述制冷剂经过另一组流体通道与冷却液进行热交换。

进一步的，所述冷媒制冷管路上位于冷凝器与冷却电磁阀之间设置有冷媒干燥过滤器。

其有益效果在于：在制冷装置的管路中，加装冷媒干燥过滤器，能够有效吸附冷媒制冷管路中可能存在的水分及杂质，保护定频压缩机及阀件。

进一步的，所述冷却液供液口处设置有用于测量冷却液循环管路压力的压力表，所述冷却液回液口处设置有检测冷却液流量的流量开关。

其有益效果在于：通过设置压力表和流量开关对冷却液循环模块输送给负载装置的冷却液的压力和流量进行检测，实现冷却液的压力和流量的可监测性，用以判断液体循环泵的运行是否正常。

进一步的，所述储液罐的侧面设置有液位窗口，所述储液罐内设置有加热器，所述加热器的加热端浸入冷却液中，所述加热器与控制模块电连接。

其有益效果在于：通过设置液位窗口，方便操作人员观察储液罐内冷却液的液位高度，从而提醒操作人员及时添加冷却液；加热器的设置能够辅助加热，在更短的时间内提升冷却液的温度，提升加热效率。

进一步的，所述冷凝器为风冷冷凝器，所述制冷剂包含但不限于不饱和碳氢化合物制冷剂、共沸混合物制冷剂、无机化合物制冷剂、氟里昂制冷剂。

本发明还提供了一种恒温液冷方法，应用在上述恒温液冷系统中，包括以下步骤：

步骤1：在控制模块内设定目标温度、温度回差的数值；

步骤2：温度传感器实时采集冷却液温度，并将采集的信息传递至控制模块；

步骤3：控制模块根据获取的冷却液温度，对冷媒循环模块下达指令：

当冷却液温度高于目标温度时，开启冷媒制冷管路，将冷却液的温度下降至目标温度；

当冷却液温度低于目标温度时，开启冷媒制热管路，将冷却液的温度升高至目标温度；

当冷却液温度低于目标温度的数值超过温度回差时，同时开启冷媒制热管路和加热器，将冷却液的温度升高至目标温度。

通过上述技术方案，系统根据设定的目标温度来判断冷却液需要加热或冷却，从而使定频压缩机始终处于运行状态，无需反复启停，确保温度控制在稳定的范围内。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本方案通过设置温度采集模块实时检测冷却液的温度，并根据冷却液的温度与目标温度来判断冷却液需要加热或冷却；冷媒循环模块内并联设置有冷媒制冷管路和冷媒制热管路，二者可独立运行、互不干扰，冷却液与负载设备进行换热后回流到蒸发器内与制冷剂进行热交换，定频压缩机始终处于不间断的工作状态，无频繁启停现象，不会对其他电气设备产生不良影响，延长了定频压缩机的使用寿命；

2.本方案通过设置两组流体循环模块，实时对冷却温度进行控制调整，系统内各个部件合理布设，提高换热效率，温度控制精度高（±0.1 ℃），确保温度始终控制在稳定范围内。

附图说明

图1是本实施例的整体的原理框图。

图2是本实施例的控制模块的工作原理框图。

图中标记为：1、定频压缩机；2、高压侧针阀；3、冷媒高压开关；4、冷凝器；5、热气旁通电磁阀；6、热气旁通阀；7、冷媒干燥过滤器；8、冷却电磁阀；9、热力膨胀阀；10、冷媒低压开关；11、低压侧针阀；12、蒸发器；13、流量开关；14、储液罐；15、加热器；16、液位窗口；17、温度传感器；18、液体循环泵；19、压力表；20、冷却液回液口；21、冷却液供液口；22、负载设备；23、冷媒制热管路；24、冷媒制冷管路；25、冷却液循环管路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行详细描述。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：

