CN109357449A - 气液分离器和制冷/热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及换热技术领域，提供了一种气液分离器和制冷/热泵系统。该气液分离器包括筒体以及设置在筒体内的第一过滤板，筒体的顶部插设有进液管和排气管、底部插设有排液管和排油管；进液管的出口和排气管的进口均位于第一过滤板的上方；排液管和排油管的进口均位于第一过滤板的下方、且排液管的进口高于排油管的进口，排油管和排气管的出口均与回油管连通，排油管上设有流量调节阀，回油管位于排油管的下方。该系统包括气冷器、压缩机、喷射器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器。本发明结构简单、气液分离效果稳定，不仅能避免油循环量增大时润滑油进入蒸发器而降低换热效率，而且还能避免油循环减小时润滑油不足以及液体工质进入压缩机发生液击。
Description
技术领域
本发明涉及换热技术领域，具体涉及一种气液分离器和制冷/热泵系统。
背景技术
二氧化碳制冷/热泵系统运行时，由于系统内的润滑油与二氧化碳无法完全互溶，润滑油会随着二氧化碳在系统内循环，因此喷射器排出的混合流体需经过气液分离器分离后才能回到压缩机吸气口。从而气液分离器的分离效果直接影响着系统的换热效率和稳定性。
现有的气液分离器通常包括筒体和设置在在筒体上的进气管、排气管和排液管，排气管上开设有出油孔。系统稳定运行时，气液分离器可通过排气管上的出油孔将润滑油送回到压缩机。但是，当油循环量增大时，部分润滑油会随二氧化碳液体进入蒸发器，导致蒸发器换热效率降低；当油循环量减小时，部分二氧化碳液体又会随二氧化碳气体通过排气管的出油孔进入压缩机，这会导致压缩机因润滑油不足排气温度上升，甚至还会造成液击。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、气液分离效果稳定的气液分离器、以提高冷/热泵系统的换热效率和稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了一种气液分离器，该气液分离器包括筒体以及设置在所述筒体内的第一过滤板，所述筒体的顶部插设有进液管和排气管、底部插设有排液管和排油管；所述进液管的出口和所述排气管的进口均位于所述第一过滤板的上方；所述排液管和所述排油管的进口均位于所述第一过滤板的下方、且所述排液管的进口高于所述排油管的进口，所述排油管和所述排气管的出口均与回油管连通，所述排油管上设有流量调节阀，所述回油管位于所述排油管的下方。
其中，所述第一过滤板的上方设有第二过滤板，所述进液管的出口位于所述第二过滤板与所述第一过滤板之间，所述排气管的进口位于所述第一过滤板的上方。
其中，所述第一过滤板的下方设有第三过滤板，所述第三过滤板的过滤孔直径大于所述第一过滤板的过滤孔直径。
其中，所述排气管的进口向上弯曲。
其中，所述筒体的顶部插设有检测管，所述检测管上设有压力传感器和安全阀。
其中，所述回油管为U型管。
其中，还包括石英玻璃管液位计，所述石英玻璃管液位计的两端分别与所述筒体的顶部和底部连通，所述排液管伸入所述筒体的长度可调节。
其中，所述第一过滤板的下方设有防波板和隔离板，所述防波板的第一端与所述筒体连接、第二端倾斜向下延伸；所述隔离板竖直悬置在所述防波板的第二端下方、用于将所述筒体分隔为沉淀区和分层区；所述排液管插设在所述沉淀区中。
为实现上述目的，本发明还提供了一种制冷/热泵系统，该系统包括气冷器、压缩机、喷射器、膨胀阀、蒸发器以及上述所述的气液分离器，所述回油管的出口与所述压缩机的进口连通，所述压缩机的出口通过所述气冷器与所述喷射器的进口连通，所述喷射器的出口与所述进液管的进口连通，所述排液管的出口依次通过所述膨胀阀和所述蒸发器与所述喷射器的引射口连通。
