CN106123414A - 一种数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调，包括压缩机、微通道冷凝器、第一毛细管节流装置、第一气液分离装置、微通道蒸发器(含长笛型分液管)、第二毛细管节流装置和第二气液分离装置，其中微通道蒸发器前置一个气液分离装置，使得进入微通道蒸发器内的制冷剂保证液态，有利于微通道蒸发器均匀分液，保证机房空调的制冷效果，提高换热效率。
Description
技术领域
本发明属于制冷领域，涉及一种数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调。
背景技术
目前微通道换热器广泛的应用于汽车空调、商用空调、机房空调等领域，主要是作为冷凝器使用，传统的微通道换热器作为制冷系统蒸发器使用时，由于制冷剂在各扁管微通道中气液两相制冷剂密度不同，导致分配的很不均匀，“干蒸”和“供液过多”现象在换热器各扁管微通道间非常普遍，而制冷剂分配的不均匀性对系统的性能影响是非常大的，使得制冷系统的效率大大降低。
ZL 201310350446.2一种微功耗散热机柜，公开了一种微功耗散热机柜，包括用于放置电子设备的机柜本体、机柜正门以及机柜背门，所述机柜正门设有蜂窝状通风孔，所述机柜背门设有风扇。所述机柜本体靠近机柜背门一侧设有一个以上的微通道换热器，每个微通道换热器设有连接外部水与氟利昂换热器的冷媒管接口。每个微通道换热器内设有通风孔或者通风间隙。微通道换热器下方设有集水盘。该发明释放机房空调区域面积用于安装电子信息设备，提高了机房利用率，由于机柜排风温度高，提高了换热温差可延长室外冷源的使用时间，节约空调系统能耗。
传统的微通道机房空调，在微通道蒸发器前设置气液分离装置，气液分离装置制冷剂液态出口与微通道蒸发器入口连接，气液分离装置制冷剂气态出口与压缩机之间相连旁通阀。此机房空调旁通阀打开时，微通道蒸发器入口处只有液态制冷剂。
发明内容
技术问题：本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种可以有利于微通道蒸发器制冷剂分液均匀且提高蒸发器换热率的数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调。
技术方案：本发明的数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调，包括沿制冷剂制冷循环方向依次连接的压缩机、微通道冷凝器、第一毛细管节流装置、第一气液分离装置、微通道蒸发器、第二气液分离装置，以及连接所述第一气液分离装置和第二气液分离装置的第二毛细管节流装置，所述第二气液分离装置的制冷剂出口与压缩机的制冷剂进口连接，构成机房空调；第一气液分离装置的液态出口连接微通道蒸发器的入口，第一气液分离装置的气态出口连接第二毛细管节流装置的入口，所述第二毛细管节流装置的出口与第二气液分离装置的气态入口连接。
进一步的，本发明机房空调中，所述第一毛细管节流装置与第二毛细管节流装置的毛细管缠绕圈数之比为5:1～9:1。
进一步的，本发明机房空调中，第一气液分离装置在离顶端1/6～1/8处通过管路与第一毛细管节流装置连接，所述管路插入第一气液分离装置水平宽度的1/4～1/3处，并与第一气液分离装置中设置的U型管连接，所述U型管的直径为第一气液分离装置水平宽度的1/2，且出口位于回路稳态后气分液面以下；第一气液分离装置在离顶端7/8～9/10处通过管路与微通道蒸发器相连，所述管路插入第一气液分离装置水平宽度的1/5～1/4处；第一气液分离装置在顶部的正中间通过管路与第二毛细管节流装置相连，所述管路水平插入第一气液分离装置垂直高度的1/10～1/12处。
本发明通过在机房空调中的微通道蒸发器前设置一进两出的第一气液分离装置，将节流后的气液两相制冷剂进行气液分离，分离后的液态制冷剂进入微通道蒸发器，气态制冷剂从上端出口进入到第二毛细管节流装置后与微通道蒸发器出来的气态制冷剂汇合后进入第二气液分离装置，保证纯气态制冷剂随后进入压缩机，开始进行下一次循环。高压液态制冷剂进入第一毛细管节流装置，通过毛细管节流后变成低温低压气液混合状态制冷剂进入第一气液分离装置。针对现有的蒸发机房空调，微通道蒸发器内制冷剂的状态是气液两相的状态，气态制冷剂既占据较大的空间，换热效果又较差，于此进行改进，在微通道蒸发器入口前置第一气液分离装置，致使侧部出来的液态制冷剂进入微通道蒸发器，保证进入其中的制冷剂为液态，有利于微通道蒸发器均匀分液，保证机房空调的制冷效果，提高换热效率。
