CN101338949B - 一种满液式复合型冷风机组 - Google Patents

Abstract

一种满液式复合型冷风机组，由压缩机、冷凝器、蒸发器、液体连接管、液体管电磁阀、节流装置以及气体连接管构成，其技术特征是：蒸发器为冷风型满液式蒸发器，同时在压缩机支路、冷凝器的进口管和热管支路交汇处设置三通阀。采用冷风型满液式蒸发器，不仅解决了自然循环和制冷循环的冷媒充注量匹配问题，还保证了压缩机安全回油和冷媒均布效果，提高了机组可靠性和运行性能；采用三通阀，可降低故障率、提高机组的可靠性。本发明不仅可作为机房专用机用于移动通讯基站、服务器机房，还可作为高温冷库或其他高发热空间的降温设备，具有安全可靠、高效节能的优点。

Description

一种满液式复合型冷风机组

技术领域

本发明涉及一种满液式复合型冷风机组，特别适用于移动通讯基站、网络或电话服务器机房、高温冷库以及其他高发热空间的冷却降温，属于制冷空调设备领域。

背景技术

近年来，移动通讯技术日新月异，移动电话的普及不断扩大，作为其信息传递枢纽的移动基站也日益增多，另外，各种网络，电话服务器的应用也不断扩大，服务器机房也相应增多。这些移动基站或服务器机房一般都是设备密集、发热量大、密闭性要求高的特殊场所，需要冷却设备全年运行以维持室内适宜的工作温度。

机房专用冷却设备需按夏季室内最大冷负荷确定其容量，由于冬季外温低，一部分室内发热量将从围护结构散失，使需经冷却设备带走的热量减小，故冷却设备中的压缩机处于频繁启停运行状态，导致压缩机寿命大大缩短；当冷却设备出现故障时，必将导致室内温度升高，引起服务器或通讯设备的损坏。为提高机房专用冷却设备的运行能效，在外温较高时段利用机械式制冷系统对房间进行降温，而在外温较低时段利用热管将空气中的冷量转移到室内实现降温是其理想的解决方案之一。1985年日本大金工业株式会社研制出图1所示的将分离式热管循环融入机械压缩式制冷循环中的“冷媒自然循环并用型机房专用机”(参见：孙丽颖，马最良.冷剂自然循环空调机的特性与应用.哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2004，20(6)：729-732)。该机组在常规压缩式制冷系统基础上，在压缩机支路15上增设一个制冷电磁阀11，在压缩机4和制冷电磁阀11构成的管段两端并联一个带有热管电磁阀10的热管支路14，并在节流装置8两端并联一个液体管电磁阀3。当室外气温较高时，热管电磁阀10关闭，制冷电磁阀11开启，液体管电磁阀3关闭，启动压缩机4，系统运行于常规的压缩式制冷循环状态；一旦室外气温降到足够低，机组将关闭制冷电磁阀11，开启热管电磁阀10和液体管电磁阀3，停止压缩机4，从而切换到冷媒自然循环状态，利用室外自然冷量为室内空间降温。

该技术方案在保证夏季较热季节室内冷却需要的前提下，在过渡季和冬季时充分利用了室外空气的自然冷量为室内降温，不仅缩短了压缩机的工作时间，避免了其小负荷运行时的频繁启停，从而提高了压缩机的使用寿命，还节省了机组全年的运行能耗，是一种高效节能的机房专用冷却设备。然而，由于该技术方案本质上是冷风型空调机组，所采用的蒸发器9属于多管程风冷型干式蒸发器，故尚存在以下问题需要进一步解决：

(1)在干式蒸发器9中存在冷媒分布均匀和回油困难相互矛盾的问题。自然循环的动力来自于冷凝器6和蒸发器9之间的液位差，故需尽可能增加蒸发器9的管程数量，使蒸发器9得到充分利用，但管程数增加又导致制冷运行时，各管程内的冷媒流速降低，不能保证压缩机4顺利回油。