本发明结构简单、气液分离效果稳定，通过在筒体的底部分别设置排液管和排油管来分离筒体中分层的液体工质和润滑油，并通过控制流量调节阀开度来调节排油管输送至回油管的润滑油流量，不仅能避免油循环量增大时润滑油进入蒸发器而降低换热效率，而且还能避免油循环减小时压缩机内润滑油不足以及液体工质进入压缩机发生液击。
附图说明
图1是本发明实施例1中的一种气液分离器的结构示意图；
图2是本发明实施例2中的一种制冷/热泵系统的结构示意图。
附图标记：
1、进液管；1-1、进液管的出口；2、排气管；
2-1、排气管的进口；3、排液管；3-1、排液管的进口；
4、排油管；4-1、排油管的进口；5、筒体；6、回油管；
7、流量调节阀；8、第一过滤板；9、第二过滤板；
10、第三过滤板；11、压力传感器；12、安全阀；13、防波板；
14、隔离板；15、石英玻璃管液位计；16、压缩机；
17、气冷器；18、喷射器；19、膨胀阀；20、蒸发器。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种气液分离器，该气液分离器包括筒体5以及设置在筒体5内的第一过滤板8，筒体5的顶部插设有进液管1和排气管2、底部插设有排液管3和排油管4；进液管的出口1-1和排气管的进口2-1均位于第一过滤板8的上方；排液管的进口3-1和排油管的进口4-1均位于第一过滤板8的下方，且排液管的进口3-1高于排油管的进口4-1，也就是说排液管3伸入筒体5的长度大于排油管4伸入筒体5的长度。排油管4和排气管2的出口均与回油管6连通，排油管4上设有流量调节阀7，回油管6位于排油管4的下方。需要说明的是，该气液分离器适用于液体工质密度小于润滑油密度的任何制冷/热泵系统。
下面以二氧化碳制冷/热泵系统为例，对该气液分离器的工作原理进行说明：其中，二氧化碳制冷/热泵系统除了具有该气液分离器以外，还包括气冷器、压缩机、喷射器、膨胀阀和蒸发器。
安装时：首先，将进液管1的进口连接至喷射器的出口；然后，将回油管6的出口连接至压缩机的进口；最后，将排液管3的出口通过膨胀阀连接至蒸发器的进口。
二氧化碳制冷/热泵系统运行时，喷射器排出的混合流体即携带有润滑油的二氧化碳气液混合物可直接通过进液管1喷入筒体5。由于混合流体从进液管1喷出时具有一定速度，而进液管1出口的下方设有第一过滤板8，因此混合流体从进液管1喷出时，在第一过滤板8的拦截作用下，质量较小的CO2气体分子因自身动量较小而迅速转向并进入排气管2，而质量较大的CO2液滴和油滴则因自身动量较大无法迅速转向而直接撞击并附着在第一过滤板8上。附着在第一过滤板8上的CO2液滴和油滴在自身重力作用下，逐渐通过第一过滤板8的过滤孔落入筒体5底部。由于CO2液体的密度小于润滑油的密度，因此落入筒体5底部的CO2液体和润滑油会形成分层。其中，位于上层的CO2液体通过排液管3逐渐流入膨胀阀，经过膨胀阀节流降压后再流入蒸发器，而沉积在下层的润滑油则通过排油管4流入回油管6。与此同时，随着第一过滤板8分离出来的CO2气体不断通过排气管2流入回油管6，回油管6两端会产生压差。在压差驱动下，流入回油管6的润滑油就会被CO2气体带回压缩机进口。在此过程中，当油循环增大时，即筒体5内沉积的润滑油较多时，可通过调大流量调节阀7的开度来增大流入压缩机的润滑油流量，以避免润滑油液面过高而导致部分润滑油通过排液管3流入蒸发器；当油循环减小时，即筒体5内沉积的润滑油较少时可通过调小流量调节阀7的开度来减小流入压缩机的润滑油流量，以避免筒体5内沉积的CO2液体的液面过高而导致部分CO2液体随CO2气体通过排气管2进入压缩机。
可见，该气液分离器结构简单、气液分离效果稳定，通过在筒体5的底部分别设置排液管3和排油管4来分离筒体5中分层的液体工质和润滑油，并通过控制流量调节阀7的开度来调节排油管4输送至回油管6的润滑油流量，不仅能避免油循环量增大时润滑油进入蒸发器而降低换热效率，而且还能避免油循环减小时压缩机内润滑油不足以及液体工质进入压缩机发生液击。