在本发明机房空调中，为了使第一气液分离装置分离出来的气态制冷剂与在微通道内因流动因沿程及局部阻力导致压力下降的蒸发器出口处制冷剂压力平衡，气液分离装置气态蒸汽管路上设置了第二毛细管节流装置，不仅可以起到节流降压的作用而且还可以调节气态制冷剂的流量。从第一气液分离装置顶部管道流出的气态制冷剂先随机房空调装置流入第二毛细管节流装置再流入第二气液分离装置。
在本发明机房空调中，第二毛细管节流装置出口与压缩机入口中间加入了第二气液分离装置。
进一步的，本发明机房空调中，第二气液分离装置在底部的正中间通过管路与第二毛细管节流装置连接，所述管路插入第二气液分离装置垂直高度的1/8～1/10处；第二气液分离装置在离顶端1/8～1/10处通过管路与微通道蒸发器连接，所述管路水平插入第二气液分离装置宽度的1/6～1/8处，并与第二气液分离装置中设置的U型管连接，所述U型管直径为第二气液分离装置宽度的1/2，且出口位于回路稳态后气分液面以上；第二气液分离装置顶部正中间的流出一端通过管路与压缩机相连，所述管路水平插入第二气液分离装置宽度的1/8～1/10处。
上述第二气液分离装置一方面避免压缩机的工作影响到第一毛细管节流装置里的气体，另一方面保证压缩机安全进行。
进一步的，本发明机房空调中，针对现有机房空调，微通道蒸发器的进液主管所连接的微通道分液不均，使得换热效果降低，于此进行改进，在微通道蒸发器的进液主管上设置有长笛型分液管。
更进一步的优选方案中，所述长笛型分液管的长度为400～450mm，直径为5～10mm，孔数为40～50，孔直径为4～5mm。长笛型的分液管，通过内外两层套管式静压结构，更加有利于液相制冷剂在微通道蒸发器的分液歧管中均匀分液。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
相比于现有的微通道机房空调，本发明的机房空调中，在蒸发器之前布置了一个第一气液分离装置。该气液分离装置将节流后的气液两相制冷剂的气相制冷剂导出至压缩机前置的第二气液分离装置，而液体制冷剂进入微通道蒸发器，液体制冷剂比起气液两相制冷剂在微通道蒸发器的分液歧管中的流动分配过程，将更有利于微通道蒸发器均匀分液。究其原因，气液两相制冷剂由于气相的比容小于液相，气相制冷剂快速上浮，将堵住微通道蒸发器的扁管入口，大大降低分液效果。
相比于现有的微通道机房空调，本发明的机房空调中，在制冷剂进入压缩机前置一个第二气液分离装置，第二气液分离装置确保进入压缩机的制冷剂为气态制冷剂，保证压缩机安全进行。同时，第一气液分离装置的气态制冷剂通过和第二气液分离装置中蒸发器出口的气态制冷剂，可以在第二气液分离装置中充分混合，然后再进入压缩机，避免节流后的气液两相制冷剂的气相直接进入压缩机，也充分保证了压缩机的安全稳定运行。
相比于现有的微通道机房空调，本发明的机房空调中，在第一气液分离装置和第二气液分离装置的连接管道上设置了毛细管，而非采用开口部件(比如开口阀)等。毛细管更大的降压作用可以确保节流后的气液两相制冷剂中的气态制冷剂通过第一气液分离装置进入第二气液分离装置，而不是主动诱发节流后的气液两相制冷剂的液相主动闪发成为气态，经由第一气液分离装置进入第二气液分离装置。节流后的气液两相制冷剂中的液相要进入蒸发器进行蒸发换热获得冷量才是正道，而不是主动闪发，主动进入第二气液分离装置旁通。
相比于现有的微通道机房空调，本发明的机房空调中，在微通道蒸发器的进液主管上加用长笛型分液管，长笛型的分液管，通过内外两层套管式静压结构，更加有利于液相制冷剂在微通道蒸发器的分液歧管中均匀分液。
附图说明
图1是本发明系统循环原理图；
图2是微通道蒸发器剖视图；
图3是第一气液分离装置细节图；
图4是第二气液分离装置细节图；
图5是微通道蒸发器分液端头细节图；
图6是系统循环压焓图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
