CN207487026U - 一种高热效率的分离式热管空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高热效率的分离式热管空调系统，包括蒸发段换热器、冷凝段换热器、将热管工质由所述蒸发段换热器导向冷凝段换热器的第一工质管道以及将热管工质由所述冷凝段换热器导向蒸发段换热器的第二工质管道，在所述的第一工质管道通路上还设置有一气液分离器，所述气液分离器的进口与所述蒸发段换热器的出口相连通，所述气液分离器的气相出口与所述冷凝段换热器的进口相连通，所述气液分离器的液相出口与所述蒸发段换热器的进口相连通。该分离式热管空调系统使得进入冷凝段换热器的制冷剂工质为单相的气态冷媒，以获得更大的室外冷凝换热效率，从而达到高效节能的效果。

Description

一种高热效率的分离式热管空调系统

技术领域

本实用新型涉及一种空调，尤其涉及一种高热效率的空调系统。

背景技术

随着社会信息化发展，各种规模大小的数据中心、基站等信息化设施数量飞速增加，而其中各种IT设备的发热量也随之成倍增长，目前数据中心中精密空调制冷能耗已成为仅次于IT设备的第二大耗能项目，因此，精密空调的节能设计意义重大。

与常规舒适性空调不同，数据中心机房的IT设备及附属设备全年发热，无论冬夏都需要制冷散热，而在冬季或者春秋季节室外温度较低时，可以采用自然冷却的方法、利用室外环境可以作为冷源直接或者间接来冷却机房设备，来代替高耗能的压缩制冷设备。

作为自然冷却方法的一种，分离式热管因其安装简便、投资低、冬季不会冻结等诸多优点而日渐兴起。其主要原理是：采用室内和室外两个换热器分别作为热管的蒸发侧和冷凝侧，二者通过管道连接成为一个密闭的空间，腔内一般灌注低沸点的制冷剂(如R22,R410a,R134a等)作为热管工质，采用工质泵(氟泵)或者重力来克服工质的循环阻力，如图1所示。

当室外环境温度低于室内温度时(需具备一定温差)，室内空气加热蒸发段使得蒸发器内工质蒸发，蒸发后的气态工质进入室外冷凝段冷凝成液态，再重新进入蒸发段蒸发，如此循环制冷，不再需要压缩机的参与。

理想的热管应该是工质在蒸发段刚好完全蒸发，然后气态制冷剂通过管道进入冷凝段全部冷凝成液体再进入蒸发段，这样在两个段内分别进行蒸发和冷凝两种换热状态，由于蒸发和冷凝有相变过程，和单相的液态或者气态热交换过程相比，具备高得多的换热系数，而在实际应用中，由于制冷剂工质的充注量、循环量不能做到和换热量刚好匹配，造成分离式热管并不能运行在高效工作点。

例如分离式热管进入冷凝段的制冷剂工质应该是气态的，但很多时候是没有蒸发完全的气液两相冷媒直接进入了冷凝段(特别是带有工质泵(氟泵)的系统)，这种情况下，两相状态中的气态冷媒必须克服液膜热阻的干扰才能冷凝成液态，本应产生巨大热流密度的冷凝传热被液态冷媒隔断，大大降低了热管冷凝侧的换热效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高热效率的分离式热管空调系统，使得进入冷凝段换热器的制冷剂工质为单相的气态冷媒，以获得更大的室外冷凝换热效率，从而达到高效节能的效果。

为了解决这个技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高热效率的分离式热管空调系统，包括蒸发段换热器、冷凝段换热器、将热管工质由所述蒸发段换热器导向冷凝段换热器的第一工质管道以及将热管工质由所述冷凝段换热器导向蒸发段换热器的第二工质管道，在所述的第一工质管道通路上还设置有一气液分离器，所述气液分离器的进口与所述蒸发段换热器的出口相连通，所述气液分离器的气相出口与所述冷凝段换热器的进口相连通，所述气液分离器的液相出口与所述蒸发段换热器的进口相连通。

当空调系统设置流体泵时，在所述第二工质管道上从所述冷凝段换热器到所述蒸发段换热器还顺序串设有储液器和流体泵，所述气液分离器的液相出口与所述储液器相连、经所述储液器和流体泵后与所述蒸发段换热器的进口相连通。

当空调系统采用重力作为循环动力时，不设置储液器和流体泵，所述气液分离器的液相出口通过第三工质管道与第二工质管道连通。

本实用新型的分离式热管空调系统，结构巧妙合理，其优点如下：

1、冷凝效率高，因本空调系统将第一工质管道内的气液混合工质进行了有效地分离，保证了进入冷凝段换热器的工质为气相状态，从而大大提高了冷凝段换热器的冷凝效率。

2、工质的相变汽化潜热要远远高于单相液态的比热，如5℃的R22汽化潜热为200.5kj/kg，而其比热仅为1.18kj/kg℃，也就是说，1kg冷媒冷凝释放的热量大约相当于170kg冷媒降温1℃的热量。因此，采用全相变冷凝的热管系统中，参与冷凝的制冷剂量要远小于两相混合的制冷剂量，循环量的大大降低可以带来降低系统阻力、减小连接管径、使用较小流量的泵等诸多优点；本实用新型的空调系统实现了冷凝段换热器的全相变冷凝，从而可以大大降低工质的循环量，真正做到空调系统的节能减排。

