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数据中心空调关键技术——蒸发器

来源:互联网 2016-12-13 08:51:54
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专题
中国制冷学会数据中心冷却工作组官方网站..

        机房空调是数据中心必不可少的重要部件,是保持机房内部恒温恒湿的关键设备。一般空调制冷系统包含有四大部件:压缩机,蒸发器,冷凝器和节流装置,这里压缩机、冷凝器和节流装置都广为人所知,但蒸发器却很少有人提及。实际上,蒸发器是空调系统最为重要的组成部分,蒸发器主要由加热室和蒸发室两部分组成,加热室向液体提供蒸发所需要的热量,促使液体沸腾汽化,蒸发室使气液两相完全分离。低温的冷凝“液”体通过蒸发器,与外界的空气进行热交换,“气”化吸热,达到制冷的效果。蒸发器很少有人提及可能的原因是这部分的技术原理比较简单,设计实现复杂度也不高,但往往空调制冷效果的好与坏,蒸发器是关键。
 

        您可别小看这蒸发器,虽然它表面上看起来只是一个管筒,里面排列着一些管子,外行人根本看不出技术的含金量在哪。蒸发器技术的关键点在于:一是材质,要达到冷热最佳的交换效果,必须要采用易传导的材料,这样冷凝的液体经过蒸发器变为冷气时,流经这些管子时,已经与管子内流过的热的气体形成传导,这样管子内的气体热量减少,温度较低,蒸发器里的气体变液体,蒸发器反复将制冷液体在气体和液体之间来回切换,持续为管子提供低温环境,达到制冷目的;二是蒸发器气液转换速度,转换速度越快,降温速度越快;转换速度越慢,降温速度越慢。对蒸发器的转换速度控制得越好,这样的空调越精密,制冷温度也越精确,实际机房内的温度与实际空调设定的温度相差无几,并还可以保持机房内温度稳定不变;三是冷热交互的管子面积,这个一般是由空调的功率决定的,空调的匹数越高,内部这些冷热交互的管子就越多,越大,所以空调体积也越大。管子面积和蒸发器蒸发的制冷气体含量要有对应关系,避免出现小马拉大车的现象,两者设计上要匹配;四是用于蒸发的液体,不同的液体蒸发的沸点不同,分子流动性也不同,应该选用那些流动性好,沸点低的液体作为蒸发器的冷却剂。显然,这四个方面,有一个方面选用不好,都可能会影响到空调整体的制冷效果,要做好四个方面的适配。一个空调系统的好与坏,决定因素就是蒸发器,所以蒸发器的作用不容小觑。
 
        蒸发器有几种技术实现的类型,虽然目的都是要进行冷热交换,但具体实现上有差异。首先是干式蒸发器,干式蒸发器制冷剂在换热管内通过,冷水在高效换热管外运行,这样的换热器换热效率相对较低,其换热系数仅为光管换热系数的两倍左右,但是其优点是便于回油,控制较为简便,而制冷剂的充注量大约是满液式机组充注量的1/2~1/3左右。其次是满液式的蒸发器,满液式蒸发器与干式蒸发器的运行方式恰好相反,冷水在换热管内通过,制冷剂完全将换热管浸没,吸热后在换热管外蒸发。满液式蒸发器的传热管表面上有许多针形小孔,管内表面上还有螺旋形凸起强化冷水侧的换热。这种同时强化管外沸腾和管内传热的高效传热管,使其传热系数较光管提高了5倍左右。最后是降膜式蒸发器,降膜式蒸发器也称之为喷淋式蒸发器,这种换热器与满液式蒸发器相似,但是它又与满液式蒸发器有区别。这种蒸发器的制冷剂是从换热器的上部喷淋到换热管上,制冷剂只是在换热管上形成一层薄薄的冷剂液膜,这样冷剂在沸腾蒸发时便减少了静液位压力,从而提高了换热效率,其换热效率较满液式机组提高了5左右。所以从换热效率上来看,降膜式高于满液式的,满液式高于干式。相反,在结构复杂度上降膜式也高于满液式的,满液式高于干式,降膜式的喷淋器要经常进行更换,否则容易结垢,影响传热效率。表1对三种蒸发器的特点做了详细对比:
 
 
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         蒸发器说白了就是提供一个冷热交换的场所,将热空气吸进来,与空调使用制冷剂产生的冷空气形成热交换,从而达到制冷的目的。这和我们常说的冷凝器是不同的。蒸发器就好比是冰棍,冰棍在热天会看到冷气的,是因为吸收了空气的热量,蒸发器原理也是这样。冷凝器就好比炉子上的开水热气腾腾,因为在散热啊,原理是把热量散发到空气中,这是两者的根本差别。蒸发器主要是用铜、铝、铂、镍、不锈钢等等做原材料,也有一些用纯钛做高效蒸发器的材料,这样制造成本很高。铜铝材质的冷热传导速度慢,承重效果差易变形,“铂镍不锈钢纯钛”材质的,热导效果快,制冷迅速。蒸发器壳程实际在真空状态下工作。蒸汽尾气进入预热器,预热料液部门由于是降膜蒸发,料液沿管壁呈膜状自上而下流动,达到制冷目的。蒸发器基本都是管式的,只不过管子排列成什么样子会有分类,比如:管板式、铝板吹胀式、翅片盘管式等,将这些管子设计成特定的模型,以便在进行冷热交换时,热交换的效率越高。理论上接触的面积越大,效果越高,所以在空调系统里,蒸发器尽量做得大些,冷热接触的面积会越大,这样热交换效率便越高。
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责编:donglip
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