CN113916569B - 散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置 - Google Patents

散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于车辆工程技术领域，具体涉及一种散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置。所述装置包括：第一流量计、粗滤、第一三通、第一手动阀门、精滤、第一温度传感器、第二手动阀门、第二温度传感器、水水换热器、第三温度传感器、第四温度传感器、第一阀门、储水箱、第二流量计、水泵、第二阀门、第三手动阀门、第二三通；本发明装置可以解决开式设备冷水中水锈和泥沙多，导致冷却循环水量不足，进而引起设备过热，设备维护成本高的问题，提高了设备冷却水控制精度，进而提高散热器环境舱温度的控制精度，减少热平衡时间，提高试验效率，降低试验成本，具有较好的工程应用价值。

Description

散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置
技术领域
本发明属于车辆工程技术领域，具体涉及一种散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置。
背景技术
在散热器散热性能试验中，有开式冷却风道和闭式冷却风道两种模式。由于开式冷却风道制造成本低，在过去应用较多。但是开式冷却风道的环境温度不可控且不稳定，导致散热器热平衡精度相对较差。而闭式冷却风道可以对环境温度进行精确控制，因此得到了越来越多的应用。采用闭式冷却风道需要对散热器的冷却空气入口温度(散热器冷风入口的环境间温度)进行精确控制，以保障散热器有稳定的冷却空气进口温度，以提升散热器热平衡精度和热平衡速度。由于采用闭式冷却风道，其原理是冷却空气通过散热器后温度升高，高温空气通过水-空冷却器和空调***冷却后再返回散热器冷风入口的环境间，通过PID控制使环境温度稳定。由于装甲车辆散热器散热量很大，需要的冷却水流量很大，同时为了提高温度控制精度，需要冷却水流量相对稳定。开式冷却水与大气直接接触，清洁度较差，采用开式冷却水对设备冷却一小段时间后，冷却水的过滤器就会堵塞，堵塞严重时就会导致冷却水流量不足，无法把环境温度降低到所需的温度，无法进行试验，必须停机进行过滤器的清理。同时由于堵塞，设备冷却水流量变得不稳定，致使环境温度控制精度下降，影响试验热平衡精度。因此设备冷却水的清洁和冷却水流量的稳定，是满足散热器散热性能试验要求的重要保障。
现有的技术方案中，很多设备在工作时采用冷却水来降温，为了节约成本，很多设备的冷却水采用开式冷却***。如图1所示，是一般设备开式冷却***的冷却水循环原理图。
设备的冷却水从水塔冷却水进水管通过管路连接到流量计101的进口，经过流量计出口通过管路连接到粗滤102进口，经过过粗滤后通过管路连接到三通103。
经过三通103后分成两路；其中一路回路1为：在三通103的一个出口通过管路连接到一个手动阀门104，经过手动阀门104后通过管路连接到三通105的一个口；另外一路回路2为：在三通103的另一个出口通过管路连接到一个手动阀门108，经过手动阀门108后通过管路连接到精滤107进口，经过精滤后通过管路连接到手动阀门106的进口，经过手动阀门106后连接到三通105的另一个进口。两路在三通105汇聚后经过三通105的出口通过管路连接到设备的冷却水进口A，通过设备后从设备的冷却水出口B经过管路连接到手动阀门109的进口，经过手动阀门109后通过管路连接到水塔冷却水回水管。完成一个设备冷却循环。使用时可以使用回路1，也可以使用回路2。运行时，关闭阀门106和阀门108，打开阀门104，则回路1运行；关闭阀门104，打开阀门106和阀门108，则回路2运行。
上述方案是比较常用的设备冷却水循环的方式，同时为了降低成本，很多冷却水循环的水管没有采用不锈钢管，而是普通钢管。由于采用了开式的设备冷却水塔，因此，冷却水中会有大量泥沙产生，普通钢管用久了之后会产生水绣，在设备运行时，如果让冷却水通过回路1进入设备，冷却水的清洁度达不到设备的要求，造成设备冷却装置被泥沙及水锈污染。
