(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112460826 A(43)申请公布日 2021.03.09
(21)申请号 202011377913.7(22)申请日 2020.11.30
(71)申请人 深圳市酷凌时代科技有限公司
地址 518000 广东省深圳市龙华区龙华街
道清华社区清龙路6号港之龙科技园H栋301(72)发明人 熊伟国 朱元成 李运昌 黄剑
冉华全 (74)专利代理机构 深圳市鼎泰正和知识产权代
理事务所(普通合伙) 44555
代理人 周小涛(51)Int.Cl.
F25B 1/00(2006.01)F25B 41/30(2021.01)F25B 43/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图2页
F25D 17/02(2006.01)H01S 3/04(2006.01)
CN 112460826 A(54)发明名称
蓄冷式冷水机(57)摘要
本发明公开了一种蓄冷式冷水机，包括外壳、蓄冷水箱、供液水箱、制冷系统和控制器，制冷系统包括压缩机、冷凝器、干燥过滤器、节流阀、换热器和风扇，换热器内部有冷媒通道和水通道，压缩机通过冷媒管路连接冷凝器，冷凝器通过冷媒管路连接干燥过滤器，干燥过滤器通过冷媒管路连接节流阀，节流阀通过冷媒管路连接换热器上冷媒通道的一侧入口，换热器的冷媒通道的另一侧通过冷媒管路连接压缩机，风扇位于冷凝器的一侧，其吸风路径穿过冷凝器，蓄冷水箱、第三水泵与换热器的水通道通过水管连接形成回路。本发明解决了现有技术中常规方式的冷水机，体积大，不利于移动和运输，且功耗大的问题。
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权 利 要 求 书
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1.一种蓄冷式冷水机，其特征在于，包括外壳、蓄冷水箱、供液水箱、制冷系统和控制器，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、干燥过滤器、节流阀、换热器和风扇，所述换热器内部有冷媒通道和水通道，所述压缩机通过冷媒管路连接冷凝器，
所述冷凝器通过冷媒管路连接干燥过滤器，所述干燥过滤器通过冷媒管路连接节流阀，所述节流阀通过冷媒管路连接换热器上冷媒通道的一侧入口，
所述换热器的冷媒通道的另一侧通过冷媒管路连接压缩机，所述风扇位于冷凝器的一侧，其吸风路径穿过冷凝器，所述蓄冷水箱、第三水泵与换热器的水通道通过水管连接形成回路。
2.根据权利要求1所述蓄冷式冷水机，其特征在于，所述外壳的主承力部件为铝合金材料，次承力部件为碳纤维材料，所述第三水泵的入口与蓄冷水箱连通，所述第三水泵的出口连接换热器上水通道的其中一个接口，所述换热器上水通道的另一个接口与蓄冷水箱连通，
所述蓄冷水箱和供液水箱之间连接有第四水泵和第五水泵，所述第四水泵的入口通过水管连通蓄冷水箱的下部，出口通过水管连通供液水箱的上部，
所述第五水泵的入口通过水管连通供液水箱的下部，出口通过水管连通蓄冷水箱的上部，所述蓄冷水箱侧壁上设置有第一液位开关、第二液位开关和第一温度传感器，所述第一液位开关靠近蓄冷水箱的底部，
所述第二液位开关靠近蓄冷水箱的顶部，所述第一温度传感器的感温部深入蓄冷水箱的内部，
所述供液水箱侧壁上设置有第三液位开关、第四液位开关、第二温度传感器和加热器，所述第三液位开关靠近供液水箱的底部，所述第四液位开关靠近供液水箱的顶部，所述第二温度传感器的感温部伸入供液水箱的内部，所述加热器的发热部伸入供液水箱的内部，
所述第一水泵的入口通过水管连通供液水箱的下部，出口通过水管连接激光器上的液冷接口，激光器上的另一个液冷接口通过水管连接供液水箱，
所述第二水泵的入口通过水管连通供液水箱的下部，出口通过水管连接电热管，所述电热管通过水管连接激光镜头，激光镜头通过水管连接供液水箱，在所述电热管与激光镜头之间的管路上，设置有第三温度传感器，
所述控制器与压缩机、风扇、第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵、第五水泵、加热器、电热管、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一液位开关、第二液位开关、第三液位开关、第四液位开关分别电连接。
3.根据权利要求1所述蓄冷式冷水机，其特征在于，所述压缩机为微型直流变频压缩机。
