CN105805990A - 二氧化碳空调系统及其气液分离器 - Google Patents

Abstract

本发明提供二氧化碳空调系统及其气液分离器，气液分离器设有与压缩机连通的低温低压管路，以及用于与所述低温低压管路进行热交换的高温高压管路，所述低温低压管路和所述高温高压管路均单独设置，且所述高温高压管路呈盘旋状设置，所述低温低压管路插装于所述高温高压管路盘旋而形成的筒腔中。该气液分离器的高温高压管路和低温低压管路单独设置，在工艺上易于实现，结构简单，也不会出现管路泄漏的现象；而且，相较于背景技术，低温低压管路利用了盘旋筒腔的空间，则在相同的盘旋半径以及盘旋管路半径下，本发明中高温高压制冷剂的流量更多，且整个内腔的低温低压制冷剂也均能参与换热，从而能够获得更好的换热效果。

Description

二氧化碳空调系统及其气液分离器

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别涉及一种二氧化碳空调系统及其气液分离器。

背景技术

在汽车空调系统中，压缩机只对气态冷媒进行压缩，如果液体冷媒被大量吸入压缩机，则会造成压缩机损坏及系统报废。因此，现有技术中，往往在蒸发器与压缩机之间装设气液分离器。

气液分离器的工作原理是：从蒸发器出来的气液两相制冷剂进入气液分离器，在重力作用下，液态制冷剂下沉，气态制冷剂上升；气液分离器内部设有低温低压管路，其出口端连通至气液分离器外部，其进口端开口暴露于气液分离器上部的内腔，上升的气态制冷剂经进口端流向出口端，进而进入压缩机。

目前，在二氧化碳制冷剂空调系统中，还采用内部换热器对蒸发器出来的低温低压冷媒进行换热，以使压缩机进口亚临界状态的CO2蒸汽过热，节流前超临界状态的CO2过冷，从而明显提高跨临界CO2制冷循环系统效率。而且，设置内部换热器还可以降低系统最佳性能所需的排气压力，避免压缩机液击的发生等。

请参考图1-4，图1为一种典型的带有内部换热器的气液分离器结构示意图；图2为图1的A-A向剖视图；图3为图1中气液分离器内部的结构示意图；图4为图2中高低压管路的截面图。

如图2-4所示，该气液分离器内腔设有高低压管路151，高低压管路151能够同时流通高温高压制冷剂和低温低压制冷剂。如图4所示，高低压管路151采取套管式结构，即高低压管路151整个管体包括内管体151b和外套内管体151b的外管体151a，外管体151a流通低温低压制冷剂，内管体151b流通高温高压制冷剂，为便于均流，还将外管体151a等分割成三部分。

另外，高低压管路151外管体151a的两端分别对应有具有低温低压出口139的低温低压出口管、吸入气态制冷剂的低温低压吸入管，低温低压吸入管的开口暴露于气液分离器内腔的上端，内管体151b的两端对应有具有高温高压进口131的高温高压进口管、具有高温高压出口135的高温高压出口管，气液分离器还另设有低温低压进口管，具有低温低压进口137。则，低温低压制冷剂经低温低压进口管进入气液分离器内腔，气态制冷剂经低温低压吸入管暴露的开口进入外管体151a，并经低温低压出口139流出气液分离器；气态制冷剂在外管体151a流动过程中，与位于其内部的内管体151b管壁接触而进行换热，实现热交换。

然而，上述方案存在下述技术问题：

为了实现热交换，将用于流动低温低压制冷剂和高温高压制冷剂的管路采取套管设计，此种结构复杂，对工艺要求过高，难以生产出合格产品，内管体151b和外管体151a之间容易产生泄漏。

另外，高温高压进口管、高温高压出口管、低温低压进口管和低温低压出口管，四根管路均插装贯通气液分离器的封头125，安装不便，而且密封性较差。

有鉴于此，亟于改进上述的套管设计方案，以简化气液分离器的结构和工艺，避免制冷剂泄漏。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种二氧化碳空调系统及其气液分离器。该气液分离器简化了结构和工艺，能够避免制冷剂泄漏。

本发明提供气液分离器，用于二氧化碳空调系统，气液分离器设有与压缩机连通的低温低压管路，以及用于与所述低温低压管路进行热交换的高温高压管路，所述低温低压管路和所述高温高压管路均单独设置，且所述高温高压管路呈盘旋状设置，所述低温低压管路插装于所述高温高压管路盘旋而形成的筒腔中。

