循環冷卻的案例
『轉貼』新型微通道自然循環電子冷卻器
新型微通道自然循環電子冷卻器
中科院廣州能源研究研究所徐進良研究員領導的團隊勇于探索，攻關4年，于近期成功研制微通道自然循環電子冷卻器并在高端計算機上運行。此項成果通過廣州市科技局組織的專家鑒定，鑒定意見認為達到國際先進水平，可廣泛應用于信息、空間、軍事等領域，建議進一步推廣使用，以造福社會。
徐進良團隊幾年前就開始這項研究，并在去年承擔廣州市科技攻關項目“新型微通道自然循環電子冷卻器及產業化”，針對目前在信息、空間、軍事技術等領域中廣泛存在的電子設備高集成度、高熱流密度及溫度失效率大幅度上升等問題，經過多次分析，試驗等，提出并實現了微通道自然循環冷卻器的原理及樣機研制。
樣機由內含微通道的金屬底坐和兩根金屬導管及一個圓形冷凝器和散熱片組成(見圖所示)。所研制的樣機，經廣州市能源監督所檢測，冷卻熱功率達300W，熱流密度達33W/cm2。這兩項指標分別為目前高端計算機熱功率及熱流密度的三倍，可采用風散低轉速或完全無風自然循環運行，大大降低了噪音，并提高了可靠性。另外，該原理可根據不同用戶需要，進行不同的機構尺寸設計，應用范圍廣。
據介紹，該冷卻器中采用了三項關鍵技術：(1)微通道用于強化傳熱，以解決芯片的高熱流密度問題，(2)自然循環原理解決了冷卻器回路的壓力驅動問題，完全實現了無泵運行，(3)微型冷凝器與太陽花散熱器之間采用過盈配合，可避免異質金屬之間的焊接，并使接觸熱阻降低到最小。整個冷卻器回路采用全焊接模式密封，因而可靠性高。根據廣東省科學技術情報研究所對國內外專利及文獻的全面檢索分析及驗收鑒定專家的實際考核，認為該項目屬于集成性自主創新，建議進一步開發批量生產技術及裝備，以推廣應用于計算機、通訊基站、大功率電子及激光器等領域。
展開 數據中心用兩相循環冷卻系統研究
數據中心能效的提高抑制了能源需求的快速增長，特別是冷卻系統用電需求的減少部分抵消了IT設備用電需求的增長。然而，冷卻系統的能耗約占典型直流系統能耗的30 ~ 50%，冷卻系統效率的提升潛力巨大。
循環熱管等自然冷卻技術是降低冷卻系統功耗的有效解決方案。循環熱管是一種被動傳熱裝置，可用于具有遠程散熱器或熱源的不同熱調節系統。回路熱管(又稱兩相回路熱虹吸)系統具有熱效率高、可靠性好、性價比高等優點。特別是水泵驅動的循環熱管系統用于數據中心的自然冷卻，與空調相比，無疑具有更高的能效比。
壓縮機的能耗通常占冷卻系統的大部分，采用高效壓縮機可以降低冷卻系統的能耗。磁懸浮壓縮機因其非機械摩擦和無油的特性成為新的選擇。基于構建了新的冷卻系統，并在相對較小或超大規模的DCs中取得了顯著的效率提高，開發新型的冷卻系統用于數據中心是非常重要的。
02
成果掠影
近期，華中科技大學的邵雙全教授團隊提出并試驗了一種由磁懸浮壓縮機和液泵組成的無油、結構可靠的兩相循環冷卻系統。
系統有三種工作模式:蒸汽壓縮制冷模式、一體化制冷模式和液泵驅動模式。建立了一臺240千瓦制冷量的樣機，探索其性能和運行參數。通過中國典型氣候帶城市的天氣參數，計算了系統的年COP和直流電力利用效率(PUE)。結果表明，在泵驅動模式下，系統的性能系數(COP)約為12，室外機的COP高達31 ~ 40。在集成模式和蒸汽壓縮模式下，系統COP從3.85增加到8.16，壓比從2.64增加到1.13，表明磁懸浮壓縮機和液泵能夠很好地協同工作，達到預期的性能。中國應用的綜合系統的年COP在大部分氣候帶都在6.5以上。假設除冷卻系統外的輔助系統能耗占信息技術設備能耗的5%，數據中心的電力使用效率可低至1.2。
展開 冷凍水和冷卻水循環系統水力計算
2.2.空調冷卻水系統水力計算方法
空調冷卻水循環系統一般采用開式系統,水力計算是確定冷卻水流量后,確定冷卻水泵的揚程.
