技术领域
[0001] 本
发明涉及一种智能水冷系统，具有涉及自动调节能力的智能水冷系统，属于电力
电子与智能控制技术领域。
背景技术
[0002] 水冷系统作为一个辅助
散热设备已经逐渐应用于国民经济的诸多行业。随着应用场合的增多，传统的水冷系统在适应能力、结构、尺寸、
稳定性、经济性等方面已经不能够满足这种应用的多样性。
现有技术中的水冷系统存在以下技术问题；1）体积较大，整体结构复杂，拆卸维修麻烦，整个系统的稳定性较差；2）成本较高，运行过程中经常出现一些问题；3）工作效率低，能耗高；4）出现异常掉电时，立刻停机，水冷系统丧失散
热能力；5）系统启动对
电网冲击大，降低
电机使用寿命，6）现有技术中的水冷系统应用环境存在一定的局限性，不便于大规模的推广使用。因此，迫切的需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。
发明内容
[0003] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种具有自动调节能力的智能水冷系统，该系统整体设计巧妙，结构紧凑，体积较小，运行稳定，并且该技术方案加装不间断电源，对系统供电系统优化，大大延长电机的使用寿命。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种具有自动调节能力的智能水冷系统，所述水冷系统设置在主管道上，其特征在于，所述水冷系统包括主
循环泵，空气
散热器、过滤装置、散热对象以及平衡箱，所述主
循环泵，空气散热器、过滤装置、散热对象以及平衡箱通过管道相连，所述智能水冷系统还包括中央处理系统以及控制系统，所述空气散热器、主循环泵以及平衡箱均与中央处理系统相连接。整个技术方案设计巧妙，结构紧凑，工作效率高，该技术方案中主循环泵和空气散热器具有软启动功能，系统中对电机进行变频调速控制，能够在水冷系统启动的过程中实现软启动，延长电机寿命，避免启动瞬间对电网的冲击；同时，增强水冷系统在需要频繁启动停止应用场合的稳定性。
[0005] 作为本发明的一种改进，所述空气散热器和主循环泵之间设置有主泵出水压力
传感器PS1，所述主循环泵和平衡箱之间设置有主泵进水
压力传感器PS3，所述过滤装置和散热对象之间设置有供水压力传感器PS2。该技术方案中，实现了压力闭环控制，通过
中央处理器实时采集主泵出水压力传感器PS1、供水压力传感器PS2、主泵进水压力传感器PS3的压力数据，来分别判断主循环泵出水压力P1、对散热对象的供水压力P2、散热对象出水压力或进泵进水压力P3是否在设置的系统正常运行时的压力范围内，如果三者之中任何一个大于/小于设定的其压力调节上限（Pmax）/下限（Pmin），中央处理器将会通过调节主循环泵的转速来改变供水压力，在设定的安全周期内持续
采样，判断压力是否恢复，如果超出安全周期压力仍未恢复，仍继续调节并发出告警
信号，告知散热对象和操作人员先对散热对象进行保护，最终在压力达到水冷系统超压停机上限（Pmax-stop）/下限（Pmin-stop）的时候，系统停机。该压力闭环可以是压力调节停机上限和停机下限中某一个理想的压力段，增强系统在散热对象发热量及环境条件变化时的适应能力。
[0006] 作为本发明的一种改进，所述过滤装置和散热对象之间设置有供水
温度传感器TS1，所述平衡箱和散热对象之间设置有回水温度传感器TS2和冷却介质流量传感器FS。该技术方案中，实现了温度闭环控制，通过中央处理器实时采集供水温度传感器TS1、回水温度传感器TS2、冷却介质流量传感器FS的信息，以判断该阶段流量大小及空气散热器是否满足携带走此时散热对象产生的热量并使其温度稳定在合理的范围内；如果供水温度（T1）/回水温度(T2)高于设定的理想温度区域上限Tmax，则意味着流量过小及空气散热器散热能力过低，此时中央处理单元通过提高主循环泵的转速来增加流量，提高空气散热器
