CN114206058A - 一种控温***、通讯设备及温度控制方法 - Google Patents

一种控温***、通讯设备及温度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种控温***，包括工质储液箱、出液管路、回液管路、出液口和回液口，出液管路一端连接工质储液箱的出口、另一端连接出液口，回液管路一端连接回液口、另一端连接工质储液箱的入口，沿出液管路的工质输送方向依次设置有第一压力和温度传感器、循环泵、和回热器，沿回液管路的工质输送方向依次设置有回热器、和冷却装置，出液管路与回液管路在回热器处交换热量且互不连通，出液口与回液口分别用于连接待控温设备的入口和出口。本发明实施例还公开了一种包括前述控温***的通讯设备、以及用于前述控温***的温度控制方法。本发明实施例能够满足循环泵的安全性要求，且同时提高设备的换热能力。

Description

一种控温***、通讯设备及温度控制方法
技术领域
本发明涉及通讯设备领域，尤其涉及一种控温***、具有该控温***的通讯设备、以及用于该控温***的温度控制方法。
背景技术
随着电子技术的发展，芯片、设备功耗越来越大，传统的风冷、单相液冷***已经逐渐无法满足大功耗电子设备的散热需求。为此，泵驱两相液冷散热方式越来越受到本领域的关注。泵驱两相液冷散热方式主要利用两相工质在循环流动过程中蒸发吸热和冷凝放热的原理对热量进行收集和运输，目前已在例如航天设备、运输设备、发电设备等需要持续散热的设备中应用。
然而，由于通讯设备存在维护、业务量波动等特殊场景工况，通常伴随着散热功耗出现剧烈波动的现象，这对于泵驱两相设备的稳定运行提出了挑战。例如设备功耗瞬间降低后，设备的进液温度会突然降低，造成进入设备内的两相工质过冷度高，导致设备的换热能力差。此外，即使在功耗波动不大的情况下，由于泵驱两相设备中泵的安全性要求，通常在泵前需要保证5℃以上的过冷度，这也会存在进入设备内的两相工质过冷度高而降低设备换热能力的问题。如何控制工质过冷度以同时兼顾设备换热的要求和泵的安全性要求，成为泵驱两相液冷***在通讯设备上应用的难题。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种控温***、通讯设备以及温度控制方法，其能够满足泵的安全性要求，同时还能够确保工质以饱和状态进入设备内，提高设备换热能力。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种控温***，其包括工质储液箱、出液管路、回液管路、出液口和回液口，出液管路一端连接工质储液箱的出口、另一端连接出液口，回液管路一端连接回液口、另一端连接工质储液箱的入口，沿出液管路的工质输送方向依次设置有第一压力和温度传感器、循环泵、和回热器，沿回液管路的工质输送方向依次设置有回热器、和冷却装置，出液管路与回液管路在回热器处交换热量且互不连通，出液口与回液口分别用于连接待控温设备的入口和出口。
本发明的实施方式还提供了一种通讯设备，包括蒸发器、以及前述控温***，蒸发器包括入口和出口，控温***的出液口连接蒸发器的入口，控温***的回液口连接蒸发器的出口。
本发明的实施方式还提供了一种温度控制方法，用于前述控温***，包括：检测工质在进入循环泵前的第一温度和第一压力；根据第一温度和第一压力计算第一过冷度；基于第一过冷度冷却工质。
本发明的实施方式的控温***，通过在循环泵前设置第一压力和温度传感器，可以检测工质进入循环泵前的压力和温度，并据此计算出过冷度，由此可以根据该过冷度来控制冷却装置处对工质的热交换，从而调节工质进入循环泵前的过冷度以满足循环泵的安全性要求；另外，通过在循环泵后设置回热器，使得流入待控温设备前的工质和从待控温设备流出后的工质在回热器处进行热交换，从而降低工质的过冷度，确保工质以饱和状态进入待控温的设备，提高设备的换热能力。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的控温***的示意图；
图2是根据本发明第一实施方式的控温***的控制器与其他部件的连接示意图；
图3是根据本发明第二实施方式的控温***的示意图；
图4是根据本发明第二实施方式的控温***的控制器与其他部件的连接示意图；
图5是根据本发明第三实施方式的通讯设备的示意图；
图6是根据本发明第四实施方式的温度控制方法的流程图；
