CN114322380A - 气液分离器以及气液分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气液分离器以及气液分离装置，用于提高气液油分离效果，它包括具有腔室的壳体，所述腔室用于气液分离；壳体侧壁设有连通蒸发器获取制冷剂液体的进气管，壳体顶部设有流向制冷压缩机的出气管，壳体底部设有出液管；U型管，其位于腔室底部，所述出气管向下延伸至腔室内并与U型管其中一端连通；所述U型管的底部通过可活动吸油管连通有能够浮在液面上的吸油球体；以及位于壳体内底部的用于提供稳定热源的换热装置。本发明通过换热装置和可活动吸油管连通的吸油球体，在保证热量交换稳定的情况下，使得制冷剂气液混合物受热稳定，确保其充分分离，同时能够有效地将制冷剂液面的冷冻润滑油抽吸到制冷压缩机。

Description

气液分离器以及气液分离装置

技术领域

本发明属于气液分离技术领域，具体来说，涉及一种气液分离器以及气液分离装置。背景技术

现有的制冷系统，特别是大型直接膨胀供液的制冷系统，为了防止蒸发器出气带液、液体制冷剂直接进入制冷压缩机，通常在制冷压缩机的吸气口和蒸发器的出气口之间设置气液分离器。但是，蒸发器出口的制冷剂气体在夹带制冷剂液体的同时，也夹带有冷冻润滑油，因此气液分离器除了对制冷剂进行气液分离，还要将冷冻润滑油分离出来使用，如果冷冻润滑油没有及时返回制冷压缩机，会造成制冷压缩机缺油。

可见，气液分离器的主要功能有两个，一是对蒸发器出来的制冷剂在进入制冷压缩机之前进行气、液分离，二是让从让蒸发器出来的制冷剂中分离出来的冷冻润滑油回到制冷压缩机。

发明专利201810148655.1（公开日为2018.6.15）公布了一种氟制冷系统气液油分离器，具有气液分离以及回油的功能，但是该专利存在如下不足：

（1）U型管底部通过一个吸油软管来吸收制冷剂液体表面的冷冻润滑油带回压缩机，但是当液位升高时，吸油软管会随着液面折弯，这会导致吸油软管的折弯处处于通道封闭的状态，这时候润滑油就不能被有效吸走。

（2）热气管的热源来自制冷压缩机的排气，其存在供热不足的情况，这样分离器下部的制冷剂液体不能完全蒸发，使得有液体制冷剂返回制冷压缩机；

（3）当热气管内供热不足时，热气管内的制冷剂气体在分离器内进行热量交换后，热气管内的气体可能会全部或部分被冷凝，冷凝后的液体占用热气管与外界的传热面积，这使得内外热交换效率进一步变差。另外由于热气管换热后是流向冷凝器的，因此换热所产生的含有液体的制冷剂气体进入冷凝器后，会占用冷凝器的部分传热面积，造成冷凝器的传热效率降低。

（4）若热气管的横截面被液体制冷剂充满时，还会发生冷凝器“液锤”，造成安全事故；

可见上述现有技术的制冷剂气液油混合物不仅气液分离效果较差，而且润滑油也不能被压缩机有效抽走。

发明内容

针对现有技术存在的制冷剂气液混合物的气液分离效果较差、润滑油不能被有效抽吸的问题，本发明提供了一种能够提高气液油分离效果的气液分离器以及气液分离装置。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面本申请提供了一种气液分离器，包括：

