一种超低温风冷模块机系统
技术领域
本发明属于风冷模块机领域，尤其是涉及一种超低温风冷模块机系统。
背景技术
当前超低温风冷模块机组已经广泛应用在北方地区，但是由于北方冬季经常会出现大雪甚至暴雪天气，并且在入冬初期出现雨加雪天气，这种情况对于超低温机组上翅片管式换热器与空气换热相当不利，尤其是在翅片管式换热器表面由于轴流风机的抽吸作用，将大量飘雪吸附到翅片管式换热器表面，在环境温度较低时机组进行除霜，在贴近翅片表面化霜水从翅片排下的过程中与翅片表面最外层吸附的积雪混合导致在盘管底部结冰，翅片管式换热器底部结冰形成之后将翅片管式换热器化霜水通道完全堵死，之后每次机组除霜过程中的化霜水都无法排出只能堆积到底部结冰部位久而久之翅片管式换热器底部结冰越来越厚，并沿着盘管高度方向向延伸越来越高：一方面导致翅片管式换热器表面迎风通道减少，冷媒与空气侧换热能力变差，轴流风机中电机功耗增大、风机电机散热容易频繁发生热过载，并且当底部冰层达到一定厚度后有可能将翅片管式换热器中换热管压扁导致冷媒泄露；另一方面导致主回路电子膨胀阀波动严重，压缩机吸气过热度也跟随波动严重导致压缩机回液或者缺油，系统压缩比增大排气温度升高，压缩机内部电机工作环境恶化，轴承与曲轴之间润滑以及动静涡旋盘之间密封性能变差，甚至导致冷冻油高温碳化分解。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种超低温风冷模块机系统，以主回路储液器并联有为翅片管式换热器进行过热降温，过冷升温的保护管道，使翅片管式换热器底部即使在寒冬出现表面结冰也能保证化霜水流通顺畅，保证系统稳定运行，延长各部件的使用寿命。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种超低温风冷模块机系统，包括四通阀、主回路，所述主回路包括管路一和管路二，所述四通阀包括C口、D口、E口、S口，所述管路一一端与四通阀C口连通，另一端与四通阀E口连接，所述管路一依次设置连接有翅片管式换热器、经济器冷凝侧、水侧换热器一侧腔室，所述管路二一端与四通阀S口连通，另一端与四通阀D口连通，所述管路二上设置有补气增焓压缩机；
所述主回路与经济器连接的输入管路上设置有储液器，所述储液器两端并联有用于保护翅片管式换热器的保护管路。
进一步的，所述主回路的管道一包括单向阀组，所述翅片管式换热器一端接口通过管道与四通阀C口连通，另一端接口通过连接管道一与单向阀组连通，所述单向阀组还通过连接管道二与水侧换热器连接；
所述单向阀组包括连接管道三和连接管道四，所述连接管道三与连接管道四并联，所述连接管道三与连接管道四均在靠近连接管道一的一端通过三通阀一与连接管道一连接，所述连接管道三与连接管道四均在靠近连接管道二的一端通过三通阀二与连接管道二连接；
所述连接管道三上设置有一对单向阀一，一对单向阀一之间的连接的管道上设置有三通阀三，所述输入管道远离经济器的一端与三通阀三连通，所述单向阀一内的液流方向与输入管道的液流方向相同，所述输入管道上还设置有过滤器；
所述连接管道四上设置有一对单向阀二，一对单向阀二之间的连接的管道上设置有三通阀四，所述三通阀四与经济器冷凝侧的输出接口之间通过输出管道连接，所述单向阀二内的液流方向与输出管道的液流方向相同，所述输出管道上设置有主回路电子膨胀阀。
进一步的，所述翅片管式换热器，外侧设置有翅片温度传感器，所述翅片管式换热器内部设置有多层换热回路，所述换热回路与主回路连通，所述换热回路输入端设置有分液器；
所述翅片管式换热器上侧设置有风机，所述翅片管式换热器端部设有集气管与四通阀C口出来的管路相接。
进一步的，所述翅片管式换热器底部还设置有过热管路，所述主回路连接的管路包括保护管路一和保护管路二，所述保护管路一的一端与过热管路输入端连接，另一端设置三通阀五接入储液器输入端管路；所述保护管路二一端与过热管路输出端连通，另一端设置三通阀六与储液器输出端管路连通。
