CN106895616A - 一种具有表面张力式槽体的气液分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有表面张力式槽体的气液分离器，目的是克服现有技术存在的不足，提供一种新型表面张力式气液分离器槽体，一种技术方案是在铜/铝平板指定位置上蚀刻出微小流道，作为气液两相分离的次级沟槽，随后将平板折弯成圆柱形槽体，以获得主体沟槽；另一种技术方案是先将平板折弯成圆柱形槽体；然后按相应沟槽的大小压制翅片并开窗；最后将翅片安插到沟槽中，焊接。两种方案旨在增加有效分离面积，充分利用表面张力效果，提高分离效率，更有效地进行气液分离，实现分离器进一步地小型化，缩小设备体积，进一步地高性能化，节省成本。

Description

一种具有表面张力式槽体的气液分离器

技术领域

本发明涉及一种适用于制冷循环的气液两相制冷剂分离设备，具体地说，在制冷领域谋求更高性能、更小型化及更可靠的气液分离器。

背景技术

在一般的制冷系统中，包含蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置。制冷剂经过蒸发器与外界环境进行换热后，需要重新返回到压缩机的入口进行压缩。如果进入到压缩机的制冷剂混入液态制冷剂将对压缩机产生危害。因此需要对进入到压缩机入口的制冷剂进行气液分离。此外,大多数制冷剂在进入蒸发器前是气液两相状态，如果在膨胀阀后将制冷剂气液两相进行分离，气态制冷剂直接进入压缩机，液态制冷剂通过蒸发器蒸发后再进入压缩机，这将充分利用蒸发器换热面积，有效降低蒸发器压降，进而提升系统能效。

目前在制冷循环中使用的气液分离器基本上是依靠重力，离心力等体积力分离密度大的液相，有的是依靠重力存储液体，有的是依靠旋转流离心力使液相附着在壁面上并依靠重力回收，这样就不可避免地带来体积较大的缺点，且难以保证气液高效分离。

日本发明专利200680042497.7公开了一种利用表面张力的气液分离器，该气液分离机构在气液两相流的入口管尾流中构成以入口分离体制成的狭小空间，气液两相在通过该狭小空间后导入到气液分离室内，在带槽面上由于表面张力效果，液体保持在槽内并继续向下流动，气相则从液相分离并向槽外排出。但是该槽体结构简单，尚未充分利用表面张力效果,故分离效率有待提升，气液分离器体积因此尚能进一步减小。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种新型表面张力式分离器槽体，旨在增加分离面积，提高分离效率，更有效地使气液充分分离，缩小设备体积，节省成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明进一步发展了发明专利200680042497.7，提供了一种新型表面张力式气液分离器沟槽，其所在的分离器主体为罐式结构，包括外壳体(3)，分为三层，流体从上层两相入口(1)进入分离器，经上层引流隔板(2)的引导进入中部带槽体(4)，在沟槽中，液体由于表面张力作用沿着沟槽向下流动，而气体则向中心逸出继而向上流动，从而实现气液两相分离，这也是表面张力式分离器的关键，下层隔板(5)将气体流路阻断，分离后的液体进入集液腔(6),从下层液相出口(8)流出，气体则从气相出口(7)流出。

进一步地对上述气液分离器内的槽体依据表面张力效果进行设计优化，在原有三角形槽体的基础上刻蚀形成微小的三角形或梯形次级沟槽，实现二次分离；

所述流路横截面为三角形，且上窄下宽，上部流路中流体为气液两相，待流体流至下部，此时主要为液相，上窄下宽利于液体快速分离；

所述流路还可设计为梯形；

上述中间槽体还可以是梯形槽体，同样增设次级沟槽；

槽体流路还可为横向；

更进一步地：在沟槽齿牙稍外端之间安插开窗翅片并呈三角排列，进一步增加分离面积，提高分离效率；

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明在原有气液分离器槽体上增设翅片形成微小流体流路，新的结构充分利用了表面张力，在原来的基础上增加了二次分离效果，有效地使气液充分分离，气液混合流体从两相入口管进入分离器主体，经过引导隔板引流进入槽体，进行气液一次分离，流体流入开窗翅片形成的微小流路，进行二次分离，待流体到达槽体下半部时主要为液体，因下部槽体流道设计稍大，液体从而能快速进入集液腔并经液相出口流出，由此，槽体有效分离面积大大增加，气液分离效果提升，设备体积缩小，节省成本。

