CN102927677B - 一种同步过冷和过热的机房空调 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步过冷和过热的机房空调，包括依次连接的压缩机、冷凝器总成、膨胀阀、蒸发器总成，蒸发器总成的出口与压缩机的进口连接，组成制冷循环环路；冷凝器总成包括多支路冷凝盘管、高压储液罐、集液装置、过冷盘管、冷凝器风机，过冷盘管设置在冷凝器总成中换热效果最好的位置并与多支路冷凝盘管平行，多支路冷凝盘管中冷凝效果最差支路的冷凝盘管的出口和高压储液罐的进口连接，高压储液罐的出口和其他支路的冷凝盘管的出口共同与集液装置的进口连接，集液装置的出口通过过冷盘管与膨胀阀的进口连接。本发明的设备有效解决了将已获得过冷度损失的问题，避免了压缩机湿压缩，能提高机房空调的制冷性能和工作的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于建筑环境与设备工程技术领域，涉及一种机房空调。
背景技术
机房空调是一种向计算机和数据处理机房提供诸如空气循环、空气过滤、冷却、再热及湿度控制的单元式空气调节机。机房空调系统对过冷度有一定的要求，往往需要增大制冷剂过冷度，提高机房空调的制冷能效比。
发明专利CN200910033112.6一种大过冷度的机房空调，制冷剂进入多支路冷凝盘管和空气换热冷凝，汇成一路后进入高压储液罐，从高压储液罐中出来的制冷剂进入过冷盘管进行过冷处理，从而提高了制冷剂的过冷度。
由于空气侧流场的不均匀，多支路冷凝盘管的各个支路换热也不均匀，有的支路换热效果好，而有的支路换热效果不好。换热效果好的支路，制冷剂充分冷凝，得到了较大的制冷剂过冷度；换热效果不好的支路，制冷剂不能完成充分冷凝，制冷剂的过冷度不高或者没有过冷度。换热效果好、过冷度大的支路和换热效果不好、过冷度小的支路，汇成一路后一股脑的进入高压储液罐。由于高压储液罐的气液两相作用，制冷系统的过冷度一起被抑制，即使换热效果好的支路获得了很大的制冷剂过冷度也在高压储液罐的气液两相作用下被消耗殆尽。
制冷剂从高压储液罐中出来以后，再进入过冷盘管又获得一定的过冷度，可以说是不得已而为之的补救措施而已。
所以，发明专利CN200910033112.6一种大过冷度的机房空调一方面牺牲了换热好的支路的制冷剂过冷能力，另一方面必然增加过冷盘管的面积来弥补或者说重新获得制冷系统需要的过冷度，一则降低了冷凝器的换热效果，降低了制冷系统的制冷能效比；二则无形中增加了过冷盘管的面积，提高了设备的初投资。
另外，值得注意的是压缩机进口的制冷剂过热度往往需要控制在5℃～11℃：过热度太低，压缩机容易形成湿压缩，影响制冷系统的稳定性和安全性；过热度太高，压缩机的排气温度太高，压缩机的输入功率增加，制冷系统的性能降低，同时其稳定性和安全性也得不到保证。发明专利CN200910033112.6一种大过冷度的机房空调，没有考虑到制冷剂过热度控制的问题。
发明内容
技术问题：本发明提供了一种可提高系统的制冷能效比，有效增加系统过冷度和控制系统的过热度，提高制冷系统的工作性能和安全性能，改善机组的运行工况的同步过冷和过热的机房空调。
技术方案：本发明的同步过冷和过热的机房空调，包括依次连接的压缩机、冷凝器总成、膨胀阀、蒸发器总成，蒸发器总成的出口与压缩机的进口连接，组成制冷循环环路；冷凝器总成包括多支路冷凝盘管、高压储液罐、集液装置、过冷盘管、冷凝器风机，过冷盘管设置在冷凝器总成中换热效果最好的位置并与多支路冷凝盘管平行，多支路冷凝盘管中冷凝效果最差支路的冷凝盘管的出口和高压储液罐的进口连接，高压储液罐的出口和其他支路的冷凝盘管的出口先通过管路连接，然后再共同与集液装置的进口连接，集液装置的出口通过过冷盘管与膨胀阀的进口连接。
