CN101818972A - 热管制冷复合空调专用蒸发器 - Google Patents

Abstract

热管制冷复合空调专用蒸发器，含有翅片管式换热器，集气管，分液头，分液管以及换热管，其特征在于：在换热管和分液管之间设置集液管，分液管穿过集液管并插入延伸到换热管内；集气管采用U型管，该U型管由第一上升立管、第二上升立管以及回油弯组成，换热管通过翅片管式换热器与第一上升立管连通。本发明通过特殊的管道设计实现了蒸气压缩制冷模式和热管自然循环模式在同一蒸发器上兼顾性能和安全的融合，保证蒸气压缩制冷模式的回油安全，减小蒸发器中的管道阻力。本发明适用于热管制冷复合空调机组的蒸发器，构造简单，成本较低，而效果显著，能够有效解决该类机组回油和减阻问题，提高运行的可靠性和高效性。

Description

热管制冷复合空调专用蒸发器

技术领域

本发明涉及一种热管制冷复合空调专用蒸发器，适用于热管制冷复合空调机组，属于制冷空调设备领域。

背景技术

“全年需冷空间”是指那些因室内发热量过大或围护结构散热过小，同时由于空间使用要求需维持室内温度恒定于较低水平，从而导致室内呈现全年冷负荷，需要全年提供冷量的空调房间。近年来，随着我国经济的繁荣以及通讯，IT，金融，建筑等有关行业的迅猛发展，各类全年需冷空间以惊人的速度持续增长，包括移动基站，IDC数据机房，计算机机房，服务器机房，大型公共建筑内区，某些工艺厂房等。以移动基站为例，截止2009年9月，我国三大移动业务运营商的基站总数已突破80万个，随着3G乃至4G业务的发展，我国的基站建设将进入一个持续增长期。同时，由于我国IT，金融，通信等行业高速发展催生的数据存储，交互和传输等方面需求的迅猛增长，IDC数据机房和其他各类服务器机房也与日俱增。

现有基站、IDC机房和服务器机房的空调冷却方式一般是采用机房专用空调机，全年制冷运行。由于这些空间内部的电子通讯设备密集，发热功率较高，从而招致了极高的空调设备能耗。同时，冬季负荷较低时，空调压缩机将频繁启停，不仅会造成启停能耗，还会缩短压缩机的寿命。

为了解决以上问题，一种热管制冷复合空调机组的方案相继提出，如专利冷媒自然循环并用型单元式空调机组(申请号：CN200810102064.7)，一种带自然供冷供热功能的空气处理装置(申请号：CN200910119883.7)等。这类机组将常规蒸气压缩式制冷循环与分离式热管自然循环有机融合，两者共用一个蒸发器和冷凝器。在室外温度较高时，机组运行于常规蒸气压缩制冷模式，而在室外温度足够低时，切换至热管自然循环模式，关闭压缩机，只开启两器风机，达到以低能耗散热的效果。相比于全年主动制冷的机房专用机，该类机组在室外温度较低时能够充分利用室外冷量对室内进行降温，减少了压缩机的开启时间，从而能够达到较好的节能效果。同时，由于热管模式和制冷模式共用两器，所以其成本和维护投入都会大大降低。

由于这种机组的热管模式和制冷模式共用蒸发器和冷凝器，而事实上，对于风冷翅片管式蒸发器的优化设计，热管模式和制冷模式并不一致。用于常规蒸气压缩制冷机组的风冷管翅式蒸发器的结构如图1所示，液态制冷剂经分液头和分液管进入换热管，吸热蒸发为气态，并汇聚进入集气管，被抽吸至压缩机。而这一结构并不适用于热管模式，原因主要有以下三点。

第一，热管模式的循环动力相比制冷模式要小得多，管路阻力对其性能的影响很大，采用阻力较大的分液头和分液管将较大程度的削弱热管性能。

第二，单独制冷用蒸发器的集气管管径较小，换热器支路较少，制冷剂在换热管与集气管中的流速较大，有利于回油。但这种设计带来的蒸发器阻力较大，将会恶化热管模式的性能。若需兼顾热管模式，增多换热器支路，调大集气管管径，则会导致制冷模式下，换热管和集气管内的制冷剂流速减小，影响制冷模式的压缩机回油安全。阻力和回油的蒸发器设计矛盾比较突出。

第三，蒸发器内两相制冷剂吸热沸腾蒸发时将产生大量的气泡，气泡将挤占制冷剂的流动空间，对制冷剂的顺利排出不利。为及时排出这些气泡，原则上蒸发器的每一条制冷剂支路应设计为沿流动方向不断上升的流程布置。对于单独制冷的蒸发器，由于压缩机驱动动力较大，气泡对流动的阻碍作用并不明显，所以蒸发器每根换热支管的流程设计并没有太大的限制。而对于热管模式而言，由于其驱动制冷剂流动的动力比较有限，若沿袭常规换热管的走向设计，尤其是类似图1所示上下交错的流程布置，则气泡将难以及时排出蒸发器，从而严重阻碍制冷剂蒸气顺利排出，极大的影响热管模式性能。

蒸发器作为热管制冷复合空调机的基础部件，其结构和设计直接左右了复合空调机的性能，所以亟需研发适合热管制冷复合空调机使用的蒸发器，突破传统蒸发器存在的问题，加快热管制冷复合空调机的研发和推广进程，为空调行业以及国家的节能减排工作贡献力量。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种热管制冷复合空调专用蒸发器，用于热管制冷复合空调机组，解决传统蒸发器的回油，阻力等问题，提高复合机组运行的可靠性和高效性。