4.根据权利要求1所述蓄冷式冷水机，其特征在于，所述节流阀为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管。
5.根据权利要求1所述蓄冷式冷水机，其特征在于，所述换热器为板式换热器、套管式换热器、管壳式换热器或沉浸式蛇管换热器。
6.根据权利要求1所述蓄冷式冷水机，其特征在于，所述第四水泵、第五水泵为变频水泵。
7.根据权利要求1所述蓄冷式冷水机，其特征在于，所述蓄冷水箱的容积小于所述供液
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权 利 要 求 书
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水箱的容积。
8.根据权利要求1所述蓄冷式冷水机，其特征在于，所述蓄冷水箱和所述供液水箱高度相同，且安装在同一水平面上，顶部用水管连通。
9.根据权利要求1-8任一项所述蓄冷式冷水机，其特征在于，包括如下运行步骤：S1、使用时，先往供液水箱注水，当第四液位开关检测到液位时，表示水已注满，然后开启第五水泵；
S2、当第二液位开关检测到液位时，关闭第五水泵。此时，蓄冷水箱注满水，同时供液水箱内还留有部分水供第一水泵和第二水泵使用；
S3、蓄冷水箱注满水后，开启压缩机、风扇和第三水泵，开始给蓄冷水箱中的水制冷；S4、通过第一温度传感器感应到的温度对压缩机进行变频控制。预先通过控制器设置一个蓄冷的目标温度(该温度一般很低，如5℃)，当蓄冷水箱温度接近该温度时，降低压缩机转速，并最终使水温稳定在目标温度；
S5、蓄冷水箱满水且达到蓄冷目标温度，同时供液水箱稳定在工作温度时，表示系统进入最佳蓄冷状态，可随时开启激光器；
S6、当第一液位开关检测不到液位时，表示蓄冷水箱中的水已基本全部进入供液水箱，系统存储的冷量已基本用完。此时，系统会关闭激光器，并再次进入蓄冷状态，为下一次激光工作做准备。
10.根据权利要求9所述蓄冷式冷水机运行步骤，其特征在于，第二水泵会持续工作，以稳定激光镜头的性能，其工作时产生的热量会进入供液水箱中，为了保持供液水箱中的水温稳定(如25℃)，控制器会根据第二温度传感器和第二液位开关的感应数据，同时控制第四水泵和第五水泵的工作，使供液水箱中的温度保持稳定的同时，蓄冷水箱始终保持满水状态，整套设备由蓄冷状态切换至工作状态时，先关闭制冷系统，再开启第一水泵和第二水泵，最后启动激光器，激光器和镜头工作时产生的热量会全部由循环水带至供液水箱。系统会根据第二温度传感器感应到的温度开启第四水泵并调节其转速，由于水的比热很大，从蓄冷水箱过来的低温水会中和掉激光设备产生的热量，使供液水箱保持恒温，有时，激光镜头需求的循环水温会高于激光器，这时就需要开启电热管并通过PWM调节其功率，并通过第三温度传感器监测镜头水路的温度。
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说 明 书蓄冷式冷水机
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技术领域
[0001]本发明涉及冷藏及制冷设备领域，特别涉及一种蓄冷式冷水机。
背景技术
[0002]在某些户外场合(特别是军事上)，需要用到大功率激光设备。而这类激光设备很多都是间歇工作的(如激光武器)，即停歇很长时间后才工作一次，且每次工作持续时间都不长。一般来说，激光器的电光效率都较低，大功率必然伴随着大热量的产生。激光器工作时产生的热量必须及时释放到环境中去，否则激光器温度会迅速升高，造成严重的损坏。激光器和激光镜头对温度的要求都比较高，一般来说，镜头要求的温度会比激光器高0～5℃，以确保其表面不会凝露。
[0003]激光器一般用水冷的方式进行散热。若对上述户外使用的间歇式大功率激光器采用常规方式的冷水机，所需的冷水机制冷量将非常大，体积也会很大，甚至超过激光设备本身，十分不利于移动和运输。另外，这类冷水机的功耗也很大，而在户外场合的电源本身就有限，这将会对激光设备的工作产生严重的影响。
[0004]本发明充分利用上述激光设备间歇工作的特点，利用激光器休息的时间进行蓄冷，然后在其工作时将储存的冷量释放出来，满足激光器散热需求的同时，使得冷水机体积小、重量轻、功耗小，便于在户外等移动场合使用。发明内容