优选地，考虑到混合流体从进液管1喷出时，一部分质量较小的CO2液滴在第一过滤板8的拦截作用下也可能会发生转向，为了避免CO2小液滴随CO2气体进入排气管2，因此，第一过滤板8的上方还设有第二过滤板9，进液管的出口1-1位于第二过滤板9与第一过滤板8之间，排气管的进口2-1位于第一过滤板8的上方。
由此，混合流体从进液管1喷出时，在第一过滤板8的拦截作用下，质量较大的CO2液滴和油滴直接撞击并附着在第一过滤板8上，而质量较小的CO2气体分子和CO2液滴会迅速转向。当CO2小液滴随CO2气体上升至第二过滤板9处时，CO2气体直接穿过第二过滤板9的过滤孔流入排气管2，而CO2小液滴则在表面张力的作用下直接附着在第二过滤板9上、直至聚集成CO2大液滴后在重力作用下落到第一过滤板8上。
当然，混合流体从进液管1喷出时，一部分质量较小的CO2液滴也可能会直接穿过第一过滤板8的过滤孔漂浮在第一过滤板8下方，因此第一过滤板8的下方还设有第三过滤板10，第三过滤板10的过滤孔直径大于第一过滤板8的过滤孔直径。由于，CO2小液滴穿过第一过滤板8后仍具较小动量，因此一部分CO2小液滴会直接撞击附着到第三过滤板10上，而漂浮在第一过滤板8与第三过滤板10之间的CO2小液滴则会互相撞击，直至最终聚结成CO2大液滴后在自身重力作用下落到第三过滤板10上或穿过第三过滤板10的过滤孔落入筒体5底部。
优选地，排气管的进口2-1向上弯曲。例如，排气管的进口2-1可呈U型结构。
优选地，筒体5的顶部插设有检测管，检测管上设有压力传感器11和安全阀12。当筒体5内的压力超过设定压力时，安全阀12就会自动跳起泄压、以避免筒体5内压力过大而发生爆炸。
优选地，回油管6为U型管。当然，回油管6除了可以是U型管以外，还可以是V型管，只要回油管6低于排油管4即可。
优选地，该气液分离器还包括石英玻璃管液位计15，石英玻璃管液位计15的两端分别与筒体5的顶部和底部连通，排液管3伸入筒体5的长度可调节。需要说明的是，排液管3伸入筒体5的长度可以直接通过手动或电动抽拔调节，当然也可以将排液管3伸入筒体5的部分设置为带有驱动件的伸缩管，调节时驱动件驱动伸缩管伸缩。例如，排液管3伸入筒体5的长度通过手动调节时，可根据石英玻璃管中CO2液面A和润滑油液面B的高低来抽拔排液管3。
另外，考虑到当液体工质与润滑油的密度比较接近时，液体工质与润滑油在筒体5内实现分层需要较长时间，为了避免从进液管1持续喷出的混合流体对沉降分层造成扰动，进而破坏分层界面，所以，第一过滤板8的下方设有防波板13和隔离板14，防波板13的第一端与筒体5连接、第二端倾斜向下延伸；隔离板14竖直悬置在防波板13的第二端下方、用于将筒体5分隔为沉淀区和分层区；排液管3插设在沉淀区中。更优选地，防波板13设置在进液管1的正下方。
由于防波板13和隔离板14的存在，在沉淀区上方，经过第一过滤板8过滤分离后自由下落的CO2液滴和油滴会先落在防波板13上，然后再在自身重力分力的驱动下沿着防波板13流入分层区进行沉降分层，因此CO2液滴和油滴下落过程中不会对沉淀区的液面产生影响。而由于隔离板14竖直悬置在防波板13的第二端下方，也就是说，沉淀区和分层区的上部虽然被隔离板14隔开，但是其下部却相互连通，因此沉淀区与分层区的液位可始终保持一致。
实施例2
如图2所示，本发明还提供了一种制冷/热泵系统，该系统包括气冷器17、压缩机16、喷射器18、膨胀阀19、蒸发器20以及上述所述的气液分离器，回油管6的出口与压缩机16的进口连通，压缩机16的出口通过气冷器17与喷射器18的进口连通，喷射器18的出口与进液管1的进口连通，排液管3的出口依次通过膨胀阀19和蒸发器20与喷射器18的引射口连通。
本实施例中的气液分离器的结构与原理与实施例1相同，本实施例不再赘述。下面以二氧化碳制冷/热泵系统为例，对该制冷/热泵系统的工作原理进行说明：
