CN207487162U - 水冷机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水冷机组，所述水冷机组包括：压缩机、冷凝器、一级节流装置、闪发器、二级节流装置和蒸发器；其中，所述闪发器具有入口、气态出口和液态出口，所述蒸发器内设置有能与气态制冷剂换热的液管；所述液管具有入口端和出口端；所述压缩机、冷凝器、一级节流装置通过管路连接至所述闪发器的入口；同时所述闪发器的液态出口通过管线与所述液管的入口端连接，所述液管的出口端通过管线与所述二级节流装置、蒸发器、压缩机依次连通，形成二级压缩制冷循环。本实用新型提供的水冷机组能够有效改善压缩机吸气带液情况，提高负荷性能。

Description

水冷机组

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，具体而言，涉及一种水冷机组。

背景技术

本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

对于采用双级压缩制冷循环的大型水冷冷水机组，通常使用满液式蒸发器，其常用的制冷工作流程如附图1所示：从压缩机10排气口出来的高温高压冷媒，进入冷凝器20放热凝结后，从冷凝器20流出并经过一级节流装置30降低压力后，进入闪发器40，在此将节流闪发的气态冷媒从液态冷媒中分离，气态冷媒进入压缩机10补气口，与一级压缩后的冷媒混合后一同进入二级压缩，液态冷媒从闪发器40流出并经过二级节流装置50降低压力后，进入蒸发器60，吸收冷冻水热量后蒸发，再从蒸发器60顶部出气口进入压缩机10进行压缩。该工作流程对应的制冷循环图如附图2所示，其中，从闪发器40分离后的液态冷媒，达到饱和态(图中7状态点)后，经二级节流装置50节流进入蒸发器60，吸热蒸发后，从蒸发器60出气口的气态制冷剂，通常都处于轻微带液的状态(图中1状态点)。众所周知，压缩机10液压缩时会增加功耗，特别是离心式制冷压缩机，液压缩容易打穿叶轮的叶片，直接损坏压缩机的关键零部件，降低了压缩机运行可靠性，缩短了其使用寿命。

为减轻上述带液现象，如图3所示，一般满液式蒸发器60的筒体61内的换热管顶部布置汽液过滤网，同时在过滤网顶部接近出气口62的位置再焊接一块钣金挡气板63，使流经过滤网的气态冷媒再经过挡气板63阻挡，进一步将气体内部的小液滴分离出来。这种挡气板63造成较大的流动阻力，降低了压缩机10吸气压力。在压缩机10设计压头确定的情况下，压缩机10排气口能够达到的最高压力降低，这对于离心式制冷系统的影响尤为明显：当冷凝压力高于压缩机出口压力时，会造成压缩机的喘振。喘振会造成压缩机噪音加大，振动加剧，缩短压缩机的使用寿命。若为有效减缓喘振，则通常需要加大冷却水流量或冷却塔能力，增加用户初投资和运行过程中的电费成本。

另外，传统的大型冷水机组的节流装置通常采用固定孔板，虽然其有结构简单、无运动部件等优点，但其不可调节性限制了冷水机组在部分负荷工况的性能，不利于机组的节能运行。

综合上述问题，本实用新型提出一种可调节流方案，能够至少克服现有技术中的一种缺陷，避免压缩机吸气带液、提高机组的部分负荷性能。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种水冷机组，能够至少克服现有技术中的一种缺陷，有效改善压缩机吸气带液情况，提高负荷性能。

本实用新型提供了一种水冷机组，包括：压缩机、冷凝器、一级节流装置、闪发器、二级节流装置和蒸发器；其中，所述闪发器具有入口、气态出口和液态出口，所述蒸发器内设置有能与气态制冷剂换热的液管；所述液管具有入口端和出口端；

所述压缩机、冷凝器、一级节流装置通过管路连接至所述闪发器的入口；同时所述闪发器的液态出口通过管线与所述液管的入口端连接，所述液管的出口端通过管线与所述二级节流装置、蒸发器、压缩机依次连通，形成二级压缩制冷循环。

进一步的，所述压缩机具有吸气口、排气口和补气口；所述闪发器的气态出口通过管线与所述压缩机的补气口相连接，并与所述压缩机、冷凝器、一级节流装置通过管路形成一级压缩制冷循环。