为了解决该问题，增加了回路2，回路2增加了精滤107，经过精滤过滤后，进入设备的泥沙及水锈大大降低，但是由于泥沙及水锈量大，精滤使用不到1周就会堵塞，使得流量达不到设备冷却要求的水流量，必须对精滤的滤芯进行更换，更换非常麻烦，浪费试验时间，而且更换费用较高，更大大降低了设备的使用效率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种特种车辆冷却***散热器散热性能试验用的开式设备冷却水清洁和流量稳定改进装置。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，所述装置包括：第一流量计1、粗滤2、第一三通3、第一手动阀门4、精滤5、第一温度传感器6、第二手动阀门7、第二温度传感器8、水水换热器9、第三温度传感器10、设备11、第四温度传感器12、第一阀门13、储水箱14、第二流量计15、水泵16、第二阀门17、第三手动阀门18、第二三通19；
所述装置内设有室内冷却水闭式循环回路，该回路是设备冷却水主要回路，将其定义为第一回路；所述第一回路的循环过程是冷却水通过水泵16出口送出，进入第二阀门17，经过第二阀门17后，进入水水换热器9第一进口E，冷却水经过水水换热器9降温后水从水水换热器9第一出口D流出，从水水换热器9第一出口D流出的冷却水进入设备的入水口A，对设备11进行冷却；
冷却水经过设备11后，从设备11的出水口B流出，通过管路流向第二三通19的第一个口，通过第二三通19的第二个口流出，经过第一阀门13后流向储水箱14，储水箱14中的循环水通过管路流向第二流量计15，通过第二流量计15后进入水泵16的进口，完成设备冷却的循环；
所述装置内还设有开式冷却***，所述开式冷却***用作为第一回路的降温***，将其定义为第二回路；其作用是通过水水换热器9对第一回路的冷却水进行降温；其循环过程是：关闭第一手动阀门4，设备的冷却水从水塔冷却水进水管通过管路连接到第一流量计1的进口，经过第一流量计1出口通过管路连接到粗滤2进口，经过粗滤2后通过管路连接到第一三通3，经过第一三通3的第一个出口后通过管路进入第二手动阀门7，经过第二手动阀门7后通过管路进入水水换热器9第二进口C，冷却水吸收热量后，从水水换热器9第二出口F流出，通过管道连接到水塔冷却水回水管；
以上第一回路和第二回路通过水水换热器9进行热量交换，第二回路的冷却水对第一回路的冷却水进行降温。
其中，在第二阀门17和水水换热器9第一进口E之间的管路上装有第四温度传感器12。
其中，在水水换热器9和设备之间的管路上装有第三温度传感器10。
其中，所述第一回路的管路采用闭式循环冷却水，且所有连接管路均采用不锈钢材料，保证了冷却水的清洁度，因此不会对设备造成污染。
其中，在第二手动阀门7和水水换热器9第二进口C之间的管路上装有第二温度传感器8。
其中，在水塔冷却水回水管和水水换热器9第二出口F之间的管路上装有第一温度传感器6。
其中，由于第一回路和第二回路上都安装了流量计，并且在水水换热器9的各路进出口都安装了温度传感器，因此可以实时测试出第一回路的散热量和第二回路的吸热量。
其中，所述第一回路中的水泵16采用的是变频水泵，从而通过调节水泵16的转速，控制设备冷却水的流量，进而控制第一回路的散热量和冷却水温度，达到设备要求的水流量及水温；由于采用了上述方案，使得设备得到了清洁的冷却水，同时冷却水的流量和温度得到了很好的控制，可以大大提升设备的使用效率。
其中，所述装置还包括第三回路，所述第三回路的循环是：关闭第二手动阀门7，打开第一手动阀门4；
设备的冷却水从水塔冷却水进水管通过管路连接到第一流量计1的进口，经过第一流量计1出口通过管路连接到粗滤2进口，经过粗滤2后通过管路连接到第一三通3；在第一三通3的第二个出口通过管路连接到第一手动阀门4，此时第二手动阀门7处于关闭状态；经过第一手动阀门4后通过管路连接到精滤5进口，经过精滤5后通过管路连接到设备的入水口A，通过设备后从设备的出水口B经过管路连接到第二三通19，通过第二三通19的一个出口连接到第三手动阀门18，经过第三手动阀门18后通过管路连接到水塔冷却水回水管，完成一个设备冷却循环。
其中，所述装置在原来的设备冷却水***基础上，增加了水-水换热器9及闭式冷却水循环管路的第一回路，开式冷却水不直接给设备降温，而是通过水-水换热器9对闭式的清洁冷却水进行降温，降温后的清洁冷却水通过闭式循环管道再进入设备，这样就保证了进入设备内冷却水的清洁度，避免了设备过滤器的堵塞及设备的污染，大大提高了设备的使用寿命和试验效率。
