CN113091355B - 一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统及方法，系统包括室内机和室外机；室内机包括蒸发器、上支管、下支管、上集管、下集管、上总管、下总管、分液头、分液管、缓冲管及节流阀；室外机包括冷凝器、储液器、制冷剂泵、气液分离器、压缩机及油分离器。方法为：热管模式下，制冷剂依次在冷凝器、储液器、制冷剂泵、下总管、下集管、支管、蒸发器、异型三通、上支管、上集管及上总管之间循环；蒸气压缩模式下，制冷剂依次在冷凝器、储液器、节流阀、缓冲管、分液头、分液管、异型三通、蒸发器、下支管、下集管、下总管、气液分离器、压缩机及油分离器之间循环。本发明在两种模式下均可保证制冷剂的分液均匀性，提升了系统的冷却效率和换热性能。

Description

一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统及方法

技术领域

本发明属于空调系统技术领域，特别是涉及一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统及方法。

背景技术

在数据中心空调系统中，虽然热管换热技术可通过制冷剂相变实现冷量输配，且具有冷却效率高及能耗也小的特点，但热管换热需要满足一定的室内外温差才能运行，并且无法实现全年不间断供冷。因此，热管与蒸气压缩复合空调系统应运而生，其可以兼顾热管与蒸气压缩的优势，全面提高系统性能。

在热管与蒸气压缩复合空调系统中，蒸发器进口制冷剂的分液均匀性及流向直接关系到系统的换热性能与冷却效率，如果制冷剂在蒸发器内的分液不均匀，会直接导致蒸发器内换热面积无法得到充分利用，有些分路制冷剂过多会导致带液流出，有些分路制冷剂过少会导致过热度过高，这会严重影响系统的冷却效果。此外，在蒸气压缩制冷模式下，虽然分液器可以使蒸发器内的制冷剂分液均匀，但在热管模式下，制冷剂流经分液管时会产生很大的流动阻力，从而导致过多的压力损失，这并不利于制冷剂的流动换热，同时蒸发器内制冷剂流向单一，这会对压缩机回油产生很大影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统及方法，无论是在蒸气压缩制冷模式下还是热管模式下，均可以保证制冷剂的分液均匀性，使换热面积得到充分利用，有效提升冷却效率，而且降低了压缩机出现液击的发生几率。在热管模式下，能够有效降低制冷剂的流动阻力，在蒸气压缩模式下，可促进压缩机的回油，保证了空调系统的高效、安全、稳定运行，提高了空调系统的整体换热性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统，包括室内机和室外机；所述室内机包括蒸发器、上支管、下支管、上集管、下集管、上总管、下总管、分液头、分液管、缓冲管及节流阀；所述室外机包括冷凝器、储液器、制冷剂泵、气液分离器、压缩机及油分离器；所述蒸发器的若干上接口均通过异型三通与一根上支管的一端相连通，上支管的另一端通过阀门与上集管相连通；所述上总管一端与上集管相连通，上总管另一端连接有第一三通换向阀；所述分液管一端通过异型三通与蒸发器的上接口相连通，分液管另一端与分液头相连通；所述缓冲管一端与分液头相连通，缓冲管另一端与节流阀的出口端相连通，节流阀的进口端连接有第二三通换向阀；所述蒸发器的若干下接口均通过下支管与下集管相连通；所述下总管一端与下集管相连通，下总管另一端连接有第三三通换向阀；所述冷凝器的进口端与第一三通换向阀相连通，冷凝器的出口端与储液器的进口端相连通，储液器的出口端与第二三通换向阀相连通；所述制冷剂泵的进口端与第二三通换向阀相连通，制冷剂泵的出口端与第三三通换向阀相连通；所述气液分离器的进口端与第三三通换向阀相连通，气液分离器的出口端依次通过压缩机和油分离器与第一三通换向阀相连通。

所述节流阀采用电子膨胀阀或热力膨胀阀。

所述阀门采用截止阀或电磁阀。

所述分液头至少连接三根分液管，且若干分液管的长度和内径均相同。

一种基于热管与蒸气压缩复合空调系统的均匀分液方法，采用了所述的分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统，具体为：

(一)、热管模式

过冷的液态制冷剂先从冷凝器流入储液器，再经第二三通换向阀进入制冷剂泵，通过制冷剂泵的增压作用后，经第三三通换向阀流入下总管，之后依次经过下集管和下支管后流入蒸发器的下接口，使制冷剂在蒸发器内进行换热，直至形成过热的气态制冷剂，此时的阀门处于开启状态，过热的气态制冷剂从蒸发器的上接口流出后，将依次通过异型三通、上支管、上集管进入上总管，最后经第一三通换向阀返回冷凝器；