进一步的，所述二级节流装置为开度可调的节流装置，所述水冷机组还包括：

设置在所述压缩机吸气口或者所述压缩机吸气口至所述蒸发器的出气口之间管路中的温度检测件；

与所述二级节流装置、温度检测件电性连接的控制器。

进一步的，所述一级节流装置为开度可调的节流装置，且所述一级节流装置与所述控制器电性连接。

进一步的，所述一级节流装置或二级节流装置的形式包括下述中的任意一种：电子膨胀阀或可调节流孔板。

进一步的，所述控制器中存储有吸气过热度整定值；

所述控制器接收所述温度检测件将获取的吸气温度信号，并能将基于所述吸气温度信号确定的当前吸气过热度与所述存储的吸气过热度整定值进行比较，根据所述比较单元的比较结果向所述二级节流装置发送相应的开度调节信号。

进一步的，所述蒸发器具有筒体，所述筒体上设置有相对的制冷剂入口和出气口；所述液管位于所述筒体的内部且对应上述出气口设置。

进一步的，所述液管具有至少一个弯折部，所述液管通过所述弯折部以增加液态制冷剂在所述液管内的流动距离。

进一步的，所述液管的个数为多个，多个所述液管间隔预定距离并行排布，并以串联的方式相连通。

进一步的，所述筒体的内部且位于所述出气口的下方处设置有过滤网，所述液管位于所述过滤网与所述出气口之间，并沿着平行于所述过滤网的平面并行排布。

本实用新型提供了一种水冷机组，通过将传统制冷循环的蒸发器出口挡气板更改为内部液管，使二级节流前冷媒液体先经过蒸发器顶部的液管，与蒸发后的气态冷媒换热后形成过冷，再经过二级节流装置节流后，进入蒸发器参与换热；而气态冷媒吸收经液管的冷媒的热量后，提高了干度，甚至达到轻微过热状态，避免压缩机液压缩，提升其可靠性，延长使用寿命。此外，配合节流装置开度的调节，可以提高冷水机组的部分负荷运行能效，发挥冷水机组的部分负荷工况节能性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是传统双级压缩制冷循环的工作流程图；

图2是传统双级压缩制冷循环的理论循环图；

图3是传统双级压缩制冷循环的蒸发器内部结构简图；

图4是本申请实施方式中提供的一种双级压缩制冷循环的工作流程图；

图5是本申请实施方式中提供的一种双级压缩制冷循环的理论循环图；

图6是本申请实施方式中提供的一种双级压缩制冷循环的蒸发器内部结构简图。

附图标记说明：

10为压缩机，20为冷凝器，30为一级节流装置，40为闪发器，50为二级节流装置，60为传统蒸发器，61为传统蒸发器的筒体，62为传统蒸发器的出气口，63为传统蒸发器内部的挡气板，70为本申请蒸发器，71为本申请蒸发器的筒体，72为本申请蒸发器出气口，73为本申请蒸发器内部的液管。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。

本申请实施方式中提供了一种水冷机组，能够有效改善压缩机吸气带液情况，同时提高负荷性能。

具体的，请参阅图4至图6，本申请一个实施方式中提出一种水冷机组。该水冷机组包括：压缩机10、冷凝器20、一级节流装置30、闪发器40、二级节流装置50和蒸发器70。其中，所述闪发器40具有入口、气态出口和液态出口。所述蒸发器70内设置有能与气态制冷剂换热的液管73；所述液管73具有入口端和出口端。所述压缩机10、冷凝器20、一级节流装置30通过管路连接至所述闪发器40的入口；同时所述闪发器40的液态出口通过管线与所述液管73的入口端连接，所述液管73的出口端通过管线与所述二级节流装置50、蒸发器70、压缩机10依次连通，形成二级压缩制冷循环。

本申请所述的冷水机组可以为水冷式冷水机组，其主要是利用蒸发器70使水与冷媒(制冷剂)进行热交换，冷媒吸收水中的热负荷后，使水降温产生冷水。

所述蒸发器70具有用于容纳制冷剂的外壳，该外壳可以呈中空的筒体71，该筒体71可以整体为圆柱形，其具有中心轴线。当然，该蒸发器70的外壳形状还可以其他形状，本申请在此并不作具体的限定。所述蒸发器70可以为竖式也可以为卧式，其中，本申请以卧式蒸发器70为例，其中心轴线方向沿着水平方向延伸。在沿着垂直于所述中心轴线的竖直方向上，该蒸发器70的筒体71上设置有用于流入制冷剂的制冷剂入口和用于流出气态制冷剂的蒸发器70出气口72。其中，所述制冷剂入口与二级节流装置50的出口相连接，所述蒸发器70的出气口72与压缩机10的吸气口相连接。