图7是根据本发明第五实施方式的温度控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种控温***100，如图1所示。本实施方式的核心在于，控温***100包括工质储液箱1、出液管路4、回液管路8、出液口6和回液口7，出液管路4的一端连接工质储液箱1的出口、另一端连接出液口6，回液管路8一端连接回液口7、另一端连接工质储液箱1的入口，沿出液管路4的工质输送方向依次设置有第一压力和温度传感器2、循环泵3、和回热器5，沿回液管路8的工质输送方向依次设置有回热器5、和冷却装置10，出液管路4与回液管路8在回热器5处交换热量且互不连通，出液口6与回液口7分别用于连接待控温设备的入口和出口。
本实施方式的控温***通过在循环泵前设置第一压力和温度传感器，可以检测工质进入循环泵前的压力和温度，并据此计算出过冷度，由此可以根据该过冷度来控制冷却装置处对工质的热交换，从而调节工质进入循环泵前的过冷度以满足循环泵的安全性要求；另外，通过在循环泵后设置回热器，使得流入待控温设备前的工质和从待控温设备流出后的工质在回热器处进行热交换，从而降低工质的过冷度，确保工质以饱和状态进入待控温的设备，提高设备的换热能力。
下面对本实施方式的控温***的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
如图1所示，本实施例的控温***100的出液口6和回液口7用于与待控温设备的入口和出口连接，由此控温***100和待控温设备形成工质的循环回路，工质的输送方向如图1的箭头所示。工质储液箱1中储存有在循环回路中流动的气液两相工质，工质从工质储液箱1中流出后，经循环泵3加压后送入出液管路4中，随后流经回热器5、和出液口6进入待控温设备内部；工质在待控温设备内部热交换后，经由回液口7进入回液管路8，然后流经回热器5和冷却装置10，最终回到工质储液箱1，由此完成了工质的循环。
工质储液箱1用于补偿两相工质和控制两相工质的饱和温度。工质储液箱1的内部始终处于气液两相饱和状态，因此工质储液箱1中工质的温度和压力一一对应。通过对工质储液箱1内工质的温度进行控制，则可以控制工质储液箱1内工质的压力，进而控温***100各个位置的压力。
第一压力和温度传感器2设置在循环泵3的入口位置、或者靠近循环泵3的入口的位置，用于检测流入循环泵3前的工质的第一压力和第一温度。根据检测得到的第一压力和第一温度，可以计算出相应的过冷度。通常，为了保证循环泵的安全运行，进入循环泵3前的过冷度不应小于5℃。因此，若进入循环泵3前的工质的过冷度不符合安全性要求，则可以控制回液管道8中的冷却装置10的工作状态，提高工质经过冷却装置10时的换热效率，进一步降低工质的温度。由此，可以保证进入循环泵3的工质具有适当的过冷度而不会影响循环泵的安全运行。进一步地，上述计算和控制皆可以通过控制器来实现，此时控制器与第一压力和温度传感器2以及冷却装置10通信连接。控制器可以是处理器或者是硬件电路。通过设置控制器可以实时监测并计算工质的过冷度，并根据当前工质的过冷度自动控制冷却装置对工质的换热效率，以实现自动控制工质的过冷度。
回热器5设置在循环泵3之后，出液管路4和回液管路8均穿过回热器5。从循环泵3流入至出液管路4的工质与从回液口7流入至回液管路8在回热器5处进行热交换，一方面可以升高出液管路4中流向出液口6的工质的温度，以降低进入待控温设备的工质的过冷度，另一方面可以降低回液管路8中流向冷却装置10的工质的温度，以降低冷却装置10的热负荷。
在本实施方式中，冷却装置10以循环冷却液的方式的对回液管路8中的工质进行换热。然而，应当理解的是，在其他实施方式中，冷却装置10也可以以其他冷却方式(例如，空冷方式)工作。在本实施方式中，请继续参见图1，冷却装置10包括冷却液储液箱11、冷凝器13和冷却管路。冷却管路将冷却液储液箱11的出口与冷凝器13的入口连接、且将冷却液储液箱11的入口与冷凝器13的出口连接。回液管路8与冷却管路在冷凝器13处交换热量且互不连通。冷却液储液箱11储存有冷却液，从冷却液储液箱11流出的冷却液经冷却管路进入冷凝器13，与回液管路8中的工质进行热交换，吸收热量而升温，随后经冷却管路流回至冷却液储液箱11进行放热，形成了冷却液的循环回路。由此，可以通过控制冷却管路中冷却液的流量和/或流速来控制冷凝器13对回液管路8中工质的换热效率，从而可以准确控制进入循环泵3的工质的过冷度。