图中有：1-压缩机；2-微通道冷凝器；3-第一风机；4-第一毛细管节流装置；5-第一气液分离装置；6-微通道蒸发器；7-第二风机；8-第二气液分离装置；9-第二毛细管节流装置；61-长笛型分液管。
本发明的系统循环原理图如图1～图5所示，低温低压制冷剂进入压缩机1中，压缩至高压气态形式流出，高压气态制冷剂进入微通道冷凝器2中进行冷凝换热，制冷剂由高压气态变成高压液态；高压液态制冷剂进入第一毛细管节流装置4，经过节流降压由液态变成气液混合状态，之后制冷剂分成两路：其中一路由第一气液分离装置5将其进行气液分离，由第一气液分离装置5侧端出来的液态制冷剂进入微通道蒸发器6，经微通道蒸发器6换热蒸发后进入第二气液分离装置8；另外一路由第一气液分离装置5顶部出来的气态制冷剂经过第二毛细管节流装置9节流降压后与微通道蒸发器6出来的气态制冷剂汇合，之后经过第二气液分离装置8进行第二次气液分离，顶端流出的气态制冷剂回到压缩机1，进行下一次循环。
本发明的机房空调中，在微通道蒸发器6之前布置了第一气液分离装置5。第一气液分离装置5将节流后的气液两相制冷剂的气相制冷剂导出至压缩机1前置的第二气液分离装置8，而液体制冷剂进入微通道蒸发器6，液体制冷剂比起气液两相制冷剂在微通道蒸发器的分液歧管中的流动分配过程，将更有利于微通道蒸发器均匀分液。
本发明的机房空调中，在制冷剂进入压缩机1前设置第二气液分离装置8，第二气液分离装置8确保进入压缩机1的制冷剂为气态制冷剂，保证压缩机1安全进行。同时，第一气液分离装置5的气态制冷剂通过和第二气液分离装置8中微通道蒸发器6出口的气态制冷剂，可以在第二气液分离装置8中充分混合，然后再进入压缩机1，避免节流后的气液两相制冷剂的气相直接进入压缩机1，也充分保证了压缩机1的安全稳定运行。
本发明的机房空调中，在第一气液分离装置5和第二气液分离装置8的连接管道上设置了第二毛细管节流装置9，而非采用开口部件(比如开口阀)等。毛细管更大的降压作用可以确保节流后的气液两相制冷剂中的气态制冷剂通过第一气液分离装置5进入第二气液分离装置8，而不是主动诱发节流后的气液两相制冷剂的液相主动闪发成为气态，经由第一气液分离装置5进入第二气液分离装置8。节流后的气液两相制冷剂中的液相要进入微通道蒸发器6进行蒸发换热获得冷量才是正道，而不是主动闪发，主动进入第二气液分离装置8旁通。
本发明的机房空调中，在微通道蒸发器6的进液主管上加用长笛型分液管61，长笛型分液管61，通过内外两层套管式静压结构，更加有利于液相制冷剂在微通道蒸发器6的分液歧管中均匀分液。
通常，东北寒冷地区冬季室外温度过低(-10℃以下)。在较低温度工况下，常规设计的冷凝器无法正常工作，制冷剂流动状态不理想，压缩机1无法正常运行，从而导致制冷系统无法正常运行。因此，东北寒冷地区此机房空调运行必须重点考虑季节因素，设备主要用于夏季制冷运行，过渡季节的设备运行需要在室外环境温度25℃以上进行工作。
通常，广东热带地区夏季室外环境温度过高(43℃以上)。在较高环境温度工况下，常规设计的冷凝器无法正常工作，制冷剂流动状态不够理想，压缩机1排气温度过高无法正常运行，从而导致制冷系统无法正常运行。为了满足制冷系统正常使用，需要优化冷凝器的设计、增加喷液冷却部件等，确保该制冷系统在需要制冷的季节安全稳定运行。
在本发明的优选实施例中，第一毛细管节流装置4与第二毛细管节流装置9毛细管缠绕卷数之比为5:1，第一毛细管节流装置4压降略大于第二毛细管节流装置9，各自保证制冷剂的压力达到机房空调要求。
在本发明的另一种优选实施例中，第一毛细管节流装置4与第二毛细管节流装置9毛细管缠绕卷数之比为7:1，第一毛细管节流装置4压降近为第二毛细管节流装置9的7倍，第二毛细管节流装置9压降较小，有利于平衡从微通道蒸发器6流出的制冷剂和从第二毛细管节流装置9流出的制冷剂之间的压力。
在本发明的另一种优选实施例中，第一毛细管节流装置4与第二毛细管节流装置9毛细管缠绕卷数之比为10:1，第一毛细管节流装置4的压降近为第二毛细管节流装置9的10倍，充分将即将进入第一气液分离装置5的制冷剂压力降低，更有利于制冷剂在微通道蒸发器6蒸发。