(二)、蒸气压缩模式

高压的液态制冷剂先从冷凝器流入储液器，再依次经第二三通换向阀、节流阀及缓冲管进入分液头，之后由分液头流出并依次经分液管及异型三通流入蒸发器的上接口，使制冷剂在蒸发器内进行换热，直至形成低压的制冷剂过热蒸气，此时的阀门处于关闭状态，低压的制冷剂过热蒸气从蒸发器的下接口流出后，将依次通过下支管和下集管进入下总管，之后经第三三通换向阀进入气液分离器，并由气液分离器输出低温低压的制冷剂过热蒸气，再由压缩机吸入低温低压的制冷剂过热蒸气，经过压缩机后变为高温高压的制冷剂过热蒸气，最后依次经油分离器和第一三通换向阀返回冷凝器。

本发明的有益效果：

本发明的分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统及方法，无论是在蒸气压缩制冷模式下还是热管模式下，均可以保证制冷剂的分液均匀性，使换热面积得到充分利用，有效提升冷却效率，而且降低了压缩机出现液击的发生几率。在热管模式下，能够有效降低制冷剂的流动阻力，在蒸气压缩模式下，可促进压缩机的回油，保证了空调系统的高效、安全、稳定运行，提高了空调系统的整体换热性能。

附图说明

图1为本发明的一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统的结构原理图；

图中，I—室内机，II—室外机，1—蒸发器，2—上支管，3—下支管，4—上集管，5—下集管，6—上总管，7—下总管，8—分液头，9—分液管，10—缓冲管，11—节流阀，12—冷凝器，13—储液器，14—制冷剂泵，15—气液分离器，16—压缩机，17—油分离器，18—上接口，19—异型三通，20—阀门，21—第一三通换向阀，22—第二三通换向阀，23—下接口，24—第三三通换向阀。

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的详细说明。

如图1所示，一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统，包括室内机I和室外机II；所述室内机I包括蒸发器1、上支管2、下支管3、上集管4、下集管5、上总管6、下总管7、分液头8、分液管9、缓冲管10及节流阀11；所述室外机II包括冷凝器12、储液器13、制冷剂泵14、气液分离器15、压缩机16及油分离器17；所述蒸发器1的若干上接口18均通过异型三通19与一根上支管2的一端相连通，上支管2的另一端通过阀门20与上集管4相连通；所述上总管6一端与上集管4相连通，上总管6另一端连接有第一三通换向阀21；所述分液管9一端通过异型三通19与蒸发器1的上接口18相连通，分液管9另一端与分液头8相连通；所述缓冲管10一端与分液头8相连通，缓冲管10另一端与节流阀11的出口端相连通，节流阀11的进口端连接有第二三通换向阀22；所述蒸发器1的若干下接口23均通过下支管3与下集管5相连通；所述下总管7一端与下集管5相连通，下总管7另一端连接有第三三通换向阀24；所述冷凝器12的进口端与第一三通换向阀21相连通，冷凝器12的出口端与储液器13的进口端相连通，储液器13的出口端与第二三通换向阀22相连通；所述制冷剂泵14的进口端与第二三通换向阀22相连通，制冷剂泵14的出口端与第三三通换向阀24相连通；所述气液分离器15的进口端与第三三通换向阀24相连通，气液分离器15的出口端依次通过压缩机16和油分离器17与第一三通换向阀21相连通。

所述节流阀11采用电子膨胀阀或热力膨胀阀。

所述阀门20采用截止阀或电磁阀。

所述分液头8至少连接三根分液管9，且若干分液管9的长度和内径均相同。

一种基于热管与蒸气压缩复合空调系统的均匀分液方法，采用了所述的分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统，具体为：

(一)、热管模式

过冷的液态制冷剂先从冷凝器12流入储液器13，再经第二三通换向阀22进入制冷剂泵14，通过制冷剂泵14的增压作用后，经第三三通换向阀24流入下总管7，之后依次经过下集管5和下支管3后流入蒸发器1的下接口23，使制冷剂在蒸发器1内进行换热，直至形成过热的气态制冷剂，此时的阀门20处于开启状态，过热的气态制冷剂从蒸发器1的上接口18流出后，将依次通过异型三通19、上支管2、上集管4进入上总管6，最后经第一三通换向阀21返回冷凝器12；

通过上述热管模式的工程过程可知，蒸发器1的进口按照集管形式进行分液，当集管垂直布置时，在分液均匀的基础上可有效减小制冷剂的流动阻力，促进制冷剂在蒸发器内进行充分换热。此外，在蒸发器1内，制冷剂由液相变为气相，并且制冷剂的流向为“下进上出”，可以使制冷剂的流动阻力进一步减小，有利于制冷剂的流动换热，进而提高了蒸发器1的冷却性能；