本发明设置的高温高压管路和低温低压管路单独设置，无需如背景技术所述的套管式加工，在工艺上易于实现，结构简单，也不会出现高温高压管路、低温低压管路泄漏的现象；而且，相较于背景技术，低温低压管路利用了盘旋筒腔的空间，则在相同的盘旋半径以及盘旋管路半径下，本发明中高温高压制冷剂的流量更多，从而能够获得更好的换热效果。

特别需要说明的是，基于本发明管路的设置方式，参与换热的低温低压制冷剂流量得以倍增。基于背景技术的方案，位于内管体的高温高压制冷剂被包覆，能够参与换热的仅为流动于外管体中的低温低压制冷剂；而本方案中，高温高压管路单独设置于气液分离器的筒体内，经低温低压进口孔进入的低温低压制冷剂能够充满于整个筒体的内腔，则整个内腔的低温低压制冷剂以及低温低压管路内的制冷剂均能够直接与高温高压管路接触以实现换热。可知，由于参与按热的低温低压制冷剂的流量倍增，并且由上述描述可知高温高压制冷剂流量也得以增加，则本方案中换热效率得以大幅提升。

可选地，所述低温低压管路整体插装于所述筒腔中。

可选地，所述高温高压管路下端的盘旋紧密度大于所述高温高压管路上端的盘旋紧密度。

可选地，所述高温高压管路沿所述低温低压管路的一端盘旋至另一端。

可选地，所述气液分离器的封头设有连通其内外的低温低压进口孔、低温低压出口孔、高温高压进口孔以及高温高压出口孔；所述低温低压管路的出口端连接至所述低温低压出口孔，所述高温高压管路的两端分别连接至所述高温高压进口孔、所述高温高压出口孔。

可选地，所述低温低压管路的端部插入所述低温低压出口孔、所述高温高压管路的两端部分别插入所述高温高压进口孔、所述高温高压出口孔，并焊接固定。

可选地，所述低温低压出口孔、所述高温高压进口孔以及所述高温高压出口孔，三者对应的所述封头下表面位置均具有向下延伸形成的插装套，所述低温低压管路和所述高温高压管路的端部插装于对应的插装套内并实施焊接。

可选地，所述低温低压进口孔、所述低温低压出口孔、所述高温高压进口孔以及所述高温高压出口孔均为标准进出口孔。

可选地，所述低温低压进口孔和所述低温低压出口孔分设于所述封头的两侧，所述高温高压进口孔和所述高温高压出口孔贯通所述封头的上、下端面；或，

所述高温高压进口孔和所述高温高压出口孔分设于所述封头的两侧，所述低温低压进口孔和所述低温低压出口孔贯通所述封头的上、下端面。

可选地，所述低温低压进口孔和所述低温低压出口孔的连线，垂直于所述高温高压进口孔和所述高温高压出口孔的连线。

可选地，所述气液分离器内部设有吸水的分子筛包，和/或所述低温低压管路的底部设有过滤器部件。

本发明还提供一种二氧化碳空调系统，包括压缩机、蒸发器，以及设置于二者之间的气液分离器，所述气液分离器为上述任一项所述的气液分离器。

由于上述气液分离器具有上述技术效果，具有该气液分离器的二氧化碳空调系统也具有相同的技术效果。

附图说明

图1为一种典型的带有内部换热器的气液分离器结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为图1中气液分离器内部的结构示意图；

图4为图2中高低压管路的截面图；

图5为本发明所提供气液分离器一种具体实施例的结构示意图；

图6为图5的B-B向剖视图；

图7为图6中高温高压管路的结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为图5中封头与位于其内部的高温高压管路、低温低压管路连接的示意图；

图10为本发明所提供气液分离器另一实施例中高温高压管路与低温低压管路的设置位置示意图；

图11为图5中封头的结构示意图；

图12为图11中封头另一角度的结构示意图。

图1-4中：

119筒体、125封头、131高温高压进口、135高温高压出口、139低温低压出口、137低温低压进口、151高低压管路、151a外管体、151b内管体

图5-12中：

10气液分离器、11封头、11a插装套、111低温低压进口孔、111a低温低压侧进气口、112低温低压出口孔、113高温高压进口孔、114高温高压出口孔、12筒体、13高温高压管路、13a高温高压进口、13b高温高压出口、14低温低压管路、14a低温低压进口、14b低温低压出口、15分子筛包、16过滤器部件