2.2.1冷卻塔冷卻水量
池到噴嘴的高差) 所需的壓力,Pa.
空調水系統中管內水流速按表3 中的推薦值選用,或按表4 根據流量確定管徑[1]。
工程應用
3.1冷凍水系統管路水力計算應用
如圖1 所示的空調冷凍水二次泵循環系統(一級循環略去) ,此系統計算冷負荷為48.8kW,冷凍水供水溫度為7 ℃,回水溫度為1 2 ℃,空調機組表冷器水側阻力為50kPa,各管段的長度見表5 ,求各管段的管徑及二次水泵的流量和揚程。
3.2冷卻水系統管路水力計算應用
某建筑建筑面積為4000m2 ,選用冷水機組一臺,制冷量為455 KW. 冷凝器側水阻力為4. 9 ×104Pa ,進、出冷凝器的水溫分別為32 ℃和37 ℃,水處理器的阻力為2.0 ×104 Pa ,冷卻水管總長48 m ,冷卻塔盛水池到噴嘴的高差為2.5 m ,確定各管段的管徑和水泵的選擇參數.
冷卻水循環管路,由于管徑沒有沿程變化,認為是一個計算管段,則計算管段的冷卻水流量為：
參考文獻:
[1] 馬最良 民用空調建筑設計[M]1 北京:中國建筑出版社,2003
[2] 采暖通風與空氣調節設計規范[ S]1GB50019 -2003
[3] 陸耀慶 使用供熱空調設計手冊[M]1 北京:中國建筑出版社,1993
展開 【探討】強迫油循環風冷變壓器冷卻器啟動回路精講
根據冷卻方式分類。目前電力系統運行中的變壓器以油浸自冷式、油浸風冷式及強迫油循環式三類為主。同樣環境下強迫油循環冷卻效果優于油浸風冷，油浸風冷冷卻效果優于油浸自冷。
大型變壓器為了提高容量、減少體積、重量和材料消耗大多會采用強迫油循環導向風冷方式，這種冷卻方式采用的是油泵導向強迫加速熱點油循環，經風冷散熱器使變壓器冷卻效果提高。按照《變壓器運行規程》的相關規定，為防止變壓器油劣化過速，上層油溫一般度，不宜經常超過85攝氏，多數變壓器因此設有過溫保護，當溫度達到設定值就會跳閘。一旦變壓器因油溫過高導致絕緣損壞事故或過溫跳閘，就會給系統的正常供電和安全運行帶來嚴重的影響，因此根據變壓器的容量及其重要程度，必須裝設良好且可靠的冷卻系統。
為了增強冷卻系統的可靠性進而提高變壓器的安全運行性能，往往采用多組冷卻器分別控制的設計方案，當某一組冷卻器故障時不影響其他冷卻器的運行，使得變壓器能夠最大程度上得到冷卻。分組的另外一個好處是運行檢修靈活，冷卻器一般分成4-12組，可以根據負荷即溫度來確定投入的組數，及低溫及低負荷時投入較少冷卻器，以免導致能源及冷卻器壽命的浪費，高溫及高負荷時投入較多組冷卻器及時降低主變溫度。
究竟需要投入多少臺冷卻器才能既滿足散熱需求又不至于造成能源浪費及冷卻器壽命減少，這要根據不同的廠家散熱器的性能而定，本文以某公司生產的OSFPS-750000/500變壓器為例，進行計算。
展開 
循環工況下冷卻液溫度的仿真分析
模擬車輛在循環工況下，冷卻系統中冷卻液的溫度變化。模型中輸入發動機的散熱量的map圖譜、水泵的P-Q特性、散熱器的散熱性能、節溫器的open特性等，計算可以獲得系統內的冷卻液的溫度·流量·壓力隨時間變化的曲線（圖中為發動機轉速、發動機水套水溫、散熱器冷卻液溫度隨時間變化的曲線）
換熱器結垢的清理方法
換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器、再沸器、深冷器、過熱器等。