(三)有益效果
本发明装置可以解决开式设备冷水中水锈和泥沙多，导致冷却循环水量不足，进而引起设备过热，设备维护成本高的问题，提高了设备冷却水控制精度，进而提高散热器环境舱温度的控制精度，减少热平衡时间，提高试验效率，降低试验成本，具有较好的工程应用价值。
与现有技术相比较，本发明本试验装置在常用的开式冷却水塔设备冷却水基础上，结合特种车辆冷却***散热器散热性能试验的要求，设计了设备冷却水清洁装置，解决了设备被污浊冷却水污染及生锈等问题，通过热交换器实现了设备的冷却及设备冷却水的清洁，通过对设备冷却水流量的调控及监测，实现了设备冷却水流量的稳定，通过热量的实时测量及比对，实现了热平衡的快速稳定，解决了时间和能源成本。该装置是国内首个针对特种车辆冷却***散热器散热性能试验用开式设备冷水清洁改进装置。
本发明装置的主要特点包括：
(1)本装置的设计为国内第一台专门特种车辆冷却***散热器散热性能试验用开式设备冷水清洁改进装置；
(2)通过在开式水塔***中加装中间换热器，实现了设备冷却水的清洁；
(3)通过对设备冷却水流量的调控及监测，实现了设备冷却水流量的稳定；
(4)通过热量的实时测量及比对，实现了散热器试验中热平衡的快速稳定，达到了节能减排的作用。
(5)本发明散热器散热性能试验用开式设备冷水清洁改进装置，普遍适用采用特种车辆冷却系散热器散热性能试验时设备冷却水的清洁。对其它以开式冷却水塔作为设备冷却水的设备及***也同样适用，可实现设备的清洁，大大延长设备使用寿命，减低设备维护成本。
附图说明
图1是一般设备开式冷却***的冷却水循环原理图。
图2是本发明技术方案结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，如图2所示，所述装置为一种开-闭式相结合的冷却***，所述装置包括：第一流量计1、粗滤2、第一三通3、第一手动阀门4、精滤5、第一温度传感器6、第二手动阀门7、第二温度传感器8、水水换热器9、第三温度传感器10、设备11、第四温度传感器12、第一阀门13、储水箱14、第二流量计15、水泵16、第二阀门17、第三手动阀门18、第二三通19；
所述装置内设有室内冷却水闭式循环回路，该回路是设备冷却水主要回路，将其定义为第一回路；所述第一回路的循环过程是冷却水通过水泵16出口送出，进入第二阀门17，经过第二阀门17后，进入水水换热器9第一进口E，冷却水经过水水换热器9降温后水从水水换热器9第一出口D流出，从水水换热器9第一出口D流出的冷却水进入设备的入水口A，对设备11进行冷却；
冷却水经过设备11后，从设备11的出水口B流出，通过管路流向第二三通19的第一个口，通过第二三通19的第二个口流出，经过第一阀门13后流向储水箱14，储水箱14中的循环水通过管路流向第二流量计15，通过第二流量计15后进入水泵16的进口，完成设备冷却的循环；
所述装置内还设有与现有技术相同的开式冷却***，所述开式冷却***用作为第一回路的降温***，将其定义为第二回路；其作用是通过水水换热器9对第一回路的冷却水进行降温；其循环过程是：关闭第一手动阀门4，设备的冷却水从水塔冷却水进水管通过管路连接到第一流量计1的进口，经过第一流量计1出口通过管路连接到粗滤2进口，经过粗滤2后通过管路连接到第一三通3，经过第一三通3的第一个出口后通过管路进入第二手动阀门7，经过第二手动阀门7后通过管路进入水水换热器9第二进口C，冷却水吸收热量后，从水水换热器9第二出口F流出，通过管道连接到水塔冷却水回水管；
以上第一回路和第二回路通过水水换热器9进行热量交换，第二回路的冷却水对第一回路的冷却水进行降温。
其中，在第二阀门17和水水换热器9第一进口E之间的管路上装有第四温度传感器12。
其中，在水水换热器9和设备之间的管路上装有第三温度传感器10。
其中，所述第一回路的管路采用闭式循环冷却水，且所有连接管路均采用不锈钢材料，保证了冷却水的清洁度，因此不会对设备造成污染。
其中，在第二手动阀门7和水水换热器9第二进口C之间的管路上装有第二温度传感器8。
其中，在水塔冷却水回水管和水水换热器9第二出口F之间的管路上装有第一温度传感器6。
其中，由于第一回路和第二回路上都安装了流量计，并且在水水换热器9的各路进出口都安装了温度传感器，因此可以实时测试出第一回路的散热量和第二回路的吸热量。
