一種水冷機雙重散熱控制電路的設計

喬樺，徐雅萍，陸航潮

武警總醫院 醫學工程科，北京 100039

一種水冷機雙重散熱控制電路的設計

喬樺，徐雅萍，陸航潮

武警總醫院 醫學工程科，北京 100039

0 前言

目前醫用大型設備如核磁、加速器、CT等設備大多以水冷機作為冷卻設備，一旦水冷機發生故障停機，設備就會過熱停機[1]。許多設備的機房受場地限制，其水冷機的散熱也受到一定影響，水冷機的室外機放置在狹窄的空間如天井甚至是走廊等室內空間，需要強制排風。如何控制外部排風設備是設備安裝的難點。目前的水冷機散熱啟動通常由一個信號控制，如果信號失效，散熱會立刻停止進而引發水溫過高和設備停機。如果能改為用多種信號控制水冷機散熱啟動，就能有效降低故障率，保障設備的安全使用。

1 電路設計

常用的風扇控制信號是制冷劑壓力開關信號，由制冷劑回路中的壓力控制風扇調速器開關執行。壓縮機工作時，制冷劑壓力升高，導致開關接通，根據壓力大小使得風扇以不同的轉速控制電流；當散熱器中制冷劑壓力降低到設定值后，風扇電流開關斷開。常用水冷機制冷循環簡圖[2-3]，見圖1。P3為壓力控制調速器，受制冷劑壓力控制，其輸出電流控制散熱器的轉速。

圖1 水冷機制冷劑循環簡圖

通過增加一路散熱器溫控電路來控制散熱風扇。電路采用XMT608溫控儀作為溫控設備。XMT系列溫控儀采用100～240 V電壓輸入，采用數字校正和自校準技術，測量精度準確，可消除溫漂等誤差；具有多重保護和隔離設計，抗干擾能力強，可靠性高；可以接多種傳感器如熱電偶、熱敏電阻等；使用范圍廣，可以測量溫度、壓力、容量等多種物理量，并具有測量、顯示、報警、控制等功能。XMT608具有2個輸出繼電器控制口，可以分別控制水冷機的風扇和外接設備。

溫度控制電路在散熱器上外接熱電偶，測量電路溫度并將其顯示在數碼顯示管上。連接T分度熱電偶時，其溫度顯示范圍是0～400 ℃，分辨率為1 ℃，精度為0.2%。在XMT控制器存儲器中設定溫度上限值和下限值（也叫觸點吸合值和釋放值），當測量溫度達到上限值后，外接觸點吸合，啟動風扇；當溫度小于下限值后，外接觸點斷開。外接觸點同時接繼電器控制外部強排風風扇，導通外部風扇控制電路，其觸點最大電流為4 A，可以滿足大部分風扇的要求。在設定程序中設定正反作用方式，反作用為加熱控制，正作用為制冷控制，需要設為正作用方式控制。散熱器溫控電路圖，見圖2。

圖2 散熱器溫控電路

散熱器風扇啟動的上限溫度設定值不能太高，否則會引起制冷劑壓力閥門過壓保護；下限溫度設值不能太低，否則風扇會長時間啟動做無用功。下限值高一些對散熱影響不大，因為即使達到下限值，繼電器觸點斷開，并聯的壓力控制風扇調速器在滿足壓力的條件下依然可以導通使風扇轉動降溫。通過測量，散熱器溫度達到39～40 ℃時，就可能引起過壓保護。每種水冷機的數值會略有不同，如果風扇啟動后制冷劑仍然流入散熱器，散熱器的溫度會繼續上升再下降，一般上限值設在34～35 ℃左右。下限值采用28～30 ℃，這個溫度值可根據散熱器所處環境的實際溫度測量要求設定。

外部強排風風扇由第2個繼電器ALM控制，也用上下限溫度控制，可以根據需要設定溫度范圍，其上限值應該比控制散熱器風扇的數值要小，這樣外部風扇會先啟動，造成空氣流動，有利于散熱；下限值與控制散熱器風扇的數值相同，這樣風扇可以同時停機，也可根據環境溫度設定。

散熱器溫度控制電路對精確水溫度控制的影響：由于溫度控制電路不能精確調節電機轉速，只能簡單地通斷電機電源，所以散熱器降溫速度較快。但水和制冷劑還有熱交換過程，水溫有單獨的溫控電路，當水溫溫度達到上限時，制冷機制冷閥門打開，制冷劑吸熱膨脹，水循環降溫，而散熱器負責對壓縮機后的制冷劑進行散熱，對制冷劑吸熱過程沒有直接影響，所以電路對水溫的波動范圍無影響，僅影響水溫波動速度，只有散熱效率過低造成制冷劑壓力過壓保護，水溫才會突破上限。

在溫度控制電路前接一個開關，當散熱條件滿足設備需要時斷開開關，溫控回路不工作，只有壓力控制電路工作。當安裝的地點不滿足散熱條件時，打開開關，設置控制條件，啟動溫控回路，兩種控制電路同時工作。當一路控制電路出現問題時，另外一路能單獨控制散熱電路，實現雙路安全控制，提高了設備可靠性。

2 結果與討論

我們對醫科達Precise加速器的Kluver水冷機電路進行了改裝，其他品牌的加速器、CT等的水冷機電路改裝原理也基本一樣[4-6]。該水冷機放置在地下室隔間，需要接風道排風散熱。通過多路控制電路的改裝，其水冷機和外部強排風風扇工作正常，外循環水溫控制在21～23 ℃，散熱器溫度控制在30～38 ℃。水溫控制曲線，見圖3。

圖3 外循環水溫和散熱器溫度曲線

改裝后的加速器外部風扇受水冷機控制啟動，工作時間縮短，使用壽命得以延長。當壓力控制調速器發生故障時，散熱器溫控電路仍可以正常散熱，不影響水冷機的制冷工作，達到了設計目的。這種設計特別適用于散熱場地不理想的大型醫療設備的水冷機。

[1] 付麗媛,陳堅,李超,等．大型X線影像設備專用水冷機的改造與革新[J]．中國醫療設備,2011,26(12):99-100．

[2] 王輝林,黃昌永,馬彪,等．超導核磁共振水冷系統的工作原理及維護保養[J]．中國醫療設備,2012,27(1):97-98,50．

[3] 李曉強．超導磁共振低溫制冷系統的原理及維護[J]．中國醫學裝備,2009,(4):49-50．

[4] 陳敏．AERMEC公司NBW水冷機組應急維修一例[J]．醫療裝備,2011,24(8):82．

[5] 王烝．醫科達Precise加速器水路故障檢修[]．中國輻射衛生, 2005,14(3):189．

[6] 楊夢廣．瓦里安直線加速器水冷系統的維護和保養[J]．中華放射腫瘤學雜志,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 設計一種溫度和壓力可雙重控制的水冷機散熱控制電路，以保護水冷機的正常散熱。方法 采用可編程邏輯控制溫度控制器XMT608增加一路溫控電路，與制冷劑壓力控制調速器一同控制水冷機散熱風扇和外接強排風風扇工作。結果 對一臺安裝在不理想機房的醫用加速器的水冷機進行了電路改裝，取到了良好的散熱效果。結論 該電路設計效果良好。

水冷機；溫控電路；溫度控制器；壓力控制調速器

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：喬樺，副主任技師。

作者郵箱：qiaohua1971@sina．com