2、換熱介質的化學成分對結垢形成的影響
換熱介質是指和工藝物料發生熱量交換的輔助介質，常用的有水、油、空氣等。水是最常見的換熱介質，其雜質成分對換熱器結垢的形成有很大的影響。具體來說有：以離子或分子狀態溶解于水中的雜質：鈣鹽類、鎂鹽類、鈉鹽類。以膠體狀態存在的雜質：鐵化合物、微生物、冷卻循環水中的污泥，來源于空氣中的塵土及補充水中的懸浮物，逐漸沉積在流速較低的換熱器中。粘垢：主要是微生物的分泌物與水中泥沙、腐蝕產物、菌藻殘骸粘結而成，常常附著在換熱器壁面上。
3、換熱器垢的理化性質
在受熱面與傳熱表面上沉積的附著物層常稱作水垢。在換熱器中，尤其是壓縮冷盤等循環冷卻式換熱器中，含有碳酸氫鹽分解產物和微生物污泥。碳酸鹽水垢是循環冷卻水系統和熱交換器傳熱表面的主要垢種。碳酸鹽水垢的基本性狀：碳酸鹽水垢外觀為白色或灰白色。如果設備有腐蝕時，會染上腐蝕產物的顏色。碳酸鹽水垢質硬而脆，附著堅牢，難以剝離刮除。對于循環冷卻水，應定期檢測水質，使水質符合GB50050《循環冷卻水的水質標準》，當水質不能達到標準時，應按國家標準GBJ50《工業循環冷卻水處理設計規范》中的方法對水質進行處理。這樣能有效防止水垢對設備換熱效果的影響
4、換熱過程中介質的流速對結垢形成的影響
適當提高流體的流速，使流體中的沉積物不易沉積、結垢，但換熱器的壓降增大；不斷地改變流體的流動方向，使流體不停地沖擊換熱管的壁面，讓流體中的各種雜質不易在壁面停留；選擇耐腐蝕的光滑材料，也可以減緩污垢的形成。實踐中，我們常通過壓力差的檢查，判斷換熱器是否結垢。公司在每次設備檢修停車前也都這樣做。
展開 換熱器結垢的清理方法
換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器、再沸器、深冷器、過熱器等。
2、換熱介質的化學成分對結垢形成的影響
換熱介質是指和工藝物料發生熱量交換的輔助介質，常用的有水、油、空氣等。水是最常見的換熱介質，其雜質成分對換熱器結垢的形成有很大的影響。具體來說有：以離子或分子狀態溶解于水中的雜質：鈣鹽類、鎂鹽類、鈉鹽類。以膠體狀態存在的雜質：鐵化合物、微生物、冷卻循環水中的污泥，來源于空氣中的塵土及補充水中的懸浮物，逐漸沉積在流速較低的換熱器中。粘垢：主要是微生物的分泌物與水中泥沙、腐蝕產物、菌藻殘骸粘結而成，常常附著在換熱器壁面上。
3、換熱器垢的理化性質
在受熱面與傳熱表面上沉積的附著物層常稱作水垢。在換熱器中，尤其是壓縮冷盤等循環冷卻式換熱器中，含有碳酸氫鹽分解產物和微生物污泥。碳酸鹽水垢是循環冷卻水系統和熱交換器傳熱表面的主要垢種。碳酸鹽水垢的基本性狀：碳酸鹽水垢外觀為白色或灰白色。如果設備有腐蝕時，會染上腐蝕產物的顏色。碳酸鹽水垢質硬而脆，附著堅牢，難以剝離刮除。對于循環冷卻水，應定期檢測水質，使水質符合GB50050《循環冷卻水的水質標準》，當水質不能達到標準時，應按國家標準GBJ50《工業循環冷卻水處理設計規范》中的方法對水質進行處理。這樣能有效防止水垢對設備換熱效果的影響
4、換熱過程中介質的流速對結垢形成的影響
適當提高流體的流速，使流體中的沉積物不易沉積、結垢，但換熱器的壓降增大；不斷地改變流體的流動方向，使流體不停地沖擊換熱管的壁面，讓流體中的各種雜質不易在壁面停留；選擇耐腐蝕的光滑材料，也可以減緩污垢的形成。實踐中，我們常通過壓力差的檢查，判斷換熱器是否結垢。