本发明中，蒸发器总成可以包括多支路蒸发盘管、集气装置、过热盘管、蒸发器风机，过热盘管设置在蒸发器总成中换热效果最差的位置并与多支路蒸发盘管平行，多支路蒸发盘管的出口和集气装置的进口连接，集气装置的出口和过热盘管的进口连接，过热盘管的出口和压缩机的进口连接。
制冷循环如下：制冷剂经压缩机后成为高温高压气体，进入多支路冷凝盘管中与空气换热；换热效果最差的支路制冷剂进入高压储液罐，再与其余支路汇合后，经过共同的位于换热效果最佳支路的过冷盘管进行过冷换热；具有大过冷度的制冷剂经过膨胀阀来节流，进入多支路蒸发盘管换热后，经过共同的位于换热效果最差支路的过热盘管进行过热处理；返回压缩机，完成整个制冷过程。
多支路冷凝盘管由多支路冷凝管构成，是多支路换热器。其中，换热效果最差的支路流经高压储液罐后，再与其他支路汇总后，一起经过空气换热效果最好处的过冷盘管。这样，冷凝器中换热效果好，已经获得较大过冷度的制冷剂得以充分利用，进而与换热效果差、没有获得足够过冷度并经历储液器气液两相作用的制冷剂混合，再经过一段换热效果最好的共同的过冷盘管段，系统的过冷度得以最大限度的提高，并且可以适当减少过冷盘管的换热面积，降低制冷系统的初投资。之所以，过冷盘管放在多支路冷凝盘管中和空气换热效果最好的地方，目的就是为了提高制冷系统的过冷度，保证制冷系统的过冷度至少大于3℃，越大制冷效果越好。
多支路蒸发盘管由多支路蒸发管构成，也是多支路换热器，制冷剂经过通过蒸发器支路，再一起经过和空气换热效果最差处的过热器，增加了共同过热段，使其制冷剂混合均匀，可控制其过热度，从而保证压缩机进口的制冷剂过热度在5℃～11℃。提高了制冷系统的性能，同时其稳定性和安全性也得以保证。之所以过热盘管放在蒸发器总成中和空气换热效果最差的地方，目的是保证制冷系统有一定的过热度，一般大于5℃。但是有所控制，过热度不是越大越好，一般不要超过11℃。也就是说，制冷系统的过热度需要控制在5～11℃的区间内。
有益效果：和现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）所述的多支路冷凝盘管由多支路冷凝换热盘管构成，过冷盘管位于冷凝器总成中与空气换热效果最好的支路处。共同过冷盘管段，大大提高了冷凝器总成的换热效果，保证了制冷剂的过冷度。冷凝器总成换热效果的提高了，提高了系统的制冷量，改善了制冷能效比（EER），而且可以降低了过冷盘管的面积，降低了设备的初投资。并且大过冷度能确保通过膨胀阀时制冷剂无气泡存在，增强膨胀阀工作的稳定性及可靠性。
（2）所述的多支路蒸发盘管由多支路蒸发换热盘管构成，过热器位于蒸发器总成中与空气换热效果最差的支路处。共同过热盘管，控制制冷剂的过热度，保证压缩机进口的制冷剂过热度在5℃～11℃。提高了制冷系统的性能，同时其稳定性和安全性也得以保证。
（3）有选择性的使多支路冷凝盘管中换热效果最差的支路进入高压储液罐后，再与其余支路汇合后，一起经过位于冷凝器总成中与空气换热效果最好的支路处进行过冷换热，有效提高多支路冷凝盘管的换热效果，提高制冷剂的过冷度。
附图说明
图1是现有技术中公开的机房空调原理图。
图2是本发明的同步过冷和过热的机房空调原理图。
图3是本发明实施例一中冷凝器总成的结构剖视图。
图4是本发明实施例一中冷凝器的空气风速场矢量图。
图5是本发明实施例二中冷凝器的结构图。
图6是本发明实施例二中冷凝器的空气风速场矢量图。
图7是本发明实施例三中冷凝器的结构图。
图8是本发明实施例三中冷凝器的空气风速场矢量图。
图9是本发明实施例一中蒸发器的结构图。
图10 是本发明实施例一中蒸发器的空气风速场矢量图。
