CN204739813U - 一种空调制冷结构 - Google Patents

Abstract

<b>本实用新型涉及一种空调制冷结构，包括依次连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器并构成制冷回路，所述冷凝器具有冷凝区和过冷区，所述冷凝区和过冷区内设置有冷却水管，所述空调制冷结构还包括连通所述压缩机的排气口与所述冷凝器的过冷区的管路，所述管路将压缩机排出的部分蒸气引入所述过冷区中进行排放。本实用新型通过将少量压缩机排气通过管路排入冷凝器底部，通过向上升的过程中搅动液体来减弱制冷剂在冷却水管路上的换热边界层，可在最低成本下增大液体相对于冷却水管的径向速度，减小换热边界层，增大过冷区换热系数；同时可降低冷凝区热负荷，减小制冷剂冲注量。</b>

Description

一种空调制冷结构

技术领域

本实用新型涉及一种空调制冷结构。

背景技术

目前使用的冷凝器中，一般设置了冷凝区和过冷区，其中：冷凝区是相变换热，换热系数较大，在4000-5000(Btu/(h*Ft^2*F))左右；但是过冷区仅靠液体和管壁的对流换热，换热系数很低，一般只有冷凝区的1/10左右，在300-500(Btu/(h*Ft^2*F))左右。在冷凝器过冷区中，由于冷凝器的形状，相对于冷却水管，液体的轴向速度比较大，而径向速度比较小，轴向速度比较容易形成换热边界层。

现有增强换热系数的方法虽然众多，但要想不增加明显额外成本，并且对机组多方面性能有好处的方法缺不容易找到。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种空调制冷结构，特别是涉及该结构中的冷凝器，可在最低成本下增大液体相对于冷却水管的径向速度，减小换热边界层，增大过冷区换热系数。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种空调制冷结构，包括依次连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器并构成制冷回路，所述冷凝器具有冷凝区和过冷区，所述冷凝区和过冷区内设置有冷却水管，所述空调制冷结构还包括连通所述压缩机的排气口与所述冷凝器的过冷区的管路，所述管路将压缩机排出的部分蒸气引入所述过冷区中进行排放。

优选地，所述管路包括设置在所述过冷区内的第一管路、连接在所述压缩机的排气口和第一管路之间的第二管路。

进一步优选地，所述第一管路的管壁面上均匀开设有多个排气孔。

进一步优选地，所述冷凝器中过冷区位于冷凝区的下方，所述第一管路位于所述过冷区内冷却水管的下方。

进一步优选地，所述冷却水管沿水平方向的设置，所述第一管路与冷却水管相平行设置。

优选地，所述管路将压缩机排出的部分蒸气引入所述过冷区中进行排放并在过冷区中产生气泡。

优选地，所述冷凝器还包括冷凝器壳体、开设在所述冷凝器壳体上方的制冷剂入口、开设在所述冷凝器壳体下方的制冷剂出口，所述冷却水管设置在所述冷凝器壳体内。

采用本实用新型结构对冷凝器换热系数、充注量的分析：

1、冷凝器过冷区换热系数拟合计算公式为：

h＝e^(a1+a2*x+a3*x^2+a4*x^3)，

其中，a1，a2，a3，a4为常数，x＝Ln(y)，y为热质流密度，等于质量流量除以水力直径，这里将质量流量换为流速，过冷区截面积和密度的乘积。

假设过冷区截面积不变，换热系数将随着流速的增大而增大。假设将3％压缩机排气通入过冷区液相，其中2％在液相中液化，剩下1％以比较低的过热度进入气相，在过冷区存在2％的气体。过热蒸汽比体积为：0.379，液相比体积为：0.0138，气相体积为液相的27.51倍。2％的气体占总过冷区的体积百分比为：2％*27.51＝55％。

A.假设，液面高度不变，则液体流速会增加55％左右，根据上面公式计算，如果假设液面高度不变，流速变为原来的1.5倍，换热系数变为原来的1.1倍。但是上述公式中的速度是制冷剂沿管子轴向的速度，而鼓泡进去改变的是管子径向速度，而径向速度增大可以有效的减小换热边界层，所以换热系数应该增大更多。液相区换热面积可以减小10％，过热区负荷减小2～3％，其面积也可以减小2％左右。

