熱虹吸油冷卻系統的製作方法
2023-07-13 13:48:36
本發明涉及製冷技術領域，尤其涉及一種熱虹吸油冷卻系統。
背景技術：
傳統的製冷系統通常分為水冷系統和熱虹吸油冷系統，水冷系統由於其換熱管容易結垢而影響換熱效果，且由於水冷的整體結構複雜、成本較高等缺點而應用較少，目前最為廣泛使用的是熱虹吸油冷系統。熱虹吸油冷系統是利用液體和氣體密度不同而形成的壓力差進行循環，從而無需使用泵等輸送設備，輸送方式更為簡單便捷，因此結果更為簡單。此外，採用熱虹吸油冷的方式相對於水冷的方式可以節省水源，同時還可以避免在換熱器內產生結垢而影響傳熱的問題，因而熱虹吸油冷系統被廣泛應用。
然而，目前在安裝熱虹吸油冷系統時，在冷凝器與分離容器之間及油冷卻器與分離容器之間的安裝位置較為混亂，而對於冷凝器與分離容器之間的安裝高度差以及油冷卻器與分離容器之間的安裝高度差而言，太小或者是太大的話都容易導致油冷卻器因為冷卻效果不佳而導致油溫過高，甚至有可能導致整個熱虹吸系統都無法正常運行的情況。
技術實現要素：
本發明實施例公開了一種熱虹吸油冷卻系統，以解決在目前熱虹吸油冷卻系統的油冷卻器與分離容器之間的安裝位置較為混亂而導致油冷卻效果不佳的問題。
本發明實施例公開了一種熱虹吸油冷卻系統，包括：
分離容器，所述分離容器具有進液口及第一出液口；
冷凝器，所述冷凝器內儲存有製冷劑，所述冷凝器設於所述分離容器的上方，並通過管道連接至所述進液口，所述冷凝器與所述分離容器之間具有第一高度差；以及
至少一臺油冷卻器，所述至少一臺油冷卻器設於所述分離容器的下方，並通過管道連接至所述第一出液口，所述至少一臺油冷卻器與所述分離容器之間具有第二高度差；
所述第一高度差的取值是以大於第一閾值為依據的；
所述第二高度差的取值是以大於第二閾值為依據的；
其中，所述第一閾值為所述連接所述冷凝器與所述分離容器的管道壓降除以所述製冷劑的密度與所述製冷劑的重力係數的乘積後得出的商值；
所述第二閾值為所述連接所述分離容器及所述至少一臺油冷卻器的管道壓降除以所述製冷劑的密度與所述製冷劑的重力係數的乘積後得出的商值。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述至少一臺油冷卻器通過油冷管道連接至所述分離容器的第一出液口，所述油冷管道相對於所述分離容器的水平面呈坡向安裝，所述油冷管道相對於所述分離容器的水平面的安裝坡度為3°～5°。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述分離容器還包括回流口，所述至少一臺油冷卻器通過回流管道連接至所述分離容器的回流口，所述回流管道相對於所述分離容器的水平面成坡向安裝，且所述回流管道相對於所述分離容器的水平面的安裝坡度為3°～5°。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述至少一臺油冷卻器上設置製冷劑入口，所述製冷劑入口通過進液管道連接至所述油冷管道，以使所述油冷管道將所述分離容器內的製冷劑經由所述進液管道輸送至所述製冷劑入口，以對所述油冷卻器內的高溫油進行降溫。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述至少一臺油冷卻器上設置有氣體出口，所述氣體出口通過回氣管道連接至所述回流管道，以使所述油冷卻器內的氣體經由所述回氣管道向所述回流管道內輸送，並經由所述回流管道輸送至所述分離容器內。
優選地，所述油冷卻器為三臺，所述回氣管道為三條，每一臺所述油冷卻器分別通過所述回氣管道連接至所述回流管道。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述進液管道以及所述回氣管道的管道直徑均滿足以下公式：
D＝[n1×(m油流量)k×n2]；
其中，n1為所述製冷劑在工作溫度下產生的流動常數，M油流量為從所述進液管道向所述油冷卻器內流動的製冷劑在工作溫度下的流量，k為常量，n2為單位換算常量。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述製冷劑為氨或者氟利昂；
當所述製冷劑為氨時，所述流動常數n1的值為第一預設值；