图11是本发明实施例二中蒸发器的结构图。
图12是本发明实施例二中蒸发器的空气风速场矢量图。
图13是本发明实施例三中蒸发器的结构图。
图14是本发明实施例三中蒸发器的空气风速场矢量图。
图中：1-压缩机2-冷凝器总成；21-多支路冷凝盘管；211-冷凝效果最差支路；22-高压储液罐；23-集液装置； 24-过冷盘管；25-冷凝风机；3-蒸发器总成；31-多支路蒸发盘管；32-集气装置；33-过热盘管；34-蒸发器风机；4-膨胀阀。
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详细的说明。
本发明一种同步过冷和过热的机房空调，包括依次连接的压缩机1、冷凝器总成2、膨胀阀4、蒸发器总成3，蒸发器总成3的出口与压缩机1的进口连接，组成制冷循环环路；冷凝器总成2包括多支路冷凝盘管21、高压储液罐22、集液装置23、过冷盘管24、冷凝器风机25，过冷盘管24设置在冷凝器总成2中换热效果最好的位置并与多支路冷凝盘管21平行，多支路冷凝盘管21中冷凝效果最差支路211的冷凝盘管的出口和高压储液罐22的进口连接，高压储液罐22的出口和其他支路的冷凝盘管的出口先通过管路连接，然后再共同与集液装置23的进口连接，集液装置23的出口通过过冷盘管24与膨胀阀4的进口连接。此处的其他支路的冷凝盘管是指多支路冷凝盘管21中除冷凝效果最差支路211的冷凝盘管之外的换热盘管。多支路冷凝盘管21的进口即为冷凝器总成2的进口，过冷盘管24的出口即为冷凝器总成2的处口。
本发明的另一个实施例中，蒸发器总成3包括多支路蒸发盘管31、集气装置32、过热盘管33、蒸发器风机34，过热盘管33设置在蒸发器总成3中换热效果最差的位置并与多支路蒸发盘管31平行，多支路蒸发盘管31的出口和集气装置32的进口连接，集气装置32的出口和过热盘管33的进口连接，过热盘管33的出口和压缩机1的进口连接。多支路蒸发盘管31的进口即为蒸发器总成3的进口，过热盘管33的出口即为蒸发器总成3的出口。
本发明中，压缩机1和多支路冷凝盘管21相连接，冷凝效果最差支路211与高压储液罐22相连，经高压储液罐22后的支路和其余支路通过集液装置23汇合后，与过冷盘管33连接，过冷盘管33连接膨胀阀4；再经过多支路蒸发盘管31，然后通过集气装置32将支路汇合后，进入位于蒸发器总成3换热效果最差处的过热盘管33，最后返回压缩机1。蒸发器风机34和冷凝器风机25用来将制冷剂和空气强化换热。
本发明的装置工作时，制冷剂经压缩机1后变为高温高压气体，进入多支路冷凝盘管21中与空气换热，在冷凝器风机25强力空气流场作用下，制冷剂与空气换热，温度降低。换热效果最差的支路211中的制冷剂进入高压储液罐22，经高压储液罐22出来后与其余支路中的制冷剂汇合，经过位于冷凝器总2成换热效果最好处的过冷盘管24，再次利用冷凝器风机25的高效风场，来达到增大过冷的目的。具有大过冷度的制冷剂经过膨胀阀4来节流，因为拥有较大的过冷度，经过膨胀阀4时无气泡存在，使制冷剂在节流时更具稳定性。经过膨胀阀4的低温低压液体进入具有多支路蒸发盘管31换热，在蒸发器风机34的风场作用下吸收室内热量，达到制冷的目的，然后汇合制冷剂支路再一起经过位于蒸发器总成3换热效果最差处的过热盘管33后，保证压缩机进口的制冷剂过热度在5℃～11℃，再返回压缩机1，完成整个制冷过程。所有制冷剂设备通过制冷剂管道连接，制冷剂工质采用R22，R134a或R410A等。
