一种水冷机双重散热控制电路的设计

乔桦，徐雅萍，陆航潮

武警总医院 医学工程科，北京 100039

一种水冷机双重散热控制电路的设计

乔桦，徐雅萍，陆航潮

武警总医院 医学工程科，北京 100039

0 前言

目前医用大型设备如核磁、加速器、CT等设备大多以水冷机作为冷却设备，一旦水冷机发生故障停机，设备就会过热停机[1]。许多设备的机房受场地限制，其水冷机的散热也受到一定影响，水冷机的室外机放置在狭窄的空间如天井甚至是走廊等室内空间，需要强制排风。如何控制外部排风设备是设备安装的难点。目前的水冷机散热启动通常由一个信号控制，如果信号失效，散热会立刻停止进而引发水温过高和设备停机。如果能改为用多种信号控制水冷机散热启动，就能有效降低故障率，保障设备的安全使用。

1 电路设计

常用的风扇控制信号是制冷剂压力开关信号，由制冷剂回路中的压力控制风扇调速器开关执行。压缩机工作时，制冷剂压力升高，导致开关接通，根据压力大小使得风扇以不同的转速控制电流；当散热器中制冷剂压力降低到设定值后，风扇电流开关断开。常用水冷机制冷循环简图[2-3]，见图1。P3为压力控制调速器，受制冷剂压力控制，其输出电流控制散热器的转速。

图1 水冷机制冷剂循环简图

通过增加一路散热器温控电路来控制散热风扇。电路采用XMT608温控仪作为温控设备。XMT系列温控仪采用100～240 V电压输入，采用数字校正和自校准技术，测量精度准确，可消除温漂等误差；具有多重保护和隔离设计，抗干扰能力强，可靠性高；可以接多种传感器如热电偶、热敏电阻等；使用范围广，可以测量温度、压力、容量等多种物理量，并具有测量、显示、报警、控制等功能。XMT608具有2个输出继电器控制口，可以分别控制水冷机的风扇和外接设备。

温度控制电路在散热器上外接热电偶，测量电路温度并将其显示在数码显示管上。连接T分度热电偶时，其温度显示范围是0～400 ℃，分辨率为1 ℃，精度为0.2%。在XMT控制器存储器中设定温度上限值和下限值（也叫触点吸合值和释放值），当测量温度达到上限值后，外接触点吸合，启动风扇；当温度小于下限值后，外接触点断开。外接触点同时接继电器控制外部强排风风扇，导通外部风扇控制电路，其触点最大电流为4 A，可以满足大部分风扇的要求。在设定程序中设定正反作用方式，反作用为加热控制，正作用为制冷控制，需要设为正作用方式控制。散热器温控电路图，见图2。

图2 散热器温控电路

散热器风扇启动的上限温度设定值不能太高，否则会引起制冷剂压力阀门过压保护；下限温度设值不能太低，否则风扇会长时间启动做无用功。下限值高一些对散热影响不大，因为即使达到下限值，继电器触点断开，并联的压力控制风扇调速器在满足压力的条件下依然可以导通使风扇转动降温。通过测量，散热器温度达到39～40 ℃时，就可能引起过压保护。每种水冷机的数值会略有不同，如果风扇启动后制冷剂仍然流入散热器，散热器的温度会继续上升再下降，一般上限值设在34～35 ℃左右。下限值采用28～30 ℃，这个温度值可根据散热器所处环境的实际温度测量要求设定。

外部强排风风扇由第2个继电器ALM控制，也用上下限温度控制，可以根据需要设定温度范围，其上限值应该比控制散热器风扇的数值要小，这样外部风扇会先启动，造成空气流动，有利于散热；下限值与控制散热器风扇的数值相同，这样风扇可以同时停机，也可根据环境温度设定。