附图说明

图1为本发明的具有表面张力式槽体的气液分离器外观示意图；

图2.1-2.2为槽体在分离器内部的剖面结构示意图；

图3.1-3.2为槽体在分离器内的实体剖视图；

图4.1-4.4为具有三角形截面轴向流路的三角形槽体截面图及其放大图；

图5.1-5.2为具有三角形截面轴向流路的梯形槽体截面图及其放大图；

图6.1-6.2为具有横向流路的三角形槽体截面图及其放大图；

图7.1-7.2为具有横向流路的梯形截面图及其槽体放大图；

图8.1-8.3为沟槽之间安插开窗的翅片截面图及其槽体放大图图中符号说明：

1:两相流入口；2:上导流隔板；3:外壳体；4:槽体；5:下隔板；6:集液腔；7:气相出口；8：液相出口；

具体实施方式

本发明提供了新型表面张力式气液分离器槽体，下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

该分离器的外观如图1所示，包括一根两相流入口管，罐体，一根液相出口管，一根气相出口管；

内部结构如图2剖视图所示，流体从上层两相入口(1)进入分离器，经上层引流隔板(2)的引导进入中部带槽体(4)，在沟槽中，由于表面张力作用，液体沿着沟槽向下流动，而气体则向中心逸出继而向上流动，从而实现气液两相分离，这也是表面张力式分离器的关键，下层隔板(5)将气体流路阻断，分离后的液体进入集液腔(6),从下层液相出口(8)流出，气体则从气相出口(7)流出。其中，槽体(4)是该气液分离器的关键，其结构型式将直接影响分离器性能的优劣，从图3及图3.1实体中可以清晰地看到槽体及其在分离器中的位置。为了改善分离器性能，本发明从此着手，创造性地设计了可充分利用表面张力实现气液分离的槽体结构，如图4-图8所示。

实施例1：

流体从上层两相入口(1)进入分离器，经上层引流隔板(2)的引导进入中部带槽体(4)，在沟槽中，液体沿着沟槽向下流动，而气体则向中心逸出继而向上流动，下层隔板(5)将气体流路阻断，分离后的液体进入集液腔(6),从下层液相出口(8)流出，气体则从气相出口(7)流出。其中，槽体(4)是本气液分离器的最为重要的部件，如图4及图4.1所示，槽体外观为圆柱形，具体由直板折弯而成，直立安装在罐体内。

其工作原理是：流体到达槽体后全部流进沟槽4-1，液相由于惯性力，重力作用，持续向下流动，最终进入下部集液腔，随后从液相出口排出，气体则因为在其中受到表面张力作用无法继续跟随流体向下，被迫向槽体中心逸出分离，继而从气体出口管道排出，在本发明中，槽体4包括多个沿周向均布的主体沟槽4-2，主体沟槽4-2呈等腰三角形结构，在主体沟槽4-2的腰上两面还设置有辅助沟槽4-3，辅助沟槽4-3呈等腰三角形或等腰梯形，当采用等腰梯形时，等腰梯形的长底向内，短底(开口端)向外。

进一步地，在轴向方向上，辅助沟槽4-3与槽体4的轴线呈倾斜设置，次之采用平行设置。

进一步地，，在径向方向上，辅助沟槽4-3的截面积从径向内侧向径向外侧逐渐减小，参见图4.3；也可辅助沟槽的高从径向内侧向径向外侧逐渐减小；增加了沟槽的有效分离面积，以使分离效果叠加，因而分离器整体性能得到提升。