(2)制冷循环与自然循环的冷媒充注量存在优化匹配问题。由于自然循环所需的冷媒充注量大于制冷循环，所以，若以制冷循环为基准确定冷媒充注量时，虽然制冷循环的效率得以保证，但必将导致自然循环时蒸发器内的液态冷媒量过少、运行效率低下；反之，若以自然循环为准确定充注量，则制冷循环时冷媒将大量存于冷凝器中，导致冷凝压力较高，机组效率较低。因此，该问题在很大程度上影响了机组的高效性和节能性。

(3)机组还存在运行可靠性问题。机组中采用了启闭互逆的热管电磁阀10和制冷电磁阀11，如果某一电磁阀出现故障，必将导致机组故障，机组的可靠性降低。

以上所列问题在很大程度上影响了机房冷却设备运行的安全性和高效性，限制了机组的节能效果，制约了该类设备在高发热场合的推广应用，亟需突破这些技术屏障，以发挥冷媒自然循环并用型机房冷却设备应有的高效运行性能。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种满液式复合型冷风机组，以提高机房专用冷却设备运行的可靠性和高效性。

本发明的技术方案如下：

一种满液式复合型冷风机组，包括依次连接的压缩机、气体连接管、冷凝器、液体连接管、设置在液体连接管上的液体管电磁阀、并联在液体管电磁阀两端的节流装置、蒸发器、压缩机支路，以及与压缩机支路和压缩机串联构成的管路之间并联的热管支路；在热管支路和压缩机支路上分别设有热管电磁阀和制冷电磁阀，所述蒸发器、热管支路、气体连接管、冷凝器、液体管电磁阀和液体连接管构成冷媒自然循环回路；所述蒸发器、压缩机支路、压缩机、气体连接管、冷凝器、节流装置、液体连接管构成蒸气压缩式制冷循环回路，其特征在于：所述蒸发器采用冷风型满液式蒸发器，冷风型满液式蒸发器由分液管、传热管、翅片和集气管构成，分液管的蒸发器冷媒入口与节流装置以及液体管电磁阀的出口相连，集气管的蒸发器冷媒出口与热管支路以及压缩机支路相连；集气管的集气总管上设有回油管，回油管与压缩机吸气口相连。

本发明提供的第二种满液式复合型冷风机组，包括依次连接的压缩机、气体连接管、冷凝器、液体连接管、设置在液体连接管上的液体管电磁阀、并联在液体管电磁阀两端的节流装置、蒸发器、压缩机支路，以及与压缩机支路和压缩机串联构成的管路之间并联的热管支路；所述蒸发器、热管支路、气体连接管、冷凝器、液体管电磁阀和液体连接管构成冷媒自然循环回路；所述蒸发器、压缩机支路、压缩机、气体连接管、冷凝器、节流装置、液体连接管构成蒸气压缩式制冷循环回路，其特征在于：所述蒸发器采用冷风型满液式蒸发器，冷风型满液式蒸发器由分液管、传热管、翅片和集气管构成，分液管的蒸发器冷媒入口与节流装置以及液体管电磁阀的出口相连，集气管的蒸发器冷媒出口与热管支路以及压缩机支路相连；集气管的集气总管上设有回油管，回油管与压缩机吸气口相连；在压缩机支路、冷凝器的进口管和热管支路交汇处设置三通阀，该三通阀的三个接口分别与冷凝器入口、压缩机排气口和热管支路相连。

上述两种技术方案中，所述的冷风型满液式蒸发器为水平横管族翅片式蒸发器、垂直竖管族翅片式蒸发器或蛇形盘管族翅片式蒸发器。所述冷凝器为蒸发式冷凝器。冷凝器和冷风型满液式蒸发器中的冷凝器风机和蒸发器风机采用轴流风机、离心风机或是这些风机的组合。所述节流装置为浮球阀、电子膨胀阀、孔板、毛细管或是这些节流装置的组合。

在本发明的第二种技术方案中，所述的三通阀为电磁式、电动式或自力式三通阀。

本发明通过以上技术方案对现有技术存在的不足进行了有效的改进和完善，进一步提高了机房专用机运行的可靠性和节能性。主要表现在以下几个方面：

(1)冷风型满液式蒸发器的应用很好地解决了冷媒分布不均的问题，使得系统运行时，冷媒满布于蒸发器，与传热面充分接触，相比于原机组沸腾系数更高，换热效果更好；而且此举并未加入分液头等阻力部件，同时取消了蒸发器的下限流速，流路数可按需要增大，冷媒自然循环状态的阻力可进一步降低。