本发明的循环系统在logP-h图上的循环过程如图6所示，图6中数字标号均是针对制冷剂的状态而言，其中，状态点1表示制冷剂处于过热状态，防止制冷剂在压缩机内产生液击现象；状态点2为经过压缩机1的压缩后，制冷剂的状态为高压气态；通过微通道冷凝器2，制冷剂的状态变为状态点3，状态为高压液态，进入第一毛细管节流装置4后由液态点3变为状态点4的气液混合状态，经由第一气液分离装置5后，由第一气液分离装置5侧端出来的制冷剂呈状态点5的液态，此部分制冷剂进入微通道蒸发器6，经微通道蒸发器6换热蒸发后，变成状态点6，进入第二气液分离装置8，状态点6的蒸发器出口的制冷剂和经过第二毛细管节流装置9的状态点7的气态制冷剂在第二气液分离装置8中混合，随后进入压缩机1；而由第一气液分离装置5顶部出来的气态制冷剂经过第二节流装置9节流降压后与状态点6的制冷剂汇合后变成状态点1，进入压缩机1，完成整个循环。
以上仅是对本发明具体实施例的介绍说明，用以说明本发明技术方案，但本发明的保护范围并不仅限于以上实施例，只要是相关技术人员对技术特征进行等同替换或改进，所形成的技术方案均落入本发明保护范围。
Claims (6)
1.一种数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调，其特征在于，该机房空调包括沿制冷剂制冷循环方向依次连接的压缩机(1)、微通道冷凝器(2)、第一毛细管节流装置(4)、第一气液分离装置(5)、微通道蒸发器(6)、第二气液分离装置(8)，以及连接所述第一气液分离装置(5)和第二气液分离装置(8)的第二毛细管节流装置(9)，所述第二气液分离装置(8)的制冷剂出口与压缩机(1)的制冷剂进口连接，构成机房空调；
所述第一气液分离装置(5)的液态出口连接微通道蒸发器(6)的入口，第一气液分离装置(5)的气态出口连接第二毛细管节流装置(9)的入口，所述第二毛细管节流装置(9)的出口与第二气液分离装置(8)的气态入口连接。
2.根据权利要求1所述的数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调，其特征在于，所述第一毛细管节流装置(4)与第二毛细管节流装置(9)的毛细管缠绕圈数之比为5:1～10:1。
3.根据权利要求1所述的数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调，其特征在于，所述第一气液分离装置(5)在离顶端1/6～1/8处通过管路与第一毛细管节流装置(4)连接，所述管路插入第一气液分离装置(5)水平宽度的1/4～1/3处，并与第一气液分离装置(5)中设置的U型管连接，所述U型管的直径为第一气液分离装置(5)水平宽度的1/2，且出口位于回路稳态后气分液面以下；
第一气液分离装置(5)在离顶端7/8～9/10处通过管路与微通道蒸发器(6)相连，所述管路插入第一气液分离装置(5)水平宽度的1/5～1/4处；
第一气液分离装置(5)在顶部的正中间通过管路与第二毛细管节流装置(9)相连，所述管路水平插入第一气液分离装置(5)垂直高度的1/10～1/12处。
4.根据权利要求1、2或3所述的数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调，其特征在于，所述第二气液分离装置(8)在底部的正中间通过管路与第二毛细管节流装置(9)连接，所述管路插入第二气液分离装置(8)垂直高度的1/8～1/10处；
第二气液分离装置(8)在离顶端1/8～1/10处通过管路与微通道蒸发器(6)连接，所述管路水平插入第二气液分离装置(8)宽度的1/6～1/8处，并与第二气液分离装置(8)中设置的U型管连接，所述U型管直径为第二气液分离装置(8)宽度的1/2，且出口位于回路稳态后气分液面以上；
第二气液分离装置(8)顶部正中间的流出一端通过管路与压缩机相连，所述管路水平插入第二气液分离装置(8)宽度的1/8～1/10处。
5.根据权利要求1、2或3所述的数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调，其特征在于，所述微通道蒸发器(6)的进液主管上设置有长笛型分液管(61)。
6.根据权利要求5所述的数据中心用蒸发前置气液分离装置的微通道机房空调，其特征在于，所述长笛型分液管的长度为400～450mm，直径为5～10mm，孔数为40～50，孔直径为4～5mm。
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