其中，所述第一回路中的水泵16采用的是变频水泵，从而通过调节水泵16的转速，控制设备冷却水的流量，进而控制第一回路的散热量和冷却水温度，达到设备要求的水流量及水温；由于采用了上述方案，使得设备得到了清洁的冷却水，同时冷却水的流量和温度得到了很好的控制，可以大大提升设备的使用效率。
其中，由于采用了中间换热器的水水换热器9，第一回路中进入设备的冷却水的水温必然会高于外面第二回路中冷却水的水温，使得给设备的换热效率带来一定的影响，由于夏季时，开式冷却水的最高水温为32℃，本发明采用了大流量、大换热量的水水换热器9，在开式冷却水的最高水温为32℃时，第一回路的水温最高为40℃，在冬季其最高水温可以控制到20℃以内，因此可以满足大部分设备的对冷却水的需求。
其中，个别设备在夏季使用时对冷却水水温要求较低，可以临时采用原开式循环***来对设备进行冷却，由此，所述装置还包括第三回路，所述第三回路的循环是：关闭第二手动阀门7，打开第一手动阀门4；
设备的冷却水从水塔冷却水进水管通过管路连接到第一流量计1的进口，经过第一流量计1出口通过管路连接到粗滤2进口，经过粗滤2后通过管路连接到第一三通3；在第一三通3的第二个出口通过管路连接到第一手动阀门4，此时第二手动阀门7处于关闭状态；经过第一手动阀门4后通过管路连接到精滤5进口，经过精滤5后通过管路连接到设备的入水口A，通过设备后从设备的出水口B经过管路连接到第二三通19，通过第二三通19的一个出口连接到第三手动阀门18，经过第三手动阀门18后通过管路连接到水塔冷却水回水管，完成一个设备冷却循环。所述第三回路与原来的开式冷却循环原理一致，在夏季设备对冷却水水温要求较低时临时使用，这样基本保障了设备的全年正常使用。
其中，所述装置在原来的设备冷却水***基础上，增加了水-水换热器9及闭式冷却水循环管路的第一回路，开式冷却水不直接给设备降温，而是通过水-水换热器9对闭式的清洁冷却水进行降温，降温后的清洁冷却水通过闭式循环管道再进入设备，这样就保证了进入设备内冷却水的清洁度，避免了设备过滤器的堵塞及设备的污染，大大提高了设备的使用寿命和试验效率。
综上，本装置的设计主要从设备冷却水的清洁性、流量稳定性及调控的快速响应三方面进行考虑。
设备冷却水的清洁性方面：
在原来的设备冷却水***中，增加了水-水换热器9及闭式冷却水循环管路第一回路，开式冷却水不直接给设备降温，而是通过水-水换热器对闭式的清洁冷却水进行降温，降温后的清洁冷却水通过闭式循环管道再进入设备，这样就保证了进入设备内冷却水的清洁度，避免了设备过滤器的堵塞及设备的污染，大大提高了设备的使用寿命和试验效率。
流量稳定性方面：
由于在第一回路中有第二流量计15，可以实现冷却水流量的实时监控，同时可以通过变频器控制水泵16转速，实现流量的稳定，以保障设备冷却水的稳定流量供给，实现环境温度的稳定控制。
调控快速响应方面：
在第一回路上安装了第二流量计15，在水-水换热器9的进口E前安装了温度计12，在水-水换热器9的第一出口D后安装了温度计10，这样就可以对第一回路的散热量进行测量，通过与散热器散热量进行对比，逐步调节冷却水流量，使两个散热量趋于相等，实现快速的散热平衡。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，所述装置包括：第一流量计（1）、粗滤（2）、第一三通（3）、第一手动阀门（4）、精滤（5）、第一温度传感器（6）、第二手动阀门（7）、第二温度传感器（8）、水水换热器（9）、第三温度传感器（10）、第四温度传感器（12）、第一阀门（13）、储水箱（14）、第二流量计（15）、水泵（16）、第二阀门（17）、第三手动阀门（18）、第二三通（19）；
所述装置内设有室内冷却水闭式循环回路，该回路是设备冷却水主要回路，将其定义为第一回路；所述第一回路的循环过程是冷却水通过水泵（16）出口送出，进入第二阀门（17），经过第二阀门（17）后，进入水水换热器（9）第一进口（E），冷却水经过水水换热器（9）降温后水从水水换热器（9）第一出口（D）流出，从水水换热器（9）第一出口（D）流出的冷却水进入设备的入水口（A），对设备（11）进行冷却；