(2)冷风型满液式蒸发器的应用很好地解决了冷媒充注量的匹配问题，使得机组能够以自然循环为准进行冷媒充注，保证自然循环的运行效率；当机组切换至制冷循环时，多余的冷媒将存于满液式蒸发器中，不再囤积于冷凝器中，同时保证了制冷循环运行的高效性；由于冷风型满液式蒸发器与压缩机入口之间增设了回油管，很好地解决了压缩机的回油问题，保证机组运行的安全性。

(3)机组采用电磁式、电动式或自力式三通阀代替现有技术中的热管电磁阀和制冷电磁阀，减少了电磁控制元件的数量，有利于提高机组的可靠性。

(4)机组由于采用了蒸发式冷凝器，能在较高的室外干球温度下切换至蒸发冷却运行模式，维持较低的冷凝温度，从而继续以热管状态运行，很大程度上延长了机组在冷媒自然循环状态的运行时间，进一步提高了机组的节能效果。

本发明不仅可用作机房专用机，对移动基站、网络或电话服务器机房进行降温冷却，还可作为高温冷库以及其他高发热空间的降温设备，本发明不仅具有良好的可靠性，还能够充分利用低室外温度和低含湿量空气中的冷能，具有良好的节能效果。

附图说明

图1为日本大金工业株式会社研制的“冷媒自然循环并用型机房专用机”的结构原理图。

图2为本发明公开的“一种满液式复合型冷风机组”实施例的结构原理图，其中冷风型满液式蒸发器为水平横管族翅片式蒸发器。

图3为本发明公开的“一种满液式复合型冷风机组”另一实施例的结构原理图，其中冷风型满液式蒸发器为水平横管族翅片式蒸发器。

图4为本发明的冷风型满液式蒸发器采用垂直竖管族满液式蒸发器的实施例的结构原理图。

图5为本发明的冷风型满液式蒸发器采用蛇形盘管族满液式蒸发器的实施例的结构原理图。

图6为本发明的冷凝器采用蒸发式冷凝器的实施例的结构原理图。

图7为图2和图3给出的实施例中冷风型水平横管族满液式蒸发器的结构示意图。

图8为图7中的分液管22的结构示意图。

图9为图7中的翅片28的结构示意图。

图10为图7中的集气管23的结构示意图。

图1至图10中各部件的名称为：

图中：1-室外机组；2-室内机组；3-液体管电磁阀；4-压缩机；5-气体连接管；6-冷凝器；7-液体连接管；8-节流装置；9-蒸发器；10-热管电磁阀；11-制冷电磁阀；12-三通阀；14-热管支路；15-压缩机支路；16-冷风型满液式蒸发器；17-回油管；18-冷凝器风机；19-蒸发器风机；20-蒸发式冷凝器；21-蒸发式冷凝器水泵；22-分液管；23-集气管；24-分液支管；25-传热管；26-分液总管；27-蒸发器冷媒入口；28-翅片；29-集气支管；30-集气总管；31-蒸发器冷媒出口；32-传热管孔。

具体实施方式

图2给出了本发明公开的一种满液式复合型冷风机组的结构原理图，该满液式复合型冷风机组含有压缩机4、冷凝器6、蒸发器、液体连接管7、设置在液体连接管7上的液体管电磁阀3、并联在液体管电磁阀3两端的节流装置8、气体连接管5、压缩机支路15，串联在压缩机支路15上的制冷电磁阀11，与压缩机支路15并联的热管支路14以及串联在热管支路14上的热管电磁阀；所述蒸发器、热管支路14、气体连接管5、热管电磁阀10、冷凝器6、液体管电磁阀3和液体连接管7构成冷媒自然循环回路；所述蒸发器、压缩机支路15、制冷电磁阀11、压缩机4、气体连接管5、冷凝器6、节流装置8、液体连接管7构成蒸气压缩式制冷循环回路；其中蒸发器采用冷风型满液式蒸发器16，该冷风型满液式蒸发器为水平横管族结构，图7给出了该水平横管族冷风型满液式蒸发器的结构示意图，图8、图9、图10是图7所示的水平横管族冷风型满液式蒸发器的部件结构原理图。

