CN114087811A - 一种气液分离装置及包括其的自复叠制冷系统 - Google Patents

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李施仪
任嘉俊
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Abstract

本发明提供一种气液分离装置及包括其的自复叠制冷系统。气液分离装置包括：壳体，所述壳体内部形成分离腔，所述壳体上形成有位于上端的气体出口和位于下端的液体出口；混合工质进管，包括位于所述分离腔内的螺旋分离段；滤网结构，设置在所述分离腔内，并位于所述气体出口和所述螺旋分离段之间；换热辅助分离器，设置在靠近所述气体出口的位置和/或靠近所述液体出口的位置。本发明通过多重分离使气液分离更加充分，多重分离包括：第一重混合工质在螺旋分离段内，高流速下经离心力分离；第二重撞击容器壁分离；第三重在容器内通过重力作用气体上升，液体下降分离；第四重带有部分液体工质的气体工质经过滤网结构进行分离。

Description

一种气液分离装置及包括其的自复叠制冷系统
技术领域
本发明涉及制冷设备技术领域，尤其涉及一种气液分离装置及包括其的自复叠制冷系统。
背景技术
目前自复叠系统常用的气液分离器为精馏塔或闪蒸罐，存在气液分离不充分的问题；气液分离不充分，高温侧中高沸点冷媒掺杂较多的低沸点冷媒，低温侧中低沸点冷媒掺杂较多的高沸点冷媒，会对系统的性能造成不利影响。
现有的气液分离装置为了保证分离充分往往结构比较复杂，例如，部分装置会在进口和气体出口都使用过滤装置对制冷剂进行二级过滤，结构复杂，过滤装置内有填料，造价高，且容易污染系统，影响系统可靠性。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种气液分离装置及包括其的自复叠制冷系统，至少用于解决现有技术中存在的气液分离不充分的技术问题，具体地：
本发明提供一种气液分离装置，包括：
壳体，所述壳体内部形成分离腔，所述壳体上形成有位于上端的气体出口和位于下端的液体出口；
混合工质进管，包括位于所述分离腔内的螺旋分离段；
滤网结构，设置在所述分离腔内，并位于所述气体出口和所述螺旋分离段之间；
换热辅助分离器，设置在靠近所述气体出口的位置和/或靠近所述液体出口的位置。
进一步可选地，所述螺旋分离段为螺旋管结构，所述螺旋分离段的出口位于下侧，通过所述螺旋分离段的出口的混合工质冲击到所述壳体内壁面上。
进一步可选地，所述换热辅助分离器包括冷凝辅助分离器，所述冷凝辅助分离器位于所述气体出口和所述滤网结构之间。
进一步可选地，所述滤网结构为导热过滤网，
所述导热过滤网朝向远离所述气体出口的方向形成凸起的过滤面。
进一步可选地，所述滤网结构与所述冷凝辅助分离器连接成一体。
进一步可选地，所述换热辅助分离器包括蒸发辅助分离器，所述蒸发辅助分离器设置在靠近所述液体出口的位置。
进一步可选地，所述壳体底部形成储液槽，所述液体出口与所述储液槽连通，
所述蒸发辅助分离器位于所述储液槽内。
进一步可选地，所述气液分离装置还包括压力检测装置和温度检测装置，
所述压力检测装置和所述温度检测装置设置在所述分离腔内，所述换热辅助分离器根据所述分离腔内的压力和/或温度开启或关闭。
第二方面，本发明提供一种自复叠制冷系统，包括上述气液分离装置。
进一步可选地，所述换热辅助分离器与所述自复叠制冷系统的冷源和/或热源相连。
本发明通过多重分离使气液分离更加充分，多重分离包括：第一重混合工质在螺旋分离段内，高流速下经离心力分离；第二重撞击容器壁分离；第三重在容器内通过重力作用气体上升，液体下降分离；第四重带有部分液体工质的气体工质经过滤网结构进行分离。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明具体实施例一气液分离装置的剖视示意图；
图2示出本发明具体实施例二气液分离装置的剖视示意图；
图3示出本发明具体实施例三气液分离装置的剖视示意图。