风机的转速来增加散热能力，快速降低散热对象温度；如果供水/回水温度低于设定的理想温度区域下限Tmin，则意味着流量过剩及空气散热器能力过剩，此时中央处理单元通过降低主循环泵的转速来减小流量，降低空气散热器风机的转速来降低散热能力，快速稳定散热对象温度，避免温度降至
露点（Tdp）以下；如果
环境温度过低，中央处理单元启动平衡箱中的电加热器，控制主循环泵以极低速运行，停止空气散热器风机运行，达到升高冷却介质温度保持冷却介质低速流动防止结
冰的目的。该温度闭环可以是超温停机上限（Tmax-stop）和露点（Tdp）中某一个理想的温度段，增强系统在散热对象发热量及环境温度变化时的适应能力。
[0007] 作为本发明的一种改进，所述智能水冷系统还包括补水箱，所述补水箱通过补水泵连接平衡箱，时时对平衡箱进行补充。
[0008] 作为本发明的一种改进，所述平衡箱包括平衡箱本体，所述平衡箱本体的上方设置有补水管和手动排气
阀，所述补水箱本体的一侧设置有水位计，补水箱本体的底部设置有电加热器，所述补水箱本体的下方设置有泄空阀。该技术方案中，增加的多功能平衡箱顶端有一个补水管，提供为系统加水和补水的功能，通过观察水位计，确定罐内水位，并留一定余量，使得系统运行过程中把管道内可能存在的空气排到平衡箱罐体内；罐顶设有手动排气阀，便于脱气操作；罐底装有电加热器，辅助完成温度闭环控制。增加多功能平衡箱，空气散热器器使用单台，通过将缓冲、脱气、加热三项功全能融合在平衡箱中，并且冷却介质全部从空气散热器走，减少了电动三通阀和分
流管道的使用，来简化结构减小体积；通过对空气散热器风机采用变频控制，可将减少风机至一台，系统体积更小。
[0009] 作为本发明的一种改进，所述过滤装置包括主管道
过滤器和旁路主管道过滤器，电动三通阀、对夹式蝶阀以及快拆接头，所述电动三通阀同时连接主管道、主管道过滤器和旁路主管道过滤器，所述主管道过滤器的两侧设置有快拆接头，所述旁路主管道过滤器的两侧设置有快拆接头，所述电动三通阀和旁路主管道过滤器之间设置有对夹式蝶阀。通过电动三通阀连接主管道、主管道过滤器、旁路主管道过滤器，两个过滤器的两端均已快速接头连接，便于快速拆装；在需要进行主管道过滤器清理维护的时候，电动三通阀关闭主管道过滤器，开通旁路主管道过滤器，进行不停机操作，提高工作效率。
[0010] 作为本发明的一种改进，所述中央处理系统包括中央处理器以及AD采样
电路，所述主循环泵包括第一主循环泵和第二主循环泵；所述控制系统包括AC380V电源，不控
整流器、逆变器以及不间断电源UPS，所述AC380V电源和逆变器之间设置有不控整流器以及不间断电源UPS。 加装UPS,具有掉电不立刻停机的功能。对系统供电进行优化，通过加装UPS，保证在掉电瞬间，系统中的空气散热器风机掉电停机，靠惯性旋转，其余系统靠UPS提供的
电能继续工作，同时向散热对象发出掉电故障信号，保证水冷系统在散热对象停机过程中仍具散热能力。
[0011] 作为本发明的一种改进，所述中央处理器上设置有通信
接口，该水冷系统的中央处理器单元有RS485和Profibus接口，能够实现水冷西的中央处理单元与散热对象
控制器的通信，实时判断散热对象工况，预判散热负荷，提前调节水冷系统的散热能力。
[0012] 一种智能水冷系统的自动调节方法，其特征在于，所述方法如下：（1）AD采样电路采样主泵出水压力传感器、供水压力传感器、主泵进水压力传感器、供水温度传感器、回水温度传感器、冷却介质流量传感器的信息，并上传至中央处理器。
[0013] （2）中央处理器通过对比接收的压力信息与设定的压力调节