當所述製冷劑為氟利昂時，所述流動常數n1的值為第二預設值；且所述第二預設值不同於所述第一預設值。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述分離容器具有容積，所述分離容器的容積V容積滿足以下公式：
V容積＝m蒸發×(q蒸發/ρ)
其中，m蒸發為蒸發速率，q蒸發為所述製冷劑在預設時間內的蒸發量，ρ為所述製冷劑在工作溫度下的單位密度。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述分離容器內儲存的液體的容量V製冷劑滿足以下公式：
V液體＝(πr2l)×F體積係數
其中，π為圓周率，r為所述分離容器的容器半徑，l為所述分離容器的容器長度，F體積係數為所述分離容器內的液體的體積係數。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述分離容器內液體的體積係數F體積係數滿足以下公式：
F體積係數＝F高度係數C1％-F高度係數C2％
其中，所述F高度係數C1％為所述分離容器內的液體容量在最高時的高度係數，F高度係數C2％為所述分離容器內的液體容量在最低時的高度係數；
所述C1的取值大於所述C2的取值。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述工作溫度包括蒸發溫度、和/或冷凝溫度、和/或供熱溫度。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述分離容器為熱虹吸桶或立式高壓虹吸儲液罐。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，當所述分離容器為熱虹吸桶時，所述分離容器還包括第二出液口，所述熱虹吸油冷卻系統還包括貯液器，所述貯液器通過貯液管道連接至所述第二出液口。
優選地，所述貯液管道上設置有截止閥。
作為一種可選的實施方式，在本發明實施例中，所述熱虹吸油冷卻系統還包括放油器，所述油冷卻器上設置有放油管道，所述放油管道連接至所述放油器。
本發明實施例提供的熱虹吸油冷卻系統通過設置該冷凝器與分離容器之間在安裝時具有第一高度差，並使得第一高度差滿足其取值條件，然後設置油冷卻器與虹吸桶之間在安裝時具有第二高度差，並使得第二高度差也滿足其取值條件，從而確保冷凝器與分離容器之間以及油冷卻器與分離容器之間的安裝高度差能夠滿足該油冷卻器的冷卻效果，確保該冷凝器與分離容器之間具有一個合理的安裝位置，及分離容器與油冷卻器之間具有一個合理的安裝位置而使得該油冷卻器具有良好的冷卻效果，保證整個熱虹吸油冷卻系統的安全運行。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明實施例公開的熱虹吸油冷卻系統的結構示意圖；
圖2是本發明實施例公開的分離容器的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明實施例公開了一種熱虹吸油冷卻系統，能夠解決現有的熱虹吸油冷卻系統冷凝器、分離容器及油冷卻器之間的安裝位置較為隨意而容易導致油冷卻器的油溫過高的問題。以下將結合附圖進行詳細描述。
請一併參閱圖1及圖2，為本發明實施例提供的熱虹吸油冷卻系統100的結構示意圖。本發明實施例提供的熱虹吸油冷卻系統100包括分離容器20、內儲存有製冷劑(未標示)的冷凝器30以及至少一臺油冷卻器40。分離容器20具有進液口21及第一出液口22。冷凝器30設於分離容器20上方，並通過管道連接至該進液口21，且冷凝器30與分離容器20之間具有第一高度差H1。該至少一臺油冷卻器40設於分離容器20的下方，並通過管道連接至第一出液口22，該至少一臺油冷卻器40與分離容器20之間具有第二高度差H2。該第一高度差H1的取值是以大於第一閾值為依據的，該第二高度差H2的取值是以大於第二閾值為依據的。其中，該第一閾值為連接冷凝器與分離容器的管道壓降除以該製冷劑的密度與製冷劑的重力係數的乘積後得出的商值，該第二閾值為連接分離容器及至少一臺油冷卻器的管道壓降除以製冷劑的密度與製冷劑的重力係數的乘積後得出的商值。
在本實施例中，該冷凝器30通過冷凝管道31連接至分離容器20的進液口21，以將冷凝器30內的製冷劑輸送至分離容器20內。該冷凝器30與該分離容器20之間的第一高度差H1滿足以下條件：