以RTWH260_P2WT为例，计算过冷区换热系数变化：

Cir1过冷区制冷剂侧换热系数为：536.6285(Btu/(h*F*ft^2))，水侧换热系数：

3054.26(Btu/(h*F*ft^2))，总换热系数：

h＝1/(1/536.63+1/3054.26)＝456.4(Btu/(h*F*ft^2))，

制冷剂侧增加10％后：

h＝1/(1/(536.63*1.1)+1/3054.26)＝494.7(Btu/(h*F*ft^2))，

则总换热系数增加：(494.7-456.4)/456.4＝8.4％，

B.气泡上升速度(径向速度)：

不考虑液体对气泡的阻力及气泡形变，加速度由浮力与重力之差提供，

ρ液gV排-mg＝ma，

ρ液gV排-ρ气gV排＝ρ气V排a，

加速度：a＝(ρ液/ρ气-1)g，

假设气泡脱离时速度为0，则脱离后气泡将以26g的加速度向上运动，假设过冷区高度为

30cm，则气体在过冷区时间为：t＝(2s/26g)^1/2＝0.048，气泡在液体中的最终速度为

at＝26*10*0.048＝0.96m/s，可得到气体在液体中运动平均速度为0.96/2＝0.48m/s。

由此可见，通入气体后，液体内部沿冷水管路平均速度由基本为0增加到0.48m/s。

2.加入过热蒸气对过冷区的影响：

以RTWH260_P2WT为例，通入3％的过热蒸气，RTWH260_P2WT：冷凝器热负荷为：

Cir1(Btu/h)	Cir2(Btu/h)	Cir1(Btu/h)
			2246121	1120522	2246121
89714	32930	89714

通入3％过热蒸气，假设2％在液体中液化，则带入过冷区的热量分别为：

Cir1：2246121*0.02＝44922.4(Btu/h)，Cir2：1120522*0.02＝23069(Btu/h)；

按可计算增强的换热系数，过冷区总换热系数提高8.4％，则导致过冷区液体温度提高的热量为过热蒸气带入热量减去因为过冷区换热系数提高增大的换热量：

Cir1：44922.4-89714*0.084＝37386.4(Btu/h)，

Cir2：23069-32930*0.084＝20302.9(Btu/h)；

在97.5F下R134a饱和液态比热容为0.353(Btu/(Lb*F)，冷凝器的流量分别为

Cir1：29425.88(Lb/h)，Cir2：14962.06(Lb/h)；

则过冷度减小：

Cir1：37386.4/0.353/29425.88＝3.6F，Cir2：20302.9/0.353/14962.06＝3.85F

考虑到气泡径向的增加，换热系数理论上会比现在更大，所以对过冷度的影响应该更低。

用UP2模拟因过冷度减小对系统性能的影响：

通过减小冷凝器过冷度传热系数PAF来模拟过冷度减小时对系统性能的影响，其结果如下：

在系统1过冷度减少3.6F，系统2减少3.87F时，系统EER/COP减少了1.96％，制冷量减少了1.87％。由于换热系数的增大是很保守的估计，所以实际系统性能的减小值应当比此处更小。

3.冲注量的改变:

根据RTHE模拟结果： 

M1

M2

N1

N2

M2*M2

N1*M2

N2*N1

N2*N2

Refrigerant Content

 

Model		75	85	105	125	175	195	235	255
										Condenser liquid	Lb	48	49	66	66	78	79	110	92
Condenser gas	Lb	8	7	9	10	10	10	12	10
										Condenser Two-Phase	Lb	6	7	9	9	13	12	25	12
Oil Separator-Liquid(in oil)	Lb	6	6	8	8	14	14	14	14
										Oil Separat gas	Lb	2	2	3	3	5	5	5	5
Cavity Two-Phase	Lb	1	0	1	1	1	1	1	1
										Cavity Liquid	Lb	2	2	2	4	3	3	6	3
Cavity gas	Lb	0.143	0.142	0.18	0.214	0.265	0.266	0.412	0.317
										Evaporator Two-Phase	Lb	3	4	4	5	7	8	10	10
Evaporator gas	Lb	0	0	0	1	1	1	1	1
										Piping Liquid	Lb	15	15	23	23	46	46	45	46
Piping gas	Lb	1	1	2	2	3	3	3	3
										Total Unit charge，estimated	Lb	92	93	128	131	179	181	233	196
Actual charge		89.57	90.44	123.94	127.16	173.95	175.84	226.11	190.18
										Ratio	Lb	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97	0.97
Recommend charge	Kg	41	42	57	58	79	80	103	87
										Saving	％	27.50％	27.50％	27.50％	27.50％	27.50％	27.50％	27.50％	27.50％
Saving charge	Kg	11.3	11.6	15.7	16.0	21.7	22.0	28.3	23.9
										Cost	RMB/Kg	16.67	16.67	16.67	16.67	16.67	16.67	16.67	16.67
Cost saving	RMB	188.0	192.5	261.3	265.9	362.2	366.7	472.2	398.8