本发明一种同步过冷和过热的机房空调，冷凝器和蒸发器风机出风位置有三种：上出风、下出风、平出风，与此相对应的空气风速场矢量图为上三角形、下三角形、正中三角。基于此，冷凝器总成和蒸发器总成中的最差冷凝支路和最差换热支路也有三种情况。这样，至少可以对应3×3=9种组合方式。分别是室外机冷凝器风机上出风分别对应室内机蒸发器风机上出风、下出风、平出风；室外机冷凝器风机下出风分别对应室内机蒸发器风机上出风、下出风、平出风；室外机冷凝器风机平出风分别对应室内机蒸发器风机上出风、下出风、平出风。
本发明的实施例一，即第一种类型冷凝器和蒸发器。冷凝器和蒸发器风机都为上出风，它们风速的分布矢量图符合上三角形。换热器结构形式确定的情况下，这种特定的送风方式和风速的上三角形分布矢量图具有一一对应的关系。由上三角形风速分布矢量图可见，换热器上部风速大，故当外部空气横掠换热器上部支路时与管内制冷剂发生强制换热效果好，于是本发明将冷凝器总成2的最上部的一个支路设置为过冷盘管24；换热器下部风速小，故当外部空气横掠换热器下部支路时与管内制冷剂换热效果差，于是本发明将蒸发器总成3的最下部的一个支路设置为过热盘管33，冷凝器总成2的最下部盘管即为冷凝效果最差支路211。压缩机1和多支路冷凝盘管21相连接，冷凝效果最差支路211与高压储液罐22相连，经高压储液罐22后的支路和其余支路通过集液装置23汇合后，与过冷盘管33连接，过冷盘管33连接膨胀阀4；再经过多支路蒸发盘管31，然后通过集气装置32将支路汇合后，进入位于蒸发器总成3换热效果最差处的过热盘管33，最后返回压缩机1。蒸发器风机34和冷凝器风机25用来将制冷剂和空气强化换热。
本发明的实施例二，即第二种类型冷凝器和蒸发器。冷凝器和蒸发器风机都为下出风，它们的风速的分布矢量图符合下三角形。换热器结构形式确定的情况下，这种特定的送风方式和风速的下三角形分布矢量图具有一一对应的关系。由下三角形风速分布矢量图可见，换热器下部风速大，故当外部空气横掠换热器下部支路时与管内制冷剂发生强制换热效果好，于是本发明将冷凝器总成2的最下部的一个支路设计为过冷盘管24；换热器上部风速小，故当外部空气横掠换热器上部支路时与管内制冷剂换热效果差，于是本发明将蒸发器总成3最上部的一个支路设计为过热盘管33，冷凝器总成2的最上部盘管即为冷凝效果最差支路211。蒸发器总成3包括多支路蒸发盘管31、集气装置32、过热盘管33、蒸发器风机34，过热盘管33设置在蒸发器总成3中换热效果最差的位置并与多支路蒸发盘管31平行，多支路蒸发盘管31的出口和集气装置32的进口连接，集气装置32的出口和过热盘管33的进口连接，过热盘管33的出口和压缩机1的进口连接。
本发明的实施例三，即第三种类型冷凝器和蒸发器。冷凝器和蒸发器风机都为平出风，它们的风速的分布矢量图符合正三角形。换热器结构形式确定的情况下，这种特定的送风方式和风速的正三角形分布矢量图具有一一对应的关系。由正三角形风速分布矢量图可见，换热器中部风速大，故当外部空气横掠换热器中部支路时与管内制冷剂发生强制换热效果好，于是本发明将冷凝器总成2最中间的一个支路设计为过冷盘管24；换热器上部以及下部风速小，故当外部空气横掠换热器上部或者下部支路时与管内制冷剂换热效果差，那么在蒸发器总成2中过热盘管33的设置上就有三种选择方式，分别是最上部的一个支路、最下部的一个支路或者最上部与最下部的两个支路同时做为过热盘管33，本实施例选择最上部的一个支路为过热盘管33，并且过热盘管33与多支路蒸发盘管31互相平行，多支路蒸发盘管31的出口和集气装置32的进口连接，集气装置32的出口和过热盘管33的进口连接，过热盘管33的出口和压缩机1的进口连接；同理，在冷凝器总成中冷凝效果最差支路211的设计上也有三种选择，本发明选择最上部的一个支路为冷凝效果最差支路211，它与高压储液罐22相连，经高压储液罐22后和其余支路通过集液装置23汇合后，与过冷盘管33连接，过冷盘管33连接膨胀阀4。