所述冷风型满液式蒸发器的具体结构如图7所示，由分液管22、传热管25、翅片18和集气管23构成。分液管22的结构示意图见图8，由分液总管26和分液支管24构成，其中分液总管26上连接有蒸发器冷媒入口27，分液支管24上开设有若干传热管孔32，蒸发器冷媒入口27与节流装置8以及液体管电磁阀3的出口相连。翅片28的结构示意图见图9，其上开设有若干传热管孔32，以便传热管穿过。集气管23的结构示意图见图10，由集气总管30和集气支管29构成，其中集气总管30上连接有蒸发器冷媒出口31和回油管17，集气支管29上开设有若干传热管孔32，蒸发器冷媒出口31与热管支路14以及压缩机支路15相连，回油管17与压缩机吸气口相连。

在上述的满液式复合型冷风机组中，所述冷凝器6和冷风型满液式蒸发器16的冷凝器风机18和蒸发器风机19为轴流风机、离心风机或是这些风机的组合；所述节流装置8为浮球阀、电子膨胀阀、孔板、毛细管或是这些节流装置的组合。

图3为本发明提供的第二种“一种满液式复合型冷风机组”的结构原理图。该满液式复合型冷风机组含有压缩机4、冷凝器6、蒸发器、液体连接管7、设置在液体连接管7上的液体管电磁阀3、并联在液体管电磁阀3两端的节流装置8、气体连接管5、压缩机支路15以及与压缩机支路15并联的热管支路14；所述蒸发器、热管支路14、气体连接管5、冷凝器6、液体管电磁阀3和液体连接管7构成冷媒自然循环回路；所述蒸发器、压缩机支路15、压缩机4、气体连接管5、冷凝器6、节流装置8、液体连接管7构成蒸气压缩式制冷循环回路；所述蒸发器采用冷风型满液式蒸发器16，冷风型满液式蒸发器16由分液管22、传热管25、翅片28和集气管23构成，分液管22的蒸发器冷媒入口27与节流装置8以及液体管电磁阀3的出口相连，集气管23的蒸发器冷媒出口31与热管支路14以及压缩机支路15相连；集气管23的集气总管30上设有回油管17，回油管17与压缩机吸气口相连；在压缩机支路15、冷凝器6的进口管和热管支路14交汇处设置三通阀12，该三通阀12的三个接口分别与冷凝器6入口、压缩机4排气口和热管支路14相连。

第二种技术方案和第一种的区别在于，第二种方案中取消了热管电磁阀10和制冷电磁阀11，而以三通阀12作为冷媒自然循环和压缩制冷循环的切换装置。三通阀12设置在压缩机支路15，冷凝器6的进口管和热管支路14这三条管路的交汇处，三个接口分别与冷凝器6入口、压缩机4排气口和热管支路14相连，且三通阀12为电磁式、电动式或自力式的。

图4为本发明的冷风型满液式蒸发器采用垂直竖管族满液式蒸发器的实施例的结构原理图。相比于第二种技术方案，本实施例只是将蒸发器改为垂直竖管族翅片式蒸发器，其他结构均不变。垂直竖管族翅片式蒸发器的具体结构与图6的水平横管族翅片式蒸发器相似，含有分液管、集气管、传热管和翅片，且传热管为竖直布局。

图5为本发明的冷风型满液式蒸发器采用蛇形盘管族满液式蒸发器的实施例的结构原理图。相比于第二种技术方案，本实施例只是将蒸发器改为蛇形盘管族翅片式蒸发器，其他结构均不变。蛇形盘管族翅片式蒸发器的具体结构与图6的水平横管族翅片式蒸发器相似，含有分液管，集气管，传热管和翅片，且传热管为蛇形布局。

图6为本发明的冷凝器采用蒸发式冷凝器的实施例的结构原理图。相比于第二种技术方案，本实施例只是将冷凝器改为蒸发式冷凝器20，其他结构均不变。蒸发式冷凝器20通过冷凝器水泵21实现冷却水的循环喷淋，并以冷凝器风机18提高换热强度，大大提高了冷凝器的传热效率，从而使得在室外干球较高时，仍然可以运行冷媒自然循环工况，延长了自然循环的使用时间，强化了节能效果。