蒸发器70可以为满液式蒸发器70。该满液式蒸发器70工作时，水从外壳一端头流进通过管束回程再从该端部流出，即水在管内流动。低压液态制冷剂则从外壳的下半部的蒸发器70入口进入，充满管束外的空间，不断地从水中吸收热量而蒸发，制冷剂汽化的同时形成大量气泡。为了避免未汽化的制冷剂被带出蒸发器70，一般充液量为略大于一半的筒径。吸热后成为气态的低压制冷剂经筒体71上部的出气口72流出，再进入压缩机10内。

本申请所提供的蒸发器70，具体的，在制冷剂液面以上，位于所述筒体71的内部且对应上述出气口72位置，即所述蒸发器70内蒸发出的气态制冷剂所在的流路中设置有所述能与气态制冷剂换热的液管73。该液管73具有用于入口端和出口端，用于流通从所述闪发器40的液态出口流出的液态制冷剂。其中，所述液管73的入口端与所述闪发器40的液态出口相连接，所述液管73的出口端与所述二级节流装置50的入口相连接。

本实用新型将传统制冷循环的满液式蒸发器70出口挡气板更改为内部液管73，使二级节流前冷媒液体先经过蒸发器70顶部的液管73，与蒸发后的气态冷媒换热后形成过冷，再经过二级节流装置50节流后，进入蒸发器70参与换热；而气态冷媒吸收经液管73的冷媒的热量后，提高了干度(甚至达到轻微过热状态)，避免压缩机10液压缩。

在一个实施方式中，所述液管73具有至少一个弯折部，所述液管73通过所述弯折部以增加液态制冷剂在所述液管73内的流动距离。当所述液管73具有折弯部后，从闪发器40流出的液态冷媒能够在所述液管73内类S型运动，延长流动距离增加液态冷媒与蒸发器70筒体71内蒸发出的气态冷媒的换热面积，较佳地保证气态冷媒能充分吸收液管73中冷媒的热量。

具体的，所述液管73的个数可以整体为具有至少一个弯折部的折弯管体。此外，所述液管73的个数也可以为多个，当所述液管73为多个时，相邻两个液管73之间可以通过弯头相连接，以串联的方式相连通。

当所述液管73的个数为多个时，多个所述液管73可以间隔预定距离并行排布。具体的，相邻两个液管73之间间隔的距离用于流通气态冷媒，从而使得整个液管73结构不会对气态冷媒的流动阻力产生明显影响，也就不会明显降低压缩机10的吸气压力。当然，当液管73的个数为一个时，所述液管73中折弯之间的多个管段相当于所述多个液管73情况下的单个液管73，其能够实现不会对气态冷媒的流动阻力产生明显影响，也就不会明显降低压缩机10的吸气压力达到的效果。

进一步的，所述蒸发器70筒体71内在所述出气口72的下方处设置有过滤网，所述过滤网为汽液过滤网，用于分离蒸发出的气态制冷剂中携带的液体。所述过滤网位于液态制冷剂的液面以上位置。所述液管73位于所述过滤网与所述出气口72之间，并沿着平行于所述过滤网的平面并行排布，均匀分布在气态制冷剂所在的流路上。当经过该过滤网分离后的气态制冷剂流经该液管73时，能够充分均匀地与液管73进行换热，吸收液管73中液态制冷剂的热量。

本申请所提供的水冷机组是大型水冷冷水机组，其制冷系统中设置有闪发器40，以保证节流前液体制冷剂稳定，有足够的过冷度，提高换热效率。在本实施方式中，所述压缩机10具有吸气口、排气口和补气口。所述闪发器40具有入口、气态出口和液态出口。其中所述闪发器40的入口与一级节流装置30的出口相连接。所述气态出口设置在闪发器40的顶部，与压缩机10的补气口相连接。所述液态出口设置在闪发器40的底部，参与二次节流。

在本实施方式中，大型水冷冷水机组为采用双级压缩制冷循环的大型水冷冷水机组。其中，所述闪发器40的气态出口通过管线与所述压缩机10的补气口相连接。所述压缩机10、冷凝器20、一级节流装置30、闪发器40通过管路形成一级压缩制冷循环。

在本实施方式中，所述一级节流装置30可以为不可调节开度的固定孔板，也可以为可以开度可调的节流装置。当所述一级节流装置30为开度可调的节流装置时，其具体形式可以为电子膨胀阀或可调节流孔板中的任意一种，当然，该一级节流装置30还可以为其他开度可调的节流装置的形式，具体的，本申请在此并不作具体的限定。当所述一级节流装置30为开度可调的节流装置时，所述一级节流装置30与所述控制器电性连接，其可以根据所述控制器发出的控制信号，调节开度。