展開 換熱器結垢的清理方法！值得收藏！
對于循環冷卻水，應定期檢測水質，使水質符合GB50050《循環冷卻水的水質標準》，當水質不能達到標準時，應按國家標準GBJ50《工業循環冷卻水處理設計規范》中的方法對水質進行處理，這樣能有效防止水垢對設備換熱效果的影響
4. 換熱過程中介質的流速對結垢形成的影響
適當提高流體的流速，使流體中的沉積物不易沉積、結垢，但換熱器的壓降增大；
不斷地改變流體的流動方向，使流體不停地沖擊換熱管的壁面，讓流體中的各種雜質不易在壁面停留；
選擇耐腐蝕的光滑材料，也可以減緩污垢的形成。
實踐中，我們常通過壓力差的檢查，判斷換熱器是否結垢。公司在每次設備檢修停車前也都這樣做。
5. 換熱過程中介質的溫度對結垢形成的影響
換熱器進出口溫度的變化直接反映出換熱器換熱能力的變化。
定期測量換熱器進出口流量、溫度、當傳熱能力低到不能滿足工藝要求時，則應通過機械清洗或化學清洗提高換熱能力，滿足和維持工藝運行的需要。
用水作冷卻介質時，水的出口溫度最好控制在50℃，因為超過50℃會使管子腐蝕，換熱器結垢嚴重，影響換熱能力，故出口水溫不要超過65℃。
6.
展開 焦爐煤氣脫硫為什么要選擇負壓脫硫工藝？
某公司焦爐煤氣凈化一開始采用HPF正壓脫硫工藝，但脫硫效率低，且正壓脫硫需將煤氣冷卻，送入脫硫塔進行脫硫、脫氰，經過脫硫后，煤氣進入硫銨單元，又需對煤氣進行預熱，煤氣經過冷卻、預熱存在較大的能源浪費，不利于節能降耗生產，對此該公司將正壓脫硫工藝改為負壓脫硫工藝，運行3年來，脫硫效率提高，節能效果顯著，具有良好的經濟效益和環保效益。
一正、負壓脫硫工藝對比
國內外對焦爐煤氣的脫硫工藝分為正壓脫硫和負壓脫硫二種。
1正壓脫硫工藝
從鼓風機來的約55～60℃的煤氣，先進入預冷塔，用循環水冷卻至30℃左右，然后進入脫硫塔。
預冷塔用冷卻水自成循環系統，從塔底排出的熱水經循環泵送往冷卻器，用循環冷卻水換熱后進入預冷塔頂部噴灑用于冷卻煤氣，預冷循環水定期進行排污，送往機械化澄清槽，同時往循環系統中加入剩余氨水予以補充。
從預冷塔來的煤氣進入脫硫塔底部與塔頂噴淋的脫硫液逆向接觸，脫除H2S、HCN后由塔頂溢出去往硫銨單元。
從脫硫塔底排出的脫硫液經液封槽進入反應槽，再由脫硫液循環泵送出，一部分經過冷卻器冷卻后與另一部分未冷卻液體混合后經預混噴嘴送入再生塔底部，同時在再生塔底部鼓入壓縮空氣，使脫硫液在塔內得以再生，再生后的脫硫液于塔上部經液位調節器流至脫硫塔循環噴灑使用，上浮于再生塔頂部擴大部分的硫泡沫利用液位差自流入硫泡沫槽，產生的硫泡沫用泵送至離心機離心分離，濾液返回反應槽，硫膏裝袋后外銷。
脫硫所用成品氨水由蒸氨每班送至脫硫反應槽加入脫硫液循環系統。
2負壓脫硫工藝
電捕來的約25℃煤氣進入填料脫硫塔底部，與塔頂噴灑下來的再生溶液逆向接觸，吸收煤氣中的H2S和HCN（同時吸收煤氣中的NH3，以補充脫硫液中的堿源）。脫硫后煤氣進入鼓風機單元。
展開 電動汽車快速充電循環下鋰離子軟包電池的優化冷卻和熱分析