进一步的，所述连接管道一上设置有用于静态充注冷媒的针阀三，所述输出管道上还设置有用于抽真空的针阀四；所述补气增焓压缩机输入端管道设置有针阀一，输出管道上设置针阀二。
进一步的，包括环境温度传感器，所述主回路的输入管路上还连接有辅回路，所述辅回路另一端连接经济器的另一侧腔室后与补气增压压缩机连接，所述辅回路在主回路与经济器连接的管路上设置有辅回路电子膨胀阀和蒸发温度传感器，所述辅回路在经济器与补气增压压缩机连接的管路上设置有排气温度传感器。
进一步的，所述管路二在四通阀S口与补气增压压缩机连接的管路上还设置有气液分离器，所述四通阀S口与气液分离器连接的管路上还设置有吸气温度传感器与低压压力传感器，所述四通阀D口与补气增压压缩机连接的管路上设置有排气温度传感器与高压压力传感器。
相对于现有技术，本发明所述的一种超低温风冷模块机系统具有以下有益效果：
(1)本发明所述的主回路设置储液器并联有为翅片管式换热器底部预热管路，使翅片管式换热器底部即使在寒冬出现表面结冰也能保证化霜水流通顺畅，保证系统稳定运行，延长各部件的使用寿命。
(2)本发明所述的压缩机吸气温度传感器与低压压力传感器放置于四通阀至气液分离器管路上而非气液分离器至压缩机回气口管路上，这样可以避免由于气液分离器中存在的阻力损失导致主回路电子膨胀阀控制不稳定、主阀开度与过热度波动较大，保证主回路电子膨胀阀的稳定控制，以提高系统的稳定性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种超低温风冷模块机系统示意图；
图2为本发明实施例所述的翅片管式换热器工作原理示意图；
图3为本发明实施例所述的翅片管式换热器结构示意图；
图4为本发明实施例所述的辅回路进行经济器下游取液方式示意图；
图5为本发明实施例所述的辅回路进行储液器底部取液方式示意图。
附图标记说明：
1-四通阀；2-主回路；21-管路一；211-连接管道一；2111-针阀三：212-连接管道二；213-连接管道三；2131-单项阀一；2132-三通阀三；214-连接管道四；2141-单项阀二；2142-三通阀四；215-输入管道；216-输出管道；2161-针阀四；217-主回路电子膨胀阀；22-管路二；221-气液分离器；222-吸气温度传感器；223-低压压力传感器；224-排气温度传感器；225-高压压力传感器；23-保护管路；231-保护管路一；232-保护管路二；3-翅片管式换热器；31-换热回路；32-分液器；33-集气管；34-过热管路；4-经济器；5-水侧换热器；6-补气增焓压缩机；7-储液器；8-风机；9-辅回路；91-辅回路电子膨胀阀；92-蒸发温度传感器；93-排气温度传感器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图3所示，一种超低温风冷模块机系统，包括四通阀1、主回路2，所述主回路2包括管路一21和管路二22，所述四通阀包括C口、D口、E口、S口，所述管路一21一端与四通阀C口连通，另一端与四通阀E口连接，所述管路一21依次设置连接有翅片管式换热器3、经济器4冷凝侧、水侧换热器5一侧腔室，所述管路二一端与四通阀S口连通，另一端与四通阀D口连通，所述管路二上设置有补气增焓压缩机6；
所述主回路与经济器4连接的输入管路215上设置有储液器7，所述储液器7两端并联有用于保护翅片管式换热器3的保护管路23。
所述水侧换热器5另一腔室配合流动不同温度的水流，并配合水流的入口处设置进水温度传感器和水流的出口处设置出水温度传感器。
如图1至图3所示，所述主回路的管道一21包括单向阀组，所述翅片管式换热器3一端接口通过管道与四通阀C口连通，另一端接口通过连接管道一211与单向阀组连通，所述单向阀组还通过连接管道二212与水侧换热器5连接；