具有腔室的壳体，所述腔室用于气液分离；

壳体侧壁设有连通蒸发器获取制冷剂液体的进气管，壳体顶部设有流向制冷压缩机的出气管，壳体底部设有出液管；

U型管，其位于腔室底部，所述出气管向下延伸至腔室内并与U型管其中一端连通；

所述U型管的底部通过可活动吸油管连通有能够浮在液面上的吸油球体；以及换热装置，其位于壳体内底部，用于提供稳定热源。

采用上述技术方案的的气液分离器，由于现有技术的吸油软管不能有效的将制冷剂液体表面的润滑油吸走，也会降低气液油分离的最终效果，因此需要在U型管的底部通过可活动吸油管连通至少一个能够浮在液面上的吸油球体，这样通过吸油球体来吸收制冷剂液体表面的润滑油，再通过吸油管将润滑油送到U型管内，最后通过压缩机的抽吸作用将润滑油带回压缩机，由于在吸油软管末端设置了能够浮在液体上的吸油球体，因此只要吸油球体处于能够吸收到液面润滑油的情况，那么可活动吸油管就不会发生现有技术中吸油软管那样的折弯现象，保证了液面的润滑油被抽吸到压缩机。

由于现有技术中的热气管存在换热效果差的问题，本申请直接在气液分离器所在的壳体内底部设置一个热源供给稳定、温度也比较稳定的换热装置来对含有冷冻润滑油的制冷剂液体进行加热，这样保证了热量交换的稳定性，在吸油球体的配合作用下提高了制冷剂气液混合物的气液分离效果。

进一步限定，所述壳体包括立式筒体以及位于筒体上下端的椭圆形顶盖和椭圆形底盖；所述出气管设施在顶盖上，所述出液管设置在底盖底部。现有技术中壳体采用圆形顶盖和圆形底盖结构的承压能力较差，本限定要求顶盖和底盖采用椭圆形结构，能够增加气液分离器的壳体承压能力。

进一步限定，所述吸油管包括：

刚性连接管，其上端连通在U型管的底部；

柔性连接管，其一端与刚性连接管下端连通，另一端连通吸油球体的收油口。

进一步限定，所述进气管沿着壳体侧壁切向斜向下进入腔室，且进气管的进气方向与竖直方向呈80°~85°的夹角。

进一步限定，所述气液分离器还包括：

第一控制阀，其设置在出液管上；

液位传感器，其用于监测腔室内的液位高度；以及

控制单元，所述控制单元分别连接第一控制阀、液位传感器和换热装置；

当液位传感器监测的液位高度大于第一预设值时，打开第一控制阀，当液位传感器监测的液位高度小于第二预设值时，关闭第一控制阀，当液位传感器监测的液位高度小于第三预设值时，关闭换热装置。

上述限定能够保证吸油球体能够处于浮在液面从而稳定吸收润滑油的状态，当制冷剂液体供给不足时，液位下降到小于第三预设值时，可以关闭点加热装置，防止干烧。

进一步限定，所述气液分离器还包括：

与控制单元连接的压力传感器，用于获取出气管内的压力值；当压力值小于压力预设值时，打开第一控制阀。该限定可以用于判断气液分离器内的制冷剂已经被分离完，且没有润滑油从吸油球体被吸走，这时候需要打开控制阀将底部的润滑油释放回压缩机。

进一步限定，位于液位高度在所述第一预设值上方的壳体内壁设有环形板。该限定可以防止从进气管进入的气流将气液分离器内的液体搅起来。

第二方面本申请还提供了一种气液分离装置，包括：

气液分离器，所述气液分离器的进气管外部入口设有热交换器，用于将来自蒸发器的含有冷冻润滑油的制冷剂气液混合物过热；

引射装置，其具有第一入口、第二入口和引射出口，所述第一入口连通出液管的外部出口，所述第二入口连通油分离器出气管，所述引射出口连通到压缩机吸气口，且第二入口与油分离器出气管之间设有第二控制阀；

所述出气管外部出口连通压缩机吸气口。

采用上述技术方案的气液分离装置，在气液分离器的入口设置热交换器来对含有冷冻润滑油的制冷剂气液混合物过热，有利于制冷剂气液混合物的气液分离，而引射装置借助油分离器排出的气体流速可以用于将气液分离器内的多余的制冷剂液体或润滑油快速排出。