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图5-9，图5为本发明所提供气液分离器一种具体实施例的结构示意图；图6为图5的B-B向剖视图；图7为图6中高温高压管路的结构示意图；图8为图7的俯视图；图9为图5中封头与位于其内部的高温高压管路、低温低压管路连接的示意图。

该气液分离器10，用于二氧化碳空调系统，即制冷剂为二氧化碳。气液分离器10一般包括封头11和筒体12，二者封合形成气液分离器10的内腔。气液分离器10还设有与空调系统中压缩机连通的低温低压管路14，以及用于与低温低压管路14进行热交换的高温高压管路13，高温高压管路13内的制冷剂可以来自于压缩机，低温低压管路14和高温高压管路13均位于气液分离器10内腔内，并能够与外部导通，具体工作原理与现有技术基本类似，可参照理解。

另外，本发明实施例中，低温低压管路14和高温高压管路13均单独设置，即二者互不干涉，不同于现有技术中套管一体式设计。

而且，本实施例中的高温高压管路13呈盘旋状设置，具体地，可以设置为圆形盘管结构，如图8所示，如此设计易于加工且能够充分利用气液分离器10的内腔，当然，盘旋呈椭圆形、长圆形等结构也是可行的。高温高压管路13盘旋设置时，能够形成一筒腔，低温低压管路14则插装于高温高压管路13盘旋而形成的筒腔中。

图6中可看出，该低温低压管路14整体插装于高温高压管路13的筒腔中。由气液分离器10工作原理可知，低温低压管路14一端需要连通外部以输送制冷剂至压缩机，另一端开口暴露且位于气液分离器10上端以便上升的气态制冷剂能够进入，故低温低压管路14可设置为如图6所示的U形结构(当然，也并不限于此形状，能够实现气液分离的结构均是可行的)，其低温低压出口14b连通外部，其低温低压进口14a暴露于气液分离器10内腔的上端此时，整个U形结构均插装于盘旋状高温高压管路13的筒腔中。

低温低压管路14整体插入时，高温高压管路13盘旋形成的筒腔具备一定的筒径，以容纳低温低压管路14的横向跨度(沿气液分离器10内腔的横向)，大筒径的高温高压管路13加工时易于盘旋成型，而且换热面积较大，可增强换热效果。

本发明设置的高温高压管路13和低温低压管路14单独设置，无需如背景技术所述的套管式加工，在工艺上易于实现，结构简单，也不会出现高温高压管路13、低温低压管路14泄漏的现象；而且，相较于背景技术，低温低压管路14利用了盘旋筒腔的空间，则在相同的盘旋半径以及盘旋管路半径下，本发明中高温高压制冷剂的流量更多，从而能够获得更好的换热效果。

特别需要说明的是，基于本发明管路的设置方式，参与换热的低温低压制冷剂流量得以倍增。基于背景技术的方案，位于内管体151b的高温高压制冷剂被包覆，能够参与换热的仅为流动于外管体151a中的低温低压制冷剂；而本方案中，高温高压管路13单独设置于气液分离器10的筒体12内，经低温低压进口孔111进入的低温低压制冷剂能够充满于整个筒体12的内腔，则整个内腔的低温低压制冷剂以及低温低压管路14内的制冷剂均能够直接与高温高压管路13接触以实现换热。可知，由于参与换热的低温低压制冷剂的流量倍增，并且由上述描述可知高温高压制冷剂流量也得以增加，则本方案中换热效率得以大幅提升。

还可以对高温高压管路13的结构作出进一步改进，请继续参考图6、7，高温高压管路13下端的盘旋紧密度大于高温高压管路13上端的盘旋紧密度。盘旋紧密度越大，则高温高压制冷剂流量越大，换热效率越高，即高温高压管路13下端换热效率大于上端换热效率。

如此设计，一方面，从蒸发器出来的气液两相制冷剂，部分液态制冷剂会沉入气液分离器10的底部，导致底部区域温度偏低，故高温高压管路13下端分布较为密集，能够降低液态制冷剂对低温低压管路14下端的气态制冷剂的温度影响；另一方面，低温低压管路14上端入口段温度较低，出口段温度较高，温差较大，热交换需求不同，而低温低压管路14下端的温度相差相对较小，热交换需求大体一致，故将高温高压管路13下端设计为密集盘旋，可以对需求一致的位置进行集中、快速换热，上端盘旋密度减小，以适应于换热需求不一致的环境，从而在节省材料成本的前提下更为高效、合理地实现热交换。