所述单向阀组包括连接管道三213和连接管道四214，所述连接管道三213与连接管道四214并联，所述连接管道三213与连接管道四214均在靠近连接管道一211的一端通过三通阀一与连接管道一211连接，所述连接管道三213与连接管道四214均在靠近连接管道二212的一端通过三通阀二与连接管道二212连接；
所述连接管道三213上设置有一对单向阀一2131，一对单向阀一之间的连接的管道上设置有三通阀三2132，所述输入管道215远离经济器4的一端与三通阀三2132连通，所述单向阀一2131内的液流方向与输入管道215的液流方向相同，所述输入管道215上还设置有过滤器；
所述连接管道四214上设置有一对单向阀二2141，一对单向阀二2141之间的连接的管道上设置有三通阀四2142，所述三通阀四2142与经济器4冷凝侧的输出接口之间通过输出管道216连接，所述单向阀二内的液流方向与输出管道216的液流方向相同，所述输出管道上设置有主回路电子膨胀阀217。
如图1至图3所示，所述翅片管式换热器3外侧设置有翅片温度传感器，所述翅片管式换热器3内部设置有多层换热回路31，所述换热回路与主回路连通，所述换热回路输入端设置有分液器32；
所述翅片管式换热器3上侧设置有风机8，所述翅片管式换热器3的两端部设有集气管33与四通阀C口出来的管路相接
如图1至图3所示，所述翅片管式换热器3底部还设置有过热管路34，所述主回路连接的保护管路23包括保护管路一231和保护管路二232，所述保护管路一231一端与过热管路34输入端连接，另一端设置三通阀五接入储液器7输入端管路；所述保护管路二232一端与过热管路输出端连通，另一端设置三通阀六与储液器7输出端管路连通。
如图1至图3所示，所述连接管道一211上设置有用于静态充注冷媒的针阀三2111，所述输出管道216上还设置有用于抽真空的针阀四2161；所述补气增焓压缩机6输入端管道设置有针阀一，输出管道上设置针阀二。
针阀三2111用于机组静态充注冷媒用即压缩机6不开启时充注冷媒，所述针阀四2161为机组抽真空，所述针阀一与针阀二用于初始补充冷媒，也可以辅助检测压力。
如图1至图3所示，包括环境温度传感器，所述主回路的输入管路上还连接有辅回路9，所述辅回路另一端连接经济器4的另一侧腔室后与补气增压压缩机6连接，所述辅回路在主回路与经济器4连接的管路上设置有辅回路电子膨胀阀91和蒸发温度传感器92，所述辅回路在经济器4与补气增压压缩机6连接的管路上设置有排气温度传感器93。
如图1-3所示，所述管路二22在四通阀S口与补气增压压缩机6连接的管路上还设置有气液分离器221，所述四通阀S口与气液分离器连接的管路上还设置有吸气温度传感器222与低压压力传感器223，所述四通阀D口与补气增压压缩机6连接的管路上设置有排气温度传感器225与高压压力传感器226；
主回路电子膨胀阀采用吸气过热度控制，所述吸气过热度控制即为现有的PID控制，所述吸气过热度等于吸气温度减蒸发温度，所述吸气温度通过压缩机吸气温度传感器222采集，所述蒸发温度为低压压力传感器223检测的低压压力对应的饱和温度。
将压缩机6吸气温度传感器与低压压力传感器放置于四通阀至气液分离器管路上而非气液分离器至压缩机6回气口管路上，这样可以避免由于气液分离器中存在的阻力损失导致主回路电子膨胀阀217控制不稳定、主阀开度与过热度波动较大。
工作过程：
1.制冷模式：
机组在夏季以及过度季节进行制冷运行，此时翅片管式换热器3作为冷凝器，水侧换热器5作为蒸发器：首先高温、高压的过热气态冷媒经过压缩机6排气口进入四通阀1的进气D口，此时四通阀1处于断电状态：进气D口与排气C口连通、四通阀1内部滑碗将回气S口与排气E口连通，高温、高压气态冷媒进入翅片管式换热器3内与空气进行强制对流换热，经过换热后从翅片管式换热器3出来的高压过冷液态冷媒进入制冷高温液管路即连接管路一211中，其中液管路上针阀三用于机组静态充注冷媒用，即压缩机6不开启时充注冷媒，从三通一处开始高压中温液态冷媒经过单向阀一，经过三通三进入储液器7入口管路中，在此管路上经过三通五，将一部分液态冷媒引入翅片管壳式换热器底部换热管中再次与空气换热，主管路上的液态冷媒则直接进入储液器7，从翅片管式换热器3底部换热管中出来的液态冷媒被二次过冷并且与储液器7中出来的主回路中液态冷媒进入过滤器中，在系统设计上经过三通五分流进入保户回路的冷媒与主回路上进入储液器7的冷媒处于并联管路状态，翅片管式换热器3底部换热管中进入多少冷媒是根据并联管路中各分支管路上阻力损失ΔP一致原理来进行计算设计的。
