CN104634014A - 气液分离器及制冷系统、热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液分离器，所述分离器壳体内设有螺旋管，该螺旋管的下端伸出分离器壳体外，该螺旋管的上端开口，且在该螺旋管的管壁外侧开设有液相孔。本发明采用在蒸发器前端装设新型气液分离器，气液分离器采用双层内筒加从下往上螺旋的螺旋管，克服了传统气液分离器的流速限制，同时还具有结构简单、分离效果好等特点。

Description

气液分离器及制冷系统、热泵系统

技术领域

本发明特别涉及一种气液分离器及包含该气液分离器的制冷系统、热泵系统。

背景技术

在现代工业和日常生活，人类社会已经离不开了制冷或热泵装置，然而在现有的制冷或热泵系统中，由于蒸发器是存在多流路的，使得节流阀出来的两相制冷剂流体很容易在蒸发器不同的流道中分配不均匀，这严重响应了蒸发器的换热效率，尽管目前通过优化蒸发器进口结构或气液分配器结构，使得该问题有所改善,当由于蒸发器入口制冷剂为气液两相使得均匀分配很困难，因此蒸发器入口制冷剂均匀分配依然是一个挑战。而采用气液分离器将制冷剂中的气液两相进行分离，使得气相直接进入压缩器，液相进入蒸发器，这样可以保证蒸发器各个流路分流均匀。

气液分离器是一种用于气液分离的装置，工业中最常用的是重力沉降分离和离心力分离两种气液分离方法。重力沉降分离方法是根据气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用向下运动，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是利用液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇集在一起通过排放管排出。重力沉降分离方法的设计简单，设备制作简单，阻力小，但是这种方法的分离效率低,设备体积庞大，占用空间多。离心力分离方法是根据气体与液体的密度不同，液体与气体混合一起螺旋流动时,液体受到的离心力大于气体，液体有离心分离的倾向，液体附着在分离壁面上，再通过重力的作用向下汇集，通过排放管排出。离心力分离方法的分离效率要比重力沉降分离方法的高，体积比重力沉降分离方法的装置减小很多，并且离心分离结构可以用在压力容器内，工作稳定。但是目前市面上的气液分离器均是采用单层壳体内设置环形管，制冷剂在环形管中分离，但是这种分离方式一旦制冷剂超过气液混合物规定流速后，分离效率就会急剧下降，

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一个适用于高流速的气液分离器。

为实现上述目的，本发明提供了一种气液分离器，包括分离器壳体，分离器壳体内设有螺旋管，该螺旋管的下端伸出分离器壳体外，该螺旋管的上端开口，且在该螺旋管的管壁外侧开设有液相孔。

采用上述结构的气液分离器，制冷剂从螺旋管的下端通入，通过压差在螺旋管中向上流动，在流动的过程中由于液体的离心力较大，从螺旋管外壁上开设的液相孔中喷出，最终汇聚到分离器壳体的底部，而气体位于螺旋管中心，最终从螺旋管的上端喷出，最终汇聚到分离器壳体的顶部。

作为优选，螺旋管内设有内筒，该内筒的上端伸出螺旋管上方，内筒为中空结构，该内筒的筒壁上开设有气相孔，且该内筒的顶端外翻延伸至分离器壳体内壁。分离出的气体可经由气相孔进入到内筒中，而液体无法经由气相孔进入到内筒中，从而将分离出的气体和液体隔开。

作为优选，为了防止部分液体在飞溅过程中进入到内筒，内筒内设有中心筒，中心筒为中空结构，该中心筒的顶端延伸至内筒内壁，且该中心筒的筒壁上开设有二次分离气相孔。通过二次分离气相孔的再次隔离，将气体和液体彻底分开。

作为优选，中心筒为上宽下窄的锥形结构，该中心筒的顶端连接至内筒内壁顶部，该中心筒的下端连接至内筒的底部。

中心筒的下端与内筒的下端设有相通的开口，该开口将中心筒的内部空间与内筒的下部空间连通。若是最终有液体通过了二次分离气相孔进入到中心筒内部，将会沿这中心筒的锥面向下流动，最终流出内筒。

作为优选，内筒的上方设有分层隔板，该分层隔板将内筒上方空间分隔为上下两部分，且该分层隔板的边缘开有连接上下两部分的气孔。分层隔板起到最后一次隔离的作用，气体从气孔中汇聚到分层隔板上方，而液体无法通过。

作为优选，即使有液体在飞溅过程中喷出中心筒的二次分离气相孔喷入到分层隔板上，由于分层隔板的中部向上凸起,在分层隔板的下方形成开口向下的腔体。气体能够转向流动到边缘的气孔中，而液体就顺着腔体的边缘向下滴落。

一种制冷系统，包括气液分离器，气液分离器的进液端与冷凝器的出液端相连，该气液分离器的液相出口与蒸发器的进液端相连，该蒸发器的出口端连接到压缩机的进口端，且气液分离器的气相出口直接与压缩机的进口端相连，压缩机的出口连接到冷凝器进液端。

