一种集成式相变冷却装置及其工作方法与应用

1.本发明涉及相变冷却技术领域，尤其是涉及一种集成式相变冷却装置及其工作方法与应用。


背景技术：

2.目前，应用于机柜、机房等的制冷方式主要分为空调制冷和风扇制冷。
3.其中，风扇制冷是通过强化空气对流的方式，从高温物体表面带走热量。风扇制冷方式具有功耗低、结构简单的特点，但制冷效果受限，不适用于散热要求较高的场景。空调制冷则是利用制冷剂的蒸发吸热效应及液化放热效应以达到转移热量的目的。空调制冷方式需要压缩机、蒸发器和冷凝器等设备，因而结构相对复杂、功耗较高。如cn216795564u公开了机柜制冷系统及机房，该装置包括制冷机组和换热机组，其中，所述换热机组设有出风口和进风口；所述换热机组的出风口和进风口均与机柜通过管道相连接，形成从所述换热机组的出风口经过所述机柜到所述换热机组的进风口的空气流通管路；所述制冷机组的制冷端与所述换热机组连接，用于对经过所述空气流通管路的空气进行制冷。但该机柜制冷系统及机房结构相对复杂、功耗较高。
4.因此，亟需一种集成式相变冷却装置及其工作方法与应用，能够在高效制冷的同时降低能耗。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成式相变冷却装置及其工作方法与应用，本方案中的集成式相变冷却装置通过设置u字型箱体(包括腔体一和腔体二)以提高装置预储水量，并削弱两腔体间的热损耗；通过设置双层通气孔板(固定孔板和分离孔板)，使热空气以气泡形态穿过预储水层，利用空气与预储水的相变冷却效应下达到冷却效果。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.本发明的第一个目的是提供一种集成式相变冷却装置，包括箱体、进风盖板、出风盖板、底部盖板及分离孔板；所述箱体包括腔体一、腔体二、固定孔板以及连接腔体一、腔体二的腰部；所述固定孔板设于箱体的腔体二底部；所述进风盖板连接于箱体的腔体一顶部；所述出风盖板连接于箱体的腔体二顶部；所述底部盖板连接于箱体的底部；所述分离孔板连接于箱体内部的固定孔板上部；所述分离孔板与箱体内固定孔板之间留有间距。
8.进一步地，所述箱体一体成型。
9.进一步地，所述箱体为u字型箱体。
10.进一步地，所述腔体一、腔体二的形状包括但不限于正方形、长方形或圆形等。
11.进一步地，所述腔体一或腔体二侧面设有进水口。
12.进一步地，所述固定孔板设有阵列排布的第一通气孔，所述固定孔板外缘设有第一连接孔。
13.进一步地，所述固定孔板上缘与腰部上缘等高。
14.进一步地，所述腰部高度低于箱体内预储水的高度。
15.进一步地，所述分离孔板设有阵列排布的第二通气孔，所述分离孔板外缘设有第四连接孔。
16.进一步地，所述进风盖板设有进风口，所述进风盖板外缘设有第二连接孔。
17.进一步地，所述出风盖板设有出风口，所述出风盖板外缘设有第三连接孔。
18.进一步地，所述底部盖板设有出水口，所述底部盖板外缘设有第五连接孔。
19.进一步地，所述进风口外部安装空气驱动设备，包括但不限于为风扇、鼓风机、轴流泵等。
20.进一步地，所述进风口、出风口、进水口、出水口的形状包括但不限于圆形、正方形或长方形等。
21.进一步地，所述箱体的高度根据实际机柜高度而定。
22.进一步地，所述分离孔板及固定孔板的通气孔孔径根据实际所需冷却效果而定。
23.本发明的第二个目的是提供上述集成式相变冷却装置的工作方法，包括以下步骤：
24.s1、外接的空气驱动设备通过进风盖板的进风口对腔体一进行增压；
25.s2、腔体一内的预储水在气压作用下经腰部穿过固定孔板的第一通气孔及分离孔板的第二通气孔进入腔体二；