运行时，压缩机16排出的高温高压的CO2气体先进入气冷器17进行冷却；放热降温后的CO2气体则作为喷射器18的工作流体流入喷射器18的进口，并与流入喷射器18引射口的蒸发器20的排气不断混合，混合产生的混合流体即携带有润滑油的二氧化碳气液混合物从喷射器18的出口排出后喷入气液分离器。经过气液分离器分离后，混合流体中的CO2液体通过排液管3进入膨胀阀19，经膨胀阀19节流后进入蒸发器20吸热气化，而气化后的CO2则再次进入喷射器18。分离产生的CO2气体和润滑油则分别通过排气管2和排油管4进入回油管6，并最终在压差驱动下重新进入压缩机16。在此过程中，当油循环增大时，即筒体5内沉积的润滑油较多时可通过调大流量调节阀7的开度来增大润滑油的流量，以避免润滑油液面过高而导致部分润滑油通过进液管1流入蒸发器20；当油循环减小时，即筒体5内沉积的润滑油较少时可通过调小流量调节阀7的开度来减小润滑油的流量，以避免筒体5内沉积的CO2液体的液面过高而导致部分CO2液体随CO2气体通过排气管2进入压缩机16。
可见，制冷/热泵系统通过采用该气液分离器就可将喷射器18排出的混合流体进行有效分离，从而不仅能避免油循环量增大时润滑油进入蒸发器20而降低换热效率，而且还能避免油循环减小时压缩机内润滑油不足以及液体工质进入压缩机16发生液击。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种气液分离器，其特征在于，包括筒体以及设置在所述筒体内的第一过滤板，所述筒体的顶部插设有进液管和排气管、底部插设有排液管和排油管；所述进液管的出口和所述排气管的进口均位于所述第一过滤板的上方；所述排液管和所述排油管的进口均位于所述第一过滤板的下方、且所述排液管的进口高于所述排油管的进口，所述排油管和所述排气管的出口均与回油管连通，所述排油管上设有流量调节阀，所述回油管位于所述排油管的下方。
2.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述第一过滤板的上方设有第二过滤板，所述进液管的出口位于所述第二过滤板与所述第一过滤板之间，所述排气管的进口位于所述第一过滤板的上方。
3.根据权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述第一过滤板的下方设有第三过滤板，所述第三过滤板的过滤孔直径大于所述第一过滤板的过滤孔直径。
4.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述排气管的进口向上弯曲。
5.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述筒体的顶部插设有检测管，所述检测管上设有压力传感器和安全阀。
6.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述回油管为U型管。
7.根据权利要求1至6任一项所述的气液分离器，其特征在于，还包括石英玻璃管液位计，所述石英玻璃管液位计的两端分别与所述筒体的顶部和底部连通，所述排液管伸入所述筒体的长度可调节。
8.根据权利要求1至6任一项所述的气液分离器，其特征在于，所述第一过滤板的下方设有防波板和隔离板，所述防波板的第一端与所述筒体连接、第二端倾斜向下延伸；所述隔离板竖直悬置在所述防波板的第二端下方、用于将所述筒体分隔为沉淀区和分层区；所述排液管插设在所述沉淀区中。
9.一种制冷/热泵系统，其特征在于，包括气冷器、压缩机、喷射器、膨胀阀、蒸发器以及如权利要求1至8任一项所述的气液分离器，所述回油管的出口与所述压缩机的进口连通，所述压缩机的出口通过所述气冷器与所述喷射器的进口连通，所述喷射器的出口与所述进液管的进口连通，所述排液管的出口依次通过所述膨胀阀和所述蒸发器与所述喷射器的引射口连通。
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