优选地，所述出气管上设有节流膨胀阀。从出气管流出的制冷剂气体在节流膨胀阀的作用下能够进一步降压气化。

第三方面本申请还提供了另外一种气液分离装置，包括：

气液分离器，所述气液分离器的出气管外部出口设有热交换器，用于向压缩机提供经热交换过热的制冷剂气体；

引射装置，其具有第一入口、第二入口和引射出口，所述第一入口连通出液管的外部出口，所述第二入口连通油分离器出气管，所述引射出口连通到压缩机吸气口，且第二入口与油分离器出气管之间设有第二控制阀；

所述进气管外部入口输入来自蒸发器的含有冷冻润滑油的制冷剂气液混合物。

采用上述技术方案的气液分离装置，在气液分离器的出气管外部出口设有热交换器对流出的制冷剂气体进行过热，从而提高制冷剂气体的干度，而引射装置借助油分离器排出的气体流速可以用于将气液分离器内的多余的制冷剂液体或润滑油快速排出。

附图说明

图1为本实施例1中气液分离器的结构示意图；

图2为本实施例1中气液分离器的电气控制图；

图3为本实施例2中气液分离装置的结构示意图；

图4为本实施例2中气液分离装置的电气控制图；

图5为本实施例3中气液分离装置的结构示意图。

图中标记说明：1-壳体，101-顶盖，102-筒体，103-底盖，2-出气管，3-进气管，4-液位传感器，5-控制单元，6-换热装置，71-吸油管，711-刚性连接管，712-柔性连接管，72-吸油球体，8-第一控制阀，9-第二控制阀，10-引射装置，11-节流膨胀阀，12-管状玻璃视镜，13-热交换器，14-出液管，15-压力传感器。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，本申请提供了一种气液分离器，包括具有腔室的壳体1以及进气管3、出气管2、出液管14和对制冷剂气液混合物提供热量的换热装置。

壳体1的腔室内主要通过换热装置完成气液的分离，进气管3设置在壳体1上端侧壁，用于连通蒸发器从而获取待气液分离的制冷剂气液混合物（包括冷冻润滑油），出气管2设置在壳体1的顶部，用于排出制冷剂气体，而出液管14设置在壳体1底部，主要用于在必要时排出制冷剂液体或润滑油。

现有技术中，在腔室的中上部设置有一个U型管，U型管两端开口尽量竖直朝上，而出气管2向腔室内向下延伸至待气液分离的制冷剂液面上，同时出气管2下端与U型管其中一端连通。

在背景技术中已经对类似热气管的换热装置进行了分析，由于其热源来自制冷压缩机的排气，使其与管外的制冷剂液体交换所需的热源供给不稳定，不利于气液分离，本申请将设置在壳体1内底部的换热装置6限定为能提供稳定热源的装置，保证了交换热量蒸发制冷剂的稳定性。

即使换热装置6采用内外交换热量的换热管方式，至少要保证换热管内的热源供给以及温度是比较稳定的。除了内外换热外，本实施例采用了一种直接接触交换热量的方式——电加热装置，这样既保证了热源供给的稳定，也避免了现有技术中存在的管内冷凝影响换热面积，降低换热效率甚至产生冷凝器液锤的情况。

同时在现有技术中，U型管底部通过能够浮在制冷剂液面上的吸油软管来吸收制冷剂液面的润滑油，考虑到吸油软管容易折弯影响吸油的问题，特别是吸油软管在气液分离器内部气流的冲击作用下有脱落的风险。本申请将吸油软管限制为可活动的吸油管71，同时吸油管71末端连通一个吸油球体72，通过吸油球体72来吸收润滑油，吸油球体72具有收油口，经过吸油球体72吸收的润滑油通过收油口进入吸油管71，在压缩机的抽吸作用下，润滑油经过U型管被送到压缩机中。

需要说明的是，吸油球体72可以不限于仅设置一个，如果制冷剂液面范围较宽，也可以设置多个吸油球体72来同时吸收液面的润滑油。

同时吸油球体72不一定是一个球体，只要其能够将润滑油吸到（比如利用毛细作用）收油口的吸油装置均能够满足本申请的要求。

制冷剂混合物经过气液分离后，制冷剂气体从U型管另一端进入，再被压缩机抽走。

对于立式的气液分离器来说，壳体1包括中间的立式筒体102和上下两端的顶盖101和底盖103，但是现有技术中筒体102为圆柱形，一般将顶盖101和底盖103也设计成半球形，但是这种结构的抗压能力不够好，本申请将顶盖101和底盖103限定为椭圆形结构，能够提高气液分离器的壳体1承压能力。