除了适用于一种同步过冷和过热的机房空调，本发明还可以广泛应用于其他单冷型制冷机组，满足用户对稳定，高效，节能的需要，有望产生巨大的经济效益和社会效益。
Claims (2)
1.一种同步过冷和过热的机房空调，其特征在于，该空调包括依次连接的压缩机(1)、冷凝器总成(2)、膨胀阀(4)、蒸发器总成(3)，所述蒸发器总成(3)的出口与压缩机(1)的进口连接，组成制冷循环环路；
所述冷凝器总成(2)包括多支路冷凝盘管(21)、高压储液罐(22)、集液装置(23)、过冷盘管(24)、冷凝器风机(25)，过冷盘管(24)设置在冷凝器总成(2)中换热效果最好的位置并与多支路冷凝盘管(21)平行，所述多支路冷凝盘管(21)中冷凝效果最差支路(211)的冷凝盘管的出口和所述高压储液罐(22)的进口连接，高压储液罐(22)的出口和多支路冷凝盘管(21)中冷凝效果最差支路(211)之外的其他支路的冷凝盘管的出口先通过管路连接，然后再共同与集液装置(23)的进口连接，所述集液装置(23)的出口通过所述过冷盘管(24)与膨胀阀(4)的进口连接。
2.根据权利要求1所述的同步过冷和过热的机房空调，其特征在于，所述的蒸发器总成(3)包括多支路蒸发盘管(31)、集气装置(32)、过热盘管(33)、蒸发器风机(34)，过热盘管(33)设置在蒸发器总成(3)中换热效果最差的位置并与多支路蒸发盘管(31)平行，所述多支路蒸发盘管(31)的出口和集气装置(32)的进口连接，集气装置(32)的出口和过热盘管(33)的进口连接，过热盘管(33)的出口和压缩机(1)的进口连接。
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Legal Events
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Inventor after: Zhang Zhongbin Inventor after: Huang Hu Inventor after: Shen Yu Inventor before: Zhang Zhongbin Inventor before: Huang Hu Inventor before: Yuan Dai Inventor before: Liu Xiaolu Inventor before: Zhang Jingkun Inventor before: Liu Na Inventor before: Pan Yamei |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160704 Address after: Ninghai Gulou District of Nanjing city of Jiangsu Province, No. 122 210097 Patentee after: NANJING NORMAL University Address before: Ninghai Gulou District of Nanjing city of Jiangsu Province, No. 122 210097 Patentee before: Nanjing Normal University Patentee before: NANJING CANATAL DATA-CENTRE ENVIRONMENTAL TECH Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150408 |
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