在制冷中蒸发器入口前安装气液分离器，分离出来的气相通过旁路直接进入压缩器；液相进入蒸发器，使得蒸发各个流路制冷剂分配均匀，换热效率更高，而且由于流量的减少，蒸发器的阻力压降更小，这样蒸发器的综合性能更高。

一种热泵系统，包括两个气液分离器，分别是第一气液分离器和第二气液分离器，第一气液分离器的液相出口与第一换热器的第一端口相连，第一换热器的第二端口和第一气液分离器的气相出口均连接到四通阀的第一端口；

第二气液分离器的液相出口和第二换热器的第一端口相连，该第二换热器的第二端口和第二气液分离器的气相出口连接到四通阀的第二端口；

四通阀的第三端口和第四端口分别与热泵压缩机的两端相连；

第一换热器的第一端口还与第一单向阀的进口端相连，该第一单向阀的出口端和第一气液分离器的进口端均连接到节流阀的其中一端；

第二换热器的第二端口还与第二单向阀的进口端相连，该第二单向阀的出口端和第二气液分离器的进口端均连接到节流阀的另一端。

在制冷时，由热泵压缩机排出的高压蒸汽，经四通阀进入第一换热器，此时第一换热器作冷凝器用，在第一换热器中制冷剂蒸汽被冷凝成液体，先经过单向阀，然后流经节流阀进入第二气液分离器中，分离出来的气相通过旁路，进过四通阀后直接进入压缩器，分离出的液相进入第二换热器，此时第二换热器作蒸发器器用，液相制冷剂在第二换热器中吸热，将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经四通阀后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。

在制热时，先将四通阀转向热泵工作位置，于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽，经四通阀后流入第二换热器，此时第二换热器作冷凝器用，制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液态制冷剂，从反向经过单向阀，然后流过节流阀进入第一气液分离器中，第一气液分离器分离出的气相直接经过四通阀后被压缩机吸入，第一气液分离器分离出的液相进入第一换热器，此时第一换热器作蒸发器用，液相制冷剂吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过四通阀后被压缩机吸入，完成制热循环。

本发明的有益效果是：本发明采用在蒸发器前端装设新型气液分离器，气液分离器采用双层内筒加从下往上螺旋的螺旋管，克服了传统气液分离器的流速限制，同时还具有结构简单、分离效果好等特点。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是图1中螺旋管的截面图。

图3是本发明实施例二的系统示意图。

图4是本发明实施例三的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例一：

如图1、图2所示，本实施例为一种气液分离器，包括分离器壳体1、螺旋管2、内筒3、中心筒4、分层隔板5等部件，所述分离器壳体1上端开设有气相出口，下端开设有液相出口，所述螺旋管2设置在分离器壳体1内，该螺旋管2的下端伸出分离器壳体1外，为该气液分离器的进口，该螺旋管2的上端开口，且在该螺旋管2的管壁外侧开设有液相孔2a。

所述液相孔2a的中心与纵线之间的夹角为纵线是该水平面上螺旋管3中心与内筒3中心的连线。

所述公式中a是螺旋管内液相的离心加速度，a＝u²/R，其中R为螺旋管螺旋半径，u为螺旋管内液相流速：u＝4G(1-x)/(1-ε)。公式中G为螺旋管内质量流率，其中，q为制冷剂流量，di为螺旋管内径；公式中ε是螺旋管内空隙率， $\mathrm{\ϵ}=\frac{x}{{\mathrm{\ρ}}_g}{\left[\right(1+0.12(1-x))(\frac{x}{{\mathrm{\ρ}}_g}+\frac{1-x}{{\mathrm{\ρ}}_l})+\left(\frac{1.18(1-x)\left(\mathrm{g\σ}({\mathrm{\ρ}}_l-{\mathrm{\ρ}}_g)\right)}{G{{\mathrm{\ρ}}_l}^{0.5}}\right)]}^{-1},$ 其中x为螺旋管内制冷剂干度，ρ_l为饱和制冷剂液相密度，ρ_g为饱和制冷剂气相密度，g为重力加速度，σ为饱和液相制冷剂表面张力。

所述内筒3设置在螺旋管2内，该内筒3的上端伸出螺旋管2上方，所述内筒3为中空结构，该内筒3的筒壁上开设有气相孔3a，且该内筒3的顶端外翻延伸至分离器壳体1内壁。

所述内筒3内设有中心筒4，所述中心筒4为上宽下窄的锥形空筒结构，该该中心筒4的顶端连接至内筒3内壁，该中心筒4的下端连接至内筒3的底部，且该中心筒4的筒壁上开设有二次分离气相孔4a。

在所述中心筒4的下端与内筒3的下端设有相通的开口6，该开口6将中心筒的内部空间与内筒的下部空间连通。

所述内筒3的上方设有分层隔板5，该分层隔板5将内筒3上方空间分隔为上下两部分，且该分层隔板5的边缘开有连接上下两部分的气孔5a。所述分层隔板5的中部向上凸起,在分层隔板5的下方形成开口向下的腔体5b。