26.s3、外界热空气由进风盖板的进风口进入箱体，由腔体一经过腰部，穿过固定孔板的第一通气孔及分离孔板的第二通气孔进入位于腔体二内的预储水中，并最终上升离开，这一过程中，通过空气与预储水的相互作用与相变冷却效应，使得空气温度下降，实现冷却效果；
27.s4、经冷却后的空气经出风盖板的出风口流出。
28.本发明的第三个目的是提供上述集成式相变冷却装置的应用，将所述集成式相变冷却装置用于机柜散热。
29.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
30.1)本发明所提供的一种集成式相变冷却装置，通过设置u字型箱体(包括腔体一和腔体二)以提高装置预储水量，并削弱两腔体间的热损耗。
31.2)本发明所提供的一种集成式相变冷却装置，通过设置双层通气孔板(固定孔板和分离孔板)，使热空气以气泡形态穿过预储水层，利用空气与预储水的相变冷却效应下达到冷却效果
32.3)本发明所提供的一种集成式相变冷却装置，通过设置具有一定垂直间距的双层通气孔板，使气体的水平分布更均匀，增强换热效果。
33.4)本发明所提供的一种集成式相变冷却装置，本装置通过气压差调控预储水储存位置，不依赖预储水在通气孔板上小孔处的表面张力，大幅降低通气孔板的加工难度。相较于现有的风扇制冷、空调制冷，本发明具有持续高效制冷、运行能耗低的优点。
附图说明
34.图1为本发明的实施例的一种集成式相变冷却装置的装配体结构示意图。
35.图2为本发明的实施例的一种集成式相变冷却装置的局部剖面示意图。
36.图3为本发明的实施例的一种集成式相变冷却装置的半剖剖结构示意图。
37.图4为本发明的实施例的一种集成式相变冷却装置的箱体的外形结构示意图。
38.图5为本发明的实施例的一种集成式相变冷却装置的箱体的局部剖面示意图。
39.图6为本发明的实施例的一种集成式相变冷却装置的进风盖板的结构示意图。
40.图7为本发明的实施例中的集成式相变冷却装置的出风盖板的结构示意图。
41.图8为本发明的实施例中的集成式相变冷却装置的分离孔板的结构示意图。
42.图9为本发明的实施例中的集成式相变冷却装置的底部盖板的结构示意图。
43.图中标记说明：
44.1、箱体，2、进风盖板，4、出风盖板，7、底部盖板，8、分离孔板，12、进水口，15、固定孔板，21、进风口，41、出风口，72、出水口；
45.101、腔体一，102、腔体二，103、腰部；
46.3、第一垫圈，5、第二垫圈，6、第三垫圈，9、第四垫圈；
47.152、第一连接孔，22、第二连接孔，42、第三连接孔，81、第四连接孔，71、第五连接孔；
48.151、第一通气孔，82、第二通气孔。
具体实施方式
49.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
50.实施例
51.如图1～9所示，本实施例提供一种集成式相变冷却装置，包括箱体1、进风盖板2、出风盖板4、底部盖板7及分离孔板8，进风盖板2连接于箱体1内部的腔体一101顶部，出风盖板4连接于箱体1内部的腔体二102顶部，底部盖板7连接于箱体1的底部，分离孔板8连接于箱体1内部的固定孔板15上部。
52.固定孔板15设有阵列排布的第一通气孔151，固定孔板15外缘设有第一连接孔152；分离孔板8设有阵列排布的第二通气孔82，分离孔板8外缘设有第四连接孔81。
53.腔体一101或腔体二102侧面设有进水口12；进风盖板2设有进风口21，进风盖板2外缘设有第二连接孔22；出风盖板4设有出风口41，出风盖板4外缘设有第三连接孔42；底部盖板7设有出水口72，底部盖板7外缘设有第五连接孔71。
54.上述第一连接孔152用于固定孔板15与分离孔板8的连接，第二连接孔22用于连接进风盖板2和箱体1，第三连接孔42用于连接出风盖板4和箱体1，第四连接孔81用于连接分离孔板8和固定孔板15，第五连接孔71用于连接底部盖板7和箱体1。