具体地，冷却管路包括与冷却液储液箱11的出口相连的三通阀12、以及设置在三通阀12与冷却液储液箱11的入口之间的第一支路14和第二支路15。三通阀12的入口连接冷却液储液箱11的出口，三通阀12的两个出口分别连接第一支路14和第二支路15，以对从冷却液储液箱11流出的冷却液进行分流。冷凝器13可以设置在第一支路14或第二支路15上。由此，可以通过控制三通阀12的开度来控制冷凝器13对回液管路8中工质的换热效率，从而控制进入循环泵3的工质的过冷度。
以冷凝器13设置在第一支路14上的情况(如图1所示)为例，当需要增大进入循环泵3的工质的过冷度时，则需要提高冷凝器13对回液管路8中工质的换热效率，此时，可以通过增大三通阀12对第一支路14的开度和/或减小对第二支路15的开度，从而增大冷却液在第一支路14中的流量和/或流速，以提高换热效率。反之，也可以通过减小三通阀12对第一支路14的开度和/或增大对第二支路15的开度，从而减小冷却液在第一支路14中的流量和/或流速，以降低换热效率。进一步地，上述对于三通阀12的控制可以通过控制器来自动实现，如图2所示，本实施例的控温***100还包括与第一压力和温度传感器2以及三通阀12通信连接的控制器16。控制器16可以是处理器或者是硬件电路。通过设置控制器16可以实时监测并计算工质的过冷度，并根据当前工质的过冷度自动控制三通阀12来控制冷凝器13处对于工质的换热效率，从而实现自动控制工质的过冷度。
本发明的第二实施方式涉及另一种控温***100’，如图3所示。第二实施方式提供的控温***100’与第一实施方式提供的控温***100大体相同，不同之处在于，第二实施方式提供的控温***100’还包括设置在出液管路4上的预热器9以及第二压力和温度传感器2’。预热器9以及第二压力和温度传感器2’沿出液管路4的工质输送方向分别布置在回热器5与出液口6之间。
当待控温设备的功耗发生剧烈变化时，回热器5不能完全确保两相工质被加热到饱和状态，因此进入待控温设备的工质仍存在过冷度。因此，预热器9以及第二压力和温度传感器2’的设置可以避免此类问题。第二压力和温度传感器2’设置在靠近出液口6的位置，用于检测流入待控温设备前的工质的第二压力和第二温度。根据检测得到的第二压力和第二温度，可以计算出相应的过冷度。若工质在进入待控温设备前仍存在过冷度，即计算得到的过冷度不为零，则可以控制打开预热器9或增大预热器的加热功率，进一步升高工质的温度。由此，可以消除工质的过冷度，保证工质以饱和状态进入待控温设备。进一步地，上述计算和控制皆可以通过控制器来自动实现，如图4所述，此时控制器16与第二压力和温度传感器2’以及预热器9通信连接。控制器16可以是处理器或者是硬件电路。通过设置控制器16，除了实现如第一实施方式所描述的效果外，还可以根据当前工质的过冷度自动预热器9的加热功率，从而实现自动控制工质的过冷度。
需要说明的是，本发明第一实施方式提供的各个部件的结构、材质等设计方案同样可以应用于第二实施方式提供的控温***100’中，在此不再赘述。
本发明的第三实施方式还涉及一种通讯设备300，如图5所示，其包括蒸发器200、以及如前述第一实施方式所述的控温***100或如前述第二实施方式所述的控温***100’。蒸发器200包括入口和出口，该入口连接控温***100(100’)的出液口6，该出口连接控温***100(100’)的回液口7。
本发明的第四实施方式还涉及一种温度控制方法400，如图6所示。本实施例中的温度控制方法400可以适用于如前述第一实施方式所述的控温***100或如前述第二实施方式所述的控温***100’。本实施例中的温度控制方法400包括如下步骤。
401：检测工质在进入循环泵前的第一温度和第一压力。在此步骤中，可以通过布置在靠近循环泵3入口的位置(或布置在循环泵3入口)处的第一压力和温度传感器2，测量工质在进入循环泵3前的第一温度T1和第一压力P1。
402：根据第一温度和第一压力计算第一过冷度。在此步骤中，可以通过与第一压力和温度传感器2通信连接的控制器16，根据第一压力P1获得工质在该第一压力P1下所对应的第一饱和温度Ts1，并根据第一温度T1和第一饱和温度Ts1计算工质在进入循环泵3前的第一过冷度ΔT1＝Ts1-T1。
403：基于第一过冷度冷却工质。在此步骤中，可以通过与冷却装置10通信连接的控制器16根据第一过冷度ΔT1控制冷却装置10对流经冷却装置10处的工质的冷却程度。在上述的一些实施例中，控制器16可以根据第一过冷度ΔT1控制三通阀12增大对第一支路14的开度和/或减小对第二支路15的开度、或减小对第一支路14的开度和/或增大对第二支路15的开度。