上述实施例以低温低压管路14整体插装于高温高压管路13的筒腔为例进行说明，可以想到，高温高压管路13与低温低压管路14的配合方式并不限于此。比如，高温高压管路13可以沿低温低压管路14的一端盘旋至另一端，如图10所示，图10为本发明所提供气液分离器另一实施例中高温高压管路与低温低压管路的设置位置示意图，图中仅示出部分高温高压管路13和低温低压管路14。如此设置，可以保证低温低压管路14内的制冷剂的换热效率，只是由于筒径相对较小，加工简易度次于上述整体插装的方式。显然，与上述实施例类似，由于整个内腔的低温低压制冷剂均能够直接参与换热，该实施例相较于背景技术套管式方案，换热效率也得以大幅提升。

针对上述各实施例，还可以对气液分离器10的封头11作出进一步改进。请继续参考图5、6、9，并结合图11、12理解，图11为图5中封头的结构示意图；图12为图11中封头另一角度的结构示意图。

该封头11设有连通其内外的低温低压进口孔111、低温低压出口孔112、高温高压进口孔113以及高温高压出口孔114，低温低压制冷剂经低温低压进口孔111进入气液分离器10的内腔，如图9所示，低温低压进口孔111位于封头11内表面的位置为低温低压侧进气口111a。此外，低温低压管路14的出口端连接至低温低压出口孔112，高温高压管路13的两端分别连接至高温高压进口孔113、高温高压出口孔114，可参考图6、9理解，图中，低温低压管路14和高温高压管路13的相应端部均插入对应的孔道内，相应地，高温高压进口13a、高温高压出口13b、低温低压出口14b均位于对应的孔道内。

需要说明的是，基于本实施例中各孔道的位置布置，使得图6的剖视图中，低温低压进口孔111与高温高压管路13的进口端重叠，实际上，在垂直纸面方向上，二者具有预定距离，可参照图9理解。

可见，本实施例中，封头11上直接设置四个连通内外的孔道结构，低温低压管路14和高温高压管路13不再如背景技术所述的直接贯穿封头11而伸出封头11外部，而是将低温低压管路14和高温高压管路13的端部与对应的孔道连接即可。则安装较为简便，且相较于背景技术，管路与孔道连接时进行密封，孔道与外部连接时也进行密封，双层密封，密封性能更优越。

具体地，低温低压管路14与低温低压出口孔112，以及高温高压管路13与高温高压进口孔113、高温高压出口孔114均可以焊接固定，焊接固定可靠，且密封性能好。如上所示，高低压管路的相应端部插入对应的孔道内进行焊接，增强焊接效果。

如图6、9所示，低温低压出口孔112、高温高压进口孔113以及高温高压出口孔114，三者对应的封头11下表面位置，均具有向下延伸形成的插装套11a，低温低压管路14和高温高压管路13的端部插装于对应的插装套11a内以实施焊接。

插装套11a的设置，一方面便于管路插入，另外也延长了管路与对应孔道的接触长度，保证焊接效果。

需要说明的是，低温低压进口孔111、低温低压出口孔112、高温高压进口孔113以及高温高压出口孔114均可以优选地加工为标准进出口孔。如此，获取与上述各孔相配的连接管路非常便利，相较于背景技术中的管路外伸连接方式(通常需要与外部管路通过专配的连接件连接)，本实施例还可以简化管路连接方式。

具体设计高低温低压进出口孔时，可以将低温低压进口孔111和低温低压出口孔112分设于封头11的两侧，高温高压进口孔113和高温高压出口孔114贯通封头11的上、下端面，如图11、12所示。

如此，低温低压和高温高压侧的进出口孔分设于封头11的两个部位(端面和侧壁)，易于识别，安装时不容易误操作，也避免封头11端部管路过多而导致的管路难于布置安装、难于外连。

请继续参考图5、11-12，四个进出口孔可优选地按照如下设计：低温低压进口孔111和低温低压出口孔112的连线，垂直于高温高压进口孔113和高温高压出口孔114的连线。如此，低温低压进口孔111和低温低压出口孔112相对设置，距离较远，便于管路连接；而高低温低压进出口孔的相对垂直设计，也避免各孔相互干涉，便于封头11的加工。