图中：
1、壳体；2、螺旋分离段；3、气体出口；4、液体出口；5、滤网结构；6、冷凝辅助分离器；7、蒸发辅助分离器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
本发明通过多重分离使气液分离更加充分，多重分离包括：第一重混合工质在螺旋分离段内，高流速下经离心力分离；第二重撞击容器壁分离；第三重在容器内通过重力作用气体上升，液体下降分离；第四重带有部分液体工质的气体工质经过滤网结构进行分离。
应对极限工况(一般工作温度在高沸点和低沸点工质的沸点温度之间)，工作温度接近在该工作压力下的高沸点工质或低沸点工质的沸点温度(1.工作温度接近在该工作压力下的高沸点工质的沸点温度，高沸点工质可能冷凝不充分，气体中仍会有高沸点工质分离不出来；2.工作温度接近在该工作压力下的低沸点工质的沸点温度，低沸点工质有冷凝风险，液体中会混入低沸点的工质)，在气体出口和/或液体出口处设置换热辅助分离器，根据工质的工况，将高沸点工质或低沸点工质进一步提纯。以下结合具体实施例对本发明进行详细介绍：
如图1、图2、图3所示，本发明提供一种气液分离装置，包括：
壳体1，壳体1内部形成分离腔，壳体1优选为竖向设置的柱状结构，分离腔为柱状空腔，壳体1上形成有位于上端的气体出口3和位于下端的液体出口4；
混合工质进管，包括位于壳体1外侧的入口端和位于分离腔内的螺旋分离段2；
滤网结构5，设置在分离腔内，并位于气体出口3和螺旋分离段2之间；
换热辅助分离器，设置在靠近气体出口3的位置和/或靠近液体出口4的位置。
螺旋分离段2沿着壳体1的内壁盘旋形成，螺旋分离段2的出口位于下侧，通过螺旋分离段2的出口的混合工质冲击到壳体1内壁面上。优选地，螺旋分离段2贴合壳体1的内周壁盘旋设置，其出口朝向壳体1的内壁或者与壳体1的内壁呈一定夹角设置，使混合工质从出口流出后能够冲击到壳体1内壁上使气液工质进行分离。
换热辅助分离器包括冷凝辅助分离器6，冷凝辅助分离器6位于气体出口3和滤网结构5之间，其作用是提供冷源，将气体工质中的高沸点工质冷凝成液体，进一步分离提纯气体工质。优选地，冷凝辅助分离器6可以为从制冷系统中引入的冷管，也可为外部导入的冷源，如半导体制冷结构等。
滤网结构5为导热过滤网，例如为金属材质过滤网，可以与冷凝辅助分离器6连接成一体，一方面可以通过冷凝辅助分离器6对滤网结构5进行支撑，另一方面，还可以通过导热过滤网导热，增加冷凝面积，使分离更充分。进一步地，导热过滤网朝向远离气体出口3的方向(即下方)形成凸起的过滤面，例如为半球面等，可以增大过滤面积，从而提升分离效果，并且，向下凸起还对分离出的液体工质具有导流作用，使液体工质可以快速下流。
换热辅助分离器还包括蒸发辅助分离器7，蒸发辅助分离器7设置在靠近液体出口4的位置。壳体1底部形成储液槽，液体出口4与储液槽连通，蒸发辅助分离器7位于储液槽内。其作用是提供热源，将在液体工质中的低沸点工质蒸发成气体，进一步分离提纯液体工质，其形式可以为从制冷系统中引入的热管，也可以为外部导入的热源，如电加热等装置。
气液分离装置还包括压力检测装置和温度检测装置，压力检测装置和温度检测装置设置在分离腔内，换热辅助分离器根据分离腔内的压力和/或温度开启或关闭。
具体地，在具体实施例一中，如图1所示，同时设置冷凝辅助分离器6和蒸发辅助分离器7，适用于在工况波动范围大的情况下对非共沸工混合工质进行高效分离。混合工质通过混合工质进管进入壳体1内，并在螺旋分离段2内进行高速离心分离，从螺旋分离段2出来的混合工质撞击在壳体1的内壁面上，气体和液体再一次分离，在壳体1内，通过重力的作用，气体工质上升，其中混杂的液体经过滤网结构5再一次打散分离，液体工质则下降到壳体1的底部贮存并输送液体。容器内的压力和温度检测装置检测其压力Pi和温度Ti，跟据压力和高低沸点工质的在各压力下的对照表和得出高沸点工质沸点TH和低沸点工质沸点TL，如果Ti-TH>Tsh,Tsh为预设值，冷凝辅助分离器6启动，促进高沸点工质从气体中冷凝分离；如果Ti-TL<Tsl,Tsl某一预设值，蒸发辅助分离器7启动，促进低沸点气体从液体中蒸发分离。