目前，大多數關于電池冷卻設計和優化的研究工作都集中在圓柱形和棱柱形電池上。最近，袋形電池因其比圓柱形電池更高的能量密度而受到關注。目前，已經提出了各種用于冷卻鋰離子電池的熱管理系統：空氣冷卻、間接液體冷卻、直接液體或浸沒冷卻、使用相變材料、熱管以及涉及兩種或多種這些方法組合的混合方法進行被動冷卻。然而，就電動汽車的商業應用而言，只有風冷和液冷已大規模實施，其他還處于研究階段。由于其高熱容量，液體冷卻仍然是迄今為止最有效和研究最多的系統；因此，當前的研究趨勢是尋找改進液冷板設計的方法，以實現更好、更具成本效益的熱控制。
02
成果掠影
近期，路易斯維爾大學機械工程系Sam Park教授團隊提出了一種電動汽車快速充電循環下鋰離子軟包電池的優化冷卻和熱分析方法。本研究使用多域建模方法對采用 1P4S 配置（1 個并聯和 4 個串聯電池）的商用 65 Ah 軟包電池進行熱分析。該研究旨在分析四種不同冷卻配置的熱行為，即具有環境冷卻的單電池、具有環境冷卻的 1P4S、僅具有底部液體冷卻的 1P4S 和具有兩側液體冷卻的 1P4S。Newman、Tiedemann、Gu 和 Kim (NTGK) 模型用于小尺度電化學建模，而計算流體動力學(CFD) 用于分析電動汽車常用的不同快速充電速率期間的熱行為。
研究結果表明，使用兩個流動方向相反的冷卻板而不是單側冷卻可將最大溫差從 10°C 降低 50% 至 5°C，并將充電期間的最高溫度降低 7°C，為 1.98°C。這表明使用兩側液冷可以顯著改善電池的熱性能，這對于快速充電和整體電池性能至關重要。這項研究對行業的意義重大，因為它提供了有關如何改進電動汽車電池組的設計和熱管理的見解。
展開 百萬噸乙烯裝置不同產品外送方案對乙烯裝置能耗和經濟性的影響
這是因為當采用全部乙烯產品由五段出口外送時，大幅降低了壓縮機四段用于冷卻和冷凝的乙烯流量，導致換熱器的熱負荷降低。
乙烯制冷壓縮機四段出口液相乙烯產品的脫過冷器、汽化器和過熱器的熱負荷情況見表4。
從表4可以看出，采用方案三時，由于乙烯產品都從五段送出，因此不需要換熱器。方案二的熱負荷明顯大于方案一，主要是因為方案二需要將70萬噸/年的乙烯產品汽化和過熱，而方案一僅需汽化和過熱30萬噸/年的乙烯產品。
丙烯制冷壓縮機出口溫度約70℃，需要利用循環冷卻水為冷媒將其冷凝。3個方案中，丙烯制冷壓縮機功率不同，因此其出口冷凝器的熱負荷也不同，造成了所消耗的循環冷卻水的流量也不同。以方案三作為基準，方案一的循環冷卻水用量增量為414噸/小時，方案二的循環冷卻水增量為823噸/小時。
此外，不同的乙烯產品外送方案對應不同的低溫乙烯產品輸送泵的功率。方案三中由于全部由五段氣相外送，因此不需要低溫乙烯產品輸送泵。以方案三為基準，方案一的乙烯產品輸送泵電力消耗增量為20kW，方案二電力消耗增量為47kW。
綜合以上影響因素，3個方案的水、電、氣消耗量和能耗的具體比較見表5。
從表5可以看出，3個方案中，方案三的能耗是最低的，比方案一的低3.8千克標油/噸乙烯，比方案二的低5.9千克標油/噸乙烯。因此采用方案三的乙烯產品外送方案的經濟性最佳。
2
對設備臺數的影響
上述3個方案中，方案三所需的設備臺數最少。由于采用了全部五段氣相外送，壓縮機四段出口不需要設置脫過冷器、汽化器和過熱器，而且也不需要設置乙烯產品輸送泵。因此采用方案三節省了3臺換熱器（其中2臺為板翅式換熱器、1臺為釜式換熱器）和2臺低溫乙烯產品泵。
展開 
一文詳解電力變壓器冷卻裝置的一般要求以及冷卻器的作用