在本实施方式中，所述压缩机10、冷凝器20、一级节流装置30通过管路连接至所述闪发器40的入口；同时所述闪发器40的液态出口通过管线与所述蒸发器70液管73的入口端连接，所述蒸发器70液管73的出口端通过管线与所述二级节流装置50、蒸发器70、压缩机10依次连通，形成二级压缩制冷循环。

在本实施方式中，二级节流装置50可以为开度可调的节流装置时，其具体形式可以为电子膨胀阀或可调节流孔板中的任意一种，当然，该二级节流装置50还可以为其他开度可调的节流装置的形式，具体的，本申请在此并不作具体的限定。

在一个实施方式中，为了控制开度可调的节流装置，所述水冷机组还可以包括：设置在所述压缩机10吸气口或者所述压缩机10吸气口至所述蒸发器70的出气口72之间管路中的温度检测件；与所述二级节流装置50、温度检测件电性连接的控制器。

具体的，所述控制器中存储有吸气过热度整定值。所述控制器接收所述温度检测件将获取的吸气温度信号，并能将基于所述吸气温度信号确定的当前吸气过热度与所述存储的吸气过热度整定值进行比较，根据所述比较单元的比较结果向所述二级节流装置50发送相应的开度调节信号。

本申请针对上述实施方式中提供的水冷机组还提供了一种与其对应的节流调控方法，该方法可以包括如下步骤：

步骤S10：获取压缩机10吸气过热度的当前值；

步骤S12：将所述吸气过热度当前值与预设的吸气过热度整定值比较，获得比较结果；

步骤S14：根据所述比较结果，调节制冷剂流量。

其中，所述获取压缩机10吸气过热度的当前值包括：获取所述压缩机10吸气口的吸气温度，基于所述吸气温度确定所述压缩机10吸气过热度的当前值。通过所述压缩机10吸气口的吸气温度，可以较为精确和简便地确定吸气过热度的当前值。

其中，根据所述比较结果，通过调整二级节流装置50开度，调节制冷剂流量具体可以包括下述三种情况：当所述吸气过热度的当前值大于等于所述吸气过热度整定值时，减小所述二级节流装置50的开度；当所述吸气过热度的当前值小于零时，增大所述二级节流装置50的开度；当所述吸气过热度的当前值大于零且小于所述吸气过热度整定值时，维持当前所述二级节流装置50的开度。

在本实施方式中，还可以通过获取所述蒸发器70至所述压缩机10吸气口管线中的气体流量，基于所述气体流量确定吸气过热度的当前值或者变化趋势。当然，确定当前吸气过热度的当前值或者变化趋势并不限于上述举例，还可以通过其他方式确定，本申请在此并不作具体的限定。

此外，为了实现更精确的控制，所述一级节流装置30、二级节流装置50都可以为开度可调的节流装置，通过两级节流的联合调节，实现吸气过热度和部分负荷性能的最优调节，提高机组的可靠性和节能性。

在一个具体的应用场景下，为了控制开度可调的节流装置，可以在压缩机10吸气口安装吸气温度感温包，设置吸气过热度整定值为T₀(T₀＞0℃)，当吸气过热度ΔT_吸≥T₀时，判定蒸发器70出气口72气态冷媒过热度偏大，进而说明此时气态冷媒从蒸发器70顶部液管73吸收的热量过大，增加了压缩机10耗功，需要调整二级节流装置50，使液管73的流量减小，从而减小ΔT_吸。当ΔT_吸≤0℃时，判定蒸发器70出气口72气态冷媒无过热度，说明此时压缩机10吸气带液，将严重影响压缩机10的安全运行，此时则调整二级节流装置50，使液管73流量加大，提高ΔT_吸。当0℃＜ΔT_吸＜T₀时，说明此时吸气过热度在合适范围内，无需调整液管73流量，二级节流装置50保持当前开度即可。

另外，从负荷调节的角度来看，当冷水机组卸载运行时，蒸发器70内的冷媒蒸发量减少，气态冷媒量减少，ΔT_吸将加大，当ΔT_吸增加到大于或等于T₀时，控制器将调整二级节流装置50开度，使二级节流的液管73流量减小；反之，当冷水机组加载运行时，蒸发器70内的冷媒蒸发量增加，气态冷媒量增加，ΔT_吸将减小，当ΔT_吸减小到小于或等于0℃时，控制器将调整二级节流装置50开度，使二级节流的液管73流量增加。