参考图1、图2，一种恒温液冷系统，包括冷却液循环模块、冷媒循环模块、温度采集模块和控制模块，控制模块与冷却液循环模块、冷媒循环模块、温度采集模块电信号连接。

参考图1，冷却液循环模块的作用是向负载设备22输送特定流量、温度和压力的冷却液，冷却液循环模块内设置有冷却液循环管路25、冷却液供液口21和冷却液回液口20，冷却液循环管路25内设置有循环流动的冷却液，冷却液由冷却液供液口21进入负载设备22进行热量交换后由冷却液回液口20回到冷却液循环模块内；冷却液供液口21处设置有用于测量冷却液循环管路25压力的压力表19，冷却液回液口20处设置有用于检测冷却液流量的流量开关13；

冷却液循环模块包括用于储存冷却液的储液罐14、用于对冷却液进行热量交换的换热器和为冷却液的流动提供动力的液体循环泵18，液体循环泵18设置在冷却液供液口21与储液罐14之间，液体循环泵18可将冷却液输送至冷却液供液口21；储液罐14的侧面设置有液位窗口16，方便查看冷却液的液位情况，储液罐14内设置有加热器15，加热器15的加热端浸入冷却液中，加热器15与控制模块电连接，加热器15能够快速加热冷却液，提升加热效率。

参考图1，冷媒循环模块的作用是为冷却液循环模块提供低温或高温制冷剂，冷媒循环模块包括用于压缩制冷剂的定频压缩机1、设置在定频压缩机1高压侧的冷媒制冷管路24和冷媒制热管路23，冷媒制冷管路24与冷媒制热管路23并联，冷媒制冷管路24与冷媒制热管路23远离定频压缩机1的一端连通蒸发器12，冷媒制冷管路24、冷媒制热管路23相互独立，且二者不同时运行，当需要对冷却液加热时，冷媒制热管路23运行，反之，需要对冷却液降温时，冷媒制冷管路24运行，通过这种结构，使两个管路在运行时，各自形成独立的流体循环回路，不会互相干涉，能够使冷却液的加热和冷却过程的可控性更强，温度控制精度高、效果好；本方案中换热器与蒸发器12为同一部件，蒸发器12内设置有两组相互隔绝的流体通道，冷却液流经其中一组流体通道，制冷剂经过另一组流体通道与冷却液进行热交换；

定频压缩机1的低压侧的管路上串联设置有冷媒低压开关10和低压侧针阀11，低压侧针阀11是一种单向密封阀，其阀塞为针形，主要用作冷媒循环模块内的管路抽真空、加注冷媒或者外接压力表时使用，冷媒低压开关10用于防止定频压缩机1吸气压力过低的保护装置；定频压缩机1的高压侧设置有冷媒高压开关3和高压侧针阀2，冷媒高压开关3用于防止系统排气压力过高；

冷媒制冷管路24上依次串联设置有冷凝器4、冷却电磁阀8和热力膨胀阀9，热力膨胀阀9设置在冷媒制冷管路24靠近蒸发器12的一端，冷却电磁阀8与控制模块电信号连接；冷媒制热管路23上依次串联设置有热气旁通电磁阀5和热气旁通阀6，热气旁通电磁阀5与控制模块电信号连接；本实施例中的冷凝器4为风冷冷凝器，制冷剂为包含但不限于不饱和碳氢化合物制冷剂、共沸混合物制冷剂、无机化合物制冷剂、氟里昂制冷剂等。

当需要降低冷却液的温度时，热气旁通电磁阀5关闭，冷却电磁阀8开启，此时，制冷剂在定频压缩机1内被压缩成高温高压的气体，进入冷凝器4冷却后形成低温高压的液体，冷凝后的制冷剂通过热力膨胀阀9进入蒸发器12，在蒸发器12中蒸发吸热，此时制冷剂状态变为低温低压的气态，再次被吸入压缩机压缩，完成降温循环；当需要升高冷却液温度时，冷却电磁阀8关闭，热气旁通电磁阀5开启，制冷剂在定频压缩机1内被压缩成高温高压的气体，通过热气旁通阀6直接进入蒸发器12内，在蒸发器12中放热，换热后的制冷剂气体再次被吸入压缩机压缩，完成升温循环。