H1×ρ×ɡ﹥P1。
其中，ρ為該冷凝器30內的製冷劑的密度，g為該製冷劑的重力係數，P1為冷凝器30與分離容器20之間管道的壓降。即，P1為該冷凝管道31的壓降。因此，在安裝該冷卻器與分離容器20時，只要保證該冷凝器30與該分離容器20之間的第一高度差H1能夠滿足上述條件，即可確保該冷凝器30與該分離容器20之間的進液情況，避免該第一高度差H1的取值過大或者過小而不利於後續分離容器20內的製冷劑流動至該油冷卻器40對該油冷卻器40的冷卻效果不佳而導致油冷卻器40的油溫過高的問題。
進一步地，該至少一臺油冷卻器40通過油冷管道41連接至該分離容器20的第一出液口22，該至少一臺油冷卻器40與分離容器20之間安裝的第二高度差H2滿足以下條件：
H2×ρ×ɡ﹥P2。
其中，ρ為冷凝器30內的製冷劑的密度，g為該製冷劑的重力係數，P2為分離容器20與油冷卻器40之間管道的壓降。即，P2為該油冷管道41的壓降。因此，在安裝該至少一臺油冷卻器40與分離容器20時，只要保證該至少一臺油冷卻器40與該分離容器20之間的第二高度差H2能夠滿足上述條件，即可確保從該分離容器20內流動至該油冷卻器40的製冷劑能夠對該油冷卻機進行冷卻，確保油冷卻器40內的油溫能夠被降低，防止該油冷卻器40內的油溫太高而導致熱虹吸油冷卻系統100的整體運行不暢的問題，確保該熱虹吸油冷卻系統100的安全運行。
在本實施例中，該冷凝器30內的製冷劑可選用氨、R507、R22(二氟一氯甲烷)、R404、R134(四氟乙烷)或R449A中的任意一種。
在本實施例中，該熱虹吸油冷卻系統100包括壓縮機10，該壓縮機10的一端連接至冷凝器30，該壓縮機10的另一端連接至至少一臺油冷卻器40，該油冷卻器40將高溫氣體輸送至壓縮機10內，以使壓縮機10將高壓氣體輸送至冷凝器30內進行冷凝，從而實現熱虹吸油冷卻系統100的循環進行。
在本實施例中，該分離容器20可為熱虹吸桶或者是立式高壓虹吸儲液罐。當該分離容器20為熱虹吸桶時，該分離容器20可臥式安裝或者是立式安裝。當該分離容器20為立式高壓虹吸儲液罐時，該分離容器20僅為立式安裝。本發明實施例優選以該分離容器20為臥式熱虹吸桶為例來進行詳細說明。
進一步地，當該分離容器20為熱虹吸桶時，該分離容器20還包括第二出液口23，該熱虹吸油冷卻系統100還包括貯液器50，該貯液器50通過貯液管道51連接至該第二出液口23，以將分離容器20內的多餘液體儲存至該貯液器50內。優選地，為了便於及時切斷或者開啟將液體經由貯液管道51輸送至貯液器50內，該貯液管道51上設置有截止閥(未標示)。
在本實施例中，為了確保該分離容器20的大小選擇更為合理，避免出現分離容器20選用的容量太大位置布置不合理而導致油冷卻器40製冷效果不佳的情況，該分離容器20的容積滿足以下公式：
V容積＝m蒸發×(q蒸發/ρ) (公式1)
其中，m蒸發為該壓縮機10的蒸發速率，q蒸發為冷凝器30內的製冷劑在預設時間內的蒸發量，ρ為製冷劑在指定工作溫度下的單位密度。
可以得知的是，該預設時間可根據實際情況設置，例如為一分鐘、兩分鐘、三分鐘、四分鐘或五分鐘等。
可以得知的是，該製冷劑可選用氨製冷劑、氟利昂製冷劑等。該工作溫度包括蒸發溫度、和/或冷凝溫度、和/或供熱溫度。需要說明的是，蒸發溫度、冷凝溫度和供熱溫度可以各不相同，或者任意2個相同，或者3個均相同。本實施例優選以該工作溫度為冷凝溫度來進行詳細說明。
在製冷系統的應用計算中，經常用到製冷劑的熱力學基本參數，該熱力學基本參數通常可以從製冷劑的熱力性能表查找得到。其中，熱力學基本參數包括製冷劑在指定工作溫度下的單位密度、製冷劑在指定工作溫度下的蒸發熱量等，因此，在計算m蒸發時，通過可通過查製冷劑的熱力性能表查出製冷劑在指定工作溫度下的單位密度ρ、製冷劑在指定工作溫度下的蒸發熱量q製冷劑，根據壓縮機10的排量Q排量，然後利用以下公式：
m蒸發＝Q排量/q製冷劑 (公式2)
在計算出m蒸發的取值之後，將m蒸發代入上述公式1中，即可計算出V容積。
採用上述公式，通過計算冷凝器30內的製冷劑在預設時間(例如三分鐘或者五分鐘)內的蒸發量，能夠計算出滿足壓縮機10的蒸發量要求的分離容器20的有效容積，從而使得用戶對分離容器20的容量選擇更為合理。
