| 摘要：本文根据笔者的研发经验,结合制冷、供热、流体力学等基本原理,详细论述了机房空调制冷气流和控制系统关键部件的优化设计方案。 |
3储液器与气液分离器的配置原则
3.1储液器的配置
机房空调行业内有一种说法:单冷空调机组中只有四大关键部件是必需的,其他部件都可以不用,因此可不必配高压储液器。关于高压储液器的配置问题,笔者认为不能一概而论。关键是要清楚储液器在不同制冷系统中的具体作用,权衡利弊后再作取舍。
原则上制冷系统除四大部件是必需的以外,其余部件是为了达到机组的特殊功能要求而增加的。空调机组内部的空间很宝贵,储液器的体积不小,在一个狭小的空间内要布置各种制冷剂管路、带有三通或两通调节阀的水路(水冷机组),还要留出维修(如拧扳手、换压缩机、平时的维护检查等)的空间,对设计师来讲,在如此狭小的空间布置这么多的部件,有一定难度。而且配置储液器至少要增加百元左右的材料成本,并至少增加两个故障点。因此,高压储液器只能用在必须应用的场合。比如带有制冷剂侧冷凝压力调节装置的机房空调,其工作原理是在寒冷季节使得液态制冷剂占据部分冷凝器盘管,通过减少冷凝器的有效冷凝面积来维持足够的冷凝压力,这样就必须配置储液器来储存温暖季节时多余的制冷剂,而且储液器容积不能太小。如果用板式换热器作冷凝器,一般的做法是在板式换热器后面配储液器,其主要作用就是避免压缩机启动时板式换热器中一些来不及排出的液体占据有效换热面积而造成排气压力过高。但有些厂家还是试图通过变通方法解决启动排气压力高的问题,而尽量避免使用储液器。一个办法是用电磁阀将压缩机排气短时间旁通一下。虽然电磁阀也有一定成本,但比起储液器,几乎不占空间,没有复杂的管路,这种方法是可以选择的。另一个办法是先启动一下压缩机,几秒后停止,然后再启动一次,如此短暂启动2～3次,以排出板式换热器中积存的液态制冷剂,避免排气压力过高。
这种方法不增加成本,仅仅是完善控制程序,也是一种比较不错的取代储液器的软件解决方案。对于水冷机房空调,如果是用壳管式或套管式冷凝器,由于冷凝器容积相对较大,本身就具备一定的储液能力,储液器不是必需的。对于风冷机房空调,储液器并不是必须配置的部件。但是,风冷机房空调中如果不配置储液器,对于不同的机房空调安装环境中制冷剂充注量准确性的要求就比较高,而且此时机组对于制冷剂泄漏会比较敏感。权衡利弊之后,JHF32机组需一只小容量储液器作为标配(容积不超过5L),以保证JHF32机组能在各种工况下稳定运行。
3.2气液分离器的配置
气液分离器的作用是容纳偶尔可能出现的蒸发器回气带液,以防止液态制冷剂对压缩机涡盘的冲击。另外,使用气液分离器后,机组的过热度可以设定得稍低一些,有利于提高蒸发器的换热效率,进而提高整机能效比。
机房空调作为单冷型空调,并且热力膨胀阀过热度控制在5～8℃,高于安全过热度(3℃左右),一般不会出现液击危险。而且绝大多数机房空调配置的是ZR系列压缩机,ZR压缩机是柔性涡旋的,对偶尔液击的耐受能力比较强,所以绝大多数机房空调都不配置气液分离器。
但JHF32机组需配置一个小容积(容积不大于5L,对所有型号机组均如此)的气液分离器,因为在JHF32机组中取消了被绝大多数机房空调作为标配的液管电磁阀。具体分析详见第4章液管电磁阀的配置原则。
3.3换热式储液器/气液分离器的配置
之所以将高压储液器和气液分离器的配置放到同一章,主要是因为JHF32机组所配置的其实是一个将高压储液器和气液分离器合二为一的一个部件———换热式储液器/气液分离器,如图8所示。
该换热式储液器/气液分离器优点如下:
1)高温制冷剂液体与低温回气间可进行一定的换热。换热量取决于液体制冷剂与气态制冷剂间的温差和外层储液器中积存的液态制冷剂高度。在夏季高温工况时,该装置可使制冷剂回液过冷4℃、回气过热6℃左右。这样虽对于提高能效比并无直接帮助,但增加过冷可防止膨胀阀前出现闪发气体,使得室外机的液态制冷剂上行距离可进一步增加;回气过热则可进一步减小膨胀阀过热度的设定值而不用担心回气带液的问题。
2)占据空间较小。该装置不但体积小,而且由于外层容器是容纳高于室温制冷剂液体的储液器,不像气液分离器那样需包裹厚10mm以上的保温棉。因此,该装置所占空间仅为同体积的储液器和气液分离器总和的60%左右。该装置的缺点是目前成本相对较高。JHF32机组所用的JRAH-411型换热式储液器/气液分离器的成本大约400元,比储液器和气液分离器的价格总和还高1倍。但相对于机房空调几万元的材料成本来说,只要能发挥应有的作用,增加这些成本还是值得的。
4液管电磁阀的配置原则
液管电磁阀是多数机房空调的标准配件。个别小型机房空调厂家为了降低成本省去液管电磁阀时,总有些忐忑,生怕保修期内发生压缩机液击故障而招致更大的损失。笔者认为,不管实际是否需要,一律配置液管电磁阀的做法是设计者懒惰的表现。电磁阀的线圈和阀芯都是易损部件,电磁阀不管是螺纹连接还是焊接的,都相当于增加了2个制冷剂泄漏故障点,1只电磁阀的价格虽然只有几百元,但如果用在制冷系统中却不能发挥作用,只能说是既增加成本又增加机组故障率的失败设计。
笔者设计的风冷机房空调除极特殊情况外均不配置液管电磁阀。下面将说明无液管电磁阀的机房空调避免压缩机液击的系统设计方案。图9是JHF机组制冷系统各主要部件示意图。
图中室内机中与管路走向有关的一个防止液击的关键设计是:蒸发器回气管并不是直接进气液分离器,而是向上行至超过蒸发器最高点后再向下进入气液分离器。这样的设计可使蒸发器在停机时成为一个可储存尽量多液态制冷剂的储液器。
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