CN109974355A - 一种气液分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液分离器，包括罐体，所述罐体上设置有气液分离器入口流道，入口流道依次连接预旋段和预旋腔，罐体中部为分离腔，下部为储液腔，位于底部的排液管与储液腔连通，排气管深入罐体中心位置；气液分离器入口流道是一个带有旋流功能的引射装置，液体工质流过引射喷嘴时，抽吸引射孔的气体工质，经过旋流发生器掺混并在扩压段增压后，混合物在离心力作用下分离成液体和气体，液体在储液腔中由排液管排出，进入膨胀阀，气体经过排气管排出，进入压缩机，完成一次引射和气液分离。本发明能够提高喷射式制冷系统的引射效率，进而提高制冷效率，同时提高系统空间利用率，增强其紧凑性，并具有较高的气液分离效率。

Description

一种气液分离器

技术领域

本发明属于喷射式制冷技术领域，特别涉及一种气液分离器。

背景技术

喷射式制冷系统通常会设计一个引射器以及一个气液分离器，经过压缩机升压后的高温高压气体制冷剂在进入冷凝器进行冷凝散热后，在引射器内增速降压，利用与蒸发器出口高温制冷剂的压差，抽吸这部分气态制冷剂，在混合后进入气液分离器，分离之后的液态制冷剂依次进入膨胀阀和蒸发器内进行换热，气态制冷剂则回到压缩机进行升压，这一设计的目的是利用引射器提高蒸发器出口的低压气态制冷剂的压力，旨在回收由于膨胀阀节流损失的机械能，进而减小压缩机耗功，提高制冷系数cop，但此技术目前还有较大的缺陷，一方面是由于经过换热的制冷剂从蒸发器支管流出时会先进入集气腔，这样的突扩结构会导致气态制冷剂的压力损失，另一方面气液密度差导致的速度差使得气液之间单一的轴向动量掺混和卷吸作用不强，使得引射效率不高。

随着制冷工具的普及，许多应用场合对制冷工具的紧凑性和空间利用率的要求越来越高，例如汽车空调，车载冰箱以及各类便携式制冷设备等，但由于引射装置和气液分离装置之间由一系列管道连接，系统结构的紧凑性不佳，空间利用率不高，同时多余的管道还会产生沿程损失，这对于制冷性能的提高是不利的。另外对设计者而言，气液混合物经过引射器进入气液分离器，还需要考虑两者之间的流量以及压力匹配关系，增加了设计难度。同时，气液分离器效率也是至关重要的研究部分，在气液分离效率不高的情况下，气态制冷剂会携带大量液滴进入压缩机，降低压缩机效率同时造成安全隐患，减少的液态制冷剂的流量，还会直接造成制冷量和制冷系数的减小，因此需要采用离心动压式气液分离来提高分离效率，即利用离心产生的动压，分离密度相差较大的气态和液态制冷剂以减小制冷剂损失，减少压气机耗功。综上所述，针对目前喷射式制冷发展现状，还有以下三个技术问题需要解决，第一要加强引射器的卷吸作用不强，引射器的效率不高，第二要系统设计的紧凑性以空间利用率不高，设计中产生引射器和气液分离器的匹配问题也需要解决，第三气液分离器效率有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明第一个目标在于加强引射器的卷吸作用，提高引射器的效率，第二个目标在于提高系统空间利用率，增强器紧凑性，进而推进喷射式制冷便携式发展，第三个目标在于提高气液分离器的效率，进而提高制冷系数cop。

为了实现上述目标，本发明采取以下技术方案：

一种气液分离器，其特征在于，包括罐体，设置在罐体上的气液分离器入口流道，罐体上部设置有预旋腔，入口流道与预旋腔之间是与罐体壁面相切的预旋段，预旋腔的另一端与罐体中部的分离腔紧连，罐体下部设置有储液腔，罐体底部排液管与储液腔连通，排气管深入罐体中心位置；气液分离器入口流道是一个引射装置，前端设置有引射喷嘴和被引射气体的引射孔，中间设置有气液混合段，末端设置有引射扩压段；液体工质高速流过引射喷嘴，抽吸掺混引射孔的气体工质，在混合段进行掺混，在扩压段减速增压，混合物沿着切向进入预旋段，获得周向速度之后进入预旋腔和分离腔，并在离心力作用下分离成液体和气体，液体在储液腔中由排液管排出，进入膨胀阀，气体经过排气管排出，进入压缩机，完成引射和气液分离。