可以理解，低温低压进口孔111和低温低压出口孔112贯通封头11的上、下端面，而高温高压进口孔113和高温高压出口孔114分设于封头11的两侧也是可行的，具有与上述设置具有相同的技术效果。此时，低温低压进口孔111和低温低压出口孔112的连线，同样可以设计为垂直于高温高压进口孔113和高温高压出口孔114的连线。实际上，如图所示，低温低压进口孔111和低温低压出口孔112的连线位于轴向剖面，高温高压进口孔113和高温高压出口孔114的连线也位于轴向剖面，两轴向剖面相互垂直。

上述各实施例中，气液分离器10内部还可以设置用于吸水的分子筛包15。分子筛包15具有较好的吸水性能，可以充分吸收进入气液分离器10内腔中气液两相制冷剂的液态制冷剂，达到较好的分离效果。如图6所示，分子筛包15自底端延伸至上端，充分吸收各高度的液态制冷剂。低温低压管路14的底部可以设有过滤器部件16，则低温低压制冷剂经过底部时可经过滤再流出气液分离器10，以防杂质影响下游部件的正常工作。

除了上述气液分离器10，本发明还提供一种二氧化碳空调系统，包括压缩机、蒸发器，以及设置于二者之间的气液分离器10，且气液分离器10为上述任一实施例所述的气液分离器10。由于上述气液分离器10具有上述技术效果，具有该气液分离器10的二氧化碳空调系统也具有相同的技术效果。

以上对本发明所提供二氧化碳空调系统及其气液分离器均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种气液分离器，用于二氧化碳空调系统，气液分离器设有与压缩机连通的低温低压管路(14)，以及用于与所述低温低压管路(14)进行热交换的高温高压管路(13)，其特征在于，所述低温低压管路(14)和所述高温高压管路(13)均单独设置，且所述高温高压管路(13)呈盘旋状设置，所述低温低压管路(14)插装于所述高温高压管路(13)盘旋而形成的筒腔中。

2.如权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述低温低压管路(14)整体插装于所述筒腔中。

3.如权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述高温高压管路(13)下端的盘旋紧密度大于所述高温高压管路(13)上端的盘旋紧密度。

4.如权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述高温高压管路(13)沿所述低温低压管路(14)的一端盘旋至另一端。

5.如权利要求1-4任一项所述的气液分离器，其特征在于，所述气液分离器的封头(11)设有连通其内外的低温低压进口孔(111)、低温低压出口孔(112)、高温高压进口孔(113)以及高温高压出口孔(114)；所述低温低压管路(14)的出口端连接至所述低温低压出口孔(112)，所述高温高压管路(13)的两端分别连接至所述高温高压进口孔(113)、所述高温高压出口孔(114)。

6.如权利要求5所述的气液分离器，其特征在于，所述低温低压管路(14)的端部插入所述低温低压出口孔(112)、所述高温高压管路(13)的两端部分别插入所述高温高压进口孔(113)、所述高温高压出口孔(114)，并焊接固定。

7.如权利要求6所述的气液分离器，其特征在于，所述低温低压出口孔(112)、所述高温高压进口孔(113)以及所述高温高压出口孔(114)，三者对应的所述封头(11)下表面位置均具有向下延伸形成的插装套(11a)，所述低温低压管路(14)和所述高温高压管路(13)的端部插装于对应的插装套(11a)内并实施焊接。

8.如权利要求5所述的气液分离器，其特征在于，所述低温低压进口孔(111)、所述低温低压出口孔(112)、所述高温高压进口孔(113)以及所述高温高压出口孔(114)均为标准进出口孔。

9.如权利要求5所述的气液分离器，其特征在于，所述低温低压进口孔(111)和所述低温低压出口孔(112)分设于所述封头(11)的两侧，所述高温高压进口孔(113)和所述高温高压出口孔(114)贯通所述封头(11)的上、下端面；或，

所述高温高压进口孔(113)和所述高温高压出口孔(114)分设于所述封头(11)的两侧，所述低温低压进口孔(111)和所述低温低压出口孔(112)贯通所述封头(11)的上、下端面。

10.如权利要求9所述的气液分离器，其特征在于，所述低温低压进口孔(111)和所述低温低压出口孔(112)的连线，垂直于所述高温高压进口孔(113)和所述高温高压出口孔(114)的连线。

11.如权利要求1-4任一项所述的气液分离器，其特征在于，所述气液分离器(10)内部设有吸水的分子筛包(15)，和/或所述低温低压管路(14)的底部设有过滤器部件(16)。

12.一种二氧化碳空调系统，包括压缩机、蒸发器，以及设置于二者之间的气液分离器(10)，其特征在于，所述气液分离器(10)为权利要求1-11任一项所述的气液分离器(10)。