3、等温性好，因为工质的性质决定了在整个冷凝过程中，制冷剂工质在压力相等的情况下、其冷凝温度也基本一致。全相变冷凝使得在冷凝段的工质等温性非常好，即冷凝段的入口和出口温度温差很小，这样能从室外环境中获得更大的温差、更大的换热量。而两相混合状态的制冷剂存在液相冷媒的显热降温过程，特别是在流量较大的情况下，冷凝段的出口温度要比进口温度低得多，这样在冷凝段的后半段，由于制冷剂的温度与环境温度温差越来越小，换热量也越来越低。

附图说明

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明，其中：

图1为分离式热管空调系统的结构示意图。

图2为本实用新型的高热效率的分离式热管空调系统的结构示意图之一。

图3为本实用新型的高热效率的分离式热管空调系统的结构示意图之二。

图4a、图4b、图4c为气液分离器的结构示意图。

图中：

1、蒸发段换热器 2、气液分离器 3、冷凝段换热器

4、储液器 5、流体泵 6、第一工质管道

7、第二工质管道 8、第三工质管道

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明：

实施例1

图2示出了一种高热效率的分离式热管空调系统，包括蒸发段换热器1、冷凝段换热器3、将热管工质由所述蒸发段换热器导向冷凝段换热器的第一工质管道6以及将热管工质由所述冷凝段换热器导向蒸发段换热器的第二工质管道7，在所述的第一工质管道6通路上还设置有一气液分离器2，所述气液分离器2的进口与所述蒸发段换热器1的出口相连通，所述气液分离器2的气相出口与所述冷凝段换热器3的进口相连通；在所述第二工质管道7上从所述冷凝段换热器3到所述蒸发段换热器1还顺序串设有储液器4和流体泵5，所述气液分离器2的液相出口与所述储液器4相连、经所述储液器4和流体泵5后与所述蒸发段换热器1的进口相连通。

本实施例的分离式热管空调系统采用流体泵(氟泵)作为循环增压设备，制冷剂工质在蒸发段换热器1内部分蒸发，液态和气态混合的两相工质进入气液分离器2，分离后的气态冷媒进入冷凝段换热器3进行高效冷凝过程，而分离出来的液态冷媒进入储液器4，和冷凝段换热器3冷凝后的液体混合均压后被流体泵5(氟泵)吸入，增压后再进入蒸发段换热器1，如此循环实现制冷。

实施例2

图3一种高热效率的分离式热管空调系统，包括蒸发段换热器1、冷凝段换热器3、将热管工质由所述蒸发段换热器导向冷凝段换热器的第一工质管道6以及将热管工质由所述冷凝段换热器导向蒸发段换热器的第二工质管道7，在所述的第一工质管道6通路上还设置有一气液分离器2，所述气液分离器2的进口与所述蒸发段换热器1的出口相连通，所述气液分离器2的气相出口与所述冷凝段换热器3的进口相连通；所述气液分离器2的液相出口与所述蒸发段换热器1的进口相连通。具体的，所述气液分离器2的液相出口通过第三工质管道8与第二工质管道7连通。

本实施例的分离式热管空调系统采用重力作为部分循环动力，制冷剂工质在蒸发段换热器1内部分蒸发，液态和气态混合的两相工质进入气液分离器2，分离后的气态冷媒进入冷凝段换热器3进行高效冷凝过程，因为不同高度差的存在，分离后的液态制冷剂和经冷凝段换热器3冷凝后的液态制冷剂都由第二工质管道7进入蒸发段换热器1，如此循环实现制冷。

上述实施例中的气液分离器2可以采用卧式、立式等方式，气液分离器2设置有一个进口、一个气相出口和一个液相出口，液相出口导出液态冷媒进入再循环，如图4a、图4b、图4c所示，分别为卧式气液分离器、立式气液分离器和带回油功能的立式气液分离器，当然也可以采用其它常规结构的气液分离器，只要能有效地将气液相混合的冷媒工质分离出气相和液相、并分流导出进入循环即可。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种高热效率的分离式热管空调系统，包括蒸发段换热器、冷凝段换热器、将热管工质由所述蒸发段换热器导向冷凝段换热器的第一工质管道以及将热管工质由所述冷凝段换热器导向蒸发段换热器的第二工质管道，其特征在于：在所述的第一工质管道通路上还设置有一气液分离器，所述气液分离器的进口与所述蒸发段换热器的出口相连通，所述气液分离器的气相出口与所述冷凝段换热器的进口相连通，所述气液分离器的液相出口与所述蒸发段换热器的进口相连通。

2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于：在所述第二工质管道上从所述冷凝段换热器到所述蒸发段换热器还顺序串设有储液器和流体泵，所述气液分离器的液相出口与所述储液器相连、经所述储液器和流体泵后与所述蒸发段换热器的进口相连通。

3.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于：所述气液分离器的液相出口通过第三工质管道与第二工质管道连通。