在具体实施例二中，如图2所示，换热辅助分离器只包括冷凝辅助分离器6，适用于工装状态较为确定，且高沸点工质较难从气体工质种分离的情况。混合工质通过混合工质进管进入壳体1内，并在螺旋分离段2内进行高速离心分离，从螺旋分离段2出来的混合工质撞击在壳体1的内壁面上，气体和液体再一次分离，在壳体1内，通过重力的作用，气体工质上升，其中混杂的液体经过滤网结构5再一次打散分离，液体工质则下降到壳体1的底部贮存并输送液体。气体工质经过滤网后再上升，掺杂的高沸点工质会在冷凝辅助分离器6的作用下冷凝，进一步将高沸点工质和低沸点工质分离。
在具体实施例三中，如图3所示，换热辅助分离器只包括蒸发辅助分离器7，适用于工装状态较为确定，且低沸点工质较难从液体工质种分离的情况。混合工质通过混合工质进管进入壳体1内，并在螺旋分离段2内进行高速离心分离，从螺旋分离段2出来的混合工质撞击在壳体1的内壁面上，气体和液体再一次分离，在壳体1内，通过重力的作用，气体工质上升，其中混杂的液体经过滤网结构5再一次打散分离，液体工质则下降到壳体1的底部贮存并输送液体。在壳体1的底部贮存的液体，在蒸发辅助分离器7的作用下，低沸点的工质会蒸发出来，进一步将高沸点工质和低沸点工质分离。
本发明还提供一种自复叠制冷系统，包括上述气液分离装置。优选地，换热辅助分离器与自复叠制冷系统的冷源和/或热源相连，具体地，冷凝辅助分离器6为从系统中引入的冷管，蒸发辅助分离器7为从系统中引入的热管，以充分利用系统的热源。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种气液分离装置，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体内部形成分离腔，所述壳体上形成有位于上端的气体出口和位于下端的液体出口；
混合工质进管，包括位于所述分离腔内的螺旋分离段；
滤网结构，设置在所述分离腔内，并位于所述气体出口和所述螺旋分离段之间；
换热辅助分离器，设置在靠近所述气体出口的位置和/或靠近所述液体出口的位置。
2.根据权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述螺旋分离段为螺旋管结构，所述螺旋分离段的出口位于下侧，通过所述螺旋分离段的出口的混合工质冲击到所述壳体内壁面上。
3.根据权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述换热辅助分离器包括冷凝辅助分离器，所述冷凝辅助分离器位于所述气体出口和所述滤网结构之间。
4.根据权利要求3所述的气液分离装置，其特征在于，所述滤网结构为导热过滤网，
所述导热过滤网朝向远离所述气体出口的方向形成凸起的过滤面。
5.根据权利要求4所述的气液分离装置，其特征在于，所述滤网结构与所述冷凝辅助分离器连接成一体。
6.根据权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述换热辅助分离器包括蒸发辅助分离器，所述蒸发辅助分离器设置在靠近所述液体出口的位置。
7.根据权利要求6所述的气液分离装置，其特征在于，所述壳体底部形成储液槽，所述液体出口与所述储液槽连通，
所述蒸发辅助分离器位于所述储液槽内。
8.根据权利要求1-7任一项所述的气液分离装置，其特征在于，所述气液分离装置还包括压力检测装置和温度检测装置，
所述压力检测装置和所述温度检测装置设置在所述分离腔内，所述换热辅助分离器根据所述分离腔内的压力和/或温度开启或关闭。
9.一种自复叠制冷系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的气液分离装置。
10.根据权利要求9所述的自复叠制冷系统，其特征在于，所述换热辅助分离器与所述自复叠制冷系统的冷源和/或热源相连。
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