Claims (7)

1.一种满液式复合型冷风机组，包括依次连接的压缩机(4)、气体连接管(5)、冷凝器(6)、液体连接管(7)、设置在液体连接管(7)上的液体管电磁阀(3)、并联在液体管电磁阀(3)两端的节流装置(8)、蒸发器、压缩机支路(15)，以及与压缩机支路(15)和压缩机(4)串联构成的管路之间并联的热管支路(14)；在热管支路(14)和压缩机支路(15)上分别设有热管电磁阀(10)和制冷电磁阀(11)，所述蒸发器、热管支路(14)、气体连接管(5)、冷凝器(6)、液体管电磁阀(3)和液体连接管(7)构成冷媒自然循环回路；所述蒸发器、压缩机支路(15)、压缩机(4)、气体连接管(5)、冷凝器(6)、节流装置(8)、液体连接管(7)构成蒸气压缩式制冷循环回路，其特征在于：所述蒸发器采用冷风型满液式蒸发器(16)，冷风型满液式蒸发器(16)由分液管(22)、传热管(25)、翅片(28)和集气管(23)构成，分液管(22)的蒸发器冷媒入口(27)与节流装置(8)以及液体管电磁阀(3)的出口相连，集气管(23)的蒸发器冷媒出口(31)与热管支路(14)以及压缩机支路(15)相连；集气管(23)的集气总管(30)上设有回油管(17)，回油管(17)与压缩机吸气口相连。

2.根据权利要求1所述的一种满液式复合型冷风机组，其特征在于：所述的冷风型满液式蒸发器(16)为水平横管族翅片式蒸发器、垂直竖管族翅片式蒸发器或蛇形盘管族翅片式蒸发器。

3.根据权利要求1所述的一种满液式复合型冷风机组，其特征在于：所述冷凝器(6)为蒸发式冷凝器(20)。

4.根据权利要求1所述的满液式复合型冷风机组，其特征在于：冷凝器和冷风型满液式蒸发器中的冷凝器风机(18)和蒸发器风机(19)采用轴流风机、离心风机或是这些风机的组合。

5.根据权利要求1所述的一种满液式复合型冷风机组，其特征在于：所述节流装置(8)为浮球阀、电子膨胀阀、孔板、毛细管或是这些节流装置的组合。

6.一种满液式复合型冷风机组，包括依次连接的压缩机(4)、气体连接管(5)、冷凝器(6)、液体连接管(7)、设置在液体连接管(7)上的液体管电磁阀(3)、并联在液体管电磁阀(3)两端的节流装置(8)、蒸发器、压缩机支路(15)，以及与压缩机支路(15)和压缩机(4)串联构成的管路之间并联的热管支路(14)；所述蒸发器、热管支路(14)、气体连接管(5)、冷凝器(6)、液体管电磁阀(3)和液体连接管(7)构成冷媒自然循环回路；所述蒸发器、压缩机支路(15)、压缩机(4)、气体连接管(5)、冷凝器(6)、节流装置(8)和液体连接管(7)构成蒸气压缩式制冷循环回路，其特征在于：所述蒸发器采用冷风型满液式蒸发器(16)，冷风型满液式蒸发器(16)由分液管(22)、传热管(25)、翅片(28)和集气管(23)构成，分液管(22)的蒸发器冷媒入口(27)与节流装置(8)以及液体管电磁阀(3)的出口相连，集气管(23)的蒸发器冷媒出口(31)与热管支路(14)以及压缩机支路(15)相连；集气管(23)的集气总管(30)上设有回油管(17)，回油管(17)与压缩机吸气口相连；在压缩机支路(15)、冷凝器(6)的进口管和热管支路(14)交汇处设置三通阀(12)，该三通阀(12)的三个接口分别与冷凝器(6)入口、压缩机(4)排气口和热管支路(14)相连。

7.按照权利要求6所述一种满液式复合型冷风机组，其特征在于：所述的三通阀(12)为电磁式、电动式或自力式三通阀。

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