冷却水经过设备（11）后，从设备（11）的出水口（B）流出，通过管路流向第二三通（19）的第一个口，通过第二三通（19）的第二个口流出，经过第一阀门（13）后流向储水箱（14），储水箱（14）中的循环水通过管路流向第二流量计（15），通过第二流量计（15）后进入水泵（16）的进口，完成设备冷却的循环；
所述装置内还设有开式冷却***，所述开式冷却***用作为第一回路的降温***，将其定义为第二回路；其作用是通过水水换热器（9）对第一回路的冷却水进行降温；其循环过程是：关闭第一手动阀门（4），设备的冷却水从水塔冷却水进水管通过管路连接到第一流量计（1）的进口，经过第一流量计（1）出口通过管路连接到粗滤（2）进口，经过粗滤（2）后通过管路连接到第一三通（3），经过第一三通（3）的第一个出口后通过管路进入第二手动阀门（7），经过第二手动阀门（7）后通过管路进入水水换热器（9）第二进口（C），冷却水吸收热量后，从水水换热器（9）第二出口（F）流出，通过管道连接到水塔冷却水回水管；
以上第一回路和第二回路通过水水换热器（9）进行热量交换，第二回路的冷却水对第一回路的冷却水进行降温。
2.如权利要求1所述的散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，在第二阀门（17）和水水换热器（9）第一进口（E）之间的管路上装有第四温度传感器（12）。
3.如权利要求2所述的散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，在水水换热器（9）和设备之间的管路上装有第三温度传感器（10）。
4.如权利要求3所述的散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，所述第一回路的管路采用闭式循环冷却水，且所有连接管路均采用不锈钢材料。
5.如权利要求4所述的散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，在第二手动阀门（7）和水水换热器（9）第二进口（C）之间的管路上装有第二温度传感器（8）。
6.如权利要求5所述的散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，在水塔冷却水回水管和水水换热器（9）第二出口（F）之间的管路上装有第一温度传感器（6）。
7.如权利要求6所述的散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，由于第一回路和第二回路上都安装了流量计，并且在水水换热器（9）的各路进出口都安装了温度传感器，因此实时测试出第一回路的散热量和第二回路的吸热量。
8.如权利要求7所述的散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，所述第一回路中的水泵（16）采用的是变频水泵，从而通过调节水泵（16）的转速，控制设备冷却水的流量，进而控制第一回路的散热量和冷却水温度，达到设备要求的水流量及水温。
9.如权利要求1所述的散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，所述装置还包括第三回路，所述第三回路的循环是：关闭第二手动阀门（7），打开第一手动阀门（4）；
设备的冷却水从水塔冷却水进水管通过管路连接到第一流量计（1）的进口，经过第一流量计（1）出口通过管路连接到粗滤（2）进口，经过粗滤（2）后通过管路连接到第一三通（3）；在第一三通（3）的第二个出口通过管路连接到第一手动阀门（4），此时第二手动阀门（7）处于关闭状态；经过第一手动阀门（4）后通过管路连接到精滤（5）进口，经过精滤（5）后通过管路连接到设备的入水口（A），通过设备后从设备的出水口（B）经过管路连接到第二三通（19），通过第二三通（19）的一个出口连接到第三手动阀门（18），经过第三手动阀门（18）后通过管路连接到水塔冷却水回水管，完成一个设备冷却循环。
10.如权利要求1所述的散热器开式冷却水清洁及换热量稳定改进装置，其特征在于，所述装置在原来的设备冷却水***基础上，增加了水水换热器（9）及闭式冷却水循环管路的第一回路，开式冷却水不直接给设备降温，而是通过水水换热器（9）对闭式的清洁冷却水进行降温，降温后的清洁冷却水通过闭式循环管道再进入设备。
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