当制冷剂的参数相同的情况下，采用本实施例结构的气液分离器比传统制冷剂的制冷效果提高约30％。

实施例二：

如图3所示，本实施例为一种制冷系统，包括压缩机6、冷凝器7、蒸发器8、制冷节流阀9和气液分离器10，所述气液分离器10与实施例一中的气液分离器结构相同，该气液分离器10的进液端与冷凝器7的出液端相连，在本实施例中，优选为在气液分离器10与冷凝器7之间的管路上设置有制冷节流阀9，当制冷系统功率较小时，可以省略制冷节流阀9，加长气液分离器10的螺旋管长度2即可。气液分离器10的液相出口与蒸发器8的进液端相连，该蒸发器8的出口连接到压缩机6的进口端，且气液分离器10的气相出口直接与压缩机6的进口端相连，压缩机的出口连接到冷凝器的进液端。

实施例三：

如图4所示，本实施例为一种热泵系统，包括第一换热器11、第二换热器12、热泵压缩机13、四通阀14、第一气液分离器15、第二气液分离器16、节流阀17、第一单向阀18和第二单向阀19，所述第一气液分离器15的液相出口与第一换热器11的第一端口相连，第一换热器11的第二端口和第一气液分离器15的气相出口均连接到四通阀14的第一端口。

所述第二气液分离器16的液相出口和第二换热器12的第一端口相连，该第二换热器12的第二端口和第二气液分离器16的气相出口连接到四通阀14的第二端口。

所述四通阀14的第三端口和第四端口分别与热泵压缩机13的两端相连。

所述第一换热器11的第一端口还与第一单向阀18的进口端相连，该第一单向阀18的出口端和第一气液分离器15的进口端均连接到节流阀17的其中一端。

第二换热器12的第二端口还与第二单向阀19的进口端相连，该第二单向阀19的出口端和第二气液分离器16的进口端均连接到节流阀17的另一端。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种气液分离器，包括分离器壳体(1)，其特征是：所述分离器壳体(1)内设有螺旋管(2)，该螺旋管(2)的下端伸出分离器壳体(1)外，该螺旋管(2)的上端开口，且在该螺旋管(2)的管壁外侧开设有液相孔(2a)。

2.如权利要求1所述的气液分离器，其特征是：所述螺旋管(2)内设有内筒(3)，该内筒(3)的上端伸出螺旋管(2)上方，所述内筒(3)为中空结构，该内筒(3)的筒壁上开设有气相孔(3a)，且该内筒(3)的顶端外翻延伸至分离器壳体(1)内壁。

3.如权利要求2所述的气液分离器，其特征是：所述内筒(3)内设有中心筒(4)，所述中心筒(4)为中空结构，该中心筒(4)的顶端延伸至内筒(3)内壁，且该中心筒(4)的筒壁上开设有二次分离气相孔(4a)。

4.如权利要求3所述的气液分离器，其特征是：所述中心筒(4)为上宽下窄的锥形结构，该中心筒(4)的顶端连接至内筒(3)内壁顶部，该中心筒(4)的下端连接至内筒(3)的底部。

5.如权利要求4所述的气液分离器，其特征是：所述中心筒(4)的下端与内筒(3)的下端设有相通的开口(6)，该开口(6)将中心筒的内部空间与内筒的下部空间连通。

6.如权利要求2所述的气液分离器，其特征是：所述内筒(3)的上方设有分层隔板(5)，该分层隔板(5)将内筒(3)上方空间分隔为上下两部分，且该分层隔板(5)的边缘开有连接上下两部分的气孔(5a)。

7.如权利要求5所述的气液分离器，其特征是：所述分层隔板(5)的中部向上凸起,在分层隔板(5)的下方形成开口向下的腔体(5b)。

8.一种制冷系统，其特征是：包括如权利要求1-7任一所述气液分离器(10)，所述气液分离器(10)的进液端与冷凝器(7)的出液端相连，该气液分离器(10)的液相出口与蒸发器(8)的进液端相连，该蒸发器(8)的出口端连接到压缩机(6)的进口端，且气液分离器(10)的气相出口直接与压缩机(6)的进口端相连，所述压缩机(6)的出口连接到冷凝器(7)进液端。

9.一种热泵系统，其特征是：包括两个如权利要求1-7任一所述的气液分离器，分别是第一气液分离器(15)和第二气液分离器(16)，所述第一气液分离器(15)的液相出口与第一换热器(11)的第一端口相连，第一换热器(11)的第二端口和第一气液分离器(15)的气相出口均连接到四通阀(14)的第一端口；

所述第二气液分离器(16)的液相出口和第二换热器(12)的第一端口相连，该第二换热器(12)的第二端口和第二气液分离器(16)的气相出口连接到四通阀(14)的第二端口；

所述四通阀(14)的第三端口和第四端口分别与热泵压缩机(13)的两端相连；

所述第一换热器(11)的第一端口还与第一单向阀(18)的进口端相连，该第一单向阀(18)的出口端和第一气液分离器(15)的进口端均连接到节流阀(17)的其中一端；

第二换热器(12)的第二端口还与第二单向阀(19)的进口端相连，该第二单向阀(19)的出口端和第二气液分离器(16)的进口端均连接到节流阀(17)的另一端。