(二)、蒸气压缩模式

高压的液态制冷剂先从冷凝器12流入储液器13，再依次经第二三通换向阀22、节流阀11及缓冲管10进入分液头8，之后由分液头8流出并依次经分液管9及异型三通19流入蒸发器1的上接口18，使制冷剂在蒸发器1内进行换热，直至形成低压的制冷剂过热蒸气，此时的阀门20处于关闭状态，低压的制冷剂过热蒸气从蒸发器1的下接口23流出后，将依次通过下支管3和下集管5进入下总管7，之后经第三三通换向阀24进入气液分离器15，并由气液分离器15输出低温低压的制冷剂过热蒸气，再由压缩机16吸入低温低压的制冷剂过热蒸气，经过压缩机16后变为高温高压的制冷剂过热蒸气，最后依次经油分离器17和第一三通换向阀21返回冷凝器12；

通过上述蒸气压缩模式的工程过程可知，在分液头8和分液管9的配合使用下，可增强气液两相制冷剂的混合与输配，当分液头8垂直使用且多根分液管9等长设置时，可增大各通路的阻力，保证各通路的分液均匀性，当制冷剂均匀进入蒸发器1各分路后，可以使换热面积得到充分利用，进而提升了空调系统的换热性能，也避免了制冷剂带液流出蒸发器1而造成的压缩机16的液击，同时避免了蒸发器1内有的分路制冷剂过少导致的局部干涸及过热度过高的现象。此外，在蒸发器1内，制冷剂的流向为“上进下出”，可以使溶于制冷剂的润滑油更容易回到压缩机16，从而改善了蒸发器1的热交换能力及制冷剂的流通能力，也可以避免压缩机16出现失油现象。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (5)

1.一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统，其特征在于：包括室内机和室外机；所述室内机包括蒸发器、上支管、下支管、上集管、下集管、上总管、下总管、分液头、分液管、缓冲管及节流阀；所述室外机包括冷凝器、储液器、制冷剂泵、气液分离器、压缩机及油分离器；所述蒸发器的若干上接口均通过异型三通与一根上支管的一端相连通，上支管的另一端通过阀门与上集管相连通；所述上总管一端与上集管相连通，上总管另一端连接有第一三通换向阀；所述分液管一端通过异型三通与蒸发器的上接口相连通，分液管另一端与分液头相连通；所述缓冲管一端与分液头相连通，缓冲管另一端与节流阀的出口端相连通，节流阀的进口端连接有第二三通换向阀；所述蒸发器的若干下接口均通过下支管与下集管相连通；所述下总管一端与下集管相连通，下总管另一端连接有第三三通换向阀；所述冷凝器的进口端与第一三通换向阀相连通，冷凝器的出口端与储液器的进口端相连通，储液器的出口端与第二三通换向阀相连通；所述制冷剂泵的进口端与第二三通换向阀相连通，制冷剂泵的出口端与第三三通换向阀相连通；所述气液分离器的进口端与第三三通换向阀相连通，气液分离器的出口端依次通过压缩机和油分离器与第一三通换向阀相连通。

2.根据权利要求1所述的一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统，其特征在于：所述节流阀采用电子膨胀阀或热力膨胀阀。

3.根据权利要求1所述的一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统，其特征在于：所述阀门采用截止阀或电磁阀。

4.根据权利要求1所述的一种分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统，其特征在于：所述分液头至少连接三根分液管，且若干分液管的长度和内径均相同。

5.一种基于热管与蒸气压缩复合空调系统的均匀分液方法，采用了权利要求1所述的分液均匀的热管与蒸气压缩复合空调系统，其特征在于具体为：

(一)、热管模式

过冷的液态制冷剂先从冷凝器流入储液器，再经第二三通换向阀进入制冷剂泵，通过制冷剂泵的增压作用后，经第三三通换向阀流入下总管，之后依次经过下集管和下支管后流入蒸发器的下接口，使制冷剂在蒸发器内进行换热，直至形成过热的气态制冷剂，此时的阀门处于开启状态，过热的气态制冷剂从蒸发器的上接口流出后，将依次通过异型三通、上支管、上集管进入上总管，最后经第一三通换向阀返回冷凝器；

(二)、蒸气压缩模式

高压的液态制冷剂先从冷凝器流入储液器，再依次经第二三通换向阀、节流阀及缓冲管进入分液头，之后由分液头流出并依次经分液管及异型三通流入蒸发器的上接口，使制冷剂在蒸发器内进行换热，直至形成低压的制冷剂过热蒸气，此时的阀门处于关闭状态，低压的制冷剂过热蒸气从蒸发器的下接口流出后，将依次通过下支管和下集管进入下总管，之后经第三三通换向阀进入气液分离器，并由气液分离器输出低温低压的制冷剂过热蒸气，再由压缩机吸入低温低压的制冷剂过热蒸气，经过压缩机后变为高温高压的制冷剂过热蒸气，最后依次经油分离器和第一三通换向阀返回冷凝器。

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