55.具体的，进风盖板2设有进风口21，出风盖板4设有出风口41。具体的，箱体1包括腔体一101、腔体二102、固定孔板15及连接两腔体的腰部103，箱体一体成型。在本实施例中，进水口12设于腔体二102的侧面。底部盖板7设有出水口72，箱体1内部设有固定孔板15。具体的，固定孔板15设有第一通气孔151，分离孔板8设有第二通气孔82，第二通气孔82与第一通气孔151的孔径大小视实际冷却要求而定。更具体的，固定孔板15上缘与腰部103上缘等高，以降低加工难度。
56.在实际安装过程中，进风盖板2，出风盖板4，底部盖板7分别通过第一垫圈3、第二垫圈5、第三垫圈6与箱体1连接，确保装置密封性。分离孔板8与箱体1内部的固定孔板15之间通过第四垫圈9连接，其间留有一定垂直间距，便于预储水及气体的均匀分布。
57.在实际工作过程中，进风盖板2通过进风口21外接空气驱动设备；实际应用中，空气驱动设备可采用风扇、鼓风机、轴流泵等。箱体1内预储一定高度的水，其中，水层高度高于腰部103的高度。
58.在实际装置中，腔体一101、腔体二102、进风口21、出风口41、进水口12、出水口41的形状可以为正方形、长方形或圆形等，视实际需求而定。
59.在实际应用过程中，首先将底部盖板7通过第三垫圈6密封连接于箱体1底部，将出水口72密封。通过进水口12向箱体1内加入预储水，预储水添加量视实际工况的蒸发损耗而定。预储水首先进入腔体二102，在重力作用下通过第一通气孔151、第二通气孔82经腰部103流入腔体一101，箱体1的u型设计能在相同高度下使装置具有更高的预储水量。将进风盖板2通过第一垫圈3密封连接于箱体1的腔体一101顶部，将出风盖板4通过第二垫圈5密封连接于箱体1的腔体二102顶部，确保装置内部的密封。
60.进风口21外接风扇、轴流泵或鼓风机等空气驱动设备，对腔体一101进行增压，将腔体一101内的预储水经腰部103、固定孔板15及分离孔板8压至腔体二102内，同时驱动外界热空气由进风口21进入，经过腔体一101、腰部103、固定孔板15、分离孔板8、预储水层(预储水层位于腔体二102内部，为分离孔板8上层)、腔体二102，最终由出风口41流出。在这一过程中，预储水的储存位置由腔体一101内的气压维持。空气经过固定孔板15的第一通气孔151及分离孔板8的82后将以气泡形态进入腔体二102内的预储水层，并最终上升离开。这一过程中，利用空气与预储水间的相互作用及相变冷却效应实现冷却空气的效果。更具体的，固定孔板15及分离孔板8之间的垂直间距可储存一定量的预储水，同时可实现气体的两级分流，使所气体水平分布更均匀，空气与预储水接触面积更大，冷却效果更显著。
61.在实际应用中，根据拆装检修需求，可通过出水口72排出箱体1内的预储水。
62.上述集成式相变冷却装置的工作方法包括如下步骤：
63.s1、外接的空气驱动设备通过进风口21对腔体一101进行增压。
64.s2、腔体一101内的预储水在气压作用下经腰部103穿过固定孔板15及分离孔板8的第一通气孔151、第二通气孔82进入腔体二102。
65.s3、外界热空气在空气驱动设备作用下由进风口21进入腔体一101，经过腰部103，穿过固定孔板15及分离孔板8的第一通气孔151、第二通气孔82进入位于腔体二102内的预储水中，并最终上升离开。这一过程中，通过空气与预储水的相互作用与相变冷却效应，使得空气温度下降，实现冷却效果。
66.s4、经冷却后的空气由出风口41流出。