从过滤器中出来的液态冷媒一部分经过主回路进入经济器中的冷凝侧，另外一路进入辅回路管路中，当辅回路电子膨胀阀91满足开阀条件时：环境温度Ta≤制冷开辅阀环温TaC-open，压缩机6排气温度Td≥开辅阀排气温度Td-open，所述环境温度Ta通过环境温度传感器测得，所述压缩机6排气温度Td通过压缩机6排气温度传感器224测得，所述开辅阀排气温度Td-open与制冷开辅阀环温TaC-open均为控制程序设定温度，此时辅回路冷媒经过辅回路电子膨胀阀91节流后进入经济器蒸发侧，从经济器冷凝器吸收热量形成过热中压气态冷媒后进入压缩机6中间补气口，而经济器4冷凝侧中的液态冷媒进行放热冷却，再一次被过冷后从经济器4冷凝侧出来进入主回路电子膨胀阀217进行节流，其中针阀四为抽真空针阀用于机组抽真空用。主回路电子膨胀阀217采用吸气过热度控制，通过压缩机6吸气温度传感器222与低压压力传感器223实现，所述吸气过热度＝吸气温度Ti-蒸发温度Te，其中，所述吸气温度Ti通过压缩机6吸气温度传感器222测得，Te为低压压力传感器223检测的低压压力PL对应的饱和温度。
经过主回路电子膨胀阀227节流后的低压气液混合冷媒再经过三通四与靠近水侧换热器的单向阀二连通后(注：节流后冷媒不可能经过靠近连接管路一的单向阀二，因为靠近连接管路一的单向阀二出口为高压液态冷媒侧，压差作用下不允许低压饱和冷媒经过)经过三通阀二进入水侧换热器5与水侧换热器另一腔室的冷冻水进行对流换热形成低压过热气态冷媒，从水侧换热器5出来的低压过热气态冷媒进入四通阀1的E口，由于此时E口与S口连通，所以低压过热气态冷媒经过四通阀1的S口后进入气液分类器中中，在系统设计时，将压缩机6吸气温度传感器222与低压压力传感器223放置于四通阀1至气液分离器221管路上而非气液分离器至压缩机6回气口管路上，这样可以避免由于气液分离器221中存在的阻力损失导致主回路电子膨胀阀217控制不稳定、主阀开度与过热度波动较大。经过气液分离器后低压过热气态冷媒进入压缩机6回气管路回到压缩机6吸气腔内完成一个制冷循环。
2.制热模式：
机组在冬季进行制热运行，此时翅片管式换热器3作为蒸发器，水侧换热器5作为冷凝器：首先高温、高压的过热气态冷媒经过压缩机6排气口进入四通阀1的进气D口，此时四通阀处于通电状态：进气D口与排气E口连通、四通阀内部滑碗将回气S口与排气C口连通，高温、高压气态冷媒经过四通阀1后进入水侧换热器5与空调热水进行强制对流换热，经过换热后从水侧换热器5出来的高压过冷液态冷媒汇集到三通二处，从三通二处开始高压中温液态冷媒经过连接管道二的单向阀一和经过三通三进入储液器入口管路中，在此管路上经过三通五，将一部分液态冷媒引入翅片管壳式换热器底部换热管中再次与空气换热，主管路上的液态冷媒则直接进入储液器7，从翅片管式换热器底部换热管中出来的高压液态冷媒被二次过冷并且与储液器7中出来的主回路中高压液态冷媒通过三通六汇集后进入过滤器中，在系统设计上经过三通五分流进入翅片管壳式换热器底部过热管路的冷媒与主回路上进入储液器7的冷媒处于并联管路状态，翅片管式换热器底部过热管路中进入多少冷媒是根据并联管路中各分支管路上阻力大小ΔP一致原理来进行计算设计的，合理计算各支管路上阻力以及不同环温制热模式下储液器中阻力，从而计算出不同环温制热模式下进入翅片管式底部过热管路冷媒量以及此部分冷媒放