参见图4.4，在主体沟槽体4-4的径向内侧部设置有多个分离弹性片4-5，如三个，主体沟槽体4-4两侧各一个，顶端一个，该分离弹性片4-5采用柔性材料制作，与主体沟槽体4-4柔性连接；在微小的不均衡流体力的冲击下，分离弹性片4-5可发生微小的自由摆动，改进两相流体流动状态，从而增加流体与沟槽的有效接触面积。

如图5所示，主体沟槽4-4为等腰梯形沟槽4-4，辅助沟槽4-5呈三角形或等腰梯形，具体实施方式同上。

如图6，图7所示，主体沟槽4-6呈等腰三角形或等腰梯形结构，辅助沟槽4-7沿径向布置，在轴向方向上，辅助沟槽4-7的截面积从上(两相流入口1端)到下逐渐减小，或辅助沟槽4-7的截面积从下到上逐渐减小；或辅助沟槽4-7沿槽体4内表面呈螺旋布置，截面积从上到下逐渐减小或从下到上逐渐减小。

槽体制备时，先在平板上正确位置刻蚀出流道；然后折弯成圆柱形槽体；

实施例2：

结合图8，对本发明另一种实施例作进一步详细描述。

其实施方案为：上述其他结构不变，区别在于本实施例中在主体沟槽内部安插了开窗式翅片，具体地，气液分离单元槽体由主体沟槽8-1，翅片8-2，呈三角排布，翅片以内分离空间8-3，翅片部分分离空间8-4，翅片窗口8-5构成。

当然，主体沟槽上8-1上也可设置辅助沟槽及相应的位置、方向关系。

其工作原理是：从每个沟槽单元来看，两相流体进入槽体后，一部分流体在翅片以内的空间8-3进行分离，另一部分在翅片所形成的三角空间内实现气液分离，此外，翅片与外部沟槽自然形成的角度也在很大程度上有益于气液两相分离，随后液相由于惯性力，重力作用，持续向下流动，最终进入下部集液腔，从液相出口排出，气体则因为在其中由于受到表面张力作用无法继续跟随流体向下，被迫向槽体中心逸出分离，穿过翅片窗口，继而从气体出口管道排出。

槽体制备时，先将平板折弯成圆柱形槽体；然后按相应沟槽大小压制翅片并开窗；最后将翅片安插到沟槽中，焊接。

需要说明的是，主体沟槽、辅助沟槽的形状、设置位置、方向关系在不冲突的情况下可以相互组合，在此处就不一一列举，这也为本申请所公开的内容，也落入本申请的保护范围。

上述实施方式是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有表面张力式槽体的气液分离器，包括：两相流入口(1)、上导流隔板(2)、外壳体(3)、槽体(4)、下隔板(5)、集液腔(6)、气相出口(7)、液相出口(8)；上导流隔板可将两相流体导入气液分离部件，气液两相流在槽体中实现分离，下隔板可将分离出来的气相与液相隔离，集液腔用于收集分离完成的液体，槽体(4)包括多个沿周向均布的主体沟槽，主体沟槽呈等腰三角形或等腰梯形结构，在主体沟槽的腰上两面设置有辅助沟槽，辅助沟槽呈等腰三角形或等腰梯形；其特征在于：在主体沟槽体的径向内侧部设置有多个分离弹性片，所述分离弹性片采用柔性材料制作。

2.如权利要求1所述的一种具有表面张力式槽体的气液分离器，其特征在于：所述分离弹性片与主体沟槽体柔性连接，其可发生微小的自由摆动。

3.如权利要求1-2任一项所述的一种具有表面张力式槽体的气液分离器，其特征在于：主体沟槽内设置有翅片，翅片呈三角形排布，翅片以内为内部分离空间，翅片部分为翅片分离空间，翅片以外为外部分离空间，翅片上沿轴向、径向还各设有多个矩形窗口。

4.如权利要求1所述的一种具有表面张力式槽体的气液分离器，其特征在于：辅助沟槽的高从径向内侧向径向外侧逐渐减小。