参考图1，冷媒制冷管路24上位于冷凝器4与冷却电磁阀8之间设置有冷媒干燥过滤器7，从冷凝器4内输出的制冷剂在进入蒸发器12之间先在冷媒干燥过滤器7内进行干燥过滤，能够有效吸附冷媒制冷管路24中可能存在的水分及杂质，保护定频压缩机1及阀件。

参考图1，温度采集模块用于实时采集冷却液的温度，温度采集模块设置在储液罐14内，本方案中的温度采集模块为温度传感器17，温度传感器17实时探测储液罐14内的冷却液的温度，并由控制模块对冷却液循环模块、冷媒循环模块进行控制，以实现冷却液温度的精确控制。

本系统包含冷媒循环模块和冷却液循环模块两组流体循环通道，系统运行时，冷媒循环模块为密闭的循环，其内部充注一定容量的制冷剂，能够向蒸发器12内输送低温或高温制冷剂，并在蒸发器12内吸收（或传递）热量，实现冷却液的冷却或加热；冷却液循环系统中的冷却液循环管路25与负载设备22连通，冷却液循环管路25内部加注有冷却液，系统运行时，液体循环泵18将储液罐14内的冷却液输送到负载设备22中与负载设备22进行换热，被换热的冷却液再回到蒸发器12中与制冷剂进行热交换，两组循环同时工作，确保温度始终控制在稳定范围内。

实施例2：

参考图1、图2，一种恒温液冷方法，应用在实施例1中的恒温液冷系统中，包括以下步骤：

步骤1：在控制模块内设定目标温度、温度回差的数值；

恒温液冷系统开启后，在控制模块内提前设定目标温度和温度回差的数值；

步骤2：温度传感器17实时采集冷却液温度，并将采集的信息传递至控制模块；

储液罐14内的温度传感器17实时探测冷却液的温度，并将采集到的温度信息传递给控制模块，控制模块根据目标温度的要求来判定需要加热或冷却；

步骤3：控制模块根据获取的冷却液温度，对冷媒循环模块下达指令：

当冷却液温度高于目标温度时，开启冷媒制冷管路24，将冷却液的温度下降至目标温度；

当冷却液温度低于目标温度时，开启冷媒制热管路23，将冷却液的温度升高至目标温度；

当冷却液温度低于目标温度的数值超过温度回差时，同时开启冷媒制热管路23和加热器15，将冷却液的温度升高至目标温度。

系统运行时，当储液罐14内的温度传感器17探测到的温度高于目标温度时，系统判断需要冷却，此时冷却电磁阀8打开，热气旁通电磁阀5关闭，定频压缩机1出口的高温排气经冷凝器4、热力膨胀阀9，进入蒸发器12进行蒸发吸热，以降低冷却液的温度；

当储液罐14内的温度传感器17探测到的温度低于目标温度时，系统判断需要加热，此时冷却电磁阀8关闭，热气旁通电磁阀5打开，定频压缩机1出口的高温排气直接通过热气旁通阀6进入蒸发器12进行放热，以提升冷却液的温度；如果温度传感器17检测到的温度低于目标温度的值大于温度回差时，控制模块控制加热器15启动对冷却液加热，提升冷却液的加热效率；上述过程中，定频压缩机1始终处于不间断的工作状态，无反复启停现象，不会对其他电气设备产生不良影响，延长了定频压缩机1的使用寿命，使温度始终控制在稳定范围内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种恒温液冷系统，其特征在于，包括：

冷却液循环模块，用于向负载设备(22)输送特定流量、温度和压力的冷却液，所述冷却液循环模块内设置有冷却液循环管路(25)、冷却液供液口(21)和冷却液回液口(20)，所述冷却液循环管路(25)内设置有循环流动的冷却液，所述冷却液由冷却液供液口(21)进入负载设备(22)进行热量交换后由冷却液回液口(20)回到冷却液循环模块内，所述冷却液循环模块包含一用于对冷却液进行加热或制冷的换热器；