散热器温度控制电路对精确水温度控制的影响：由于温度控制电路不能精确调节电机转速，只能简单地通断电机电源，所以散热器降温速度较快。但水和制冷剂还有热交换过程，水温有单独的温控电路，当水温温度达到上限时，制冷机制冷阀门打开，制冷剂吸热膨胀，水循环降温，而散热器负责对压缩机后的制冷剂进行散热，对制冷剂吸热过程没有直接影响，所以电路对水温的波动范围无影响，仅影响水温波动速度，只有散热效率过低造成制冷剂压力过压保护，水温才会突破上限。

在温度控制电路前接一个开关，当散热条件满足设备需要时断开开关，温控回路不工作，只有压力控制电路工作。当安装的地点不满足散热条件时，打开开关，设置控制条件，启动温控回路，两种控制电路同时工作。当一路控制电路出现问题时，另外一路能单独控制散热电路，实现双路安全控制，提高了设备可靠性。

2 结果与讨论

我们对医科达Precise加速器的Kluver水冷机电路进行了改装，其他品牌的加速器、CT等的水冷机电路改装原理也基本一样[4-6]。该水冷机放置在地下室隔间，需要接风道排风散热。通过多路控制电路的改装，其水冷机和外部强排风风扇工作正常，外循环水温控制在21～23 ℃，散热器温度控制在30～38 ℃。水温控制曲线，见图3。

图3 外循环水温和散热器温度曲线

改装后的加速器外部风扇受水冷机控制启动，工作时间缩短，使用寿命得以延长。当压力控制调速器发生故障时，散热器温控电路仍可以正常散热，不影响水冷机的制冷工作，达到了设计目的。这种设计特别适用于散热场地不理想的大型医疗设备的水冷机。

[1] 付丽媛,陈坚,李超,等．大型X线影像设备专用水冷机的改造与革新[J]．中国医疗设备,2011,26(12):99-100．

[2] 王辉林,黄昌永,马彪,等．超导核磁共振水冷系统的工作原理及维护保养[J]．中国医疗设备,2012,27(1):97-98,50．

[3] 李晓强．超导磁共振低温制冷系统的原理及维护[J]．中国医学装备,2009,(4):49-50．

[4] 陈敏．AERMEC公司NBW水冷机组应急维修一例[J]．医疗装备,2011,24(8):82．

[5] 王烝．医科达Precise加速器水路故障检修[]．中国辐射卫生, 2005,14(3):189．

[6] 杨梦广．瓦里安直线加速器水冷系统的维护和保养[J]．中华放射肿瘤学杂志,2004,13(3):186-188．

Design of Dual-controlled Cooling Circuit of Water Chiller

QIAO Hua, XU Ya-ping, LU Hang-chao
Department of Medical Engineering, General Hospital of Chinese Armed Police, Beijing 100039, China

目的 设计一种温度和压力可双重控制的水冷机散热控制电路，以保护水冷机的正常散热。方法 采用可编程逻辑控制温度控制器XMT608增加一路温控电路，与制冷剂压力控制调速器一同控制水冷机散热风扇和外接强排风风扇工作。结果 对一台安装在不理想机房的医用加速器的水冷机进行了电路改装，取到了良好的散热效果。结论 该电路设计效果良好。

水冷机；温控电路；温度控制器；压力控制调速器

Objective To design a kind of dual-controlled cooling circuit of water chiller to maintain normal cooling of water chiller. Methods Combined with pressure-controlled speed controller, a thermal control circuit was designed with programmable and logical temperature controller XMT608 to control the cooling fan and circumscribed exhaust fan. Results The circuit modifcation was conducted on the water chiller of a medical accelerator installed in an unsatisfed room. Test results showed that the cooling effect of the accelerator was favorable. Conclusion The design effect of the cooling circuit is favorable.

water chiller; thermal control circuit; temperature controller; pressure-controlled speed controller

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.05.011

1674-1633(2014)05-0036-02

2014-01-13

2014-03-27

本文作者：乔桦，副主任技师。

作者邮箱：qiaohua1971@sina．com