限幅来判断此时各压力传感器处的压力是否处于安全范围，如果超出压力调节上限和下限则进行压力调节；如果超出超压停机的上限和下限则停机，与此同时，中央处理器通过对比接收的温度信息与设定的合理温度区域来判断各温度传感器处的温度是否处于合理的温度范围内，如果超出理想温度区域上限和下限则进行温度调节；如果超出超温停机上限，则停机；如果水温低于露点，则关闭空气散热器电机并启动电加热器；上述步骤中，包括压力闭环控制和温度闭环控制，其中压力闭环控制实现步骤为：中央处理器实时采集主泵出水压力传感器PS1、供水压力传感器PS2、主泵进水压力传感器PS3的压力数据，来分别判断主循环泵出水压力P1、对散热对象的供水压力P2、散热对象出水压力或进泵进水压力P3是否在设置的系统正常运行时的压力范围内，如果三者之中任何一个大于/小于设定的其压力调节上限（Pmax）/下限（Pmin），中央处理器将会通过调节主循环泵的转速来改变供水压力，在设定的安全周期内持续采样，判断压力是否恢复，如果超出安全周期压力仍未恢复，仍继续调节并发出告警信号，告知散热对象和操作人员先对散热对象进行保护，最终在压力达到水冷系统超压停机上限（Pmax-stop）/下限（Pmin-stop）的时候，系统停机；该压力闭环可以是压力调节停机上限和停机下限中某一个理想的压力段，增强系统在散热对象发热量及环境条件变化时的适应能力；实现温度闭环控制实现步骤为：通过中央处理器实时采集供水温度传感器TS1、回水温度传感器TS2、冷却介质流量传感器FS的信息，以判断该阶段流量大小及空气散热器是否满足携带走此时散热对象产生的热量并使其温度稳定在合理的范围内；如果供水温度（T1）/回水温度(T2)高于设定的理想温度区域上限Tmax，则意味着流量过小及空气散热器散热能力过低，此时中央处理单元通过提高主循环泵的转速来增加流量，提高空气散热器风机的转速来增加散热能力，快速降低散热对象温度；如果供水/回水温度低于设定的理想温度区域下限Tmin，则意味着流量过剩及空气散热器能力过剩，此时中央处理单元通过降低主循环泵的转速来减小流量，降低空气散热器风机的转速来降低散热能力，快速稳定散热对象温度，避免温度降至露点（Tdp）以下；如果环境温度过低，中央处理单元启动平衡箱中的电加热器，控制主循环泵以极低速运行，停止空气散热器风机运行，达到升高冷却介质温度保持冷却介质低速流动防止结冰的目的；所述步骤2中，多功能平衡箱的顶端设置有一个补水管，为系统提供加水和补水的功能，通过观察水位计，确定罐内水位，并留一定余量，使得系统运行过程中把管道内可能存在的空气排到平衡箱罐体内；罐顶设有手动排气阀，便于脱气操作；罐底装有电加热器，辅助完成温度闭环控制；所述步骤2中，所述电动三通阀同时连接主管道、主管道过滤器和旁路主管道过滤器，所述主管道过滤器的两侧设置有快拆接头，所述旁路主管道过滤器的两侧设置有快拆接头，所述电动三通阀和旁路主管道过滤器之间设置有对夹式蝶阀，在需要进行主管道过滤器清理维护的时候，电动三通阀关闭主管道过滤器，开通旁路主管道过滤器，进行不停机操作；主
循环水泵上设置有UPS,在掉电瞬间为主循环水泵继续工作提供一段时间的电能支持。
[0014] 相对于现有技术，本发明的优点如下：1）整体结构设计巧妙、结构紧凑、体积较小；2）该技术方案中的主循环泵和空气散热器采用变频调速技术，实现供水压力和空气散热器功率的无级可调；通过实现压力闭环控制，达到控制系统冷却介质压力处于安全压力范围内的理想压力段；通过实现温度闭环控制，达到控制系统冷却介质温度处于安全温度范围内的理想温度段；3）该技术方案中通过融合缓冲、脱气、加热三功能于平衡箱，及使用一台变频控制的空气散热器风机来减小系统体积；使得整体结构更加紧凑；4）该技术方案中通过对系统加装不间断电源UPS，实现系统掉电不立刻停机的功能；5）该技术方案中通过控制主循环泵和空气散热器风机启动时软启动达到减小对电网冲击，延长了电机的使用寿命，降低企业的生产成本；6）通过在中央处理器预留