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种蓄冷式冷水机，包括外壳、蓄冷水箱、供液水箱、制冷系统和控制器，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、干燥过滤器、节流阀、换热器和风扇，所述换热器内部有冷媒通道和水通道，所述压缩机通过冷媒管路连接冷凝器，所述冷凝器通过冷媒管路连接干燥过滤器，所述干燥过滤器通过冷媒管路连接节流阀，所述节流阀通过冷媒管路连接换热器上冷媒通道的一侧入口，换热器的冷媒通道的另一侧通过冷媒管路连接压缩机，风扇位于冷凝器的一侧，其吸风路径穿过冷凝器，蓄冷水箱、第三水泵与换热器的水通道通过水管连接形成回路。
[0006]在其中一个实施例中，外壳的主承力部件为铝合金材料，次承力部件为碳纤维材料，第三水泵的入口与蓄冷水箱连通，第三水泵的出口连接换热器上水通道的其中一个接口，换热器上水通道的另一个接口与蓄冷水箱连通，蓄冷水箱和供液水箱之间连接有第四水泵和第五水泵，第四水泵的入口通过水管连通蓄冷水箱的下部，出口通过水管连通供液水箱的上部，第五水泵的入口通过水管连通供液水箱的下部，出口通过水管连通蓄冷水箱的上部，蓄冷水箱侧壁上设置有第一液位开关、第二液位开关和第一温度传感器，第一液位开关靠近蓄冷水箱的底部，第二液位开关靠近蓄冷水箱的顶部，第一温度传感器的感温部深入蓄冷水箱的内部，供液水箱侧壁上设置有第三液位开关、第四液位开关、第二温度传感器和加热器，第三液位开关靠近供液水箱的底部，第四液位开关靠近供液水箱的顶部，第二
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说 明 书
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温度传感器的感温部伸入供液水箱的内部，加热器的发热部伸入供液水箱的内部，第一水泵的入口通过水管连通供液水箱的下部，出口通过水管连接激光器上的液冷接口，激光器上的另一个液冷接口通过水管连接供液水箱，第二水泵的入口通过水管连通供液水箱的下部，出口通过水管连接电热管，电热管通过水管连接激光镜头，激光镜头通过水管连接供液水箱，在电热管与激光镜头之间的管路上，设置有第三温度传感器，控制器与压缩机、风扇、第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵、第五水泵、加热器、电热管、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一液位开关、第二液位开关、第三液位开关、第四液位开关分别电连接。
[0007]在其中一个实施例中，压缩机为微型直流变频压缩机。[0008]在其中一个实施例中，节流阀为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管。[0009]在其中一个实施例中，换热器为板式换热器、套管式换热器、管壳式换热器或沉浸式蛇管换热器。
[0010]在其中一个实施例中，第四水泵、第五水泵为变频水泵。[0011]在其中一个实施例中，蓄冷水箱的容积小于供液水箱的容积。[0012]在其中一个实施例中，蓄冷水箱和供液水箱高度相同，且安装在同一水平面上，顶部用水管连通。
[0013]蓄冷式冷水机包括如下运行步骤：[0014]S1、使用时，先往供液水箱注水，当第四液位开关检测到液位时，表示水已注满，然后开启第五水泵；[0015]S2、当第二液位开关检测到液位时，关闭第五水泵。此时，蓄冷水箱注满水，同时供液水箱内还留有部分水供第一水泵和第二水泵使用；[0016]S3、蓄冷水箱注满水后，开启压缩机、风扇和第三水泵，开始给蓄冷水箱中的水制冷；
[0017]S4、通过第一温度传感器感应到的温度对压缩机进行变频控制。预先通过控制器设置一个蓄冷的目标温度(该温度一般很低，如5℃)，当蓄冷水箱温度接近该温度时，降低压缩机转速，并最终使水温稳定在目标温度；[0018]S5、蓄冷水箱满水且达到蓄冷目标温度，同时供液水箱稳定在工作温度时，表示系统进入最佳蓄冷状态，可随时开启激光器；[0019]S6、当第一液位开关检测不到液位时，表示蓄冷水箱中的水已基本全部进入供液水箱，系统存储的冷量已基本用完。此时，系统会关闭激光器，并再次进入蓄冷状态，为下一次激光工作做准备。
[0020]在其中一个实施例中，第二水泵会持续工作，以稳定激光镜头的性能，其工作时产生的热量会进入供液水箱中，为了保持供液水箱中的水温稳定(如25℃)，控制器会根据第二温度传感器和第二液位开关的感应数据，同时控制第四水泵和第五水泵的工作，使供液水箱中的温度保持稳定的同时，蓄冷水箱始终保持满水状态，整套设备由蓄冷状态切换至工作状态时，先关闭制冷系统，再开启第一水泵和第二水泵，最后启动激光器，激光器和镜头工作时产生的热量会全部由循环水带至供液水箱。系统会根据第二温度传感器感应到的温度开启第四水泵并调节其转速，由于水的比热很大，从蓄冷水箱过来的低温水会中和掉激光设备产生的热量，使供液水箱保持恒温，有时，激光镜头需求的循环水温会高于激光