冷媒循环模块，用于为所述冷却液循环模块提供低温或高温制冷剂，所述冷媒循环模块包括用于压缩制冷剂的定频压缩机(1)、设置于所述定频压缩机(1)高压侧的冷媒制冷管路(24)和冷媒制热管路(23)，所述冷媒制冷管路(24)与冷媒制热管路(23)并联，所述冷媒制冷管路(24)与冷媒制热管路(23)远离定频压缩机(1)的一端连通蒸发器(12)；所述蒸发器(12)与换热器为同一部件；所述冷媒制冷管路(24)、冷媒制热管路(23)相互独立，且二者不同时运行；

温度采集模块，用于实时采集冷却液的温度；

控制模块，所述控制模块与冷却液循环模块、冷媒循环模块、温度采集模块电信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种恒温液冷系统，其特征在于，所述冷却液循环模块还包括用于储存冷却液的储液罐(14)和液体循环泵(18)，所述液体循环泵(18)设置于冷却液供液口(21)与储液罐(14)之间，用于将冷却液输送至冷却液供液口(21)；所述温度采集模块为温度传感器(17)，所述温度传感器(17)设置于储液罐(14)内。

3.根据权利要求2所述的一种恒温液冷系统，其特征在于，所述冷媒制冷管路(24)上依次串联设置有冷凝器(4)、冷却电磁阀(8)和热力膨胀阀(9)，所述热力膨胀阀(9)设置于冷媒制冷管路(24)靠近蒸发器(12)的一端，所述冷却电磁阀(8)与控制模块电信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种恒温液冷系统，其特征在于，所述冷媒制热管路(23)上依次串联设置有热气旁通电磁阀(5)和热气旁通阀(6)，所述热气旁通电磁阀(5)与控制模块电信号连接。

5.根据权利要求4所述的一种恒温液冷系统，其特征在于，所述蒸发器(12)内设置有两组相互隔绝的流体通道，所述冷却液流经其中一组流体通道，所述制冷剂经过另一组流体通道与冷却液进行热交换。

6.根据权利要求5所述的一种恒温液冷系统，其特征在于，所述冷媒制冷管路(24)上位于冷凝器(4)与冷却电磁阀(8)之间设置有冷媒干燥过滤器(7)。

7.根据权利要求6所述的一种恒温液冷系统，其特征在于，所述冷却液供液口(21)处设置有用于测量冷却液循环管路(25)压力的压力表(19)，所述冷却液回液口(20)处设置有检测冷却液流量的流量开关(13)。

8.根据权利要求7所述的一种恒温液冷系统，其特征在于，所述储液罐(14)的侧面设置有液位窗口(16)，所述储液罐(14)内设置有加热器(15)，所述加热器(15)的加热端浸入冷却液中，所述加热器(15)与控制模块电连接。

9.根据权利要求3-8任一所述的一种恒温液冷系统，其特征在于，所述冷凝器(4)为风冷冷凝器，所述制冷剂包含但不限于不饱和碳氢化合物制冷剂、共沸混合物制冷剂、无机化合物制冷剂、氟里昂制冷剂。

10.一种恒温液冷方法，其特征在于，应用在权利要求9所述的一种恒温液冷系统中，包括以下步骤：

步骤1：在控制模块内设定目标温度、温度回差的数值；

步骤2：温度采集模块实时采集冷却液温度，并将采集的信息传递至控制模块；

步骤3：控制模块根据获取的冷却液温度，对冷媒循环模块下达指令：

当冷却液温度高于目标温度时，开启冷媒制冷管路(24)，将冷却液的温度下降至目标温度；

当冷却液温度低于目标温度时，开启冷媒制热管路(23)，将冷却液的温度升高至目标温度；

当冷却液温度低于目标温度的数值超过温度回差时，同时开启冷媒制热管路(23)和加热器(15)，将冷却液的温度升高至目标温度。

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