通信接口，实现预判散热负荷，提前调节水冷系统散热能力的目的；7）整个技术方案成本较低，拆卸维修方便，便于大规模的推广应用。
附图说明
[0015] 图1是本发明系统原理
框图；图2是压力闭环控制逻辑框图；
图3是温度闭环控制逻辑框图；
图4是平衡箱结构示意图；
图5是旁路式主管道过滤器结构示意图；
图6主循环泵和空气散热器风机
变频器控制框图；
图中：1、补水管，2、水位计，3、手动排气阀，4、主管道，5、电加热器，6、泄空阀，7、快拆接头，8、蝶阀，9、电动三通阀，10、旁路主管道过滤器，11、主管道过滤器，12、平衡箱本体。
具体实施方式
[0016] 为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式进一步介绍本发明的技术方案。
[0017]
实施例1；参见图1，一种具有自动调节能力的智能水冷系统，所述水冷系统设置在主管道上，所述水冷系统包括主循环泵，空气散热器、过滤装置、散热对象以及平衡箱，所述主循环泵，空气散热器、过滤装置、散热对象以及平衡箱通过管道相连，所述智能水冷系统还包括中央处理系统以及控制系统，所述空气散热器、主循环泵以及平衡箱均与中央处理系统相连接。整个技术方案设计巧妙，结构紧凑，工作效率高，该技术方案中主循环泵和空气散热器具有软启动功能，系统中对电机进行变频调速控制，能够在水冷系统启动的过程中实现软启动，延长电机寿命，避免启动瞬间对电网的冲击；同时，增强水冷系统在需要频繁启动停止应用场合的稳定性。
[0018] 实施例2：参见图1，作为本发明的一种改进，所述空气散热器和主循环泵之间设置有主泵出水压力传感器PS1，所述主循环泵和平衡箱之间设置有主泵进水压力传感器PS3，所述过滤装置和散热对象之间设置有供水压力传感器PS2。该技术方案中，实现了压力闭环控制，通过中央处理器实时采集主泵出水压力传感器PS1、供水压力传感器PS2、主泵进水压力传感器PS3的压力数据，来分别判断主循环泵出水压力P1、对散热对象的供水压力P2、散热对象出水压力或进泵进水压力P3是否在设置的系统正常运行时的压力范围内，如果三者之中任何一个大于/小于设定的其压力调节上限（Pmax）/下限（Pmin），中央处理器将会通过调节主循环泵的转速来改变供水压力，在设定的安全周期内持续采样，判断压力是否恢复，如果超出安全周期压力仍未恢复，仍继续调节并发出告警信号，告知散热对象和操作人员先对散热对象进行保护，最终在压力达到水冷系统超压停机上限（Pmax-stop）/下限（Pmin-stop）的时候，系统停机。该压力闭环可以是压力调节停机上限和停机下限中某一个理想的压力段，增强系统在散热对象发热量及环境条件变化时的适应能力。
[0019] 实施例3：参见图1，作为本发明的一种改进，所述过滤装置和散热对象之间设置有供水温度传感器TS1，所述平衡箱和散热对象之间设置有回水温度传感器TS2和冷却介质流量传感器FS。该技术方案中，实现了温度闭环控制，通过中央处理器实时采集供水温度传感器TS1、回水温度传感器TS2、冷却介质流量传感器FS的信息，以判断该阶段流量大小及空气散热器是否满足携带走此时散热对象产生的热量并使其温度稳定在合理的范围内；如果供水温度（T1）/回水温度(T2)高于设定的理想温度区域上限Tmax，则意味着流量过小及空气散热器散热能力过低，此时中央处理单元通过提高主循环泵的转速来增加流量，提高空气散热器风机的转速来增加散热能力，快速降低散热对象温度；如果供水/回水温度低于设定的理想温度区域下限Tmin，则意味着流量过剩及空气散热器能力过剩，此时中央处理单元通过降低主循环泵的转速来减小流量，降低空气散热器风机的转速来降低散热能力，快速稳定散热对象温度，避免温度降至露点（Tdp）以下；如果环境温度过低，中央处理单元启动平衡箱中的电加热器，控制主循环泵以极低速运行，停止空气散热器风机运行，达到升高冷却介质温度保持冷却介质低速流动防止结冰的目的。该温度闭环可以是超温停机上限（Tmax-stop）和露点（Tdp）中某一个理想的温度段，增强系统在散热对象发热量及环境温度变化时的适应能力。