热量，此部分冷媒放热量就是确保大雪天气甚至暴雪天气翅片管式换热器底部不会结冰，考虑到制热模式在机组出水温度不变的条件下，环境温度越低，机组制热量衰减越多，储液器中储存的液态冷媒越多，进而储液器内冷媒阻力越大，因此更多液态冷媒从三通五中分流出来进入翅片管式换热器底部进行预热过冷，而对于翅片管式换热器来说，环境温度越低则需要更多的热量来维持底部温度确保在大雪天甚至暴雪天底部不会结冰，可见本申请中所设计的系统在制热模式下可以根据环境温度变化自动条件进入翅片管式换热器底部换热管冷媒流量，在机组出水温度不变条件下环境温度越低进入的冷媒量越多，环境温度越高进入的越少，这也正是符合翅片管式换热器底部预热的要求。
从过滤器中出来的高压液态冷媒一部分经过主回路进入经济器4中的冷凝侧，另外一路进入辅回路管路中，当辅回路电子膨胀阀满足开阀条件时：环境温度Ta≤制热开辅阀环温TaH-open，压缩机排气温度Td≥开辅阀排气温度Td-open，此时辅回路冷媒经过辅回路电子膨胀阀91节流后进入经济器4蒸发侧，从经济器4冷凝侧吸收热量形成过热中压气态冷媒后进入压缩机6中间补气口，而经济器4冷凝侧中的液态冷媒进行放热冷却，再一次被过冷后从经济器4冷凝侧出来进入主回路电子膨胀阀217进行节流，主回路电子膨胀阀采用吸气过热度控制，通过压缩机吸气温度传感器222与低压压力传感器223实现(吸气过热度＝吸气温度Ti-蒸发温度Te，其中Te为低压压力传感器LPS检测的低压压力PL对应的饱和温度)。
经过主回路电子膨胀阀217节流后的低压气液混合冷媒再经过三通四与靠近连接管路一的单向阀二(注：节流后冷媒不可能经过靠近连接管路二的单向阀二，因为靠近连接管路二的单向阀二出口为高压液态冷媒侧，压差作用下不允许低压饱和冷媒经过)以及三通一进入翅片管式换热器3与空气进行对流换热形成低压过热气态冷媒，从翅片管式换热器3出来的低压过热气态冷媒进入四通阀1的C口，由于此时C口与S口连通，所以低压过热气态冷媒经过四通阀1的S口后进入气液分类器中，在系统设计时，将压缩机吸气温度传感器222与低压压力传感器223放置于四通阀1至气液分离器管路上而非气液分离器至压缩机回气口管路上，这样可以避免由于气液分离器中存在的阻力损失导致主回路电子膨胀阀217控制不稳定、主阀开度与过热度波动较大。经过气液分离器后低压过热气态冷媒进入压缩机6回气管路回到压缩机6吸气腔内完成一个制热循环。
制热模式下由于翅片管式换热器3作为蒸发器，其内部换热管流动的气液混合冷媒温度要低于翅片进风温度，此时冷媒向空气中吸取热量，当遇到大雪天气甚至暴雪天气时，翅片表面在轴流风机抽吸作用下会吸附大量飘雪，当机组满足除霜条件后紧贴翅片表面的霜层融化后形成的化霜水会沿着翅片间隙向翅片管式换热器底部流动，在化霜水向下流动到底部时很容易与翅片表面最外层的积雪混合形成冰层，此时冰层积累到一定程度完全把排水通道堵死，致使翅片表面结冰情况恶化，但是本专利中采用高温液态冷媒将翅片管式换热器中底部进行预热，使得翅片管式换热器底部几支回路始终处于5℃以上温度因此彻底杜绝了翅片管式换热器底部结冰的条件，同时也将这部分进行预热的冷媒在进入经济器之前进行二次过冷，增加了进入经济器之前的高压液态冷媒过冷度，再次经过经济器冷凝侧后实现了经济器过冷，使得高压液态冷媒过冷度有得到增大，进一步增加了蒸发器(翅片管式换热器3内冷媒进出焓差，因此蒸发器内换热量得到提升，同时从经济器4蒸发侧出来中压过热气态冷媒进入压缩机6补气口，使得压缩机6制热循环冷媒量得到提升，综合这两方面又使得的机组整体制热量得到提升。
本专利中所涉及到的超低温风冷模块机组系统设计还包括以下两种方式：
如图4所示，辅回路输入端与输出管路连通进行经济器下游取液的方式；
如图5所示，辅回路输入端与储液器底部连通，进行储液器底部取液的方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