本发明的改进之处在于：

优选地，引射喷嘴，引射孔，引射腔，旋流发生器，混合段，扩压段整体作为气液分离器入口流道，并通过预旋段与预旋腔连接。

优选地，扩压段前端为圆形，渐扩呈长方形与分离器预旋段直接相连，即扩压段与混合段连接处为圆形，与预旋段连接处为长方形。

优选地，预旋段为长方形入口，采用阿基米德螺旋线型流道，使得混合物每转过单位角度，旋转半径呈线性减小，并且此流道壁面与预旋腔相切。

优选地，八个引射孔沿着拉伐尔型引射喷嘴轴向伸入引射腔，并与引射喷嘴轴向成一定角度，使获得径向速度的气体与喷嘴出口的液体形成冲击作用。

优选地，八个引射孔与蒸发盘管各支路出口直接相连。

优选地，引射腔和混合段之间设置有一个旋流发生器，旋流发生器由八个沿引射轴向呈螺旋式延伸旋流叶片组成，并且旋流叶片周向均布在旋流发生器中心轴上。

优选地，旋流发生器中心轴前缘为半球型。

优选地，旋流发生器壁面沿着旋流发生器中心轴方向呈渐缩筒状。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明引射孔与蒸发盘管个支路出口直接相连，减小气体流过集气腔等结构是时产生的压力损失；被引射气体工质通过八个引射孔时获得径向速度，并在引射腔与引射喷嘴出口的液体工质形成冲击，加强卷吸作用；在旋流发生器八个叶片作用下，气液混合物加强扰动和掺混效果，进一步提高气体动能和引射效率，提高制冷系数cop；整体引射装置作为气液分离器入口流道，使结构更加紧凑，提高空间利用率；气液分离部分利用动压式离心分离器原理，提高分离效率，并设计阿基米德螺旋线型预旋段，减小压力损失。

附图说明

图1为本发明三维结构示意图；

图2为旋流发生器三维结构示意图；

图3为旋流发生器结构后视图；

图4为本发明正视图；

图5为本发明A-A剖面示意图。

其中：1为引射入口，2为引射孔，3引射腔，4为旋流发生器，5为混合段，6为扩压段，7为预旋段入口，8为预旋段，9为排气管，10为预旋腔，11为分离腔，12为储液腔，13为排液管，14为引射喷嘴，15为旋流叶片，16为旋流发生器中心轴，17为旋流发生器壁面，18气液分离器入口段，19罐体。

具体实施方式

针对上述需要解决的问题，如图1所示，本发明为了提高该系统设计的紧凑性以空间利用率，将引射功能与气液分离器相结合，进行一体化设计，即八个引射孔2、引射喷嘴14、引射腔3、旋流发生器4、混合段5、扩压段6整体构成气液分离器入口18，扩压段6与混合段5连接处为圆形，另一端与预旋段8连接处为长方形，设计预旋段入口7为长方形是为了减小进入预旋段8是的压力损失，气液混合物在流过预旋段8时获得周向速度，产生的离心力使得密度相差较大的液体和气体分离，此处利用了离心动压式气液分离方法来分离气态和液态工质，提高了分离效率；在分离段11中分离之后的液体沿着筒状储液段12管壁进入排液管13中，并从排液管13中进入膨胀阀，经过进一步减压之后进入蒸发器，在分离段11中分离之后的气体沿着分离器中心处的排气管9进入压缩机，完成一次气液分离。