[0020] 实施例4：参见图1、图4，作为本发明的一种改进，所述智能水冷系统还包括补水箱，所述补水箱通过补水泵连接平衡箱，时时对平衡箱进行补充；所述平衡箱包括平衡箱本体12，所述平衡箱本体12的上方设置有补水管1和手动排气阀3，所述补水箱本体12的一侧设置有水位计2，补水箱本体12的底部设置有电加热器5，所述补水箱本体的下方设置有泄空阀6。该技术方案中，增加的多功能平衡箱顶端有一个补水管1，提供为系统加水和补水的功能，通过观察水位计，确定罐内水位，并留一定余量，使得系统运行过程中把管道内可能存在的空气排到平衡箱罐体内；罐顶设有手动排气阀3，便于脱气操作；罐底装有电加热器5，辅助完成温度闭环控制。增加多功能平衡箱，空气散热器器使用单台，通过将缓冲、脱气、加热三项功全能融合在平衡箱中，并且冷却介质全部从空气散热器走，减少了电动三通阀和分流管道的使用，来简化结构减小体积；通过对空气散热器风机采用变频控制，可将减少风机至一台，系统体积更小。
[0021] 实施例5：参见图1、图5，作为本发明的一种改进，所述过滤装置包括主管道过滤器11和旁路主管道过滤器10，电动三通阀9、对夹式蝶阀8以及快拆接7头，所述电动三通阀同时连接主管道4、主管道过滤器11和旁路主管道过滤器10，所述主管道过滤器的两侧设置有快拆接头，所述旁路主管道过滤器的两侧设置有快拆接头7，所述电动三通阀9和旁路主管道过滤器10之间设置有对夹式蝶阀8。通过电动三通阀连接主管道、主管道过滤器、旁路主管道过滤器，两个过滤器的两端均已快速接头连接，便于快速拆装；在需要进行主管道过滤器清理维护的时候，电动三通阀关闭主管道过滤器，开通旁路主管道过滤器，进行不停机操作，提高工作效率。
[0022] 实施例6：参见图1、图6，作为本发明的一种改进，所述中央处理系统包括中央处理器以及AD采样电路，所述主循环泵包括第一主循环泵和第二主循环泵；所述控制系统包括AC380V电源，不控整流器、逆变器以及不间断电源UPS，所述AC380V电源和逆变器之间设置有不控整流器以及不间断电源UPS。加装UPS,具有掉电不立刻停机的功能。对系统供电进行优化，通过加装UPS，保证在掉电瞬间，系统中的空气散热器风机掉电停机，靠惯性旋转，其余系统靠UPS提供的电能继续工作，同时向散热对象发出掉电故障信号，保证水冷系统在散热对象停机过程中仍具散热能力。
[0023] 实施例7：参见图1、图6，作为本发明的一种改进，所述中央处理器上设置有通信接口，该水冷系统的中央处理器单元有RS485和Profibus接口，能够实现水冷西的中央处理单元与散热对象控制器的通信，实时判断散热对象工况，预判散热负荷，提前调节水冷系统的散热能力。该技术方案中，主循环泵一用一备共两台，即第一主循环泵和第二主循环泵，空气散热器一台，该三台电机通过一套变频器系统控制。如图6所示，该控制系统使用AC380V供电，通过不控
整流桥整成直流，再通过三个逆变器分别控制第一主循环泵、第二主循环泵、空气散热器。该变频系统能够控制三台电机转速，实现供水压力和空气散热器功率的无级可调。此外，在电机启动过程中能够通过变频控制实现软启动。