上述两种情况是从压缩机10吸气过热度方面分析本实用新型的优势，换一个角度，从二级节流的液管73方面来看，如图5所示，经闪发器40分离后的液态冷媒为饱和态，流过蒸发器70顶部后增加了过冷度，经过二级节流装置50后，减少了气体闪发，同时增加了单位质量制冷剂的制冷量，在相同的压缩机10耗功条件下，提升了冷水机组的性能系数。

以上分析可知，从调整吸气过热度和调节负荷两个角度来看，调整节流装置的方式和结果是相互一致的，因此，本申请所提供的冷水机组可同时调节吸气过热度及部分负荷工况的性能。

本申请提供的水冷机组及其节流调控方法，通过将传统制冷循环的蒸发器70出口挡气板更改为内部液管73，使二级节流前冷媒液体先经过蒸发器70顶部的液管73，与蒸发后的气态冷媒换热后形成过冷，再经过二级节流装置50节流后，进入蒸发器70参与换热；而气态冷媒吸收经液管73的冷媒的热量后，提高了干度，甚至达到轻微过热状态，避免压缩机10液压缩，提升其可靠性，延长使用寿命。此外，配合节流装置开度的调节，可以提高冷水机组的部分负荷运行能效，发挥冷水机组的部分负荷工况节能性。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水冷机组，其特征在于，包括：压缩机(10)、冷凝器(20)、一级节流装置(30)、闪发器(40)、二级节流装置(50)和蒸发器(70)；其中，所述闪发器(40)具有入口、气态出口和液态出口，所述蒸发器(70)内设置有能与气态制冷剂换热的液管(73)；所述液管(73)具有入口端和出口端；

所述压缩机(10)、冷凝器(20)、一级节流装置(30)通过管路连接至所述闪发器(40)的入口；同时所述闪发器(40)的液态出口通过管线与所述液管(73)的入口端连接，所述液管(73)的出口端通过管线与所述二级节流装置(50)、蒸发器(70)、压缩机(10)依次连通，形成二级压缩制冷循环。

2.根据权利要求1所述的水冷机组，其特征在于，所述压缩机(10)具有吸气口、排气口和补气口；所述闪发器(40)的气态出口通过管线与所述压缩机(10)的补气口相连接，并与所述压缩机(10)、冷凝器(20)、一级节流装置(30)通过管路形成一级压缩制冷循环。

3.根据权利要求2所述的水冷机组，其特征在于，所述二级节流装置(50)为开度可调的节流装置，所述水冷机组还包括：

设置在所述压缩机(10)吸气口或者所述压缩机(10)吸气口至所述蒸发器(70)的出气口(72)之间管路中的温度检测件；

与所述二级节流装置(50)、温度检测件电性连接的控制器。

4.根据权利要求3所述的水冷机组，其特征在于，所述一级节流装置(30)为开度可调的节流装置，且所述一级节流装置(30)与所述控制器电性连接。

5.根据权利要求4所述的水冷机组，其特征在于，所述一级节流装置(30)或二级节流装置(50)的形式包括下述中的任意一种：

电子膨胀阀或可调节流孔板。

6.根据权利要求3所述的水冷机组，其特征在于，所述控制器中存储有吸气过热度整定值；

所述控制器接收所述温度检测件将获取的吸气温度信号，并能将基于所述吸气温度信号确定的当前吸气过热度与所述存储的吸气过热度整定值进行比较，根据所述比较单元的比较结果向所述二级节流装置(50)发送相应的开度调节信号。

7.根据权利要求1所述的水冷机组，其特征在于，所述蒸发器(70)具有筒体(71)，所述筒体(71)上设置有相对的制冷剂入口和出气口(72)；所述液管(73)位于所述筒体(71)的内部且对应上述出气口(72)设置。

8.根据权利要求7所述的水冷机组，其特征在于，所述液管(73)具有至少一个弯折部，所述液管(73)通过所述弯折部以增加液态制冷剂在所述液管(73)内的流动距离。

9.根据权利要求8所述的水冷机组，其特征在于，所述液管(73)的个数为多个，多个所述液管(73)间隔预定距离并行排布，并以串联的方式相连通。

10.根据权利要求8所述的水冷机组，其特征在于，所述筒体的内部且位于所述出气口(72)的下方处设置有过滤网，所述液管(73)位于所述过滤网与所述出气口(72)之间，并沿着平行于所述过滤网的平面并行排布。