進一步地，為了確保該分離容器20內的有效存液容積能夠滿足油冷卻器40的冷卻要求，該分離容器20內的液體容量V液體滿足以下公式：
V液體＝(πr2l)×F體積係數 (公式3)
其中，π為圓周率，r為分離容器20的容器半徑，l為分離容器20的容器長度，F體積係數為分離容器20內的液體體積係數。
利用上述公式，能夠得出選用的分離容器20內的液體容量(即，有效存液容積)，從而使得用戶在設計該熱虹吸油冷卻系統100時，能夠得出該分離容器20內輸出至該油冷卻器40的製冷劑的存液量是否滿足該油冷卻器40的冷卻要求，確保熱虹吸油冷卻系統100的安全運行。
進一步地，該分離容器20內的液體體積係數F體積係數滿足以下公式：
F體積係數＝F高度係數C1％-F高度係數C2％ (公式4)
其中，所述F高度係數C1％為所述分離容器20內的液體容量在最高時的高度係數，F高度係數C2％為所述分離容器20內的液體容量在最低的高度係數，且優選地，C1的取值大於C2的取值。如圖2所示，F高度係數C1％為圖2中的分離容器20的存液部分(即，圖2中的剖面線部分)，該F高度係數C2％為圖2中的分離容器20中的底部部分(即，圖2中底部空白部分)。
具體地，請參見下表1，表1是根據公式4，得到的F體積係數與F高度係數的關係表。
表1
可以得知的是，在上述表1中所示出的F體積係數與F高度係數之間的關係可適用於不同的製冷劑，即，無論該製冷劑選用哪一種，例如氨、R507、R22、R404、R134或R449A中的任意一種均可滿足上述表1所示出的關係，從而能夠通過查詢表1中的F體積係數與F高度係數的取值，然後將其代入至公式3中，進而能夠計算出分離容器20的有效存液體積，進一步便於分離容器20的選型。
進一步地，為了確保製冷劑能夠經由該油冷管道41輸送至油冷卻器40內，該油冷管道41沿水平方向上的部分管道相對於分離容器20的水平面呈坡向安裝，以便於製冷劑的正常流動。具體地，該油冷管道41沿水平方向上的部分管道相對於分離容器20的水平面的安裝坡度A為3°～5°(如圖1所示)，從而能夠便於比重較大的製冷劑能夠順利輸送至油冷卻器40內。優選地，該油冷管道41沿水平方向上的部分管道相對於分離容器20的水平面的坡向為：該油冷管道41靠近分離容器20的部分管道為沿水平面向下傾斜(即，油冷管道41靠近分離容器20的部分管道朝向該油冷卻器40的進液方向傾斜設置)，該油冷管道41遠離分離容器20的部分管道為沿水平面向上傾斜，以便於比重較大的製冷劑能夠順利輸送至油冷卻器40內，同時，使得比重較小的氣體向上輸送。
進一步地，該至少一臺油冷卻器40上設置有製冷劑入口(未標示)，該製冷劑入口通過進液管道42連接至該油冷管道41，以使油冷管道41將分離容器20內的製冷劑經由進液管道42輸送至製冷劑入口，以對至少一臺油冷卻器40內的高溫油進行降溫。具體地，該油冷卻器40可為多個，例如兩個、三個或者更多個，多個油冷卻器40可依次並排安裝，每一個油冷卻器40上均設置有上述的進液管道42，各進液管道42均連接至油冷管道41，以實現通過該油冷管道41將分離容器20內的冷卻液輸送至每一個油冷卻器40上的目的。優選地，該油冷管道41上可設置控制閥(未標示)，以控制該製冷劑在該油冷管道41內的流速以及流量，從而有利於用戶控制該熱虹吸油冷卻系統100的運行情況。
進一步地，在分離容器20還包括回流口24，該至少一臺油冷卻器40通過回流管道43連接至分離容器20的回流口24，且該回流管道43沿水平方向上的部分管道相對於分離容器20的水平面成坡向安裝，且該回流管道43沿水平方向上的部分管道相對於分離容器20的水平面的安裝坡度B為3°～5°(如圖1所示)，從而能夠便於比重較小的氣體能夠順利回氣至分離容器20內進行分離。優選地，該回流管道43沿水平方向上的部分管道相對於分離容器20的水平面的坡向為：該回流管道43靠近分離容器20的部分管道為沿水平面向上傾斜(即，回流管道43靠近分離容器20的部分管道朝向回氣的方向向上傾斜)，以便於比重較小的氣體能夠向上輸送回分離容器20內該回流管道43遠離分離容器20的部分管道為沿水平面向下傾斜，以便於比重較重的液體能夠向下輸送至油冷卻器40內。