本发明的第五实施方式还涉及另一种温度控制方法500，如图7所示。第五实施方式提供的温度控制方法500中的步骤501-503与第四实施方式提供的温度控制方法400的步骤401-403大体相同，在此不再赘述。不同之处在于，第五实施方式提供的温度控制方法500还包括以下步骤。
504：检测工质在流出回热器后的第二温度和第二压力。在此步骤中，可以通过布置在回热器5后的第二压力和温度传感器2’，测量工质在流出回热器5后的第二温度T2和第二压力P2。
505：根据第二温度和第二压力计算第二过冷度。在此步骤中，可以通过与第二压力和温度传感器2’通信连接的控制器16，根据第二压力P2获得工质在第二压力P2下所对应的第二饱和温度Ts2，并根据第二温度T2和第二饱和温度Ts2计算工质在流出回热器5后的第二过冷度ΔT2＝Ts2-T2。
506：基于第二过冷度加热工质。在此步骤中，可以通过与预热器9通信连接的控制器16根据第二过冷度ΔT2控制预热器9对流经预热器9处的工质的加热程度。在上述的一些实施例中，控制器16可以根据第二过冷度ΔT2控制预热器9增大或减小加热功率。
在此需要说明的是，在本申请中所提及的饱和温度指的是工质的气相和液相处于动态平衡状态(即饱和状态)时所具有的温度。在工质处于饱和状态时，其温度与压力不是独立的，而是一一对应的，这种对应关系与工质的物性相关。因此，在给定压力值的情况下，则可以获得工质在该压力下所对应的饱和温度值，例如，可以通过查表(例如，由化学工业出版社出版的《化学化工物性数据手册》记载了不同物料的物性数据)的方式获得。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种控温***，包括工质储液箱、出液管路、回液管路、出液口和回液口，所述出液管路一端连接所述工质储液箱的出口、另一端连接所述出液口，所述回液管路一端连接所述回液口、另一端连接所述工质储液箱的入口，沿所述出液管路的工质输送方向依次设置有第一压力和温度传感器、循环泵、和回热器，沿所述回液管路的工质输送方向依次设置有所述回热器、和冷却装置，所述出液管路与所述回液管路在所述回热器处交换热量且互不连通，所述出液口与所述回液口分别用于连接待控温设备的入口和出口。
2.根据权利要求1所述的控温***，其特征在于，还包括与所述第一压力和温度传感器和所述冷却装置连接的控制器，所述控制器用于根据所述第一压力和温度传感器测量的压力值和温度值控制所述冷却装置的工作状态。
3.根据权利要求1所述的控温***，其特征在于，所述冷却装置包括冷却液储液箱、冷凝器和冷却管路，所述冷却管路将所述冷却液储液箱的出口与所述冷凝器的入口连接、且将所述冷却液储液箱的入口与所述冷凝器的出口连接，所述回液管路与所述冷却管路在所述冷凝器处交换热量且互不连通。
4.根据权利要求3所述的控温***，其特征在于，所述冷却管路包括与所述冷却液储液箱的出口相连的三通阀、以及设置在所述三通阀与冷却液储液箱的入口之间的第一支路和第二支路，所述冷凝器位于所述第一支路上。
5.根据权利要求4所述的控温***，其特征在于，还包括与所述第一压力和温度传感器和所述三通阀通信连接的控制器，所述控制器用于根据所述第一压力和温度传感器测量的压力值和温度值控制所述三通阀的开度。
6.根据权利要求1所述的控温***，其特征在于，还包括设置在所述回热器与所述出液口之间的预热器以及第二压力和温度传感器，所述预热器和所述第二压力和温度传感器沿所述出液管路的工质输送方向依次布置。
7.根据权利要求6所述的控温***，其特征在于，还包括与所述第二压力和温度传感器和所述预热器通信连接的控制器，所述控制器用于根据所述第二压力和温度传感器测量的压力值和温度值控制所述预热器的加热功率。
8.一种通讯设备，包括蒸发器、以及根据权利要求1至7任一项所述的控温***，所述蒸发器包括入口和出口，所述控温***的出液口连接所述蒸发器的入口，所述控温***的回液口连接所述蒸发器的出口。
9.一种温度控制方法，其用于根据权利要求1所述的控温***，包括：
检测工质在进入循环泵前的第一温度和第一压力；
根据所述第一温度和所述第一压力计算第一过冷度；
基于所述第一过冷度冷却工质。
10.根据权利要求9所述的温度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测工质在流出回热器后的第二温度和第二压力；
根据所述第二温度和所述第二压力计算第二过冷度；
基于所述第二过冷度加热工质。
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