对于如上限定，其实有两种方案，第一种是保持圆柱形的筒体102结构，而将顶盖101和底盖103设计成长轴沿竖直方向延伸的椭圆形结构，第二种是筒体102截面就是椭圆形，这时候无论顶盖101和底盖103的长轴是水平方向还是竖直方向都能够保证顶盖101和底盖103是椭圆形结构，本实施例选择了第一种方式。

对于进气管3来说，其较佳实施例是沿着壳体1侧壁切向斜向下进入腔室，这样能够避免进入腔室的制冷剂气流冲击制冷剂液体，同时进气管3的进气方向与竖直方向呈80°~85°的夹角，确保进入腔室的制冷剂气流沿着壳体1内壁以螺旋的方式向下进入，这种过程利用离心力作用能够提高气液分离的效果。

对于出气管2来说，可以在延伸至壳体1外部的出气管2上设置管状玻璃视镜12来直观观察出气管2内的制冷剂气体干度情况，比如，如果从出气管2到压缩机的制冷剂气体干度很高，那么在管状玻璃视镜12的表面就很难发现雾状的液滴。

出于类似目的，自然可以在筒体102的的侧壁设置一个视镜来观察气液分离器内的液位情况，也可以在腔室内设置液位传感器4，并将监测的液位以百分比或者绝对数值显示到电子屏幕上。

为了提高吸油管71的使用寿命和吸油效果，本申请还对吸油管71做出如下具体改进：该吸油管71包括刚性连接管711和柔性连接管712，刚性连接管711上端焊接连通在U型管的底部，并且吸油管71与U型管的焊接位置最好与U型管内壁齐平，而柔性连接管712采用偏硬质材料，避免其在浮力作用下容易折弯，柔性连接管712上端与刚性连接管711下端固接连通，下端固定连通吸油球体72的收油口。

考虑到腔室内的制冷剂气液混合物的液面并不稳定，在现有技术中，如果液面高度超过U型管的吸气口，制冷剂液体会直接进入U型管，也就失去了气液分离的作用，因此制冷剂液面高度是不允许超过U型管的吸气口位置，不过考虑到吸油管71的活动范围，制冷剂液面的最高位置也不能逼近U型管的吸气口，这会导致吸油球体72漂浮过高，导致吸油管71弯曲幅度过大，影响接口的稳定性，因此制冷剂液面的最高高度只能位于吸气口下方一定范围，不能超过某个值，这里定义为第一预设值H1。

同时，为了确保吸油球体72能够有效吸收到制冷剂液面的润滑油，制冷剂液面的最低高度也不能低于某个值，这里定义为第二预设值H2。

如图1、图2所示，从上述分析可以看到，为了使得液面高度控制在H1~H2之间，需要设置一个控制单元5，该控制单元5需要与控制出液管14开闭的第一控制阀8、监测液面高度的液位传感器4进行电连接。当液位传感器4监测的液位高度大于第一预设值时，打开第一控制阀8，释放腔室内的制冷剂液体，当液位传感器4监测的液位高度小于第二预设值时，则需要关闭第一控制阀8，让腔室内的制冷剂气液混合物不断储积。

不过，当进气管3无法向腔室内提供制冷剂气液混合物时，若液位传感器4监测的液位高度小于第二预设值时，仅仅关闭第一控制阀8还不够（腔室内的制冷剂气液混合物无法储积），随着制冷剂气液混合物不断进行气液分离，液位高度还会继续降低，当液面低于某个值时，这里定义为第三预设值H3，为了避免换热装置6继续加热甚至出现干烧的情况，可以考虑停止换热装置6工作，此时换热装置6与控制单元5也需要电连接。