如图2和图3所示，旋流发生器4由八个在旋流发生器中心轴16周向分布的螺旋形旋流叶片15组成，旋流发生器中心轴16的前端为半球型，这是为了减小混合物流过旋流发生器4前端时的扰动，混合物将流过旋流叶片15之间的流道。旋流发生器壁面17沿着轴向呈渐缩状，这是为了挤压气体和液体的流动空间，增加两股流体接触概率，强化掺混能力。

如图4和图5所示，本发明改变被引射流体空气进入引射腔3内部的方式，无需传统蒸发器盘管出口的集气腔，将蒸发盘管各支路出口经过引射孔2直接与引射腔3内部相连，并与引射喷嘴14轴向成一定角度，目的是增加被引射气体的径向速度，被引射气体对引射液体射流有冲击作用，这一作用加强了气体和液体的动量交换，进而加强了其掺混能力和液体的卷吸效果。考虑到动量交换最强烈的部分位于引射装置混合段5内，因此在引射腔3和混合段5连接处设计一个旋流发生器4，加强气液两股流体径向扰动，提高掺混能力，引射喷嘴4出口的液体卷吸着被引射气体从引射腔3流过旋流发生器4，液态工质和气态工质在混合段5中继续混合，在内部涡流作用下径向速度逐渐减小，此时混合之后的液体和气体有较高的轴向速度。为了将动能转化为压力能，提高气体的压力，本发明在混合段5之后设计一个扩压段6，在扩压段6内部，液体和气体实现减速增压。另外当混合物从扩压段6与进入预旋腔10之前，将先经过预旋段8，此处将预旋8设计成阿基米德螺旋线型，这样混合物每转过单位角度，旋转半径呈线性减小，使得气液混合物在较小压力损失条件下，在预旋腔10中获得一个较大的周向速度。

Claims (9)

1.一种气液分离器，其特征在于，包括罐体(19)，设置在罐体(19)上的气液分离器入口流道(18)，罐体(19)上部设置有预旋腔(10)，入口流道(18)与预旋腔(10)之间是与罐体(19)壁面相切的预旋段(8)，预旋腔(10)的另一端与罐体(19)中部的分离腔(11)紧连，罐体(19)下部设置有储液腔(12)，罐体(19)底部排液管(13)与储液腔(12)连通，排气管(9)深入罐体(19)中心位置；气液分离器入口流道(18)是一个引射装置，前端设置有引射喷嘴(14)和被引射气体的引射孔(2)，中间设置有气液混合段(5)，末端设置有引射扩压段(6)；液体工质高速流过引射喷嘴(14)，抽吸掺混引射孔(2)的气体工质，在混合段(5)进行掺混，在扩压段(6)减速增压，混合物沿着切向进入预旋段(8)，获得周向速度之后进入预旋腔(10)和分离腔(11)，并在离心力作用下分离成液体和气体，液体在储液腔(12)中由排液管(13)排出，进入膨胀阀，气体经过排气管(9)排出，进入压缩机，完成引射和气液分离。

2.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，整体引射装置作为气液分离器入口流道(18)，并通过预旋段(8)与预旋腔(10)连接。

3.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，与混合段(5)连接处的扩压段(6)为圆形，与预旋段(8)连接处的扩压段(6)为长方形。

4.根据权利要求1或2所述的气液分离器，其特征在于，预旋段(8)为长方形入口，采用阿基米德螺旋线型流道，并且此流道壁面与预旋腔(10)相切。

5.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，八个引射孔(2)沿着拉伐尔型引射喷嘴(14)轴向伸入引射腔(3)，并与引射喷嘴(14)轴向成一定角度。

6.根据权利要求1或5所述的气液分离器，其特征在于，蒸发盘管各支路直接与引射孔(2)连接。

7.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，引射腔(3)和混合段(5)之间设置有一个旋流发生器(4)，旋流发生器由八个螺旋线型旋流叶片(15)组成，并且旋流叶片(15)周向均布在旋流发生器中心轴(16)上。

8.根据权利要求1或7所述的气液分离器，其特征在于，旋流发生器中心轴(16)前缘为半球型。

9.根据权利要求1或7所述的气液分离器，其特征在于，旋流发生器壁面(17)沿着旋流发生器中心轴(16)方向渐缩。