電力變壓器冷卻裝置的一般要求
a.按制造廠的規定安裝全部冷卻裝置；
b.強油循環的冷卻系統必須有兩個獨立的工作電源并能自動切換。當工作電源發生故障時，應自動投入備用電源并發出音響及燈光信號；
c.強油循環變壓器，當切除故障冷卻器時應發出音響及燈光信號，并自動（水冷的可手動）投入備用冷卻器；
d.風扇、水泵及油泵的附屬電動機應有過負荷、短路及斷相保護；應有監視油泵電機旋轉方向的裝置；
e.水冷卻器的油泵應裝在冷卻器的進油側，并保證在任何情況下冷卻器中的油壓大于水壓約0.05MPa（制造廠另有規定者除外）。冷卻器出水側應有放水旋塞；
f.強油循環水冷卻的變壓器，各冷卻器的潛油泵出口應裝逆止閥；
g.強油循環冷卻的變壓器，應能按溫度和（或）負載控制冷卻器的投切。
展開 沖壓件生產車間公用配套設施包括什么？
沖壓件加工廠家在配置五金加工設備前，還需要對廠內公用動力配套設施設計齊全，五金沖壓生產車間的公用配套設施一般包括水、電、氣等所需設備，另外可以根據項目的需要，選擇是否安裝送風、采暖、除濕等設備設施；
1、循環冷卻水；沖壓件加工車間使用的循環冷卻水主要用于壓力機設備，進水溫度32℃，出水溫度37℃，選擇需要使用軟水或者純水來防止結垢損傷設備；
2、沖壓件生產車間使用的主要能源就是電力，其使用的主要區域就集中在全自動沖壓線和開卷落料線這塊，所以車間變壓器在布置時候，應該盡量靠近設備；
3、壓縮空氣，沖壓件車間內的用氣點主要是沖壓設備、模具維修、五金沖壓件維修等區域，壓縮空氣的要求為：氣源壓力6bar，壓縮空氣中油的含量為25mg/m3,顆粒直徑為40μm，顆粒含量10mg/m3.
4、為了防止沖壓件生銹，車間還需要對室內濕度控制在65%以內，車間還要保證清潔的環境，生產時也要嚴格控制空氣中的含塵量等；
展開 電力變壓器冷卻裝置的一般要求以及冷卻器的作用
當工作電源發生故障時，應自動投入備用電源并發出音響及燈光信號；
c.強油循環變壓器，當切除故障冷卻器時應發出音響及燈光信號，并自動（水冷的可手動）投入備用冷卻器；
d.風扇、水泵及油泵的附屬電動機應有過負荷、短路及斷相保護；
應有監視油泵電機旋轉方向的裝置；
e.水冷卻器的油泵應裝在冷卻器的進油側，并保證在任何情況下冷卻器中的油壓大于水壓約0.05MPa（制造廠另有規定者除外）。冷卻器出水側應有放水旋塞；
f.強油循環水冷卻的變壓器，各冷卻器的潛油泵出口應裝逆止閥；
g.強油循環冷卻的變壓器，應能按溫度和（或）負載控制冷卻器的投切。
展開 變壓器冷卻系統最全講解
油泵運轉時，強制油箱體內的油從上部吸入散熱器，再從變壓器的下部進入油箱體內，實現強迫油循環。冷卻的效果與油的循環速度有關。如圖2所示為大型變壓器使用的強迫油循環風冷式冷卻系統種的冷卻結構。
4、強迫油循環水冷
強迫油循環水冷卻系統由潛油泵、冷油器、油管道、冷卻水管道等組成。工作時，變壓器上部的油被油泵吸入后增壓，迫使油通過冷油器時，利用冷卻水冷卻油。因此，這種冷卻系統中，鐵芯和繞組的熱先傳給油，油中的熱再傳給冷卻水。這種冷卻方式效果很好，但變壓器的密封要求很高，而且冷卻過程中油壓必須高于冷卻水的壓力。如圖3所示強迫油循環水冷式冷卻系統結構。
圖3 強迫油循環水冷式冷卻系統結構
1－變壓器；2－潛油泵；3－冷油器；4－冷卻水管，5－油管道
來源：網絡
展開 