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器，这时就需要开启电热管并通过PWM调节其功率，并通过第三温度传感器监测镜头水路的温度。
[0021]本发明的有益效果如下：
[0022]本技术方案提供的一种蓄冷式冷水机，充分利用了某些大功率激光设备间歇工作的特性以及水的高比热容，使冷水机体积小、重量轻，加大了使用便捷性。不需要大功率的制冷系统，降低了成本。采用了微型压缩机制冷系统，且只在激光器休息时工作，不额外增加电源的负担。以上只是以间歇式激光器为例，对于其他具有类似工作模式的大热耗设备，本技术同样适用。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0024]图1为本发明中各部件整体连接排列示意图。[0025]图2为本发明运行步骤示意图。[0026]【主要部件/组件附图标记说明表】
[0027]
标号12345678920212223名称压缩机风扇冷凝器干燥过滤器节流阀
第二液位开关第四液位开关控制器加热器第二水泵电热管
第三温度传感器激光镜头标号242526272829303132333435 名称激光器第一水泵
第二温度传感器供液水箱第三液位开关第五水泵第四水泵
第一温度传感器蓄冷水箱第一液位开关第三水泵换热器 具体实施方式
[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。[0029]基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0030]需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(例如上、下、左、右、前、后……)仅用
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于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。[0031]在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。[0032]在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0033]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0034]另外，本发明中各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。[0035]实施例1：
[0036]参照图1～图2，一种蓄冷式冷水机，包括外壳、蓄冷水箱32、供液水箱27、制冷系统和控制器8，制冷系统包括压缩机1、冷凝器3、干燥过滤器4、节流阀5、换热器35和风扇2，换热器35内部有冷媒通道和水通道，压缩机1通过冷媒管路连接冷凝器3，冷凝器3通过冷媒管路连接干燥过滤器4，干燥过滤器4通过冷媒管路连接节流阀5，节流阀5通过冷媒管路连接换热器35上冷媒通道的一侧入口，换热器35的冷媒通道的另一侧通过冷媒管路连接压缩机1，风扇2位于冷凝器3的一侧，其吸风路径穿过冷凝器3，蓄冷水箱32、第三水泵34与换热器35的水通道通过水管连接形成回路。[0037]参照图1，优选地，外壳的主承力部件为铝合金材料，次承力部件为碳纤维材料，第三水泵34的入口与蓄冷水箱32连通，第三水泵34的出口连接换热器35上水通道的其中一个接口，换热器35上水通道的另一个接口与蓄冷水箱32连通，蓄冷水箱32和供液水箱27之间连接有第四水泵30和第五水泵29，第四水泵30的入口通过水管连通蓄冷水箱32的下部，出口通过水管连通供液水箱27的上部，第五水泵29的入口通过水管连通供液水箱27的下部，出口通过水管连通蓄冷水箱32的上部，蓄冷水箱32侧壁上设置有第一液位开关33、第二液位开关6和第一温度传感器31，第一液位开关33靠近蓄冷水箱32的底部，第二液位开关6靠近蓄冷水箱32的顶部，第一温度传感器31的感温部深入蓄冷水箱32的内部，供液水箱27侧壁上设置有第三液位开关28、第四液位开关7、第二温度传感器26和加热器9，第三液位开关28靠近供液水箱27的底部，第四液位开关7靠近供液水箱27的顶部，第二温度传感器26的感温部伸入供液水箱27的内部，加热器9的发热部伸入供液水箱27的内部，第一水泵25的入口通过水管连通供液水箱27的下部，出口通过水管连接激光器24上的液冷接口，激光器24上的另一个液冷接口通过水管连接供液水箱27，第二水泵20的入口通过水管连通供液水箱27的下部，出口通过水管连接电热管21，电热管21通过水管连接激光镜头23，激光镜头23通过水管连接供液水箱27，在电热管21与激光镜头23之间的管路上，设置有第三温度传感器22，控制器8与压缩机1、风扇2、第一水泵25、第二水泵20、第三水泵34、第四水泵30、第五水泵