本发明的技术方案如下：

热管制冷复合空调专用蒸发器，含有翅片管式换热器，集气管，分液头，分液管以及换热管，其特征在于：在所述换热管和分液管之间设置集液管，换热管和集液管相连通，分液管穿过集液管插入并延伸到换热管内；所述集气管采用U型管，该U型管由第一上升立管、第二上升立管以及连接第一上升立管和第二上升立管的回油弯组成，所述的换热管通过翅片管式换热器与所述的第一上升立管连通；从集液管到第一上升立管之间各支路的换热管呈上升方式布置。

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，提高了热管制冷复合空调机组运行的可靠性和节能性。主要表现在以下三个方面。

第一，由于设置了集液管，热管模式时，制冷剂将从集液管上端进入蒸发器，相比于从分液头进入，阻力大大减小。同时，由于分液管穿过集液管并插入延伸到换热管内，制冷模式的制冷剂流动状况也未受影响。

第二，U型管解决了蒸发器回油和阻力的矛盾。蒸发器的换热支路可适当增多，集气管可适当增大。热管模式运行时蒸发器内存积的润滑油将逐渐汇集于回油弯，一旦系统切换至制冷模式，第一上升立管上端闭合，制冷剂将从第二上升立管返回压缩机，而回油弯中的润滑油也将被带回压缩机中。对于持续制冷模式运行的情况，U型管将同样保障压缩机的回油安全。

第三，由于换热支管的走向呈上升趋势，从而有利于蒸发后的制冷剂蒸气顺利排除蒸发器，保持制冷剂流动顺畅，提高热管模式的散热量和稳定性。

附图说明

图1为用于常规蒸气压缩制冷机组的风冷管翅式蒸发器的结构图。

图2为本发明提供的“热管制冷复合空调专用蒸发器”的结构原理图。

图3为图2中A处的放大结构图。

图4、图5为本发明提供的专用蒸发器在热管制冷复合空调系统中的工作状态图。

图1至图5中各部件的名称为：

图中：1-翅片管式换热器；2-集液管；3-集气管；4-分液头；5-回油弯；6a-第一上升立管；6b-第二上升立管；7-分液管；9-换热管；10-压缩机；12-三通阀；13-冷凝器；14-热管二通阀；15-膨胀阀；16a-第一上升立管；16b-第二上升立管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的结构、原理和工作过程做进一步的说明。

图2、图3为本发明公开的“热管制冷复合空调专用蒸发器”的结构原理图。该热管制冷复合空调专用蒸发器，含有翅片管式换热器1，集气管3，分液头4，分液管7以及换热管9，在所述换热管9和分液管7之间设置集液管2，换热管9和集液管2相连通，分液管7穿过集液管2插入并延伸到换热管9内；所述集气管3采用U型管，该U型管由第一上升立管6a、第二上升立管6b以及连接第一上升立管和第二上升立管的回油弯5组成，所述的换热管9通过翅片管式换热器1与所述的第一上升立管6a连通；从集液管2到第一上升立管6a之间各支路的换热管9呈上升方式布置。

其中分液管7和集液管2以及换热管9的具体连接关系如图3所示。从集液管2到第一上升立管6a之间各支路的换热管9呈上升方式布置，是指换热管9的走向布局使得制冷剂从集液管2进入换热管9后，其流向为水平方向，斜向上方向或者垂直向上方向，一直到制冷剂排入U型管中。

图4、图5为本发明提供的专用蒸发器在热管制冷复合空调系统中的工作状态图。

为便于说明，特将本发明公开的蒸发器接入热管制冷复合空调系统中，其连接方式为：分液头4通过膨胀阀15与冷凝器13的出口相连，集液管2通过热管二通阀14与冷凝器13的出口相连，第二上升立管6b与压缩机10的吸气口相连，第一上升立管6a、压缩机10的排气口和冷凝器13的入口通过三通阀12相连。

图4为热管制冷复合空调的制冷运行模式。热管二通阀14关闭，压缩机10开启，三通阀12切换至第一上升立管6a与压缩机10排气管断开，与冷凝器13入口连通的阀位状态。制冷剂在冷凝器13中被冷凝为液态，经膨胀阀15节流为两相状态，随后被分液头4均分至分液管7，进入换热管9，制冷剂在换热管9中吸热蒸发后汇集至第一上升立管6a中，最后经过回油弯5和第二上升立管6b返回压缩机。

图5为热管制冷复合空调的热管运行模式。热管二通阀14开启，压缩机10关闭，三通阀12切换至第一上升立管6a与冷凝器13入口连通，与压缩机10排气管断开的阀位状态。经冷凝器13冷凝下来的液态制冷剂在重力的作用下经热管二通阀14进入集液管2中，并从换热管9内壁与分液管1外壁之间的空隙内进入蒸发器换热管9中，吸热蒸发后的气态制冷剂经呈上升方式布置的换热管9进入第一上升立管6a中，并从第一上升立管6a的上端排出，经三通阀12返回冷凝器13中。

Claims (1)

1.热管制冷复合空调专用蒸发器，含有翅片管式换热器(1)，集气管(3)，分液头(4)，分液管(7)以及换热管(9)，其特征在于：在所述换热管(9)和分液管(7)之间设置集液管(2)，所述的换热管(9)和集液管(2)相连通，所述的分液管(7)穿过集液管(2)插入并延伸到换热管(9)内；所述集气管(3)采用U型管，该U型管由第一上升立管(6a)、第二上升立管(6b)以及连接第一上升立管和第二上升立管的回油弯(5)组成，所述的换热管(9)通过翅片管式换热器(1)与所述的第一上升立管(6a)连通；从集液管(2)到第一上升立管(6a)之间各支路的换热管(9)呈上升方式布置。

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