针对腔室内的制冷剂液体被完全蒸发的情况下，已经不需要换热装置6进行加热，原先浮在制冷剂上面的润滑油就会沉到底部，此时的问题是如何判断制冷剂液体已经被完全蒸发。

考虑到如果还有制冷剂液体在蒸发，那么出气管2或者压缩机的吸气压力或吸气温度是基本稳定的，如果没有了制冷剂气体进入出气管2或压缩机，那么出气管2或压缩机的吸气压力就会明显降低，这样就可以判断制冷剂液体基本被蒸发完。

根据该原理，本申请提供一种实施例来解决上述问题：

在出气管2内设置一个压力传感器15来获取出气管2内的压力值，如图2所示，控制单元5根据压力传感器15的压力值是否小于某个界限来进行相应操作，这个界限定义为压力预设值。既然制冷剂液体基本被蒸发完，那么腔室内底部就仅剩下润滑油，因此在吸油球体72无法吸收到润滑油的情况下，控制单元5可以控制第一控制阀8打开，将剩下的润滑油送回压缩机。

作为进一步的优化，考虑制冷剂气流进入腔室后会搅拌腔室内的制冷剂液体，可以考虑在位于液位高度在所述第一预设值上方的壳体1内壁设有一个环形板，该环形板能够阻挡搅拌起来的制冷剂液体从壳体1内壁向上运动。

具体地，环形板以在第一预设值上方100mm~150mm为宜，环形板外侧端面与壳体1内壁焊接连接，而环形板的宽度优选为筒体102直径的10%～20%较佳。

实施例2：

针对如上所述的气液分离器实施例，本实施例提供了一种气液分离装置，如图3、图4所示，该气液分离装置包括如上所述的各种气液分离器，在气液分离器的进气管3外部入口设有热交换器13，用于将来自蒸发器的含有冷冻润滑油的制冷剂气液混合物过热。热交换器13立式设置，其高度高于进气管3。

优选地，含有冷冻润滑油的制冷剂气液混合物走热交换器13的管程，保证蒸发器的制冷剂液体以及冷冻润滑油能够顺利进入热交换器13。而来自贮液器的液体制冷剂从热交换器13的侧腔室最低点进入，经过与制冷剂液体、冷冻润滑油的热量交换后被过冷，然后从侧腔室的最高点流出到蒸发器，相应地，制冷剂液体、冷冻润滑油被过热送入气液分离器中。

为了加快出液管14排出制冷剂液体或者润滑油，气液分离装置增加了一个引射装置10，该引射装置10具有第一入口、第二入口和引射出口，其中，第一入口连通出液管14的外部出口，第二入口连通油分离器出气管2，引射出口连通到压缩机吸气口，且第二入口与油分离器出气管2之间设有第二控制阀9。

当液位高度大于第一预设值时，由于控制单元5要打开第一控制阀8，为了利用引射装置10加快制冷剂液体的排出，控制单元5还需要对第二控制阀9进行控制，此时打开第二控制阀9后，来自油分离器出气管2的高温高压制冷剂气体高速流过引射装置10，高速气体流过引射装置10时，由于节流和速度梯度形成的负压将出液管14的制冷剂液体引入，然后随节流减压后的制冷剂气体一同通过引射出口被带去压缩机吸气口。

当液位高度小于第二预设值时，控制单元5控制第一控制阀8、第二控制阀9关闭。

当对沉到底部的润滑油进行排出时，控制单元5的控制方法与液位高度大于第一预设值时的情况一样，目的即是将润滑油快速送到压缩机。

由于出气管2是连通到压缩机的吸气口，为了进一步提高出气管2送往压缩机的制冷剂气体干度，可以考虑在出气管2上设有节流膨胀阀11，通过节流膨胀阀11的作用对制冷剂气体下进一步降压气化。

实施例3：

如图5所示，本申请还提供了另外一种气液分离装置，该气液分离装置与上述实施2的不同在于，将热交换器13设置在了出气管2外部出口上，用于向压缩机提供经热交换过热的制冷剂气体，从而将制冷剂进一步气化，提高其干度，而进气管3直接向气液分离器的腔室内输入来自蒸发器的含有冷冻润滑油的制冷剂气液混合物。