[0024] 实施例8：参见图1、图2、图3，一种智能水冷系统的自动调节方法，所述方法如下：（1）AD采样电路采样主泵出水压力传感器PS1、供水压力传感器PS2、主泵进水压力传感器PS3、供水温度传感器TS1、回水温度传感器TS2、冷却介质流量传感器的信息FS，并上传至中央处理器；（2）中央处理器通过对比接收的压力信息与设定的压力调节限幅来判断此时各压力传感器处的压力是否处于安全范围，如果超出压力调节上限和下限则进行压力调节；如果超出超压停机的上限和下限则停机，与此同时，中央处理器通过对比接收的温度信息与设定的合理温度区域来判断各温度传感器处的温度是否处于合理的温度范围内，如果超出理想温度区域上限和下限则进行温度调节；如果超出超温停机上限，则停机；如果水温低于露点，则关闭空气散热器电机并启动电加热器；上述步骤中，包括压力闭环控制和温度闭环控制，其中压力闭环控制实现步骤为：参见图2，中央处理器实时采集主泵出水压力传感器PS1、供水压力传感器PS2、主泵进水压力传感器PS3的压力数据，来分别判断主循环泵出水压力P1、对散热对象的供水压力P2、散热对象出水压力或进泵进水压力P3是否在设置的系统正常运行时的压力范围内，如果三者之中任何一个大于/小于设定的其压力调节上限（Pmax）/下限（Pmin），中央处理器将会通过调节主循环泵的转速来改变供水压力，在设定的安全周期内持续采样，判断压力是否恢复，如果超出安全周期压力仍未恢复，仍继续调节并发出告警信号，告知散热对象和操作人员先对散热对象进行保护，最终在压力达到水冷系统超压停机上限（Pmax-stop）/下限（Pmin-stop）的时候，系统停机。该压力闭环可以是压力调节停机上限和停机下限中某一个理想的压力段，增强系统在散热对象发热量及环境条件变化时的适应能力。如图3所示，实现温度闭环控制实现步骤为：通过中央处理器实时采集供水温度传感器TS1、回水温度传感器TS2、冷却介质流量传感器FS的信息，以判断该阶段流量大小及空气散热器是否满足携带走此时散热对象产生的热量并使其温度稳定在合理的范围内；如果供水温度（T1）/回水温度(T2)高于设定的理想温度区域上限Tmax，则意味着流量过小及空气散热器散热能力过低，此时中央处理单元通过提高主循环泵的转速来增加流量，提高空气散热器风机的转速来增加散热能力，快速降低散热对象温度；如果供水/回水温度低于设定的理想温度区域下限Tmin，则意味着流量过剩及空气散热器能力过剩，此时中央处理单元通过降低主循环泵的转速来减小流量，降低空气散热器风机的转速来降低散热能力，快速稳定散热对象温度，避免温度降至露点（Tdp）以下；如果环境温度过低，中央处理单元启动平衡箱中的电加热器，控制主循环泵以极低速运行，停止空气散热器风机运行，达到升高冷却介质温度保持冷却介质低速流动防止结冰的目的。该温度闭环可以是超温停机上限（Tmax-stop）和露点（Tdp）中某一个理想的温度段，增强系统在散热对象发热量及环境温度变化时的适应能力。该步骤中，由于多功能平衡箱的顶端设置有一个补水管，为系统提供加水和补水的功能，通过观察水位计，确定罐内水位，并留一定余量，使得系统运行过程中把管道内可能存在的空气排到平衡箱罐体内；罐顶设有手动排气阀，便于脱气操作；罐底装有电加热器，辅助完成温度闭环控制；该技术方案中，所述电动三通阀同时连接主管道、主管道过滤器和旁路主管道过滤器，所述主管道过滤器的两侧设置有快拆接头，所述旁路主管道过滤器的两侧设置有快拆接头，所述电动三通阀和旁路主管道过滤器之间设置有对夹式蝶阀，在需要进行主管道过滤器清理维护的时候，电动三通阀关闭主管道过滤器，开通旁路主管道过滤器，进行不停机操作；主循环水泵上设置有UPS,在掉电瞬间为主循环水泵继续工作提供一段时间的电能支持。
[0025] 本发明还可以将实施例2、3、4、5、6、7所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。
[0026] 需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的
基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明
权利要求所保护的范围。
