[發(fā)明專利]一種泵驅(qū)兩相流體回路用兩級控溫裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610842895.2
• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN106325322B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于新剛;徐侃;苗建印
• 申請（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計部
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心11120
• 代理人: 李愛英,郭德忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泵驅(qū)兩相流體回路用兩級控溫裝置。

背景技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理的需求日益增長，對數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器的運算速度和性能都提出了更高的要求，而溫度控制已經(jīng)成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。

第一代的數(shù)據(jù)中心采用風(fēng)冷的方式，單個機柜的功率一般3～4kW，第二代采用水冷和風(fēng)冷結(jié)合的方式，機柜的功率可以達到30kW，當(dāng)機柜的功耗繼續(xù)增大，單相水冷的方式難以實現(xiàn)對其良好的溫度控制，國內(nèi)外未來數(shù)據(jù)中心的新一代散熱技術(shù)均著眼于泵驅(qū)兩相流體回路系統(tǒng)。

泵驅(qū)兩相流體回路系統(tǒng)是利用工質(zhì)在循環(huán)流動過程中的蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱過程，進行熱量收集、輸運的熱控系統(tǒng)。泵驅(qū)兩相流體回路系統(tǒng)的原理如圖1所示。系統(tǒng)中的工質(zhì)在循環(huán)泵的驅(qū)動下流動進入蒸發(fā)器，在進入蒸發(fā)器后工質(zhì)吸收熱量由液態(tài)單相變成汽液兩相狀態(tài)，然后兩相流體經(jīng)過冷凝器釋放熱量后由汽液兩相狀態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)單相，之后再進入循環(huán)泵，然后又進入蒸發(fā)器，如此往復(fù)。

泵驅(qū)兩相流體回路系統(tǒng)的控溫目前主要采用儲液器控溫的方式，儲液器即控溫裝置，這種控溫方式來源于環(huán)路熱管(LHP)，其原理如下：儲液器中工質(zhì)處于兩相平衡狀態(tài)時，其飽和壓力和溫度之間存在對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)儲液器內(nèi)工質(zhì)溫度變化時其內(nèi)的飽和壓力會發(fā)生變化，系統(tǒng)中其他位置的壓力也發(fā)生變化；系統(tǒng)中蒸發(fā)器與冷凝器的飽和壓力改變，進而蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度和冷凝器的冷凝溫度隨之改變；另外，若儲液器內(nèi)壓力變大，儲液器中的工質(zhì)就會壓入冷凝器內(nèi)，導(dǎo)致冷凝器的冷凝段長度變小，所以通過對儲液器的溫度進行控制實現(xiàn)了對整個回路系統(tǒng)的溫度控制。系統(tǒng)的溫度控制依賴于對儲液器氣液界面溫度的準(zhǔn)確控制，當(dāng)系統(tǒng)的規(guī)模比較小時這種方式比較容易實現(xiàn)，對于LHP一般規(guī)模均比較小，如圖1中所示。然而當(dāng)泵驅(qū)兩相流體系統(tǒng)的規(guī)模比較大，特別是溫度變化范圍比較寬時，系統(tǒng)高低溫變化時引起的儲液器內(nèi)工質(zhì)體積變化比較大，液位不斷波動，此時就需要容積比較大的儲液器來滿足大規(guī)模系統(tǒng)溫度變化的需求，這時由于儲液器容積增大，其內(nèi)出現(xiàn)加熱不均勻的問題，并且儲液器內(nèi)液位的變化給系統(tǒng)溫度的準(zhǔn)確控制帶來困難，且對其進行控溫需要消耗大量能量。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，針對大規(guī)模泵驅(qū)兩相流體回路溫度精確控制的技術(shù)難點，本發(fā)明提供了一種泵驅(qū)兩相流體回路用兩級控溫裝置，將泵驅(qū)兩相流體回路系統(tǒng)中原有儲液器的控溫與補償工質(zhì)高低溫體積變化兩個功能分離，實現(xiàn)對系統(tǒng)溫度的準(zhǔn)確控制。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:

本發(fā)明的泵驅(qū)兩相流體回路用兩級控溫裝置為儲液器，所述儲液器包括大儲罐與小儲罐；其中大儲罐內(nèi)的工質(zhì)量由泵驅(qū)兩相流體回路系統(tǒng)中兩相回路的容積和系統(tǒng)的工作溫度范圍確定，大儲罐容積由大儲罐內(nèi)的工質(zhì)量確定；小儲罐容積為大儲罐容積的1/20～1/30，并結(jié)合系統(tǒng)選擇的工質(zhì)種類確定小儲罐的最終容積；大儲罐頂部與小儲罐頂部連接，大儲罐底部與泵驅(qū)兩相回路的主回路連接；所述控溫裝置開始工作時，小儲罐內(nèi)的工質(zhì)處于兩相平衡狀態(tài)；小儲罐內(nèi)布置有溫控器，用于控制小儲罐內(nèi)工質(zhì)氣液界面的溫度。

進一步地，本發(fā)明的泵驅(qū)兩相流體回路用兩級控溫裝置中大儲罐和小儲罐頂部之間的管路上設(shè)置閥門。

進一步地，大儲罐和小儲罐底部之間通過管路連接，并設(shè)置閥門。

進一步地，本發(fā)明的泵驅(qū)兩相流體回路用兩級控溫裝置中所述溫控器為熱電制冷片。

有益效果：

(1)本方法將泵驅(qū)兩相流體回路系統(tǒng)中原有儲液器的控溫與補償工質(zhì)高低溫體積變化兩個功能分離，容積較大的大儲罐內(nèi)工質(zhì)的液位隨系統(tǒng)溫度變化而變化，補償系統(tǒng)溫度變化引起的工質(zhì)體積變化；容積較小的小儲罐用來控溫，其內(nèi)工質(zhì)的液位不隨系統(tǒng)溫度變化。由于小儲罐體積較小，所以其溫度均勻性好，系統(tǒng)容易獲得更高的控制精度。

(2)由于只是控制小儲罐的工質(zhì)溫度，因此控溫所需的功率小，節(jié)約了能量。

(3)由于只是控制小儲罐的工質(zhì)溫度，因此控溫后的溫度變化反應(yīng)迅速，響應(yīng)時間短。

附圖說明

圖1為泵驅(qū)兩相流體回路系統(tǒng)原理圖。

圖2為泵驅(qū)兩相流體回路用兩級控溫裝置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明提供了一種泵驅(qū)兩相流體回路用兩級控溫裝置，將泵驅(qū)兩相流體回路系統(tǒng)中原有儲液器的控溫與補償工質(zhì)高低溫體積變化兩個功能分離，實現(xiàn)對系統(tǒng)溫度的準(zhǔn)確控制。