進一步地，熱虹吸油冷卻系統100還包括連接管道60，該連接管道60的兩端分別連接油冷管道41及回流管道43，以將油冷管道41及回流管道43連接起來。優選地，該連接管道60與油冷管道41及回流管道43均連通設置，當分離容器20內的製冷劑及部分氣體經由油冷管道41輸送至油冷卻器40時，該部分氣體能夠經由連接管道60輸送至回流管道43內，並經由回流管道43輸送至分離容器20內再次進行分離。
進一步地，該油冷卻器40上設置有氣體出口(未標示)，該氣體出口通過回氣管道44連接至該回流管道43，以使油冷卻器40內的氣體經由回氣管道44向回流管道43內輸送，並經由該回流管道43輸送至分離容器20內，以使該分離容器20將該氣體輸送回冷凝器30內進行冷凝成液體，從而再次循環使用。
進一步地，為了便於該進液管道42及回氣管道44的選用，該進液管道42及回氣管道44的管道直徑均滿足以下公式：
D＝[n1×(m油流量)k×n2]； (公式5)
其中，n1為製冷劑在工作溫度下產生的流動常數，M油流量為進液管道或回氣管道中的製冷劑在工作溫度下的流量，k為常量，n2為單位換算常量。
在上述公式5中，該m油流量滿足以下公式：
m油流量＝n3×m蒸發 (公式6)
其中，n3為常數，m蒸發為蒸發速率。優選地，該n3的取值通常為壓縮機10消耗一個單位的製冷劑，則該油冷卻器40向該壓縮機10輸送預設個單位的製冷劑，該預設個單位的製冷劑可為兩個單位、三個單位、四個單位或者更多個單位等。即，該n3的取值通常為2、3、4、5等。
通過n3的取值，然後再將上述公式2代入公式6中，即可計算m油流量，將計算後的m油流量的取值代入公式5中，即可計算出該進液管道42或者是回氣管道44的管道直徑。
進一步地，在需要計算進液管道42的管道直徑時，可預先確定好選用的製冷劑，該製冷劑可選用氨製冷劑或者氟利昂製冷劑，當選用不同的製冷劑時，該流動常數n1的值不同。即，當製冷劑為氨時，該流動常數n1的值為第一預設值；當該製冷劑為氟利昂時，該流動常數n1的值為第二預設值，且該第二預設值的值不同於該第一預設值。
同理，當需要計算回氣管道44的管道直徑時，也是需要先確定好選用的製冷劑的類型，選用不同的製冷劑時，該流動常數n1的值不同。
具體地，在計算流動常數n1的值時，除了確定製冷劑的類型，還需要同時確定管道的壓降。例如，當需要計算進液管道42的管道直徑時，需先確定該進液管道42採用的製冷劑，並確定在工作溫度下，該進液管道42輸送該製冷劑時的壓降，從而確定流動常數n1的值。
通過上述公式5，可以方便快捷的計算出進液管道42或者是回氣管道44的管道直徑，從而便於進液管道42及回氣管道44的選型。
在本實施例中，該熱虹吸油冷卻系統100還包括放油器(未標示)，該油冷卻器40上設置有放油管道45，該放油管道45連接至該放油器，以將油冷卻器40內的油輸送至該放油器內。
具體地，本發明的熱虹吸油冷卻系統100在運行時的流程為：壓縮機10將高溫氣體輸送至冷凝器30內進行冷凝液化，得到製冷劑液體，該製冷劑液體經由冷凝管道31輸送至分離容器20內，經由分離容器20將一部分的製冷劑液體輸送至少一臺油冷卻器40內，以使該製冷劑液體能夠對至少一臺油冷卻器40內的高溫油進行降溫，該製冷劑液體與高溫油進行熱量交換後變成氣體經由回氣管道44向回流管道43輸送，並回到分離容器20內，然後再將該氣體輸送至壓縮機10內進行高壓壓縮，並再次輸送至冷凝器30內進行冷凝液化並再次得到製冷劑液體，以此循環。
本發明實施例提供的熱虹吸油冷卻系統通過設置該冷凝器與分離容器之間在安裝時具有第一高度差，並使得第一高度差滿足其取值條件，然後設置油冷卻器與虹吸桶之間在安裝時具有第二高度差，並使得第二高度差也滿足其取值條件，從而確保冷凝器與分離容器之間以及油冷卻器與分離容器之間的安裝高度差能夠滿足該油冷卻器的冷卻效果，確保該冷凝器與分離容器之間具有一個合理的安裝位置，及分離容器與油冷卻器之間具有一個合理的安裝位置而使得該油冷卻器具有良好的冷卻效果，保證整個熱虹吸油冷卻系統的安全運行。
以上對本發明實施例公開的熱虹吸油冷卻系統進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的熱虹吸油冷卻系統及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。