而热交换器13的工作方式与实施例2相同。

同样的，本实施例也设置了与实施例2相同的引射装置10来加快排出制冷剂液体或者润滑油，其工作原理就不再赘述。

而本实施例的电气控制图可以参考图4所示。

以上对本申请提供的气液分离器以及气液分离装置进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本申请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，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气液分离器，其特征在于，包括：

具有腔室的壳体(1)，所述腔室用于气液分离；

壳体(1)侧壁设有连通蒸发器获取制冷剂液体的进气管(3)，壳体(1)顶部设有流向制冷压缩机的出气管(2)，壳体(1)底部设有出液管(14)；

U型管，其位于腔室底部，所述出气管(2)向下延伸至腔室内并与U型管其中一端连通；

所述U型管的底部通过可活动吸油管(71)连通有能够浮在液面上的吸油球体(72)；以及

换热装置(6)，其位于壳体(1)内底部，用于提供稳定热源。

2.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述壳体(1)包括：

立式筒体(102)；以及

位于筒体(102)上下端的椭圆形顶盖(101)和椭圆形底盖(103)；

所述出气管(2)设施在顶盖(101)上，所述出液管(14)设置在底盖(103)底部。

3.根据权利要求2所述的气液分离器，其特征在于，所述吸油管(71)包括：

刚性连接管(711)，其上端连通在U型管的底部；

柔性连接管(712)，其一端与刚性连接管(711)下端连通，另一端连通吸油球体(72)的收油口。

4.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，所述进气管(3)沿着壳体(1)侧壁切向斜向下进入腔室，且进气管(3)的进气方向与竖直方向呈80°～85°的夹角。

5.根据权利要求1所述的气液分离器，其特征在于，还包括：

第一控制阀(8)，其设置在出液管(14)上；

液位传感器(4)，其用于监测腔室内的液位高度；以及

控制单元(5)，所述控制单元(5)分别连接第一控制阀(8)、液位传感器(4)和换热装置(6)；

当液位传感器(4)监测的液位高度大于第一预设值时，打开第一控制阀(8)，当液位传感器(4)监测的液位高度小于第二预设值时，关闭第一控制阀(8)，当液位传感器(4)监测的液位高度小于第三预设值时，关闭换热装置(6)。

6.根据权利要求5所述的气液分离器，其特征在于，还包括：

与控制单元(5)连接的压力传感器(15)，用于获取出气管(2)内的压力值；

当压力值小于压力预设值时，打开第一控制阀(8)。

7.根据权利要求5所述的气液分离器，其特征在于，位于液位高度在所述第一预设值上方的壳体(1)内壁设有环形板。

8.一种气液分离装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-7任一项所述的气液分离器，所述气液分离器的进气管(3)外部入口设有热交换器(13)，用于将来自蒸发器的含有冷冻润滑油的制冷剂气液混合物过热；

引射装置(10)，其具有第一入口、第二入口和引射出口，所述第一入口连通出液管(14)的外部出口，所述第二入口连通油分离器出气管(2)，所述引射出口连通到压缩机吸气口，且第二入口与油分离器出气管(2)之间设有第二控制阀(9)；

所述出气管(2)外部出口连通压缩机吸气口。

9.根据权利要求8所述的气液分离装置，其特征在于，所述出气管(2)上设有节流膨胀阀(11)。

10.一种气液分离装置，其特征在于，包括：

如权利要求1-7任一项所述的气液分离器，所述气液分离器的出气管(2)外部出口设有热交换器(13)，用于向压缩机提供经热交换过热的制冷剂气体；

引射装置(10)，其具有第一入口、第二入口和引射出口，所述第一入口连通出液管(14)的外部出口，所述第二入口连通油分离器出气管(2)，所述引射出口连通到压缩机吸气口，且第二入口与油分离器出气管(2)之间设有第二控制阀(9)；

所述进气管(3)外部入口输入来自蒸发器的含有冷冻润滑油的制冷剂气液混合物。

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