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29、加热器9、电热管21、第一温度传感器31、第二温度传感器26、第三温度传感器22、第一液位开关33、第二液位开关6、第三液位开关28、第四液位开关7分别电连接[0038]参照图1，优选地，压缩机1为微型直流变频压缩机1。[0039]参照图1，优选地，节流阀5为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管。[0040]参照图1，优选地，换热器35为板式换热器35、套管式换热器35、管壳式换热器35或沉浸式蛇管换热器35。[0041]参照图1，优选地，第四水泵30、第五水泵29为变频水泵。[0042]参照图1，优选地，蓄冷水箱32的容积小于供液水箱27的容积。[0043]参照图1，优选地，蓄冷水箱32和供液水箱27高度相同，且安装在同一水平面上，顶部用水管连通。[0044]参照图2，蓄冷式冷水机包括如下运行步骤：[0045]S1、使用时，先往供液水箱27注水，当第四液位开关7检测到液位时，表示水已注满，然后开启第五水泵29；[0046]S2、当第二液位开关6检测到液位时，关闭第五水泵29。此时，蓄冷水箱32注满水，同时供液水箱27内还留有部分水供第一水泵25和第二水泵20使用；[0047]S3、蓄冷水箱32注满水后，开启压缩机1、风扇2和第三水泵34，开始给蓄冷水箱32中的水制冷；[0048]S4、通过第一温度传感器31感应到的温度对压缩机1进行变频控制。预先通过控制器8设置一个蓄冷的目标温度(该温度一般很低，如5℃)，当蓄冷水箱32温度接近该温度时，降低压缩机1转速，并最终使水温稳定在目标温度；[0049]S5、蓄冷水箱32满水且达到蓄冷目标温度，同时供液水箱27稳定在工作温度时，表示系统进入最佳蓄冷状态，可随时开启激光器24；[0050]S6、当第一液位开关33检测不到液位时，表示蓄冷水箱32中的水已基本全部进入供液水箱27，系统存储的冷量已基本用完。此时，系统会关闭激光器24，并再次进入蓄冷状态，为下一次激光工作做准备。[0051]参照图2，优选地，第二水泵20会持续工作，以稳定激光镜头23的性能，其工作时产生的热量会进入供液水箱27中，为了保持供液水箱27中的水温稳定(如25℃)，控制器8会根据第二温度传感器26和第二液位开关6的感应数据，同时控制第四水泵30和第五水泵29的工作，使供液水箱27中的温度保持稳定的同时，蓄冷水箱32始终保持满水状态，整套设备由蓄冷状态切换至工作状态时，先关闭制冷系统，再开启第一水泵25和第二水泵20，最后启动激光器24，激光器24和镜头工作时产生的热量会全部由循环水带至供液水箱27。系统会根据第二温度传感器26感应到的温度开启第四水泵30并调节其转速，由于水的比热很大，从蓄冷水箱32过来的低温水会中和掉激光设备产生的热量，使供液水箱27保持恒温，有时，激光镜头23需求的循环水温会高于激光器24，这时就需要开启电热管21并通过PWM调节其功率，并通过第三温度传感器22监测镜头水路的温度[0052]本发明的工作原理如下：
[0053]充分利用上述激光设备间歇工作的特点，利用激光器24休息的时间进行蓄冷，然后在其工作时将储存的冷量释放出来，满足激光器24散热需求的同时，使得冷水机体积小、重量轻、功耗小，便于在户外等移动场合使用。
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以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明
的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
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