一般冷凝器中液体质量可占总冲注量的47％～52％，假设冷凝器中液体质量占总质量的50％，由于占了过冷区55％的体积，则冲注量可减少50％*55％＝27.5％

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型通过将少量压缩机排气通过管路排入冷凝器底部，通过向上升的过程中搅动液体来减弱制冷剂在冷却水管路上的换热边界层，可在最低成本下增大液体相对于冷却水管的径向速度，减小换热边界层，增大过冷区换热系数；同时可降低冷凝区热负荷，减小制冷剂冲注量。

附图说明

附图1为本实施例的结构示意图。

其中：1、压缩机；2、冷凝器；20、制冷剂入口；21、制冷剂出口；22、冷却水管；23、冷凝器壳体；3、热力膨胀阀；4、蒸发器；50、第一管路；500、排气孔；51、第二管路。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

如图1所示的一种空调制冷结构，包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、热力膨胀阀3以及蒸发器4并构成制冷回路。

在本实施例中：冷凝器2包括冷凝器壳体23、开设在冷凝器壳体23上方的制冷剂入口20、开设在冷凝器壳体23下方的制冷剂出口21、设置在冷凝器壳体23内沿水平方向设置的冷却水管22。冷凝器壳体23内具有冷凝区和过冷区，过冷区位于冷凝区的下方，冷却水管22分别位于冷凝区和过冷区内。

压缩机1的排气口与冷凝器2的过冷区之间连接有用于将部分压缩机1排出的过热蒸气引入过冷区液相中进行排放的管路。具体为：管路包括设置在过冷区内的第一管路50、连接在压缩机1的排气口和第一管路50之间的第二管路51，第一管路50位于过冷区内冷却水管22的下方，与冷却水管22相平行设置，第一管路50的管壁面上均匀开设有多个排气孔500。

从压缩机1的排气口排出的一小部分过热蒸气通过第二管路51、第一管路50排入冷凝器2的过冷区并在过冷区中产生气泡，排出的过热蒸气在液体中上升的过程中会扰动液体，带动液体相对于冷却水管22径向流动，或者可以直接冲击到冷却水管22上面，由此带来冷却水管22边界层的减薄，从而增大过冷区的换热系数；从而可以直接减小冷凝区的热负荷，由于液体中存在气泡，会使得过冷区液体减少而减少整个机组的冲注量。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种空调制冷结构，包括依次连接的压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器并构成制冷回路，所述冷凝器具有冷凝区和过冷区，所述冷凝区和过冷区内设置有冷却水管，其特征在于：所述空调制冷结构还包括连通所述压缩机的排气口与所述冷凝器的过冷区的管路，所述管路将压缩机排出的部分蒸气引入所述过冷区中进行排放。

2. 根据权利要求1所述一种空调制冷结构，其特征在于：所述管路包括设置在所述过冷区内的第一管路、连接在所述压缩机的排气口和第一管路之间的第二管路。

3. 根据权利要求2所述一种空调制冷结构，其特征在于：所述第一管路的管壁面上均匀开设有多个排气孔。

4. 根据权利要求2所述一种空调制冷结构，其特征在于：所述冷凝器中过冷区位于冷凝区的下方，所述第一管路位于所述过冷区内冷却水管的下方。

5. 根据权利要求4所述一种空调制冷结构，其特征在于：所述冷却水管沿水平方向的设置，所述第一管路与冷却水管相平行设置。

6. 根据权利要求1所述一种空调制冷结构，其特征在于：所述管路将压缩机排出的部分蒸气引入所述过冷区中进行排放并在过冷区中产生气泡。

7. 根据权利要求1或6所述一种空调制冷结构，其特征在于：所述冷凝器还包括冷凝器壳体、开设在所述冷凝器壳体上方的制冷剂入口、开设在所述冷凝器壳体下方的制冷剂出口，所述冷却水管设置在所述冷凝器壳体内。