67.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种集成式相变冷却装置，其特征在于，包括箱体(1)、进风盖板(2)、出风盖板(4)、底部盖板(7)及分离孔板(8)；所述箱体(1)包括腔体一(101)、腔体二(102)、固定孔板(15)以及连接腔体一(101)、腔体二(102)的腰部(103)；所述固定孔板(15)设于箱体(1)的腔体二(102)底部；所述进风盖板(2)连接于箱体(1)的腔体一(101)顶部；所述出风盖板(4)连接于箱体(1)的腔体二(102)顶部；所述底部盖板(7)连接于箱体(1)的底部；所述分离孔板(8)连接于箱体(1)内部的固定孔板(15)上部；所述分离孔板(8)与箱体(1)内固定孔板(15)之间留有间距。2.根据权利要求1所述一种集成式相变冷却装置，其特征在于，所述腔体一(101)、腔体二(102)的形状为正方形、长方形或圆形。3.根据权利要求1所述一种集成式相变冷却装置，其特征在于，所述固定孔板(15)设有阵列排布的第一通气孔(151)，所述固定孔板(15)外缘设有第一连接孔(152)。4.根据权利要求1所述一种集成式相变冷却装置，其特征在于，所述固定孔板(15)上缘与腰部(103)上缘等高；所述腰部(103)高度低于箱体(1)内预储水的高度。5.根据权利要求1所述一种集成式相变冷却装置，其特征在于，所述分离孔板(8)设有阵列排布的第二通气孔(82)，所述分离孔板(8)外缘设有第四连接孔(81)。6.根据权利要求1所述一种集成式相变冷却装置，其特征在于，所述腔体一(101)或腔体二(102)侧面设有进水口(12)；所述进风盖板(2)设有进风口(21)，所述进风盖板(2)外缘设有第二连接孔(22)；所述出风盖板(4)设有出风口(41)，所述出风盖板(4)外缘设有第三连接孔(42)；所述底部盖板(7)设有出水口(72)，所述底部盖板(7)外缘设有第五连接孔(71)。7.根据权利要求6所述一种集成式相变冷却装置，其特征在于，所述进风口(21)外部安装空气驱动设备。8.根据权利要求6所述一种集成式相变冷却装置，其特征在于，所述进风口(21)、出风口(41)、进水口(12)、出水口(72)的形状为正方形、长方形或圆形。9.一种如权利要求1-8中任一项所述的集成式相变冷却装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、外接的空气驱动设备通过进风盖板(2)对腔体一(101)进行增压；s2、腔体一(101)内的预储水在气压作用下经腰部(103)穿过固定孔板(15)及分离孔板(8)进入腔体二(102)；s3、外界热空气由进风盖板(2)进入箱体(1)，由腔体一(101)经过腰部(103)，穿过固定孔板(15)及分离孔板(8)进入位于腔体二(102)内的预储水中，并最终上升离开，这一过程中，通过空气与预储水的相互作用与相变冷却效应，使得空气温度下降，实现冷却效果；s4、经冷却后的空气经出风盖板(4)流出。10.一种如权利要求1-8中任一项所述的集成式相变冷却装置的应用，其特征在于，将所述集成式相变冷却装置用于机柜散热。

技术总结
本发明涉及一种集成式相变冷却装置及其工作方法与应用，包括箱体、进风盖板、出风盖板、底部盖板及分离孔板；所述箱体包括腔体一、腔体二、固定孔板以及连接腔体一、腔体二的腰部；所述固定孔板设于箱体的腔体二底部；所述进风盖板连接于箱体的腔体一顶部；所述出风盖板连接于箱体的腔体二顶部；所述底部盖板连接于箱体的底部；所述分离孔板连接于箱体内部的固定孔板上部；所述分离孔板与箱体内固定孔板之间留有间距。与现有技术相比，本发明的集成式相变冷却装置通过设置U字型箱体以提高装置预储水量，并削弱两腔体间的热损耗；通过设置双层通气孔板，使热空气以气泡形态穿过预储水层，利用空气与预储水的相变冷却效应下达到冷却效果。却效果。却效果。


技术研发人员：姜洁琰 潘振海 李姗姗
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/7/12